JPH042281B2 - - Google Patents

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JPH042281B2
JPH042281B2 JP53148975A JP14897578A JPH042281B2 JP H042281 B2 JPH042281 B2 JP H042281B2 JP 53148975 A JP53148975 A JP 53148975A JP 14897578 A JP14897578 A JP 14897578A JP H042281 B2 JPH042281 B2 JP H042281B2
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は一方の相が液体である二相間の物質移
動を行う装置に関する。 「物質移動」とは、液体である第一の流体相
へ、第一の流体相と非混和性である第二の流体相
から、上記液体（第一流体相）の溶質である或る
物質の少なくとも一部が移動することを意味する
ものとする。化学および石油化学工業において広
く用いられている吸収や蒸留工程は、典型的な物
質移動工程である。或る物質移動工程で液体から
気体へ向かう溶質の移動またはその逆方向の移動
が起こる場合、その工程は「気膜」によつて支配
（gfs−filml controlled）されるか、または「液
膜」によつて支配（liqued−film controlled）さ
れうる。例えばアンモニア／空気混合物からアン
モニアを水中へ吸収する工程のような「気膜支
配」物質移動工程においては、物質移動速度は、
気相における溶質の拡散の如何によつて主に制限
を受ける。例えば空気から酸素を水中へ吸収する
工程のような「液膜支配」物質移動工程において
は、物質移動速度は、液相における溶質の拡散の
如何によつて主に制限を受ける。第一液相から第
二液相への溶質の移動が起こる物質移動工程の場
合には、その工程は「液膜支配」型であり、その
物質移動工程は一方の液相における溶質の拡散に
よつて主に制限される。 物質移動速度は、物質移動係数で表わすのが便
宜である。「気膜支配」および「液膜支配」の物
質移動工程については、物質移動係数はそれぞれ
KGおよびKLで示される。 KLは、物質移動工程中に両流体にほぼ60ｍ／
sec2までの加速度を与えることによつて増大しう
ることが知られている。しかし、我々は物質移動
工程中に両流体を一層大きな加速度に付する再
に、公知事実から判断しうるKLよりも大きなKL
が得られることを見出した。さらには、我々は
KGについても物質移動工程中に両流体を高加速
度に付することによつて増大しうることを見出し
た。 従つて本発明は、第１の流体相が流体である二
つの流体相間で物質移動を行う装置であつて、 (a) 両流体を透過させることができ、流体に対し
て屈曲路を与える細孔を有し、そして或る軸に
関して回転するように装着されているエレメン
ト、 (b) 該軸に関してエレメントを回転させて、第１
の流体がその軸から半径方向の外向きに流動す
るように両流体が細孔を通つて流動するときに
両流体を少なくとも300ｍ／（秒）2の平均加速
度に付す手段、 (c) 両流体を上記透過性エレメントに装入する手
段、及び (d) 少なくとも流体の一方またはその誘導体を透
過性エレメントから排出する手段からなり、そ
して透過性エレメントが： (i) 少なくとも200m2／m3の界面面積を有し、 (ii) 骨格発泡体からなり、かつ (iii) 使用中にその透過性を維持するための機械
的強度を有する、 ことを特徴とする上記物質移動装置を提供する。 本明細書において、「骨格発泡体」（skeleton
foam）とは、海綿体あるいは発泡体状を呈する
塊であり、類似物として骨格触媒類がある。 平均加速度anは下記式によつて定義される。 an＝（2πＮ／60）2（γ2／0＋γ2／1／２）1/2 ここにＮは軸に関しての透過性エレメント回転
速度（rpm）であり、γ0は軸から透過性エレメン
トの半径方向内側の部分までの距離であり、そし
てγ1は軸から透過性エレメントの半径方向外側の
部分までの距離である。 「流体」とは、本発明方法を実施する温度およ
び圧力条件において「気体」または「液体」であ
る物質もしくは物質混合物を意味するものとす
る。例えば第二の流体が気体であるとき、それは
一種の気体であつても、あるいは複数の気体の混
合物であつてもよい。第一の流体および／または
