JPS6352921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも一方が液体である二つの
流体相間の物質移動を行うための装置、およびか
かる装置の使用に関する。

ここに「物質移動」とは、第２流体相から第１
流体相へ向けて、第１流体相にとつて溶質である
或る物質の少なくとも一部が移動し、その場合に
第１流体相は(a)液体であり、(b)第２流体相と実質
的に非混和性であり、そして第２流体相よりも大
きな密度を有する状態（あるいはこれと全く逆の
状態）を意味するものである。化学および石油化
学工業において広く用いられている吸収および蒸
留工程は、典型的な物質移動工程である。或る物
質移動工程において液体から気体への溶質の移動
がなされる場合（またはそれと逆の場合）、その
工程は「気膜支配型」または「液膜支配型」であ
りうる。「気膜支配型」物質移動工程（例えばア
ンモニア／空気混合物から水中へのアンモニアの
吸収）の場合には、物質移動速度は気相中の溶質
の拡散によつて支配的に制限される。「液膜支配
型」物質移動工程（例えば空気から水中への酸素
の吸収）では物質移動速度は液相中の溶質の拡散
によつて支配的に制限される。或る物質移動工程
において、第１液体から第２液体への溶質の移動
がなされる場合、その工程は「液膜支配型」であ
り、その物質移動速度は両液体のうちの一方中で
の溶質の拡散によつて支配的に制限される。

物質移動速度は、物質移動係数として表わすの
が便宜である。気膜支配型および液膜支配型の物
質移動工程について、それぞれの物質移動係数は
K_GおよびK_Lと表示される。

英国特許第757149号明細書には、二つの流体相
間の物質移動速度は、両流体が回転式物質移動装
置中の慣用充填材中を流動しているときに両流体
を約2000ｍ／（秒）²までの加速度に付すことによ
つて増加されうることが記載され、また我々の出
願中の欧州特許出願第2568A号明細書には、回転
式物質移動装置において少なくとも1500m²／m³の
内部面積を有する透過性エレメントを用いること
によつてさらに物質移動速度を増加できることが
記載されている。

ここに我々は、前記定義の如き二つの流体間の
物質移動速度は、(a)150ミクロン以下のいわゆる
当量直径を有するストランド、繊維、フイブリル
またはフイラメントよりなる透過性エレメントを
用いることにより、および／または(b)透過性エレ
メントを回転してその細孔中を流動する両流体を
約5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に付すことに
より、向上できることを見出した。

従つて、本発明は、少なくとも第１の流体相が
液体である二つの流体相の間の物質移動を行うた
めの装置であつて、一軸に関して回転しうる透過
性エレメント（以下定義する）、その透過性エレ
メントに両流体を装入する手段、および少なくと
も一方の流体またはその誘導体を透過性エレメン
トから放出する手段よりなり；透過性エレメント
は150ミクロン以下の当量直径を有するストラン
ド、繊維、フイブリルまたはフイラメントよりな
ること、および／またはその細孔中を流れる両流
体を約5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に付すよ
うに回転しうることを特徴とする装置を提供す
る。

「当量直径（d_e）は下記の式によつて定義され
る： d_e＝４×（ストランド等の横断面積）／（ストラ
ンド等の周囲長） （CoulsonおよびRichardson「Chemical
Engineering」Vol.1、2ndEd.、p.210参照） ここに「透過性エレメント」とは、本発明によ
る装置のエレメントであつて、(a)その細孔中を流
体を通過させ、その細孔の壁面が流体を流動させ
うる曲がりくねつた実質的に連続な通路を与えて
おり、そして(b)細孔内通過中の流体を少なくとも
150ｍ／（秒）²の平均加速度に付すように回転で
きるものである。

本発明による装置において流体が付される平均
加速度（以下に定義する）は、好ましくは約5000
ｍ／（秒）²以上である。なんとなれば平均加速度
を約5000ｍ／（秒）²に増加すると、しばしば物質
移動速度に驚くべき向上があるからである。

さらに本発明は、少なくとも第１の流体相が液
体である二つの流体相間の物質移動を行う方法で
あつて、両流体を透過性エレメント（前記定義）
に装入し、一つの軸に関して透過性エレメントを
回転して第１の流体を該回転軸から放射状に外向
きに流しながら、両流体が透過性エレメントの細
孔内を流れる際に両流体が少なくとも150ｍ／
（秒）²の平均加速度に付されるようにし、そして
透過性エレメントから排出される流体の一方また
はその誘導体の少なくとも一部を捕集することか
らなり；該透過性エレメントが150ミクロン以下
の当量直径を有するストランド、繊維、フイブリ
ルまたはフイラメントよりなり、および／または
その細孔中を流れる両流体を約5000ｍ／（秒）²以
上の加速度に付すように回転することを特徴とす
る方法も提供する。

透過性エレメントが150ミクロン以下の当量直
径のストランド、繊維、フイブリルまたはフイラ
メントからなる本発明の態様においては、前記当
量直径が30ミクロン以下であること、および／ま
たは単一のストランド、繊維、フイブリルまたは
フイラメントが透過性エレメントの細孔の少なく
とも実質的な部分を限定すること（これは物質移
動を改善する傾向があるからである）が好まし
い。例えば、透過性エレメントはワイヤーモノフ
イラメントから編成したテープから形成すること
ができる。

