JP6464810B2 - Separation membrane module - Google Patents

Description

本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる分離膜モジュールに関する。   The present invention relates to a separation membrane module used for separating a part of components from a fluid such as a solution or a mixed gas.

溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている（特許文献１，２）。   A separation membrane module is known as an apparatus for separating components in a solution or mixed gas. The tubular separation membrane used in this separation membrane module has a tubular porous ceramic support and a porous separation membrane made of zeolite or the like provided on the outer peripheral surface of the support. In order to separate a specific component from a fluid such as a solution or a mixed gas, the fluid of the solution is brought into contact with one (outer surface) of the separation membrane element, and the other (inner surface) is depressurized to thereby remove the specific component. A method of vaporizing and separating, a method of vaporizing a solution and bringing it into contact with a separation membrane in a gaseous state, and depressurizing a non-contact surface side to separate a specific component, and bringing a pressurized mixed gas into contact with the separation membrane Methods for separating specific components are known (Patent Documents 1 and 2).

特開２０１３−３９５４６号公報JP 2013-39546 A 特開２００９−３９６５４号公報JP 2009-39654 A

しかしながら、このような分離膜モジュールでは、ゼオライト分離膜が流体の流れにより振動し、異音が生じたり、シール部が劣化し易くなったりするおそれがあった。   However, in such a separation membrane module, the zeolite separation membrane may vibrate due to the flow of the fluid, which may cause abnormal noise and the seal portion may be easily deteriorated.

本発明は、管状分離膜の振動が防止される分離膜モジュールを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a separation membrane module in which vibration of a tubular separation membrane is prevented.

本発明の分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置された管状分離膜とを有し、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールにおいて、該管状分離膜の振動を吸収する振動吸収材が設けられたことを特徴とするものである。   The separation membrane module of the present invention has a tubular housing and a tubular separation membrane disposed in the housing, and a fluid to be treated flows in the housing from one end side to the other end side, In the separation membrane module in which the permeated fluid is taken out through the tubular separation membrane, a vibration absorbing material that absorbs vibration of the tubular separation membrane is provided.

本発明の一態様では、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、該管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、該エンドプラグと接触するように前記振動吸収材が設けられている。   In one aspect of the present invention, an end tube is connected to one end of the tubular separation membrane, and the end tube is supported by a support plate installed so as to cross the housing. An end plug is connected to the end, and the vibration absorbing material is provided so as to come into contact with the end plug.

この場合、前記エンドプラグと対峙して押え板が設けられており、該押え板に設けられた開口に該エンドプラグ又はそれから突設されたロッドが挿通されており、該押え板を挟んで管状分離膜と反対側に振動吸収材が設けられており、該振動吸収材に該エンドプラグ又はロッドが接していることが好ましい。   In this case, a presser plate is provided so as to face the end plug, and the end plug or a rod projecting from the end plug is inserted into an opening provided in the presser plate, and the tube is sandwiched between the presser plates. It is preferable that a vibration absorbing material is provided on the side opposite to the separation membrane, and the end plug or rod is in contact with the vibration absorbing material.

また、前記押え板は、管状分離膜の上方に配置されており、前記振動吸収材は、該押え板の上側に敷設された振動吸収シートであることが好ましい。   Further, it is preferable that the pressing plate is disposed above the tubular separation membrane, and the vibration absorbing material is a vibration absorbing sheet laid on the upper side of the pressing plate.

本発明の分離膜モジュールにあっては、管状分離膜の振動を吸収するための振動吸収部材を設けているので、管状分離膜の振動が防止（抑制を含む）され、異音が防止されると共に、シール部分や支持体、さらには管状分離膜の耐久性も良好となる。   In the separation membrane module of the present invention, since the vibration absorbing member for absorbing vibration of the tubular separation membrane is provided, vibration of the tubular separation membrane is prevented (including suppression), and abnormal noise is prevented. At the same time, the durability of the seal portion, the support, and the tubular separation membrane is improved.

実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the housing axial center line direction of the separation membrane module which concerns on embodiment. 図１の上部の拡大図である。It is an enlarged view of the upper part of FIG. 図１のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図１のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. エンド管及び支持板の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of an end pipe and a support plate. 別の実施の形態に係る分離膜モジュールの一部拡大図である。It is a partial enlarged view of the separation membrane module which concerns on another embodiment. 別の実施の形態に係る分離膜モジュールの一部拡大図である。It is a partial enlarged view of the separation membrane module which concerns on another embodiment. 実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the housing axial center line direction of the separation membrane module which concerns on embodiment.

