JPH0113883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パツキン枠で交互に供給溝及び排出
溝を介して室の内部と連結している被処理溶液用
の対応する供給及び連絡穿孔を向い合う側縁部に
有している、パツキン枠、端板並びに隔膜を有す
る多室処理用隔膜積層ユニツトに関する。

電気透析の原理、二溶液流を用いての食塩溶液
の脱塩用隔膜積層構造並びにパツキン枠の基本思
想は西ドイツ特許出願公告第2902247号公報から
公知である。しかし上記公報に提案されている隔
膜積層構造では、溶液及び廃水から経済的な条件
下に有用物質を得るかこれを回収することによつ
て再使用するか又は環境汚染物質を除去する目的
で多循環処理を実施することができない。それと
いうのもこの隔膜積層ユニツトは二種類よりも多
い溶液流を導入及び排出することができず、また
簡単な工業的規模ではこれを実現することが不可
能であるからである。

更に各室を個々に流れる実験装置も公知であ
る。しかし各室は５mmの厚さを有し、従つて室数
が多い場合隔膜積層ユニツトの寸法は大きくなり
過ぎ、また共通の導入管及び排出管を設置するこ
とは困難となる。

特定の課題を解決するために四種までの独立し
た流れが必要な場合、この処理を直列に接続され
た二個の常用の隔膜積層ユニツトを用いて、順次
に進行する二工程で実施することは若干の事例で
は可能であるが、装置コストが高くまたエネルギ
ー消費量が多いことから、経費は著しく高くな
る。

本発明の目的は、上記形式の隔膜積層ユニツト
を、これが一つの工程で分離可能でありまた場合
によつては溶液中で数成分を変えることができ、
従つて電気透析以外にも使用することができるよ
うに構成することにある。

この目的は本発明によれば、特許請求の範囲第
１項に記載のユニツトにより達成される。

特許請求の範囲第２項以下には、本発明の有利
な実施態様が記載されている。

本発明の最も本質的な利点の一つは、それぞれ
独自の型のパツキン枠、転向枠及び端板を用いて
隔膜積層ユニツト（これを更に幾つも直列に組合
せてもよい）を調製し、四種までの互いに独立す
る溶液流を必要とする分離及び変換課題を実施し
得ることにある。これにより特に金属表面処理及
び化学的処理工業で生じるような廃液から環境汚
染物質を除去することができる。

従つて本発明によれば、一つの隔膜積層ユニツ
ト内で隔膜（カチオン交換隔膜、アニオン交換隔
膜及び中性隔膜）を適当に工程に適合させて組合
わせることによつて分離される四種までの液体を
流すことができることから、一つの工程で水に溶
解した数種の成分を分離しまた場合によつては変
換することが可能である。この場合隔膜による物
質輸送は電気的な移送及び拡散並びに透析によつ
て、同時にもまた個々にも行なうことができる。
更に処理行程を延長するための特殊なパツキン
枠、端板及び転向プランも開発される。

次に本発明を隔膜積層ユニツト及びその使用に
関する実施例によりまた第１図乃至第１０図に基
づき詳述する。

使用した均一のパツキン枠は、すでに指摘した
西ドイツ特許出願公告第2902247号公報に記載さ
れた構成を有する。正方形のパツキン枠３の向い
合う側縁部１及び２（第１図）には、パツキン枠
３により取り囲まれた室６に溶液を供給及び排出
するための多数のスリツト４，５が施されてい
る。スリツト４，５はそれぞれ向い合つて側縁部
１，２に存在する。スリツト４，５は両面に配置
すべき隔膜用スペーサとして挿入された網状織物
７を有するパツキン枠３の内側に通ずる狭い通路
を形成するものである。この通路は90゜の角度で
散開し、従つて室の境界面にジグザグ状の形状を
生ぜしめる。

スリツト４，５は供給及び連絡穿孔８，９と連
結している。これらの穿孔はパツキン枠３を貫通
し、隔膜及び端板の穿孔と対応する。穿孔８，９
の隣りにはもう一つの供給及び連絡穿孔１０，１
１が交互に設けられており、穿孔１０，１１は単
に側縁部を通り抜け、他の室と連結されている。

パツキン枠３のもう一方の向い合う側縁部１
２，１３は別の貫通する供給及び連絡穿孔１４，
１５並びに１６，１７を有し、これらの穿孔は他
の溶液流（一種又は二種）用供給及び排出導管を
形成し、隔膜積層ユニツト内に90゜ないし270゜位
置をずらして配置されるパツキン枠を生ぜしめ
る。これらの穿孔はそれぞれスリツト４及び５に
対応する他の室のスリツトと連結される。

すべての穿孔及びスリツト４，５，８〜１１及
び１４〜１７はパツキン材被覆部１８〜２０によ
り相互にまた室６の内室及び周囲並びに転向枠
（第７図参照）に対して、隔膜及び端板を組立て
て隔膜積層ユニツトを構成した際に密閉される。
パツキン枠３の四隅に存在する穿孔２１及びパツ
キン２２はこれを貫通する保持材を収容するのに
利用される。