透過性エレメントを回転して、細孔内を流動中
の両流体を約5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に
付す本発明の態様においては、透過性エレメント
は慣用の充填材からなつてよい。慣用の充填材の
例として挙げうるものは、就中、Intaloxサドル、
ラシヒ環、セラミツクチツプ、ガラスビーズ等で
ある。しかし透過性エレメントが80％以上の空隙
率を有すること、および／またはストランド、繊
維、フイブリルまたはフイラメントからなること
（これによつて物質移動がさらに改善されるので）
は、好ましい。

本発明における装置における透過性エレメント
は少なくとも90％の空隙率を有し、そしてストラ
ンド、繊維、フイブリルまたはフイラメントより
なるのが好ましい。透過性エレメントは少なくと
も93％の空隙率を有するのが好ましく、少なくと
も95％の空隙率を有するのがさらに好ましい。

透過性エレメントは少なくとも1500m²／m³の内
部面積を有するのが好ましく、そして少なくとも
3000m²／m³の内部面積を有するのがさらに好まし
い。

「内部面積」とは、流体が接触しうる透過性エ
レメントの単位体積当りの透過性エレメントの表
面積を意味するものとする。

「平均過速度a_n」は下記の式で定義される： 式中Ｎは軸に関しての透過性エレメントの回転
速度（rpm）、r₀は回転軸から放射状に透過性エ
レメントの内側部分に至る距離（ｍ）、r₁は回転
軸から放射状に透過性エレメントの外側部分に至
る距離（ｍ）である。

「空隙率」とは、透過性エレメントのうちの自
由空間が占める全容積の百分率である。

「流体」とは、本発明を実施する温度および圧
力の条件において気体または液体である物質また
は物質混合物を意味する。例えば、第２の流体が
気体である場合に、それは一種の気体であつて
も、二種以上の気体の混合物であつてもよく、第
１の流体および／または第２の流体（それが液体
である場合）は、純粋な液体であつても、あるい
はその液体中の一種またはそれ以上の溶質の溶液
であつてもよく、溶質自体は気体、液体または固
体でありうる。

透過性エレメントが、ストランド、繊維、フイ
ブリルまたはフイラメントよりなる場合、個々の
ストランド、繊維、フイブリルまたはフイラメン
トは単に相隣れるストランド、繊維、フイブリル
またはフイラメントと物理的に接触していてよく
（例えば一塊の繊維）、あるいはそれらは相互に機
械的に接合されていてよく（例：編成または織成
により）、あるいはそれらは小結節で点接合され
ていてよい（例えば溶着により、またはいわゆる
金属スケルトン発泡体の形成により）。

ストランド、繊維、フイブリルまたはフイラメ
ントを用いる場合、その横断面形状は、例えば円
形、三角形、十字形または三脚ともえ形であつて
よいが、円形であるのが好ましい。

透過性エレメントは、回転の中心軸を含む対称
面を有するのが好ましく、例えばそれは透過性ロ
ツドの形態であつて、そのロツドの軸に対して直
角でかつその中央点から離れた別の軸に関して回
転するものであつてよい。透過性エレメントは、
回転の軸と一致する直線を切る複数の対称面を有
するのが特に好ましく、例えばそれは透過性ロツ
ドの形態であつて、そのロツドの軸に直角でかつ
その中央点と一致する別の軸に関して回転するも
のであつてよい。さらに一層好ましくは、透過性
エレメントは回転の軸と一致する一本の対称軸を
有し、例えば透過性エレメントは環状体の形態で
ありその環状体の外径は典型的には25cm〜５ｍの
範囲であり、またその内径は典型的には５cm〜
100cmの範囲である。

透過性エレメントは全体が一体であつても、あ
るいは複数の分離した成分からなつていてもよ
い。透過性エレメントが全体として一体である場
合には、それは多孔質体、例えば発泡体としての
注型品で作られてよく、あるいは内部に形成され
た細孔を有してよく、例えば塩粒子の周囲に固体
ブロツクとして注型されその塩粒子を溶解除去し
たものであり、あるいはその部分間に細孔を形成
するように配置されてよい（例えばワイヤーのコ
イル）。透過性エレメントが複数の分離した成分
からなる場合、その個々の成分を透過性とするこ
とができ、この場合には一部の細孔はその成分を
貫通しそして一部の細孔は成分同志の間にある。
あるいは個々の成分は非透過性であつてもよい。
透過性エレメントが個々の成分から作られる場合
にそれらはストランド、繊維、フイブリルまたは
フイラメントであるのがしばしば好ましく、その
場合に透過性エレメントの細孔は成分の間にあ
る。透過性エレメントが全体として一体であるこ
と、および／または機械的に自己支持性であるの
がしばしば好ましく、その理由はその空隙率が使
用に伴つて減少する可能性を低減するからであ
る。透過性エレメントを機械的自己支持性材料の
適切成形部分（例えば節片または弓形片の部分）
から作るのがしばしば便宜である。