第二の流体は、（それが液体である場合には）純
粋の液体であつてもよく、あるいは液体中の一種
またはそれ以上の溶質の溶液の形であつてよく、
その溶質は気体、液体または固体でありうる。透
過性エレメントは回転可能部材中に配置するのが
好ましい。 本明細書において「界面面積」とは、流体が接
触しうる透過性エレメントの単位容積当たりの透
過性エレメントの表面積を意味する。好ましく
は、界面面積は、1500ｍ-1以上、さらに好ましく
は3000ｍ-1以上である。 好ましくは、透過性エレメントはその対称軸に
関して回転する環状体の形態である。透過性エレ
メントが環状体の形態である場合、その環状体の
外径は典型的には25cm〜５ｍの範囲内であり、内
径は典型的には５cm〜20cmの範囲内である。 回転軸は水平または垂直またはその中間のいず
れの角度であつてもよいが、回転軸は垂直である
のがしばしば好適である。環状体の形態の透過性
エレメントを用いる場合、典型的には回転運動
は、環状体の軸に沿つてその環状体の平面（軸が
垂直であるならば環状体の上面または底面）から
突き出ているシヤフトによつて環状体に与えられ
る。透過性エレメントは、例えば、可変速流体駆
動により、電動モーターからのベルトで駆動され
うるプーリーにより、あるいはターボ推進によ
り、回転することができる。 任意の特定の透過性エレメントについて界面面
積が増加するにつれて、その透過性エレメントの
閉塞および溢流のおそれが増す。任意の所望の回
転速度および流体組合せに関して、簡単な実験に
より適切な透過性エレメントを選択することがで
きよう。 回転可能部材を用いる場合、透過性エレメント
はその回転可能部材の全体にわたり、またはその
一部分内に配置することができる。回転可能部材
中の透過性エレメントの寸法および配置は、その
透過性エレメントの密度および界面面積により、
そして流体の流動特性により決定することができ
る。特性エレメントを回転可能部材の一部分内に
配置する場合、その透過性エレメントを回転可能
部材の半径方向の外方部分に配置するのがしばし
ば好ましく、この理由は、軸からの距離が増すに
つれて、流体に作用して層を形成させる遠心力の
大きさが増大し、従つて層の厚さが減少するから
であろう。透過性エレメントを、回転軸と一致す
る対称軸をもつ回転可能部材中に配置する場合、
透過性エレメントをその軸の周囲に対照的に分布
させて回転可能部材が回転の際に力学的に平衡す
るようにするのが好ましい。 回転可能部材を用いる場合、それは、(a)使用回
転速度における回転中に材料内に発生する応力に
抵抗する機械的強度、および(b)使用中に接触しう
る環境に耐える耐腐食性、を有する任意の材料か
ら構成することができる。回転可能部材を構成す
るための典型的な材料としては、就中、不誘鋼、
軟鋼、真鍮、アルミニウム、ニツケル、モネル合
金を挙げうる。適切な材料の選択は、当業者にと
つて容易である。 一般的に、回転速度は50rpm〜10000rpm、好
ましくは100rpm〜5000rpm、さらに好ましくは
500rpm〜2000rpmの範囲となろう。 透過性エレメントの回転速度は、就中、その細
孔度、所要流体処理量および透過性エレメント内
で流体が流れる半径方向距離、に依存して決定さ
れよう。透過性エレメントの最低回転速度は液体
の流動特性によつてしばしば決定される。透過性
エレメントの最高回転速度は、透過性エレメント
の機械的強度によつて左右されることがあり、そ
して回転可能部材が使用される場合にはその部材
の機械的強度によつて左されうる。回転可能部材
を用いる場合であつてその部材がその中に透過性
エレメントを配置する中空不誘鋼デイスクの形態
である場合に、典型的な回転速度は、直径0.5ｍ
のデイスクについては1000〜3000rpm直径１ｍの
デイスクについては500〜2000rpm、そして直径
1.5ｍのデイスクについては400〜1000rpmであ
る。回転速度が増大するにつれて、回転軸から一
定の距離における透過性エレメントの細孔の壁面
上の液体層の厚さは減少する。 流体にかける平均加速度（前記定義）は好まし
くは1000ｍ／（秒）2以上、さらに好ましくは
10000ｍ／（秒）2以上である。透過性エレメント
中における所望の平均加速度および流体の所望直
径方向流動距離について、透過性エレメントの回
転速度は容易に算出できる。 回転可能部材のためのベアリングの設計は、周
知のものであつてよく、例えば慣用形のラジア
ル・スラスト・ベアリングであつてよい。 本発明方法における第二の流体の流動方向は、
