(57)【要約】液体混合物中の成分を分離するための電気透析膜及びガスケット積層体の装置及び操作システムが開示されている。液体（１０８）を精製及び脱イオン化するための操作システムは、無機汚染物を除去するために濾過により前処理する操作（１１２）を含み、活性炭吸着による有機汚染物除去のための吸着操作（１１６、１１８）を含み、流出液体からイオンを除去するための脱イオン化操作（１２２）を含む。脱イオン化操作は、汚染イオンを選択的に除去するための複数のイオン交換膜（４２、５０、５８、６６）及び分離用ガスケット（２２、３０、４４、５２、６０、３６、２４）の電気透析積層体（１２）を有する装置を使用する。イオン交換膜及び分離用ガスケットの電気透析積層体は、エチレングリコール及びグリコール／水混合物の精製、水の連続的脱塩、及び／又は水の連続的脱イオン化を行い、超純粋な水又は他の精製液体混合物を生成させる連続的操作を与える。処理操作と脱イオン化操作との組合せは、液体混合物を精製するための従来の方法よりも改良された効率及び最少の停止時間を持つ連続的操作システムを与える。
2004517709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物が中に分散した液体混合物の精製、及び膜セル積層体を通過させることにより液体混合物を脱イオン化するための膜セル積層体で、然も、前記液体混合物が濃厚液体及び／又は希釈液体を含有する膜セル積層体において、
一緒に積層された複数の異なる層を含む電気透析セル積層体で、第一端部及び第二端部を有し、前記複数の異なる層が連続的に配置されており、前記第一端部の所に第一外側層、前記第二端部の所に第二外側層を有している、電気透析セル積層体；
前記セル積層体の前記第一端部に近い第一外側端部、前記第二端部に近い第二外側端部を有する支持枠で、前記複数の異なる層が、前記第一外側端部と前記第二外側端部との間に挿入されている、支持枠；
前記第一外側端部の所に配置された第一電気透析ガスケット、及び前記第二外側端部の所に配置された第二電気透析ガスケットを含む少なくとも二つの電気透析ガスケット；
前記第一外側端部の所に配置された前記第一電気透析ガスケットの近くで、それより内部に配置されたカソード電極板；
前記第二外側層の所に配置された前記第二電気透析ガスケットの近くに、それより内部に配置された少なくとも１枚のアノード電極板；
前記カソード電極板の近くに、それより内部に配置された第一膜ガスケット、及び前記アノード電極板の近くに、それより内部に配置された第二膜ガスケットを含む少なくとも二つの膜ガスケットで、前記第一膜ガスケットと前記第二膜ガスケットとが、それらを貫通する中心孔を有し、液体混合物をそれらを通って通過させるための相対する各端部を通る複数の孔を有する、二つの膜ガスケット；を具え、然も、
前記複数の異なる層が、
液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有するアニオン膜；
貫通する中心開口を有し、液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有する少なくとも一つの電気透析膜ガスケット；
前記少なくとも一つの電気透析膜ガスケット内の前記開口に近接して適合する大きさになっており、液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有する少なくとも一つの乱流促進層、及び
液体混合物を通すための相対する各端を通る複数の孔を有するカチオン膜；
を有し；
それにより前記複数の異なる層は直列に反復されており、液体混合物が前記電気透析セル積層体の夫々の異なる層中の前記複数の孔を通り；
そして更に、前記支持枠内の前記複数の異なる層を結合するための結合部材；を具え、
それにより前記電気透析セル積層体が、それを通る液体混合物の精製及び脱イオン化に必要なだけ反復されている前記複数の異なる層を含む、
膜セル積層体。
【請求項２】
電気透析セル積層体が、更に、カソード電極板と少なくとも１枚のアノード電極板との間に電圧差を印加するための、電圧発生機を含めた電圧発生手段を具え、然も、前記電気透析セル積層体が、前記カソード電極板と接触した第一電極と、前記少なくとも１枚のアノード電極板と接触した第二電極とを有する、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項３】
複数の異なった層が、隣接して積層され、支持枠内に配置するための大きさの複数の成形体を有し、前記複数の異なる層が、更にアニオン膜とカチオン膜との間に配置された複数の乱流促進板及び複数の電気透析膜ガスケットを有し、各異なる層の相対する各端部を通る複数の孔から廃棄液体を、電気透析セル積層体を通って液体混合物を送るための各隣接した異なる層を通る複数の孔の方へ送るようになっている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項４】
第一電気透析ガスケットと、第二電気透析ガスケットとが、約０．０３１インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項５】
第一膜ガスケットと第二膜ガスケットとが、約０．０６２インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項６】
