JPS595004B2 - 中空糸型膜分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、膜壁が流体に対して選択透過性を有する中空
糸を備えた膜分離装置において、中空糸開口面に隣接す
る受圧板の改良された膜分離装置に関する。

流体中の一部の成分を分離する方法として選択透過性を
有する膜を用いる膜分離法が最近注目されている。

膜分離法を適用した操作としては逆浸透法、限外濾過法
、透析、液体透過、気体透過。

バーベーパライゼーション、正浸透法などがある。

従来、種々のタイプの膜分離装置が提案されており、平
膜型、管型、スパイラル型、中空糸型がその代表的なタ
イプであるが、これらの中で中空糸型は装置単位容積光
たりの膜面積が大きく、膜に自己支持性があって膜支持
体が不要である等の利点があり、普及しつつある。

しかし、この中空糸型膜分離装置にも改良すべき多くの
欠点がある。

従来提案されている中空糸型膜分離装置の一例において
は、中空糸組立体が筒状容器内に収容され、各中空糸は
幾層にも重なって中空糸組立体の軸方向に延び、その端
部に位置する樹脂壁を貫通してその外側に開口するよう
な構造になっている。

しかし、この構造の装置では中空糸の外面に接触する流
体に圧力をかけて分離操作を促進しようとすると樹脂壁
が圧力によって変形し、中空糸と樹脂壁との間の接着部
に破損が起こって流体が洩れ、甚しい場合には樹脂壁が
破損する欠点がある。

才た他の例においては、上記樹脂壁の変形を防ぐために
樹脂壁に隣接して全面に多数の孔を穿った受圧板を設け
ている。

この構造をとれば、中空糸の外面に接する流体を加圧す
る場合にも樹脂壁は変形しない。

しかしこの構造では受圧板の孔と中空糸の開口部とが一
致しない部分で中空糸の開口部を塞ぐためにそこでは被
処理流体が流れなくなり、装置容積あたりの透過能力が
小さくなる欠点がある。

また樹脂壁の中空糸開口面に隣接する受圧板の他の例と
して焼結金属や砂を樹脂で固めた材料を用いた多孔質板
が提案されている。

この受圧板の場合には、上述の例よりも中空糸開口端を
塞ぐことは少ないが、それでもかなり該開口端が塞がれ
て膜分離効率を低下させる結果になる。

本発明者らは、従来装置における上記の欠点を克服して
、樹脂壁の変形を阻止し、かつ有効膜面積の減少を最少
限にとどめるような受圧板の構造を検討した結果、本発
明に到達した。

すなわち、本発明は筒状容器と該筒状容器に収容された
柱状の中空糸組立体とから構造され、該中空糸組立体は
流体に対して選択透過性を有する多数の中空糸からなる
中空糸層と該中空糸層の少なくとも一端に位置する樹脂
壁とからなり、該中空糸層を構成する中空糸は上記樹脂
壁の少なくともひとつを貫通してその外側に開口してお
り、かつ上記樹脂壁の中空糸開口面に隣接して受圧板を
配置した膜分離装置において、該受圧板の少なくとも一
方の面に全面にわたって線状突起を設け、該突起の先端
において上記中空糸開口面に接するすうにしたことを特
徴とする膜分離装置である。

本発明の膜分離装置によれば、受圧板によって樹脂壁の
変形を阻止することができるとともに樹脂壁の中空糸開
口面と受圧板との接触面積が小さいために中空糸開口部
の閉塞による有効膜面積の減少を最少限にとどめること
ができる。

また凸起が線状であるので樹脂壁に食いこみにくいとい
う利点もある。

更に受圧板目体あるいは受圧板と中空糸開口面との間隙
の形状が簡単であり、中空糸内部に通じる流体の流れに
停滞部を生じることがないために流体が変質しやすい場
合や微生物の繁殖が問題になる場合に効果が大きい。

また受圧板の形状が簡単であるので成形が容易であると
いう効果もある。

本発明の膜分離装置についてまず図面の例について説明
する。

第１図は本発明の膜分離装置の一例を示す断面図である
。

第１図において、１は中空糸組立体、２は中空糸組立体
１を収容する筒状容器、４，５は端板である。

中空糸組立体１は中空糸層６、孔あき管７、樹脂壁８，
９よりなり。

中空糸層６を構成する各中空糸は束状になってＵ字状に
配置され、その端部は樹脂壁８を貫通して外側に開口し
ている。

樹脂壁８と端板４との間には受圧板３が設けられ、受圧
板３は多数の線状突起を有し、突起の先端が樹脂壁８の
中空糸開口面に接している。

端板４には中空糸内に連結する流体出入口１０を備え、
スナップリング１３を介して筒状容器２に支持されてい
る。

また端板５は中空糸の外周縁に連通ずる流体出入口１１
．１２を備え、スナップリング１４を介して円筒２に支
持されている。

１５，１６，１７，１８は流体をシールするための０１
Ｊングである。

第１図の膜分離装置を用いて逆浸透法を行なう場合、流
体出入口１１から供給された被処理流体は孔あき管７を
通って中空糸層６に流入し、一部の被処理流体は中空糸
の内側・＼透過し、残余の被処理流体は中空糸層６と筒
状容器２との間の流路を通って流体出入口１２より排出
される。

