JPS6154206A

JPS6154206A - サ−モパ−ベ−パレ−シヨン装置

Info

Publication number: JPS6154206A
Application number: JP17540084A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shimatani; 俊一島谷
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1984-08-23
Filing date: 1984-08-23
Publication date: 1986-03-18

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】本発明はサーモパーベーパレーション装置に関する。

例えば、水溶液のような水性混合物から水を分離し、或
いは水溶液をｔｒ４縮するための装置として、水蒸気は
透過させるが、水溶液自体は透過させない疎水性微孔質
膜の一面側に所定の温度に加熱した原液、例えば、熱海
水を流通させ、この原液から発生した水蒸気を上記微孔
質膜を透過させ、この膜の他面側に対向して配された低
温の伝熱壁で冷却して凝縮させ、このようにして微孔質
膜の一面側において原液を濃縮し、他面側において凝縮
液を得るサーモパーベーパレーション法による液体の分
離装置は既に知られている。

例えば特公昭４９−４５４６１号公報には、微孔質膜か
らなる膜壁を一対平行に配設してその間を高温の原液通
路となすと共に、上記各膜壁の外側に、この膜壁を透過
した水蒸気を拡散させるための蒸気拡散空間を隔てて、
それぞれ低温の伝熱壁を配設し、高温の原液から発生し
た水蒸気を蒸気拡散空間に透過させ、伝熱壁にてこれを
冷却し、凝縮させて、原液から水を分離するサーモパー
ベーパレーション装置が記載されている。

上記のようなサーモパーベーパレーション装置による液
体の濃縮や分離には、分離手段として代表的にはポリテ
トラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂からなる疎水
性耐熱性の微孔質膜が用いられ、水性混合物、例えば、
水溶液の濃縮やこの水溶液から水を分離するために好適
である。しかし、反面、処理すべき液体、即ち、原液が
有機物質を含有する場合は、処理時間の経過と共にこの
有機物質が微孔質膜上に付着して、微孔質膜の疎水性が
失なわれる結果、微孔質膜は液体の透過を許すようにな
って、溶質に対する除去率が低下するに至る。特に、原
液が例えば、食品工業におけるミカン果汁、大豆タンパ
ク、魚肉汁液等のように、タンパク質やデンプン、繊維
質等のように有機物質を含有する水性液体である場合に
、微孔質膜への有機物質の付着による溶質の除去率の低
下が著しく、溶質の回収率や原液の濃縮率が低下すると
同時に、凝縮水に原液が混入して、その純度も低下する
。

本発明者らは、上記した問題を解決するために６１　Ｘ
　１　究した結果、サーモパーベーパレーション装置に
おいて、上記微孔質膜を直接に原液に接触する保護膜と
しての第１の微孔質膜と、この保ＢＷ膜の裏面に重ねた
分離膜としての第２の微孔質膜とから構成することによ
って、原液に直接に接触する微孔質膜に有機物質が付着
しても、長期間にわたって溶質の除去率を高く保つこと
ができることを見出して、本発明に至ったものである。

本発明によるサーモパーベーパレーション装置は、水は
透過させないが、水蒸気は透過させる疎水性微孔質膜の
一面側に水性混合物を接触させ、この水性混合物から水
蒸気を発生させ、これを上記単孔質膜の他面側に透過さ
せ、冷却して凝縮させるサーモパーベーパレーション装
置において、上記微孔質膜が上記水性混合物に直接に接
触する保護膜としての第１の微孔質膜と、この裏面に重
ねられた分離膜としての第２の微孔質膜とからなること
を特徴とする。

本発明のサーモパーベーパレーション装置においては、
原液を透過させず、水蒸気を透過させる微孔質膜を少な
くとも２枚の微孔、質膜から形成する。即ち、原液に直
接に接触する保護膜としての第１の微孔質膜と、この保
護膜の裏面に重ねられる分離膜としての第２の微孔質膜
とから形成する。

