JPS61114703A - 蒸気透過により液体混合物を分離する装置 - 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、蒸気透過（Ｐｅｒｖａｐｏｒａ　Ｌｉｏｎ）
により液体混合物を分離する装置であって、フィルター
プレス又はプレート型熱交換器と同様にして組立てられ
た複数の平面状構成部材を有し、各蒸気透過ユニットが
原媒体室及びこの原媒体室とは蒸気透過性の膜で仕切ら
れた透過物室からなる液体混合物を分離する装置に関す
る。

〔発明の概要〕

本発明は、蒸気透過により液体混合物を分離する装置に
おいて、 複数の蒸気透過ユニットを接続して形成したモジュール
と、これと同様に構成された凝縮器とを結合させて構造
単位としていることにより、種々異なる用途に極めて高
い融通性で適合させ、かつ取扱いを容易にできるように
したものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕蒸気
透過を行う場合、液体混合物は、その混合物の１つ又は
２つ以上の成分に対し他の成分より著しく高い透過性を
有する膜上に導かれる。膜で仕切られた区画内において
より高い可溶性とより好ましい拡散性と゛を有する成分
は透過物として膜を透過し、かつ、膜の背面で蒸気とし
て吸引されうるのに対し、より低い可溶性とより不十分
な拡散性とを存する成分は滞留物として残留させられる
。

この方法によれば、多くの場合、他の方法では全く不可
能かあるいは多大な費用を投じて初めて可能な分離効果
が得られる。従って、例えば米国特許第４．４０５．４
０９号明細書には、先ず蒸留により、次いで更に蒸気透
過により含水率を低下させて、液体有機物と水とから成
る混合物の脱水を行うことが開示されている。

蒸気透過における膜の分離作用は、既に以前から知られ
ていたが、現在に至るまで工業的な規模で利用されなか
った。その理由は、特に、蒸気透過法のために開発され
た装置類が高価であり過ぎ、そして／又は動作性能の信
頼性が不十分なことである。

更に巻付は法により構成されている冒頭に述べた形式の
分離装置が開示されている。（ドイツ連邦共和国特許出
願公告第２，９０２．２４７号明細書、同特許出願公開
第３，２１９，８６９号明細書、同特許出願公開第３，
３０３，９１０号明細書を参照）この場合の構築原理は
、特にフィルタープレス又はプレート型熱交換器におい
て公知となっている構築原理と同じである。概ね同様な
平面状の構成部材は、１つの層構造として互いに結合さ
れており、この層構造には、穿孔部とシール部材とを適
宜設けることにより、必要とされる全ての連絡通路が組
込まれている。既に公知となっているこの種の装置は、
知り得る限りにおいて今まで工業的な規模で使用された
ことはない。

装置をプラスチックで構成する場合、その主たる問題点
は、比較的大きな寸法を有する平面状の構成要素を、必
要とされる小さい許容誤差で製作することが出来ず、素
材に充分なりリープ強度がなく、所望の密封を行うのに
必要な高い外圧を受けた際に連結棒がずれやすいことで
ある。

金属から構成される装置は、その製作コストが高くなり
過ぎ、あるいは耐食性が不十分であるため、今まで一般
には使用されなかった。しかも金属構造の場合には、装
置を種々異る機能に適合させることが出来ないため、冒
頭に述べた構成の装置におけるような一体化が困難であ
る。

したがって、本発明の課題とするところは、冒頭に述べ
た形式の装置に改良を加えることにより公知の装置にお
ける上記欠点を回避することである。特に、経済的に有
利に製作し得てしかも種々異なる使用目的に柔軟に適合
し得る装置を提供することが望まれている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の課題を解決するため、本発明は、冒頭に述べた特
徴以外に、 ２個〜３００個の蒸気透過ユニットが並列に接続されて
モジュールを形成し、 このモジュールにはこれと同じ構造様式で構成された凝
縮器が結合され、 モジュールと凝縮器とは、それ自体公知の方法で適当な
シール部材を介在させかつ縁部に接続、供給及び排出の
各通路を形成するようにして当て板及び連結棒により結
合されて構造単位を形成していることを特徴とする、蒸
気透過により液体混合物を分離する装置を提供するもの
である。

