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JPH059124B2 - - Google Patents
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JPH059124B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH059124B2
JPH059124B2 JP18366687A JP18366687A JPH059124B2 JP H059124 B2 JPH059124 B2 JP H059124B2 JP 18366687 A JP18366687 A JP 18366687A JP 18366687 A JP18366687 A JP 18366687A JP H059124 B2 JPH059124 B2 JP H059124B2
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JP
Japan
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gas
module
frame
supply gas
supply
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Application number
JP18366687A
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Japanese (ja)
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JPS6427620A (en
Inventor
Kunihiko Yokota
Takao Kameda
Takashi Ichimura
Toshiaki Kato
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 近年、省エネルギー、省スペースで安価な膜に
よるガス分離技術が、化学工業プロセスを始めと
する多くの産業分野の中で広く使われつつある。
膜モジユールには、中空糸(ホローフアイバー)
スパイラル、平膜の3方式があり、用途に応じて
使い分けられている。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] In recent years, gas separation technology using energy-saving, space-saving, and inexpensive membranes has been widely used in many industrial fields including chemical industrial processes.
The membrane module uses hollow fibers.
There are three types: spiral and flat membrane, which are used depending on the purpose.

平膜は、他の方式に比べて、膜素材の調整が容
易で最も高い性能を出し得るという特徴をもつた
め、工業用、医療用酸素富化空気の製造、バイオ
インダストリーでのCO2、アルコール濃縮等の分
野で多く使わている。本発明はシンプルかつ安価
で信頼性の高い、減圧、高圧両方で使用できる平
膜型ガス分離装置に関するものである。
Compared to other methods, flat membranes are characterized by the ease of adjusting the membrane material and the ability to achieve the highest performance . It is widely used in fields such as concentration. The present invention relates to a flat membrane gas separation device that is simple, inexpensive, and highly reliable and can be used at both reduced pressure and high pressure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の積層平膜モジユールを用いたガス分離装
置の1例(特開昭61−93817号公報)を第9図及
び第10図に示す。
An example of a gas separation device using a conventional laminated flat membrane module (Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-93817) is shown in FIGS. 9 and 10.

第9図は積層平膜モジユールの1つのユニツト
についての分解説明図であり、第10図は第9図
のモジユールを使用するガス分離装置の概念図で
ある。
FIG. 9 is an exploded explanatory view of one unit of the laminated flat membrane module, and FIG. 10 is a conceptual diagram of a gas separation apparatus using the module of FIG. 9.

第9図のモジユールは、上板9と下板10の間
に供給ガス室枠1、ガス選択透過膜2、透過ガス
室枠3、ガス選択透過膜2及び供給ガス室枠1を
積層して全体を締付けるようにしたものである。
供給ガス室枠1の1つの側部には枠内に連通する
供給ガスス流入口4が全面に設けられており、反
対側の側部には供給ガス流出口5が同じく全面に
設けられている。また、供給ガス室枠1の他の側
部に当る枠周縁部に枠内とは独立した切り欠き部
7を設け透過ガスの流路とする。透過ガス室枠3
には供給ガス室枠1の切り欠き部7に相当する位
置に同様の切り欠き部7を設けるとともに、透過
ガス室枠3の枠内と、該切り欠き部7とを連通す
る透過ガス流出口6を設けてある。さらに上板9
には各枠の切り欠き部7より集められた透過ガス
をモジユールより取出すための透過ガス取出しノ
ズル11を設けてある。
The module shown in FIG. 9 has a supply gas chamber frame 1, a gas selective permeation membrane 2, a permeation gas chamber frame 3, a gas selective permeation membrane 2, and a supply gas chamber frame 1 stacked between an upper plate 9 and a lower plate 10. The whole thing is tightened.
A supply gas inlet 4 communicating with the frame is provided on one side of the supply gas chamber frame 1, and a supply gas outlet 5 is provided on the opposite side. . Further, a notch 7 independent of the inside of the frame is provided at the frame peripheral edge corresponding to the other side of the supply gas chamber frame 1 to serve as a flow path for the permeated gas. Permeation gas chamber frame 3
A similar notch 7 is provided at a position corresponding to the notch 7 of the supply gas chamber frame 1, and a permeate gas outlet is provided that communicates the inside of the permeate gas chamber frame 3 with the notch 7. 6 is provided. Further upper plate 9
is provided with a permeate gas extraction nozzle 11 for extracting the permeate gas collected from the notch 7 of each frame from the module.

第10図の積層平膜モジユール13は第9図の
ユニツトを必要数積層したもので、供給ガス流出
入口を除いてモジユールの側面を接着シール剤で
接着してある。このモジユール13は供給ガス流
入口4に対向するように気体供給ボツクス28を
配置してフアン29により該流入口4に気体を供
給する。該モジユール13の透過ガス取出しノズ
ル11には真空ポンプ30が接続されており、透
過ガスを吸引して採取するようになつている。
The laminated flat membrane module 13 shown in FIG. 10 is made by laminating the required number of units shown in FIG. 9, and the side surfaces of the module except for the supply gas inlet and outlet are bonded together with an adhesive sealant. This module 13 has a gas supply box 28 arranged so as to face the supply gas inlet 4, and a fan 29 to supply gas to the inlet 4. A vacuum pump 30 is connected to the permeate gas extraction nozzle 11 of the module 13, and the permeate gas is sucked and collected.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