図１〜５、８を参照して、本発明の一実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。   A separation membrane module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この分離膜モジュール１は、円筒状ハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂと、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）７、第２のバッフル（整流板）８及び押え板２５等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。   The separation membrane module 1 includes a cylindrical housing 2, a plurality of tubular separation membranes 3 arranged in a direction parallel to the axial center line of the housing 2, a support plate 5 provided at a lower portion in the housing 2, and a housing 2. Bottom cover 6A attached to the lower end and top cover 6B attached to the upper end, a first baffle (rectifier plate) 7 disposed in the lower and upper portions of the housing 2 in parallel with the support plate 5, and a second Baffle (rectifier plate) 8, presser plate 25 and the like. The first baffle 7 is disposed on the upper side of the support plate 5.

この実施の形態では、ハウジング２の下端及び上端側とボトムカバー６Ａ及びトップカバー６Ｂの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，２ｂ，６ｂ，６ｃが設けられ、ボルト（図示略）によってこれらが固定されている。支持板５の周縁部は、フランジ２ａ，６ｂ間にガスケット（図示略）を介して挟持されている。   In this embodiment, outward flanges 2a, 2b, 6b, 6c are provided on the lower and upper ends of the housing 2 and the outer peripheral edges of the bottom cover 6A and the top cover 6B, respectively, and these are fixed by bolts (not shown). Has been. The peripheral edge of the support plate 5 is sandwiched between the flanges 2a and 6b via a gasket (not shown).

この実施の形態に限らず、分離膜モジュール１は筒軸心方向を逆にしたボトムカバー６Ａが上側に配置される使用方法であっても、ボトムカバー６Ａ、トップカバー６Ｂを結ぶ方向が略水平方向となるように、分離膜モジュール１を横置きに設置して使用しても差し支えない。   The separation membrane module 1 is not limited to this embodiment, and the direction in which the bottom cover 6A and the top cover 6B are connected to the separation membrane module 1 is substantially horizontal even when the bottom cover 6A with the cylinder axis direction reversed is disposed on the upper side. The separation membrane module 1 may be installed and used in a horizontal orientation so as to be in the direction.

この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結されている。管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。図８に示すように、２本の管状分離膜３がジョイント管１７によって連結されて管状分離膜連結体とされているものであってもよい。図１〜４、８では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は1本のみであってもよいし、図５のように多数本（２〜３０００本）設けられている多管式分離膜モジュールであってもよい。   In this embodiment, the end tube 4 is connected to the lower end of the tubular separation membrane 3. An end plug 20 is connected to the upper end of the tubular separation membrane 3. As shown in FIG. 8, two tubular separation membranes 3 may be connected by a joint pipe 17 to form a tubular separation membrane coupled body. 1 to 4 and 8, only seven tubular separation membranes are shown. Actually, however, only one tubular separation membrane may be used, and many (2-3000) are provided as shown in FIG. It may be a tubular separation membrane module.

なお、図１の通り、管状分離膜３は、ジョイント管１７によって連結されず、一本物とされてもよい。この場合、管状分離膜３の上端と下端にエンドプラグ２０、エンド管４が連結される。図１の場合においても、管状分離膜３は１本のみ設けられてもよい。   As shown in FIG. 1, the tubular separation membrane 3 may not be connected by the joint pipe 17 but may be a single object. In this case, the end plug 20 and the end tube 4 are connected to the upper end and the lower end of the tubular separation membrane 3. Also in the case of FIG. 1, only one tubular separation membrane 3 may be provided.

ハウジング２の下部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ、上部の外周面に被処理流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、支持板５と第１のバッフル７との間の室１１に臨むように設けられている。流出口１０は、第２のバッフル８の上側の室１２に臨むように設けられている。バッフル７，８間は膜分離を行うための主室１３となっている。   A fluid inlet 9 is provided on the lower outer peripheral surface of the housing 2, and a fluid outlet 10 is provided on the upper outer peripheral surface. The inflow port 9 is provided so as to face the chamber 11 between the support plate 5 and the first baffle 7. The outlet 10 is provided so as to face the upper chamber 12 of the second baffle 8. Between the baffles 7 and 8 is a main chamber 13 for performing membrane separation.

