JPS61278306A - 内側ラツプを有する改良された中空繊維膜装置 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、比較的薄い材料が供給流れ分布手段の周り
に配置された複数の内側繊維を囲み、拘束している、改
良された中空繊維膜装置に関する。

米国特許３３３９３４は、柔軟な多孔のスリーブ部材が
繊維を収納している通常の中空繊維膜装置を開示してい
る。丸編布帛スリーブが好ましい。

このスリーブは圧力容器中に繊維束を挿入しやすくし、
挿入の間に繊維束の断面積を所望に減少させるために用
いられる。

米国特許３５２６００１は、取り扱いをしやすくするた
めに、中空繊維膜東上の柔軟な多孔スリーブの使用を開
示している。

米国特許４３８０４６０は、スリットチ、−グが中空繊
維束を囲んでいるけれども、このチューブは装置の囲い
の内表面に接触するように伸びている、膜装置を開示し
ている。このスリットチ、−プは中空繊維の動＋！ｋを
大きく制限するものではない。このスリットチ、−プは
囲いの内表面上のスケールおよび他の堆積物から繊維束
を遮蔽するためのものである。

米国特許４４２１５２９は、性能の劣化を減少させるよ
うに、膜ガス分離装置を間歇的に操作する方＠全開示し
ている。この特許は、多孔のポリマー外側ラップが繊維
のずれを防止するた゛めに束の周りに用いられるという
ことが開示されている。

ＤＹＮＥＬ布外側ラップが実施例において用いられた。

ＤＹＮＥＬ　Ｈオハイオ州クリープランドのＬａｍｐｏ
ｒｔａＦｌｌｔｓｒ　Ｍｅｄｌａ社により販売されてい
るポリエステル織物である。

米国特許３６９０４６５は、多孔の、ｊ？　ＩＪオレフ
ィンコアのまわシに配置された中空繊維膜装置を開示し
ている。この装置は、繊維の動きを制限し、ネスチング
を防止する薄い有孔材料によって分離された実質的に平
行な中空繊維の薄い層を含む。

有孔材料の存在はそのような装置の容量生産性を明らか
に減少せしめる。

中空繊維膜装置は、流体混合物または溶液からの少なく
とも１種の流体成分の選択的な分離に用いられる。その
ような装置は、一般に、複数の中空繊維膜を含み、これ
らの膜は流体混合物の少なくとも１つの成分に対して選
択的に透過性である。

中空繊維膜は囲いの内部に置かれている。凹いは供給流
体を中空繊維膜の１つの狭面と接触させるための少なく
とも１つの入口、１＆：有する。供給流体の均一な分布
を助長するための手段が望ましい。

膜を透過しない流体の排出のための１つの出口および膜
を透過する流体のための少なくとも１つの出口をも必要
とする。中空繊維は少なくとも１つのチューブシート中
に埋封されている。繊維孔はチューブシートの一方の側
に露出されておシ、囲いからの出口と連通されている。

チューブシートは囲いの内部表面と密封して係合されて
いる。

本発明は、供給流れ分布手段の周りに束にされた複数の
中空繊維膜を含み、これらの膜が少なくとも１つのチュ
ーブシート中に埋封され、繊維のルーメンがこのチュー
ブシートを通して通じているタイプの改良された中空繊
維膜装置を指向するものである。この改良は、供給流れ
分布手段の周りに配置された複数の内側繊維の長さ方向
寸法の大部分を包む材料の少なくとも１つのラップを含
む。このラップは、供給流れ分布手段から、中空繊維束
の長手軸に直角な繊維束の外側表面の断面積を通して最
も長いコードの２５％より大きくない距離に位置されて
いる。このラップはこの装置の正常な作動において、繊
維の動きをラップ円に制限するけれども、有孔であるか
もしくは他の開口を含み、これが供給流体を内側繊維を
介して中空繊維膜に通過せしめる。

添付の第１図は本発明の１態様を示す中空繊維膜装置の
模式的な断面図である。

混合物または浴液から流体成分を分離するための中空繊
維膜装置は先行技術においてよく知られている。米国特
許３２２８８７６．３４５５４６０および４０６１５７
４はそのような装置を開示している。供給流体は逆浸透
の場合と同様に液体俗液であるのざ適当である。本発明
の改良された膜装置は拘束するラップを特徴とし、ガス
混合物の分離に特に好ましいものである。