この種のガス分離装置において、ガス選択透過
膜の分離効率を低下させる主因は膜界面の濃度分
極にある。一般に供給ガス室の膜界面では易透過
性ガスの欠乏と難透過性ガスの増加により、供給
ガス室のガス組成は透過の推進力を抑制する方向
に濃度分極する。また、供給ガス室の流れ方向に
沿つて易透過性ガスの濃度が減少し、難透過性ガ
スの濃度が増加することにより流れ方向の濃度勾
配が形成される。そこで、濃度分極や濃度勾配を
取り除いて膜の分離効率を向上させるためには膜
界面における供給ガスの流速を増大させる方法が
とられている。
In this type of gas separation device, the main reason for reducing the separation efficiency of the gas selective permeation membrane is concentration polarization at the membrane interface. Generally, at the membrane interface of the supply gas chamber, the gas composition of the supply gas chamber is polarized in concentration in a direction that suppresses the driving force for permeation due to the lack of easily permeable gas and the increase of poorly permeable gas. Further, the concentration of easily permeable gas decreases and the concentration of poorly permeable gas increases along the flow direction of the supply gas chamber, thereby forming a concentration gradient in the flow direction. Therefore, in order to eliminate concentration polarization and concentration gradients and improve membrane separation efficiency, a method has been adopted in which the flow rate of the supplied gas at the membrane interface is increased.

上記のガス分離装置では、空気から酸素富化ガ
スを効的に回収するために大流量の空気をモジユ
ールに吹きつけて、供給ガス室内のガス流速を高
める方法がとられているる。このように、大気圧
下で無尽蔵に存在する空気等のガス源については
上記ガス分離装置が有効であるが、圧力や量に制
約のあるガス源に対しては適さない。特にモジユ
ールの供給ガス室を一度のパスで通過させる従来
の装置では、ガス源に量的制約がある場合には膜
界面におけるガス流速を十分に上げることができ
ず、分離効率を低下させることになる。また、従
来のガス分離装置では、透過ガス、非透過ガス共
ほぼ大気圧に近い低圧で回収されるため、回収ガ
スを高圧を要する工程に供給するためにはコンプ
レツサーにより昇圧する必要がある。さらに、モ
ジユールの供給ガス室に高圧ガスを導入する場合
には枠と膜との間のシールを余程強固にしないと
モジユール内の圧力により、モジユールが外側に
ふくらみ枠と膜との間のシール部に剥離が生じガ
ス漏れさらにモジユールの破損を招く欠点もあ
る。さらにまた、処理ガス量の変動にガス分離装
置を対応させることが難しい構造になつている。
In the above-mentioned gas separation apparatus, in order to effectively recover oxygen-enriched gas from the air, a method is used in which a large flow rate of air is blown onto the module to increase the gas flow rate in the supply gas chamber. As described above, the above-mentioned gas separation device is effective for gas sources such as air, which exist inexhaustibly under atmospheric pressure, but is not suitable for gas sources that are limited in pressure or quantity. In particular, with conventional devices that pass through the module's supply gas chamber in one pass, if there are quantitative constraints on the gas source, it is not possible to sufficiently increase the gas flow rate at the membrane interface, resulting in a decrease in separation efficiency. Become. Furthermore, in conventional gas separation devices, both the permeated gas and the non-permeated gas are recovered at low pressures close to atmospheric pressure, so in order to supply the recovered gas to a process that requires high pressure, it is necessary to increase the pressure with a compressor. Furthermore, when high-pressure gas is introduced into the supply gas chamber of the module, the seal between the frame and the membrane must be made very strong; otherwise, the pressure inside the module will cause the module to bulge outward, causing the seal between the frame and the membrane to tighten. There is also the disadvantage that peeling occurs in the parts, leading to gas leakage and further damage to the module. Furthermore, the structure makes it difficult to adapt the gas separation device to changes in the amount of gas to be processed.

本発明は、上記の問題点を解消し、膜界面の高
いガス流速を確保しながら、原料ガスの量に応じ
た供給ガス室の断面積及び膜面積の変更を容易と
し、高圧ガスから低圧ガスに至る任意のガスを効
率的に分離することのできるガス分離装置を提供
しようとするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems and makes it easy to change the cross-sectional area of the supply gas chamber and the membrane area according to the amount of raw material gas while ensuring a high gas flow rate at the membrane interface. The present invention aims to provide a gas separation device that can efficiently separate any gas including:

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、積層平膜モジユールの供給ガス流出
入口をフイードカバーで被い、供給ガスが一度の
パスで流れる供給ガス室の数、即ち、供給ガス流
路断面積を供給ガスの量により規定し、モジユー
ル内を複数回パスさせることにより膜界面の供給
ガス流速を高め、有効膜面積を拡大することを可
能とした。また、モジユールを加圧ガスで満した
圧力容器内に収容することによりモジユールのシ
ール部の剥離及び破損を防止し、枠と膜との厳格
なシールを軽減し、高圧ガスの処理を容易にした
平膜型ガス分離装置である。
The present invention covers the supply gas inlet and outlet of the laminated flat membrane module with a feed cover, and defines the number of supply gas chambers through which the supply gas flows in one pass, that is, the cross-sectional area of the supply gas flow path, according to the amount of the supply gas, By making the gas pass through the module multiple times, it was possible to increase the flow rate of the supplied gas at the membrane interface and expand the effective membrane area. In addition, by housing the module in a pressure vessel filled with pressurized gas, the seal part of the module is prevented from peeling and damage, reducing the need for a strict seal between the frame and membrane, and making it easier to handle high-pressure gas. This is a flat membrane type gas separation device.