底部の支持板５から複数のロッド１４が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８及び押え板２５が支持されている。ロッド１４の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８及び押え板２５はロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ（図２，５）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。鞘管１４Ｃはバッフル８と押え板２５との間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設されている。押え板２５は、バッフル８の上方に配置されており、鞘管１４Ｃの上端面に載置され、ロッド１４の上端に螺着されたナット１４ｎによって固定されている。   A plurality of rods 14 are erected from the support plate 5 at the bottom, and the baffles 7 and 8 and the presser plate 25 are supported by the rods 14. A male screw is engraved at the lower end of the rod 14 and is screwed into the female screw hole of the support plate 5. The baffles 7 and 8 and the presser plate 25 are supported at a predetermined height by sheath tubes 14A, 14B and 14C (FIGS. 2 and 5) which are externally fitted to the rod 14. The sheath tube 14 </ b> A is disposed between the support plate 5 and the baffle 7. The sheath tube 14 </ b> B is disposed between the baffles 7 and 8. The sheath tube 14 </ b> C is disposed between the baffle 8 and the presser plate 25. The baffle 8 is placed on the upper end surface of the sheath tube 14B. The presser plate 25 is disposed above the baffle 8, is placed on the upper end surface of the sheath tube 14 </ b> C, and is fixed by a nut 14 n screwed to the upper end of the rod 14.

バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキン、Ｃリングなどのシール部材が介在されてもよい。   Seal members such as O-rings, V-packings, and C-rings may be interposed between the outer peripheral surfaces of the baffles 7 and 8 and the inner peripheral surface of the housing 2.

各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。バッフルの数はこの実施の形態によらず、３以上のバッフルを使用してもよい。   Each baffle 7, 8 is provided with circular insertion holes 7 a, 8 a for inserting the tubular separation membrane 3, and a connection body of the tubular separation membrane 3, the end tube 4 and the end plug 20 is provided in each insertion hole 7 a. , 8a. The diameters of the insertion holes 7a and 8a are larger than the diameters (outer diameters) of the tubular separation membrane 3, the end tube 4 and the end plug 20, and the inner peripheral surfaces of the insertion holes 7a and 8a, and the end tube 4 and the end plug 20 There is a gap between the outer peripheral surface and the entire circumference. Three or more baffles may be used regardless of the number of baffles.

支持板５の上面側には、管状分離膜３に連結されたエンド管４の下端が差し込まれた差込穴５ａが設けられている。差込穴５ａは、円柱形であり、支持板５の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴５ａの穴底は、小孔５ｂと大孔５ｃとを介して支持板５の下側に連通している。エンド管４と差込穴５ａとの間はＯリングによってシールされている。   An insertion hole 5 a into which the lower end of the end tube 4 connected to the tubular separation membrane 3 is inserted is provided on the upper surface side of the support plate 5. The insertion hole 5a has a cylindrical shape and extends from the upper surface of the support plate 5 to the middle in the thickness direction. The bottom of the insertion hole 5a communicates with the lower side of the support plate 5 through a small hole 5b and a large hole 5c. The end pipe 4 and the insertion hole 5a are sealed with an O-ring.

各エンド管４の管孔４ａは、小孔５ｂ及び大孔５ｃを介して、ボトムカバー６Ａと支持板５との間の流出室１６に連通している。ボトムカバー６Ａには、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。   The tube hole 4a of each end tube 4 communicates with the outflow chamber 16 between the bottom cover 6A and the support plate 5 via the small hole 5b and the large hole 5c. The bottom cover 6A is provided with an outlet 6a for the separated permeated fluid.

図５の通り、エンド管４の上端部は小径部４ｇとなっており、管状分離膜３の下部に差し込まれている。管状分離膜３とエンド管４との間はＯリングによってシールされている。   As shown in FIG. 5, the upper end portion of the end tube 4 has a small diameter portion 4 g and is inserted into the lower portion of the tubular separation membrane 3. The tubular separation membrane 3 and the end tube 4 are sealed with an O-ring.

図１，２の通り、上側の管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部２１が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリング３４，３５によってシールされている。このエンドプラグ２０と管状分離膜３とのシール構造は、前記エンド管４の小径部４ｇと管状分離膜３とのシール構造と同様のものとなっている。また、エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, an end plug 20 is connected to the upper end of the upper tubular separation membrane 3. The end plug 20 is cylindrical and seals the upper end of the tubular separation membrane 3. A small diameter portion 21 inserted into the tubular separation membrane 3 is provided at the lower end of the end plug 20. The end plug 20 and the tubular separation membrane 3 are sealed with O-rings 34 and 35. The sealing structure between the end plug 20 and the tubular separation membrane 3 is the same as the sealing structure between the small diameter portion 4 g of the end tube 4 and the tubular separation membrane 3. Further, the end plug 20 and the tubular separation membrane 3 may be sealed by using a heat shrinkable tube without using an O-ring, or a heat shrinkable tube may be further used after using an O-ring.

エンドプラグ２０の上端面の中央から上方にロッド２２が立設されている。エンドプラグ２０の上方に配置された押え板２５には、このロッド２２が挿入された開口２５ａが設けられている。ロッド２２の直径は開口２５ａの口径よりも小さく、ロッド２２と開口２５ａの内周面との間には隙間があいている。   A rod 22 is erected upward from the center of the upper end surface of the end plug 20. The presser plate 25 disposed above the end plug 20 is provided with an opening 25a into which the rod 22 is inserted. The diameter of the rod 22 is smaller than the diameter of the opening 25a, and there is a gap between the rod 22 and the inner peripheral surface of the opening 25a.

