JPS63182004A

JPS63182004A - 水溶液の濃縮装置

Info

Publication number: JPS63182004A
Application number: JP62012730A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Matsubara; 松原　護
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1988-07-27

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」本発明は大量の水溶液を加熱することなく、連続して濃
縮することができ、かつ食品工業、その他に広く利用可
能な水溶液の濃縮装置に関する。

「従来の技術」従来、水溶液の工業的濃縮法としては蒸発法、逆浸透圧
法、限界ｐ過性、イオン交換法、透析法などが実用化さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点」しかし、上記従来の方法にはそれぞれ次のような問題点
がある。

蒸発法は、水溶液を加熱し水分を蒸発させて系外に分離
する方法で、加熱−冷却に膨大なエネルギーを必要とし
、また、熱による濃縮物の変質し避けられない。

逆浸透圧法は、水溶液の持っている浸透圧より高い圧力
をかけ、浸透圧に抗して水分子を移動させるもので、通
常、数ｌθ気圧の圧力が必要なため、装置的に高圧機器
を用いなければならない。

限界濾過法は、濾過速度が圧力に比例することにより加
圧下で行なうことが望ましく、装置の機械的強度が要求
される。さらに、濾過時において水と−しょに低分子量
成分が移動することも避けられない。又膜面の目詰りを
取り除く手段も必要である。

イオン交換法は、電気エネルギーで分離するもので、イ
オン化の低いものには適用できず、主に無機塩類の除去
、１１ｗａに用いられる。

透析法は水溶液と透析液の成分の濃度差によって分離す
る乙ので、圧力、温度に制限はないが、分離速度が極め
て遅く、大量の水溶液を扱う場合、装置の大型化は避け
られない。

本発明考等は、上記の問題点を解決すべく鋭意研究した
結果、水溶液と高浸透圧液とを透水性半透膜（以下半透
膜という）を介して接触させると、数ｋｇ〜数１００　
ｋｇ／　ｃｍ’の浸透圧の差が得られ、水溶液中の水分
が高浸透圧液に移行する現象に着目した。

本発明は」二足の現象を用いてなされたもので、外部か
ら加熱、加圧等の大量のエネルギーを与えることなく、
はぼ常温、常圧下で連続して水溶液を濃縮できる濃縮装
置を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」本発明は上記の目的を達成すべくなされたもので、その
要旨は、水溶液および高浸透圧液が連続して導入され、
広い面積の透水性半透膜を介して接触した後流出するそ
れぞれの流路を有する濃縮器と、上記水溶液を上記濃縮
器に送給する手段と、上記流出する高浸透圧液を濃縮器
に循環する手段と、この循環する高浸透圧液の少なくと
も一部を減圧脱水する再生器とを具備してなる水溶液の
濃縮装置にある。

「発明の具体的構成および作用」本発明に係る濃縮装置は、脱水の推進力が浸透圧の差で
あることから、温度、圧力の制限（毒ない。

但し、脱水速度を制御するため、高浸透圧液の濃度を一
定の範囲に保持する必要がある。また、濃縮器の型式と
しては、大量の水溶液の処理を目的とするため、水溶液
と高浸透圧液とを区画する半透膜は広い面積を有しなけ
ればならない。そのため、スパイラル型、シェルチュー
ブ型も使用出来ろが、構造が簡単で分解清掃が容易なこ
とから、フィルタープレス型が好ましい。

第１図ないし第３図は本発明に係る水溶液の濃縮装置の
一実施例を示すもので、第１図はフィルタープレス型濃
縮器の開いた状態を示す図である。

図中符号１および２は、濃縮器の両端部に用いられる金
属製のエンドプレートである。これらエンドプレートの
対向する内面には、それぞれ所定幅の縁部３を残して浅
い凹部４が設けられている。

エンドプレートｌの縁部３の４隅近傍には盲孔か穿設さ
れている。これらのうち一方の対角線近傍の盲孔５，５
には、上記凹部４を結ぶ経路５　ａ、　５　ａが設Ｒら
れ、他方の対角線近傍の盲孔６．６　には経路は設けら
れていない。また、エンドプレート２のエンドプレート
ｌの盲孔５，６　に対向する部分には、貫通孔５°、６
′が穿設され、これら貫通孔５°、６゛　のエンドプレ
ート２の外面には、導管を接続するフランジ管５°ａ、
６°ａが取付けられており、上記盲孔６と対向する貫通
孔６″には、エンドプレート２の凹部と結ぶ通路が設け
られている。