即ち、本発明は、枠内に透過ガススペーサを収
容し、該枠の周縁部に透過ガス取出し用の切り欠
き部を有し、該枠内から切り欠き部に連通する透
過ガス流出口を有する透過ガス室枠と;ガス選択
透過膜と;枠の外側に連通する供給ガス流出入口
を枠内の両端部の位置に有し、該枠の周縁部に切
り欠き部を有する供給ガス室枠とを包含し;供給
ガス室枠と透過ガス室枠との間にガス選択透過膜
を配置するように多数積層し、これを上板と下板
により締付けることによりモジユールを形成し;
上記の枠の切り欠き部は該モジユールにおいて透
過ガス取出し流路を形成して上記上板に設けた透
過ガス取出しノズルに連通させてなる積層平膜モ
ジユールを有する平膜型ガス分離装置において;
加圧雰囲気ガスを満した円筒型圧力容器内に上記
積層平膜モジユールを収容し、該モジユール側面
の供給ガス流出入口をフイードカバーで被い、左
右のフイードカバー内を異なる高さの仕切板で2
つ以上に区画して該モジユール内供給ガス流を直
列の複数のパスに分け;該パスの両端に位置する
フイードカバーの区画を圧力容器外に伸びる供給
ガス導入管及び導出管に接続し、かつ、上記透過
ガス取出しノズルを圧力容器外に伸びる透過ガス
採取管に接続したことを特徴とする平膜型ガス分
離装置である。
That is, the present invention accommodates a permeated gas spacer in a frame, has a notch for taking out the permeated gas at the peripheral edge of the frame, and has a permeated gas outlet communicating with the notch from inside the frame. a permeable gas chamber frame; a gas selective permeable membrane; a supply gas chamber frame having supply gas inlets and inlets communicating with the outside of the frame at both ends of the frame, and having a notch at the periphery of the frame; a module is formed by laminating a large number of gas selective permeation membranes so as to be arranged between the supply gas chamber frame and the permeation gas chamber frame, and tightening this with an upper plate and a lower plate;
In a flat membrane type gas separation device having a laminated flat membrane module in which the cutout of the frame forms a permeate gas extraction flow path in the module and communicates with a permeate gas extraction nozzle provided on the upper plate;
The laminated flat membrane module is housed in a cylindrical pressure vessel filled with pressurized atmospheric gas, the supply gas inlet and outlet on the side of the module are covered with a feed cover, and the inside of the left and right feed covers is divided into two sections with partition plates of different heights.
dividing the supply gas flow within the module into a plurality of serial passes; connecting sections of the feed cover located at both ends of the passes to supply gas inlet pipes and outlet pipes extending outside the pressure vessel; This flat membrane type gas separation device is characterized in that the permeate gas extraction nozzle is connected to a permeate gas collection pipe extending outside the pressure vessel.

〔作用〕[Effect]

第1図〜第8図に本発明の平膜型ガス分離装置
の具体例を示す。
1 to 8 show specific examples of the flat membrane type gas separation apparatus of the present invention.

第1図は、本発明の積層平膜モジユールの1例
を分解した説明図である。このモジユールは上板
9と下板10の間に供給ガス室枠1、ガス選択透
過膜2、透過ガス室枠3、ガス選択透過膜2及び
供給ガス室枠1を積層して全体を締め付けるよう
にしたものであり、処理ガス量に応じて供給ガス
室枠、ガス選択透過膜、透過ガス室枠からなるユ
ニツトを多数積層して使用する。図中、実線は供
給ガスの流れを、また点線は透過ガスの流れを示
す。供給ガス室枠1には枠内の一端に枠外と連通
する供給ガガス流入口4を、他端に同様に枠外と
連通する供給ガス流出口5を設け、供給ガスを実
線の矢印のように流すようにする。供給ガス流出
入口4,5は枠体と別個に作り、図のように固着
してもよいし、枠体に開口を穿つてもよい。ま
た、その位置も図のように両側から供給ガスを流
入させ、両側から流出させることが、隅に死空間
を形成させないために好ましいが、流入口及び流
出口をそれぞれ1つとすることもできる。供給ガ
ス室枠1には、供給ガス流入口4,5と異なる周
縁部に透過ガスの流路を形成するための切り欠き
部7を設けてある。ガス選択透過膜2及び透過ガ
ス室枠3にも同じ場所に切り欠き部7を設ける。
ガス選択透過膜は、例えばシリコン膜、ポリスル
フオン−シリコン系膜、ポリイミド系膜、酢酸セ
ルロース系膜等を目的に応じて用いることができ
る。透過ガス室枠3には、枠内に例えばネツト等
のスペーサー8を収容し、切り欠き部7と枠内を
連通する透過ガス流出口6を設ける。図には透過
ガス流出口6を左方のみに設けているが、同様に
右方に設けて両方から透過ガスを回収することも
できる。図では供給ガスの流れと透過ガスの流れ
が膜を介して向流になつているが、透過ガス流出
口6を右方のみに設けて上記流れを並流とするこ
ともできる。供給ガスの流れと透過ガスの流れを
向流とする場合には、膜境界における易透過性ガ
スの分圧差の減少を防止することができる。この
透過ガス流出口6より切り欠き部7に集められた
透過ガスは点線の矢印のように、上板9に設けた
透過ガス取出しノズル11より回収される。
FIG. 1 is an exploded explanatory diagram of one example of the laminated flat membrane module of the present invention. In this module, a supply gas chamber frame 1, a gas selectively permeable membrane 2, a permeable gas chamber frame 3, a gas selectively permeable membrane 2, and a supplied gas chamber frame 1 are laminated between an upper plate 9 and a lower plate 10, and the entire structure is tightened. A large number of units consisting of a supply gas chamber frame, a gas selective permeation membrane, and a permeation gas chamber frame are stacked and used depending on the amount of gas to be processed. In the figure, solid lines indicate the flow of supply gas, and dotted lines indicate the flow of permeate gas. The supply gas chamber frame 1 is provided with a supply gas inlet 4 that communicates with the outside of the frame at one end of the frame, and a supply gas outlet 5 that similarly communicates with the outside of the frame at the other end, so that the supply gas flows in the direction of the solid arrow. do it like this. The supply gas inlets 4 and 5 may be made separately from the frame and fixed as shown in the figure, or openings may be made in the frame. In addition, it is preferable to have the supply gas flowing in from both sides and flowing out from both sides as shown in the figure in order to prevent the formation of dead spaces in the corners, but it is also possible to have one inlet and one outlet. The supply gas chamber frame 1 is provided with a notch 7 at a peripheral edge different from the supply gas inlets 4 and 5 to form a flow path for permeated gas. Notches 7 are also provided in the gas selective permeation membrane 2 and the permeation gas chamber frame 3 at the same locations.
As the gas selective permeation membrane, for example, a silicon membrane, a polysulfon-silicon membrane, a polyimide membrane, a cellulose acetate membrane, etc. can be used depending on the purpose. The permeable gas chamber frame 3 is provided with a permeable gas outlet 6 that accommodates a spacer 8 such as a net in the frame and communicates the notch 7 with the inside of the frame. In the figure, the permeated gas outlet 6 is provided only on the left side, but it can be similarly provided on the right side and the permeated gas can be recovered from both sides. In the figure, the flow of the supply gas and the flow of the permeate gas are in countercurrent flow through the membrane, but it is also possible to provide the permeate gas outlet 6 only on the right side so that the flows are in parallel flow. When the flow of the supply gas and the flow of the permeate gas are made countercurrent, it is possible to prevent a decrease in the partial pressure difference of the easily permeable gas at the membrane boundary. The permeate gas collected in the notch 7 from the permeate gas outlet 6 is recovered from the permeate gas take-off nozzle 11 provided on the upper plate 9 as indicated by the dotted arrow.