なお、押え板２５の周縁部には、押え板２５の下側の室１２と、上側の室１２ａとを連通するための切欠部２５ｂが設けられている。   In addition, a notch 25b for communicating the lower chamber 12 of the presser plate 25 and the upper chamber 12a is provided at the peripheral edge of the presser plate 25.

ロッド２２は、押え板２５の上方に若干突出している。押え板２５の上面に軟質材よりなる振動吸収シート２８が被せられており、ロッド２２の上端部が該振動吸収シート２８に接している。振動吸収シート２８としては、ゲルシート、ゴムシート、スポンジシートなど粘弾性を有した材料よりなるシートが用いられる。   The rod 22 slightly protrudes above the presser plate 25. A vibration absorbing sheet 28 made of a soft material is covered on the upper surface of the holding plate 25, and the upper end portion of the rod 22 is in contact with the vibration absorbing sheet 28. As the vibration absorbing sheet 28, a sheet made of a material having viscoelasticity such as a gel sheet, a rubber sheet, or a sponge sheet is used.

このロッド２２を取り巻くように、エンドプラグ２０の上端面と押え板２５の下面との間に圧縮コイルばね２６が介在されている。このばね２６により、エンドプラグ２０が下方に付勢されている。このため、何らかの原因で管状分離膜３の内圧が上昇し、エンドプラグ２０が管状分離膜３から抜け出す方向の力が加えられても、エンドプラグ２０の抜け出しが防止される。同様に、上側の管状分離膜３がジョイント管１７から抜け出したり、ジョイント管１７が下側の管状分離膜３から抜け出したりすることも防止される。   A compression coil spring 26 is interposed between the upper end surface of the end plug 20 and the lower surface of the presser plate 25 so as to surround the rod 22. The end plug 20 is urged downward by the spring 26. For this reason, even if the internal pressure of the tubular separation membrane 3 rises for some reason and a force is applied in the direction in which the end plug 20 comes out of the tubular separation membrane 3, the end plug 20 is prevented from coming out. Similarly, it is possible to prevent the upper tubular separation membrane 3 from coming out of the joint pipe 17 and the joint pipe 17 from coming out of the lower tubular separation membrane 3.

なお、管状分離膜３が熱膨張又は熱収縮したときには、ばね２６がそれに追随して縮んだり伸長したりする。   When the tubular separation membrane 3 is thermally expanded or contracted, the spring 26 is contracted or expanded following the expansion.

前述の通り、図８に示す実施の形態では複数本、例えば２本の管状分離膜３がジョイント管１７を介して連結されている。このジョイント管１７は、管軸方向に貫通する貫通孔を有する。ジョイント管１７の両端側（上端側と下端側）は、管状分離膜３内に差し込まれる小径部となっている。小径部の外周面には溝が周回して設けられ、Ｏリング（図示略）が装着されている。ジョイント管１７と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリングを使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。   As described above, in the embodiment shown in FIG. 8, a plurality of, for example, two tubular separation membranes 3 are connected via the joint pipe 17. The joint pipe 17 has a through hole penetrating in the pipe axis direction. Both end sides (upper end side and lower end side) of the joint pipe 17 are small-diameter portions that are inserted into the tubular separation membrane 3. A groove is provided around the outer peripheral surface of the small-diameter portion, and an O-ring (not shown) is attached. The joint tube 17 and the tubular separation membrane 3 may be sealed by using a heat-shrinkable tube without using an O-ring, or a heat-shrinkable tube may be further used after using an O-ring.

また、ジョイント管１７の両端側の小径部同士の間は大径部となっており、小径部と大径部との境界部は段差面となっている。この段差面と管状分離膜３の端面との間にもＯリング（図示略）が介在されている。   Moreover, between the small diameter parts of the both ends of the joint pipe 17, it is a large diameter part, and the boundary part of a small diameter part and a large diameter part is a level | step difference surface. An O-ring (not shown) is also interposed between the step surface and the end surface of the tubular separation membrane 3.

この分離膜モジュール１を組み立てるには、例えば、支持板５に設けた差込穴５ａに、エンド管４、管状分離膜３及びエンドプラグ２０を、この順に差し込んで支持板５に立設する。差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。   In order to assemble the separation membrane module 1, for example, the end tube 4, the tubular separation membrane 3, and the end plug 20 are inserted in this order into insertion holes 5 a provided in the support plate 5, and are erected on the support plate 5. The end tube 4 and the support plate 5 can be easily connected in an airtight or liquid-tight manner simply by inserting the lower end portion of the end tube 4 into the insertion hole 5a. Moreover, since the insertion hole 5a is cylindrical, the operation | work which drills the insertion hole 5a in the support plate 5 is easy, and manufacture of the support plate 5 is also easy. Therefore, it is possible to shorten the manufacturing period of the separation membrane module and reduce the manufacturing cost.