透過性エレメントは、使用される回転速度での
透過性エレメントの回転中にその材料中に発生す
る応力に耐える機械的強度を有する任意の材料か
ら作られてよい。その材料はそれと物理的に接触
することがある流体による攻撃またはそれとの反
応に抵抗性であるのが好ましい。透過性エレメン
トを製造するための材料は、典型的にはガラス、
プラスチツク（例えばシリコーン樹脂またはポリ
テトラフルオロエチレン）、または耐化学薬品性
金属（例えばステンレス鋼、ニツケル、チタンま
たはタンタル）である。別法として、その材料は
適切に配置した二種またはそれ以上の物質の複合
体であつてよい。例えばそれは、コロイド状分散
しうる担体（例：コロイド状分散性金属ストラン
ド）上の耐腐食性被覆（例：ガラスまたはプラス
チツク）よりなつていてよい。

透過性エレメントは均質であるのが好適である
が、本発明から透過性エレメントが複合物である
ことの可能性を排除するものではない。例えばワ
イヤーメツシユの環状体を金属スケルトン発泡体
で取囲んだものであつてよい。

本発明の装置において透過性エレメントとして
使用するのに適した材料の典型的な例としては、
就中、織テープのコイル、焼結体、編または織成
ワイラー布、しわ付きメツシユ、スケルトン発泡
体（好ましくは金属スケルトン発泡体）、繊維の
ランダムマツトまたは繊維塊である。

「スケルトン発泡体」とは、典型的には金属ま
たはセラミツク材料よりなる比較的硬質の網状発
泡体を意味する。このような発泡体は、塊状繊維
（例えばフエルト）または連通発泡体（例えば連
通ポリウレタンホーム）に対して金属被覆を適用
し、次いでその繊維または発泡体を溶解またはそ
の他の方法で除去して三次元網状構造に相互接続
した多数の細い金属のストランドまたは繊維を残
留させることにより製造される。「比較的硬質」
とは本発明の装置の操作中に与えられる遠心また
はその他の負荷に対して抵抗することができ、従
つて発泡体の細孔を閉じそして流体の流動を不当
に制限する傾向を生じさせるような著しい量の変
形を受けないことを意味する。金属スケルトン発
泡体は、それを所定寸法に容易に加工でき、また
変形して成形することができるに充分な変形性を
有する（例えば本発明による装置に装着するのに
適当な弓形の部分とするのに折曲げ加工できる）
という利点を有する。

いずれかの透過性エレメントの内部面積が増加
するにつれて、その透過性エレメントを介しての
圧力降下が増加し、そして透過性エレメントの汚
染および溢れの可能性が増す。簡単な実験によつ
て、所望の回転速度および流体組合せについて適
当な透過性エレメントを選定できる。

透過性エレメントが機械的に自己支持性でない
場合、例えば透過性エレメントがその部分間に細
孔を形成するように配置された全体として一体物
よりな場合または複数の分離した（不連続の）成
分よりなる場合、あるいは複合体である場合に
は、透過性エレメントを所望の形状に維持し、そ
の透過性を保持するための手段がしばしば必要で
ある。かかる手段は、透過性エレメントと同一の
軸に関して回転することができかつその中に透過
性エレメントを配置する部材（以下、回転部材と
称することがある）の形態であるのが好ましい。
さらには、透過性エレメントが機械的に自己支持
性である場合にも、それを回転部材中に配置する
のがしばしば好ましい。

回転部材を用いる場合、透過性エレメントは回
転部材の中の全体にわたり、またはその中の一部
分に配置してよい。透過性エレメントの寸法およ
び回転部材におけるその配置は、透過性エレメン
トの密度および内部面積によつて、また流体の流
動特性によつて、決定できる。透過性エレメント
が回転部材の一部分中に配置される場合には、透
過性エレメントを回転部材の半径方向（放射方
向）外側部分に配置するのがしばしば好ましく、
この理由は軸からの距離が増すにつれて流体に作
用して層の形成する遠心力の大きさが増大し、か
くして層の厚さが減少されるからである。透過性
エレメントが、回転の軸と一致する対称軸を有す
る回転部材中に配置される場合、透過性エレメン
トをその軸の周囲に対称に分布して回転部材が回
転するときに力学的に平衡するようにするのが好
ましい。

回転部材を使用する場合、回転部材は、(a)使用
される回転速度での回転部材の回転中に材料中に
発生する応力に耐える機械的強度、および(b)使用
中に回転部材が接触しうる環境を許容しうる耐腐
食性、を有するいずれの材料から構成されてよ
い。回転部材を構成するのに使用しうる典型的な
材料の例としては、就中、ステンレス鋼、軟鋼、
真鍮、アルミニウム、ニツケル、モネル合金があ
る。適当な材料の選択は当業者にとつて容易であ
る。

透過性エレメントを回転させる速度は、就中、
その気孔率、所要の流体処理量、および透過性エ
レメント中の流体の半径方向流動距離によつて左
右され、決定される。透過性エレメントの最小回
転速度は、流体の流動特性によつて左右され決定
されることが多い。透過性エレメントの許容最大
回転速度は、透過性エレメントの機械的強度によ
り、また回転部材を使用するときはその部材の機
械的強度により支配される。回転部材を使用する
場合および回転部材が透過性エレメントを中に収
納配置する中空ステンレス鋼デイスクの形態であ
る場合、典型的な回転速度は、0.5ｍの直径のデ
イスクについては1000〜3000rpm；１ｍの直径の
デイスクについては500〜2000rpm；1.5ｍの直径
のデイスクについては4001000rpm；である。回
転速度が大きくなるにつれて、回転の軸からある
特定の距離にある透過エレメント細孔の壁面上の
液体の層の厚さは小さくなる。