膜装置中の中空繊維は、典型的には、中央の穿孔された
導管または同等の供給流れ分布手段の周りに配置されて
いる。コア中の孔は、中空繊維束を介して外側への本質
的に均一な放射状の流れを助長するように配置されてい
なければならない。

有利には、供給流れ分布手段は、流速の変化を緩衝し、
流れを均一に分布させる作用をする多孔のポリオレフィ
ン導管を含む。

供給流れ分布手段の周りには、拘束ラップによシ包まれ
た繊維が配置されている。これらの内側繊維は中空また
は中実であってよく、中空繊維膜のそれと同一または異
な゛る組成であってよい。好ましくは、内側繊維は中空
繊維膜と同一の組成であるが、しかし供給流れ分布手段
に最も近い内側繊維のルーメンは内側繊維の孔がチュー
ブシートを通して連通しないようにシールされている。

１つの態様においては、拘束ラップは柔軟で多孔の材料
であシ、以下ここではこれを有孔材料またはラップと呼
ぶことにする。この有孔材料は、この膜装置の正常の作
動の間に、その一体性を保持するとともに内側繊維を拘
束するのに十分な物理的強度を有していなければならな
い。有孔ラップが複数の繊維を包むという表現は、供給
流れ分布手段上の点から中空繊維束の最も近い外側表面
に引かれた線が順次に複数の内側繊維（好ましくは少な
くとも１００本の繊維）有孔ラップおよび次いで複数の
中空繊維を正規に通過するだろうということを意味する
。

本発明の好ましい態様においては、内側の拘束ラップは
、供給流れ分布手段の周りにほぼ同心的に配置されてい
る。内側の拘束ラップは、内側繊維の動きに対する所望
の制限が与えられる限シいかなる通常の形態にあっても
よい。拘束ラップは管状スリーブ、供給流れ分布手段の
周りに同心配置された内側繊維のまわシにらせん状に巻
かれた有孔材料の比較的細いス）　ＩＪツブ、または中
空繊維束の露出された外側表面の長手方向寸法とほぼ同
じ幅を有し、内側繊維の周りに管状に巻かれたストリッ
プ材料であってよい。必要ならば、拘束ラップの張力は
チューブシートまたは他の通常の手段に固定することに
よシ維持される。

本発明の他の態様においては、拘束ラップは繊維束の長
手軸に直角な断面において見た時にこのラップが流れ分
布手段から外側にらせんを描いているような材料のシー
トである。所望ならば、このラップは、特に繊維束が米
国特許３７５５０３４におけるようにして組み立てられ
る場合に繊維束の組み立てと同時に導入されてもよい。

本発明のこの態様においては、拘束ラップは非孔質また
は孔を有さないものであってもよいけれども、多孔また
は有孔の材料が好ましい。

有孔ラップの周りには、中空繊維膜が配置される。中空
繊維膜および内側繊維はともに平行であるかまたは流れ
分布手段の周りにらせん状に巻かれていてもよい。らせ
んの形態は米国特許３４２２００８に記載されている。

本発明は、一般に、中空繊維膜が平行に配置されている
装置に用いられる場合に最も有効である。繊維束の長手
軸は弓形であってもよいけれども、直線状であるのが好
ましい。

チューブシートは通常中空繊維束の少なくとも１端の近
くに形成され、一方同一のまたは異なるチューブシート
または末端シートが有利には繊維の反対側の端の近くに
存在している。チューブシートおよび末端シートは通常
エポキシまたは他の熱硬化性または熱可塑性樹脂からな
る。作動に際しては、チューブシートおよび末端シート
もしくはチューブシートが圧力容器と密閉して係合され
る。チューブシートおよび末端シートは圧力容器と一緒
になって中空繊維の外部の空間を規定し、この空間は中
空繊維の孔と直接的に連通していない。

本発明は中空繊維膜分離装置の特定の形態に限定される
ものではない。しかしながら、前述した標準の形態が好
ましい。有利には、分離されるべき供給流体は繊維束の
内部から繊維の外部に外方へ流れる。膜の技術において
知識を有する者は、中空繊維モジュールのための他の形
態が・可能であるということを認識するであろう。例え
ば、中空繊維は、繊維の両端が単一のチューブシートま
たは単一の中央チューブシートを通して突き出している
ように配置される。