本発明によるその他の構成及び詳細は、特許請求の範囲
第２項〜第７項に記載されている。

本発明による装置は、蒸気透過に際して必要とされる最
も重要な部材を１つの小型の構造単位内に有し、この構
造単位はユニットとして取扱われかつ運搬され、組立て
のための多大な手間及び費用を要することなく、どこで
でも短時間で始動させることができる。本発明による装
置は、蒸気透過ユニットの数又は凝縮器における室数を
変えることによって、考えられうる全ての使用目的に非
常に柔軟に適合する。更に、商業的な規格板を用いれば
、極めて経済的にこの装置を製作することができる。

〔実施例〕

次に添付図面に示した実施例につき本発明の詳細及び各
利点を説明する。

第１図による構造単位は、フィルタープレス又はプレー
ト型熱交換器の原理において公知となっている構造を有
する平面状構造部材１〜７からなる。この場合、通常は
２枚の並列された板が、シール部材を介在させて１つの
閉じた室を形成し、この室内には縁部側に位置する接続
通路を介して液状又はガス状の媒体が供給されそこから
排出される。熱交換器の場合には、相互に隣接する各室
内に熱吸収媒体と熱放出媒体とが交互に収容され、各室
を互いに仕切っている板が熱伝達面となる。

蒸気透過装置においては、２枚の板によって形成される
各室が膜によって更に仕切られており、この場合、一方
の区画には原混合物又は非常にあるいはわずかに濃縮さ
れた滞留物が存在し、他方の区画には蒸気相の透過物が
存在する。媒体流の供給及び排出は、ここでも矢張り縁
部側に設けられた接続通路を介して行われる。

より詳細には、第１図において、この構造単位の両端部
に当て板１及び７が図示されており、組立てられた状態
ではこの両光て板の間に、板２〜６が適当なシール部材
を介在させ、連結棒（図示せず）を使用して、構造単位
が外部に対して完全にシールされると同時に、内部でも
確実に相互シールされた個々の媒体用通路系が形成され
るように締め付けられている。

第１図では、板２と膜３とが原媒体室を形成し、一方、
膜３と板２′とは透過物室を形成している。

板４は、本来の使用範囲で穿孔されている。ここでは、
この板は室を仕切る機能を有しておらず、単に膜３を支
持するためにのみ用いられる。

同時に、仮２′は、膜３′と支持板４′と仮２“１５と
を具備する次の蒸気透過ユニットの第１室の壁部を形成
する。

更に説明を要しないことであるが、構造部材２．３．４
は蒸気透過器の使用目的に応じて多数回又は少数回くり
返し配置されてモジュール１８に形成される。

仮２“１５は、一方では蒸気透過器１８の最後の壁２″
を形成し、他方では凝縮器１９の最初の壁５を形成し、
この凝縮器内に冷却室（５と６との間、５′と６′との
間等）並びに凝縮室（６と５′との間、６′と５“との
間等）が交互に配置される。

凝縮器の場合も、第１図に示された室より多（の室を配
置することが可能であることは言うまでもない。

液体混合物を分離するに当っては、原混合物が導管８．
８′、８″を介して第１図に示された構造単位に供給さ
れるが、この原理合物はそれに先立って、導管１２を経
て流出する生成物により、熱回収器９内で及び加熱循環
閉回路１０．１１により、必要とされる温度に加熱され
る。次いでこの原理合物は並列に接続された原媒体室（
２と３との間乃至２′、３′との間）内に接続通路を介
して導入され、透過物はこれらの原媒体室から膜３．３
′を通って透過物室（３と２′との間乃至３′と２“１
５との間）内に移行する。滞留物、つまり生成物又は濃
縮された原理合物は、先ず第２の接続通路を経て原媒体
室から排出され、最終的に導管１２を経て排出されるの
に対し、透過物は第３の連絡通路を介して凝縮器１９内
に流入する。凝縮器１９内には、循環閉回路（導管１４
．１５）内で再冷却器１６に通された冷却媒体が通され
、第１図の実施例には、全部で３つの並列に接続された
冷却室（５と６との間、５′と６′との間、５＃と６“
との間）が示されている。これらの冷却室は、板６及び
５′、６′及び５“並びに６″及び７によって形成され
る同数の凝縮室と交互に配置されている。

凝縮された透過物が導管１３を介して抜き出されるのに
対し、凝縮不能な構成成分は、凝縮室内の負圧を維持す
るため、真空ポンプにより導管１７を介して排出される
。生成物（又は濃縮された原理合物）は先づ熱回収器９
内で新鮮な原理合物により冷却されてから導管１２′を
経てこの構造単位を去る。

