JPH0335969B2 - - Google Patents
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- JPH0335969B2 JPH0335969B2 JP7841086A JP7841086A JPH0335969B2 JP H0335969 B2 JPH0335969 B2 JP H0335969B2 JP 7841086 A JP7841086 A JP 7841086A JP 7841086 A JP7841086 A JP 7841086A JP H0335969 B2 JPH0335969 B2 JP H0335969B2
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Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、膜を用いて流体分離を行うための流
体分離装置に関する。流体分離としては下記のよ
うないろいろな分離操作がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to fluid separation devices for performing fluid separation using membranes. There are various separation operations for fluid separation, such as the following.
(1) 選択透過式ガス拡散によるガス混合物の分離
(2) 逆浸透による液体からの溶解固形物の分離
(3) 直接浸透による液体と溶解固形物の混合物か
らの液体の分離または同混合物の濃縮
(4) 透析による液体と固形物との分離または液体
の濃縮
(5) 逆浸透または超過による液体混合物からの
液体の分離
(6) 超過による液体からの固形物の分離
(7) 液体間でのガス交換
(8) 気相と液相との間の変換
本発明は、特に、簡略化された、商業的に有利
なプレート・フレーム構造の形態にまとめた、膜
積重体とスペーサ層から成る分離装置およびその
製造方法に関する。(1) Separation of gas mixtures by selective permeation gas diffusion; (2) Separation of dissolved solids from liquids by reverse osmosis; and (3) Separation of liquids from mixtures of liquid and dissolved solids or concentration of the same mixture by direct osmosis. (4) Separation of liquids from solids or concentration of liquids by dialysis; (5) Separation of liquids from liquid mixtures by reverse osmosis or excess; (6) Separation of solids from liquids by excess; (7) Separation of liquids between liquids. Gas Exchange (8) Conversion between Gas and Liquid Phases The present invention particularly relates to separations consisting of membrane stacks and spacer layers organized in the form of a simplified and commercially advantageous plate and frame structure. The present invention relates to a device and its manufacturing method.
発明の背景
膜を用いた流体分離法は、在来の分離法に比べ
て多くの利点を有する。海水淡水化の分野では、
逆浸透膜法が主流を占め、イオン交換法、蒸留法
および電気透析法に対する依存度が低くなつてき
ている。また、ガス分離においても、膜分離法
が、例えばプロセスガス流からの水素の除去・回
収または天然ガスからの二酸化炭素の除去などの
ようにガス混合物から特定の成分を除去するため
の新しい方法として受入れられている。また、水
処理処、医薬品製造、食品加工、廃水浄化、流体
からの特定物質の回収などにおいては超過膜式
分離法が極めて重要になつてきている。BACKGROUND OF THE INVENTION Membrane-based fluid separation methods have many advantages over conventional separation methods. In the field of seawater desalination,
The reverse osmosis membrane method is the mainstream, and the dependence on the ion exchange method, distillation method, and electrodialysis method is decreasing. Also in gas separation, membrane separation methods are being used as new methods for removing specific components from gas mixtures, for example for the removal and recovery of hydrogen from process gas streams or the removal of carbon dioxide from natural gas. It is accepted. Additionally, membrane separation methods are becoming extremely important in water treatment, pharmaceutical manufacturing, food processing, wastewater purification, recovery of specific substances from fluids, and the like.
上述したいろいろな流体分離は、単純な過工
程ではなく、供給流体の膜の一方の面に接触さ
せ、供給流体中の1つまたはそれ以上の成分を膜
を透過させて通し、該成分を除去された供給流体
を残すというような操作を伴う。供給流体は、連
続的に膜の表面を掃引するようにして通流し、非
透過成分は該供給流体内に保持されたまま運び去
られる。残留流体が目的の重要成分である場合も
あり、あるいは廃棄成分である場合もある。 The various fluid separations described above involve contacting one side of a membrane with the feed fluid, passing one or more components in the feed fluid through the membrane, and removing the components, rather than a simple overstep. This involves operations such as leaving behind a supply fluid that has been removed. The feed fluid is continuously swept over the surface of the membrane and non-permeable components are carried away while remaining within the feed fluid. The residual fluid may be the desired critical component, or it may be the waste component.
現在多種の種類の膜が商業的に使用されてお
り、更に多くの種類のものが、世界中で開発され
つつある。用途に関係なく、どのような種類の膜
にも共通な要件は、膜を適当なパツケージの形に
支持し収容することである。膜がその所期の目的
を達成するためには、即ち、混合物から特定の成
分を分離するためには、膜パツケージ装置は下記
の要件を満たさなければならない。 Many types of membranes are currently in commercial use, and many more are being developed around the world. Regardless of the application, a common requirement for any type of membrane is that it be supported and contained in a suitable package. In order for the membrane to achieve its intended purpose, ie to separate specific components from a mixture, the membrane packaging device must meet the following requirements.
1 膜をその一方の面に加えられる静的および動
的圧力および力に抗して支持すること、
2 供給流体を膜へ通すための通路を設定するこ
と、
3 膜を透過した流体を排出するための通路を設
定すること、
4 供給流体と膜を透過した流体との混合(従つ
て、汚染)を防止すること、
5 膜に接触し特定成分を除去された後の残留流
体を通すための通路を設定すること、
6 分離された流体を収容するための安全なハウ
ジングを設けること、および
7 製造費が安いこと。1. Supporting the membrane against static and dynamic pressures and forces applied to one side thereof; 2. Establishing a passageway for passage of feed fluid to the membrane; 3. Draining fluid that has permeated the membrane. 4. Preventing mixing (and therefore contamination) of the feed fluid with the fluid that has passed through the membrane; 5. Establishing a passageway for the passage of residual fluid after contact with the membrane and removal of specific components. 6. Provide a secure housing to contain the separated fluid; and 7. Low manufacturing costs.
膜をパツケージ内に組立てる方法は、該パツケ
ージ内の膜の量をできるだけ多くするように能率
的な方法でなければならない。また、組立てられ
たパツケージは、実用上可能な最少限のスペース
を利用することができるようにコンパクトなもの
でなければならない。 The method of assembling the membrane into the package must be an efficient method to maximize the amount of membrane within the package. Furthermore, the assembled package must be compact so that it can utilize the minimum amount of space practically possible.
膜が開発されたとき、最初に提案された膜パツ
ケージは、米国特許第3473668号および3209915号
に記載されているように、過の技術分野から借
用され改変されたプレート・フレーム式のもので
あつた。その装置は、例えば米国特許第2597907
号に開示されているように、頂部プレートおよび
底部プレートと、それらの間に配設された膜支持
フレームおよびプレートから成つている。供給流
体は、頂部プレートを通して導入され、プレー
ト・フレーム型膜組立体の一方の側に設けられた
マニホールドを通つて供給流体スペーサへ流下す
る。供給流体のうち膜を透過することができる成
分は透過物キヤリア層に進入し、該層から透過物
マニホールドへ搬出される。所要の回収速度を達
成し、プレート・フレーム型膜組立体から透過流
体を引取るためには、流体をプレート・フレーム
型膜組立体を通して導くための複雑なポート(出
入口または連通口)を必要とする。透過物(膜を
透過した流体または成分)を除去された供給流体
は、濃縮物または残留物となり、プレート・フレ
ーム型膜組立体から濃縮物マニホールドを通して
排出される。プレート・フレーム型膜組立体は、
高圧下の供給流体を収容するのに十分な強度の材
料で造らなければならない。初期のプレート・フ
レーム型膜組立体は正方形または長方形であつ
た。 When membranes were developed, the first membrane packages proposed were of the plate-and-frame type, borrowed from and modified from previous technical fields, as described in U.S. Pat. Ta. The device is e.g.
As disclosed in US Pat. Feed fluid is introduced through the top plate and flows down to the feed fluid spacer through a manifold on one side of the plate and frame membrane assembly. The components of the feed fluid that are capable of permeating the membrane enter the permeate carrier layer and are transported from the permeate carrier layer to the permeate manifold. Achieving the desired recovery rate and withdrawing permeate from the plate and frame membrane assembly requires complex ports to direct the fluid through the plate and frame membrane assembly. do. The feed fluid, stripped of permeate (fluid or components that permeate the membrane), becomes a retentate or residue and is discharged from the plate and frame membrane assembly through a retentate manifold. The plate and frame type membrane assembly is
It must be constructed of materials of sufficient strength to contain the supply fluid under high pressure. Early plate and frame membrane assemblies were square or rectangular.
逆浸透法やガス分離膜を商業化するための初期
の試みにおいては、プレート・フレーム型膜組立
体が用いられた。逆浸透法やガス分離等の用途に
膜を使用する方法自体は開示されたが、そのシス
テムの経済性は非常に劣つていた。それは膜自体
の性能の劣悪さによるものではなく、プレート・
フレーム型膜組立体のコストが非常に高く、その
充填密度が低いことによるものであつた。逆浸透
法やガス分離法のためにプレート・フレーム型膜
組立体の形で膜を使用することは経済的ではなか
つたので、他の膜パツケージ法が研究開発されて
きた。 Early attempts to commercialize reverse osmosis and gas separation membranes used plate and frame membrane assemblies. Although methods of using membranes for applications such as reverse osmosis and gas separation have been disclosed, the economic efficiency of these systems has been very poor. This is not due to poor performance of the membrane itself, but rather
This was due to the very high cost of frame-type membrane assemblies and their low packing density. Since it has not been economical to use membranes in plate and frame membrane assemblies for reverse osmosis and gas separation processes, other membrane packaging methods have been researched and developed.
1970年に最初の高圧膜装置が設置された。この
逆浸透膜装置は、例えば米国特許第3417870号に
開示されているように、酢酸セルロースの扁平シ
ート状膜をらせん巻きの形にパツケージしたもの
であつた。その後、中空の細い繊維束の形に造ら
れた膜パツケージと、筒状組立体の形とされた膜
パツケージが商業化された。これらの3種類の膜
パツケージを利用して、1970年以降合成膜の高圧
工業用用途が数多く商業化された。 The first high pressure membrane equipment was installed in 1970. This reverse osmosis membrane device was a spirally packaged flat sheet-like membrane of cellulose acetate, as disclosed in, for example, US Pat. No. 3,417,870. Later, membrane packages in the form of hollow thin fiber bundles and membrane packages in the form of cylindrical assemblies were commercialized. Utilizing these three types of membrane packages, many high-pressure industrial applications of synthetic membranes have been commercialized since 1970.
プレート・フレーム型膜組立体は、ここ25年間
に亘つて改良されてきたが、現在製造されている
ものは、中空の細繊維束やらせん巻き膜体を用い
た膜パツケージに対して競争力がない。なぜな
ら、プレート・フレーム型膜パツケージは非常に
複雑で、製造費が高いからである。米国特許第
3695444号および第3623610号の分離装置は、初期
のプレート・フレーム型膜組立体の代表的なもの
である。現行の分離装置の代表的なものは、米国
特許第4340475号に開示されたものである。この
装置においては、複雑な支持、分離、収集および
分配プレートが必要とされる。例えば、膜支持プ
レートは、多くの部片から形成され、複雑な製造
工程を要する。分離プレートも、同様に複雑であ
り、製造費が高いばかりでなく、2.54〜6.35mm
(0.1〜0.25in)もの厚さを有する。この種の厚い
プレートは、膜の充填密度を非常に低くしてしま
うので、中空細繊維束やらせん巻きの膜体と競合
することができない。米国特許第4255263号のプ
レート・フレーム型膜装置も、複雑なプレートを
有し、その製造に多くの部片と材料を必要とす
る。この装置の場合も、プレートの厚みが厚く、
充填密度を低下させる。米国特許第4310416号に
開示された更に別のプレート・フレーム型膜装置
においても、やはりプレートおよびその組立体が
複雑であり、各プレート間に多くのシールおよび
ポートを介設しなければならない。この装置のプ
レートも部厚く、従つて、膜充填密度を低下させ
る。 Plate and frame membrane assemblies have been improved over the past 25 years, but currently manufactured membrane packages are not competitive with membrane packages using hollow fiber bundles or spirally wound membrane bodies. do not have. This is because plate and frame membrane packages are very complex and expensive to manufacture. US Patent No.
The separation devices of No. 3,695,444 and No. 3,623,610 are representative of early plate and frame membrane assemblies. A representative current separation device is that disclosed in US Pat. No. 4,340,475. Complex support, separation, collection and distribution plates are required in this device. For example, membrane support plates are formed from many pieces and require complex manufacturing steps. Separation plates are similarly complex and expensive to manufacture, as well as 2.54 to 6.35 mm
(0.1-0.25in) thick. Thick plates of this type result in membrane packing densities that are too low to compete with hollow fiber bundles or spirally wound membrane bodies. The plate and frame membrane device of US Pat. No. 4,255,263 also has complex plates and requires many pieces and materials to manufacture. In the case of this device as well, the plate is thick,
Decrease packing density. Yet another plate and frame membrane device, disclosed in U.S. Pat. No. 4,310,416, also has complex plates and assemblies, requiring many seals and ports between each plate. The plates of this device are also thicker, thus reducing membrane packing density.
米国特許第4243536号には、高圧容器内に透過
物収集パイプの周りに同心的に配置されたデイス
ク型膜素子の種重組立体から成る分離装置が開示
されている。膜層は、膜支持体おおよび透過物キ
ヤリア層の両側に配置されている。この透過物キ
ヤリア層は、プラスチツクで成形され、複数の四
角い隆起部および流体導通路を備えている。この
キヤリア層は、かなり厚く、約6.35mmの厚さを有
しており、透過物を中央の収集パイプへ搬送す
る。収集パイプは、透過物収集層の中心に正確に
位置づけされるポートまたは穴を有している。透
過物キヤリア・膜組立体の上下には、やはり約
6.35mmの厚さの供給流体スペースが設けられてい
る。供給流体は、透過物収集パイプに隣接して偏
心位置に配置された供給流体パイプに流入する。
供給流体パイプの管壁には、供給流体を上記供給
流体スペースへ分配する複数のポートまたは穴が
穿設されている。供給流体スペーサ層は、供給流
体パイプのポートと整合するように正確に位置づ
けしなければならない。デイスクの縁には、残留
流体収集パイプを受容する切欠きが設けられてい
る。この収集パイプも、供給流体スペースと整合
させるべく正確に位置づけされた穴またはポート
を有している。 U.S. Pat. No. 4,243,536 discloses a separation device consisting of a seed weight assembly of disk-type membrane elements arranged concentrically around a permeate collection pipe within a high pressure vessel. Membrane layers are located on either side of the membrane support and permeate carrier layer. The permeate carrier layer is molded from plastic and includes a plurality of square ridges and fluid conduit passages. This carrier layer is quite thick, approximately 6.35 mm thick, and carries the permeate to the central collection pipe. The collection pipe has a port or hole located precisely in the center of the permeate collection layer. Above and below the permeate carrier/membrane assembly, approximately
A 6.35mm thick feed fluid space is provided. Feed fluid enters a feed fluid pipe that is eccentrically located adjacent to the permeate collection pipe.