両流体の密度比および両流体の流量（flow rate）
により左右されることになる。並流または向流が
起こりうる。透過性エレメントの回転速度を増す
と向流が促進されることが多く、そして第一の流
体の流量を増加すると並流が促進されることが多
い。向流がしばしば好ましい。 向流の流動を用いる場合、回転軸から離れた位
置好ましくは透過性エレメントの外周に隣接した
位置に、第二の流体を透過性エレメントに対して
装入する手段を設ける必要があることは明らかで
ある。好ましくは、透過性エレメントを回転可能
部材中に支持して、その透過性エレメントの外周
と回転可能部材の内側面との間にスペースを形成
し、そのスペース中へ第一の流体を流して流体シ
ールを形成し、それを通して第二の流体を透過性
エレメント中へ装入することができる。第二の流
体が多成分の混合物である場合、それらの成分を
同一または別個の分配手段を介して上記スペース
中へ導入することができ、そのような分配手段は
回転可能部材の底部に直径方向に向けて設けたチ
ヤンネルであるのが好適である。 透過性エレメントが回転可能部材中に支持され
ている場合、透過性エレメントに第一の流体を分
配するための手段は典型的には、回転可能部材中
のオリフイスからなり、それを通して第一流体が
流れる。回転可能部材が中空デイスクである場
合、分配手段は軸方向に配置されるのが好適であ
るが、本発明ではそれが回転軸の中間の位置に配
置され、回転軸から離れた回転可能部材の外周に
配置される可能性がある。第一の流体が多成分の
混合物である場合、それらの成分は同一または別
個の分配手段を介して透過性エレメントへ分配す
ることができ、例えば同軸管を介して分配しう
る。 回転可能部材中に支持された透過性エレメント
を本発明方法において用いる場合、回転可能部材
から第一の流体を排出させるための手段は、典型
的には回転軸から離れた回転可能部材外周中のオ
リフイスからなり、そのオリフイスを介して第一
の流体が噴霧状に排出しうる。回転可能部材が中
空デイスクでありその中に環状透過性エレメント
が配置されている場合、上記オリフイスは中空デ
イスクの壁において周線方向に伸長しているスリ
ツトの形状であるのが好適であり、そしてそのス
リツトが連続的であるのが好ましい。 固定流体捕集手段を設けるのが好適であり、例
えばハウジングを透過性エレメントの周りに設
け、あるいは回転可能部材を用いる場合にはその
回転可能部材の周りに設ける。かかる流体捕集手
段中に、透過性エレメントから排出される流体、
または成分、またはそれらの誘導体が捕集されう
る。向流の流動が生じている場合には、透過性エ
レメントおよび（使用される場合には）回転可能
部材は、そのような流体捕集手段中に装着して、
多孔性（透過性）エレメントから排出される流体
が混じり合わないようにすべきことは了解されよ
う。あるいは透過性エレメントまたは（使用され
る場合には）回転可能部材に、外周線方向に伸長
しているチヤンネルを設け、その中へ第一の流体
が流れるようにする。一またはそれ以上の適切に
配置された固定捕集手段（例えば扇形尾型のスク
ープ）がそのチヤンネル中から第一の流体をすく
い取り、そして第一の流体の回転速度により捕集
手段中を第一の流体が適当な位置まで押し進めら
れる。 透過性エレメント内の流体の滞留時間は、透過
性エレメントの半径寸法、透過性エレメントの性
質および透過特性、回転速度、および流体の流
量、の関数である。これらのパラメーターは相互
に作用し、滞留時間に影響を与える。例えば、半
径が増大し、他のパラメーターが一定に保たれる
場合には、滞留時間は増大し；流量を増大しその
他のパラメーターを一定に保つ場合には滞留時間
は短縮；回転速度を増大しその他のパラメーター
を一定に保つ場合には、滞留時間は短縮する。 大きな表面積の液体表面の発生のためには、第
一の流体および／または第二の流体（それが液体
である場合）が、透過性エレメントの細孔の表面
の実質上すべてを漏らすのが好ましい。透過性エ
レメントの漏れは、ある程度まで力学的因子に左
右されるが、もしそれが平衡漏れ条件によつて促
進されれば助長されうる。従つて透過性エレメン
トに関して小さな界面張力を有する流体は、透過
性エレメントの細孔から透過性エレメントに関し
て大きな界面張力を有する流体を移動させ易く、
かかる置き換え工程は両流体間の小さな界面張力
によつて促進される。透過性エレメントの漏れを
促進するには、透過性エレメントの細孔の表面を