第２図には四枚のパツキン枠３の立体配置が示
されている。この図面から、すでに記載したよう
に、各室における個々の供給及び連絡穿孔８〜１
１，１４〜１７の連結状態を把握することができ
る。

第３図は使用すべき二枚の端板２３の一つを示
すものである。端板はこれと接する隔膜とともに
室を形成する切欠部２４を有する。互いに隣接す
る二側面には同様に穿孔２５〜２８が設けられて
おり、これらは穿孔８〜１１，１４〜１７と対応
する。

穿孔２５〜２８は傾斜して（第４図参照）端板
２３の各溶液供給及び排出通路３１〜３８（第５
図参照）と連絡している。これらの溶液は隔膜積
層ユニツト３９の表面で或いは端板２３から排出
される（パツキン枠３及び隔膜４０は第５図に略
示されている）。

第６図には、有機酸ナトリウム塩（NaR）の
他に非イオン性不純物（OV）を含む化学反応混
合物から該不純物を除去し、塩を濃縮し、遊離塩
に変えるための隔膜４０で区画された個室４１〜
４４を有する隔膜積層ユニツト３９の使用例が示
されている。この四循環隔膜積層ユニツトには少
なくとも三つのカチオン交換膜及び二つのアニオ
ン交換膜４０が交互に配置されている。従つて四
室ユニツトが得られる。

これらのユニツトは単に並合させることにより
倍加することができる。実地においては10〜100
個の平行なユニツトを有する隔膜積層ユニツトが
使用される。

四つの循環系に室４１〜４４への導入管を介し
て次の溶液を供給した。

４１−反応混合物（NaR及び非イオン性有機不
純物OVを含む）、 ４２−稀釈された有機酸、 ４３−塩酸（HCl） ４４−塩化ナトリウム溶液（NaCl）。

電圧を印加した後次の輸送過程が室４１〜４４
内で生じた。

４１−ナトリウムイオン（Na⁺）及び酸残基イオ
ン（R^-）を室４４又は４２に入れる。溶液は
脱塩され、電界内で輸送されない非イオン性有
機不純物OVを極く僅かに含むにすぎない。

４２−この室にはR^-イオンを室４１からまた水
素イオン（H⁺）を室４３から導入する。部分
的に戻すことによつて（循環）一層濃縮するこ
とのできる純粋な有機酸（HR）が生じる。

４３−この室に存在する酸は、室４２内で形成す
べき酸に対しH⁺イオンを供給する。塩素イオ
ン（Cl^-）を室４４に輸送する。

４４−ここで室４３のCl^-イオン及び隣接する室
４１のNa⁺イオンから濃縮塩化ナトリウム
（NaCl）溶液が生じる。

塩化ナトリウム溶液の濃合は一定値（約20％）
を超えてはならない。これは連続的に水を添加す
ることによつて（場合によつては室４１からの脱
塩溶液を利用することができる）か又は濃縮され
た溶液を不連続的に交換することによつて達成さ
れる。

結果として精製された濃有機酸がまた副生成物
並びに沈殿生成物として濃塩酸ナトリウム溶液及
び有機不純物を有する脱塩溶液が得られる。四室
ユニツトの他の用途としては例えば紙の製造時に
生じる食塩溶液の後処理を挙げることができる。

隔膜積層ユニツト内で溶液流を内部転向させる
には、ｎ個の溶液流に対しｎ＋１個の不透過性プ
ラスチツク膜又は板４５とその間に配置されたｎ
個の転向枠４６によつて構成された転向ユニツト
（第７図参照）によつて処理工程を延長させると
良い。第７図には２種の溶液の行程４７，４８が
記入されている。

転向枠４６としてはパツキン枠３と同じ寸法を
有するが厚さの大きい枠を、例えば二流・対向流
の場合、互いに180゜転位して使用する。方向変換
は、転向枠４６の溶液導入スリツト及び排出スリ
ツトによつてまた正方形の二つの隣接する側縁部
に貫通孔のみを有し互いに180゜転位して配置され
た転向ユニツトの二つの外側の隔膜板４５によつ
て制御される。

第８図は二流・対向流の場合における、透過性
隔膜４９による分離段Ａ及びこれに続く不透過性
隔膜４５による転向段Ｂを示すものである。積層
ユニツト１個当りの分離段の数は、ｍ個の転向段
Ｂの場合ｍ＋１個であり、必要な処理行程に合わ
せられる。各段ごとに２〜200個のパツキン枠３
を使用することができる。

内部転向は更に一層簡単な方法で可能である。
この直接転向プランでは、溶液行程４７，４８の
流れ方向を二個の隣接する分離段Ａ及びA′の室
内で逆にする（第９図）。方向変換は分離段Ａ，
A′間に正方形の隣接する二側縁の貫通孔のみを
設け、それぞれ最も近いものに対して180゜転位し
て配置された不透過性のプラスチツク隔膜５０を
挿入することによつて得られる。