The wall of the supply fluid pipe is provided with a plurality of ports or holes for distributing the supply fluid into the supply fluid space. The supply fluid spacer layer must be precisely positioned to align with the ports of the supply fluid pipe. The edge of the disc is provided with a notch to receive the residual fluid collection pipe. The collection pipe also has holes or ports precisely positioned to align with the supply fluid space.
本発明は、上記米国特許第4243536号の装置を
多くの点で改良したものである。第1に、内部パ
イプがなく、供給流体、残留流体および透過流体
は、積重組立体の各層に切込まれた切欠きを上下
に送合させることによつて形成されたチヤンネル
を通して該積重組立体内で導かれる。第2に、膜
充填密度が上記特許の装置よりはるかに高い。な
ぜなら、スペース層が極めて薄いからである。第
3に、上記特許の装置より製造費がはるかに安
い。なぜなら、各層は、上記特許のように射出成
形された材料ではなく、安価なマツト成形、編成
または織成された材料で造られているからであ
る。第4に、本発明の積重組立体の組立体は、上
記特許の装置の組立より非常に容易である。なぜ
なら、各層を整合させなければならない穿設穴を
有する内部パイプが存在しないからである。第5
に、本発明の透過物キヤリア層は、膜支持層とし
ての機能と、透過物キヤリアとしての機能の二重
の機能を兼備している。このキヤリア層は、紙ま
たは紙様材料、織成材料または編成材料で造るこ
とができる。この種の材料は、膜を支持するとと
もに、透過物を中央透過物収集チヤンネルへ導く
ようにキヤリア層を造ることができる。上記特許
の積重組立体においては、膜支持および透過物キ
ヤリア層はプラスチツクから成形されている。該
層は、膜を支持する平坦な平滑なランドと、それ
らのランドの間に形成されたトラフ形の流体移送
チヤンネルを有しているが、そのような方式は、
本発明に比べて経済的でなく、しかも、非能率で
ある。 The present invention improves on the device of the above-mentioned US Pat. No. 4,243,536 in many respects. First, there are no internal pipes, and feed fluid, residual fluid, and permeate fluid flow through the stack assembly through channels formed by feeding up and down notches cut into each layer of the stack assembly. guided within the body. Second, the membrane packing density is much higher than the device of the above patent. This is because the space layer is extremely thin. Third, it is much cheaper to manufacture than the device of the above patent. This is because each layer is made of less expensive matted, knitted or woven material rather than injection molded material as in the above patent. Fourth, assembly of the stacking assembly of the present invention is much easier than assembly of the devices of the above-mentioned patents. This is because there are no internal pipes with drilled holes that must align each layer. Fifth
Furthermore, the permeate carrier layer of the present invention has dual functions of a membrane support layer and a permeate carrier. This carrier layer can be made of paper or paper-like material, woven or knitted material. This type of material can support the membrane and create a carrier layer to direct the permeate to the central permeate collection channel. In the stack assembly of the above patent, the membrane support and permeate carrier layer are molded from plastic. The layer has flat smooth lands supporting the membrane and trough-shaped fluid transport channels formed between the lands;
It is less economical and inefficient than the present invention.
蒸留法、極低温分別法、物理的化学的溶剤抽出
などの在来の流体分離法は、大規模プロゼクトに
した場合規模の経済性による利点が得られるとい
う点で、比較的新しい膜式分離法にない1つの利
点を有している。大規模な分離プラントは、大型
の容器、塔および配管を用いることができ、それ
によつて規模の経済性を享受することができる。
これに対して、膜式分離法は、現行の膜パツケー
ジ技法はサイズの拡大という点で非常な制約があ
るので規模の経済性を利用することができなかつ
た。 Conventional fluid separation methods such as distillation, cryogenic fractionation, and physical-chemical solvent extraction have been replaced by relatively new membrane separation methods in that they can benefit from economies of scale for large-scale projects. It has one advantage over the others. Large scale separation plants can use large vessels, columns and piping, thereby enjoying economies of scale.
In contrast, membrane separation methods have not been able to take advantage of economies of scale because current membrane packaging techniques are severely limited in terms of size expansion.
例えば、現行のらせん巻き膜パツケージは、直
径約30.48cm、長さ約152.4cmに限定されており、
収容可能な膜の総面積は約8385cm2である。らせん
巻き膜体は、膜と、透過物キヤリアと、供給流体
スペーサ層の多重葉で構成しなければならない。
例えば直径10.16cm、長さ101.6cmのらせん巻き膜
体は3〜4葉を有しており、各葉は、103〜161cm2
の有効膜面積を有する。「葉」とは、膜とキヤリ
アとスペーサとを重ね合わせた一定長のシート状
のものをいう。)葉の長さは、透過物キヤリアの
素材の効率が悪いため制限される。即ち、葉の長
さは101.6〜152.4cm以上とすると、葉に生じる背
圧が許容しえないほどに高くなる。従つて、らせ
ん巻き膜体の直径を大きくするには、葉の数を増
やさねばならない。例えば直径30.48cmのらせん
巻き膜体には24〜30枚の葉が含まれることにな
る。従つて、直径40.64cmを越えるらせん巻き膜
体を製造するとすれば、克服し難い製造上の問題
に直面することになる。即ち、各膜体に含まれる
膜の量が極めて多くなり、葉の数も多大になるの
で、各膜体に製造上の瑕疵が生じる可能性が極め
て高くなるからである。 For example, the current spirally wound membrane package is limited to a diameter of approximately 30.48 cm and a length of approximately 152.4 cm.
The total area of membrane that can be accommodated is approximately 8385 cm2 . The spirally wound membrane must consist of multiple lobes of membrane, permeate carrier, and feed fluid spacer layers.
For example, a spirally wound membrane body with a diameter of 10.16 cm and a length of 101.6 cm has 3 to 4 lobes, and each lobe is 103 to 161 cm 2
It has an effective membrane area of "Leaf" refers to a sheet-like material of a certain length, which is made by overlapping a membrane, a carrier, and a spacer. ) Leaf length is limited by the inefficiency of the permeate carrier material. That is, if the leaf length is 101.6 to 152.4 cm or more, the back pressure generated on the leaf becomes unacceptably high. Therefore, in order to increase the diameter of the spirally wound membrane, the number of leaves must be increased. For example, a spirally wound membrane with a diameter of 30.48 cm would contain 24 to 30 leaves. Therefore, manufacturing a spirally wound membrane having a diameter greater than 40.64 cm would be faced with difficult manufacturing problems. That is, since the amount of membrane contained in each membrane body becomes extremely large and the number of leaves also increases, the possibility that manufacturing defects will occur in each membrane body becomes extremely high.
本発明の重要な改良点の1つは、透過物が通ら
ねばならない経路が大幅に短縮されることであ
る。即ち、直径152.4cmの本発明の膜パツケージ
の場合、透過物が中央の透過物収集チヤンネルに
到達するまでに移動しなければならない距離は、
最大限僅か76.2cmである。 One of the important improvements of the present invention is that the path that the permeate must take is significantly shortened. That is, for a membrane package of the present invention with a diameter of 152.4 cm, the distance that permeate must travel to reach the central permeate collection channel is:
The maximum length is only 76.2cm.
中空の細繊維束素体から成る分離装置にも、同
じ問題が存在する。現行の中空細繊維束素体は、
直径約20.32〜25.4cmである。直径を30.48〜40.64
cmに増大させると、製造工程が複雑になり、瑕疵
が生じる確率が極めて高くなる。また、中空細繊
維束は、各繊維の中空孔を通る透過物の圧力降下
を考慮しなければならないので長さの点で制限さ
れる。現行の設計による中空細繊維束は長さ約
366cmに制限されている。 The same problem exists with separation devices consisting of hollow fiber bundle bodies. The current hollow fiber bundle element is
The diameter is approximately 20.32-25.4cm. Diameter 30.48~40.64
cm, the manufacturing process becomes complicated and the probability of defects becoming extremely high. Hollow fiber bundles are also limited in length because the pressure drop of the permeate through the hollow pores of each fiber must be taken into account. Hollow fiber bundles according to current designs have a length of approx.
Limited to 366cm.
たとえらせん巻膜体および中空細繊維束を
40.64cmの直径に製造することが可能であつたと
しても、その程度では現存の膜体サイズに比べて
規模の経済性を著しく増大することにはならな
い。世界的なプロゼクトにおいて在来の技法と競
合しうるためには、膜パツケージおよびそれを収
容するための圧力容器の直径は91.44〜152.4cmの
レベルにまで増大させなければならない。 For example, spirally wound membrane bodies and hollow fiber bundles
Even if it were possible to manufacture it to a diameter of 40.64 cm, it would not significantly increase economies of scale compared to existing membrane sizes. In order to be competitive with conventional techniques in world-wide projects, the diameter of the membrane package and the pressure vessel to accommodate it must increase to the level of 91.44 to 152.4 cm.
本発明の利点の1つは、大規膜なシステムに使
用するために膜パツケージする(組立体としてま
とめる)ための方法および装置を提供することで
ある。現在製造可能な膜パツケージの直径が
20.32〜30.48cmであるのに対して、本発明によれ
ば、91.44〜152.4cm(36〜60in)の径の膜パツケ
ージを製造することが実用上可能である。本発明
の重要な利点は、各膜・透過物キヤリア組立体を
圧力容器またはモジユール内へ組入れる前に予め
瑕疵検査をすることができることである。このこ
とは、膜または接着密封剤の条線(ライン)にお
ける瑕疵の故に廃棄処分にされる膜が僅か数平方
フイートの膜ですむことを意味する。 One of the advantages of the present invention is that it provides a method and apparatus for packaging membranes for use in large scale membrane systems. The diameter of membrane packages that can currently be manufactured is
According to the present invention, it is practically possible to produce membrane packages with a diameter of 91.44 to 152.4 cm (36 to 60 inches), as opposed to 20.32 to 30.48 cm. An important advantage of the present invention is that each membrane and permeate carrier assembly can be pre-inspected for defects prior to installation into a pressure vessel or module. This means that only a few square feet of membrane can be disposed of due to defects in the membrane or adhesive sealant lines.
工業用の高圧膜分離法の開発と併行して、小型
の低圧用膜パツケージも開発されてきた。そのよ
うな膜パツケージの例としては、人工腎臓、家庭
用および実験用逆浸透装置、食物および飲物加工
装置、およびその他の特殊な膜パツケージがあ
る。これらの装置も、らせん巻き膜体、中空繊維
束および筒状膜体等を使用しており、やはり初期
のプレート・フレーム型膜パツケージのいろいろ
な変型も開発されている。 In parallel with the development of industrial high-pressure membrane separation methods, compact low-pressure membrane packages have also been developed. Examples of such membrane packages include artificial kidneys, home and laboratory reverse osmosis equipment, food and beverage processing equipment, and other specialized membrane packages. These devices also use spirally wound membranes, hollow fiber bundles, and cylindrical membranes, and various variations of the earlier plate and frame membrane packages have also been developed.
本発明は、小型の医療器具を含むこの種の小型
膜パツケージにも適用することができ、ポータブ
ルの血液酸素供給器やそれに類する機器に特に適
している。本発明によれば、膜パツケージの高密
度化が達成されるので、能率的でコンパクトな膜
パツケージを製造することができるからである。 The invention can also be applied to small membrane packages of this type containing small medical devices and is particularly suitable for portable blood oxygenators and similar equipment. This is because, according to the present invention, the density of the membrane package can be increased, so that an efficient and compact membrane package can be manufactured.
総括的にいえば、本発明は、構造が簡単で、製
造コストが安く、コンパクトで、作動効率が高い
新規な膜機器を提供する。従つて、本発明は当該
技術分野において広く採用されることが期待され
る。 Overall, the present invention provides a novel membrane device that is simple in structure, low in manufacturing cost, compact, and highly efficient in operation. Therefore, it is expected that the present invention will be widely adopted in the technical field.
発明の概要
基本的にいえば、本発明は2つ以上の異る物質
を分離するための分離装置において、
流体を圧力下で収容するための圧力容器と、
分離すべき供給流体を前記容器へ導入するため
の供給流体導入手段と、
前記容器から残留物を排出するための残留物排
出手段と、
前記容器から透過物を排出するための透過物排
出手段と、
分離膜と、分離すべき供給流体を該膜の動作面
を横切つて流すための分配帯域と、透過物を搬出
するために該膜の両面にそれぞれ衝接した透過物
キヤリア要素とを含む複数の積重ねられた要素か
ら成る、前記容器内に配設された少くとも1つの
コンパクトな積重組立体とから成り、
該積重組立体中の前記複数の要素は、該各要素
の周縁の2つの離隔した部位にそれぞれ第1切欠
きおよび第2切欠きを有し、該各要素の第1切欠
きは互いに整合して、分離すべき供給流体のため
の供給流体チヤンネルを形成し、各要素の第2切
欠きは互いに整合して残留物収集チヤンネルを形
成し、前記分配帯域は該整合した第1切欠きおよ
び第2切欠きのところにおいて該供給流体チヤン
ネルおよび残留物収集チヤンネルと連通してお
り、該各要素は、前記透過物キヤリア要素と連通
する透過物収集チヤンネルを形成する、互いに整
合した内方孔を有し、該積重組立体は前記供給流
体導入手段と前記残留物排出手段および透過物排
出手段の間に配置されていることを特徴とする分
離装置を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION Basically, the present invention provides a separation apparatus for separating two or more different substances, comprising: a pressure vessel for containing a fluid under pressure; and a feed fluid to be separated into said vessel. a feed fluid introduction means for introducing a feed fluid; a residue discharge means for discharging a residue from said vessel; a permeate discharge means for discharging permeate from said vessel; a separation membrane; and a feed to be separated. consisting of a plurality of stacked elements comprising a distribution zone for flowing fluid across the working surface of the membrane and a permeate carrier element each impinging on either side of the membrane for transporting permeate; at least one compact stacking assembly disposed within the container, the plurality of elements in the stacking assembly each having a first notch in two spaced apart portions of the periphery of each element. and a second notch, the first notches of each element being aligned with each other to form a feed fluid channel for the feed fluid to be separated, and the second notches of each element being aligned with each other to form a feed fluid channel for the feed fluid to be separated. forming a retentate collection channel, the distribution zone communicating with the feed fluid channel and the retentate collection channel at the matched first and second notches, each element configured to the stacking assembly having mutually aligned internal holes forming a permeate collection channel in communication with the carrier element, the stacking assembly being disposed between the feed fluid introduction means and the retentate and permeate discharge means; Provided is a separation device characterized in that:
本発明の目的は、製造が容易で、経済的な分離
装置を提供することである。 The aim of the invention is to provide a separation device that is easy to manufacture and economical.