第２図には複数のモジュールの接続図が示されており、
この場合のモジュール１８′及び１８“は、その用途に
応じてモジュール１８と凝縮器１９とから成る構造単位
の前置モジュールとして配置されるか、あるいはモジュ
ール１８と凝縮器１９とから成る構造単位と共に１つの
集合構造ユニットとして統合することもできる。

原理合物は４管８．８′、８″を介して供給され、熱回
収器９及び熱交換器１０内で加熱され、モジュール１８
内で１次濃縮され、熱交換器１０′内で再加熱され、導
管８″′を経てモジュール１８′内に導入され、そこで
更に濃縮され、最後に熱交換器１０″内で再加熱された
後に最終濃縮を行うため導管８″”を経てモジュール１
８“内に導かれる。

このようにして得られた生成物は、導管１２及び１２′
を経て当該装置を去るが、その際に熱回収器９内で新鮮
な原理合物により冷却される。熱交換器１０．１０′、
及び１０″は循環閉回路内にあり、その熱担体は熱交換
器１１内で加熱される。

凝縮器１９は冷却媒体側から矢張り循環閉回路（導管１
４．１５）を介して供給され、その際、循環する熱担体
が冷却器１６内で再冷却される。

下方に位置する凝縮器出口２０の接続部には、上昇管２
１、上方に位置する曲り管２２及び冷却された降下管２
３が接続されている。このような配置は、凝縮器排出ボ
゛ンプのための供給通路を通常の如く循環器の下方に配
置することが困難な場合に効果的である。なおこの実施
例においては、凝縮器排出ポンプ２５を装置自体と同一
のレベルに配置することができる。

ここで、得られた構造上の諸利点が、真空ポンプ２４に
よって生成された負圧の必然的な軽減を補償するか否か
を考慮しなければならないことは明らかである。しかし
本発明によって提案された装置におけるこの欠点は、例
えば、導管１７を介して排出される凝縮不能な成分を導
管１３を介して排出される凝縮器からより効果的に分離
するために付加的な「脱ガス導管」が必要とされる場合
に生ずる他の利点によって相殺することができる。

冒頭に述べたように、いくつかの液体分離問題に関して
極めて効果的な蒸気透過を大規模な工業に応用すること
は、特に、工業的及び経済的な諸要件を満たすような装
置が十分に利用出来ないため阻害されている。

しかし驚くべきことに、本発明による装置を用いると、
単にシールの問題及び腐食の問題をすべて克服しうるの
みならず、この種の装置を完全に経済的に見合う費用で
製作しうろことが明らかにされた。例えばプレート型熱
交換器用に開発された商業的な板の使用は、この種の板
が種々の寸法及び種々の材料で提供され、しかも明らか
に大量生産品として取扱われ、その生産が完全に合理化
され、そのために極めて安価であるという理由から特に
有利である。

このような構成様式が過度に大きな所要面積又は過度に
大きな圧力損失のため凝縮器には適していないのではな
いかという当初の懸念は実証されなかった。透過物を凝
縮するために必要とされる冷却面は、多くの場合、分離
を行うために必要な膜面より明らかに小さいので全体と
して納得の行く構成ユニットが得られ、このユニットは
とりわけ多数個で製造するのに特に適している。このよ
うにして構成された装置が極めて容易に種々異る要件に
適合させうろこと、並びに種々の形式で他の装置類と組
合わさせうろこと（第２図参照）はあらためて言うまで
もない。熱回収器即ち予備加熱又は中間加熱装置をプレ
ート型構造によって構成して、構造単位に組込むことも
出来る。しかし蒸気透過による液体混合物の分離は、は
とんどの場合、一体化されていない熱交換器を用いた方
がより経済的である。何故ならば、そうしないと流速が
過度に低くなり、それに応じた低い熱伝導率を甘受しな
ければならなくなるからである。

本発明は次のように要約することができる。

複数の平面状構成部材をフィルタープレス又はプレート
型熱交換器と同様にして組立て、各蒸気透過ユニットを
原媒体室及びこの原媒体室とは蒸気透過性の膜で仕切ら
れた透過物室から構成するようにして蒸気透過により液
体混合物を分離するために、経済的に製造することがで
きかつ取扱いの容易な装置が提案されている。この装置
の特徴は、２個〜３００個の蒸気透過ユニット２．３．
４が並列に接続されてモジュール１８を形成し、モジュ
ール１８には、これと同じ構造様式で構成された凝縮器
１９が結合され、 モジュール１８と凝縮器１９とは、それ自体公知の方法
で適当なシール部材を介在させかつ縁部に接続、供給及
び排出の各通路を形成するようにして当て板１．７及び
連結棒により結合されて構造単位を形成していることで
ある。