少なくとも一つの乱流促進部材が、約０．０３０インチ厚のポリプロピレン織物から構成されている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項７】
少なくとも一つの電気透析膜ガスケットが、約０．０３１インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項８】
電気透析セル積層体の第一端部が、第一導入バルブ及び前記第一端部を通る第二導入バルブを有し、前記第一導入バルブ内に濃厚液体を受け、前記第二導入バルブ内に希釈液体を受け、それにより前記濃厚液体と前記希釈液体とが前記電気透析セル積層体の複数の異なる層を通るようになっている、請求項１に記載の膜セル積層体。
【請求項９】
電気透析セル積層体の第二端部が、第一排出バルブ及び前記第二端部を通る第二排出バルブを有し、前記第二排出バルブを通って濃厚液体を排出し、前記第一排出バルブを通って希釈液体を排出し、それにより前記濃厚液体と前記希釈液体とが前記電気透析セル積層体の複数の異なる層を通るようになっている、請求項８に記載の膜セル積層体。
【請求項１０】
支持枠が第一外側端部及び第二外側端部を有し、更に
前記第一外側端部中の少なくとも一つの導入バルブ；
前記少なくとも一つの導入バルブ中へ導入される電解液で、カソード電極板を横切って接触する電解液；
アノード電極板を横切って接触する電解液；及び
セル積層体から前記電解液を取り出すための前記第二外側端部内の少なくとも一つの出口バルブ；
を具え、然も
それにより前記電解液が、前記セル積層体中の濃厚液体又は希釈液体と接触しないようになっている、
請求項９に記載の膜セル積層体。
【請求項１１】
濃厚液体及び／又は希釈液体中に汚染物が分散した液体混合物の精製、及び液体混合物の脱イオン化を、膜セル積層体に通すことにより行うための膜セル積層体において、
一緒に積層された複数の異なる層を含み、第一端部及び第二端部を有する電気透析セル積層体で、然も、前記複数の異なる層が連続的に配置されており、前記第一端部の所に第一外側層、前記第二端部の所に第二外側層を有している、電気透析セル積層体；
前記セル積層体の前記第一端部に近い第一外側端部、及び前記第二端部に近い第二外側端部を有する支持枠で、前記複数の異なる層が、前記第一外側端部と前記第二外側端部との間に挿入される、支持枠；
前記第一外側端部の所に配置された第一電気透析ガスケット、及び前記第二外側端部の所に配置された第二電気透析ガスケットを含む少なくとも二つの電気透析ガスケット；
前記第一外側端部の所に配置された前記第一電気透析ガスケットの近くで、それより内部に配置されたカソード電極板；
前記第二外側層の所に配置された前記第二電気透析ガスケットの近くに、それより内部に配置された少なくとも１枚のアノード電極板；
前記カソード電極板の近くに、それより内部に配置された第一膜ガスケット、及び前記アノード電極板の近くに、それより内部に配置された第二膜ガスケットを含む少なくとも二つの膜ガスケットで、前記第一膜ガスケットと前記第二膜ガスケットとが、それらを通過する中心孔を有し、液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有する、二つの膜ガスケット；
を具え、然も、
前記複数の異なる層が、
液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有するアニオン膜；
貫通する中心開口を有し、液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有する第一電気透析膜ガスケット；
前記第一電気透析膜ガスケット内の前記開口に近接して適合する大きさの第一乱流促進部材層；
液体混合物を通すための相対する各端部通る複数の孔を有するカチオン膜；
貫通する開口を有し、液体混合物を通すための相対する各端部を通る複数の孔を有する第二透析膜ガスケット；及び
前記第二透析膜ガスケット内の開口に近接して適合する大きさの第二乱流促進部材層；
を具え、然も、
それにより前記複数の異なる層は直列に反復されており、液体混合物が前記電気透析セル積層体を通り；
更に、前記支持枠内の前記複数の異なる層を結合するための結合部材；
を具え、
電圧が電圧供給手段により供給され、前記電圧が前記カソード電極板と前記アノード電極板との間の電圧差として印加され；
それにより前記複数の異なる層を含む前記電気透析セル積層体が、それらを通る液体混合物の精製及び脱イオン化に必要なだけ反復されている、
膜セル積層体。
【請求項１２】
電気透析セル積層体が、更に、カソード電極板と接触した第一電極、及び少なくとも１枚のアノード電極板と接触した第二電極を、前記カソード電極板と前記少なくとも１枚のアノード電極板との間に電圧差を印加するために具えている、請求項１１に記載の膜セル積層体。
【請求項１３】
複数の異なった層が実質的に平行であり、支持枠内に配置される大きさ及び形をしており、前記複数の異なる層が、更にアニオン膜とそれに近いアノード電極板との間に配置された複数の乱流促進板を含む、請求項１２に記載の膜セル積層体。
【請求項１４】