上記エンドプレート１．２　　の間には、エンドプレー
トｌ側から縁部３に当接するガスケット７、このガスケ
ット７の全面を覆う半透膜８、次いでガスケット７、さ
らに液が通るスペースを形成する上記ガスケット７と同
形のセルリング９を一組として、この組が順次偶数個積
層され、エンドプレート２側は、ガスケット７、半透膜
８、ガスケット７、エンドプレート２で終る。これらガ
スケット７、半透膜８、セルリング９には、盲孔５．６
、貫通孔５°、６′と連通ずる孔５°’、６”が穿設さ
れ、エンドプレート１の次のセルリングの孔５°°には
通路５′°ａがもうけられている。このようにセルリン
グ９には一つおきに通路６”ａ、５”ａが設けられてお
り、これが偶数個存在するため、エンドプレート２の貫
通孔６″には通路が設けられることとなる。また、エン
ドプレート１，２、ガスケット７、半透膜８、セルリン
グ９には、これを重ね合せて締付けるためのボルトを通
す多数のポルＩ・孔ｌＯが穿設されている。これらボル
ト孔１０にボルト（図示せず）を挿通して締めると、上
記各部分は液密に圧着され、第２図に、第３図に示す上
下の貫通孔５’、５’　を通る１点鎖線の切断線１１に
沿って切断した縦断面図を示すように、孔５゛。

５″・・・、５よりなる連続孔ａ、ａ、半透膜８・・・
の一方の一つおきの空部、連続孔ａ、ａと上記空部を結
ぶ通路よりなる流路Ａ１および孔６′、６°゛・・・６
よりなる連続孔す、ｂ　、通路、他方の一つおきの空部
よりなる流路Ｂとを有するフィルタープレス型の濃縮器
１２が構成される。

この場合、セルリング９の内部およびエンドプレート１
，２　の凹部４を空間としておいてもよいか、これらの
部分に液の流通を妨げないプラスチック等の網状スペー
サ１３を入れ、半透膜８の間を一定の間隔に保持するの
が好ましい。また、連続孔ａまたはｂに設けられた通路
の合計の断面積を、連続孔ａ、ｂの断面積より小さくし
ておけば、液が各空部に均一に導入される。

上記濃縮器に用いられる半透膜８としては、ビニロン膜
、セロハン膜、アセチルセルロース膜、酢酸セルロース
膜、ポリザルホン膜、ポリアクリルニトリル膜などが使
用できるが、高浸透圧物質を透過することなく、水のみ
を透過する半透性が必要である。さらに、上記半透膜は
水と一緒に移動する物質をどこまで許容するかによって
選ばれる。すなわち、分画分子量と、その通過飛で半透
膜を選択することが望ましい。例えば、酢酸セルローズ
膜では１０人、ビニロン膜では１５人、セロハン膜では
３０人、アセチルセルロース膜では５０人の細孔を有し
、この細孔径と膜厚が透過速度と成分の排除率を支配す
るからである。

第４図は上記構成の濃縮器１２を用いた水溶液の濃縮装
置を示すもので、符号２１は原料水溶液の貯槽である。

貯槽２１内の水溶液はポンプ２２によってフィルタ２３
を通ってヘッドタンク２４に導入される。ヘッドタンク
２４には水溶液を貯槽２１に戻すオーバーフロー管２５
が設けられ、ヘッドタンク２４の液面を一定の高さに保
持している。このヘッドタンク２４内の水溶液は、冷却
水または加熱水の通る加熱・冷却器２４ａによって、常
温近傍の所定温度に保持されるとともに、流ｍＦＡ整器
２６によって流量がコントロールされ、濃縮器１２の流
路Ａ人口（下フランジ管５°ａ）より導入される。導入
された水溶液は、後述する流路Ｂを通る高浸透圧液と半
透膜８を介して接触し、濃縮され流路Ａ出口（上フラン
ジ管５°ａ）より流出し、製品貯槽２７に貯留される。

この濃縮水溶液製品は、ポンプ２８によって所望の場所
に送られるが、その際、必要に応じてその一部をヘッド
タンク２４に送り、再濃縮することによって、製品の濃
縮度をコントロールすることが出来る。

また、流路Ｂの人口（下フランジ管６°ａ）より導入さ
れた高浸透圧液は、流路Ｂを通り、その過程で半透膜を
介して水溶液より水分を吸収し、出口（上フランジ管６
゛ａ）より流出する。この水分の増加した高浸透圧液は
、受槽３１に導入され、その一部は、加熱器３２を通っ
て真空ポンプ３３によって減圧状態に保持された再生器
３４に導入される。

トλ−加１■２は、吸水した高浸透圧液の減圧濃縮時の
温度低下を補うために加熱する乙ので、二重管式、シェ
ルチューブ式、プレート式等いずれも使用出来る。上記
再生器３４内で蒸発した水分は、冷却器３４ａによって
凝縮され、系外に排出される。濃縮された高浸透圧液は
、上記再生器３４に送られなかった残部の吸水高浸透圧
液とともに、ポンプ３５によってヘッドタンク３６に送
られる。このヘッドタンク３６に送られる高浸透圧液は
、再生器３４に送られる吸水した高浸透圧液の割合を調
整することによって、吸水した水分が除去された濃度に
保持される。また、再生器３４において水と共に蒸発す
る高浸透圧物質の減少分は、貯槽３７からヘッドタンク
３６に補給されろ。