第2図は積層平膜モジユール13の斜視図であ
る。枠と膜とは接着シール剤により接着される。
接着シール剤としてはエポキシ、ポリウレタン、
フツ素系の樹脂を使用することができるが、これ
に限定されるものではない。モジユールの側面に
は供給ガス流出入口12が開口されており、この
部分にフイードカバーが当接される。
FIG. 2 is a perspective view of the laminated flat membrane module 13. The frame and membrane are bonded together using an adhesive sealant.
Adhesive sealants include epoxy, polyurethane,
A fluorine-based resin can be used, but is not limited thereto. A supply gas inlet 12 is opened on the side surface of the module, and a feed cover is brought into contact with this portion.

第3図及び第4図はフイードカバーの斜視図で
あり、いずれも、モジユール内を矢印のように3
パスさせる場合に用いるのである。これらのフイ
ードカバーは第2図のモジユールの側面に当接さ
れ、以下に詳述する第6図のように円筒型圧力容
器内に収納されるもので、モジユール側面と圧力
容器の内壁とにより形成される空間に収容可能な
形状とする。
Figures 3 and 4 are perspective views of the feed cover.
This is used to pass the pass. These feed covers are in contact with the side of the module shown in Figure 2, and are housed in a cylindrical pressure vessel as shown in Figure 6, which will be described in detail below, and are formed by the side of the module and the inner wall of the pressure vessel. The shape is such that it can be accommodated in the space provided.

第3図は供給ガス導入用フイードカバー14で
あり、モジユールの供給ガス流出入口に対向する
る開口部を除いて蓋板18で被い、両端を端板1
7で閉じている。該カバー14内は仕切板15で
上下に区画されている。供給ガスは導入管16を
介して上部区画室に導入され、該区画室開口に当
接するモジユールの供給ガス流入口を介して供給
ガス室に流入される。その際、仕切板15の高さ
により、供給ガス室の数が規定され、供給ガス室
の数により第1パス流路の断面積が決まる。下部
区画室は第2パスと第3パスの供給ガス室の流出
入口を被うように開口している。非透過ガス取出
用フイードカバーについては図示していないが、
第3図を上下逆転させた構造を有している。即
ち、上部区画室は第1パスと第2パスの供給ガス
室の流出入口を被うように開口し、下部区画室は
第3パスの供給ガス室の流出口に対して開口して
いる。そして、該下部区画室は非透過ガスをモジ
ユール外に取出すための導出管に接続している。
FIG. 3 shows a feed cover 14 for introducing supply gas, which is covered with a lid plate 18 except for the opening facing the supply gas inlet and outlet of the module, and both ends are covered with an end plate 18.
Closed at 7. The interior of the cover 14 is divided into upper and lower sections by a partition plate 15. Feed gas is introduced into the upper compartment via the inlet pipe 16 and flows into the feed gas chamber via the feed gas inlet of the module which abuts the compartment opening. At this time, the number of supply gas chambers is determined by the height of the partition plate 15, and the cross-sectional area of the first path flow path is determined by the number of supply gas chambers. The lower compartment opens to cover the inlets of the second and third pass supply gas chambers. Although the feed cover for non-permeable gas extraction is not shown,
It has the structure of FIG. 3 upside down. That is, the upper compartment is open to cover the inlets of the supply gas chambers of the first pass and the second pass, and the lower compartment is open to the outlet of the supply gas chamber of the third pass. The lower compartment is connected to an outlet pipe for taking non-permeable gas out of the module.