第一電気透析ガスケットと、第二電気透析ガスケットとが、約０．０３１インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１３に記載の膜セル積層体。
【請求項１５】
第一膜ガスケットと第二膜ガスケットとが、約０．０６２インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１４に記載の膜セル積層体。
【請求項１６】
乱流促進部材が、約０．０３０インチ厚のポリプロピレン織物から構成されている、請求項１５に記載の膜セル積層体。
【請求項１７】
第一電気透析膜ガスケットと、第二電気透析膜ガスケットとが、約０．０３１インチ厚で、エチレンプロピレンジエン単量体から構成されている、請求項１６に記載の膜セル積層体。
【請求項１８】
濃厚液体及び／又は希釈液体を含む液体混合物を電気透析処理するためのシステムにおいて、
無機汚染物及び有機汚染物を濾過する前処理操作を与え、然も、前記前処理操作により濾液流出物を生じ、
前記濾液流出物から有機汚染物を活性炭吸着を用いて吸着する吸着操作を与え、然も、その吸着操作により液体フラクションを生成させ、そして
前記吸着操作からの前記液体フラクションを、複数の膜及び分離用ガスケットを有する電気透析積層体を用いることを含めて連続的精製を行う脱イオン操作を与え、然も、その脱イオン操作により、前記液体フラクションから汚染物イオンを選択的に除去し、
それにより複数のイオン交換膜を有する電気透析積層体を用いた前記脱イオン操作により、エチレングリコール及びグリコール／水混合物の前記液体フラクションの連続的精製を与え、水の連続的精製、及び／又はエチレングリコール及び／又はグリコールと水との混合物の連続的精製を与える、
操作を行う電気透析処理用システム。
【請求項１９】
脱イオン化操作が、
一緒に積層された複数の異なる層を含む電気透析セル積層体で、第一端部及び第二端部、連続的に配置された前記複数の異なる層、及び前記第一端部の所に第一外側層、前記第二端部の所に第二外側層を有する、電気透析セル積層体を与え；
前記セル積層体の前記第一端部に近い第一外側端部、前記第二端部に近い第二外側端部を有する支持枠内に前記電気透析セル積層体を支持し、前記複数の異なる層が、前記第一外側端部と前記第二外側端部との間に挿入されており；
前記第一外側端部の所に配置された第一電気透析ガスケット、及び前記第二外側端部の所に配置された第二電気透析ガスケットを含む少なくとも二つの電気透析ガスケットを与え；
前記第一外側端部の所に配置された前記第一電気透析ガスケットの近くで、それより内部にカソード電極板を配置し；
前記第二外側層の所に配置された前記第二電気透析ガスケットの近くに、それより内部にアノード電極板を配置し；
前記カソード電極板の近くに、それより内部に配置された第一膜ガスケット、及び前記アノード電極板の近くに、それより内部に配置された第二膜ガスケットを含む少なくとも二つの膜ガスケットを与え、前記第一膜ガスケットと前記第二膜ガスケットとが、それらを通過する開口を有し；
複数の異なる層で、
アニオン膜；
貫通する開口を有する少なくとも一つの電気透析膜ガスケット；
前記少なくとも一つの電気透析膜ガスケット内の前記開口に近接して適合する大きさの少なくとも一つの乱流促進部材層；
カチオン膜；
を含む複数の異なる層を直列に配置し、
更に、前記複数の異なる層の配置が直列に反復されており；
前記電気透析セル積層体に液体混合物を通し；
前記カソード電極板と前記アノード電極板との間に電圧差を供給し；
それにより前記脱イオン化操作が、そこを通過する液体混合物を精製し、脱イオン化する；
ことを含む、請求項１８に記載の電気透析処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、複数のイオン交換膜を操作する装置及びシステム（ｓｙｓｔｅｍ）に関する。詳しくは、本発明は、膜を通る液体から成分を分離するために積層した複数の電気透析膜及びガスケットを操作する装置及びシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
汚染物を含有する液体混合物中の極性成分を分離するための従来の処理方法は、水の精製、水の脱塩、及びエチレングリコール又は他の化学物質混合物の精製を行うために用いられてきている。或る方法では、粒状イオン交換樹脂で極性成分を分離するためにイオン交換樹脂を用い、それら樹脂の化学的再生及び／又はそれら樹脂の廃棄を必要とする。液体混合物中の極性成分を分離するための別の処理方法は、小さな極性化合物を、選択的に膜を通過させ、一方大きな粒径の極性化合物の通過を防ぐマイクロポーラス膜を使用する。別の処理方法は、アニオンとカチオンの交換膜を交互にした状態で一組の膜の中に組立たイオン交換膜を用いている。
【０００３】
従来の精製及び再循環装置は、溶液隔室を分離する複数のイオン交換双極性膜及び多層積層板の形に面と面を接触させて一緒に固定したガスケットセパレータを使用している。膜の間のガスケットセパレータは、膜積層板の縁の所に密封を与え、膜積層板の間の個々の溶液隔室を通って積層板を出入りするように流体を流すことができる。イオン交換双極性膜は、膜積層体の夫々の端部にアノード及びカソードの電極を有し、アノード端部とカソード端部との間に電圧差を維持するための電気入力を与えることができる。多層積層板を通って直流を流した時、精製すべき溶液中に含まれるイオンは、溶液中の夫々のイオンの電荷により電流に関連した方向に移動する。カチオンはカソード、即ち負極の方へ移動し、一方アニオンはアノード、即ち正極の方へ移動する。電気入力を制御し、従って、電圧差を制御することにより、操作者は、膜積層体を通って異なった方向へカチオンとアニオンの移動を起こさせ、それによりエチレングリコール、水、及び／又は他の液体溶液から汚染物を除去するように精製及び再循環用システムを操作している。