湿潤剤で被膜するのが好ましく、あるいは湿潤剤
を両流体の少なくとも一方の流体に添加するのが
好ましい。例えば第一の流体が水であり、そして
透過性エレメントの細孔が疎水性表面を有する場
合例えば透過性エレメントがポリテトラフルオロ
エチレンを含む場合、適当な表面活性剤、例えば
ドデシル硫酸ナトリウムまたは「Monflur」表面
活性剤を水に添加しうる。 それぞれが適当な流体捕集手段、典型的にはハ
ウジングを備えた複数の透過性エレメントを直列
に接続することができる（本発明では前述の外周
部チヤンネルおよびそれに関連した除去手段の使
用が可能である）。適切な場合には適当なポンプ
を、隣接透過性エレメント同志間を接続している
パイプに備えうることは了解されよう。好適には
複数の透過性エレメントは一本の共通軸に関して
装着される。両流体は透過性エレメント列内を並
流関係で流れうるが、向流関係の流動であるのが
しばしば好ましい。 さらに本発明によれば、直列に接続しかつ一本
の共通軸に関して回転しうる複数の透過性エレメ
ント、該透過性エレメント列に対して流体を装入
する手段、および該透過性エレメント列から流体
を排出手段からなる、二流体相間の物質移動を行
う装置も提供される。 好ましくは各透過性エレメントは環状体であ
り、さらに好ましくは各環状体の軸は回転軸と一
致するものである。 透過性エレメントおよび（使用する場合には）
回転可能部材の材料および構造は、それらで起こ
る物質移動の性質（または種類）に関連して選択
しうる。例えば本発明方法において吸熱反応が起
こる場合には、透過性エレメントおよび／または
（使用する場合には）回転可能部材に可熱手段
（例：電気抵抗線）を設けることができ；本発明
方法において発熱反応が起こる場合には透過性エ
レメントおよび／または（使用する場合には）回
転可能部材に冷却手段（例：冷却コイル）を設け
ることができ；本発明方法に蒸留が含まれる場合
には透過性エレメントおよび／または（使用する
場合には）回転可能部材に断熱手段（例：ガラス
繊維質）を設けることができる。 本発明方法は、就中、吸収、脱着、向流抽出、
蒸留、均質化の諸工程に使用しうる。 本発明方法で実施することができる吸収工程
は、物理的吸収（例えばアンモニア、窒素酸化物
もしくは塩化水素の水中吸収、またはアンモニア
のブライン中吸収、または窒素酸化物の硝酸中吸
収）であつてよく；あるいは吸収工程は化学反応
を含んでいてよく、例えば重硫酸カルシウム製造
のための石灰乳中への二酸化硫黄の吸収；炭化水
素（例：クメン、シクロヘキサン、キシレン）の
酸化のための酸素／空気混合物の吸収；有機化合
物（特にC10〜C20α−オレフイン）のスルフオン
化のための三酸化硫黄の吸収；パラフインおよび
パラフインの塩素化および臭素化のための塩素ま
たは臭素の吸収；次亜塩素酸塩の製造のための苛
性ソーダ液中への塩素の吸収である。 本発明方法により実施しうる脱着工程として
は、就中、反応副生物の除去、例えばポリエチレ
ンテレフタレート「モノマー」の重合用メルトか
らのエチレングライコールの除去；天然油脂（例
えば、棉実油、大豆油、とうもろこし油、ラー
ド）を水蒸気で処理することによる脱臭；水性溶
液からの有機物質の揮発、例えば空気により水か
らアセトン除去；およびブラインからのアンモニ
アおよび炭酸ガスの除去がある。このような脱着
工程はしばしば減圧で実施され、減圧は典型的に
は１〜10mmHgの範囲である。 本発明方法で実施しうる抽出工程としては、就
中、抽出剤としてジエチレングライコールを用い
てのナフサからのベンゼン、トルエンおよびキシ
レンの抽出；発煙硫酸での水性弗化水素および水
性塩化水性水素の脱水乾燥；メチル・エチル・ケ
トンを用いてのパルプ工業の黒液からの蟻酸およ
び酢酸の抽出がある。 本発明方法で実施しうる蒸留としては、就中、
キシレンからのエチレンベンゼンの分離、C2炭
化水素の分離（エタンからのエチレンの分離）、
C3炭化水素の分離（プロパンからのプロピレン
の分離）、芳香族炭化水素の分離、モノ−、ジ−
およびトリ−メチルアミンとエチルアミン類の分
離、軟質ナフサからのイソペンタン分離、および
プロピレンオキシド／水の分離がある。 本発明方法で蒸留を行う場合、透過性エレメン
トから排出される蒸気を液化させるための液化手
段例えば凝縮器が必要であること、そして透過性
エレメントへ装入されるべき蒸気を発生する液体
を蒸発させるための蒸発手段、例えばボイラーが
必要であることは明らかであろう。好ましくは複
数の透過性エレメントであつて、各々がそれに関