第4図は、モジユールとモジユールとを連結す
るために用いるフイードカバーである。連結用フ
イードカバー19は両端を端板17で閉じ、両モ
ジユールの供給ガス流出入口に対向するように開
口しており、中央を蓋板18で被つている。フイ
ードカバー19内は3パス用に2つの仕切板15
により3つの区画室を形成し、それぞれのパスの
供給ガス室を連通可能としたものであり、実線の
矢印はフイードカバー19内の供給ガスの流れを
示している。
FIG. 4 shows a feed cover used to connect modules. The connecting feed cover 19 is closed at both ends with end plates 17, opened so as to face the supply gas inlets and outlets of both modules, and is covered at the center with a lid plate 18. Inside the feed cover 19 are two partition plates 15 for 3 passes.
Three compartments are formed, and the supply gas chambers of the respective paths can be communicated with each other, and solid arrows indicate the flow of the supply gas within the feed cover 19.

第5図及び第6図は、円筒型圧力容器内に第2
図のモジユールを2つ挿入し、3パス方式を採用
したガス分離装置の全体図である。第5図は正断
面図、第6図は第5図のA矢視図である。
Figures 5 and 6 show a second
It is an overall view of a gas separation device in which two of the modules shown in the figure are inserted and a three-pass method is adopted. FIG. 5 is a front sectional view, and FIG. 6 is a view taken along arrow A in FIG.

まず、円筒型圧力容器22とモジユール13と
フイードカバー14,19,24の関係を第6図
にみると、円筒型圧力容器22内を有効利用する
ためにはモジユール13の断面を正方形とし、圧
力容器の内壁に僅かの間〓を残して内接する大き
さにすることが好ましく、また、フイードカバー
は圧力容器内壁とモジユール側面で形成される形
状とすることが好ましい。そして、フイードカバ
ー14,19,24はモジユール13の両側面に
固定用金具23で一体的に固定する。
First, looking at the relationship between the cylindrical pressure vessel 22, the module 13, and the feed covers 14, 19, and 24 in FIG. It is preferable that the feed cover is sized so that it is inscribed in the inner wall of the pressure vessel with a slight gap left behind, and the feed cover is preferably shaped to be formed by the inner wall of the pressure vessel and the side surface of the module. The feed covers 14, 19, and 24 are integrally fixed to both sides of the module 13 with fixing fittings 23.

次に、第5図にガスの流れをみると、実線の供
給ガスは円筒型圧力容器22の側壁を貫通する供
給ガス導入管16を経てフイードカバー14の上
部区画室に入り、該区画室の開口に当接するモジ
ユールの供給ガス流入口より複数の供給ガス室に
導入され、第1のパスを形成する。第1パスの供
給ガスは連結用フイードカバー19を経て右方の
モジユール13に導入され、さらに非透過ガス導
入用フイードカバー25の上部区画室で反転して
第2のパスとしてモジユール13の中間の供給ガ
ス室を通り、上記供給ガス導入用フイードカバー
14の下部区画室で再び方向を反転して第3のパ
スとしてモジユール13の下部の供給ガス室を経
て最終的に非透過ガスとして上記非透過ガス導出
用フイードカバー24の下部区画室に集められ、
導出管25より系外に取出される。上記供給ガス
室を通過する間にガス選択透過膜を透過するガス
は点線の矢印のようにモジユールの切り欠き部を
経て透過ガス取出ノズル1に集められ、集合管2
0、採取管21より系外に回収される。
Next, looking at the gas flow in FIG. 5, the supply gas indicated by the solid line enters the upper compartment of the feed cover 14 through the supply gas introduction pipe 16 that penetrates the side wall of the cylindrical pressure vessel 22, and enters the upper compartment of the compartment. The supply gas is introduced into a plurality of supply gas chambers through the supply gas inlet of the module that is in contact with the module, forming a first path. The supply gas of the first pass is introduced into the module 13 on the right side via the connecting feed cover 19, and is further reversed in the upper compartment of the feed cover 25 for introducing non-permeable gas, and is then transferred to the intermediate supply gas of the module 13 as a second pass. The gas passes through the supply gas chamber, reverses its direction again at the lower compartment of the feed cover 14 for introducing the supply gas, passes through the supply gas chamber at the lower part of the module 13 as a third pass, and finally becomes a non-permeable gas for deriving the non-permeate gas. are collected in the lower compartment of the feed cover 24,
It is taken out of the system through the outlet pipe 25. The gas that permeates through the gas selective permeation membrane while passing through the supply gas chamber passes through the cutout of the module as indicated by the dotted arrow, and is collected in the permeate gas take-out nozzle 1, and is collected in the collecting pipe 2.
0, recovered from the system through the collection tube 21.