より特定的にいえば、本発明の目的は、複数の
積重要素から成り、それらの要素の外周縁に切設
した縁切欠きを整合させることによつて供給流体
収集分配チヤンネルおよび残留流体収集分配チヤ
ンネルを形成し、それらの要素に設けた内方孔を
整合させることによつて透過物チヤンネルを形成
して成る分離装置を提供することである。 More particularly, it is an object of the present invention to form a supply fluid collection distribution channel and a residual fluid collection by aligning edge notches cut into the outer periphery of a plurality of integral elements. It is an object of the present invention to provide a separation device in which a permeate channel is formed by forming a distribution channel and aligning internal holes in the elements.
主な構成部材および用語の説明
A 膜
「膜」とは、分離を行うための部材のことで
あり、多孔質の膜もあれば、非孔質の膜もあ
る。多孔質の膜は、超過膜として使用するこ
とができ、一般に、所定の均一な寸法の孔を有
するものとして規定される。超過膜は、供給
流体から成分の寸法に基いて特定の成分を除去
する。Explanation of Main Components and Terms A Membrane A "membrane" is a member for performing separation, and some membranes are porous and others are non-porous. Porous membranes can be used as overmembranes and are generally defined as having pores of a predetermined uniform size. The excess membrane removes specific components from the feed fluid based on the size of the component.
非孔質膜は、孔を有していないか、あるい
は、除去すべき成分よりはるかに小さい孔を有
するものとして規定される。逆浸透、透析、ガ
ス拡散用の膜は非孔質である。このような非孔
質の膜は、一般に、供給流体に接する動作側の
面即ち前面と、供給流体が通る側とは反対側の
裏面を有している。 A non-porous membrane is defined as having no pores or pores much smaller than the component to be removed. Membranes for reverse osmosis, dialysis, and gas diffusion are non-porous. Such non-porous membranes generally have an active or front surface that contacts the feed fluid and a back surface that is opposite the side through which the feed fluid passes.
膜は、無機物質から最新のポリマー材に至る
までいろいろな材料で造ることができるが、多
孔質膜であれ、非孔質膜であれ、膜の素材自体
は本発明の関与するところではない。膜の構造
は、断面でみて均一である場合もあり、あるい
は異方性を有するものである場合もある。膜
は、一つの材料で製造される場合もあり、2つ
以上の材料の混合体または複合体で造られる場
合もある。 Membranes can be made of a variety of materials, from inorganic materials to modern polymeric materials, but the material of the membrane itself, whether porous or non-porous, is not of concern to this invention. The structure of the film may be uniform in cross section, or it may be anisotropic. The membrane may be made of one material or a mixture or composite of two or more materials.
B 透過物キヤリア部材
「透過物」とは、供給流体のうち膜を分過し
た成分をいう。透過物キヤリア部材とは、膜の
裏面から透過物を受取り、膜組立体から搬出す
る部材のことである。透過物キヤリア部材は、
この仕事を独力で行う場合もあり、あるいは膜
組立体からの透過物の除去を完成するために他
の何らかの器具または部材に組入れられている
場合もある。他の器具または部材としては、透
過性チユーブ、パイプ、ポート、チヤンネル、
ダクト、ホース等がある。透過物キヤリア部材
は、また、膜を供給流体、従つて膜に及ぼされ
る静圧に抗して支持しなければならない。この
ような静圧力は、透過物キヤリア部材を圧潰ま
たは扁平化しようとする。従つて、透過物キヤ
リア部材が透過物を所望部署へ搬送する働きを
果すようにするためには、上記圧潰力に耐える
ようにキヤリア部材の素材を選択し、その構造
を設計しなければならない。B. Permeate carrier member "Permeate" refers to the component of the feed fluid that has passed through the membrane. A permeate carrier member is a member that receives permeate from the back side of the membrane and transports it from the membrane assembly. The permeate carrier member is
It may perform this task by itself, or it may be incorporated into some other device or member to complete the removal of permeate from the membrane assembly. Other devices or components include permeable tubes, pipes, ports, channels,
There are ducts, hoses, etc. The permeate carrier member must also support the membrane against the feed fluid and thus the static pressure exerted on the membrane. Such static forces tend to collapse or flatten the permeate carrier member. Therefore, in order for the permeate carrier member to carry the permeate to a desired location, the material of the carrier member must be selected and its structure must be designed to withstand the crushing force.
透過物キヤリア部材は、いろいろな材料で製
造し、いろいろな設計とすることができる。最
も簡単なものは、透過物を所望の位置へ差向け
る紙または布の層である。複雑なものとして
は、プラスチツクから射出成形された、多数の
複雑な通路やポートを有する透過物スペーサ部
材がある。本発明において有利に使用すること
ができる透過物キヤリア材は、トリコツトのよ
うな編成布や、ポリエステルまたはナイロン糸
のシンプレツクス(ダブルトリコツト)布など
である。このような布に、圧潰力に耐える抵抗
力および剛性を付与するために適当な樹脂を被
覆する。 Permeate carrier members can be made from a variety of materials and have a variety of designs. The simplest is a layer of paper or cloth that directs the permeate to the desired location. Complexities include permeate spacer members that are injection molded from plastic and have a large number of intricate passages and ports. Permeate carrier materials that can be advantageously used in the present invention include knitted fabrics such as tricot and simplex (double tricot) fabrics of polyester or nylon threads. Such fabrics are coated with a suitable resin to provide resistance and stiffness to withstand crushing forces.
C 供給流体スペーサ
「供給流体スペーサ」とは、供給流体を膜の
動作面に沿つて通すための層のことである。供
給流体スペーサは、供給流体を膜の動作面を均
一に覆うように導き、流れの停滞区域をできる
だけ少くする機能を果す。このスペーサは、ま
た、供給流体が膜の動作面に沿つて流される際
該供給流体に十分な撹拌を施すために乱流を起
させる働きをもする。供給流体スペーサは、織
成、編成、成形、現場鋳造などのいろいろな技
法によつて形成された部材であつてよく、ある
いは、何らの部材も設けず、膜の層と層の間に
設定した単なる空間であつてもよい。C. Feed Fluid Spacer A "feed fluid spacer" is a layer for passing the feed fluid along the working surface of the membrane. The feed fluid spacer serves to direct the feed fluid to uniformly cover the working surface of the membrane, minimizing areas of flow stagnation. The spacer also serves to create turbulence to provide sufficient agitation to the feed fluid as it flows along the working surface of the membrane. The feed fluid spacer may be a member formed by various techniques such as weaving, knitting, molding, casting in place, or may be a member formed between layers of the membrane without any member at all. It can be just a space.
D 圧力容器組立体
「圧力容器組立体」とは、膜組立体を収容す
るためのハウジングのことであり、加圧下の供
給流体を収容する。供給流体の圧力は、数千
psigもの高い圧力から大気圧ほどの低い圧力に
まで広範囲にわたる。ある種の操作方法におい
ては、圧力容器組立体が真空(負圧)にされる
こともある。圧力容器は、加圧された供給流体
を安全に収容することができなければならず、
また、被処理供給流体は毒性、腐食性または引
火性を有するものである場合があるので、供給
流体を外部環境に接触させないように収容する
ことができなければならない。D. PRESSURE VESSEL ASSEMBLY "Pressure Vessel Assembly" means a housing for containing a membrane assembly and containing a supply fluid under pressure. Supply fluid pressure is in the thousands
They range from pressures as high as psig to as low as atmospheric pressure. In certain methods of operation, a pressure vessel assembly may be subjected to a vacuum (negative pressure). The pressure vessel must be capable of safely containing the pressurized supply fluid;
Additionally, since the feed fluid to be treated may be toxic, corrosive, or flammable, it must be possible to contain the feed fluid from contact with the outside environment.
本発明の膜積重組立体は、らせん巻き膜体のも
のと同じ構成部材を用いた最初の積重型即ちプレ
ート・フレーム型膜組立体であるという点で当該
技術分野に大きな進歩をもたらすものである。従
来技術のプレート・フレーム型膜組立体では、ら
せん巻き膜体におけるような安価な、しかも効率
の高い構成部材を用いることができなかつた。直
径30.48cmの本発明の積重型膜組立体の膜充填密
度は、同じ30.48cmの直径のらせん巻き膜体の膜
充填密度と同じにすることができる。 The membrane stacking assembly of the present invention represents a significant advance in the art in that it is the first stacked or plate-and-frame membrane assembly to utilize the same components as those of spirally wound membranes. . Prior art plate and frame membrane assemblies have not been able to utilize inexpensive and highly efficient components such as those in spirally wound membranes. The membrane packing density of a stacked membrane assembly of the present invention having a diameter of 30.48 cm can be the same as that of a spirally wound membrane body having the same diameter of 30.48 cm.
実施例の説明
第1図を参照すると、膜・透過物キヤリア組立
体が平面図で示されている。この組立体は、円形
に切断された透過物キヤリア部材10と、該キヤ
リア部材と同じ形の2層18,20の分離膜とか
ら成つている。キヤリア部材10は、中央孔12
を有し、外周縁には所定の寸法および形状の2つ
の対向した切欠き14,16が切設されている。
分離膜層(単に、「膜」または「膜層」とも称す
る)18,20は、それぞれ透過物キヤリア部材
10の両側の面に接触して配置されており、それ
ぞれの動作面22,24は、キヤリア部材10の
ある側とは反対の側に向けられている。これらの
3つの層、即ち、2つの膜層と透過物キヤリア層
の外周縁の切欠きは、互いに整合している。膜層
18,20とキヤリア部材10との間にはそれら
の外周縁に沿つて接着剤線条26が施されてい
る。キヤリア部材10をその中央孔と流体連通さ
せることができるように該キヤリア部材の中央孔
12の周縁区域28には接着剤は施されていな
い。DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, a membrane and permeate carrier assembly is shown in plan view. The assembly consists of a circularly cut permeate carrier member 10 and a two-layer separation membrane 18, 20 of the same shape as the carrier member. The carrier member 10 has a central hole 12
, and two opposing notches 14 and 16 of predetermined size and shape are cut in the outer peripheral edge.
Separation membrane layers (also referred to simply as "membranes" or "membrane layers") 18, 20 are each disposed in contact with opposite sides of permeate carrier member 10, and their respective operative surfaces 22, 24 are It is oriented toward the side opposite to the side on which the carrier member 10 is located. The notches in the outer periphery of these three layers, the two membrane layers and the permeate carrier layer, are aligned with each other. Adhesive stripes 26 are applied between the membrane layers 18, 20 and the carrier member 10 along their outer peripheries. The peripheral area 28 of the central hole 12 of the carrier member is free of adhesive so that the carrier member 10 can be placed in fluid communication with the central hole.
第2図には、膜・透過物キヤリア組立体の外周
縁の断面が示されている。接着剤線条26は、キ
ヤリア部材10および膜18,20に飽和状態に
浸透しており、それれらの3層の間に周縁シール
を形成する。 FIG. 2 shows a cross-section of the outer periphery of the membrane and permeate carrier assembly. Adhesive thread 26 saturates carrier member 10 and membranes 18, 20 to form a peripheral seal between the three layers.
第3図は、供給流体スペーサ層組立体の平面図
である。この組立体も、第1,2図に示された
膜・透過物キヤリア組立体と同じ形である。即
ち、供給流体スペーサ32は、2つの対向した切
欠き34,36と中央孔38を有している。スペ
ーサ32の周縁にはシールリングまたはシールリ
ング40が設けられているが、切欠き34,36
の縁42,44にはそのようなシールリングは設
けられていない。中央孔38の周りにもシールリ
ングまたはシールボス46が設けられている。供
給流体スペーサ部材32には、その全面に流体停
滞区域を最少限にするような態様で供給流体を導
くための供給流体分配ライン48が形成されてい
る。供給流体は、切欠き34の点42からスペー
サ層内に流入し、供給流体分配ライン48,48
の間のスペース50を通つて流れ、切欠き36の
点44においてスペーサ層から流出する。いろい
ろな形態の供給流体分配ラインを用いることがで
きることは明らかであろう。名現すべき供給流体
の種類に適合するように供給流体分配ラインを選
定することが望ましい。その際、供給流体の組
成、粘性、速度、温度およびその他の要素を考慮
に入れて選定する。 FIG. 3 is a top view of the feed fluid spacer layer assembly. This assembly is also similar in shape to the membrane and permeate carrier assembly shown in FIGS. That is, the supply fluid spacer 32 has two opposed notches 34, 36 and a central hole 38. A seal ring or a seal ring 40 is provided around the periphery of the spacer 32, and the notches 34, 36
The edges 42, 44 are not provided with such sealing rings. A sealing ring or boss 46 is also provided around the central hole 38. The feed fluid spacer member 32 is formed with feed fluid distribution lines 48 over its entire surface for directing the feed fluid in a manner that minimizes fluid stagnation areas. Feed fluid enters the spacer layer from point 42 of cutout 34 and feed fluid distribution lines 48, 48.