連する液体捕集手段を備えそして好ましくは回転
可能部材中に支持されたものを、一本の共通軸に
関して直列に接続し、その透過性エレメント列に
液化手段および蒸発手段の如き補助的設備を設け
て蒸留装置を形成するのが好ましい。 従つて本発明によれば、各々が流体捕集手段を
有し、直列に接続されかつ一本の共通軸に関して
回転しうる複数の透過性エレメント；該透過性エ
レメント列に対して装入しうる蒸気を発生する液
体を蒸発させる蒸発手段；および該透過性エレメ
ント列から排出される蒸気を液化させる液化手
段；からなる蒸留装置をも提供する。 かかる蒸留装置で連続蒸留する実施する場合、
蒸留装置に液体供給原料を供給する位置は、その
液体供給原料の組成によつて決定される。このよ
うな供給位置は、蒸留技術分野の当業者によれば
容易に決定されうる。液体供給原料の低および高
沸点成分は上記供給位置から透過性エレメントを
経て透過性エレメント列の両端部へ向けて流れ、
そこでそれぞれ蒸気および液体として排出され
る。蒸気は液体器中で液化され、その液体の一部
は捕集され、一部は該列へ返還される。透過性エ
レメント列から排出される液体の一部は捕集さ
れ、一部は蒸発手段中で蒸発され、かくして得ら
れる蒸気は透過性エレメント列へ返還される。 本発明の蒸留位置は、いわゆる「蒸気再圧縮」
法に適用しうる。「蒸気再圧縮法」とは蒸気を圧
縮して熱液体を作り熱交換器中でその熱液体から
熱を取り出すことをいう。透過性エレメント列か
ら排出される蒸気は圧縮機中で液化され、その圧
縮機からの熱液体は熱交換器へ供給される。熱交
換器中で熱液体は熱を失い、その熱は、透過性エ
レメント列から排出される液体の一部によつて吸
収されるので、その液体部分は蒸発のためのボイ
ラーからの熱が少なくて済む。このようにして、
蒸留装置の総合的なエネルギー必要量を低減しう
る。好ましくは圧縮機は、透過性エレメント列を
回転させる駆動軸によつて駆動される。 本発明を以下添付図によりさらに説明する。添
付図は本発明方法に使用しうる装置を例示するも
のである。 第１および２図において、不銹鋼製の基部１お
よび壁部２、壁部２にボルト止めした透明蓋３を
有する中空デイスク（回転可能部材）には、中空
軸４が備えられている。中空軸４は基部１にある
四つの放射状チヤンネル５と連絡し、これらのチ
ヤンネルは流体を流通せしめうる孔６へ向かつて
いる。壁部２には舌状部材７が設けられ、この部
材７は蓋３の環状溝８と係合している。金属骨格
発泡体（典型的には商標「Retimet」で市販され
ている）の環状体が中空デイスク内に、基部およ
び蓋の間で、半径方向内側に配置したワイヤーメ
ツシユ１１そして半径方向外側に配置したワイヤ
ーメツシユ１２によつて支持された環状の透過性
エレメント９を形成している。二本の共通軸１３
および１４は気密シール１５を介して蓋３から突
き出ている。外側の管１３は四つのフアン・スプ
レイ１６と連結しており、それを通して液体を透
過性エレメント９に供給しうる。中空管４はベア
リングハンジング１７内のローラーベアリングに
回転自在に装着されている。そしてベアリングハ
ンジング１７は、穴１９を有する不銹鋼の固定ハ
ウジング１８に取付けられている。電動ミーター
（図示せず）はＶ−ベルトにより中空軸４に駆動
力を与えている。 運転に際して、中空デイスクを回転させ、液体
は管１３から透過性エレメント９へ供給し、この
液体は半径方向外向きに流れ、ワイヤーメチシユ
１２と壁部２との間のスペースを満たし、舌状部
７と溝８とで限定された通路を通して追放され
る。中空軸４およびチヤンネル６を通して気体が
装置へ供給され、壁部２とワイヤーメチシユ１２
との間の環状スペースに入る。壁部２と外側ワイ
ヤーメツシユ１２との間のスペース中の液体は壁
部２における気体の逃げを防止するので、気体は
透過性エレメント中を液体と向流関係に押し進め
られ、管１４を経て外へ出る。液体はハウジング
１８内に集まり、所望により穴１９から流出させ
られる。 第３図において、固定ハウジング２０，２１，
２２，２３、凝縮器２４およびボイラー２５は、
駆動軸２６に装着されている。駆動軸２６は、ハ
ウジング２０，２１，２２および２３中に装着さ
れた回転可能部材（図示せず）中に支持されてい
る透過性エレメントを回転させる。液体管２７，
２８，２９および蒸気管３０，３１，３２には適
当なポンプ（図示せず）が備えられており、これ
らの管は隣接ハウジング同志を相互連絡してい
る。蒸気パイプ３３および液体パイプ３４（スプ