これら保護膜と分離膜とは相互に全面的に密着しておら
ず、且つ、保Ｉ便膜と分離膜との間に原液が入り込む空
隙を有することが必要であるが、相互に接着されている
必要はなく、単に重ねられているだけでもよい。しかし
、必−要に応じて、部分的にこれらを相互に接着するこ
ともできる。

上記保８Ｗ膜又は分離膜としての微孔質膜は、高温の原
液である水性混合物に対して疎水性であることが必要で
あり、更に、原液は透過させないが、水蒸気は透過させ
る性質を有することが必要である。従って、微孔’ｚＨ
１Ａは、通常、０．０５〜５０μｍ程度、好ましくは０
．１〜１０μｍ程度の微孔を有し、多孔度は好ましくは
５０％以上である。また、微孔質膜の厚さは１〜３００
μｍ１好ましくは５〜５０μｍであるが、これに限定さ
れるものではない。

このような微孔質膜としては、具体的には、ポリテトラ
フルオロエチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、エチレ
ン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂等のようなフッ
素系樹脂からなる微孔質膜が耐熱性と疎水性を共に有す
る点から特に好ましく用いられる。しかし、例えばポリ
スルホンやセルロース樹脂のような親水性樹脂からなる
微孔質膜でも、表面にフッ素系樹脂やシリコーン樹脂等
の撥水性樹脂を被覆して、疎水性の微孔質表面を付与す
るときは、これら樹脂膜も使用することができる。

尚、微孔質膜は、一般に強度が小さいので、特に、分離
膜は、適宜の支持体上に支持させてもよい、このような
支持体は、微孔質膜を補強すると共に、水蒸気を透過さ
せることができれば足り、例えば、ポリアミドからなる
織布又は不織布や、セラミック製の多孔質管が好適に用
いられる。

このように、サーモパーベーパレーション装置において
、原液に対して保護膜を直接に接触させ、この保護膜の
裏面に分離膜を重ねることによって、原液が有機物質を
含有する場合であっても、保護膜が有機物質に対する濾
過膜として機能し、この保護膜上に有機物質が付着する
ので、保８Ｗ膜がこのために疎水性を失なって、保護膜
を原液が透過しても、この原液は有機物質が濾過除去さ
れており、これが分離膜に接触することとなる。ここに
分離膜は有機物質に汚染されていない疎水性表面を保持
しているので、原液を透過させず、水蒸気のみを透過さ
せ、従って、凝縮水に原液が混入することがない。また
、保護膜は有機物質の付着が著しくなれば、必要に応じ
て新しい微孔質膜と取替えることができる。

本発明の装置においては、保護膜としての微孔質膜の裏
面、即ち、分離膜の表面に対面する表面を親水性にする
ことが好ましい。上記のように、保８Ｗ膜に有機物質が
付着し、その疎水性が失われて、保護膜を原液が透過し
たとき、保護膜の裏面が親水性であることによって、原
液が保護膜の裏面に一様に濡れるので、原液と分離膜と
の接触面積が大きく、かくして、水蒸気の透過量を大き
く保持することができるからである。

このように保護膜の裏面を親水性とするには、保護膜が
例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂からなるとき、
当該裏面にコロナ放電処理、アルカリ金属処理、水蒸気
のような親水性気体雰囲気下でのスパッタエツチング処
理等を施せばよい。

他方、保護膜の表面をアルゴンのような不活性気体下で
スパッタエツチングし、疎水性を高めることができ、又
は粗面とすることによって、有機物質の付着を容易にす
ることもできる。

更に、本発明の装置においては、保護膜の多孔度及び微
孔孔径は、分離膜のそれらよりも大きいことが好ましい
。一般に、サーモパーベーパレーション装置による液体
の処理においては、水蒸気の透過速度は微孔質膜の膜厚
に大きくは依存しないこと、即ち、膜厚に比例して小さ
くならないことは既に知られているが、上記のように、
保護膜を分離膜に比べて、その多孔度及び微孔孔径を大
きくすることによって、水蒸気透過速度はほぼ分離膜の
性質のみに依存することとなり、保護膜による水蒸気透
過速度の減少がなくなるからである。