管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５上に立設した後、ばね２６を介して押え板２５を被せ、ナット１４ｎを締め込む。その後、振動吸収シート２８を押え板２５上に被せ、トップカバー６Ｂを取り付ける。   After the coupling body of the tubular separation membrane 3, the end pipe 4 and the end plug 20 is erected on the support plate 5, the presser plate 25 is placed over the spring 26 and the nut 14 n is tightened. Thereafter, the vibration absorbing sheet 28 is placed on the pressing plate 25, and the top cover 6B is attached.

このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。   In the separation membrane module 1 configured as described above, the fluid to be treated is introduced into the chamber 11 of the housing 2 from the inlet 9, and between the inner peripheral surface of the insertion hole 7 a of the baffle 7 and the outer peripheral surface of the end tube 4. Flows into the main chamber 13 through the gap, and flows out into the chamber 12 through the gap between the insertion hole 8 a of the baffle 8 and the end plug 20 after passing through the main chamber 13. While flowing through the main chamber 13, some components of the fluid to be treated permeate the tubular separation membrane 3 and are taken out from the tubular separation membrane 3 through the outflow chamber 16 and the outlet 6a. The fluid that has not permeated flows out of the separation membrane module 1 from the outlet 10.

この実施の形態では、振動吸収シート２８を設けているので、管状分離膜３の振動が防止され、異音の発生やシール部、支持体及び管状分離膜の早期劣化が防止される。この実施の形態では、管状分離膜３の両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、仮に管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。   In this embodiment, since the vibration absorbing sheet 28 is provided, vibration of the tubular separation membrane 3 is prevented, and generation of abnormal noise and early deterioration of the seal portion, the support and the tubular separation membrane are prevented. In this embodiment, the end tube 4 and the end plug 20 connected to both ends of the tubular separation membrane 3 are inserted into the insertion holes 7a and 8a of the baffles 7 and 8, respectively. Therefore, even if the tubular separation membrane 3 vibrates or swings and the end tube 4 and the end plug 20 come into contact with the inner peripheral surfaces of the insertion holes 7a and 8a, the zeolite membrane is not damaged and stable over a long period of time. You can drive.

この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置し、ばね２６で下方に付勢しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、エンド管４及びジョイント管１７に対し、各々同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。そのため、これら同士の間のシール性が高いと共に、前述の通り、管状分離膜３の内圧が上昇した場合にエンドプラグ２０や管状分離膜３、ジョイント管１７が抜け出すことが防止される。   In this embodiment, since the end plug 20 is disposed on the upper end side of the tubular separation membrane 3 and is biased downward by the spring 26, the tubular separation membrane 3, the end plug 20, the end tube 4 and the joint tube 17 are attached. On the other hand, a load is applied in the direction in which the members are pressed against each other. Therefore, the sealing property between them is high, and as described above, the end plug 20, the tubular separation membrane 3, and the joint pipe 17 are prevented from coming out when the internal pressure of the tubular separation membrane 3 increases.

なお、主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。   The flow in the main chamber 13 and the flow in the tubular separation membrane 3 may be cocurrent or counterflow, and the inlet 9 and the outlet 10 for the fluid to be processed may be interchanged. Absent.

この実施の形態では、管状分離膜３を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。   In this embodiment, a large number of tubular separation membranes 3 are arranged in parallel and the membrane area is large, so that membrane separation is performed efficiently.

上記実施の形態では、Ｏリングによって管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０同士の間をシールしているが、熱収縮チューブによってこれらを連結してシールしてもよい。   In the above embodiment, the tubular separation membrane 3, the end tube 4 and the end plug 20 are sealed with an O-ring, but these may be connected and sealed with a heat shrinkable tube.

上記実施の形態では、ばね２６を用いているが、エンドプラグ２０の上端面と押え板２５との間隔を小さくした場合には、ばね２６を省略してもよい。この場合、管状分離膜３の内圧が高くなってエンドプラグ２０が上方に移動したときに、エンドプラグ２０の上端面が押え板２５に当たり、エンドプラグ２０が抜け出すことが防止される。   In the above-described embodiment, the spring 26 is used. However, when the interval between the upper end surface of the end plug 20 and the presser plate 25 is reduced, the spring 26 may be omitted. In this case, when the internal pressure of the tubular separation membrane 3 increases and the end plug 20 moves upward, the upper end surface of the end plug 20 hits the presser plate 25 and the end plug 20 is prevented from coming out.