第7図は1つのモジユール13内を4パスさせ
るときのガスの流れを示した図である。モジユー
ル13の左端に供給ガス導入管16と非透過ガス
導出管25接続するフイードカバー26を当接
し、該フイードカバー26内には仕切板を2枚取
付け、上部区画室は第1パス用、中間区画室は第
2パスから第3パスに供給ガスを反転させるため
に、下部区画室は第4パス用として、非透過ガス
を排出するために用いられる。また、右端のフイ
ードカバー27内には1板の仕切板を取付け、そ
れぞれの区画室は第1パスから第2パス及び第3
パスから第4パスへと供給ガスの流れを反転させ
る役割をしている。
FIG. 7 is a diagram showing the flow of gas when making four passes through one module 13. A feed cover 26 that connects the supply gas inlet pipe 16 and non-permeable gas outlet pipe 25 is in contact with the left end of the module 13, and two partition plates are installed inside the feed cover 26, with an upper compartment for the first pass and an intermediate compartment for the first pass. is used to reverse the feed gas from the second pass to the third pass, and the lower compartment is used for the fourth pass to exhaust non-permeate gas. In addition, one partition plate is installed inside the feed cover 27 at the right end, and each compartment is separated from the first pass to the second pass and the third pass.
It serves to reverse the flow of the supply gas from the pass to the fourth pass.

このように、フイードカバーは供給ガスの導
入、連通、導出及び反転の機能を有するととも
に、フイードカバー内仕切板の数と高さを適宜選
択することにより、モジユール内のパスの数を変
更し、また、供給ガス室の数により、1つのパス
の流路断面積を決めることができる。従つて、そ
れぞれのガス源に対して供給ガス室内の流速を所
定値とすることもフイードカバーの交換により容
易に行うことができる。また、ガス選択透過膜を
介してガスが透過することにより供給ガス室のガ
ス量が減少することに対処するために、後段のパ
スの供給ガス室の数を減少させて、流路断面積を
減少させて流速を一定に保たせることも、仕切板
の高さの調節により簡単に行なうことができる。
In this way, the feed cover has the functions of introducing, communicating, deriving, and reversing the supply gas, and by appropriately selecting the number and height of the partition plates inside the feed cover, the number of paths within the module can be changed. Depending on the number of supply gas chambers, the flow cross-sectional area of one pass can be determined. Therefore, it is possible to easily set the flow velocity in the supply gas chamber to a predetermined value for each gas source by replacing the feed cover. In addition, in order to cope with the reduction in the amount of gas in the supply gas chamber due to gas permeation through the gas selective permeation membrane, we reduced the number of supply gas chambers in the subsequent pass to increase the cross-sectional area of the flow path. Decreasing the flow rate and keeping it constant can be easily done by adjusting the height of the partition plate.

第8図は1つのモジユールを(a)1回でパスさせ
る場合、(b)3回でパスさせる場合、(c)4回でパス
させる場合について、供給ガスの線速度と供給ガ
ス流路断面積の関係を説明するために示した図で
ある。即ち、モジユールの供給ガス室断面積の和
をS(m2)とし、膜面積の和をA(m2)として、一
定流量V(m3/hr)の供給ガスを1パスで流すと
きの供給ガス室内の線速度をv(m/hr)とする
と、(b)の3パス方式においては、1パスの供給ガ
ス室の断面積の和が1/3(m3)となり、供給ガス
V(m3/hr)を流すと供給ガス室のガスの線速度
V′(m/hr)は第1パス方式のv(m/hr)の3
倍となり、高い線速度を確保することができる。
一方、上記3パス方式の場合は膜面積1/3Aのモ
ジユールが3ケ直列に配列したことを相当する。
この様に膜面積Aのモジユール1ケを、複数のモ
ジユールに直列に分割する場合には、各分割モジ
ユール内で供給ガス流量に対する透過ガス流量の
比(ステージ・カツト:Staage Cut)がより小
さくなるため、同じ膜面積でより高い分離性能を
得ることができる。(c)の4パス方式においても、
同様に1パスの供給ガス室の断面積の和は1/4S
(m2)となり線速度v″はvの4倍となる。
Figure 8 shows the linear velocity of the supply gas and the supply gas flow path disconnection when one module is (a) passed once, (b) passed three times, and (c) passed four times. FIG. 3 is a diagram shown to explain the relationship between areas. That is, when the sum of the cross-sectional areas of the supply gas chambers of the module is S (m 2 ), and the sum of the membrane areas is A (m 2 ), when a constant flow rate V (m 3 /hr) of supply gas is flowed in one pass, If the linear velocity in the supply gas chamber is v (m/hr), in the 3-pass method in (b), the sum of the cross-sectional areas of the supply gas chamber in one pass is 1/3 (m 3 ), and the supply gas V (m 3 /hr), the linear velocity of the gas in the supply gas chamber
V'(m/hr) is 3 of v(m/hr) in the first pass method.
double, making it possible to secure a high linear velocity.
On the other hand, in the case of the above three-pass method, this corresponds to three modules each having a membrane area of 1/3A arranged in series.
In this way, when one module with membrane area A is divided into multiple modules in series, the ratio of permeate gas flow rate to supply gas flow rate (stage cut) becomes smaller within each divided module. Therefore, higher separation performance can be obtained with the same membrane area. Also in the 4-pass method (c),
Similarly, the sum of the cross-sectional areas of the supply gas chambers for one pass is 1/4S
(m 2 ), and the linear velocity v'' is four times v.