能力を増しおよび／または分離を改良するために、多く
の分離装置が並列または直列に接続されてもよいという
ことに留意されたい。当業者はそのような形態について
容易にこの明細書における教示を適合させることができ
る。

第１図は、この発明の態様を示す中空繊維膜分離装置を
説明するための断面図である。分離されるべき流体混合
物は、流体供給分布手段２０入口１に入れられる。供給
分布手段２は第１のチューブシート３を通過し、第２の
チューブシート４内を末端としている。供給分布手段２
のこれらの２つのチューブシート３および４の間の断面
は、複数の孔５を含み、供給流体はこの孔を通過して穿
孔された供給分布手段２の周りにほぼ長手方向に配列さ
れた多数の内側繊維６の外部表面と接触する。有孔ラッ
プ１５は内側繊維６ｔ−取り囲み、拘束している。複数
の中空繊維膜１７が供給分布手段２とほぼ平行に同心で
配置されている。エラストマー布帛からなる多孔のスリ
ーブ９が中空繊維１７の束を囲んでいる。供給流体の一
部は、軸方向に、ただし主として放射状に中空繊維１７
の束を通過して、束を包む圧力ケース８内の出ロアに達
する。供給流体の残シは中空繊維１７の壁を透過する。

中空繊維１７の孔は各端においてチ、−プシートを通し
て両方のチューブシートの遠い側でヘッダースペース１
１および１２と通じている。

中空繊維１７を透過し、ヘッダースペース１１または１
２に集められた流体は、それぞれがヘッダースペース１
１および１２の一方と連通している圧力ケース８内の出
口１３および１４から除去することができる。簡単のた
め、チューブシートと圧力ケース間の０−リングシール
、（米国特許４０６１５７９に開示されているような）
チューブシート支持体および圧力ケース上の−・−ドウ
エアの如き、重要でないもしくは任意的な、当業者に公
知の部分は第１図に示されていない。所望ならば、清掃
用ガスを一方のへツダースイースに導入し、他のへラダ
ースペース中の出口から取り出して、透過物の回収の補
助全させてもよい。

内側ラップは、当業者に公知の、必要な引り張シ強度お
よびその他の特性を有する穐々のシラスツクフィルム、
織物、不織布０紙を含む）、金属ホイルまたは他の材料
からなっていてよい。好ましくは、このラップはその厚
さに比較して比較的大きな面積を有する柔軟な有孔シー
トからなる。

１つの好ましい態様においては、内側ラップは管状のニ
ジストマー布帛である。内側ラップは、有利には、中空
繊維膜に与えることのできる容積を有意に減少させない
ように薄いものである。

この発明の好ましい態様においては、内側ラップは複数
の孔または開口を含む。適当な有孔材料は孔または他の
開口ｆ、有し、これによってこの孔は有孔となっている
。そのような材料においては、開口は表面積の大きな部
分を占め、表面は本質的に不均一である。有孔材料中の
開口の寸法は広い範囲で変えることができる。例えば、
開口はそれらの最大幅寸法において１ミクロンまたは５
ミクロンから５００ミルまたは２５’Ｏミルの範囲であ
ってよい。

適当な有孔材料は金属または非金属の材料を含み、非金
属材料は天然のまたは合成のものでありてよい。合成材
料は、それらのコストおよび加工の容易性からみて好ま
しい。代表的な合成材料はポリエチレンまたはポリグロ
ピレ／スパンゴンドシート、ナイロン編物またはナイロ
ン織物を含む。

有孔材料の他の説明および例は米国特許３６９０４６５
に示されている。

この発明における内側ラップは比較的流体流れ分布手段
に近いところに置かれている。さらに、このラップは、
このラップ円に繊維の移動を制限するように、中度の張
力下にあるのが正常である。

内側ラップのために、繊維が中空繊維膜である場合には
、内側繊維の過剰の圧縮によってこれらの繊維の分離生
産性を減少させることがある。好ましくは、内側繊維が
中空繊維膜である場合、存在する中空繊維膜の表面積に
対してそれらが２５％より少ない、さらに好ましくは１
０％よシ少ないのが好ましい。組み立ての間の内側ラッ
プの張力は、好ましくは、１〜１０ポンド／インチ（１
７５〜１７５０ニユートン／メーター）の範囲にあるの
が好ましい。