上記ヘッドタンク３６には、加熱、冷却器３６ａが設け
られており、常温近傍の所定温度に調整された後、流量
調整器３８を通り、所定の流量で濃縮器１２に循環され
る。

膜の透水速度を上げる為、膜面の液の流速を高く保つ事
とか、液を振動・攪拌させるとかの操作をする事も何ん
ら制限がない。

また、系内に液の帯招部ができないようにし、洗浄しや
すい構造にする事も食品用途では肝要である。

本発明の装置に用いられる高浸透圧液としては、濃縮す
る水溶液が食品用途の場合、食用糖類、すなわちショ糖
、異性化糖、グルコース、マルトース、フラクトースな
どの水溶液、および食品添加物であるグリセリン、プル
ピレングリコールなどが使用できる。しかし、無機系の
食品添加物、例えば食塩、塩化カルシウム、塩化マグネ
シウムなどは、水和イオンの直径が数人であり、これら
の透過を完全に阻止する半透膜かないことから、使用上
制限される。食用糖類とグリセリンの浸透圧と濃度との
関係は第５図に示すように、極めて浸透圧の高い液が得
られる。

食品用途以外では、人体に対する影響を考慮する必要が
ないので、水溶性有機物、水溶性高分子物など、高浸透
圧液か得られるものはｒべて使用可能である。

なお、高浸透圧液の指環使用に際し、常法の殺との関係
を示す図である。

閉操作を付加することは同等差支えない。

「発明の効果」以上述べたように本発明に係る水溶液のａｗ６装置は、
常温・常圧下、連続して流れる水溶液および高浸透圧液
が広い面積の半透膜を介して接触し、水溶液は濃縮回収
されて製品となり、高浸透圧液は吸収した水分が除去さ
れて循環されるので、大きなエネルギーを必要とせず、
また水溶液の変質らなく、大虫の水溶液を効率よく処理
することが可能で、かつほとんすべての水溶液の濃縮に
広く利用出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明に係る水溶液の濃縮装置
の一実施例を示すらので、第１図は、フィルタプレス型
濃縮器を開いた状態を示す斜視図、第２図は、第１図の
各部を圧着し第３図の１点鎖線に沿って切断した縦断面
図、第３図は、第２図のＩ［Ｉ−ＩＩＩ線矢視図、第４
図は、第２図の濃縮器を用いた濃縮装置のフローを示す
図、第５図は、食品糖類水溶液、グリセリン水溶液の濃
度と浸透圧１．２　・・・・エンドプレート、３・・・
・・・縫部、４・・・・・・凹部、５・・・・・・盲孔
、５ａ・・・・・通路、５゛・・９９００貫通孔、５’
ａ＝・・・・フランジ管、５°″・・・・・・孔、５゛
°ａ・・・・・・通路、６・・・・・盲孔、６′・・・
・・・貫通孔、６°ａ・・・・・・フランジ管、６°°
・・・・孔、６“′ａ・・・・・・通路、７・・・・・
・ガスケツト、８・・・・・半透膜、９・・・・・・セ
ルリング、ｌＯ・・・・・ボルト孔、ｌｌ・・・・・・
切断線、１２・・・・・・濃縮器、１３・・・・・・ス
ペーサ、２１・・・・・原料水溶液貯槽、２２・・・・
・ポンプ、２３・・・・・・フィルタ、２４・・・・・
・ヘッドタンク、２４ａ・・・・・・加熱・冷却器、２
５・・・・・・オーバーフロー管、２６・・・・・・流
量調整器、２７・・・・・製品貯槽、２８・・・・・・
ポンプ、３１・・・・・・受槽、３２・・・・・・加熱
器、３３・・・・・・真空ポンプ、３４・・・・・再生
器、３４ａ・・・・・・冷却器、３５・・・・・・ポン
プ、３６・・・・・・ヘッドタンク、３６ａ・・・・・
・加熱・冷却器、３７・・・・・・貯槽、３８・・・・
・・流量調整器、ａ、ｂ・・・・・・連続孔、Ａ、Ｂ・
・・・・・流路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水溶液および高浸透圧液が連続して導入され、広
い面積の透水性半透膜を介して接触した後流出するそれ
ぞれの流路を有する濃縮器と、上記水溶液を上記濃縮器
に送給する手段と、上記流出する高浸透圧液を濃縮器に
循環する手段と、この循環する高浸透圧液の少なくとも
一部を減圧脱水する再生器とを具備してなる水溶液の濃
縮装置。
（２）濃縮器が、間隔を設けて多段に張設された透水性
半透膜の一つおきの間に水溶液を並列に流して抜き出す
流路、および他方の一つおきの間に高浸透圧液を並列に
流して抜き出す流路を有する濃縮器である特許請求の範
囲第１項記載の水溶液の濃縮装置。