一般的に回転速度は50〜10000rpm、好ましく
は100〜5000rpm、特に好ましくは500〜2000rpm
の範囲となろう。

所望の平均加速度および透過性エレメント中に
おける半径方向の所望の流体流動距離について、
透過性エレメントの回転速度は容易に計算でき
る。

回転軸は水平または垂直あるいは任意の中間角
度であつてよいが、回転軸を垂直にするのがしば
しば好都合である。環状体の形状の透過性エレメ
ントを使用する場合、典型的には軸によつてそれ
に回転運動を加える。その回転軸は該環状体の平
面からその軸に沿つて伸びるものである（例えば
軸が垂直である場合には環状体の頂部および／ま
たは底から伸びる）。透過性エレメントは、例え
ば可変速流体駆動；電動モーターからのベルトに
よつて駆動されるプーリー；またはターボプロツ
プ機構；により回転できる。

回転部材のためのベアリングの形態は、周知の
もの、例えば慣用型のラジアルおよびスラストベ
アリングであつてよい。

本発明による方法における第２の流体の流動方
向は、二つの流体の相対密度により、そしてそれ
らの流動量によつて左右される。並流または向流
関係で行うことができる。

透過性エレメントの細孔中の流体の流動は実質
上回転軸に垂直な平面にある、すなわち半径方向
流動であるが、本発明においては回転軸に平行な
小さな流動コンポーネント（成分）が存在する可
能性がある。軸方向の長さよりも可成り大きな半
径方向厚みを有する透過性エレメント、すなわち
デイスク形の透過性エレメントを使用することに
よつて、そして第１の流体を実質上そのデイスク
の軸方向の厚さに沿つて装入することによつて、
その第１の流体の流動が軸方向のコンポーネント
（成分）を持つ可能性は低減することが明かであ
ろう。透過性エレメントがデイスクの形状である
ときには、それは例えば80cmの直径および20cmの
軸方向厚さを有することができる。

第１の流体またはその誘導体の少なくとも主要
部は透過性エレメントの半径方向外側の周辺また
はその隣接部から排出される。従つて透過性エレ
メントの外周辺から離れた位置での流体物質の排
出を少なくとも減少させるための手段が備えられ
る。例えば、透過性エレメントが環状の形状であ
る場合に、そのような手段はエレメントの二つの
平らな表面上に設けられた一体の表皮で形成され
ていてよく、あるいはエレメントの二つの平らな
表面上にそれぞれ円板を接して保持してよく、あ
るいは回転部材を用いる場合にはその回転部材
を、透過性エレメントの外周辺から離れた位置で
の流体の排出を防止するようにして用いることが
できる（例えば回転部材を中空デイスクとし、こ
の中に環状透過性エレメントを配置し、その透過
性エレメントの平らな表面と中空デイスクの平ら
な表面とでシールを形成するようできる）。

向流の流動を用いる場合、透過性エレメントに
第２の流体を装入するための手段を回転軸から離
れた位置、好ましくは透過性エレメントの外周辺
付近に設ける必要があることは明かであろう。例
えば透過性エレメントを回転部材中に保持して透
過性エレメントの半径方向外側周辺と回転部材の
内側表面との間に空隙を形成し、その空隙中へ第
１の流体を流入させて流体シールを形成させその
液体シールを介して第２の流体を透過性エレメン
トへ装入できる。第２の流体が成分混合物である
場合、それらの成分は同一または別々の配送手段
を介して上記空隙中へ送入することができ、その
配送手段は、透過性エレメントの底に半径方向に
向けたチヤンネルであるのが便宜である。

第１の流体が回転している透過性エレメント内
を放射状に外向きに流れるにつれて、第１の流体
が受ける圧力が増大する。従つて向流の流動を用
いる場合、第２の流体を透過性エレメントに装入
するためには、その第２の流体は第２の流体が装
入される位置での第１の流体よりも大きな圧力で
なければならないことは明かであろう。

透過性エレメントが回転部材中に支持されてい
る場合、第１の流体を透過性エレメントへ供給す
るための手段は、典型的にはその回転部材内に設
けたオリフイスからなり、そのオリフイスを介し
て流体が流れうる。回転部材が中空デイスクであ
る場合、第１流体供給手段は軸方向に配置されて
いるのが好ましいが、それが回転軸と第２の流体
の供給手段との中間に位置する可能性は本発明か
ら排除されない。第１の流体がいくつかの成分の
混合物である場合、それらの成分は同一または別
個の供給手段を介して透過性エレメントへ供給で
きる。例えばそれらは同軸の複数の管を介して供
給できる。

回転部材中に支持した透過性エレメントを本発
明による装置に用いる場合、第１の流体、または
その成分もしくは誘導体を回転部材から排出する
ための手段は、典型的には回転軸から離れた回転
部材外周辺にある一またはそれ以上のオリフイス
からなり、そのオリフイスを通して流体はスプレ
ー状に放出されうる。例えば回転部材が中空デイ
スクであり、その中に環状の透過性エレメントが
配置されている場合、かかるオリフイスは中空デ
イスクの壁に外周に伸びているスリツトの形であ
るのが好適であり、そのスリツトは連続的である
のが好ましく、あるいは外周壁に複数のオリフイ
スを設けることができる。