これらの内側繊維の動きの拘束および存在する場合には
これらの繊維のルーメンのシールは、本発明の膜装置の
操作寿命を明らかに延長せしめるということが見出され
た。驚くべきことに、供給流体分布手段から遠いラップ
は付随する利点をほとんど与えることなく、容量生産性
を減らすことがあるということが見出された。束の外表
面の周シの弾性管状スリーブもまた望ましい。

内側ラップは、繊維束の外側表面に対して供給流れ分布
手段に近いところＫあるのが好、ましい。

内側ラップが供給流れ分布手段からあまシに遠いところ
に位置されると、繊維の動きを拘束することの効果が薄
くなシ、膜装置の容量生産性を減少させる。

一方、内側ラップは供給流体が内側ラップを通過しまた
はそれを越える前に多くの繊維と接触するように複数の
繊維を取り囲んでいなければならない。好ましくは、内
側繊維を通して供給流れ分布手段上の点から内側ラップ
上の点に引かれた線は、平均で少なくとも１０．さらに
好ましくは少なくとも１００、最も好ましくは少なくと
も１０００本の繊維を通過するであろう。

内側繊維は中実であってもよく、または中空であっても
よい。これらの繊維の寸法は一般に重要ではなく、１０
〜５００ミクロンの範囲の外部寸法を有するのが好まし
い。好ましくは、内側繊維の外側寸法は、中空繊維膜の
平均外側寸法の±５０％の範囲円にある。

内側繊維の組成は、当業者に知られた、操作環境および
膜の成分と拮抗する種々の材料から選ぶことができる。

内側繊維は、中空繊維膜と同じ材料から選ばれるのが便
利である。好ましくは、内側繊維は、存在する中空繊維
膜とその組成および寸法が同一である。内側繊維が中空
繊維膜である場合には、内側繊維のルーメンは内側ラッ
プの周りに配置された中空繊維膜と同じ空間と通じてい
ないのが有利である。内側繊維はそれらのルーメンがそ
のような連通を防止するためにチューブシートの組み立
ての間に塞がれているかまたは開放されていないのがよ
い。

内側繊維は内側ラップ円に望ましくは緊密に充填されて
いる。内側繊維の壁は、正常には、１つまたはそれ以上
の他の繊維の壁と接触しているのが好ましい。好ましく
は、内側繊維は流体流れ分布手段によって占められてい
ない内側ラップ内の容積の少なくとも３０％、さらに好
ましくは少なくとも５０％の容積を占める。

本発明の膜装置に用いられる中空繊維は、その目的のた
めに用いられるいかなる材料からも構成することができ
る。知られているように、中空繊維を構成するために用
いることのできるいかなる有機ポリマーもある種のガス
に対して選択透過性を示すであろう。選ばれた個々のポ
リマーは所望の分離を行うのに特定の選択性を示さなけ
ればならない。中空繊維膜を形成するために用いること
のできる熱可塑性ポリマーの例は、ポリブタジェン、エ
チレン−酢酸ビニルコポリマー、！タジエンーアクリロ
ニトリルコポリマー、スチレン−ツタジエンコポリマー
、ポリカーブネート、ポリフェニレンオキシド、ポリエ
チレン、ポリイソブチレン、ポリ−シス−イソグレン、
アルファオレフィンのコ、ｉ？　ＩＪママ−ポリエチレ
ンテレフタレートの如きポリエステル、ポリ塩化ビニル
、ポリスルホン、ノ９−フルオロカル？スルホン酸ポリ
マー、ポリビニルピロリドン、ポリアミドおよびセルロ
ースエステルもしくはエーテルを含む。本発明に好まし
い中空繊維は乾燥非対称酢酸セルロースまたはポリ（４
−メチルペンテン−１）からなるものである。そのよう
な中空繊維の記載は米国特許４０６８３８７および３７
９８１８５にみられる。

中空繊維膜は透過性変性剤、可塑剤および他の添加剤を
含んでいてもよい。多成分または多層膜を用いることも
できる。更に、米国特許３８７４９８６および４２３０
４６３に記載がみられる。

