JPH0518634U - 回転式平膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転式平膜分離装置への被処理液の供給・排
出に回転で発生する遠心力を利用する。 【構成】 円盤状支持体の両面に分離膜を具えた多数の
膜リーフを間隔を保って積層して中空回転軸で貫通し、
膜リーフ内部と中空軸の中空部とは連通し、外部とは流
密に封止されてなる膜エレメントで、膜リーフの中空軸
近傍に軸方向に連通する通液孔を設けたものと、膜リー
フと間隔を保ちうる様に交互に積層した平盤状仕切とを
中空軸を回転中心として相対的に回転させる。 【効果】 回転によって発生する遠心力で被処理液を吸
入・排出し、膜性能低下を防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、多数積層された平盤状膜リーフからなる膜リーフエレメントと、膜 リーフ間に交互に挾まれた多数の平盤状仕切からなる平盤状仕切エレメントとが 、相対的に回転可能な構造を有する回転式平膜分離装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

膜分離において、膜を透過しない溶質や固体が膜表面に蓄積して起こる性能劣 化を軽減するために、被処理流体を膜表面に沿って流動させる、いわゆるクロス フロー濾過法が汎用されている。

【０００３】 従来より静止した膜モジュールのクロスフロー濾過法としては被処理液をポン プで圧送して、膜面に沿って所要の流速を与える方法が実用に供されている。流 速が膜性能に及ぼす効果は例えば、鹹水や海水の逆浸透膜による脱塩では、主と して塩排除率の改善に顕著に表われる。また、高分子溶質や懸濁固体を含む果汁 、発酵液等、或いは各種排液等の限外濾過膜や精密濾過膜による処理では、主と して透過流束の改善に顕著に表われる。

【０００４】 限外濾過法や精密濾過法では膜自身の透過抵抗よりも境界層の抵抗の方が一般 に大きく、一桁以上の場合も希ではない。この様に大きい境界抵抗をクロスフロ ーによって低減させるためには、必然的に被処理液の供給流量は莫大となり、し かもその大部分は膜を透過せずに膜モジュールから排出されるため、莫大な投入 エネルギーの大部分が浪費されることになる。

【０００５】 この損失を軽減する方法としては、膜モジュールから排出される被処理液の大 部分を、背圧調圧弁を通して放圧することなく、膜モジュール入口に循環供給す る方法が採られており、この循環液に関しては流動圧損で失われたエネルギーを 補給すればよい。しかし、この様にしても高流速による圧損は大きく、大量のエ ネルギー補給を必要とするだけでなく、更に入口圧が膜モジュールの耐圧限度を 超えない様に流動長を制限する必要が生じる場合は、並列化すなわち、供給流量 の増大による動力費及び設備費の増大が生じる欠点を有している。

【０００６】 この問題を解決する方法として、被処理液を静止膜面に対し高速で流動させる 代りに、膜面或いは膜面に対面する物体、壁面等を運動させることにより、膜面 と被処理液を相対的にクロスフロー状態とする方法が主に提案されている。

【０００７】 平膜を用いた装置及び方法として例えば、特開昭４８−６５１７９号公報には 図６に示す様に液体導入口２と濃縮物排出口３を有する円筒容器１に対して中空 回転軸４と仕切５を設け、両表面に分離膜８を被覆した円盤状膜リーフ９の中心 を中空回転軸４で貫通し、該膜リーフ内部７と回転軸中空部１０が小孔６で連通 する様に取り付ける膜分離装置、及び回転軸を介して膜リーフを回転させること により、膜表面に高い速度勾配を生じさせる膜分離方法が開示されている。

【０００８】 静止円盤状膜リーフ間に回転する仕切を介在させることによっても、被処理液 の共回りによる速度勾配の減少を防ぎ、膜面剪断速度を高める効果が期待される 。例えば、特開昭４９−７４１７５号公報には、膜リーフの中心孔は液密に封止 され、膜透過液は膜リーフ外周部から容器外に取り出され、膜リーフ間に設けら れた仕切が、膜リーフ中心孔を非接触的に貫通する回転軸に固定されて回転して 被処理液を膜面に平行に流動させる装置を開示している。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