【０００４】
従来の精製及び再循環用装置では、塩溶液の脱塩に使用されるユニットを形成するカチオン膜、希釈又は供給物隔室、アニオン膜、及び濃厚物又は生成物隔室を有する電気透析濃縮セルを含む少なくとも三つの種類及び大きさの電気透析膜ユニットの積層体を用いている。第二の種類の電気透析膜ユニットは、双極性膜、供給物隔室、カチオン膜、及び基底又は生成物隔室を有する二隔室カチオンセルを有する。第三の種類の電気透析膜ユニットは、双極性膜、生成物隔室、アニオン膜、及び供給物隔室を有する二隔室アニオンセルを有する。更に別の種類の電気透析膜は、複数のカチオン及びアニオン膜を、隔室とそれら隔室を分離するガスケットとを介在させて形成するように、上記三つの種類の層のどのような組合せでも用いることができる。電気透析膜の積層体を通って流すための電気透析設計は、平面状流及び屈曲流を用いている。平面状流積層体は、活性膜表面領域の長さ又は幅を横切る液体流を生じ、一般に５〜１０ｃｍ／秒の範囲の低い直線的速度条件のために用いられている。屈曲流積層体は液体にガスケットの周りに長い流通路を通って、３０〜５０ｃｍ／秒の範囲の一層大きな直線的流速条件のために用いられている。
【０００５】
エチレングリコール溶液の精製及び再循環、又は水の精製及び水の脱塩のための膜積層体に上に記載したような電気透析設計を用いることは、複雑な形状をした複数の多重膜を必要とする。精製及び脱イオン化システムで汚染物の除去効率を向上するためには、積層状態の一連の電気透析膜の設計を簡単化する必要がある。
【０００６】
従って、本発明の一つの目的は、液体混合物を精製するための改良された膜セル積層体を与えることにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、液体混合物のイオン除去効率を増大させる電気透析処理システムのための操作方法を与えることにある。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、組立時間を短くした膜及びガスケットセル積層体システムを与えることにある。
【０００９】
本発明の更に別な目的は、液体混合物の電気透析脱イオン化により汚染物を除去する効率を向上するための複数の膜及び交換可能なガスケットを有するシステムを与えることにある。
【００１０】
本発明の更に別な目的は、電気透析装置により液体混合物を脱イオン化する効率を向上するための、複数の膜及び交換可能なガスケットを有する改良されたシステムを与えることにある。
【００１１】
（発明の開示）
液体混合物中の極性成分、無機汚染物、及び有機汚染物を分離するための装置及び操作システムを開示する。液体混合物を精製及び脱イオン化するための装置及び操作システムは、無機汚染物及び有機汚染物を除去するための濾過の使用、油／水分離法の使用、懸濁固体を除去するための沈降法を用いることにより前処理する操作を含む。操作システムは、前処理操作の濾液流出物流のための吸着処理の操作を含む。吸着操作は、活性炭吸着法を用いて有機汚染物を除去することを含む。
【００１２】
操作システムは、更に吸着操作からの流出液体を処理するための脱イオン化操作を含む。脱イオン操作は、一緒に積層された複数の異なる層を含む電気透析セル積層体で、第一端部及び第二端部を有し、前記複数の異なる層が第一端部と第二端部との間に連続的に積層されている電気透析セル積層体を有する装置を用いたシステムを用いる。支持枠はセル積層体を支持し、複数の異なる層の周囲を包み、それらの層が支持枠の第一外側端部と第二外側端部との間に反復連続層として配置されている。複数の異なる材料層は連続的に配置され、第一端部の所に第一外側層を有し、第二端部の所に第二外側層を有し、それらの間にその複数の異なる層が配置されている。複数の異なる層は、少なくとも二つの電気透析膜を有し、電気透析ガスケットの第一のものが、第一端部の所の第一外側層として配置されており、それに対し電気透析ガスケットの第二のものが、第二端部の所の第二外側層として配置されている。
【００１３】
カソード電極板は、第一端部に近接し、第一透析ガスケットより内側に配置されている。アノード電極板は、第二端部に近接し、第二端部の所にある第二電気透析ガスケットより内部に配置されている。電圧発生手段は、カソード電極板とアノード電極板との間に電圧差を印加するため、セル積層体に接続されている。
【００１４】