It flows through the space 50 between and exits the spacer layer at the point 44 of the notch 36. It will be apparent that various forms of supply fluid distribution lines may be used. It is desirable to select feed fluid distribution lines to match the type of feed fluid to be delivered. The selection takes into account the composition, viscosity, velocity, temperature, and other factors of the feed fluid.
第4図は、供給流体スペーサ層の変型実施例の
平面図である。この変型例は、ガスの分離におけ
るように、正確な供給流体の流れ案内および混合
が必要とされないような流体分離操作に適してい
る。従つて、この供給流体スペーサ層は、供給流
体分配ラインを有しておらず、実際、隣接する2
つの膜層の間に設定する単なる空間によつて構成
することもできる。供給流体は、切欠き52から
流入し、膜の表面に沿つて中央孔56のシールボ
ス54の周りを通つて流れ、切欠き58を通つて
膜表面から流出する。膜の外周縁にはシールビー
ドまたはシールリング57が設けられている。 FIG. 4 is a plan view of a modified embodiment of the feed fluid spacer layer. This variant is suitable for fluid separation operations where precise feed fluid flow guidance and mixing is not required, such as in gas separation. This feed fluid spacer layer thus has no feed fluid distribution lines and in fact has two adjacent feed fluid distribution lines.
It can also be constructed by a simple space set between two membrane layers. Feed fluid enters through notch 52, flows along the surface of the membrane, around seal boss 54 in central hole 56, and exits the membrane surface through notch 58. A sealing bead or sealing ring 57 is provided at the outer periphery of the membrane.
第5図は、第3図の供給流体スペーサ組立体の
断面図であり、供給流体スペーサ部材32と、周
縁シールリング40と、供給流体分配ライン48
と、供給流体スペース50を示す。作動において
供給流体は、切欠き34(第3図)に流入し、分
配ライン50によつて案内されてスペーサ部材3
2内を通り、切欠き36(第3図)に至る。供給
流体は、中央孔38(第3図)の周りを案内さ
れ、周縁シールリング40によつてスペーサ部材
を真直ぐに通り抜けてしまうのを防止される。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the feed fluid spacer assembly of FIG. 3, showing the feed fluid spacer member 32, peripheral seal ring 40, and feed fluid distribution line 48.
and supply fluid space 50 are shown. In operation, supply fluid enters the notch 34 (FIG. 3) and is guided by the distribution line 50 to the spacer member 3.
2 and reaches a notch 36 (FIG. 3). The feed fluid is guided around central hole 38 (FIG. 3) and is prevented from passing straight through the spacer member by peripheral seal ring 40.
第6図は、供給流体入口(または出口)分配プ
レート60の平面図であり、入口(または出口)
ポート62および周縁シール64を示す。プレー
ト60は円形であり、膜・透過物キヤリア組立体
と同じ直径を有する。 FIG. 6 is a top view of the feed fluid inlet (or outlet) distribution plate 60, and shows the inlet (or outlet)
Port 62 and peripheral seal 64 are shown. Plate 60 is circular and has the same diameter as the membrane and permeate carrier assembly.
第7図は、中間残留物分配プレート66と平面
図であり、ポート68および中央孔70を示す。
プレート66は、円形であり、膜・透過物キヤリ
ア組立体と同じ直径を有する。中央孔70の直径
は、膜・透過物キヤリア組立体の中央孔と同じで
ある。 FIG. 7 is a top view of intermediate residue distribution plate 66 showing ports 68 and central hole 70. FIG.
Plate 66 is circular and has the same diameter as the membrane and permeate carrier assembly. The diameter of the central hole 70 is the same as the central hole of the membrane and permeate carrier assembly.
第8図は、第6図のプレート60の拡大断面図
であり、周溝74に装着された周縁シール72を
示す。第7図のプレート66の構成も、プレート
60と同様である。プレート60は任意の適当な
厚さとすることができ、周縁シールの手段も適当
に選択することができる。 FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the plate 60 of FIG. 6 showing the peripheral seal 72 installed in the peripheral groove 74. The configuration of plate 66 in FIG. 7 is also similar to plate 60. Plate 60 may be of any suitable thickness, and the means of peripheral sealing may be suitably selected.
第9〜11図を参照して、上記分離膜・透過物
キヤリア部材、供給流体スペーサ、供給流体分配
プレート、残留物分配プレート等の各要素を積重
ねた積重組立体について説明する。この積重組立
体は、圧力容器84内に収容される。容器84
は、その内部に供給流体の圧力を維持するように
上部隔壁82と下部隔壁160によつて閉鎖され
ている。容器内への供給流体導入ポート76は、
隔壁82のポート80に接続されたパイプ78に
よつて構成される。隔壁82は、容器84の壁の
周溝88に装着された分割リング(複数の円弧部
片から成るリング)86によつて所定位置に保持
され、分割リング86は、それに設けられた溝9
2内に装置した押えリング90によつて保持され
ている。下部隔壁160も同様の態様で保持され
ている。供給流体は、隔壁82の周溝96に装着
されたシール94により隔壁82の周縁から漏出
するのを防止される。下部隔壁160にも同様の
シールが施されている。上部隔壁82の下側に画
定された供給流体保持キヤビテイ98は、供給流
体の速度を減速させる。供給流体は、入口側供給
流体分配プレート100によりポート102を通
して導かれる。分配プレート100は、その周縁
の溝106に装着されたシール104によつて圧
力容器84の内壁面に対して密封されている。供
給流体は、積重組立体110の供給流体スペーサ
層と膜・透過物キヤリア組立体の上述した切欠き
(14,34)の整合によつて画定される供給流
体分配チヤンネル108内へ導かれる。積重副組
立体110は、交互に積重ねられた供給流体スペ
ーサ層112と膜・透過物キヤリア組立体114
とから成つている。各膜・透過物キヤリア組立体
114は、透過物キヤリア部材118と、該部材
の両面に周縁接着剤兼シールライン(線条)12
0により動作面を外側に向けて密封接合された2
つの膜層116とから成つている。 With reference to FIGS. 9 to 11, a stacked assembly in which each element such as the separation membrane/permeate carrier member, feed fluid spacer, feed fluid distribution plate, and residue distribution plate are stacked will be described. This stack assembly is housed within a pressure vessel 84. container 84
is closed by an upper septum 82 and a lower septum 160 to maintain the pressure of the supply fluid therein. The supply fluid introduction port 76 into the container is
It is constituted by a pipe 78 connected to a port 80 of a bulkhead 82. The partition wall 82 is held in place by a split ring 86 (a ring made up of a plurality of arcuate segments) mounted in a circumferential groove 88 in the wall of the container 84, and the split ring 86 is fitted into a groove 9 provided therein.
It is held by a retaining ring 90 disposed within 2. The lower partition wall 160 is also held in a similar manner. The supply fluid is prevented from leaking from the periphery of the septum 82 by a seal 94 mounted in a circumferential groove 96 of the septum 82 . A similar seal is applied to the lower partition wall 160 as well. A feed fluid retention cavity 98 defined on the underside of the upper bulkhead 82 reduces the velocity of the feed fluid. Feed fluid is directed through ports 102 by an inlet feed fluid distribution plate 100 . The distribution plate 100 is sealed against the inner wall surface of the pressure vessel 84 by a seal 104 mounted in a groove 106 in its periphery. The feed fluid is directed into a feed fluid distribution channel 108 defined by the alignment of the feed fluid spacer layer of the stack assembly 110 and the aforementioned notches (14, 34) of the membrane and permeate carrier assembly. The stacking subassembly 110 includes alternating stacked feed fluid spacer layers 112 and membrane/permeate carrier assemblies 114.
It consists of. Each membrane/permeate carrier assembly 114 includes a permeate carrier member 118 and peripheral adhesive/seal lines 12 on both sides of the member.
2 hermetically joined by 0 with the operating surface facing outward.
It consists of two membrane layers 116.
供給流体スペーサ層112は、中央孔(第3図
の中央孔38参照)を有し、中央孔の周りはシー
ル122(第11図)によつて2つの膜層116
の動作面に対して封着されている。これらの層1
12,114,116の中央孔の整合により積重
副組立体110の中央を貫通する透過物収集分配
チヤンネル124が画定される。供給流体分配チ
ヤンネル108の反対側には、積重副組立体11
0の各層112,114,116の切欠き(第
1,3図の切欠き16,36参照)の整合により
残留物収集分配チヤンネル126が画定されてい
る。残留物即ち残留流体は、第1積重副組立体1
10から中間分配プレート128によりポート1
30を通して第2積重副組立体134の供給流体
分配チヤンネル132内へ分配される。プレート
128の周溝138に周縁シール136が設けら
れており、残留流体がプレート128の周縁から
漏れるのを防止している。 Feed fluid spacer layer 112 has a central hole (see center hole 38 in FIG. 3) surrounded by two membrane layers 116 by a seal 122 (FIG. 11).
is sealed to the operating surface of the These layers 1
The alignment of the central holes 12, 114, and 116 defines a permeate collection and distribution channel 124 through the center of the stacking subassembly 110. On the opposite side of the supply fluid distribution channel 108 is a stacking subassembly 11.
The alignment of the notches in each layer 112, 114, 116 of 0 (see notches 16, 36 in FIGS. 1 and 3) defines a residue collection and distribution channel 126. The residue or residual fluid is transferred to the first stacking subassembly 1
10 to port 1 by intermediate distribution plate 128
30 into the supply fluid distribution channel 132 of the second stacking subassembly 134 . A peripheral seal 136 is provided in the peripheral groove 138 of the plate 128 to prevent residual fluid from escaping around the peripheral edge of the plate 128.
第2積重副組立体134も、第1積重副組立体
110と同様の構成であり、上述のようにして画
定される供給流体分配チヤンネル132、透過物
収集チヤンネル124および残留物収集分配チヤ
ンネル140を有している。第3積重副組立体1
42も同様の構成であり、残留物収集分配チヤン
ネル144、残留物収集チヤンネル124および
供給流体分配チヤンネル146を有している。第
3積重副組立体142から流出する残留流体は、
分配プレート148によりポート150を通して
残留流体保持キヤビテイ152内へ導かれる。一
方、透過物は、チヤンネル124を通つて流下
し、分配プレート148のポート154を通して
搬出される。供給流体または残留流体と透過流体
との混合を防止するために供給流体スペーサ層と
分配プレート148との間で分配プレート148
のポート154の周りに適当なシール156が形
成されている。透過物チヤンネル124は、分配
プレート148および隔壁160に部位162,
162において密封(シール)結合されたパイプ
158を介して残留物保持キヤビテイ152を貫
通している。透過物は、隔壁160に設けられた
ポート164および部位168において隔壁16
0にシール結合されたパイプ166を通すて積重
組立体から流出する。残留物は、分配プレート1
48のポート150を通つて積重組立体から流出
して残留物保持キヤビテイ152内へ流入し、次
いで、隔壁160のポート170および部位17
4において隔壁160にシール結合(封着)され
たパイプ172を通つて圧力容器から流出する。 The second stacking subassembly 134 is also configured similarly to the first stacking subassembly 110 and includes a feed fluid distribution channel 132, a permeate collection channel 124, and a retentate collection distribution channel defined as described above. It has 140. Third stacking subassembly 1
42 is similarly configured and includes a residue collection and distribution channel 144, a residue collection channel 124, and a feed fluid distribution channel 146. Residual fluid exiting the third stacking subassembly 142 is
Distribution plate 148 directs residual fluid through ports 150 and into residual fluid retention cavity 152 . The permeate, on the other hand, flows down through channel 124 and is conveyed out through port 154 in distribution plate 148 . A distribution plate 148 between the feed fluid spacer layer and the distribution plate 148 to prevent mixing of the feed fluid or residual fluid with the permeate fluid.
A suitable seal 156 is formed around the port 154 of. The permeate channel 124 includes portions 162 in the distribution plate 148 and the septum 160.
It extends through the residue holding cavity 152 via a pipe 158 which is hermetically coupled at 162 . The permeate enters the septum 16 at a port 164 provided in the septum 160 and at a site 168.
It exits the stack assembly through a pipe 166 that is sealingly connected to the stack. The residue is distributed on distribution plate 1.
48 out of the stack assembly through ports 150 and into the residue retention cavity 152 and then through ports 170 in bulkhead 160 and site 17.
4 exits the pressure vessel through a pipe 172 that is sealingly connected to the bulkhead 160.
第2積重副組立体134と第2積重副組立体1
42とは別の中間分配プレート176によつて分
離されている。第2積重副組立体134からの残
留物(液体)は、ポート178を通つて供給流体
分配チヤンネル146へ流入する。 Second stacking subassembly 134 and second stacking subassembly 1
42 by an intermediate distribution plate 176. Residue (liquid) from second stacking subassembly 134 flows into feed fluid distribution channel 146 through port 178.
第10図にみられるように、各積重副組立体の
各供給流体スペーサ層112の周縁には、第3〜
5図に関連して説明したように、切欠き部分を除
いて周縁シールリング180が施されている。 As seen in FIG. 10, the periphery of each feed fluid spacer layer 112 of each stacking subassembly includes third to
As described in connection with FIG. 5, a peripheral seal ring 180 is provided except for the notched portion.