一方、中空糸の内側に透過した流体は中空糸の内側流路
を通って樹脂壁８を貫通し、樹脂壁８の中空糸開口面１
９から受圧板３と樹脂壁８との間の流路を通って端板４
の流体出入口１０から取り出される。

被処理流体はかなり高圧で中空糸層に押し込まれるので
、樹脂壁８および９はその圧力で変形する危険性がある
。

特に樹脂壁８には多数の中空糸が貫通しているので強度
が弱く、特に補強を要するが、受圧板３の作用で変形す
ることがなく、また樹脂８と受圧板３との接触面積が小
さいので中空糸開口部を塞ぐことも少ない。

第２図は本発明の膜分離装置の他の具体例を示した断面
図である。

この特長は受圧板が端板を兼ねた構造をしていることで
あり、他は第１図の場合と同じである。

第２図において２１は中空糸組立体、２２は中空糸組立
体２１を収容する筒状容器、２３は端板を兼ねた受圧板
、２５は端板である。

中空糸組立体２１は中空糸層２６、孔あき管２７、樹脂
壁２８．２９からなり、中空糸層６を構成する各中空糸
は束状になってＵ字状に配置され、その両端部は樹脂壁
２８を貫通して外側に開口している。

３０は透過流体出口、３１は被処理流体入口、３２は被
処理流体出口である。

なお、図面の例では中空糸はＵ字状になって、その開口
端は左側の樹脂壁８または２８のみを貫通しているが、
中空糸が直線状に配置されて左右両側の樹脂壁を貫通し
てその外側に開口端を有するような構造であってもさし
つかえない。

その場合には両側の樹脂壁の外側に受圧板を配置するこ
とが好ましい。

第３図は本発明の膜分離装置における受圧板の一具体例
を示す平面図であり、第４図は第３図のＡ−Ａ線で切断
した断面図、第５図は第３図のＢ−Ｂ線で切断した断面
図である。

第３図ないし第４図において受圧板４０は同心円状に配
列された多数の突起４１を備え、受圧板４０が膜分離装
置に組みこまれた場合、突起４１の先端４２が樹脂壁の
中空糸開口面に線状に接触する。

また受圧板４０にはその中央に流体出入口４４を備え、
流体出入口４４は突起４１の溝部４５に連通し、中空糸
の内部に通じる流体は流体出入口４４を経て流入または
流出する。

第６図は本発明の膜分離装置の受圧板の他の具体例を示
した平面図であり、第７図は第６図の受圧板をＣ−Ｃ線
で切断した断面図である。

受圧板５０には平行線状に配列された多数の突起５１が
あり、受圧板５０が膜分離装置に組みこまれた場合、突
起５１の先端５２が樹脂壁の中空糸開口面に対して線状
に接触する。

また受圧板５０には溝部５４に孔３５を備え、孔５５は
受圧板５０の突起５１のある面とは反対側に設けられた
溝部５６に連通し、この溝部５６は流体出入口と連絡す
る。

本発明の受圧板は線状突起の先端が中空糸開口面に対し
て線状に接するものであり、その線状突起先端の線幅が
細くかつその線の全長が受圧板の全面にわたって均等に
分散していることが好ましい。

具体的には上記線状突起先端の線幅は０．０１〜１．０
朋が好ましく、かつ上記線状突起先端の線の全長／受圧
板の直径＝３〜３０であることが好ましい。

ただし受圧板の形状は円板状に限るものではなく、だ円
板状、角板状のものを用いてもよく、この場合受圧板の
面の面積と同等の大きさの面積を有する円の直径を算出
して上記線状突起先端の線の全長／受圧板の直径なる割
合を定める。

しかし該受圧板の直径に相等する長さとして例えば次の
ようなおおよその目安をとればよい。

即ち受圧板の形抛３だ円形の場合はほぼ最大直径＋最少
直径。

正多角形の場合はほぼ外接円の直径千円接円の直径とし
て定めればよい。

また受圧板の突起の配列、数には特に制限なく、膜分離
操作における操作圧力や樹脂壁の強度を考慮して上記線
状突起先端の線幅および線の全長／受圧板の直径なる割
合が定められる。