従来の回転式平膜分離装置は、上述の様に被処理液を高流量で供給する必要が ない長所を有しているが、一方で図６から明らかな様に、被処理液が全膜リーフ 間を直列に流れるため流路が長くなり、同じ供給流量であっても各膜リーフ間を 並列に流れる場合に比較して、圧損が格段に大きい。従って、有効濾過圧を確保 するために供給圧力を高くせざるを得ず、それだけ所要エネルギーが増大する短 所を有している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

膜分離装置への被処理液の流入、流出量が与えられたとき、流動圧損を最小に する方法は各膜リーフと仕切間の流路がすべて並列となる様に被処理液を分配す ることである。

【００１１】 即ち本考案は、内部に透過液流路を有する平盤状支持体の両面に分離膜を具え 、周縁部は液密に封止されてなる膜リーフが相互に間隔を保って多数積層されて 一体をなし、多数の膜リーフからの透過液を排出する流出部を持つ膜リーフエレ メント、または膜リーフと交互に間隔を保って挾まれて多数積層される平盤状仕 切が、該膜リーフエレメントとは別体として一体をなす平盤状仕切エレメントの いずれか一方の中心部を回転軸で貫通し、これらのエレメントを相対的に回転可 能に配してなり、膜リーフを回転軸で貫通してなる場合には、回転軸を透過液が 流出する中空軸となし、膜リーフの透過液流路と該中空軸の中空部とは中空軸壁 の小孔を介して連通し、かつ外部とは液密に封止してなる回転式平膜分離装置に おいて、膜リーフ群または仕切群の少くとも一方の群の回転軸に近い部分にそれ ぞれ通液孔が設けられてなることを特徴とする回転式平膜分離装置である。

【００１２】 本考案の構成によれば、被処理液を該通液孔を通して各膜リーフに低圧損で並 列供給し、膜リーフと仕切あるいは２組の膜リーフの間の相対回転運動によって 生ずる遠心力に促進されて、膜処理を施しながら膜リーフの外周部へ運び、膜リ ーフ及び仕切の外周部及び／または周外に設けた通液路を通して低圧損で排出す ることができる。

【００１３】 さらなる本考案の利点は各膜リーフへの並列給液路を、相対回転運動の回転中 心近くに設けることによって、被処理液の供給と排出が遠心力によって促進され ることである。

【００１４】 膜エレメントがコンパクトな耐圧容器に収納されず、膜エレメントに比して充 分に大容量で且つ容積変動の僅少な被処理液中に直接浸漬している場合は、各膜 リーフへの供給・排出には特に障碍はない様に見える。しかし、外部動力で被処 理液を強制的に供給・排出しない場合は膜エレメント内の被処理液と外部の被処 理液との交流部は膜リーフの外周部のみであるから、膜表面に膜の法線方向に発 生する通常言うところの濃度分極の他に膜リーフの半径方向にも濃度分極が発生 する。相対的回転運動は前者の軽減には有効だが後者に対しては殆んど効果が期 待できない。濃度分極軽減に働く力としては、半径方向の濃度勾配を駆動力とす る拡散しかなく、半径方向の流動がある場合に比較して、濃度分極による膜性能 低下の度合いは大きく、膜リーフ径が大きくなる程著るしくなる。

【００１５】 これに対し、本考案による膜エレメントでは中空軸近傍に膜リーフを中空軸に 略平行に貫通して設けた通液孔が遠心力による被処理液の吸入口として作用する ので、膜リーフ周方向の流動と同時に半径方向の流動も発生させ、半径方向の濃 度分極軽減に有効に働くことが期待される。