更に不透過性の隔膜の代りに透過性隔膜を使用
することも可能である。この場合にはイオンの電
気的移送を許容する積層ユニツトが得られる。

電気複分解の例 全電気分解量に大きな影響を及ぼすことなく、
CaCl₂から成る溶液中のカチオン並びにアニオン
のイオン組成を変える。この問題は隔膜積層ユニ
ツトの第１０図に示した三流実施例及び下記の繰
返し隔膜構造で解決される。

この場合次の記号を用いる（Ｋ：カチオン交換
隔膜、Ａ：アニオン交換隔膜）。

カチオン交換：Ａ、Ｋ、Ｋ アニオン交換：Ｋ、Ａ、Ａ 二つのカチオン交換隔膜間にはカチオン組成を
変えるべき処理溶液が存在する。電界が印加さ
れた際カチオンは隣接する供与体溶液から、濃
度を高めるべき処理溶液に送られ、同様にして
濃度を低めるべきカチオンは処理溶液から他の
隣接する溶液（受容体溶液）に移される。

透析の例 塩で不純化された酸（例えば腐食酸又はカチオ
ン交換体の再生に際して生じる酸）を実際に稀釈
することなく精製するが、この場合第８図又は第
９図に示したユニツトを使用することができる。

この問題はその処理行程を溶液の内部転向によ
つて延長することのできる隔膜積層ユニツトの二
液構成により及び酸を透過するが塩は引き止める
透析隔膜を使用することにより解決される。

透析処理の説明 不純化された酸及び水を対向流で隔膜積層ユニ
ツトに送つた。その際酸はこれを透過させる隔膜
を介して水中に拡散し、生成物としてその濃度が
不純化酸の濃度よりも僅かに低い酸を生ぜしめ
た。更に塩の酸性溶液が得られた。

パツキン枠、端板及び転向枠を用いることによ
り、２，３又は４種の溶液流を必要とする電気透
析、電気複分解及び透析による分離及び変換課題
を解決することのできる隔膜積層ユニツトを調製
することができ、その際隣接する室内での流れ方
向はパツキン枠の配置及び溶液流の数に応じて互
いに平行にないしは90゜ずらされる。

上記の転向プランを発展させて、特に透析処理
に適した延長処理行程を有する隔膜積層ユニツト
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で使用されるパツキン枠の平面
図、第２図はパツキン枠の積層法を示す図、第３
図は端板の平面図、第４図は端板の断面図、第５
図は積層ユニツトの略示図、第６図は四室ユニツ
トの略示図、第７図は二種の溶液の行程を示す
図、第８図は二流・対向流を示す図、第９図は積
層ユニツト内の内部転向を示す図、第１０図は電
気複分解の例を示す図である。 １，２……側縁部、３……パツキン枠、４，５
……スリツト、６……室、７……網状織物、８，
９，１０，１１……供給及び連絡穿孔、１２，１
３……側縁部、１４，１５，１６，１７……供給
及び連絡穿孔、１８，１９，２０……パツキン材
被覆部、２１……穿孔、２２……パツキン、２３
……端板、２４……切欠部、２５，２６，２７，
２８……穿孔、３１〜３８……供給及び排出通
路、３９……隔膜積層ユニツト、４０……隔膜、
４１，４２，４３，４４……個室、４５……プラ
スチツク隔膜又は板、４６……転向枠、４７，４
８……溶液行程、４９……透過性隔膜、５０……
不透過性プラスチツク隔膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パツキン枠で交互に供給溝及び排出溝を介し
   て室の内部と連結している被処理溶液用の対応す
   る供給及び連結穿孔を向い合う側縁部に有する、
   パツキン枠、端板並びに隔膜を有する多室処理用
   隔膜積層ユニツトにおいて、 (a) パツキン枠３並びに隔膜４０のもう一つの向
   い合う側縁部１２，１３に、同様に別の室６，
   ４１〜４４の供給溝及び排出溝と交互に連結し
   ている別の貫通供給及び連絡穿孔１４，１７が
   設けられており、 (b) 端板２３が供給及び連絡穿孔２５〜２８用の
   複数個の集合開口３１〜３８を有し、 (c) 供給及び連絡穿孔８〜１１，１４〜１７が正
   方形の側縁部１，２，１２，１３に設けられて
   おり、またパツキン枠３が連続してそれぞれず
   らして配置されている ことを特徴とする多室処理用隔膜積層ユニツト。 ２ 電気透析、電気複分解及び透析並びにその組
   合わせのために使用され、その際転向枠がパツキ
   ン枠３よりも厚いが同じ外寸を有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のユニツ
   ト。 ３ パツキン枠３がすべて同じ構造であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のユニツト。 ４ 貫通する供給及び連絡穿孔８〜１１，１４〜
   １７がパツキン材料層１８〜２０で相互に及び周
   囲に対して密閉されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記
   載のユニツト。 ５ 隣接する室６，４１〜４４への流れ方向がパ
   ツキン枠３の配列及び溶液流の数に応じて平行な
   いしは90゜互いにずらされることを特徴とする２
   〜４種の溶液流に対して使用される特許請求の範
   囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載のユニ
   ツト。 ６ 有機酸を含む塩から成る非イオン性不純物を
   除去し、塩を濃縮し、遊離酸に変えるのに使用さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   のユニツト。