中空繊維は、一般に、熱可塑性ポリマーを当業者に公知
の方法でメルｉｆ製造する温度において加熱された紡糸
口金から押し出すことによシ製造することができる。窒
素ガスまたは他の不活性流体が新たに紡糸された繊維の
中央から汲み上げられて、冷却の間に崩壊するのが防止
される。所望ならば、繊維は紡糸口金から短い距離に置
かれたボデーロールによシまだ十分に可坦性を有する間
に所望のサイズに引き伸ばされてもよい。新たに紡糸さ
れた中空繊維の冷却速度は、最適な物理的特性および透
過性を有する中空繊維を与えるために注意深くコントロ
ールされるべきである。当業者は、容易に、最適の特性
を有する繊維を製造するための個々のポリマーに対する
紡糸条件を実験的に決定することができる。

非対称型の酢酸セルロース中空繊維の紡糸は、対称型の
中空繊維膜とは幾分具なる条件を必要とする。米国特許
４１２７６２５は非対称型中空繊維の製造方法を開示し
ている。酢酸セルロース中空繊維は、一般に、約４０重
量％までのアセチル部分を含むことができる。

中空繊維の孔の寸法および繊維の壁の厚さには一般に制
限がない。操作に用いられる横断膜圧力（膜の前後にお
ける圧力）において中空繊維が悪影響を受けないように
、外径が内径よりも十分に大きい限シにおいて、約２５
〜約３００ミクロンの内径および約３５〜約４００ミク
ロンの外径を有する中空繊維が適当である。

中空繊維膜は、先行技術において公知の技術に従って、
平行なま九はらせん状の形態で内側２ツゾの周りに配置
することができる。米国特許３４２２００８および３７
５５０３４は、そのような技術を開示している。この発
明のいくつかの態様においては、中空繊維膜はヤれらが
直線状で配置されるようにわずかな張力下に配置される
のが好ましい。

その場での成形または遠心注型技術による中空繊維膜装
置中のチューブシートの形成は、米国特許３４５５４６
０．３４９２６９８および３７５５０３４に記載されて
いるように、先行技術において公知である。チ、−プシ
一トの形成ＫＦｉ、１般に熱硬化性エポキシ樹脂が好ま
しいけれども、他の種々の利用可能な材料が当業者に公
知である。例えば、米国特許４３２３４５４およびここ
に挙げた他の文献を参照されたい。チューブシートの組
み立ておよびこれに埋封される繊維ルーメンの開口のた
めの技術もまた米国特許４１８３８９０に記載されてい
るように公知である。

この発明の好ましい態様においては、ニジストマー布帛
の多孔スリーブがチューブシート間の中空繊維束の露出
された繊維表面上に広げられる。

複数のエラストマースリーブを互いに他と重ね合わせて
用いて、膜性能を改良するために最適の張力金与えるこ
とができる。

本発明の膜装置の九めの操作条件は、一般に、同じ中空
繊維膜を用いる従来の装置に対するものと同様である。

米国特許４４２１５２９およびこの明細誓中に述べた他
の先行技術文献は一般に操作条件を開示している。

横断膜圧力即ち中空繊維膜の供給側の圧力と操作の間の
膜の透過物側の圧力との圧力差は、膜の透過を十分な速
度で助長するのに十分なものでなければならないけれど
も、中空繊維が損傷されまたは破壊するほどに大きなも
のであってはならない。横断膜圧力の操作可能な範囲は
、膜材料、膜の厚さ、分離される流体および操作の間の
温度を含む多くの因子に依存する。典型的には、１平方
インチ当たり少なくとも約１０ポンド（ｐａｉ）（６９
ｋＰａ　）　、好ましくは少なくとも約４０　（ｐａｌ
）（７６ｋＰａ　）の横断膜圧力が用いられる。横断膜
圧力に対する上限は、中空繊維膜のみでなく、付随する
ラインおよび装置の耐圧力の強度によりても決まる。一
般に、ある種の肉薄の繊維について、操作可能な間に、
１５０ｐａｉ　（１０３５ｋＰａ）以上の横断膜圧力を
与えることは望ましくない。最良の性能に対しては、操
作の間に透過物側において圧力をできるだけ低く保持す
るのが一般に望ましい。

肉薄の中空繊維膜を不使用の期間に引き続く開始の間の
１０〜１５秒内圧供給側において約７５ｐａ１　（５１
８ｋＰａ）の圧力変化に繰シ返し付した時に、そのよう
な圧力変化に付さなかった装置に比較して性能において
明らかな劣化が見られた。特定の中空繊維装置の膜の供
給側における圧力の急速な変化に対する感受性は膜材料
、膜圧、操作の間の温度および多くの因子に依存する。