本発明を適正に機能させるためには、膜116
の動作面と供給流体スペーサ層112との間で中
央透過物チヤンネル124の周りに第11図に符
号117で示されるように漏止めシールを形成す
ることが肝要である。このシール117の供給流
体側は圧力が非常に高くなる場合があり、シール
117の透過物側は、圧力は通常供給流体側より
はるかに低い。従つてシール117が完全でな
く、あるいは損傷していたり圧力差に耐えるだけ
の強度を備えていないと、供給流体が透過物側へ
圧入されることになる。この問題は、本発明の実
施に使用することができるある種の膜の場合、使
用中脆弱になるので一層増長される。その種の膜
の一例は、ガス分離のための乾燥酢酸セルロース
製の膜である。シール剤または接着剤を膜の動作
面に施した場合は、良好な接合が得られるが、使
用中この接着剤またはシール剤ライン(線条)が
応力を受ける。膜の動作面は非常に薄く、接着剤
またはシール剤が膜内へ浸透せず、該動作面に結
合してしまうので、接着剤またはシール剤ライン
のところに亀裂が生じ、漏れを生じるおそれがあ
る。この問題を解消するためには、膜をこのシー
ル剤ラインに沿つて補強しなければならない。 For the present invention to function properly, the membrane 116
It is important to form a leak-tight seal around the central permeate channel 124 between the working surface of the feed fluid spacer layer 112 and the feed fluid spacer layer 112, as shown at 117 in FIG. The feed fluid side of this seal 117 can be at a very high pressure, and the permeate side of the seal 117 is typically at a much lower pressure than the feed fluid side. Therefore, if the seal 117 is not intact, damaged, or strong enough to withstand the pressure differential, feed fluid will be forced into the permeate side. This problem is exacerbated by the fact that certain membranes that can be used in the practice of this invention become brittle during use. An example of such a membrane is a membrane made of dry cellulose acetate for gas separation. If a sealant or adhesive is applied to the working surface of the membrane, a good bond may be obtained, but the adhesive or sealant lines will be stressed during use. The active surface of the membrane is very thin and the adhesive or sealant will not penetrate into the membrane and will bond to the active surface, creating a risk of cracking at the adhesive or sealant line and causing a leak. be. To overcome this problem, the membrane must be reinforced along this sealant line.
第12図は、セルロール製の膜層116の裏面
即ち多孔質側の平面図である。補強剤として、中
央収集チヤンネル124の周りの膜層に低粘度の
エポキシ、ウレタンまたはその他の適当な樹脂が
施されている。この樹脂は、膜の多孔質の下部構
造内に浸透し膜層内に完全に含浸されるように選
定される。この樹脂を硬化工程中圧縮し、硬化後
この樹脂を含浸した膜部分がその周りに不含浸部
分より厚くならないようにする。この適当な樹脂
を含浸させる工程は、膜層を所定の形に切断した
後、膜・透過物キヤリア組立体として組立てる前
に行う。第12図において、区域182は、中央
収集チヤンネル124の周りに施された含浸樹脂
の環状リングを示す。区域122は、中央収集チ
ヤンネル124の周りに膜116の動作面即ちお
もて面上に施されたシール剤または接着剤の環状
リングを示す。含浸樹脂区域182の方が接合即
ちシールリング区域122より幅が広い(第13
図をも参照)ことに留意すべきである。 FIG. 12 is a plan view of the back surface, that is, the porous side, of the membrane layer 116 made of cellulose. As a reinforcing agent, a low viscosity epoxy, urethane or other suitable resin is applied to the membrane layer around the central collection channel 124. The resin is selected to penetrate into the porous substructure of the membrane and to be completely impregnated within the membrane layer. The resin is compressed during the curing process so that, after curing, the area of the membrane impregnated with the resin is no thicker than the unimpregnated area around it. This step of impregnating with a suitable resin is carried out after the membrane layers are cut to size and before assembly as a membrane/permeate carrier assembly. In FIG. 12, area 182 shows an annular ring of impregnated resin applied around central collection channel 124. In FIG. Area 122 shows an annular ring of sealant or adhesive applied on the working or front surface of membrane 116 around central collection channel 124 . Impregnated resin area 182 is wider than joint or seal ring area 122 (13th
(see also figure).
第13図は、第12図の中央収集チヤンネル1
24の周りの積重組立体の断面図である。第13
図において、112は供給流体スペーサ、116
は膜、118は透過物キヤリア部材、186は
膜・透過物キヤリア組立体である。区域122
は、膜116の動作面とスペーサ112との間に
施されたシール剤または接着剤区域である。区域
182は、シール剤ライン122を膜層との界面
に沿つて補強する樹脂含浸膜部分である。188
は、透過物キヤリア部材118がチヤンネル12
4と流体連通する区域である。 FIG. 13 shows the central collection channel 1 of FIG.
24 is a cross-sectional view of the stacking assembly around 24. FIG. 13th
In the figure, 112 is a supply fluid spacer;
118 is a membrane, 118 is a permeate carrier member, and 186 is a membrane/permeate carrier assembly. Area 122
is a sealant or adhesive area applied between the working surface of membrane 116 and spacer 112. Area 182 is a resin-impregnated membrane portion that reinforces sealant line 122 along the interface with the membrane layer. 188
In this case, the permeate carrier member 118 is connected to the channel 12.
4.
第14図は、積重組立体の断面図であり、供給
流体、残留流体および透過物流体の流れ経路を示
す。作動において、供給流体は、ポート76から
流入し、隔壁82を貫通して供給流体保持キヤビ
テイ98内に流入する。次いで、供給流体は、供
給流体分配プレート100のポート102を通つ
て第1積重副組立体110内に入る。分配プレー
ト100は、その供給流体分配ポート102がチ
ヤンネル108の上に整合するように位置づけさ
れている。各層に切設される切欠きは図示のよう
に長方形に限定されるものではなく、いろいろな
形状および寸法とすることができる。切欠きの寸
法は、理論的には流体の流れ速度を許容しうる速
度に維持しうる範囲内で可能な限り小さくするよ
うに定められる。積重副組立体の各層に切設する
切欠きの寸法、形状および位置は、通常、同じに
する。ただし、各層の2つの切欠きは、必ずしも
図示のように直径方向に対向させて配置する必要
はなく、例えば、2つの切欠きは両者を分離する
薄い壁を挾んで隣り合せに配置することもでき
る。実際、2つの切欠きの間隔は、角度でみて1゜
から180゜の範囲とすることができる。供給流体
は、第1積重副組立体110の切欠きによつて画
定されるチヤンネル108に流入し、中間分配プ
レート128によりチヤンネル140を通つて流
下するのを防止されて、該積重副組立体110の
各供給流体スペーサ層内へ並流関係をなして流入
せしめられ、該副組立体の反対側に切欠きの整合
によつて画定されたチヤンネル126の方に向つ
て前進せしめられる。このチヤンネル126は、
残留流体(供給流体から透過流体を除いた残りの
流体)収集チヤンネルである。第1積重副組立体
110からの残留流体は、チヤンネル126から
中間分配プレート128のポート130を通つて
流出する。この残留流体は、次の第2積重副組立
体134に対する供給流体となり、供給流体分配
チヤンネル132から第2積重副組立体の各供給
流体スペーサ層内へ分配される。供給流体が供給
流体スペーサ層を通つて流れる間に供給流体中の
透過可能成分が膜を透過して透過物キヤリア層内
に流入する。この透過物即ち透過流体は、膜・透
過物キヤリア組立体の中央部に位置する比較的低
圧の区域に向つて流れ、中央透過物収集チヤンネ
ル124内に流入し、他の積重副組立体および他
の透過物キヤリア層からの透過物と合流する。透
過物は、中央チヤンネル124内を流下し、透過
物排出パイプ166を通つて積重組立体から流出
する。 FIG. 14 is a cross-sectional view of the stack assembly showing flow paths for feed, retentate, and permeate fluids. In operation, feed fluid enters through port 76 and flows through septum 82 and into feed fluid retaining cavity 98 . The feed fluid then enters the first stacking subassembly 110 through the ports 102 of the feed fluid distribution plate 100. Distribution plate 100 is positioned so that its supply fluid distribution ports 102 are aligned over channels 108 . The cutouts formed in each layer are not limited to rectangular shapes as shown in the figures, but can have various shapes and dimensions. The dimensions of the notch are theoretically determined to be as small as possible while still maintaining an acceptable fluid flow rate. The size, shape and location of the cutouts in each layer of the stacking subassembly are typically the same. However, the two notches in each layer do not necessarily have to be placed diametrically opposite each other as shown; for example, the two notches can be placed next to each other with a thin wall separating them. can. In fact, the spacing between the two notches can range from 1° to 180° in terms of angle. Feed fluid enters the channel 108 defined by the cutout in the first stacking subassembly 110 and is prevented from flowing down through the channel 140 by the intermediate distribution plate 128 to Feed fluid flows in parallel flow relationship into each of the spacer layers of the body 110 and is advanced toward a channel 126 defined by alignment of the notches on the opposite side of the subassembly. This channel 126 is
Residual fluid (fluid remaining after removing permeate fluid from feed fluid) collection channel. Residual fluid from first stacking subassembly 110 exits channel 126 through port 130 in intermediate distribution plate 128 . This residual fluid becomes the feed fluid for the next second stacking subassembly 134 and is distributed from the feed fluid distribution channel 132 into each feed fluid spacer layer of the second stacking subassembly. While the feed fluid flows through the feed fluid spacer layer, permeable components in the feed fluid permeate through the membrane and into the permeate carrier layer. This permeate or permeate fluid flows toward an area of relatively low pressure located in the center of the membrane and permeate carrier assembly, into the central permeate collection channel 124, and into other stack subassemblies and Combines with permeate from other permeate carrier layers. The permeate flows down the central channel 124 and exits the stack assembly through the permeate exhaust pipe 166.
一方、供給流体分配チヤンネル132を通つて
積重副組立体134に流入した供給体は、供給流
体スペーサ層を通つて該副組立体のチヤンネル1
32とは反対側のチヤンネル140へ流れ、この
副組立体134の残留流体となつて中間分配プレ
ート176のポート178を通つて次の第3積重
副組立体142へ流入する。従つて、この残留流
体は第3積重副組立体142にとつては供給流体
となる。この供給流体は、供給流体分配チヤンネ
ル146内に入り、該副組立体の各供給流体スペ
ーサ層内を並流関係をなして流れ、チヤンネル1
44内に集められて残留流体となる。この残留流
体は、分配プレート148のポート150を通つ
て副組立体142から流出して残留物保持キヤビ
テイ152内に入り隔壁160の残留流体排出ポ
ート170を通つて積重組立体から流出する。 Meanwhile, the feed that enters the stacking subassembly 134 through the feed fluid distribution channel 132 passes through the feed fluid spacer layer to channel 1 of the subassembly.
32 into the channel 140 and becomes residual fluid in this subassembly 134 through ports 178 in the intermediate distribution plate 176 into the next third stacking subassembly 142. This residual fluid therefore becomes the feed fluid for the third stacking subassembly 142. The feed fluid enters the feed fluid distribution channel 146 and flows in parallel flow relationship within each feed fluid spacer layer of the subassembly, channel 1
44 as residual fluid. This residual fluid exits the subassembly 142 through ports 150 in the distribution plate 148 into the residual retention cavity 152 and exits the stack assembly through the residual fluid exhaust port 170 in the septum 160.
1つの積重組立体内に複数の積重副組立体を形
成することが可能であり、そのような副組立体の
数は、供給流体中の膜によつて除去すべき透過可
能成分の量によつて決められる。1つの積重組立
体に組込まれる副組立体の数が多ければ多いほ
ど、供給流体が膜と接触する経路が長くなり、供
給流体中の透過可能成分の回収または除去率が高
くなる。各副組立体の供給流体スペーサ層の数お
よび膜・透過物キヤリア組立体の数は、供給流体
スペーサ層を通つて流れる供給流体の速度を最適
にするように決められる。供給流体分配チヤンネ
ルに流入してくる供給流体の量が一定であるとす
れば、1つの供給流体スペーサ層を通る供給流体
の速度は、その副組立体内に存在する供給流体ス
ペーサ層の数によつて決まる。即ち、並列関係に
配置された供給流体スペーサ層の数が多ければ多
いほど各1つのスペーサ層を通る供給流体の速度
は低くなる。従来技術に比べて本発明の1つの利
点は、実際上どのような所望の回収率を達成する
にも、単一の圧力容器でまかなうことができるこ
とである。これは、在来の中空細繊維束やらせん
巻き膜体を用いた膜組立体においては不可能であ
る。 It is possible to form multiple stack subassemblies within one stack assembly, the number of such subassemblies depending on the amount of permeable components to be removed by the membrane in the feed fluid. You can decide accordingly. The greater the number of subassemblies that are incorporated into one stack assembly, the longer the path for the feed fluid to contact the membrane and the higher the rate of recovery or removal of permeable components in the feed fluid. The number of feed fluid spacer layers and the number of membrane and permeate carrier assemblies in each subassembly are determined to optimize the velocity of the feed fluid flowing through the feed fluid spacer layers. Given a constant amount of feed fluid entering the feed fluid distribution channel, the velocity of feed fluid through a feed fluid spacer layer depends on the number of feed fluid spacer layers present in the subassembly. It will be decided. That is, the greater the number of feed fluid spacer layers arranged in parallel relationship, the lower the velocity of the feed fluid through each one spacer layer. One advantage of the present invention over the prior art is that a single pressure vessel can be used to achieve virtually any desired recovery rate. This is not possible in membrane assemblies using conventional hollow fiber bundles or spirally wound membrane bodies.
再び第14図を参照して説明すると、積重組立
体の供給流体保持キヤビテイ98と残留物保持キ
ヤビテイ152との間には圧力差が存在する。こ
の圧力差は、各供給流体スペーサ層を通つて流れ
る流体の摩擦とその結果生じる圧力降下によるも
のである。上述した本発明の実施例ではこの圧力
差を利用して積重組立体を圧縮させる。残留物分
配プレート148は固定であつて、動かない。し
かし、供給流体分配プレート100およびすべて
の中間分配プレート128,176は自由浮動で
あるから、残留物分配プレート148の方に向つ
て下方へ移動することができ、積重組立体の各層
に圧縮力を及ぼす。これは、中央孔の周りにおけ
る各膜の外向き表面即ち動作面と供給流体スペー
サ層との間に漏止めシールを形成する作用があ
り、有利である。実際、ある種の膜と供給流体ス
ペーサ層の組合せによれば、この区域(中央孔の
周)の動的シールを形成することが可能である。 Referring again to FIG. 14, a pressure differential exists between the feed fluid holding cavity 98 and the residue holding cavity 152 of the stacking assembly. This pressure difference is due to friction of the fluid flowing through each feed fluid spacer layer and the resulting pressure drop. The embodiments of the invention described above utilize this pressure differential to compress the stack assembly. The residue distribution plate 148 is fixed and does not move. However, because the feed fluid distribution plate 100 and all intermediate distribution plates 128, 176 are free-floating, they can move downwardly toward the residue distribution plate 148, exerting a compressive force on each layer of the stack assembly. affect This advantageously serves to form a leak-tight seal between the outward facing or working surface of each membrane around the central hole and the feed fluid spacer layer. In fact, with certain membrane and feed fluid spacer layer combinations it is possible to form a dynamic seal in this area (around the central hole).