【００１６】 本考案に用いられる膜リーフとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン 等のポリオレフィン類、ポリビニルクロライド、ポリメチルメタクリレート、ポ リスチレン等のビニル重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリカ ーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン等の縮重合体等のプラスチッ クから成る平盤状成形体の表面または内層に透過液流路を設けたもの、或はこれ ら材料から成る平板状成形体にスクリーンメッシュや不織布等の多孔シートを重 ねたもの、或はプラスチック粒体又は金属粒体焼結板、或はスクリーンメッシュ 、樹脂加工した織布、ブリッスルから成る織布、及び不織布等の耐圧且つ流体流 路をもつ平盤状のものを膜支持体とし、この膜支持体の両表面にポリアクリロニ トリル系、ポリスルホン系、ポリアミド系、ポリオレフィン系等の限外濾過膜又 は精密濾過膜、セルロースアセテート系、架橋ポリアミド系等の逆浸透膜やその 他の選択透過機能を有する平盤状分離膜を重ね、外周をポリウレタン系やエポキ シ系等の接着剤で封止したものを挙げることができる。

【００１７】 次ぎに、膜リーフを回転軸で貫通させて膜エレメントを形成させる場合につい て説明する。

【００１８】 この様にして作製した膜リーフは、中空の回転軸に嵌合し、その当接表面は弾 性Ｏ−リング、スペーサ、接着剤等で液密に封止する。一方、中空回転軸内空と 支持体の透過液流路とは回転軸壁に設けた小孔によって連通する様にする。

【００１９】 又、本考案においては、軽量且つ可撓性の仕切が好適に用いられるが、その材 料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリ ビニルクロライド、ポリビニリデンクロライド、ポリテトラフルオロエチレン、 ポリビニリデンフルオライド等のビニル重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリ エステル等の縮合重合体、セルロースエステル等の有機高分子のフィルムまたは シートを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

【００２０】 本考案における仕切りは、その中心に回転軸の外径より太径の穴をもつ同心円 形状で、外周には係合のための突起等を有するものでも、或は円形に限定せず、 突起間を曲線又は直線で結ぶ多辺形でもよい。

【００２１】 膜リーフと中空回転軸からなる膜エレメントは、膜リーフを通常百枚以上積層 するが、膜エレメント長としては１〜３ｍが適当で実用的である。

【００２２】

【実施例】

以下、本考案を実施例により更に詳しく説明するが、本考案はこれらの実施例 に限定されるものではない。

【００２３】 実施例１ 本考案の実施例１を図１〜２に示す。図１は本考案になる一実施例を示す縦断 面図である。図２は、その横断面図である。図２の外周部は円筒容器１を示し、 内部の円形部の左半分は膜リーフ面を示し、右半分は仕切り面を示している。

【００２４】 図１において、円盤状膜支持体７の両面に分離膜８を重ね、外周部を接着剤で 接合封止した円盤状分離膜リーフ９が環状スペーサ１１を介して一定間隔に重ね られ、中空回転軸４に嵌合固定されている。円盤状支持体７の両表面には放射状 に溝が設けられており、不織布で裏打ちした分離膜８との間に形成された透過液 流路は中空回転軸４に設けられた小孔６を介して回転軸の中空部１０と連通して いる。また、膜リーフ９と中空回転軸４からなる膜エレメントは環状スペーサー １１によって液密に結合されている。各膜リーフ９間には可撓性フィルムシート から打ち抜いた仕切５が挿入されており、リング状の単位を重ねて形成した円筒 容器１のリング間に挿んで固定することによって、回転が抑止される。

【００２５】 被処理液は円筒容器１の片端部に設けられた液体導入口２から各膜リーフ９の 内周部に設けた通液孔１２を被処理液の供給流路として各膜リーフ９に低い圧損 で流入し、回転している膜リーフの表面と回転していない仕切５の間を通り、膜 透過液を失って仕切５の外周部に設けた通液孔１３を被処理液排出流路として、 濃縮物排出口３に到り容器外へ流れ出る。