従って、圧力範囲の許容度に念いする十分な基準をこれ
らの因子を特定することなく与えることはできない。

しかしながら、一般には、１５秒円に３０　ｐａｌ（２
０７ｋＰａ　）よりも大きい圧力変化は膜の供給側にお
いて避けるべきでｓｂ、この圧力変化が膜の初期加圧の
間に起こる場合には特にそうである。

が膜分離における供給物および透過物の温度は、中空繊
維膜に悪影響を与えるような量で濃縮されたガスを含ま
ず、透過が経済的に十分な速度で起こるのに十分高いも
のでなければならない。操作温度はまた膜の性能、寿命
および完全性が悪影響を受けるほどに十分に低くなけれ
ばならない。約−１０°〜約５０℃の温度が一般に好ま
しく、約１０°〜約３０℃が最も好ましい。一般Ｋ、周
囲温度が便利である。典聾的には、膜装置は高い操作温
度におけるサイクルの間に供給圧力に突然の変化が起こ
ることによって最も重大な影響を受ける。

本発明の方法によって分離されるべき流体混合物は広い
範囲で組成を変えることができる。膜は、混合物中に存
在する流体組成物によりて悪影響を受けず、所望の成分
を選択的に透過しうるようなものが選ばれなければなら
ない。１つの分離装置によっておこなわれる分離が十分
で滌い場合には、そのような装置を組み合わせて用いる
ことができる。

本発明の１つの好ましい態様においては、約７５〜１０
０重、ｔ％の４−メチルペンテン−１と残部の他のオレ
フィンから誘導されたポリオレフィンが中空繊維に形成
され、空気を富酸素流と富窒素流とに分離するための膜
分離装置中に用いられる。４−メチルペンテン−１ポリ
マーは所望によシ米国特許３７９８１８５に記載されて
いる如き変性剤を含んでいてもよい。富酸素ガスは所定
の医療用途または酸素が反応体となる化学反応に用いる
ことができる。富窒素ガスは可燃性の液体を゛含む容器
中のガスブランケットとして用いることができ、これに
よって燃焼の危険を減らすことができる。上記の用途の
全ては分離装置の中間的な使用も含む。この発明の好ま
しい態様においては、膜は静止から操作状態への５００
０回のサイクル後に初期の非透過物回収率の少なくとも
約９０％を保持する。

他の好ましい態様においては、乾燥セルロースエステル
膜が軽質炭化水素からの二酸化炭素および硫化水素の分
離に用いられる。分離された二酸化炭素は次いでよく知
られた技術に従って、ガスまたはオイルの回収を増大さ
せるために天然ガス中に注入される。

本発明の第三の好ましい態様においてはセルロースエス
テルまたはポリアミド中空繊維膜装置が逆浸透に用いら
れる。

前述した如き内側ラップは流れ分布をよシ均一にするこ
とにより中空繊維膜装置の初期生産性全改良することが
できるということが見出された。

内側ラップおよびラップされた中空繊維のシール用ルー
メンは、操作に際して性能が劣化された場合に、中空繊
維膜装置の生産性を回復させるということが認められた
。

下記の例および比較例は本発明をさらに説明するための
ものである。

例１ 第１図に示したものと類似の３つの膜装置を組み立てた
。各装置は直径８インチ（２０，３２ｃｒｎ）の束中に
約１４Ｘ１０’本の中空繊維を含んでいた。

各繊維の約３８インチ（９６，５２創）がエポキシ樹脂
チューブシート間に露出されていた。これらの繊維は４
−メチルペンテン−ｌポリマーから溶融紡糸された。こ
れらの繊維は、コア上に４列に３インチ（７，６２ｃｍ
　）の間隔で開けられた０、５インチ（１，２７ｃｒ！
１）の孔を有する１、０インチ（２，５４ｃＩＲ）の１
．０．アルミニウムパイプ上に配置された。

孔の列はコアの周りに９０°の間隔をもって置かれ、個
々の孔は流れ分布を改良するために隣合う列に互い違い
に配置された。コアを供給ガスをよシ均一に分布させる
ために多孔のポリエチレンスリーブ中に入れた。