上記実施の形態では、ばね２６はエンドプラグ２０を押圧するものとしているが、エンドプラグ２０とエンド管４とを引き付けるためのばねを管状分離膜３内に設けてもよい。   In the above embodiment, the spring 26 presses the end plug 20, but a spring for attracting the end plug 20 and the end tube 4 may be provided in the tubular separation membrane 3.

なお、本発明の分離膜モジュール１にあっては、流出口１０から被処理流体を導入し、流入口９から非透過流体を流出させる使用も可能である。   In the separation membrane module 1 of the present invention, it is also possible to use the fluid to be treated introduced from the outlet 10 and the non-permeated fluid to flow out from the inlet 9.

上記実施の形態では、振動吸収材として振動吸収シート２８を用いているが、その他の振動吸収材を用いることもできる。その一例を図６に示す。   In the above embodiment, the vibration absorbing sheet 28 is used as the vibration absorbing material, but other vibration absorbing materials can also be used. An example is shown in FIG.

図６では、振動吸収シート２８が省略され、その代りに押え板２５の上側にゲル、ゴム、スポンジ等の粘弾性材料よりなるボール（球状体）状振動吸収体４０が敷き詰められ、ロッド２２の上端部が振動吸収体４０によって取り囲まれ、振動吸収体４０に接している。なお、押え板２５には切欠部２５ｂは設けられていないが、切欠部２５ｂが設けられてもよい。図６のその他の構成は図２と同一であり、同一符号は同一部分を示している。この実施の形態によっても管状分離膜３の振動が振動吸収体４０によって吸収される。   In FIG. 6, the vibration absorbing sheet 28 is omitted, and instead, a ball (spherical) vibration absorbing body 40 made of a viscoelastic material such as gel, rubber, or sponge is spread on the upper side of the holding plate 25, and the rod 22 The upper end portion is surrounded by the vibration absorber 40 and is in contact with the vibration absorber 40. In addition, although the notch part 25b is not provided in the pressing plate 25, the notch part 25b may be provided. Other configurations in FIG. 6 are the same as those in FIG. 2, and the same reference numerals denote the same parts. Also in this embodiment, the vibration of the tubular separation membrane 3 is absorbed by the vibration absorber 40.

上記実施の形態では、管状分離膜３を支持板５上に立設する構造をしているが、支持板を分離膜モジュールの上部に配置し、管状分離膜を支持板に吊支する構造としてもよい。その一例を図７に示す。   In the above embodiment, the tubular separation membrane 3 is erected on the support plate 5, but the support plate is disposed on the upper part of the separation membrane module, and the tubular separation membrane is suspended on the support plate. Also good. An example is shown in FIG.

図７は、図１〜５の分離膜モジュールを上下逆にした構造の分離膜モジュールの下部を示している。この分離膜モジュールでは、振動吸収シート４１は、カバー６Ｂ上に敷設されている。振動吸収シート４１は、所定の厚みを有した粘弾性体よりなる。ロッド２２の下端は、この振動吸収シート４１中に押し込まれている。この振動吸収シート４１により、管状分離膜３の振動が吸収される。   FIG. 7 shows a lower part of the separation membrane module having a structure in which the separation membrane module of FIGS. In this separation membrane module, the vibration absorbing sheet 41 is laid on the cover 6B. The vibration absorbing sheet 41 is made of a viscoelastic body having a predetermined thickness. The lower end of the rod 22 is pushed into the vibration absorbing sheet 41. The vibration of the tubular separation membrane 3 is absorbed by the vibration absorbing sheet 41.

図７の分離膜モジュールのその他の構成は図１〜５の構成と同様であり、図７のその他の符号は図２と同一部分を示している。図７の分離膜モジュールにおける流体の流れ及び流体分離動作は図１〜５の分離膜モジュールと同じである。なお、切欠部２５ｂは省略されてもよい。   Other configurations of the separation membrane module in FIG. 7 are the same as those in FIGS. 1 to 5, and other reference numerals in FIG. 7 indicate the same parts as those in FIG. The fluid flow and the fluid separation operation in the separation membrane module of FIG. 7 are the same as those of the separation membrane module of FIGS. Note that the notch 25b may be omitted.

上記の各実施の形態では、エンドプラグ２２から細棒状のロッド２２を突設しているが、ロッド２２を省略し、開口２５ａを大きくし、エンドプラグ２２の先端側をそのまま開口２５ａに挿通させるようにしてもよい。   In each of the above embodiments, the thin rod-shaped rod 22 protrudes from the end plug 22, but the rod 22 is omitted, the opening 25a is enlarged, and the distal end side of the end plug 22 is inserted into the opening 25a as it is. You may do it.