複数の異なる層は、カソードとアノードとの電極板の間に配置され、一連の異なる透過性を有する層を含み、それらの層は第一電気透析膜ガスケット、第一乱流促進部材、アニオン膜、第二電気透析膜ガスケット、第二乱流促進部材（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｐｒｏｍｏｔｅｒ）、カチオン膜、第三電気透析膜ガスケット、及び第三乱流促進部材からなる群から選択され、それにより複数の異なる層は必要なだけ直列に反復させることができる。接続手段は、支持枠内の複数の異なる層の接続を与え、その接続手段は、複数の異なる層を取り替えることができるようにするか、且つ／又は電気透析セル積層体に付加的な一連の異なる透過性を有する層を追加できるようにするため、取り外し可能な接続部材を有する。
【００１５】
電気透析セル積層体は、更に、極性成分及び／又は付加的汚染物を除去するのに必要なだけ一連の層を反復させて含むことができ、カソード電極板とアノード電極板との間に電圧差を印加した時に汚染物が除去される効率を増大するため、それらを通る液体混合物の分散を増大するように、付加的乱流促進部材を追加する。
【００１６】
脱イオン化操作のための異なる層の電気透析セル積層体及び取り巻く枠（フレーム）は、エチレングリコール及びグリコール／水混合物の連続的精製を与え、水の連続的脱塩を与え、且つ／又は水を連続的に脱イオン化して超純粋な水又は他の精製された液体混合物を生成する。
【００１７】
脱イオン化操作の次に、精製したエチレングリコール又は他の液体混合物から過剰の水を除くための蒸発システムを与えることができ、精製された液体及び／又は脱イオン化液体は再循環して再使用するのに利用することができる。処理操作と脱イオン化操作との組合せは、最小限の停止時間と共に、液体混合物を精製及び脱イオン化する従来の方法よりも向上した効率を有する連続操作システムを与える。
【００１８】
本発明の上述の目的及び利点は、ここに含まれている本発明の記載から、特許請求の範囲を参照し、図面と一緒に読むことにより容易に明らかになるであろう。
【００１９】
（本発明の詳細な記述）
本発明に従い、液体混合物を精製及び脱イオン化するために液体混合物中の極性成分、無機汚染物、及び有機汚染物を分離するための装置及び操作システムを開示する。図１は、本発明の装置及び操作システムの脱イオン化システム１２２の一つの態様の適切な操作のための複数の操作１０を例示しており、それらには複数の貯蔵タンク１１０中の懸濁した固体を油／水分離を用いて除去し、無機汚染物及び有機汚染物を除去するための濾過を用いることにより、多量の汚染液体１０８を前処理する操作を含んでいる。前処理操作１１２は、当業者に知られている油／水分離機１１２及び貯蔵容器を用いている。
【００２０】
操作システムは、前処理操作からの流出液体を処理するための吸着操作１１６、１１８を含む。吸着操作は、当業者に既知の活性炭吸着化合物を用いることにより、有機汚染物を除去することを含む。
【００２１】
操作システムは、更に吸着操作からの流出液体を処理するための脱イオン化操作１２２を含む。脱イオン化操作は、流出液体から汚染イオンを選択的に除去するための複数のイオン交換膜及び分離用ガスケットを有する電気透析膜セル積層体１２を有する装置を用いる。膜セル積層体１２は、第一端部１４、複数の別々の層で、夫々の層の上に積み重ねる（図１参照）か、又は横に並べて積層した（図６参照）複数の異なる層の中心積層体、第一端部１４とは反対側の第二端部１８を含み、その複数の異なる層を囲んでいる。
【００２２】
中心積層体の周囲を通る一対の接続ボルト１６、１６′のような接続部材を用いた支持枠２０は、その支持枠２０内に連続的に配置された複数の異なる層のための部分的に囲む枠を与える。支持枠２０は、中心積層体の第一端部１４に近い第一端部、及び中心積層体の第二端部１８に近い第二端部を有する。
【００２３】
複数の異なる材料層が連続的に配置されており、第一端部１４の所に第一外側層、第二端部１８の所に第二外側層を有し、それらの間に前記複数の異なる層が配置されている（図２及び３参照）。複数の異なる層は、エチレンプロピレンジエン単量体（ＥＰＤＭ）から構成された少なくとも二つの電気透析ガスケットを有し、第一ＥＰＤＭガスケット２２は、第一端部１４に近接した第一外側層として配置されており、第二ＥＰＤＭガスケット２４は、第二端部１８に近接した第二外側層として配置されている。
【００２４】
第一電気透析ＥＰＤＭガスケット２２及び第二電気透析ＥＰＤＭガスケット２４は、夫々約０．０３１インチの厚さを持ち、次の形状を有する。各ガスケット２２、２４は、約１′５ ３／８″の外側幅、約２′３ ７／８″の外側長さを持ち、３／４″直径の中心を外れた孔があいており、その孔は、ガスケット２２、２４の第一側からその中心を外れた孔の中心まで内側へ約２ １１／１６″の距離の所で、ガスケット２２、２４の頂部縁から長手方向に沿ってその中心を外れた孔の中心まで約１′５ ７／１６″の所にある領域を通っている。
【００２５】