なお、膜面積を拡大するためには、第5図のよ
うに2以上のモジユールを連結用フイードカバー
を用いて結合すばよい。
In addition, in order to expand the membrane area, two or more modules may be connected using a connecting feed cover as shown in FIG.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の平膜型ガス分離装置を用いて空気分離
を行なつた。積層平膜モジユールは第1図のユユ
ニツトを25層積層し、ポリスルフオン−フツ素系
のガス選択透過膜(旭硝子(株)製)を50枚用いたも
のである。モジユールの外形は縦600mm、横100
mm、高さ100mmである。このようなモジユールを
3つ連結して円筒型圧力容器に収容した。ガス分
離装置全体で膜の有効面積の和は5.1m2であつた。
実験は、フイードカバーを交換して1パス方式、
3パス方式及び5パス方式として行ない、その結
果を比較した。
Air separation was performed using the flat membrane type gas separation device of the present invention. The laminated flat membrane module is made by laminating 25 layers of the unit shown in FIG. 1 and using 50 polysulfon-fluorine gas selective permeation membranes (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). The external dimensions of the module are 600 mm in height and 100 mm in width.
mm, height 100mm. Three such modules were connected and housed in a cylindrical pressure vessel. The total effective area of the membranes in the entire gas separation device was 5.1 m 2 .
The experiment was conducted in one pass by replacing the feed cover.
A 3-pass method and a 5-pass method were used, and the results were compared.

それぞれの方式について、供給空気を圧力7
Kg/m2G、流量7Nm2/Hr流したところ、イナー
トガス窒素濃度は1パス方式では95.2vol%であ
つたのに対して、3パス方式では97.6vol%、5
パス方式では98.1%とそれぞれ向上した。
For each method, the supply air is reduced to a pressure of 7
Kg/m 2 G, flow rate 7 Nm 2 /Hr, the inert gas nitrogen concentration was 95.2 vol% in the 1-pass method, while it was 97.6 vol% in the 3-pass method, 5
The pass method improved to 98.1%.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は、積層平膜モジユールに対して以下の
フイードカバーを適宜選択して当接する構造と
し、かつ、加圧雰囲気ガスを満した円筒型圧力容
器に収容することにより、次の効果を奏する。即
ち、 (1) フイードカバーの仕切板の数とその高さを選
択することにより、1つのモジユールを複数の
パスとして利用し、かつ1回のパスの供給ガス
室の数を適宜選定し、即ち、供給ガス室のガス
流の線速度を調節可能とし、種々のガス源に対
して所定の高い線速度を確保できるようになつ
た。
The present invention achieves the following effects by having a structure in which the following feed covers are appropriately selected and brought into contact with the laminated flat membrane module, and by housing the feed cover in a cylindrical pressure vessel filled with pressurized atmospheric gas. That is, (1) By selecting the number and height of the partition plates of the feed cover, one module can be used for multiple passes, and the number of supply gas chambers for one pass can be appropriately selected, that is, It has become possible to adjust the linear velocity of the gas flow in the supply gas chamber, and to ensure a predetermined high linear velocity for various gas sources.

(2) また、後段のパスの供給ガス室の数を減らし
て、全てのパスのガス流について高い線速度を
確保できるようにした。
(2) In addition, the number of supply gas chambers in the subsequent passes was reduced to ensure a high linear velocity for the gas flow in all passes.

(3) 連結用フイードカバーで複数のモジユールを
連結し、所定の膜面積を確保するることができ
るようにした。
(3) Multiple modules can be connected using a connecting feed cover to secure a predetermined membrane area.