第15図は、本発明の変型実施例の断面図であ
る。この実施例の圧力容器およびその中の積重組
立体は第9図に示されたものと同じであるが、中
央チヤンネル124を通して引張バーを延設し、
引張バー締付装置を設けた点が異る。引張バー1
90は、透過物排出ポート166を貫通し、シー
ルグランド192および端部シール194を貫通
して下端において締付ナツト196に螺合してお
り、ナツト196を締めれば、引張バー190が
容器84から外方へ引張られるようになされてい
る。引張バー190を外方へ引張ると、積重組立
体に対して圧縮力を及ぼす。この圧縮力は、供給
流体が膜・透過物キヤリア組立体の中央孔の周り
に形成されるシールを通つて漏れるのを防止する
のに必要とされる場合がある。この引張バーによ
つて及ぼされる圧縮力は、キヤビテイ98と15
2との間の圧力差によつて及ぼされる圧縮力に付
加される。透過流体は、T字継手管200を通し
て積重組立体から排出される。 FIG. 15 is a sectional view of a modified embodiment of the invention. The pressure vessel and stacking assembly therein in this embodiment is the same as that shown in FIG. 9, but with a tension bar extending through the central channel 124;
The difference is that a tension bar tightening device is provided. tension bar 1
90 extends through permeate discharge port 166 and through seal gland 192 and end seal 194 and is threaded at the lower end into a tightening nut 196 which, when tightened, releases tension bar 190 from vessel 84. It is designed to be pulled outward. Pulling the tension bar 190 outwardly exerts a compressive force on the stack assembly. This compressive force may be required to prevent feed fluid from leaking through the seal formed around the central hole of the membrane and permeate carrier assembly. The compressive force exerted by this tension bar is applied to cavities 98 and 15.
This is added to the compressive force exerted by the pressure difference between the two. Permeate fluid exits the stack assembly through tee tube 200.
引張バー190の周りにシールを形成する手段
および引張バーを圧力容器から外方へ引張るため
の手段としては、他のいろいろな手段が考えられ
ることは当業者には明らかであろう。 It will be apparent to those skilled in the art that various other means for forming a seal around the tension bar 190 and for pulling the tension bar outwardly from the pressure vessel are contemplated.
第16,17および18図は、それぞれ、本発
明の変型実施例を示す。第16図の実施例では、
圧力容器は、パイプとして形成されており、パイ
プフランジによつて閉鎖されている。即ち、パイ
プ型圧力容器の上端および下端には標準のウエル
ド・オン・フランジ218,218がそれぞれ符
号202で示されるように溶接され、各フランジ
218には孔無フランジ204がナツト212と
ボルト214によつて固定されている。上端のフ
ランジ204には供給流体導入ポート206が設
けられ、下端のフランジ204には、透過物排出
ポート208および残留物排出ポート210が設
けられている。フランジ204と218の間には
ガスケツト216が介設されている。この積重組
立体のその他の部分は、第9,14および15図
のものと同じである。 Figures 16, 17 and 18 each show a variant embodiment of the invention. In the embodiment of FIG. 16,
The pressure vessel is designed as a pipe and is closed off by a pipe flange. That is, standard weld-on flanges 218 and 218 are welded to the upper and lower ends of the pipe-type pressure vessel, respectively, as shown at 202, and each flange 218 has a non-perforated flange 204 attached to a nut 212 and a bolt 214. It is fixed in place. The top flange 204 is provided with a feed fluid inlet port 206 and the bottom flange 204 is provided with a permeate exhaust port 208 and a retentate exhaust port 210. A gasket 216 is interposed between flanges 204 and 218. The remainder of this stacking assembly is the same as that of FIGS. 9, 14, and 15.
第17図の変型実施例では、供給流体導入ポー
ト220が圧力容器の側壁に設けられており、残
留物排出ポート222も容器の側壁に設けられて
いる。積重組立体は符号228で示されている。 In the modified embodiment of Figure 17, a feed fluid inlet port 220 is provided in the side wall of the pressure vessel, and a residue outlet port 222 is also provided in the side wall of the vessel. The stacking assembly is designated at 228.
第18図の変型実施例は、第17図の構成の変
型であり、供給流体が容器の上下端の中間部から
積重組立体内へ導入され、容器内で上下に分流さ
れて容器の上下両端において残留物および透過物
が排出されるようになされている。 The variant embodiment of FIG. 18 is a variation of the configuration of FIG. 17, in which the feed fluid is introduced into the stacking assembly midway between the top and bottom ends of the containers, and is split up and down within the containers to both ends of the containers. Residues and permeate are discharged at.
本発明の圧力容器の閉鎖手段としては、いろい
ろな手段が考えられることは当業者には明らかで
あろう。 It will be clear to those skilled in the art that various means are possible for closing the pressure vessel of the present invention.
第2実施例の説明
第1〜18図に示される実施例では、膜および
それに付随する各要素は円形であるが、第2実施
例では半円形のものを用いる。第19図は、半円
形形状の膜・透過物キヤリア組立体300の平面
図である。この組立体の周縁には連続した周縁接
着剤(シール)ライン302が施されている。点
線は、組立体300の切断ラインに平行な、か
つ、中央透過物収集チヤンネル304の中心線を
通る線である。チヤンネル304の中心線から組
立体300の縁までの距離(間隔)は、306で
示されている。透過物収集チヤンネル304を形
成するように耳片308が組立体300の側部に
突設されており、この耳片にも周縁接着剤ライン
310が施されている。この接着剤ライン310
は、チヤンネル304の周りの区域312には施
されておらず、組立体300の主要区域から中央
透過物収集チヤンネル304への連絡チヤンネル
を設定する。第19図に示されている2つの縁区
域314,316は、第22図を参照して後述す
るように供給流体分配チヤンネル314′および
残留物収集チヤンネル316′を画定する。DESCRIPTION OF THE SECOND EMBODIMENT In the embodiments shown in FIGS. 1-18, the membrane and its associated elements are circular, but in the second embodiment, semicircular membranes are used. FIG. 19 is a plan view of a semicircular shaped membrane/permeate carrier assembly 300. A continuous peripheral adhesive (seal) line 302 is applied to the periphery of the assembly. The dotted line is a line parallel to the cut line of the assembly 300 and through the centerline of the central permeate collection channel 304. The distance (spacing) from the centerline of channel 304 to the edge of assembly 300 is indicated at 306. A lug 308 projects from the side of the assembly 300 to form a permeate collection channel 304 and is also provided with a peripheral adhesive line 310 . This adhesive line 310
are not provided in the area 312 around the channel 304, establishing a communication channel from the main area of the assembly 300 to the central permeate collection channel 304. The two edge areas 314, 316 shown in FIG. 19 define a feed fluid distribution channel 314' and a residue collection channel 316', as described below with reference to FIG.
第20図は、この第2実施例のための供給流体
スペーサ層318の平面図である。320は、ス
ペーサ層318の区域322,324を除く周縁
に施された周縁シールリングである。中央透過物
収集チヤンネル304の周りの区域にもシールが
施されている。この供給流体スペーサ層318の
形状および面装は、膜・透過物キヤリア組立体3
00と同じである。このスペーサ層318には供
給流体分配ラインは設けられていない。 FIG. 20 is a top view of the feed fluid spacer layer 318 for this second embodiment. 320 is a peripheral seal ring applied to the peripheral edge of the spacer layer 318 except for areas 322 and 324. The area around the central permeate collection channel 304 is also sealed. The shape and facing of this feed fluid spacer layer 318 is similar to that of the membrane and permeate carrier assembly 3.
Same as 00. This spacer layer 318 is not provided with any supply fluid distribution lines.
第21図は、この実施例のための供給流体スペ
ーサ層の変型実施態様の平面図である。このスペ
ーサ層には供給流体分配ライン327が設けられ
ている。周縁シールリング320は、縁区域32
8,330には施されていないが、縁区域326
には施されている。作動において、供給流体は縁
区域328からスペーサ層に流入し、縁区域33
0においてスペーサ層から流出する。あるいは、
反対に縁区域330から流入して縁区域328か
ら流出するようにしてもよい。いずれの場合に
も、供給流体はスペーサ層内において供給流体分
配ライン327によつて案内される。供給流体分
配ラインは、いろいろな形態のものを用いること
ができるが、処理すべき供給流体の組成、粘度、
流速、温度等の要因に鑑みて決定するのが好まし
い。 FIG. 21 is a plan view of a modified embodiment of the feed fluid spacer layer for this embodiment. A supply fluid distribution line 327 is provided in this spacer layer. Peripheral seal ring 320 seals the edge area 32
Although not applied to 8,330, the edge area 326
has been applied. In operation, feed fluid enters the spacer layer from the edge area 328 and passes through the edge area 33.
0 out of the spacer layer. or,
Conversely, it may also flow in from the edge area 330 and out from the edge area 328. In either case, the feed fluid is guided within the spacer layer by feed fluid distribution lines 327. Feed fluid distribution lines can take a variety of forms, but are dependent on the composition, viscosity, and
It is preferable to decide in consideration of factors such as flow rate and temperature.
第22図は、第19図の膜・透過物キヤリア組
立体300と第20図の供給流体スペーサ層31
8とを上下に整合して積重ねた半円形積重体を2
個向い合わせ並置関係に組合わせた、全体として
断面円形の積重組立体の平面図であり、図の上半
分には膜・透過物キヤリア組立体300の膜の動
作面332が示され、図の下半分には供給流体ス
ペーサ層318の面334が示されている。この
ように2個の同一の半円形積重体を向い合わせに
並置させると、両者の縁区域314と314およ
び縁区縁316と316の間にそれぞれ供給流体
分配チヤンネル314′および透過物分配チヤン
ネル316′が画定される。中央透過物収集チヤ
ンネル304も画定される。第24図に矢印で示
されるように、この構成では、供給流体はチヤン
ネル314′に流入してスペーサ層318を通し
て分配され、残留物分配チヤンネル316′へ流
出する。透過物キヤリア層に流入した透過物は、
複数のスペーサ層318および膜・透過物キヤリ
ア組立体300の整合によつて画定された中央透
過物収集チヤンネル304に流入する。第24図
の点線矢印は、組立体300の下に位置するスペ
ーサ層内を通る供給流体の流れを示す。第23図
は第6図のものとほぼ同様の供給流体導入分配プ
レートの平面図である。 FIG. 22 shows the membrane and permeate carrier assembly 300 of FIG. 19 and the feed fluid spacer layer 31 of FIG.
A semicircular stack made by vertically aligning and stacking 8 and 2
Figure 3 is a plan view of a generally circular cross-sectional stacking assembly assembled in an individually facing side-by-side relationship, with the upper half of the figure showing the working surface 332 of the membranes of the membrane and permeate carrier assembly 300; The bottom half shows the surface 334 of the feed fluid spacer layer 318. When two identical semicircular stacks are juxtaposed face-to-face in this way, a feed fluid distribution channel 314' and a permeate distribution channel 316 are formed between their edge areas 314 and 314 and edge areas 316 and 316, respectively. ′ is defined. A central permeate collection channel 304 is also defined. In this configuration, feed fluid enters channel 314', is distributed through spacer layer 318, and exits to residue distribution channel 316', as indicated by the arrows in FIG. 24. The permeate that has entered the permeate carrier layer is
It flows into a central permeate collection channel 304 defined by the alignment of the plurality of spacer layers 318 and membrane and permeate carrier assembly 300 . The dotted arrows in FIG. 24 indicate the flow of feed fluid through the spacer layer located below the assembly 300. 23 is a plan view of a feed fluid introduction and distribution plate substantially similar to that of FIG. 6; FIG.
第25図は、第19〜24図の半円形形態の実
施例による分離装置全体の概略図である。第25
図の装置も、第9および14図の装置と多くの点
で類似している。供給流体は、ポート336から
供給流体保持キヤビテイ338に流入し分配プレ
ート360の供給流体分配ポート362を通つて
積重副組立体340の供給流体分配チヤンネル3
14′に流入し、第25図に円弧状の実線および
点線矢印で示されるように各供給流体スペーサ層
318を通つて残留物収集チヤンネル316′へ
集まる。この残留物収集チヤンネル316′に集
められた流体は、次の積重副組立体346のため
の供給流体となつて分配プレート344のポート
342を通つて流下する。一方、供給流体のうち
積重副組立体340の各膜を透過した成分(透過
物)は、第25図に直線状の点線矢印で示される
ように透過物キヤリア層を通つて中央透過物収集
チヤンネル304内へ流入する。各供給流体スペ
ーサ層318の周縁シールリング320は、圧力
容器の内壁との間にシールを設定し、供給流体が
積重副組立体をバイパスして単に流下してしまう
のを防止する。第2積重副組立体346に流入し
た供給流体は、供給流体分配チヤンネル314′
から各スペーサ層内を並流関係をなして流れ、残
留物収集チヤンネル316′に集まり、分配プレ
ート350のポート348を通つて残留物保持キ
ヤビテイ352内に流入し、ポート354を通つ
て組立体から流出する。中央透過物収集チヤンネ
ル304に集められた透過物は、ポート356を
通つて組立体から流出する。第25図の積重組立
体には、第20図に示された供給流体分配ライン
のない供給流体スペーサ層が用いられているが、
第21図の供給流体分配ライン327を有するス
ペーサ層を用いた場合は供給流体の流れパターン
が違つたものとなることはいうまでもない。 FIG. 25 is a schematic view of the entire separation device according to the semicircular embodiment of FIGS. 19-24. 25th
The illustrated device is also similar in many respects to the devices of FIGS. 9 and 14. Feed fluid enters the feed fluid retaining cavity 338 from the port 336 and through the feed fluid distribution port 362 of the distribution plate 360 to the feed fluid distribution channel 3 of the stacking subassembly 340.