カソード電極板２６は、複数の異なった層の第一端部１４の近くに配置されている。カソード電極板２６は、ステンレス鋼板から構成することができ、第一電気透析ガスケット２２の内側に配置する。アノード電極板２８は、第二端部１８の近くに配置し、チタン及び白金合金から構成することができ、第二電気透析ガスケット２４の内側に配置する。カソード電極板２６及びアノード電極板２８は、約０．０３０インチの厚さを持ち、次の形状を有する。板２６、２８は、約１′５ ３／８″の外側幅、約２′３ ７／８″の外側長さを持ち、３／８″の中心を外れたねじ山付きロッドを有し、そのロッドは、板２６、２８の第一側からその中心を外れたロッドの中心まで内側へ約２ １１／１６″の距離の所で、板２６、２８の頂部縁から長手方向に沿ってその中心を外れたロッドの中心まで約１′５ ７／１６″の所にある領域を通っている。長さが約４インチの接続ロッド１６、１６′を用いて、板２６、２８及びそれらの間に複数の層を一緒に結合する。電圧発生手段（図示されていない）は、カソード電極板２６と、アノード電極板２８との間に電圧差を印加するために、膜セル積層体１２のカソード電極板２６とアノード電極板２８に別々に接続することができる。電圧発生手段は、電圧発生機、カソード電極板２６に接触するように挿入された電極１３４、及びアノード電極板２８に接触するように挿入された別の電極１３４′を有することができる。電圧差の印加により、カソード電極板２６とアノード電極板２８との間に位置するカチオン膜５０、６６（下で論ずる）を通るように送られた濃厚液体からの改善された極性汚染物除去が与えられる。
【００２６】
第一端部１４の内側に配置された第三層は、カソード電極板２６の次に配置された外側電気透析ＥＰＤＭガスケット３０であり、第二端部１８に近いアノード電極板２８の次に別の外側電気透析ＥＰＤＭガスケット３６が配置されている。外側電気透析ＥＰＤＭガスケット３０、３６は、約０．０６２インチの厚さ〔７０デュロ（Ｄｕｒｏ）〕を有し、次の形状を有する。ＥＰＤＭガスケット３０、３６は、約１′８″の外側幅、及び約３′１″の外側長さを有し、各ガスケット３０、３６の上方部分中の領域を通る約１″直径の約４つの間隔を開けた端部孔を有し、各端部孔の中心は、ガスケット３０、３６の上方縁から下へ約２ ３／４″の所にある。各ガスケット３０、３６の内部３２、３８は場合によりガスケット３０、３６に対し適当な大きさの乱流促進部材３４、４０の層を配置することができるように開放されている。各内部３２、３８は、約１′５ １／２″の幅及び約２′４ ３／４″の長さの内側形状を有する。各乱流促進部材３４、４０は、約１′５ ３／８″の幅及び約２′４ ３／８″の長さを持つ大きさになっている。乱流促進部材３４、４０は、もし膜セル積層体１２中に用いるならば、約０．０３０インチの厚さのポリプロピレン織物から構成する。乱流促進部材３４、４０は、各ガスケット３０、３６を通って移動する液体中に付加的乱流を生じさせるように、裏面どうしを重ねた付加的乱流促進部材６８、７０（図５参照）と組合せることができる。
【００２７】
第一端部１４より内側の第四層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）は、アニオン膜４２である。アニオン膜４２は、膜セル積層体１２を通る液体の流れ及び効率を改善するため、電気透析システム１０を操作する人により、希望するだけの数反復させることができる一連の層の約６つの層の第一の層である。アニオン膜４２は約０．０３１インチの厚さを持ち、約１′８″の幅及び約３′１″の長さの形状を有し、アニオン膜４２の上方部分中の領域を通る約１″直径の４つの間隔を開けた端部孔を有し、各端部孔の中心は、アニオン膜４２の上の縁から約２ ３／４″下の所にある。
【００２８】
付加的膜、ＥＰＤＭガスケット、一連の層の板層は、ずれた形の内部開口４６を有する電気透析ＥＰＤＭガスケット４４から構成された第五層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）を含むことができる。ＥＰＤＭガスケット４４は約０．０３１インチの厚さ（６０デュロ）を有し、約１′８″の内側幅、及び約１′５ １／２″の内側開口幅の形状を有する。内側開口４６は、約８ ３／４″の第一、即ち右側の上方外側縁からずれた上方内側コーナー開口を有し、ガスケット４４の上方外側から約３″下方へずれている。内側開口４６中の同様な大きさのずれは、反対側の下方内側コーナーの所にあり、約８ ３／４″の第二、即ち左側の外側縁からずれを有し、ガスケット４４の下方外側縁から約３″上方へずれている（図２〜５参照）。
【００２９】
６番目の層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）は、ＥＰＤＭガスケット４４の内側開口４６中に挿入するのに適切な大きさを持つずれた形を有する乱流促進部材４８から構成されている。促進部材４８の外側の形状は、約１′５ ３／８″の幅、及び約２′１０ ３／８″の長さを有し、ずれた形の大きさはＥＰＤＭガスケット４４の内側開口４６中へ挿入できる適切な大きさになっている。
【００３０】
７番目の層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）は、約１′８″の幅及び約３′１″の長さを持つ全体的に矩形の大きさを有するカチオン膜５０から構成されている。カチオン膜５０は、カチオン膜５０の上方部分中の領域を通る約１″直径の四つの間隔を開けた端部孔を有し、各端部孔の中心は、カチオン膜５０の上縁から約２ ３／４″下の所にあり、更にカチオン膜５０の下方部分中の領域を通る約１″直径の四つの間隔を開けた端部孔を有し、各端部孔の中心は、膜５０の下縁から約２ ３／４″上の所にある。
【００３１】