【００２６】 中空回転軸４は、軸受け１４で支持され、プーリー１５を介して駆動ベルト（ 図示せず）等によりモータで回転される。

【００２７】 実施例２ 実施例１におけるリング状の単位を重ねて形成した円筒容器の代りに、円筒容 器として一体の円筒を用いた。この装置の横断面を図３示す。図３の外周部は円 筒容器１を示し、内部の円形部の左半分は膜リーフ面を示し、右半分は仕切面を 示している。

【００２８】 仕切５の外径を円筒容器１の内径より小さくし、外周部に突出部（耳）１７を 複数個設けている。被処理液は、膜リーフ９の内周部に設けた通液孔１２を通じ て膜リーフ９に供給され、膜処理を受けながら遠心力の促進をうけて外周部に達 し、間隙１６を通って他端の濃縮液排出口３から容器外に排出される。仕切５の 共回りは仕切５の外周部に有する突出部１７に孔を穿ち共回り防止棒１８を貫通 し、円筒容器１の上下壁両端部に固定して防止する。

【００２９】 実施例３ 膜エレメントを固定し、仕切５を回転させる実施例を図４に示す。膜リーフお よび仕切としては、図３と同様のものを用いた。

【００３０】 図４において、円盤状膜支持体７の両面に分離膜８を重ね、外周部を接着剤で 接合封止した円盤状分離膜リーフ９が環状スペーサ１１を介して一定間隔に重ね られ、中空軸４１に嵌合固定されている。

【００３１】 円盤状支持体７はスクリーンメッシュから切り出したもので、不織布で裏打ち した分離膜８の透過液流路を形成し、中空軸４１に設けられた小孔６を介して軸 中空部１０と連通している。また、膜リーフ９と中空軸４１からなる膜エレメン ト９は環状スペーサー１１によって液密に結合されている。各膜リーフ間には可 撓性フィルムシートから打ち抜いた図３の右半分に示す耳付き環状の仕切５が配 置されており、膜リーフ外側の外枠２１に固定される。外枠２１は中空軸４１と 軸受１４を介して回転可能に配されており、上下車輪１９とこれらのの外周部を 中空軸４１と平行に連結する複数の仕切係合棒２０とからなる。仕切５の耳部１ ７に設けた穴を貫通することによって、プーリー１５と駆動ベルト（図示せず） を介して外部動力（図示せず）によって回転する外枠の回転運動を仕切５に伝達 する。

【００３２】 被処理液は仕切５の回転によって発生する遠心力に促進されて、上下両車輪１ ９の車軸間あるいは軸受１４近傍に設けた孔（図示せず）を通って仕切５の内周 と環状スペーサー１１との間隙と膜リーフ９内周部に設けた通液孔１２を通って 各膜リーフに供給され、膜リーフと仕切の間隙を膜透過水を失いながら外周に到 り放出される。

【００３３】 通液孔１２の効果を実証する目的で線径０．３２mm，目開き０．９５mmのスク リーン・メッシュから外径１３０mm，内径２０mmの円盤状膜支持体７を切り出し 、その両面にアクリロニトリル系限外濾過膜ＤＵＹ−Ｌ（ダイセル化学工業株式 会社製）８を活性層を外側に向けて重ね合わせ、外周部を接着剤で封止して膜リ ーフ９−１を作製した。膜リーフ９−１にはＯ−リングを有する環状スペーサー １１の外周から５mm外側に直径１０mmの通液孔１２を４個設け、周囲を接着剤で 封止した。比較例のために、通液孔１２を設けない以外は全く同様にして膜リー フ９−２を作製した。仕切５は厚さ０．３mmのポリエチレン・フィルムから外径 １３０mm，内径４５mmで９０°毎に４個所外方に突出した耳をもつフィルムを切 り出した。膜リーフ９−１を用いた製造と膜リーフ９−２を用いた装置は膜リー フ以外は同一の部品を用いて同一寸法に組み立てた。