回転部材中に支持した透過性エレメントを本発
明による装置に用いる場合、第２の流体、または
その成分もしくは誘導体を回転部材から排出する
ための手段は、典型的には回転部材に設けた一ま
たはそれ以上のオリフイスからなり、そのオリフ
イスを介して第２の流体またはその成分もしくは
誘導体が流動できるようになつている。回転部材
が中空デイスクであり、その中に環状透過性エレ
メントが配置されている場合、そのようなオリフ
イスは軸方向に配列されているのが好適である。

適宜には透過性エレメント、または回転部材
（それが使用される場合）は、固定流体捕集手段
（例えばハウジング）中に装着され、その捕集手
段中には、固定軸から離れた位置で透過性エレメ
ントから排出される流体またはその成分もしくは
誘導体が捕集される。さらには、固定流体捕集手
段が、密封されたハウジングの形態である場合に
は、第２の流体をその中へ装入し次いで透過性エ
レメントへ（例えば回転部材に適切に配置された
オリフイスを介して）装入する。本発明による装
置中で向流の流動を行わせる場合には、透過性エ
レメントおよび回転部材（もしこれを使用するな
らば）は、流体捕集手段内に装着されるが、それ
は回転軸から離れた位置で透過性エレメントから
排出される流体が、回転軸の隣接位置で排出され
る流体と接触しないように装着される。別法とし
て、透過性エレメントまたは回転部材（もしこれ
を使用するならば）に、円周に伸びるチヤンネル
を設け、これに第１の流体を流入させる。一また
はそれ以上の適切に配置された固定捕集手段（例
えば扇尾状スクープ）をチヤンネル中に浸漬し
て、第１の流体の回転速度によつてそれが捕集手
段を経て適当な位置まで押し出されるようにす
る。

透過性エレメント内の流体の滞留時間は、透過
性エレメントの半径寸法、透過性エレメントの種
類およびその透過性、回転速度および流体の流量
の関数である。これらのパラメーターは相互に作
用し合い、滞留時間に影響を与える。例えばデイ
スク形の透過性エレメントの半径が増加し、その
他のパラメーターが一定である場合、滞留時間は
増加し；流量が増し、その他のパラメーターが一
定である場合、滞留時間は減少し；回転速度が増
加し、その他のパラメーターが一定である場合、
滞留時間は減少する。

透過性エレメント中で大きな面積の液体表面を
生じさせるには、第１の流体および／または第２
の流体（これが液体である場合）は、透過性エレ
メントの細孔の壁表面の実質上すべてを湿潤する
のが好ましい。透過性エレメントの湿潤は、ある
程度まで力学的因子に左右されるが、平衡湿潤状
態が得られればそれによつて助長されるであろ
う。従つて透過性エレメントに対して小さな界面
張力を有する流体は透過性エレメントの細孔の表
面から透過性エレメントに対して大きな界面張力
を有する流体を置換し離れさせる傾向がある。か
かる置換現象は二つの液体間の小さな界面張力に
よつて助長される。透過性エレメントの湿潤を改
善するには、透過性エレメントの細孔の表面を湿
潤剤で被覆するか、または湿潤剤を少なくとも一
つの流体に添加するのが好ましい。例えば第１の
流体が水であり、そして透過性エレメントの細孔
が疎水性表面を有する（例えば透過性エレメント
がポリテトラフルオロエチレン繊維のマツトであ
る）場合、適当な界面活性剤、例えばドデシル硫
酸ナトリウムまたはMonflur（商標）界面活性剤
を水に添加することばできる。第１および第２の
流体が両者共に液体である場合には、細孔の表面
を第１の流体で選択的に湿潤させるのがしばしば
好ましい。

複数の透過性エレメントのそれぞれに適当な流
体捕集手段（典型的にはハウジング）を設けて、
これを一連の流体流動連通状態に結合することが
できる。（しかし、本発明から、前述のような円
周上のチヤンネルおよびそれに関連した除去排出
手段を使用する可能性は排除されない総。それら
の相隣れる透過性エレメントを結ぶ管に必要なら
ば適当なポンプを設けることができる。場合によ
つてはそれらの一連の透過性エレメントは共通の
軸に沿つて装着する。両流体はその連続系内を並
流状態で流動させることができるけれども、向流
状態で流動することはしばしば好ましい。

従つて、本発明は、少なくとも第１の流体相が
液体である二つの流体相の間の物質移動を行うた
めの装置であつて、 (a) その細孔中を流体を通過させることができ、
その細孔壁面が流体を流動させる曲りくねつた実
質的に連続な通路を与え、そして(b)一つの軸に関
して回転して、第１の流体を該回転軸から離れる
ように流動させるときに細孔内通過中の両流体を
少なくとも150ｍ／（秒）²の平均加速度に付すこ
とができるように直列に接続された複数の透過性
エレメントよりなり： 透過性エレメントは150ミクロン以下の当量直
径を有するストランド、繊維、フイブリルまたは
フイラメントからなること、および／または透過
性エレメントはその細孔内を流れる両流体を約
5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に付すように回
転しうること、 を特徴とする装置、を提供する。