これらの中空繊維をコアの周りに平行に配置し、均一に
分布させて、直径約８インチ（２０，３２ｃｒｎ）の束
を形成した。これらの束の２つに対して、３インチ（７
，６２ｃｒｎ）幅のポリエステル布（商品名ＤＹＮＥＬ
で販売されている）のラップをコアか、ら約０．７５イ
ンチ（１，９ｍ）にコアと同心に配置した。

この布ラップを、約５０％の重なシおよび約４〜７ポン
Ｐ／インチ（７００〜１２２６ニユートン／メーター）
の張力をもってらせんに巻部た。比較例においては内側
ラップがないことを除いて同様の中空繊維膜装置が作成
された。繊維がコア上に配置されているので、脂肪族ア
ミン硬化剤を含む液体エポキシ樹脂が束の各端において
繊維の約３インチ（７，６２ｃｒｎ）に適用された。こ
の樹脂を中空繊維束がチューブシートを形成するために
十分な配置がなされた後に、加熱によシ硬化した。次に
、チ、−グシ一トの面を旋盤の鋭い金属グレードによシ
切り離して、オープンファイバールーメンを露出させた
。

例１および比較例１においては、平らに置かれた時に１
２ｃＩｎの正常なリラックス幅を有する新たに着色され
たレーヨン管状弾性外科用包帯を、膜繊維束の挿入を容
易にするための弾性支持体に合うように切断し、この支
持体を引き伸ばすための寸法を有するリング上に引き寄
せた。環状のプラスチックスクリーンを弾性ラップ上に
置いた。例２においては３つの弾性支持体を用いた。各
束を、次いで、圧力容器中に入れた。

各中空繊維膜装置を、同一の条件において、２５６〜４
０℃の範囲の温度において、操作圧力から静止状態まで
繰り返しサイクル操作した。供給圧力は通常９０ｐｓｌ
（６２０ｋＰａ）であったけれども、高い場合には１１
５ｐａｉ　（７９３ｋＰａ）であった。

供給流体を導入するためのパルプを操作の開始に当たっ
て約１８０秒かけてゆっくり開放した。次に、パルプを
約７０秒間開じた。２２０１サイクル後、内側ラップ内
の繊維のルーメンが例１および２においてエポキシ樹脂
によりシールされた。

操作温度、非透過物容積係酸素、標準の立方フィート７
分（ＳＣＦＭ）の透過物流れおよび不要物回収藁（即ち
、透過物流れおよび非透過物流れの合計によシ割りた非
透過物流れ）を３つの中空繊維膜装置のそれぞれに対し
て表Ｉに示す。

