JPH0240219A - 溶液分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、浸透気化法によって混合溶液から混合成分を
分離するようにした溶液分離装置に関するものである。

［従来の技術］ 浸透気化法（パーベーパレーション）は、例えば水の混
入したアルコールから水を分離除去する場合等に適用さ
れる。従来では、第３図に示すように、アルコールｄと
水ｅの混合溶液りを溶液流通系路２１内に流通させ、そ
の糸路途中に図のような分離手段２２を介設しておくの
が一般的である。この分離手段２２は、混合溶液りから
水ｅだけを選択透過させ得る機能膜２３を流通系路２１
に臨んで設け、この機能膜２３の外側を、冷却装置２４
とセパレータ２５とを介して真空ポンプ２６で排気する
構成になっている。

これにより、アルコールｄ中に混在する水分ｅは、真空
ポンプ２６の連続的な吸引力によって逐次機能膜２３か
ら外側へ浸透気化するとともに、真空ポンプ２６の吸入
口に至る前に、冷却装置２４で凝縮されて液化し、セパ
レータ２５で分離除去されることになる。

この手法によれば、醸造したアルコールを変質させずに
濃縮することが可能になるほか、他の機能膜を用いれば
、それらに応じた種々の用途に発展させることが期待で
きるものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、浸透気化法として図示のような構成を採用す
ると、冷却効率と排気効率の２点で問題が生じる。

前者の問題は、排気と冷却とを同一ライン上で行なって
いることに原因がある。すなわち、この構成によると、
冷却装置２４に入る水蒸気ｅは減圧されて部分圧力が低
くなった状態にあるため、凝縮温度は常温下の値を下回
っており、通常の冷却程度では液化しなくなる。このた
め、特に大量に溶液分離を行なう場合には、非常に大き
な冷却装置２４を設けなければならないという不都合が
生じる。また、混合溶液りの蒸発潜熱がこれに与える影
響も無視できない。

後者の問題は、セパレータ２５で除去されない水分ｅが
真空ポンプ２６内に回り込んだ場合に生じる。この場合
、前者の不都合によってその量が多くなる程効率低下が
顕著になり、ポンプ２６をフル回転させても、空転する
だけで圧力が下がらない事態が生じる。これは、真空ポ
ンプ２６の吸気側Ｘを、空気が円滑に流通しない閉路構
成にしている点にも問題があり、真空ポンプ２６内が希
薄になるとやはり空転する。これらの状態を回避するた
めには、ポンプ容量を大きくする以外にはなく、やはり
冷却装置２４と同様、大形化を避けることができない。

さらに、真空ポンプ２６からの大気放出を低温低圧のま
ま行なうとシステム効率が低下するため、図示以外に加
熱手段を設けるようにしているが、これによって、冷却
装置と加熱装置とを別途設けるといった無駄が生じる。

以上述べた不具合は、水とアルコールの混合溶液に限ら
ず、図示の装置を用いて浸透気化を行なおうとる場合に
全般的に起こり得るものである。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、これらを好適に解決することを目的としている
。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明の溶液分離装置は、主成分と混合成分
との混合溶液を流通させる溶液流通系路と、シャフトに
よってタービンとコンプレッサを単軸結合するとともに
タービンで断熱膨脹した気体を低圧系路を介してコンプ
レッサに導入するようにした加減圧機構と、前記混合溶
液に対してその主成分は透過せずに混合成分のみを選択
的に透過し得る機能膜と、この機能膜を介して前記溶液
流通系路内を流通する混合溶液と前記低圧系路内を流通
する気体とが間接的に接触し得るように構成した分離室
と、この分離室よりも下流側における前記低圧系路中に
介設した混合成分抽出手段とを具備してなることを特徴
としている。

［作用］ タービンで断熱膨脹した低温低圧の気体は分離室に導入
される。分離室では、機能膜を隔てて気体と混合溶液と
が間接的に接触するので、機能膜からは混合成分が溶液
流通系路側から低圧系路側に浸透気化してくる。気体は
、この混合成分を連行して混合成分抽出手段に入る。こ
こで気体中の混合成分が除去される。そして、最後に気
体はコンプレッサに導入されて断熱圧縮され、しかる後
大気放出される。一方、前記分離室からは、混合成分の
分離された、主成分濃度の高い溶液が得られることにな
る。

しかして、このような構成であれば、タービンによる断
熱膨脹は冷却と減圧とを同時に効率良く行ない得るもの
であるため、システムの大形化を招かずに、浸透気化に
必要な低圧状態と混合成分の凝縮に必要な低温状態とを
比較的容易に得ることができる。