(4) モジユールを加圧雰囲気ガス内に収容するこ
とによりモジユールのシールを容易とし、高圧
ガスの処理にも容易に使用可能となつた。
(4) By housing the module in a pressurized atmospheric gas, the module can be easily sealed and can be easily used to process high-pressure gas.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第8図は本発明の平膜型ガス分離装置
の説明図であり、第1図は積層平膜モジユールの
1つのユニツトについての分解図、第2図は該モ
ジユールの斜視図、第3図は供給ガス導入用フイ
ードカバーの斜視図、第4図は連結用フイードカ
バーの斜視図、第5図は円筒型圧力容器に該モジ
ユールを2つ収容した3パス方式の平膜型ガス分
離装置の正断面図、第6図は第5図のA矢視図、
第7図は4パス方式のガスの流れを示した説明
図、第8図は1パス方式、3パス方式及び4パス
方式を対比した説明図である。第9図及び第10
図は従来の平膜型ガス分離装置の説明図であり、
第9図は積層平膜モジユールの1つのユニツトに
ついての分解図、第10図はガス分離装置の使用
状況を説明するための図である。 1……供給ガス室枠、19……連結用フイード
カバー、2……ガス選択透過膜、20……透過ガ
ス集合導管、3……透過ガス室枠、21……透過
ガス採取管、4……供給ガス流入口、22……円
筒型圧力容器、5……非透過ガス流出口、23…
…フイードカバー取付固定用金具、6……透過ガ
ス流出口、24……非透過ガス導出用フイードカ
バー、7……切り欠き部、25……非透過ガス導
出管、8……スペーサーネツト、26……ガス導
出入用フイードカバー、9……上板、27……端
部用フイードカバー、10……下板、28……気
体供給ボツクス、11……透過ガス取出しノズ
ル、29……フアン、12……供給ガス流出入
口、30……真空ポンプ、13……積層平膜モジ
ユール、14……供給ガス導入用フイードカバ
ー、15……仕切板、16……供給ガス導入管、
17……端板、18……蓋板。
1 to 8 are explanatory diagrams of the flat membrane type gas separation apparatus of the present invention, in which FIG. 1 is an exploded view of one unit of a laminated flat membrane module, FIG. 2 is a perspective view of the module, Fig. 3 is a perspective view of a feed cover for supply gas introduction, Fig. 4 is a perspective view of a connecting feed cover, and Fig. 5 is a three-pass type flat membrane gas separation device in which two modules are housed in a cylindrical pressure vessel. A front sectional view of FIG. 6 is a view taken in the direction of arrow A in FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the flow of gas in the four-pass method, and FIG. 8 is an explanatory diagram comparing the one-pass method, the three-pass method, and the four-pass method. Figures 9 and 10
The figure is an explanatory diagram of a conventional flat membrane gas separation device.
FIG. 9 is an exploded view of one unit of the laminated flat membrane module, and FIG. 10 is a diagram for explaining the usage status of the gas separation device. 1... Supply gas chamber frame, 19... Connection feed cover, 2... Gas selective permeation membrane, 20... Permeated gas collection conduit, 3... Permeated gas chamber frame, 21... Permeated gas sampling pipe, 4... Supply gas inlet, 22... Cylindrical pressure vessel, 5... Non-permeable gas outlet, 23...
...Feed cover mounting fixture, 6...Permeate gas outlet, 24...Feed cover for non-permeable gas outlet, 7...Notch, 25...Non-permeate gas outlet pipe, 8...Spacer net, 26... Feed cover for gas introduction/input, 9... Upper plate, 27... End feed cover, 10... Lower plate, 28... Gas supply box, 11... Permeated gas extraction nozzle, 29... Fan, 12... Supply Gas inlet/outlet, 30... Vacuum pump, 13... Laminated flat membrane module, 14... Feed cover for supply gas introduction, 15... Partition plate, 16... Supply gas introduction pipe,
17... End plate, 18... Lid plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 枠内に透過ガススペーサを収容し、該枠の周
縁部に透過ガス取出し用の切り欠き部を有し、該
枠内から切り欠き部に連通する透過ガス流出口を
有する透過ガス室枠と;ガス選択透過膜と;枠の
外側に連通する供給ガス流出入口を枠内の両端部
の位置に有し、該枠の周縁部に切り欠き部を有す
る供給ガス室枠とを包含し;供給ガス室枠と透過
ガス室枠との間にガス選択透過膜を配置するよう
に多数積層し、これを上板と下板により締付ける
ことによりモジユールを形成し;上記の枠の切り
欠き部は該モジユールにおいて透過ガス取出し流
路を形成して上記上板に設けた透過ガス取出しノ
ズルに連通させてなる積層平膜モジユールを使用
する平膜型ガス分離装置において;円筒型圧力容
器内に上記積層平膜モジユールを収容し加圧雰囲
気ガスを満し、該モジユール側面の供給ガス流出
入口をフイードカバーで被い、両端のフイードカ
バー内を異なる高さの仕切板で2つ以上に区画し
て該モジユール内供給ガス流を直列の複数のパス
に分け;該パスの両端に位置するフイードカバー
の区画を圧力容器外に伸びる供給ガス導入管及び
導出管に接続し、かつ、上記透過ガス取出しノズ
ルを圧力容器外に伸びる透過ガス採取管に接続し
たことを特徴とする平膜型ガス分離装置。 2 円筒型圧力容器内に複数の積層平膜モジユー
ルを直線上に収容し、隣接するモジユールの最寄
りの供給ガス流出入口を1つのフイードカバーで
被い、該フイードカバーにはそれぞれのパスに対
応した仕切板を設け、複数の透過ガス取出しノズ
ルを集合導管で連通して透過ガス採取管に接続し
たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
平膜型ガス分離装置。 3 積層平膜モジユール内の各パスの供給ガス流
路断面積を透過ガス量に対応させて減少するよう
にフイードカバーの仕切板の高さを調節すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記
載の平膜型ガス分離装置。
[Claims] 1. A permeated gas spacer is housed in a frame, a notch for taking out the permeated gas is provided at the peripheral edge of the frame, and a permeated gas outlet is provided that communicates with the notch from within the frame. a permeable gas chamber frame having; a gas selective permeable membrane; a supply gas chamber frame having supply gas inlets and outlets communicating with the outside of the frame at both ends of the frame, and having a notch at the periphery of the frame; a module is formed by laminating a large number of gas selective permeation membranes arranged between the supply gas chamber frame and the permeation gas chamber frame, and tightening them with an upper plate and a lower plate; In a flat membrane type gas separation device using a laminated flat membrane module in which a permeate gas take-off flow path is formed in the module and communicated with a permeate gas take-off nozzle provided on the upper plate; The laminated flat membrane module is housed in a container filled with pressurized atmospheric gas, the supply gas inlet and outlet on the side of the module is covered with a feed cover, and the interior of the feed cover at both ends is divided into two or more sections with partition plates of different heights. to divide the feed gas flow within the module into a plurality of serial passes; sections of the feed cover located at both ends of the passes are connected to feed gas inlet pipes and outlet pipes extending outside the pressure vessel; A flat membrane gas separation device characterized by a nozzle connected to a permeate gas sampling pipe extending outside the pressure vessel. 2 A plurality of laminated flat membrane modules are housed in a straight line in a cylindrical pressure vessel, and the nearest supply gas inlet and outlet of adjacent modules are covered with one feed cover, and the feed cover is equipped with a partition plate corresponding to each path. 2. The flat membrane type gas separation device according to claim 1, wherein a plurality of permeate gas take-off nozzles are connected to the permeate gas collection pipe by communicating with each other through a collection conduit. 3. Claim 1, characterized in that the height of the partition plate of the feed cover is adjusted so that the cross-sectional area of the supply gas flow path of each pass in the laminated flat membrane module is reduced in accordance with the amount of permeated gas. Or the flat membrane gas separation device according to item 2.
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