好ましくは、透過性エレメントのそれぞれは環
状体であり、さらに好ましくは各環状体の軸は回
転の軸と一致する。

透過性エレメントの材料および構造、ならびに
回転部材が使用される場合にはその材料および構
造は、その中で生ずる物質移動の種類性質に関連
して選定されうる。例えば、本発明の装置中で吸
熱反応が起こる場合、透過性エレメントおよび／
または回転部材（これが使用される場合）に加熱
手段、例えば電気抵抗線を設けることができ；発
熱反応が起こる場合には、透過性エレメントおよ
び／または回転部材（使用される場合）に冷却手
段、例えば冷却用コイルを設けることができる。

本発明の装置は、就中、吸収、脱着、向流抽
出、蒸留および均質化処理工程に使用できる。

本発明の装置で実施することができる吸収処理
工程は物理的なもの（例えば水中へのアンモニ
ア、窒素酸化物もしくは塩化水素の吸収、ブライ
ンへのアンモニアの吸収、または硝酸への窒素酸
化物の吸収）であつても；あるいは化学反応が生
ずるもの（例えば石灰乳へ二酸化硫黄を吸収させ
ての重硫酸カルシウムの生成；炭化水素例えばク
メン、シクロヘキサンまたはクメンの酸化のため
の酸素／空気混合物の吸収；有機化合物、特に
C₁₀〜C₂₀α−オレフインのスルフオン化のための
三酸化硫黄の吸収；パラフイン類およびオレフイ
ン類の塩素化または臭素化のための塩素または臭
素の吸収；次亜塩素酸塩の製造のための苛性ソー
ダ溶液への塩素の吸収）であつてもよい。

本発明の装置で実施することができる脱着処理
工程としては、就中、反応副生物の除去、例えば
重合用のポリエチレンテレフタレート「モノマ
ー」溶融体からのエチレングリコールの除去；天
然油脂、例えば綿実油、大豆油、とうもろこし
油、ラードの水蒸気処理による脱臭；水性溶液か
らの有機物の蒸発、例えば空気による水からのア
セトン除去；およびブラインからのアンモニアお
よび二酸化炭素の除去；がある。かかる脱着処理
工程は、減圧下、典型的には水銀柱１〜10mmの減
圧下で実施することが多い。

本発明の装置で実施することができる抽出処理
工程としては、就中、抽出剤として例えばジエチ
レングリコールまたはSulfolaneを用いてのナフ
サリホーメイトからのBTX（ベンゼン、トルエ
ン、キシレン）の抽出；発煙硫酸による水性弗化
水素および水性塩化水素の脱水；メチルエチルケ
トンを用いての繊維素工業の黒液からの蟻酸およ
び酢酸の抽出；がある。

本発明の装置で実施することができる蒸留工程
としては、就中、キシレン類からのエチルベンゼ
ンの分離、C₂炭化水素の分離（エタンからエチ
レンの分離）、C₃炭化水素の分離（プロパンから
のプロピレンの分離）、芳香族類の分離、モノ−、
ジ−およびトリメチルアミンとエチルアミンの分
離、軽質ナフサからのイソペンタン分離、および
プロピレンオキシド／水の分離がある。

本発明の装置で蒸留を実施する場合、透過性エ
レメントから退出する蒸気を液化するための液化
手段、例えばコンデンサーが必要とされること、
および透過性エレメントへ装入すべく液体を蒸気
とするための蒸発手段、例えばボイラーが必要と
されることは、明かであろう。好ましくは複数の
透過性エレメント（それぞれは個々の流体捕集手
段と連絡し、そして好ましくは回転部材中に支持
されている）を直列に接続し、それに液化手段お
よび蒸発手段のような捕助装置を備えて、蒸留装
置を形成する。

従つて本発明によれば、直列に接続し、任意に
は共通の軸に関して回転することができ、そして
それぞれが個々の流体捕集手段に連絡している複
数の透過エレメント；液体を蒸発させて、一連の
透過性エレメント群へ装入するための蒸気を発生
する手段；およびそれらの透過性エレメントから
の退出蒸気を液化させる液化手段からなる蒸留装
置であつて、各透過性エレメントは150ミクロン
以下の当量直径を有するストランド、繊維、フイ
ブリルまたはフイラメントからなること、およ
び／またはその細孔内を流動する流体を約5000
ｍ／（秒）²以上の加速度に付すように回転しうる
こと、を特徴とする蒸留装置も提供される。

上記の蒸留装置で連続的蒸留を実施する場合、
蒸留装置に液体供給物を導入する位置は、その液
体供給物の組成によつて決定される。当業者にと
つてそのような位置の決定は容易である。液体供
給物の低沸点および高沸点成分はその導入位置か
ら当該透過性エレメントを経て、それぞれ一連の
エレメント系列の両反対端部へ流れ、その両端部
でそれぞれ蒸気および液体として退出する。その
蒸気は液化装置で液化され、その液体の一部が捕
集され一部は該エレメント系列へ返還される。透
過性エレメント系列から退出した液体の一部は捕
集され、そして一部は蒸発装置で蒸発され、生成
した蒸気はエレメント系列へ返還される。