８番目の層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）は、ずれた形の内側開口５４を有する別の電気透析ＥＰＤＭガスケット５２から構成されている。ＥＰＤＭガスケット５２は、全体的にＥＰＤＭガスケット４４の形状を有し、開口５４の上及び下の相対する角の内側ずれの形状は、内側開口４６とは鏡像関係になっている。
【００３２】
９番目の層（追加されることがある複数の乱流促進部材３４、６８、４０、７０は数えない）は、ＥＰＤＭガスケット５２の内側開口５４中へ挿入されるずれた形を有する別の乱流促進部材５６から構成されている。
【００３３】
複数の異なる層、第４番目〜第９番目の層は、極性成分を除去する効率を向上させるための必要に応じ、ＥＰＤＭガスケット５２及び／又は乱流促進部材５６の後に反復させることができる。反復される一組の異なる層は、アニオン膜４２、開口４６を有するＥＰＤＭガスケット４４、及び開口４６の中に挿入される大きさの乱流促進部材４８が含まれる。カチオン膜５０の次に、開口５４を有するＥＰＤＭガスケット５２、及び開口５４中に挿入される大きさの乱流促進部材５６が続いている。
【００３４】
一つ以上の異なる層の組４２〜５２に続き、別のアニオン膜５８が配置され、そのアニオン膜５８は上述のアニオン膜４２の形状を有する。アニオン膜５８の次に、ＥＰＤＭガスケット４４及び開口４６に匹敵する大きさ及び形の開口６２を有するＥＰＤＭガスケット６０が続いている。乱流促進部材６４は、ＥＰＤＭガスケット６０に対し密接に嵌合する大きさ及び形を持ち、カチオン膜６６が直列に続いている。カチオン膜６６は、カチオン膜５０に匹敵する大きさ及び形をしている。
【００３５】
第二端部層には、上で論じたような、貫通する開口３８を有する第二電気透析ＥＰＤＭガスケット３６、その次の乱流促進部材４０又は付加的積層乱流促進部材が含まれ、その次にアノード電極板２８の外側第二端部層及び第二電気透析ＥＰＤＭガスケット２４が続いている。濃厚な液体流Ｃ及び希釈液体流Ｄを、次の層：３０、４２、４４、４８、５０、５２、５６、５８、６０、６４、６６、及び３６；の各々の中の複数の端部孔７２を通過させることにより、セル積層体１２を通って送る。濃厚液体流Ｃ及び希釈液体流Ｄは、図１に示したように、第一端部１４の所にあるセル積層体１２中へ送り、複数の端部孔７２を通過させ、第二端部１８から出るようにしてもよく、或は別法として、図５に示したように、アノード板２８に近い端部中へ送り、複数の端部孔７２を通過させ、カソード板２６に近い端部から出るようにしてもよい。
【００３６】
当業者に知られている支持枠２０のような結合手段を、ＥＰＤＭガスケット３０、ＥＰＤＭガスケット３６を有する層の外側縁を通る結合ロッド１６、１６′により結合し、支持枠２０内に配置された膜セル積層体１２を収容する。
【００３７】
汚染液体混合物を電気透析処理するためのシステムを含む操作方法を記述するが、それには多量の汚染液体１０８を前処理システム１１２中へ供給し、前処理沈降タンク１１０を用いた前処理操作を用いて無機汚染物及び有機汚染物を濾過する操作が含まれている。前処理システム１１２には、当業者に既知の油・水分離機が組み込まれ、濾液流出物１１４を生成することができ、その流出物は吸着操作１１６、１１８により処理し、有機汚染物をその濾液流出物から活性炭吸着１１６を用いて吸着するか且つ／又は精製工程（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｓｔｅｐ）１１８中で炭素粒子により精製し、その吸着操作１１６、１１８により、電気透析脱イオン化操作１２２へ送るための液体フラクション１２０を生成する。
【００３８】
脱イオン化操作１２２の方法の好ましい態様が図４〜９に例示されている。電気透析膜セル積層体１２６は、端板１３２、１３２′により支持された支持枠２０内に囲まれた複数の異なる層を含む。端板１３２、１３２′は、一般に堅いＰＶＣ材料から構成することができる。約 ７／８インチのねじ山付き直径及び約４インチの長さを有する一対の結合ボルト１６、１６′のような結合部材によりセル積層体１２６を一緒に固定する。
【００３９】
複数の導入流を、端板１３２を通り導入し、バルブ１２４、１２４′、１２４″、１２４′′′中へ導入し、複数の排出流を端板１３２′から、排出又は出口バルブ１４２、１４２′、１４２″、１４２′′′から放出する（図６〜９参照）。脱イオン化を必要とする液体流は、複数の端部孔７２で、夫々次の層：３０、４２、４４、４８、５０、５２、５６、５８、６０、６４、６６、及び３６；の各々の中にある端部孔を通過させることによりセル積層体１２６を通って送る。
【００４０】
セル積層体１２６（図４〜７参照）は、希釈導入流Ｄ１２８、１２８′、及び濃厚導入流Ｃ１３０、１３０′のような複数の導入流を受けることができる。濃厚導入流Ｃ１３０、１３０′は、セル積層体１２６の夫々の層の複数の端部孔７２を通って送り、流れ１３０、１３０′はカチオン膜５０、６６と、アニオン膜４２、５８との間を乱流促進部材４８及び６４及びＥＰＤＭガスケット４４、５２、３６及び６０の影響により屈曲した流れに従って移動し、セル積層体１２６から出口バルブ１４２、１４２′の所から濃厚排出流Ｃ１４０、１４０′として出る。
【００４１】