従って、本発明の装置においては、保護膜として、前記
した微孔質膜以外にも、例えば、疎水化処理を施した５
０〜１０００メツシユ、好ましくは２００〜５００メツ
シユの微孔を有するポリアミド等の樹脂メツシュや金属
メツシュをも用いることができる。

第１図及び第２図は、本発明によるサーモパーベーパレ
ーション装置の一例を示す。

即ち、外管１内には第１の微孔質膜よりなる管状の保護
膜２が同軸的に配設されており、更に、これに近接して
、同じく第２の微孔質膜からなる管状の分離膜３が同軸
的に配設され、これら管状膜が膜管４を構成している。

この膜管４と外管との間に所定の温度に加熱された原液
のための原液通路５が形成されている。

原液通路５には原液の導入管６及び導出管７が接続され
て原液回路が形成され、この回路には必要に応じて加熱
器８が配設される。原液は、弁９を備えた原液供給管１
０から適宜に上記原液回路に補充されつつ、この原液回
路に循環して流通される。必要に応じて、原液は、これ
ら上記加熱器８により所定の温度に加熱される。また、
図示しないが、原液は、必要に応じて排出管により原液
回路から一部が排出される。

膜管４の内側には、更にこれと同軸的に伝熱壁を備えた
伝熱管１１が配設され、前記膜管との間に蒸気拡散空間
１２を有するように適宜の間隔がおかれている。伝熱管
は伝熱性の高い材料、例えば金属製薄肉管からなる。こ
の伝熱管には冷却媒体のための導入管１３及び導出管１
４が接続され、例えば冷却水のような冷却媒体が伝熱管
内に循環して流通される。

蒸気拡散空間の下端部には、蒸気拡散空間において前記
伝熱管１１によって冷却され、凝縮した凝縮水を取り出
すための導出管１５が接続されている。

上記した装置においては、所定の温度に加熱された高温
の原液は原液通路５に導入され、原液より発生した水蒸
気は膜管４を透過して蒸気拡散空間１２に至り、蒸気拡
散空間を拡散して、伝熱管１１で冷却されて凝縮水を生
じ、この凝縮水は伝熱管表面を流下して凝縮水導出管１
５より装置外に導かれる。

本発明のサーモパーベーパレーション装置によれば、以
上のように、第１の微孔質膜からなる保護１１りを原液
に直接に接触させ、この保８Ｗ膜の裏面に第２の微孔質
膜からなる分離膜を重ねて配設するので、原液が有機物
質を含有する場合、保護膜が有機物質に対する濾過膜と
して機能して、保８Ｉ膜に有機物質が付着する。従って
、保護膜がこのために疎水性を失なって、保８Ｗ膜を原
液が透過しても、有機物質が濾過除去された原液が疎水
性の分離膜に接触し、この分離膜は水蒸気のみが透過す
るので、／ｇｅ縮水に原液が混入することがない。

また、保８Ｗ膜は、有機物質の付着状況に応じて適宜に
取替えれば、溶質の除去率を一層長期間にわたって高く
保持することができる。

更に、保、ｉＷ膜としての微孔質膜の裏面を親水性にす
ることにより、保護膜を透過した原液が保護膜の裏面に
一様に濡れるので、原液と分離膜との接触面積が大きく
、かくして、水蒸気の透過速度を大きく保持することが
できる。

従って、本発明によるサーモパーベーパレーション装置
は、有機物質を含有する水性混合物の濃縮や水性混合物
からの水の分離に好適であり、例えば、食品や医薬品産
業における有用成分の濃縮分離や廃水処理、具体的には
、魚貝類のエキス類の濃縮、ミカン等の果汁濃縮、ペク
チンやゼラチン水溶液の処理、馬鈴薯廃水、染色、パル
プ廃水等の廃水処理に好適に適用し得る。

以下に本発明の実施例を挙げる。

比較例１第１図に示したように、直径４０ｍ１の合成樹脂製外管
内に、厚み６０μｍ、多孔度７０％であって、平均孔径
０．２μｍの微孔を有するポリテトラフルオロエチレン
微孔質膜を同軸的に配設して直径約２８１ｍの膜管を形
成し、更にこの膜管内に蒸気拡散空間の幅が２．３鰭と
なるようにステンレス鋼製伝熱管を配設して、比較のた
めのサーモパーベーパレーション装置を構成した。装置
における有効膜面積は２４０　ｃｌＩｔであった。