本発明の蒸留装置は、いわゆる「蒸気再圧縮」
法に適用できる。蒸気再圧縮法とは、蒸気の圧縮
および熱交換器におけるそれからの熱の抽出を行
うことを意味する。透過性エレメント系列から退
出する蒸気を圧縮機で圧縮し、その高温の蒸気お
よび／または液体を圧縮機から膨張手段を経て熱
交換器へ供給する。その熱交換器において、高温
の蒸気および／または液体は熱を失ない、その熱
は、エレメント系列から退出する液体の一部によ
つて吸収される。従つてこの液体部分は蒸発のた
めにボイラーから受ける熱が少なくて足りる。こ
のようにして蒸留装置の総合的な熱エネルギー需
要を低減できる。その圧縮機は、一またはそれ以
上の透過性エレメントを回転させる駆動軸によつ
て駆動されるのが好ましい。

本発明を添付図により説明する。添付図は、本
発明による二流体相間の物質移動実施のための装
置を例示の目的で示すものである。

第１および２図において、ステンレス鋼の底１
および壁２とその壁２にボルト止めした透通蓋３
とを有する中空デイスクには中空軸４が設けられ
ている。中空軸４は底１中の４本の放射状溝５と
連絡し、それらの溝は孔６に達している。孔６は
流体を流通しうるものである。壁２には舌片７が
設けられ、これが蓋３中の環状溝８と係合してい
る。半径方向内側に配置したワイヤーメツシユ１
１と半径方向外側に配置したワイヤーメツシユ１
２とによつて底と蓋との間で中空デイスク内に保
持した金属スケルトン発泡体（典型的には
Retimet80市販品）よりなる環状体９は、環状の
透過性エレメントをなしている。二本の共軸管１
３および１４が気密シール１５を経て蓋３を貫通
している。外側の管１３は四つのフアンスプレー
１６と連絡し、それを通じて一つの流体が環状体
９へ供給される。中空軸４はベアリングハウジン
グ１７内のローラーベアリングに回転可能に装着
され、ハウジング１７は、孔１９を有するステン
レス製ハウジング１８の形の固定の流体捕集手段
に取付けられている。電気モーター（図示せず）
がＶ−ベルトによつて中空軸４に駆動力を与えて
いる。

操作の際に、中空デイスクが回転され、一つの
液体が管１３を経て金属スケルトン発泡体９へ供
給され、発泡体９内を放射状に外向きに移動して
ワイヤーメツシユ１２と壁２との間の空間を満た
し、そして舌片７と溝８によつて限定された通路
を介して排出される。一つの気体が、中空軸４お
よび溝６を経て装置中へ供給され、壁２とワイヤ
ーメツシユ１２との間の環状空間に入る。壁２と
外側のワイヤーメツシユ１２との間の空間内の液
体は壁からの気体の逃出を防ぐので、気体は透過
性エレメントの細孔を上記液体と向流管係で押し
進められ、管１４を経て逃出する。液体はハウジ
ング１８内に集まり、孔１９を介して流出でき
る。

第３図において、一連の積重ねの固定ハウジン
グ２０，２１，２２，２３；コンデンサー２４；
およびボイラー２５；が駆動軸２６に装着されて
いる。駆動軸２６は、ハウジング２０，２１，２
２および２３内に装着した回転部材（図示せず）
中に保持された透過性エレメントを回転させる。
適当なポンプ（図示せず）を備えた液体パイプ２
７，２８，２９および蒸気パイプ３０，３１，３
２は相隣れるハウジングを相互接続している。蒸
気パイプ３３とスプリツター３５を備えた液体パ
イプ３４はコンデンサー２４を積重ねハウジング
へ連絡している。蒸気パイプ３６とスプリツター
３８を備えた液体パイプ３７はボイラー２５を積
重ねハウジングへ連絡している。供給パイプ３９
が液体パイプ２８へ接続されている。

操作に際して、駆動軸２６はモーター（図示せ
ず）によつて回転される。供給液は供給管３９を
介して蒸留装置に入り、パイプ２８中の液体と混
合し、そしてハウジング２２内の透過性エレメン
トを通して半径方向内向きに押し進められ、それ
と同時にハウジング２２内の透過性エレメントを
通して半径方向外向きに流れる蒸気と接触する。
供給液体中の低沸点成分の一部分はストリツピン
グ除去され管３１内を蒸気と共にハウジング２１
内の透過性エレメントへ移動するが、高沸点成分
は管２９内を液体共にハウジング２３内の透過性
エレメントまで移動する。ハウジング２３から排
出される高沸点成分は管３７を流れ、その一部は
スプリツター３８を通り貯蔵タンクへ流出し、そ
の残部はボイラー２５へ供給される。ボイラー２
５から出る蒸気は管３６を経てハウジング２３内
の透過性エレメントへ移行する。コンデンサーか
ら出る液体は管３４を介して移行し、その一部は
スプリツター３５を経て貯蔵タンクへ流出し、そ
して残部は積重ねのハウジングへ返還される。