リツター３５を備えている）は、凝縮器２４をハ
ウジングの群へ結んでする。蒸気パイプ３６およ
び液体パイプ３７（スプリツター３８を備えてい
る）は、ボイラー２５をハウジングの群へ結んで
いる。供給パイプ３９は液体パイプ２８へ連結し
ている。 運転に際して、駆動軸２６はモーター（図示せ
ず）により駆動される。供給液体は供給パイプ３
９を経て蒸留装置に入り、パイプ２８中の液体と
混合し、ハウジング２２内の透過性エレメントを
経て半径方向外向きに押し進められ、それと同時
に、ハウジング２２内の透過性エレメントを経て
半径方向内向きに流れる蒸気と接触する。供給液
体中の低沸点成分の一部はストリツピングされ
て、蒸気と共にパイプ３１を経てハウジング２１
内の透過性エレメントへ移動すると共に、一方高
沸点成分は液体と共にパイプ２９を経てハウジン
グ２３内の透過性エレメントへ移動する。ハウジ
ング２３から排出される高沸点成分は管３７を流
れ、一部はスプリツター３８を経て貯蔵タンクへ
流去し、残部はボイラー２５へ供給される。ボイ
ラー２５から出る蒸気はパイプ３６を経て、ハウ
ジング２３内の透過性エレメントへ移行する。こ
の蒸気は、低沸点成分がパイプ３３へ排出される
まで透過性エレメント内を流れ、次いで凝縮器２
４へ流れる。凝縮器から出る液体はパイプ３４を
経て流れ、一部はスプリツター３５を経て貯蔵タ
ンクへ流去し、残部はハウジング群へ戻る。 第４図において、圧縮機４０は駆動軸２６に装
着されている。蒸気パイプ３３および液体パイプ
４１は圧縮機をそれぞれハウジング群および熱交
換器４２へ連絡している。スプリツター４４を備
えた液体パイプ４３は熱交換器４２をハウジング
群へ結んでいる。 運転の際に、低沸点成分はハウジング群から排
出され、パイプ３３を経て圧縮機４０へ移行し、
そこで圧縮され液体を生ずる。液体はパイプ４１
を経て熱交換器４２へ移り、そこで高沸点成分に
より熱を吸収され失う。そこで冷却された液体は
熱交換器からパイプ４３を流れて、一部はスプリ
ツター４４を経て貯蔵タンクへ流去し、残部はハ
ウジング群へ返還される。 実施例 １ 金属骨格発泡体（商標「Retime45」で市販さ
れている金属骨格発泡体；界面面積＝約2500m2／
m3、空〓率＝約95％）から形成した内半径4.75
cm、外半径９cm、厚さ2.54cmの環状透過性エレメ
ントを、第１図及び第２図に示すような中空デイ
スク内に装着した。この中空デイスクを1450rpm
で回転させつつ、脱酸素された水を、金属骨格発
泡体（「Retimet45」：商標）の細孔内を半径方向
外向きに流動するように、中空デイスクに対して
16.7×10-5m3／秒の流量で供給し、そして空気を
半径方向内向きに流動するように中空デイスクに
対して16.7×10-4m3／秒の流量で供給した。中空
デイスクに供給される水中の酸素濃度及び中空デ
イスクから排出される水中の酸素濃度を、溶存酸
素探測子で測定した。さらに回転速度を増加させ
て種々の回転速度において同様ないくつかの実験
を行ない下記の表１に示す結果を得た。この際、
下記の式を用いて物質移動係数KLを計算した。 KL＝Ｑ／Va1nCe1C1／Ce1−C2 ただし、 KL＝液膜支配物質移動に対する物質移動係数
（ｍ／秒）、 Ｑ＝水の容積流量（m3／秒）、 C1＝供給水中の酸素濃度、 C2＝排出水中の酸素濃度、 Ce1＝室温における水中の酸素の平衡濃度、 ａ＝透過性エレメントの界面面積（m2／m3）。 そして、いわゆる、容積物質移動係数を下記式
を用いて計算した。 溶積物質移動係数＝KL・ａ／秒
【表】 表１によると、平均加速度が約5000ｍ／（秒）2
より増加すると、容積物質移動係数の著しい増大
があることが判る。 実施例 ２ 金属骨格発泡体（市販品「Retime45」：商標）
と、編成金属線メツシユ材料（市販品
「Knitmesh9078」）とが同程度の物質移動係数を
与えることを示すためにそれらの両材料から二つ
の環状透過性エレメントを作つた。上記の金属骨
格発泡体（Retimet45）は95％の空〓率及び2500
m2／m3の界面面積を有し、編成金属メツシユ材料
（Knitmesh9097）は90％の空〓率及び2770m2／m3
の界面面積を有した。それら二つの透過性エレメ
ントの諸寸法は下記の通りであつた。 Reti Knitm met45 esh9078 内径(cm) 8.6 9.6 外径(cm) 21.6 21.6 軸方向厚さ(cm) 2.3 2.5 各エレメントを中空デイスク内に装着し、各透