そして、これにより混合成分の分離が効果的に行なわれ
ると、コンプレッサに回り込む蒸気は極めて微量になる
ので、蒸気がコンプレッサの圧縮能力に悪影響を及ぼす
ことは殆ど考えられない。

しかも、低圧系路はタービンからコンプレッサまで接続
され、空気が常に流通している状態にしであるため、コ
ンプレッサ内が必要以上に希薄になって空転するといっ
たことも本来的に起こり得ない。また、コンプレッサで
気体を断熱圧縮すると、加熱手段を設けずとも昇温昇圧
が行なわれるので、大気放出が容易となり、しかもその
際、タービンとコンプレッサはシャフトによって単軸結
合されているので、タービンの発生動力はシャフトを介
してコンプレッサに入力され、断熱圧縮のエネルギーと
して使用される。したがって、この構成によれば、冷却
装置と加熱装置とを別途に設けるといった無駄がない上
に、エネルギーの有効利用によってシステム効率が大幅
に向上される。

以上をまとめると、次のようになる。すなわち、従来の
装置では、冷却手段や排気手段を付設した場合に、シス
テム構成上生じる既述の不具合によってそれらの能力を
十分発揮し得なくなる状態が生じ、これを補うために必
要以上に大きな容量のものを使用しなければならなかっ
た。これに対し、この装置によれば、システム上の不具
合を伴なわないため、タービンコンプレッサの能力がい
かんなく発揮され、設備を必要最少限の容量でまかなう
ことが可能になるとともに、これに加え、タービンとコ
ンプレッサとの単軸結合からエネルギー回収が行なわれ
る等の、システム効率を向上させるための他の効果も付
随して得られるので、結果として、客足のわりには浸透
気化能力の大きいシステムが実現されることになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

この溶液分離装置は、第１図に示すように、主成分ａと
混合成分すとの混合溶液Ａを流通させる溶液流通系路１
と、シャフト２によってタービン３とコンプレッサ４を
単軸結合するとともにタービン３で断熱膨脹した気体Ｃ
を低圧系路５を介してコンプレッサ４に導入するように
した加減圧機＋７４６と、前記混合溶液Ａに対してその
主成分ａは゛透過せずに混合成分すのみを選択的に透過
し得る機能膜７と、この機能膜７を介して前記溶液流通
系路１内を流通する混合溶液Ａと前記低圧系路５内を流
通する気体Ｃとが間接的に接触し得るように構成した分
離室８と、この分離室８よりも下流側における前記低圧
系路５中に介設した混合成分抽出手段９とを具備して構
成され、この他に、再生熱交換器１０と、モータ駆動に
よるコンプレッサ１１を備えている。

具体的に気体Ｃの流れに沿って説明すると、気体Ｃはタ
ービン３に導入されて該タービン３に対して仕事をし、
この際に断熱膨脹して低温低圧の気体になる。この気体
Ｃは、低圧系路５に沿って先ず再生熱交換器１０の低温
側に案内される。ここで、分離室８から出てくる比較的
高温の、混合成分すを含んだ気体Ｃと熱交換して昇温し
た後、該分離室８へ向かう。この分離室８は、内部を機
能膜７によって２つの流路に区画してあり、その一方の
流路に気体Ｃが、その他方の流路に混合溶液Ａがそれぞ
れ導入され得るように、低圧系路５と溶液流通系路１と
が接続しである。そして、両系路５．１内を流通する気
体Ｃおよび混合溶液Ａが、前述したようにこの機能膜７
を介して間接的に接触し得るように構成しである。また
、機能膜７は、混合成分すに対してのみ選択透過性を有
したもので、例えばａがアルコール、ｂが水であれば、
機能膜７にはキチン膜やアルギン酸膜を始め、ポリ塩化
ビニル等を原料とする高分子膜を適用することができる
。特に、ポリ塩化ビニルを原料とした高分子膜には、ア
ルコール濃度を８０％にまで濃縮し得る高水準の浸透気
化能力を発揮するものがあり、かかる混合物Ａの分離に
は好適に使用することができる。これは、アミノ酸の一
種であるサルコシンと二酸化炭素、水酸化ナトリウムか
ら合成した化学物質をポリ塩化ビニールと反応させるこ
とにより作られる。