本発明により提案された装置の利点は、特に、全室の壁
が商業的な規格板からなり、これらの板を全く改変する
ことなく、あるいは少し修正しただけで装置に組込むこ
とが可能であり、この装置を種々異なる用途に極めて高
い融通性で適合させうるということによる。

〔発明の効果〕

本発明は、蒸気透過により液体混合物を分離する装置に
おいて、複数個の蒸気透過ユニットが一つのモジュール
として互いに並列に接続され、このモジュールに同様に
構成された凝縮器が並設され、モジュールと凝縮器とが
、シール部材の介在並びに接続、供給及び排出の各通路
の形成のもとに当て板及び連結棒により結合されている
ようにしている。

このため、一つのユニットとして取扱い、運搬すること
が可能であり、組立てに多大な手間及び費用を必要とせ
ず、いかなる場所においても短時間で始動させることが
可能である。

また本発明は、凝縮器を１個〜２００個の冷却及び凝縮
室から構成し、複数のモジュールを凝縮器と共に１つの
構造単位として結合するようにしているため、あらゆる
使用目的に柔軟に適合し得る。

また本発明は、装置を構成する全室の壁部が商業的な板
からなるようにしているため、装置を極めて経済的に製
作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による構成ユニットを極めて概略的に示
した図、 第２図に複数のモジュールを備えた本発明による装置の
接続図である。 なお、図面に用いた符号において・、 １．７−〜−−−−−・・・−・・・・−当てヰ反２．
２′、２“−仮 ４　、４　′　−・・−−一−−−−−−−−十反５．
５′、５“−板 ６．６′、６“−仮 ３．３　’−−−−−・−・−・−膜 ９−〜−−一一・・−・−＝−・−・−・−熱回収器１
０．１０′、１０”−熱交換器 １８．１８′、１８”−モジュール １９−・−一−−−−−−−−・−・−・凝縮器２０　
　・・・・−・−・−・−・・−・−・凝縮器出口２１
　−・−・・・・−−−一−−−−−−・・−上昇管２
２　−−−−−−−−−−−−・−・・−・・曲り管２
３　　・−・−・−一〜−−−−−−−〜−−−降下管
２４−・・−・−−−−−一−−・・−・・−真空ポン
プ２５　−・−・−−−一〜−−−−・〜・−・−〜−
−−凝縮器排出ポンプである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気透過により液体混合物を分離する装置であって
   、フィルタープレス又はプレート型熱交換器と同様にし
   て組立てられた複数の平面状構成部材を有し、各蒸気透
   過ユニットが原媒体室及びこの原媒体室とは蒸気透過性
   の膜で仕切られた透過物室からなる液体混合物を分離す
   る装置において、 ２個〜３００個の蒸気透過ユニット（２）、（３）、（
   ４）が並列に接続されてモジュール（１８）を形成し、
   モジュール（１８）にはこれと同じ構造様式で構成され
   た凝縮器（１９）が結合され、 モジュール（１８）と凝縮器（１９）とは、それ自体公
   知の方法で適当なシール部材を介在させかつ縁部に接続
   、供給及び排出の各通路を形成するようにして当て板（
   １）、（７）及び連結棒により結合されて構造単位を形
   成していることを特徴とする装置。 ２、凝縮器（１９）が、並列に接続された１個〜２００
   個の冷却凝縮室から成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ３、複数のモジュール（１８）、（１８）′、（１８）
   ″が凝縮器（１９）に結合されて構造単位を形成してい
   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
   載の装置。 ４、１個の熱回収器（９）及び１個又は２個以上の熱交
   換器（１０）、（１０）′、（１０）″を更に具備する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第３項記載
   の装置。 ５、全室の壁部が、商業的な規格板から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に
   記載の装置。 ６、凝縮器出口（２０）が下方に位置し、この出口には
   規格板のほぼ上縁まで延びた上昇管（２１）が接続し、
   この上昇管は上方の曲り管（２２）を経て、冷却された
   降下管（２３）に接続し、上方の曲り管（２２）には真
   空ポンプ（２４）への接続部を設け、降下管（２３）の
   下端部には凝縮器排出ポンプ（２５）への接続部を設け
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
   のいずれか１項に記載の装置。 ７、凝縮器排出ポンプ（２５）が装置自体と同一のレベ
   ルに配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の装置。