この装置において、温度４０℃、糖度１２°Ｂｒのミカ
ン果汁を原液通路に流通させ、温度４℃の冷却水を伝熱
管内に流通させて、ミカン果汁を濃縮すると共に、凝縮
水を得た。

ミカン果汁を２倍濃縮した時点において、ミカン果汁に
含まれる精油、灰分、繊維質等の膜面への付着が著しい
ことが確認され、また、得られた凝縮水の糖度はＯ’Ｂ
ｒであったが、これを５℃の温度まで冷却したとき、僅
かに不溶性の沈澱が生じ、果汁が一部膜を透過したこと
が確認された。

また、凝縮水の取得速度は、初期において４．０ｋｇ／
ｎ（・時であった。

実施例１上記比較例１の装置において、厚み８０μｍ１多孔度８
０％であって、平均孔径２．０μｍの微孔を有するポリ
テトラフルオロエチレン微孔質膜を保護膜とし、また、
厚み６０μｍ、多孔度７０％であって、平均孔径０．２
μｍの微孔を有するポリテトラフルオロエチレン微孔質
膜を分離膜として、これらを極く近接して同軸的に配設
して直径約２８酊の膜管を形成した以外は、上記比較例
１と同じ装置を構成した。

この装置において、比較例■と同様にして、ミカン果汁
を濃縮すると共に、凝縮水を得た。この結果、２倍濃縮
の時点において、保護膜には比較例１と同様に精油や繊
維質の付着が認められたが、分離膜にはかかる有機物質
の付着は認められず、更に、得られた凝縮水はＯ”Ｂｒ
であるうえに、これを５℃に冷却しても、水不溶性沈澱
の生成はなく、果汁の膜透過はないことが確認された。

また、１！縮水の取得速度は、初期において３．５ｋｇ
／　ｒｄ・時であって、膜管の厚みが比較例のほぼ２倍
に増えているにもかかわらず、凝縮水の取得速度の低下
は僅かであった。

この後、保護膜を取替えて、同様にミカン果汁をｔ’ｓ
縮したところ、果汁の膜透過なしに、４倍濃縮すること
ができた。

実施例２実施例１において用いたのと同じ保護膜の裏面を予め水
蒸気雰囲気下で１５ｋＶの電圧条件にてコロナ放電処理
による親水性化を行なった。この保８Ｗ膜を用いた以外
は、実施例１と同じ装置によってミカン果汁を濃縮した
ところ、得られた凝縮水の性状は実施例１と同じであり
、また、凝縮水の取得速度は、初期において３．９　ｋ
ｇ／　ｍ・時であって、実施例１に比較して増大した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーモパーベーパレーションの一
例を示す縦断面図、第２図は第１図においてＷＡＡ　−
Ａ線に沿う断面図である。１・・・外管、２・・・保護膜、３・・・分離膜、４・
・・膜管、５・・・原液通路、６・・・原液導入管、７
・・・原液導出管、１０・・・原液供給管、１１・・・
伝熱管、１２・・・蒸気拡散空間、１３・・・冷却媒体
導入管、１４・・・冷却媒体導出管、１５・・・凝縮水
取出管。第１１’１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水は透過させないが、水蒸気は透過させる疎水性
微孔質膜の一面側に水性混合物を接触させ、この水性混
合物から水蒸気を発生させ、これを上記微孔質膜の他面
側に透過させ、冷却して凝縮させるサーモパーベーパレ
ーション装置において、上記微孔質膜が上記水性混合物
に直接に接触する保護膜としての第１の微孔質膜と、こ
の裏面に重ねられた分離膜としての第２の微孔質膜とか
らなることを特徴とするサーモパーベーパレーション装
置。
（２）分離膜に対面する保護膜の表面が親水性であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーモパー
ベーパレーション装置。