そして、この分離室８で、機能膜７から混合成分すが溶
液流通系路１側から低圧系路５側に浸透気化してくるの
で、気体Ｃはこの混合成分すの蒸気を連行して前述した
再生熱交換器１ｏの高温側に入る。ここで、気体Ｃはタ
ービン３からの低温気体Ｃによって混合成分すとともに
その凝縮温度以下に冷却される。これによって混合成分
すは液化し、次に配置した混合成分抽出手段９内に導入
されて、ここで除去される。この抽出手段９は、気体Ｃ
から混合成分すを分離するセパレータ９ａと、分離した
混合成分すを吸い出すポンプ９ｂと、吸い出した混合成
分すを外部に排出する抽出系路９Ｃとから構成されてい
る。

かくして、溶液分離に寄与した気体Ｃは、前記コンプレ
ッサ４に導入されて断熱膨脹され、さらに、次段に連設
しである、モータ１１ａを駆動源とするコンプレッサ１
１で大気圧にまで昇圧された後、大気放出される。一方
、前記分離室８からは、混合成分すの除去された、主成
分ａの濃度が極めて高い溶液が得られることになる。

しかして、このような構成のものであれば、タービン３
による断熱膨脹は冷却と減圧とを同時に効率良く行ない
得るものであるため、このシステムを大形化せずに、浸
透気化に必要な低圧状態と混合成分すの凝縮に必要な低
温状態とを比較的容易に得ることができる。

そして、これにより混合成分すの分離が効果的に行なわ
れると、コンプレッサ４に回り込む蒸気すは極めて微量
になるので、コンプレッサ４の圧縮能力に悪影響を及ぼ
すことは殆どない。しかも、低圧系路５はタービン３か
らコンプレッサ４までを接続することによって該コンプ
レッサ４に常に空気が供給される状態にしであるため、
コンプレッサ４内が必要以上に希薄になって空転すると
いったことも本来的に起こり得ない。また、コンプレッ
サ４．１１による断熱圧縮を利用すると、別設の加熱手
段を設けずとも気体Ｃが昇温昇圧されるので、これによ
って大気放出を容易に行なうことが可能となる。しかも
、タービン３とコンプレッサ４はシャフト２によって単
軸結合されているので、タービン３の発生動力はシャフ
ト２を介してコンプレッサ４に伝えられ、断熱圧縮の際
のエネルギーとして使用される。したがって、この構成
によれば、冷却装置と加熱装置とを別途に設けるといっ
た無駄がなく、システム効率が大幅に向上される。

以上によって、この溶液分離装置は、タービンコン３と
プレッサ４、並びに低圧系路５とにより構成された加減
圧機構６の機能を、その各部位において最大限に有効利
用することができるので、エネルギー消費が少なく、シ
ステムの効率が従来に比して大幅に改善されることにな
り、結果として、設備を大形化することなく浸透気化能
力の向上を図り得るものとなる。また、これによって大
量処理等も容易に行なうことが可能となる。

なお、タービン３およびコンプレッサ４は多段に構成し
てもよく、また必要に応じて、コンプレッサ４とコンプ
レッサ１１との間に第２図に示すような再凝縮部１２を
追加してもよい。さらに、選択透過膜は多種類の成分の
中から１または複数種類の成分を透過させるようなもの
であっても勿論構わない。その他、分離室内の流路を対
向流となるように設ける等、各部の構成は図示実施例の
みに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
変形が可能である。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成により、システム効率を改
善して、装置の大形化を招くことなく浸透気化能力を向
上させた溶液分離装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム構成図、第２
図は他の実施例を示す部分的なシステム構成図、第３図
は従来の装置を示すシステム構成図である。 １・・・溶液流通系路　　　２・・・シャフト３・・・
タービン　　　　　４・・・コンプレッサ５・・・低圧
系路　　　　　６・・・加減圧機構７・・・機能膜　　
　　　　８・・・分離室９・・・混合成分抽出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分と混合成分との混合溶液を流通させる溶液流通系
   路と、シャフトによってタービンとコンプレッサを単軸
   結合するとともにタービンで断熱膨脹した気体を低圧系
   路を介してコンプレッサに導入するようにした加減圧機
   構と、前記混合溶液に対してその主成分は透過せずに混
   合成分のみを選択的に透過し得る機能膜と、この機能膜
   を介して前記溶液流通系路内を流通する混合溶液と前記
   低圧系路内を流通する気体とが間接的に接触し得るよう
   に構成した分離室と、この分離室よりも下流側における
   前記低圧系路中に介設した混合成分抽出手段とを具備し
   てなることを特徴とする溶液分離装置。