以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。   Hereinafter, suitable materials for each member constituting the separation membrane module of the present invention will be described.

エンド管４及びエンドプラグ２０の材料としては金属、セラミックス、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。バッフル７，８及びジョイント管１７の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。   Examples of the material of the end tube 4 and the end plug 20 include, but are not limited to, metals, ceramics, resins, and the like that do not allow fluid to permeate. The material of the baffles 7 and 8 and the joint tube 17 is usually a metal material such as stainless steel, but is not particularly limited as long as it has heat resistance and supply under separation conditions and resistance to a permeation component. It can be changed to other materials.

管状分離膜３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜としてのゼオライト膜とを有する。この管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体または金属焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲が好ましい。   The tubular separation membrane 3 preferably has a tubular porous support and a zeolite membrane as an inorganic separation membrane formed on the outer peripheral surface of the porous support. The material of the tubular porous support is a ceramic sintered body or a metal sintered body containing silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride, silicon carbide, etc. A quality support may be mentioned. Among these, an inorganic porous support containing at least one of alumina, silica, and mullite is preferable. The average pore diameter of the surface of the porous support is not particularly limited, but those having a controlled pore diameter are preferred, usually 0.02 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm. The above is usually in the range of 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less.

多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６−１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６−８員環構造を有するゼオライトを含む。 Zeolite is crystallized on the surface of the porous support to form a zeolite membrane.
The main zeolite constituting the zeolite membrane usually contains a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure, and preferably contains a zeolite having an oxygen 6-8 membered ring structure.

ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。   Here, the value of n of the zeolite having an oxygen n-membered ring indicates the one having the largest number of oxygen among the pores composed of oxygen and T element forming the zeolite skeleton. For example, when there are 12-membered and 8-membered pores of oxygen, such as MOR type zeolite, it is regarded as a 12-membered ring zeolite.

酸素６−１０員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＳＶ、ＥＵＯ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＦＥＲ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＷＷ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＲＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＯＬ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＹＵＧ等がある。   An example of a zeolite having an oxygen 6-10 membered ring structure is AEI, AEL, AFG, ANA, BRE, CAS, CDO, CHA, DAC, DDR, DOH, EAB, EPI, ESV, EUO, FAR, FRA, FER, GIS, GIU, GOO, HEU, IMF, ITE, ITH, KFI, LEV, LIO, LOS, LTN, MAR, MEP, MER, MEL, MFI, MFS, MON, MSO, MTF, MTN, MTT, MWW, NAT, NES, NON, PAU, PHI, RHO, RRO, RTE, RTH, RUT, SGT, SOD, STF, STI, STT, TER, TOL, TON, TSC, TUN, UFI, VNI, VSV, WEI, YUG, etc. There is.

ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。   The zeolite membrane may be a single membrane of the zeolite, or the zeolite powder is dispersed in a binder such as a polymer to form a membrane, and the zeolite is fixed in a film form on various supports. A zeolite membrane composite may be used. The zeolite membrane may partially contain an amorphous component or the like.

ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の範囲である。   The thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, but is usually 0.1 μm or more, preferably 0.6 μm or more, more preferably 1.0 μm or more. Moreover, it is 100 micrometers or less normally, Preferably it is 60 micrometers or less, More preferably, it is the range of 20 micrometers or less.

ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。   However, the present invention may use a tubular separation membrane having a separation membrane other than the zeolite membrane.

管状分離膜３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下しやすくなることがある。   The outer diameter of the tubular separation membrane 3 is preferably 3 mm or more, more preferably 6 mm or more, further preferably 10 mm or more, preferably 20 mm or less, more preferably 18 mm or less, and further preferably 16 mm or less. If the outer diameter is too small, the strength of the tubular separation membrane may be insufficient and may be easily broken, and if it is too large, the membrane area per module may be easily reduced.

管状分離膜３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。   The length of the portion of the tubular separation membrane 3 covered with the zeolite membrane is preferably 20 cm or more, and preferably 200 cm or less.

本発明の分離膜モジュールにおいて、管状分離膜は通常１〜３０００本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。なお、管状分離膜はジョイント管１７によって連結されなくてもよい。   In the separation membrane module of the present invention, 1 to 3000 tubular separation membranes are usually arranged, and the shortest distance between the tubular separation membranes is preferably 2 mm to 10 mm. The size of the housing and the number of tubular separation membranes are appropriately changed depending on the amount of fluid to be processed. The tubular separation membrane may not be connected by the joint tube 17.