14' and collects through each feed fluid spacer layer 318 into a residue collection channel 316' as shown by the arcuate solid and dotted arrows in FIG. The fluid collected in this residue collection channel 316' flows down through ports 342 in distribution plate 344 as feed fluid for the next stacking subassembly 346. Meanwhile, the components (permeate) of the feed fluid that permeate through each membrane of the stack subassembly 340 pass through the permeate carrier layer to the central permeate collection, as indicated by the straight dotted arrows in FIG. into channel 304 . A peripheral seal ring 320 of each feed fluid spacer layer 318 establishes a seal with the inner wall of the pressure vessel to prevent feed fluid from simply flowing down, bypassing the stacking subassembly. The feed fluid entering the second stacking subassembly 346 is routed through the feed fluid distribution channel 314'
flows in co-current relationship through each spacer layer, collects in residue collection channel 316', flows into residue retention cavity 352 through port 348 of distribution plate 350, and exits the assembly through port 354. leak. Permeate collected in central permeate collection channel 304 exits the assembly through port 356. The stacking assembly of FIG. 25 uses the feed fluid spacer layer without the feed fluid distribution lines shown in FIG.
It goes without saying that the flow pattern of the feed fluid would be different if a spacer layer with the feed fluid distribution lines 327 of FIG. 21 were used.
各積重副組立体340,346は、第22およ
び24図に示された型式の半円形の要素を積重
ね、かつ、向い合せ並置関係に組合せて全体とし
て円筒形としたものであるが、このような副組立
体の数は必要に応じて任意に定めることができ
る。 Each stacking subassembly 340, 346 is comprised of semicircular elements of the type shown in FIGS. 22 and 24 stacked and assembled in a face-to-face juxtaposed relationship to form a generally cylindrical shape. The number of such subassemblies can be determined as desired.
第3実施例の説明
第26図は本発明の第3実施例による膜・透過
物キヤリア組立体の平面図である。この膜・透過
物キヤリア組立体は、総体的に円形であるが、偏
心位置に設けられた透過物収集チヤンネル404
の両側に、それぞれ供給流体分配チヤンネルおよ
び残留物収集チヤンネルを画定する切欠き400
および402が設けられている。断面図でみれ
ば、この組立体は第2図に示されたものと同じで
ある。周縁接着剤(シール)ライン406は、透
過物キヤリア層を透過物収集チヤンネル404に
連通させるために区域408には施されていな
い。DESCRIPTION OF THE THIRD EMBODIMENT FIG. 26 is a plan view of a membrane and permeate carrier assembly according to a third embodiment of the present invention. The membrane and permeate carrier assembly is generally circular, but with eccentrically located permeate collection channels 404.
a cutout 400 defining a feed fluid distribution channel and a residue collection channel, respectively, on each side of the
and 402 are provided. In cross-section, this assembly is the same as that shown in FIG. A peripheral adhesive (seal) line 406 is not provided in area 408 to communicate the permeate carrier layer to the permeate collection channel 404.
第27図は、第26図の組立体の供給流体スペ
ーサ層の平面図であり、供給流体分配パターンの
一例を示す。この例では供給流体は区域410か
ら流入し、区域412から流出する。供給流体分
配ラインは414で示され、それによつて画定さ
れる流れ空間は416で示されている。 FIG. 27 is a plan view of the feed fluid spacer layer of the assembly of FIG. 26, illustrating an example feed fluid distribution pattern. In this example, feed fluid enters from area 410 and exits from area 412. The feed fluid distribution line is shown at 414 and the flow space defined thereby is shown at 416.
これらの膜・透過物キヤリア組立体の各々を1
対の供給流体スペーサ層の間に挿入して整合させ
れば、切欠き400および402によつて供給流
体および残留物収集分配チヤンネルが形成され、
透過物収集チヤンネル404も形成される。これ
らの切欠き400,402は、第26および27
図に示される位置とは異る位置に設けることもで
きる。 Each of these membrane/permeate carrier assemblies is
When inserted and aligned between paired feed fluid spacer layers, cutouts 400 and 402 form a feed fluid and residue collection and distribution channel;
A permeate collection channel 404 is also formed. These notches 400, 402 are the 26th and 27th notches.
It can also be provided in a position different from that shown in the figures.
第28図は、ポート428および周縁シール4
22を有する供給流体分配プレート418の平面
図である。 FIG. 28 shows port 428 and peripheral seal 4.
22 is a plan view of a supply fluid distribution plate 418 having 22. FIG.
第29図は、残留流体収集分配ポート426お
よび透過物収集ポート428を有する中間分配プ
レート424の平面図である。430は周縁シー
ルである。 FIG. 29 is a top view of intermediate distribution plate 424 having residual fluid collection and distribution ports 426 and permeate collection ports 428. 430 is a peripheral seal.
この実施例の作動は、透過物が偏心位置のチヤ
ンネルに収集される点が異るが、第9図および第
14図に関連して説明した態様と実質的に同じで
ある。 The operation of this embodiment is substantially the same as that described in connection with FIGS. 9 and 14, except that the permeate is collected in the channel at an eccentric location.
第4実施例の説明
第30および31図は、各構成要素の形状を円
形ではなく、正方形または長方形とした本発明の
別の実施例であり、第30図は膜・透過物キヤリ
ア組立体を示し、第31図は供給流体スペーサ層
を示す。全体的にこの構成は第1〜13図に関連
して説明したのと同じである。これらの要素を積
重ねた積重組立体を正方形または長方形の圧力容
器に収容すればよい。作動は第9図および14図
に関連して説明したものと同じである。DESCRIPTION OF THE FOURTH EMBODIMENT FIGS. 30 and 31 show another embodiment of the present invention in which the shape of each component is square or rectangular rather than circular, and FIG. 30 shows a membrane/permeate carrier assembly. 31 shows the feed fluid spacer layer. Overall, the configuration is the same as described in connection with FIGS. 1-13. A stacked assembly of these elements may be housed in a square or rectangular pressure vessel. Operation is the same as described in connection with FIGS. 9 and 14.
第5実施例の説明
上述した本発明の各実施例においては積重組立
体の各層が直接圧力容器内へ挿入され、各供給流
体スペーサ層は、供給流体が膜層をバイパスして
流れることがないように圧力容器の内壁との間に
シールを形成する。以下に述べる本発明の実施例
は、積重組立体を圧力容器内へ挿入するのにモジ
ユール型式を用いたものである。即ち、積重組立
体をモジユール(ユニツト)として構成し、積重
組立体の各層または層群としてではなく、積重組
立体全体を1個のモジユール即ちユニツトとして
圧力容器に対して出入れすることを可能にする。DESCRIPTION OF THE FIFTH EMBODIMENT In each of the embodiments of the invention described above, each layer of the stack assembly is inserted directly into the pressure vessel, and each feed fluid spacer layer is such that the feed fluid does not flow by-passing the membrane layer. to form a seal with the inner wall of the pressure vessel. The embodiment of the invention described below uses a modular format to insert the stacking assembly into a pressure vessel. That is, the stack assembly can be constructed as a module (unit) and the entire stack assembly can be moved into and out of the pressure vessel as a single module or unit, rather than as individual layers or groups of layers in the stack assembly. do.
第32図は、第9図に示されたような断面円形
の積重組立体をモジユールとして構成した積重組
立体モジユールの透視図である。透過物収集チユ
ーブ500が頂部プレート502を貫通してプレ
ート504に符号506で示されるように密封
(シール)接続されている。供給流体は、頂部プ
レート502を貫通して供給流体導入ポート50
7を通して供給流体保持キヤビテイ508内へ導
入され、プレート504のポート510を通つて
積重組立体内へ流入する。積重組立体の区域51
2の各層は第9図および25図に示されたのと同
様のものである。514および516は中間分配
プレートである。518は残留物分配プレートで
ある。残留流体は、残留物保持キヤビテイ520
から底部プレート524のポート522を通つて
流出する。透過物は、モジユールの両端のチユー
ブ500または501のどちらかを通してモジユ
ールから流出させることができる。モジユールの
両端の透過物チユーブ500,501には、他の
モジユールの透過物チユーブに接続するための継
手530が設けられている。継手530は、フラ
ンジとOリングまたはガスケツトまたはユニオン
継手のようなねじ付コネクタであつてもよい。 FIG. 32 is a perspective view of a stacking assembly module in which a stacking assembly having a circular cross section as shown in FIG. 9 is configured as a module. A permeate collection tube 500 extends through top plate 502 and is sealingly connected to plate 504 as shown at 506 . The supply fluid is passed through the top plate 502 to the supply fluid introduction port 50.
7 into the supply fluid holding cavity 508 and flows into the stacking assembly through a port 510 in the plate 504. Area 51 of the stacking assembly
Each layer of 2 is similar to that shown in FIGS. 9 and 25. 514 and 516 are intermediate distribution plates. 518 is a residue distribution plate. The residual fluid is transferred to the residual retaining cavity 520.
through port 522 in bottom plate 524. Permeate can exit the module through either tubes 500 or 501 at either end of the module. The permeate tubes 500, 501 at each end of the module are provided with fittings 530 for connection to the permeate tubes of other modules. Fitting 530 may be a threaded connector such as a flange and O-ring or gasket or union fitting.
このモジユールは、流体バリヤを設定し、機械
的強度を高めるために適当な材料のラツプ(外側
カバー)534でくるむことができる。ラツプ5
34は、エラストマーまたは繊維入りプラスチツ
ク材などで形成することができる。供給流体を高
圧をかけてモジユール内へ導入することができる
ように、頂部プレート502の周溝にシール53
6が装着されている。シール536は圧力容器の
内壁に圧接して供給流体の漏れを防止する。 The module can be wrapped in a wrap (outer cover) 534 of suitable material to provide a fluid barrier and increase mechanical strength. Lap 5
34 may be formed from an elastomer or fiber-filled plastic material, or the like. A seal 53 is provided in the circumferential groove of the top plate 502 to allow supply fluid to be introduced into the module under high pressure.
6 is installed. Seal 536 presses against the inner wall of the pressure vessel to prevent leakage of supply fluid.
別法として、積重組立体を薄壁の容器または金
属またはプラスチツク製のパイプ内に密閉し、該
容器またはパイプの両端に頂部および底部プレー
トを接合するようにしてもよい。 Alternatively, the stacking assembly may be enclosed within a thin-walled container or metal or plastic pipe, with top and bottom plates joined to the ends of the container or pipe.
このモジユール型構造には、第19〜25図の
半円形の要素を使用ることも、第26〜27図の
変型実施例の要素を用いることもできる。 This modular structure can use the semicircular elements of FIGS. 19-25 or the elements of the variant embodiment of FIGS. 26-27.
第33図は、第32図に示されたモジユールを
複数個組合わせた組合せ体を示す。モジユール5
38,556…は、圧力容器540内に挿入され
ている。圧力容器540の頂端には端部フランジ
542が溶接されており、端部キヤツプ544が
ボルト546によつて所定位置に固定されてい
る。供給流体は、ポート548を通つて容器内の
キヤビテイ550に入り、ポート507を通つて
第1積重組立体モジユール538内に流入する。
552は周縁シールリングである。残留流体は、
第1積重組立体538からキヤビテイ554内へ
入り、そこから次の第2積重組立体モジユールへ
流入する。これらのモジユールは、継手532に
よつて互いに連結され、透過物排出パイプ558
に接続されている。透過物は、パイプ558およ
び560を通して回収される。本発明のモジユー
ルは任意の適当な圧力容器内へ挿入することがで
きる。この実施例の利点は、モジユールを使用現
場で圧力容器内へ容易に出入れすることができる
ことである。 FIG. 33 shows a combination of a plurality of modules shown in FIG. 32. module 5
38, 556... are inserted into the pressure vessel 540. An end flange 542 is welded to the top of the pressure vessel 540 and an end cap 544 is secured in place by bolts 546. Feed fluid enters cavity 550 within the container through port 548 and flows into first stacking assembly module 538 through port 507.
552 is a peripheral seal ring. The residual fluid is
From the first stack assembly 538 it enters the cavity 554 and from there to the next second stack assembly module. These modules are connected to each other by fittings 532 and a permeate discharge pipe 558.
It is connected to the. Permeate is collected through pipes 558 and 560. The module of the present invention can be inserted into any suitable pressure vessel. An advantage of this embodiment is that the module can be easily moved into and out of the pressure vessel at the site of use.