希釈導入流Ｄ１２８、１２８′は、セル積層体１２６を通り、そのセル積層体の複数の層の夫々相対する端部にある外側通路を形成する複数の端部孔７２を通って送られ、乱流促進部材５６及びＥＰＤＭガスケット５２及び６０の影響により、セル積層体１２６のほぼ中央部分の所にある屈曲した流通路に従う。希釈流Ｄは、積層膜及びガスケットの外側通路孔を通過し、セル積層体１２６の出口バルブ１４２″及び１４２′′′の所から排出希釈流Ｄ１３８、１３８′を排出する（図４及び５参照）。
【００４２】
電極１３４が前端部板１３２を通って挿入され、ＥＰＤＭガスケット２２を通って伸び、カソード板２６上の電荷と接触し、それを維持する。電極１３４′は後端部板１３２′を通って挿入され、ＥＰＤＭガスケット２４を通って伸び、アノード板２８上の電荷と接触し、それを維持する。それら電極は、約３／８インチ直径のねじ山付きロッドである。
【００４３】
図４、６〜９に示したように、電解液流Ｅを、一方の側で、前端部板１３２の少なくとも一つの導入バルブ１３６中へ注入し、第一端部１４に近いカソード板２６を通って流し、第二端部１８近くのアノード板２８を通って流し、希釈流Ｄ又は濃厚流Ｃと混合することなく、セル積層体１２６の後端部板１３２′中の少なくとも一つの排出バルブ１３６′から排出する。電解液Ｅ流は、各帯電板２６、２８の性能を向上させるため、セル積層体１２６の各カソード板２６及びアノード板２８に伝導性溶液を与える塩溶液から構成することができる。
【００４４】
電気透析脱イオン化操作１２２は、セル積層体１２６を通って液体フラクションを連続的に通す間、汚染イオンを液体フラクションから選択的に移動する。脱イオン化操作の電気透析セル積層体は、エチレングリコール又はグリコール／水混合物の連続的精製、水の連続的脱塩及び／又は水の連続的脱イオン化を与え、超純粋な水又は他の精製された液体混合物を生成する。
【００４５】
脱イオン化操作は、次に精製エチレングリコール又は他の液体混合物から過剰の水を除去するための蒸発システム１４４を行なってもよく、精製液体及び／又は脱イオン化液体を希釈過程１４６中で蒸留水と一緒し、精製及び脱イオン化液体流出物１４８を再循環し、再使用するために利用することもできる。
【００４６】
処理操作と脱イオン化操作の組合せは、連続的操作システムを与え、液体混合物の精製及び脱イオン化について従来法よりも改良された効率及び最少の停止時間を与える。
【００４７】
分析結果は、図２及び３に例示したように、複数のイオン交換膜及び分離用ガスケットを有する電気透析積層体を用いた脱イオン化操作の効率を実証している。それら分析結果は、改良された電気透析膜セル積層体１２６の設計を持たないセルの設計を基準線として、それに対し並列に四つのセルを用いた電気透析膜積層体設計を試験することにより得られた。処理時間の減少％は、全脱イオン化時間の平均に基づいており、四つのセルの一組当たり平均伝導度変化／時間に基づいている。従来法の膜積層体設計を有する四つのセルの代わりに改良された膜を有する四つのセルと、改良された電気透析膜セル積層体１２の設計を併用して操作することとを組合せると、従来法の膜積層体設計と比較して、５，０００ガロンの液体バッチについての処理時間に約４２％〜約４４％の減少を与えると言う結果を要約することができる。５，０００ガロンの液体バッチについての平均処理時間は、１バッチ当たり約２０．５時間であると推定され、従来法の膜積層体設計の場合の１バッチ当たり約３６．９時間の平均値よりも減少している。
【００４８】
記載した装置及び操作システムの利点は、精製すべき液体混合物中の極性成分の分離及び液体混合物の脱イオン化についての全処理時間の減少、組立時間の減少による組立易さ、及び部品の数が一層少ない組立の簡単さにある。
【００４９】
当業者は、システムを支持する付属の機械部品は、図中に分かり易くするためにのみ例示されており、本発明の目的及び利点を損なうことなく、他の態様を用いることができることを認めるであろう。
【００５０】
好ましい態様を示し、記述してきたが、その記述に限定されるものではなく、むしろ特許請求の範囲に規定した本発明の本質及び範囲内に入る、装置形態及び操作システムの全ての修正及び変更を包含するものであることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、電気透析操作を用いて液体混合物を精製及び脱イオン化するための操作を例示する工程図である。
【図２】
図２は、図１の脱イオン化操作のためのイオン交換膜の電気透析セル積層体の複数の異なる層の一態様の構成を模式的に示す図である。
【図３】
図３は、図２の電気透析セル積層体の複数の異なる層の斜視図である。
【図４】
図４は、液体混合物が異なる層を横切って通る流れを例示する複数の異なる層の、図２に示したような構成を模式的に示す図である。
【図５】
図５は、液体混合物が積層した異なる層を通る流れを例示する複数の異なる層の、図３に示したような斜視図である。
【図６】
図６は、図２の電気透析セル積層体の組立てた複数の異なる層の上面図である。
【図７】
図７は、図６の組立てた電気透析セル積層体の側面図である。
【図８】
図８は、図７の組立てた電気透析セル積層体の前面図である。
【図９】
図９は、図８の組立てた電気透析セル積層体の後面図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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