本発明の分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。   In the separation membrane module of the present invention, the target fluid to be separated or concentrated is not particularly limited as long as it is a gas or liquid mixture composed of a plurality of components that can be separated or concentrated by the separation membrane. However, it is preferably used for a gas mixture.

分離または濃縮には、パーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。   For separation or concentration, a separation or concentration method called a pervaporation method (pervaporation method) or a vapor permeation method (vapor permeation method) can be used. The pervaporation method is a separation or concentration method in which a liquid mixture is directly introduced into a separation membrane, so that a process including separation or concentration can be simplified.

本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１−ブテン、２-ブテン、イソブテン、トルエン等の芳香族系化合物、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。   In the present invention, when the mixture to be separated or concentrated is a gas mixture composed of a plurality of components, examples of the gas mixture include carbon dioxide, oxygen, nitrogen, hydrogen, methane, ethane, ethylene, and propane. , Propylene, normal butane, isobutane, 1-butene, 2-butene, isobutene, toluene and other aromatic compounds, sulfur hexafluoride, helium, carbon monoxide, nitrogen monoxide, water, etc. The thing containing a component is mentioned. Among the mixture of these gas components, the gas component having a high permeance passes through the separation membrane and is separated, and the gas component having a low permeance is concentrated on the supply gas side.

本発明の分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く１つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。   The separation membrane module of the present invention can be used by being connected depending on the amount of fluid or the desired degree of separation and concentration. If the amount of fluid is large or the target separation / concentration is high and processing cannot be performed sufficiently with one module, connect the piping so that the fluid from the outlet enters the inlet of another module. It is preferable. Moreover, it can be further linked according to the degree of separation and the degree of concentration to obtain the desired degree of separation and concentration.

１ 分離膜モジュール
２ ハウジング
３ 管状分離膜
４ エンド管
５ 支持板
６Ａ ボトムカバー
６Ｂ トップカバー
６ａ 取出口
７，８ バッフル
７ａ，８ａ 挿通孔
９ 流入口
１０ 流出口
１１，１２ 室
１３ 主室
１４ ロッド
１６ 流出室
１７ ジョイント管
２０ エンドプラグ
２２ ロッド
２５ 押え板
２５ａ 開口
２６ ばね
２８，４１ 振動吸収シート
４０ 振動吸収体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation membrane module 2 Housing 3 Tubular separation membrane 4 End pipe 5 Support plate 6A Bottom cover 6B Top cover 6a Outlet 7, 8 Baffle 7a, 8a Insertion hole 9 Outlet 10 Outlet 11, 12 Chamber 13 Main chamber 14 Rod 16 Outflow chamber 17 Joint pipe 20 End plug 22 Rod 25 Holding plate 25a Opening 26 Spring 28, 41 Vibration absorbing sheet 40 Vibration absorbing body

Claims (2)

筒状のハウジングと、
該ハウジング内に配置された管状分離膜と
を有し、
被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れ、管状分離膜を透過した流体が該管状分離膜を通って取り出される分離膜モジュールにおいて、
該管状分離膜の振動を吸収する振動吸収材が設けられた分離膜モジュールであって、
前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、 該管状分離膜の他端部にエンドプラグが接続されており、
該エンドプラグと接触するように前記振動吸収材が設けられており、
前記エンドプラグと対峙して押え板が設けられており、
該押え板に設けられた開口に該エンドプラグ又はそれから突設されたロッドが挿通されており、
該押え板を挟んで管状分離膜と反対側に振動吸収材が設けられており、該振動吸収材に該エンドプラグ又はロッドが接触していることを特徴とする分離膜モジュール。 A tubular housing;
A tubular separation membrane disposed in the housing,
In the separation membrane module in which the fluid to be processed flows from the one end side to the other end side in the housing, and the fluid that has permeated the tubular separation membrane is taken out through the tubular separation membrane.
A partial separation membrane module vibration absorbing material is provided for absorbing the vibrations of the tubular separation membrane,
An end tube is connected to one end of the tubular separation membrane,
The end tube is supported by a support plate installed so as to cross the housing, and an end plug is connected to the other end of the tubular separation membrane,
The vibration absorbing material is provided so as to come into contact with the end plug,
A presser plate is provided opposite to the end plug,
The end plug or a rod projecting from the end plug is inserted into an opening provided in the presser plate,
A separation membrane module, wherein a vibration absorbing material is provided on the opposite side of the tubular separation membrane with the presser plate interposed therebetween, and the end plug or rod is in contact with the vibration absorbing material. 請求項１において、前記押え板は
前記振動吸収材は、該押え板に敷設された振動吸収シートであることを特徴とする分離膜モジュール。 The separation membrane module according to claim 1 , wherein the presser plate is a vibration absorbing sheet laid on the presser plate.

Images