過性エレメントを3400rpmで回転させつつ、脱酸
素水を透過性エレメントの細孔内を半径方向外向
きに流動するように20／分の流量で透過性エレ
メントに供給し、そして空気を半径方向内向きに
流動するように供給した。透過性エレメントに装
入される水と透過性エレメントから排出される水
の酸素濃度を、溶存酸素探測子で測定した。両透
過性エレメントについてのH.T.U.値（Height
per transfer unit）を算出したところ、
Retimet45のエレメントについては1.05cmであり、
そしてKnitmesh9078のエレメントについては
0.95cmであつた。これらのH.T.U.値に対応する
物質移動係数は1.07×10-3ｍ・秒（Retimet48）
及び1.1×10-3ｍ・秒（Knitmesh9078）である。 上記「Knitmesh」（商標）のような編成金属線
メツシユ充填材では同様なH.T.U.値、従つて同
様な物質移動効率が得られるけれども、骨格発泡
体は金属線メツシユ充填材よりも良好な剛性を有
し、かくして透過性エレメントの加工組立を簡単
化しうる。なんとなれば、金属線メツシユ充填材
は、高回転速度においての機械的団結性を維持す
るためにその透過性エレメントの加工組立には特
殊な工程が採用される。これに対して、
「Retimet」のような金属骨格発泡体材料から透
過性エレメントを加工組立てするときには、適宜
な寸法の環状体となるように「Retimet」の塊を
切削加工すればよい。 第５図に「Retimet45」（商標）金属骨格発泡
体の圧縮変形度のグラフを示すが、その横軸は圧
力（Kg／m2）を表わし、縦軸は圧力印加方向にお
ける圧縮率（％）を表わしている。この金属骨格
発泡体の圧縮は300×103Kg／m2に至るまでの圧力
に対しては著しくない（2.5％以下）ことが判る。
半径方向の厚さが0.3ｍである、「Retimet45」か
ら構成された環状透過性エレメントについては、
300×103Kg／m2の圧力はその環状透過性エレメン
トの外周において25000ｍ／（秒）2のオーダーの
加速度に対応する。この値は、編成金属線メツシ
ユ充填材で採用しうる回転速度に対応する値をは
かるにしのぐものである。例えば編成金属線メツ
シユを、0.3ｍの半径方向の厚さとなるように巻
き付けることにより透過性エレメントとする場
合、その完成透過性エレメントが前記の如き大き
な加速度に付されると著しいゆがみ変形を受け易
く、その際には、巻き付け体の相隣れる層同志が
互いに離れて大きな望ましくない空〓が透過性エ
レメント中に発生することがあるので、これを防
ぐには巻き付け時に特殊な手法で加工組立てし、
特殊な張力の掛け方を用いなければならず、不都
合である。 実施例 ３ 中空のステンレス鋼デイスクに、約2500m2／m3
の界面面積を有する金属骨格発泡体（市販品：
「Retimet」：商標）を詰めて透過性エレメントを
作つた。この透過性エレメントの平均半径は7.5
cmであり、またその軸方向厚さは0.12cmであつ
た。その組立体に対して、ボイラー及び凝縮器
を、蒸気が透過性エレメントの外側縁に装入され
そして液体が透過性エレメントの内側縁に装入さ
れるようにそれぞれ連結した。メタノール／エタ
ノール混合物の蒸留を「全環流」状態（すなわ
ち、凝縮された蒸気の全体が透過性エレメントへ
返還される状態）で実施した。70モル％のメタノ
ール及び30モル％のエタノールの混合物をボイラ
ーに装入し、そして加熱によりメタノール及びエ
タノールの蒸気を発生させた。中空デイスクと透
過性エレメントを1000rpmで回転させつつ、その
蒸気を透過性エレメントを介して半径方向内向き
に移動させそして凝縮器へ移し、そこで蒸気を液
化させた。このようにして得られる液体を、透過
性エレメントの内側縁面に均一に噴霧することに
より透過性エレメントに再装入した。この液体は
加速度の影響下に半径方向外向きに移動し、かく
して向流が生じた。透過性エレメントを介しての
一定範囲の蒸留物流量（0.7〜1.8／分）につい
てH.T.U.値を算出したところ、1.5cmのオーダー
であつた。H.T.U.値は、透過性エレメントの物
質移動効率の良否の一尺度であり、H.T.U.値が
低くなるにつれて、物質移動効率が良くなる。 上記の実験結果と対照的に、1/2インチ（1.27
cm）サドル型充填材（市販品：「Intalox
Saddle」：商標、界面面積＝625m2／m3）を詰め
た慣用の固定塔で30モル％のエタノール及び70モ