第1図は本発明の膜・透過物キヤリア組立体の
平面図、第2図は第1図の線2−2に沿つてみた
拡大断面図、第3図は本発明の供給流体スペーサ
層の平面図、第4図は変型実施例の供給流体スペ
ーサ層の平面図、第5図は第3図の線5−5に沿
つてみた拡大断面図、第6図は入口分配プレート
の平面図、第7図は中間残留物分配プレートの平
面図、第8図は第6図のプレートの拡大断面図、
第9図は圧力容器内に収容された膜・透過物キヤ
リアおよび供給流体スペーサの積重組立体の断面
図、第10図および11図は、第9図の積重組立
体のそれぞれ異る一部分の拡大図、第12図はセ
ルロール製膜層の多孔質側即ち裏面の平面図、第
13図は第12図の膜と、透過物キヤリアおよび
スペーサとの組立体の中央チヤンネル周辺の断面
図、第14図は供給流体および透過流体の流れ経
路を示す積重組立体の断面図、第15図は引張バ
ーを備えた実施例の、第9図と同様の断面図、第
16図は圧力容器として規格パイプを利用した実
施例の断面図、第17図は供給流体を容器の側壁
から導入し、残留流体を容器の側壁から取出すよ
うにした変型実施例の断面図、第18図は供給流
体の導入態様および残留物の取出し態様に関する
変型例の立面図、第19図は本発明の変型実施例
の膜・透過物キヤリア層組立体の平面図、第20
図は変型実施例の供給流体キヤリア層の平面図、
第21図は更に別の変型実施例の供給流体スペー
サ層の平面図、第22図は第19〜21図の各層
の積重体を並置して円形組立体とした構成の平面
図、第23図は分配プレートの平面図、第24図
は供給流体の流れパターンを示す第22図と同様
の平面図、第25図は、第19〜24図の各層の
積重組立体を圧力容器内に挿入して成る分離装置
の透視図、第26図は変型実施例の膜・キヤリア
層組立体の平面図、第27図は変型実施例の供給
流体スペーサ層の平面図、第28図は供給流体分
配プレートの平面図、第29図は中間分配プレー
トの平面図、第30図は変型実施例の膜・キヤリ
ア層組立体の平面図、第31図は第30図の実施
例に用いられるスペーサ層の平面図、第32図は
積重組立体をモジユール構造とした実施例の透視
図、第33図は第32図のモジユールを圧力容器
に挿入して成る分離装置の透視図である。
10:透過物キヤリア層、12:中央孔、1
4,16:切欠き、18,20:膜、22,2
4:動作面、32:供給流体スペーサ層、34,
36:切欠き、38:中央孔、76:供給流体導
入ポツト、78:導入パイプ、84:圧力容器、
108:供給流体分配チヤンネル、110:積重
副組立体、112:供給流体スペーサ層、11
4:膜・透過物キヤリア層組立体、116:膜
層、118:透過物キヤリア層、124:透過物
収集分配チヤンネル、126:残留物収集分配チ
ヤンネル、128:中間分配プレート。
FIG. 1 is a plan view of the membrane and permeate carrier assembly of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line 2--2 of FIG. 1, and FIG. 3 is a top view of the feed fluid spacer layer of the present invention. 4 is a top view of the feed fluid spacer layer of a modified embodiment; FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view taken along line 5--5 of FIG. 3; FIG. 6 is a top view of the inlet distribution plate; FIG. 7 is a plan view of the intermediate residue distribution plate; FIG. 8 is an enlarged sectional view of the plate of FIG. 6;
FIG. 9 is a cross-sectional view of a membrane/permeate carrier and feed fluid spacer stack assembly contained within a pressure vessel; FIGS. 10 and 11 are enlargements of different portions of the stack assembly of FIG. 9; 12 is a plan view of the porous side, that is, the back surface, of the cellulose membrane layer; FIG. 13 is a sectional view around the central channel of the assembly of the membrane of FIG. 12, a permeate carrier and a spacer; and FIG. 15 is a sectional view similar to FIG. 9 of an embodiment with a tension bar; FIG. 16 is a standard pipe for pressure vessels. 17 is a sectional view of a modified embodiment in which the supply fluid is introduced from the side wall of the container and the residual fluid is taken out from the side wall of the container, and FIG. 18 is a mode of introduction of the supply fluid. FIG. 19 is a plan view of a membrane/permeate carrier layer assembly of a modified embodiment of the present invention; FIG.
The figure is a plan view of a supply fluid carrier layer of a modified embodiment;
FIG. 21 is a plan view of a supply fluid spacer layer of yet another modified embodiment; FIG. 22 is a plan view of a stack of layers of FIGS. 19-21 arranged side by side to form a circular assembly; FIG. 23; is a plan view of the distribution plate, FIG. 24 is a plan view similar to FIG. 22 showing the flow pattern of the feed fluid, and FIG. 25 shows the stacked assembly of the layers of FIGS. 19-24 inserted into the pressure vessel. FIG. 26 is a top view of the membrane and carrier layer assembly of a modified embodiment; FIG. 27 is a top view of the feed fluid spacer layer of a modified embodiment; FIG. 28 is a top view of the feed fluid distribution plate. 29 is a plan view of the intermediate distribution plate, FIG. 30 is a plan view of the membrane/carrier layer assembly of a modified embodiment, and FIG. 31 is a plan view of the spacer layer used in the embodiment of FIG. 32 is a perspective view of an embodiment in which the stacking assembly has a modular structure, and FIG. 33 is a perspective view of a separation device formed by inserting the module of FIG. 32 into a pressure vessel. 10: Permeate carrier layer, 12: Central hole, 1
4, 16: Notch, 18, 20: Membrane, 22, 2
4: operating surface, 32: supply fluid spacer layer, 34,
36: Notch, 38: Center hole, 76: Supply fluid introduction pot, 78: Introduction pipe, 84: Pressure vessel,
108: Feed fluid distribution channel, 110: Stacking subassembly, 112: Feed fluid spacer layer, 11
4: membrane and permeate carrier layer assembly; 116: membrane layer; 118: permeate carrier layer; 124: permeate collection and distribution channel; 126: retentate collection and distribution channel; 128: intermediate distribution plate.
Claims (1)
置において、 流体を圧力下で収容するための圧力容器と、 分離すべき供給流体を前記容器へ導入するため
の供給流体導入手段と、 前記容器から残留物を排出するための残留物排
出手段と、 前記容器から透過物を排出するための透過物排
出手段と、 分離膜部材と、分離すべき供給流体を該膜部材
の動作面を横切つて流すための分配帯域と、透過
物を搬出するために該膜部材の両面にそれぞれ衝
接した透過物キヤリア部材とを含む複数の積重ね
られた部材から成る、前記容器内に配設された少
くとも1つのコンパクトな積重組立体とから成
り、 該積重組立体中の前記複数の部材は、該各部材
の周縁の2つの離隔した部位にそれぞれ第1切欠
きおよび第2切欠きを有し、該各部材の第1切欠
きは互いに整合して、分離すべき供給流体のため
の供給流体チヤンネルを形成し、各部材の第2切
欠きは互いに整合して残留物収集チヤンネルを形
成し、前記分配帯域は該整合した第1切欠きおよ
び第2切欠きのところにおいて該供給流体チヤン
ネルおよび残留物収集チヤンネルと連通してお
り、該各部材は、前記透過物キヤリア部材と連通
する透過物収集チヤンネルを形成する、互いに整
合した内方孔を有し、該積重組立体は前記供給流
体導入手段と前記残留物排出手段および透過物排
出手段の間に配置されていることを特徴とする分
離装置。 2 前記積重組立体は、互いに並置関係に配置さ
れた2つの部材積重体から成り、該2つの部材積
重体は、それらの間に前記切欠きを形成するよう
に賦形され、前記内方孔において整合するように
なされている特許請求の範囲第1項記載の分離装
置。 3 供給流体は前記圧力容器へ該容器の長手の中
間部位において導入され、残留物および透過物は
該圧力容器の両端において取出されるようにした
特許請求の範囲第1項記載の分離装置。 4 前記各膜部材の前記内方孔に隣接した部分が
補強されている特許請求の範囲第1項記載の分離
装置。 5 前記分配帯域は前記透過物収集チヤンネルと
連通しないようにシールされている特許請求の範
囲第1項記載の分離装置。 6 前記各膜部材および透過物キヤリア部材は、
その周縁からの供給流体の侵入を防止するために
該周縁をシールされている特許請求の範囲第1項
記載の分離装置。 7 複数個の前記積重組立体が前記圧力容器内に
垂直方向に配設されており、1つの積重組立体か
らの残留物が次の積重組立体への供給流体となる
ように構成された特許請求の範囲第1項記載の分
離装置。 8 前記膜部材は超過膜である特許請求の範囲
第1項記載の分離装置。 9 前記膜部材は逆浸透膜である特許請求の範囲
第1項記載の分離装置。 10 前記圧力容器は、細長い円筒形圧力容器で
ある特許請求の範囲第1項記載の分離装置。 11 前記圧力容器は、細長い円筒形圧力容器で
あり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成さ
れている特許請求の範囲第1項記載の分離装置。 12 前記各分配部材の周縁は、該周縁からの供
給流体の侵入を防止するために前記切欠きのとこ
ろを除いてシールされている特許請求の範囲第1
1項記載の分離装置。 13 前記分配部材は供給流体分配ラインを備え
ている特許請求の範囲第11項記載の分離装置。 14 前記膜部材はガス分離膜である特許請求の
範囲第11項記載の分離装置。 15 前記透過物キヤリア部材は、織成または編
成された部材である特許請求の範囲第11項記載
の分離装置。 16 前記透過物キヤリア部材はプラスチツク樹
脂で補強された織成または編成された部材である
特許請求の範囲第11項記載の分離装置。 17 前記圧力容器は、細長い円筒形圧力容器で
あり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成さ
れており、前記複数の積重ねられた部材は、平坦
なデイスク状部材である特許請求の範囲第1項記
載の分離装置。 18 前記圧力容器は、細長い直方形の圧力容器
であり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成
されている特許請求の範囲第1項記載の分離装
置。 19 前記圧力容器は、細長い直方形の圧力容器
であり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成
されており、前記複数の積重ねられた部材は、平
坦な長方形の部材である特許請求の範囲第1項記
載の分離装置。 20 前記圧力容器は、細長い円筒形圧力容器で
あり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成さ
れており、前記複数の積重ねられた部材は、平坦
なデイスク状部材であり、前記透過物キヤリア部
材と連通する透過物収集チヤンネルを形成する、
該複数の積重ねられた部材の前記孔は、それらの
中央に形成された中央孔である特許請求の範囲第
1項記載の分離装置。 21 前記各膜部材の前記中央孔に隣接した部分
が補強されている特許請求の範囲第20項記載の
分離装置。 22 前記圧力容器は、細長い円筒形圧力容器で
あり、前記分配帯域は、分配部材によつて形成さ
れており、前記複数の積重ねられた部材は、平坦
なデイスク状部材であり、前記第1切欠きと第2
切欠きは直径方向に対向して配置されており、前
記透過物キヤリア部材と連通する透過物収集チヤ
ンネルを形成する、該複数の積重ねられた部材の
前記孔は、それらの中央に形成された中央孔であ
る特許請求の範囲第1項記載の分離装置。[Claims] 1. A separation device for separating two or more different substances, comprising: a pressure vessel for containing a fluid under pressure; and a supply for introducing a feed fluid to be separated into the vessel. a fluid introduction means; a residue discharge means for discharging a residue from the container; a permeate discharge means for discharging a permeate from the container; a separation membrane member; said vessel consisting of a plurality of stacked members comprising a distribution zone for flow across the working surface of the member and a permeate carrier member respectively abutting opposite sides of said membrane member for transporting permeate; at least one compact stacking assembly disposed within the stacking assembly, the plurality of members in the stacking assembly having a first notch and a first notch, respectively, at two spaced apart portions of the periphery of each member. two notches, the first notches of each member being aligned with each other to form a feed fluid channel for the feed fluid to be separated, and the second notches of each member being aligned with each other to form a feed fluid channel for the feed fluid to be separated. forming a collection channel, the distribution zone communicating with the feed fluid channel and the retentate collection channel at the aligned first and second notches, each member being connected to the permeate carrier member; having mutually aligned internal holes forming a permeate collection channel in communication with said stacking assembly being disposed between said feed fluid introduction means and said retentate discharge means and permeate discharge means; A separation device featuring: 2. The stack assembly consists of two stacks of parts arranged in juxtaposed relation to each other, the two stacks of parts being shaped to form the cutout between them and the inner hole. 2. A separating device according to claim 1, adapted to be matched at the . 3. Separation device according to claim 1, characterized in that the feed fluid is introduced into the pressure vessel at an intermediate longitudinal point of the vessel, and the retentate and permeate are removed at both ends of the pressure vessel. 4. The separation device according to claim 1, wherein a portion of each of the membrane members adjacent to the inner hole is reinforced. 5. The separation apparatus of claim 1, wherein said distribution zone is sealed from communication with said permeate collection channel. 6. Each of the membrane members and permeate carrier members are:
2. A separation device according to claim 1, wherein the periphery is sealed to prevent ingress of feed fluid from the periphery. 7. A plurality of said stacking assemblies are arranged vertically within said pressure vessel, and the residue from one stacking assembly is configured to provide feed fluid to the next stacking assembly. A separation device according to claim 1. 8. The separation device according to claim 1, wherein the membrane member is an excess membrane. 9. The separation device according to claim 1, wherein the membrane member is a reverse osmosis membrane. 10. The separation device of claim 1, wherein the pressure vessel is an elongated cylindrical pressure vessel. 11. The separation device of claim 1, wherein the pressure vessel is an elongated cylindrical pressure vessel and the distribution zone is formed by a distribution member. 12. The peripheral edge of each distribution member is sealed except at the notch to prevent ingress of supply fluid from the peripheral edge.
Separation device according to item 1. 13. The separation device of claim 11, wherein the distribution member comprises a feed fluid distribution line. 14. The separation device according to claim 11, wherein the membrane member is a gas separation membrane. 15. The separation device of claim 11, wherein the permeate carrier member is a woven or knitted member. 16. The separation device of claim 11, wherein said permeate carrier member is a woven or knitted member reinforced with plastics. 17. The pressure vessel is an elongated cylindrical pressure vessel, the distribution zone is formed by distribution members, and the plurality of stacked members are flat disk-like members. Separation device according to item 1. 18. The separation device of claim 1, wherein the pressure vessel is an elongated rectangular pressure vessel, and the distribution zone is formed by a distribution member. 19. Claims in which the pressure vessel is an elongated rectangular pressure vessel, the distribution zone is formed by distribution members, and the plurality of stacked members are flat rectangular members. Separation device according to item 1. 20 The pressure vessel is an elongated cylindrical pressure vessel, the distribution zone is formed by distribution members, the plurality of stacked members are flat disk-like members, and the permeate carrier forming a permeate collection channel in communication with the member;
2. The separation device according to claim 1, wherein the hole in the plurality of stacked members is a central hole formed in the center thereof. 21. The separation device according to claim 20, wherein a portion of each of the membrane members adjacent to the central hole is reinforced. 22 The pressure vessel is an elongated cylindrical pressure vessel, the distribution zone is formed by distribution members, the plurality of stacked members are flat disc-like members, and the first cut The nick and the second
The notches are diametrically opposed and the apertures of the plurality of stacked members forming a permeate collection channel communicating with the permeate carrier member have a central hole formed in their center. The separation device according to claim 1, which is a hole.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/666,830 US4613436A (en) | 1984-10-31 | 1984-10-31 | Membrane assembly for fluid separations-disk |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62241505A JPS62241505A (en) | 1987-10-22 |
| JPH0335969B2 true JPH0335969B2 (en) | 1991-05-30 |
Family
ID=24675664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7841086A Granted JPS62241505A (en) | 1984-10-31 | 1986-04-07 | Separator for separating two or more different substances |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62241505A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0639783Y2 (en) * | 1988-07-21 | 1994-10-19 | 株式会社キッツ | Stacked filter cartridge |
-
1986
- 1986-04-07 JP JP7841086A patent/JPS62241505A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62241505A (en) | 1987-10-22 |
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