第４図において、コンプレツサー４０が駆動軸
２６に装着されている。蒸気パイプ３３および液
体パイプ４１はコンプレツサーを積重ねのハウジ
ングおよび熱交換器４２へそれぞれ連絡してい
る。スプリツター４４を備えた液体パイプ４３は
熱交換器４２を積重ねのハウジングへ連絡してい
る。

操作の際に、低沸点成分は積重ねハウジングか
ら排出されて、管３３を経てコンプレツサー４０
へ移行し、そこで圧縮されて液体となる。この液
体は管４１を経て熱交換器４２へ移行し、そこで
熱を放出し、その熱は高沸点成分によつて吸収さ
れる。熱交換器からの冷却された液体は管４３を
通り、その一部はスプリツター４４を経て貯蔵タ
ンクへ流出し、残部は積重ねのハウジングへ返還
される。

実施例 １ 第１〜２図に示したような中空デイスク中に、
Knitmesh9031（内部面積1650／ｍ、空隙率94％）
から作つた内半径4.7cmおよび外半径９cmの環状
透過性エレメントを装着した。このデイスクを
2850rpmで回転させて、脱酸素水を17×10^-5m³／
秒の流量でそのデイスクに供給してKnitmeshの
細孔内を半径方向外向きに流動させ、空気を半径
方向内向きに流動させた。デイスクから排出され
る水中の酸素濃度を溶存酸素試験器を用いて測定
した。この実験を3350rpmの回転速度で繰返えし
た。別の実験では、中空デイスクにガラスビーズ
（直径1.5mm、内部面積2400／ｍ、空隙率50％）を
充填し、同じ水流量および回転速度の条件下で実
験を実施した。いわゆる「容積物質移動係数」
K_Laを下記式で計算した。

K_L・ａ＝Ｑ／ＶlnCe₁−C₁／Ce₁−C₂ ここに K_L＝液膜支配型物質移動についての物質移動係
数（ｍ／ｓ） Ｑ＝水の容積流量（m³／ｓ） Ｖ＝透過性エレメントが占める容積（m³） C₁＝流入水中の酸素濃度 C₂＝流出水中の酸素濃度 Ce₁＝周囲温度における水中の酸素平衡濃度 ａ＝透過性エレメントの内部容積（ｍ^-1） 結果を表１に示す。これらの結果から平均加速
度を5000ｍ／（秒）²以上に増加すると容積物質移
動係数K_L

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも第１の流体相が液体である二つの
   流体相の間の物質移動を行うための装置であつ
   て、 (a) その細孔中を流体を通過させることができ、
   その細孔壁面が流体を流動させうる曲りくねつた
   実質的に連続な通路を与え、そして(b)一つの軸に
   関して回転して、第１の流体を該回転軸から離れ
   るように流動させるときに細孔内通過中の両流体
   を少なくとも150ｍ／（秒）²の平均加速度に付す
   ことができる透過性エレメント；透過性エレメン
   トに両流体を装入する手段；および少なくとも一
   方の流体またはその誘導体を透過性エレメントか
   ら排出する手段；よりなり： 透過性エレメントは150ミクロン以下の当量直
   径を有するストランド、繊維、フイブリルまたは
   フイラメントからなること、および／または透過
   性エレメントはその細孔内を流動する両流体を約
   5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に付すように回
   転しうること、を特徴とする装置。 ２ 透過性エレメントは少なくとも90％の空隙率
   を有しかつストランド、繊維、フイブリルまたは
   フイラメントからなる特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ３ 透過性フイラメントは少なくとも93％の空隙
   率を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 単一のストランド、繊維、フイブリルまたは
   フイラメントが透過性エレメントの細孔のうちの
   実質的な割合を限定している特許請求の範囲第１
   項記載の装置。 ５ 透過性エレメントは少なくとも1500m²／m³の
   内部面積を有する特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ６ 透過性エレメントは、30ミクロン以下の当量
   直径を有するストランド、繊維、フイブリルまた
   はフイラメントよりなる特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ７ 透過性エレメントは、相互に機械的に結合さ
   れ、相互に接着され、または相互に点接合された
   ストランド、繊維、フイブリルまたはフイラメン
   トよりなる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８ ストランド、繊維、フイブリルまたはフイラ
   メントは一体に織られまたは編まれたものである
   特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９ ストランド、繊維、フイブリルまたはフイラ
   メントは金属スケルトン発泡体のように属によつ
   て点接合されている特許請求の範囲第７項記載の
   装置。 １０ 少なくとも第１の流体相が液体である二つ
   の流体相間の物質移動を行う方法であつて、両流
   体を透過性エレメントに装入し、一つの軸に関し
   て透過性エレメントを回転して第１の流体を該回
   転の軸から放射状に外向きに流しながら両流体が
   透過性エレメントの細孔内を流れる際に両流体が
   少なくとも150ｍ／（秒）²の平均加速度に付され
   るようにし、そして透過性エレメントから排出さ
   れる流体の一方またはその誘導体の少なくとも一
   部を捕集することからなり；該透過性エレメント
   が150ミクロン以下の当量直径を有するストラン
   ド、繊維、フイブリルまたはフイラメントよりな
   ること、および／またはその細孔内を流れる両流
   体を約5000ｍ／（秒）²以上の平均加速度に付すよ
   うに該透過性エレメントを回転すること、を特徴
   とする方法。