【００３４】 この様に構成した回転式平膜分離装置１０１を卵白アルブミン（和光純薬工業 株式会社製）１５ｇと水溶性澱粉（和光純薬工業株式会社製）３７ｇを３０リッ トルの燐酸緩衝液（pH６．７）に溶解した溶液に浸漬し、図５に示す様に中空軸 ４１の上端をバルブ１０２、透過液量計量トラップ１０３，圧力計１０４，三方 弁１０５を介して減圧ライン１０６に接続し、透過側を０．８kg／cm² の負圧に して膜分離実験を行った。その結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】 表１の結果から通液孔１２の効果は明らかである。この効果は膜リーフ外径が 大きくなる程大きくなることが期待される。即ち通液孔のない場合は、半径方向 の濃度分極を軽減する駆動力は濃度勾配のみで、半径に逆比例するのに対し、遠 心力は半径に自乗して大きくなるからである。

【００３７】

【考案の効果】

本考案によれば、一組の平盤状の膜リーフと一組の仕切または膜リーフが交互 に間隔を保って積層され、膜リーフと仕切または第２の組の膜リーフとが相対的 に回転可能な回転式平膜分離装置において、少くとも回転中心に位置する軸に固 定された膜リーフまたは仕切の内周部に好ましくは軸に略平行に連通する様に通 液孔を設けることによって、被処理液を回転によって発生する遠心力で促進して 膜リーフの内周部に供給し、膜面を外周部へ運び装置外へ排出することができ、 この作用によって、被処理液を外部動力によって強制的に供給・排出しなくとも 、膜性能を充分発揮させることができる回転式平膜分離装置を提供することがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す実施例１の装置の縦断
面図である。

【図２】本考案の実施例１の装置の横断面を示す断面図
である。

【図３】本考案の実施例２の装置の横断面を示す断面図
である。

【図４】本考案の他の一実施例である実施例３の装置を
示す縦断面図である。

【図５】本考案の回転式平膜分離装置の性能測定に用い
た装置を示す概略図である。

【図６】従来の回転式平膜分離装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 円筒容器 ２ 液体導入口 ３ 濃縮物排出口 ４ 中空回転軸 ５ 仕切り ６ 小孔 ７ 円盤状膜支持体 ８ 分離膜 ９ 膜リーフ １０ 回転軸中空部 １１ 環状スペーサー １２ 通液孔 １３ 通液孔 １４ 軸受け １５ プーリー １６ 間隙 １７ 突出部（耳） １８ 共廻り防止棒 １９ 外枠車輪部 ２０ 仕切係合棒 ２１ 外枠 ４１ 中空軸 １０１ 回転式平膜分離装置 １０２ バルブ １０３ 透過液量計量トラップ １０４ 圧力計 １０５ 三方弁 １０６ 減圧ライン

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に透過液流路を有する平盤状支持体
   の両面に分離膜を具え、周縁部は液密に封止されてなる
   膜リーフが相互に間隔を保って多数積層されて一体をな
   し、多数の膜リーフからの透過液を排出する流出部を持
   つ膜リーフエレメント、または膜リーフと交互に間隔を
   保って挾まれて多数積層される平盤状仕切が、該膜リー
   フエレメントとは別体として一体をなす平盤状仕切エレ
   メントのいずれか一方の中心部を回転軸で貫通し、これ
   らのエレメントを相対的に回転可能に配してなり、膜リ
   ーフを回転軸で貫通してなる場合には、回転軸を透過液
   が流出する中空軸となし、膜リーフの透過液流路と該中
   空軸の中空部とは中空軸壁の小孔を介して連通し、かつ
   外部とは液密に封止してなる回転式平膜分離装置におい
   て、膜リーフ群または仕切群の少くとも一方の群の回転
   軸に近い部分にそれぞれ通液孔が設けられてなることを
   特徴とする回転式平膜分離装置。
2. 【請求項２】 回転軸に近い部分に設けられてなるそれ
   ぞれの通液孔が、回転軸と略平行に連通されてなること
   を特徴とする請求項１記載の回転式平膜分離装置。