第８図ないし第１０図は受圧板の突起の配列状態の例を
示した平面模式図であり、第８図は千鳥状配置であり、
第９図は放射状配置であり、また第１０図は渦巻状配置
である。

突起の断面形状は図面に示した３角形状に限らず半円状
などでもよく、受圧板の材質の圧縮強度を考慮して任意
に選ぶことができる。

また受圧板には片面だけでなく、両面に突起を設けた方
が好ましい場合もある。

また本発明の受圧板は第２図の例のように筒状容器の一
部を構成する端板を兼ねさせてもよい。

本発明の受圧板は上記のように樹脂壁と線状に接触する
ので樹脂壁に食いこむことが少ない。

本発明における受圧板の大きさは膜分離装置の大きさに
左右されるが、通常、直径が５０〜５００ｍｍ、厚みが
２〜２００ｍｍの板状であり、材料には金属、プラスチ
ック、繊維強化プラスチック、セラミックなどが用いら
れる。

本発明の中空糸は、外径が１０〜１０００ミクロン、中
空率が３〜３０係のものが好適であり、その膜壁が流体
に対して選択透過性を有するものであれば特に制限はな
く、その脱型は均質、微小多孔質、異方性、複合膜のい
ずれでもよい。

中空糸を形成する素材には酢酸セルロースのようなセル
ロース系重合体、ポリアミド、ポリビニルアルコール等
を挙げることができる。

本発明の中空糸組立体における中空糸の配置には特に制
限はなく、例えば中空糸組立体の軸方向に平行に中空糸
を配置した構造、中空糸組立体の中心軸のまわりにスパ
イラル状に中空糸を配置した構造、中空糸で構成された
編織体を巻きこんだ構造などがある。

本発明において樹脂壁を形成する樹脂は硬化前に流動性
のある流体であって硬化によって硬い固体となるものが
好ましく、その代表例としてはエポキシ樹脂、シリコン
樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など
が挙げられる。

本発明における筒状容器は直径が５０〜５００龍、長さ
が１００〜５０００ｍｗの円筒状が好ましいが、必ずし
も円筒に限らず断面が多角形の筒状であってもよい。

また筒状容器を構成する筒および端板の材質には鋼、ス
テンレス鋼、プラスチックなどを挙げることができる。

本発明の膜分離装置の具体的な応用例としては、ヘリウ
ムの回収、水素の精製などの気体透過、混合キシレンか
らバラキシレンの分離のような液体透過、油水分離、電
着塗装廃水からの塗料の回収のような限外濾過、海水の
淡水化、地下かん水の脱塩、廃水の浄化、無菌水の製造
のような逆浸透法などの操作をあげることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の膜分離装置の一
例を示す断面図である。 第３図は本発明の膜分離装置における受圧板の一例を示
す平面図であり、第４図は第３図の受圧板のＡ−Ａ線で
切断した断面図、第５図は第３図のＢ−Ｂ線で切断した
断面図である。 また第６図は本発明の膜分離装置における受圧板の他の
一例を示す平面図であり、第７図は第６図の受圧板をＣ
−Ｃ線で切断した断面図である。 更に第８図ないし第１０図は受圧板の凸起の配列状態の
例を示した平面模式図である。 １．２１・・・・・・中空糸組立体、２，２２・・・・
・・筒状容器、３，２３・・・・・・受圧板、４，５，
２５・・・・・・端板、６，２６・・・・・・中空糸層
、７，２７・・・・・−ＴＬあき管、８，９，２８，２
９・・・・・・樹脂壁、１０．１Ｌ１２．３０，３１，
３２・・・・・・流体出入口、４０゜５０・・・・・・
受圧板、４１，５１・・・・・・突起、４２゜５２・・
・・・・突起の先端、４４．５４・・・・・・流体出入
口、４５．５５・・・・・・溝部、５６・・・・・・溝
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 筒状容器と該筒状容器に収容された柱状の中空糸組
   立体とから構成され、該中空糸組立体は流体に対して選
   択透過性を有する多数の中空糸からなる中空糸層と該中
   空糸層の少なくとも一端に位置する樹脂壁とからなり、
   該中空糸層を構成する中空糸は上記樹脂壁の少なくとも
   ひとつを貫通してその外側に開口しており、かつ上記樹
   脂壁の中空糸開口面に隣接して受圧板を配置した膜分離
   装置において、該受圧板の少なくとも一方の面に全面に
   わたって線状突起を設け、該突起の先端において上記中
   空糸開口面に接するようにしたことを特徴とする膜分離
   装置。