ル％のメタノールの混合物を蒸留した場合には、
例えば25cmのオーダーの著しく大きなH.T.U.値
がこのことは回転加速が物質移動を促進すること
を示している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による物質移動装置の一例の縦
断面図。第２図は第１図の線Ａ−Ａにおける横断
面図（第１図と第２図では縮尺度が異なる）。第
３図は本発明の装置を直列に配置した連続蒸留装
置の一例の概略フローシート。第４図は第３図の
装置を蒸気再圧縮法に適用した場合の概略フロー
シート。第５図は、骨格発泡体の有する望ましい
剛性、あるいは耐圧縮性を示すグラフで横軸は圧
力、縦軸は圧縮率を表わしている。 中空デイスク……１〜３、第２流体装入用中空
軸（回転軸）……４、透過性エレメント……９、
第１流体装入用管……１３、排出流体管……１
４、ハウジング……１８、凝縮器……２４、ボイ
ラー……２６。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の流体相が液体である二つの流体相間で
    物質移動を行う装置であつて、 (a) 両流体を透過させることができ、流体に対し
    て屈曲路を与える細孔を有し、そして或る軸に
    関して回転するように装着されているエレメン
    ト、 (b) 該軸に関してエレメントを回転させて、第１
    の流体がその軸から半径方向の外向きに流動す
    るように両流体が細孔を通つて流動するときに
    両流体を少なくとも300ｍ／（秒）2の平均加速
    度に付す手段、 (c) 両流体を上記透過性エレメントに装入する手
    段、及び (d) 少なくとも流体の一方またはその誘導体を透
    過性エレメントから排出する手段からなり、そ
    して透過性エレメントが： () 少なくとも200m2／m3の界面面積を有し、 () 骨格発泡体からなり、かつ () 使用中にその透過性を維持するための機
    械的強度を有する、 ことを特徴とする上記物質移動装置。 ２ 透過性エレメントが金属骨格発泡体である特
    許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 透過性エレメントが1500m2／m3以上の界面面
    積を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
    または２項に記載の装置。 ４ 透過性エレメントが3000m2／m3以上の界面面
    積を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
    または２項に記載の装置。 ５ 直列に結合された複数の透過性エレメントを
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第１〜４項
    のいずれか一つに記載の装置。 ６ 蒸留用に適合されたものであり、該透過性エ
    レメント列へ気化液体を装入する手段及び該透過
    性エレメント列から排出される蒸気を液化する手
    段を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
    第５項な記載の装置。 ７ 気化手段及び液化手段が一つの共通軸に関し
    て回転可能に装着されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８ 液化手段が圧縮機であり、その圧縮機及び気
    化手段に熱交換器が接続されており、かくして透
    過性エレメント列の第１の透過性エレメントから
    の蒸気を圧縮機中で凝縮して第１の液体とし、圧
    縮機から第１の液体を熱交換器へ移し、そして気
    化手段中で気化されるべき第２の液体に対してそ
    の熱交換器において第１の液体が熱を与えるよう
    に装備し適合させたことを特徴とする特許請求の
    範囲第６または７項に記載の装置。 ９ 透過性エレメントは、第１の流体が流入する
    周囲延在溝を備えており、そして１つまたはそれ
    以上の固定捕集手段がその溝中に浸つてそのため
    に第１流体の回転速度により捕集手段内第１流体
    が推し進められることを特徴とする特許請求の範
    囲第１〜８項のいずれか一つに記載の装置。
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