以下余白 例２から判るように、コアに近い内側ラップは中空繊維
膜装置からの不要物回収率を明らかに増゛加させる。例
１においては、初期性能は良好でありだけれども、数百
回のサイクル後内側ラップ内の中空繊維の一部の破壊が
性能の劣化を引き起こした。内側ラップ内の繊維のルー
メンを、シールすると、例１および例２の両者において
、数千回のサイクルに対して性能を回復させた。例１の
場合は、不要物回収率が減少されたのは、−ガロ以上の
後に膜を正常の操作温度よりも高い温度に付した後であ
った。例２の３つの弾性ソックスを有するモジュールは
最も安定した性能を示し九。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１態様を示す中空繊維膜分離装置の断
面図である。 １・・・入口、２・・・供給分布手段、３・・・第１の
チューブシート、４・・・第２のチューブシート、５・
・・孔、６・・・内側繊維、７・・・出口、８・・・圧
力ケース、９・・・多孔スリー！、１１．１２・・・ヘ
ッダースペース、１３．１４・・・出口、１５、：・・
有孔ラップ、１７・・・中空繊維。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、供給流れ分布手段の周りに束にされた複数の中空繊
   維膜を含み、これらの膜が少なくとも１つのチューブシ
   ート中に埋封されており、中空繊維膜のルーメンがチュ
   ーブシートを通して通じている中空繊維膜装置であって
   、供給流れ分布手段の周りに配置された複数の内側繊維
   の長手方向寸法の大部分を包む有孔材料からなる少なく
   とも１つのラップを有し、この有効ラップが供給流れ分
   布手段から、繊維束の長手軸に直角な平面内の中空繊維
   束の外表面の断面を通して最も長いコードの２５％より
   も大きくない距離に位置しており、この有孔ラップが装
   置の作動の間に繊維の動きをラップ円に制限することを
   特徴とする装置。 ２、中空繊維膜が７５〜１００重量％の４−メチルペン
   テン−１および残量の他のオレフィンからなるポリオレ
   フィンまたはポリオレフィンブレンドからなっている、
   特許請求の範囲第１項記載の中空繊維膜装置。 ３、中空繊維膜がまたポリオレフィンの各部に対して０
   ．１〜３重量部のオルガノシロキサンまたは炭化水素オ
   イルを含む、特許請求の範囲第２項記載の中空繊維膜装
   置。 ４、内側繊維が中空繊維膜と同じものである特許請求の
   範囲第２項記載の中空繊維膜装置。 ５、複数の内側繊維がこれらの繊維のルーメンがチュー
   ブシートを通して連通しないようにシールされている、
   特許請求の範囲第２項記載の中空繊維膜装置。 ６、複数の内側繊維が中空でない、特許請求の範囲第２
   項記載の中空繊維膜装置。 ７、内側繊維が中空繊維膜と同一のポリマーからなって
   いる、特許請求の範囲第６項記載の中空繊維膜装置。 ８、有孔材料が供給流れ分布手段上に配置された内側繊
   維の周りにらせん状に巻かれており、このラップが供給
   流れ分布手段の周りにほぼ同心である、特許請求の範囲
   第２項記載の中空繊維膜装置。 ９、有孔材料がポリマーの織物である、特許請求の範囲
   第８項記載の中空繊維膜装置。 １０、有孔材料が不織布である、特許請求の範囲第８項
   記載の中空繊維膜装置。 １１、中空繊維束が少なくとも１つの弾性管状部材によ
   って包まれ、拘束されている、特許請求の範囲第９項記
   載の中空繊維膜装置。 １２、中空繊維束が少なくとも１つの弾性管状部材によ
   って包まれ、拘束されている、特許請求の範囲第１０項
   記載の中空繊維膜装置。 １３、酸素および窒素の混合物から富酸素ガス流および
   富窒素ガス流を分離するための方法であって、 （ａ）特許請求の範囲第１１項の膜装置の供給流体分布
   手段中に、加圧下の酸素および窒素の混合物を導入する
   工程、 （ｂ）中空繊維膜のルーメンから富酸素ガスを取り出す
   工程、および （ｃ）中空繊維束を通過した、供給ガスよりも高い濃度
   の窒素を含む非透過物ガス流を取り出す工程、を含む方
   法。 １４、酸素および窒素の混合物から富酸素ガス流および
   富窒素ガス流を分離するための方法であって、 （ａ）特許請求の範囲第１２項の膜装置の供給流体分布
   手段中に、圧力下の酸素および窒素の混合物を導入する
   工程、 （ｂ）中空繊維膜のルーメンから富酸素ガスを取り出す
   工程、および （ｃ）中空繊維束を通過した、供給ガスよりも高い濃度
   の窒素を含む非透過物ガス流を取り出す工程、を含む方
   法。 １５、供給流れ分布手段の周りに束にされた複数の中空
   繊維膜を含み、これらの膜が少なくとも１つのチューブ
   シート中に埋封されており、中空繊維膜のルーメンがチ
   ューブシートを通して通じている中空繊維膜装置であっ
   て、供給流体分布手段の周りに配置された複数の内側繊
   維の長手方向の寸法の大部分を包む少なくとも１つの非
   有孔ラップを有し、このラップが中空繊維束の長手軸に
   直角な平面内でこの平面内の中空繊維束の断面を通じて
   最も長いコードの２５％よりも大きくない供給流体分布
   手段からの最大距離においてらせん状に置かれているこ
   とを特徴とする装置。 １６、供給流れ分布手段の周りに束にされた複数の中空
   繊維膜を含み、これらの膜が少なくとも１つのチューブ
   シート中に埋封され、中空繊維膜のルーメンが少なくと
   も１つのチューブシートを通して通じている中空繊維膜
   装置であって、供給流体分布手段の周りに配置された複
   数の内側繊維の長手方向の寸法の大部分を包む少なくと
   も１つの材料ラップを有し、複数の内側繊維がラップの
   外側に存在する他の中空繊維と連通していないルーメン
   を有する中実繊維または中空繊維であることを特徴とす
   る装置。 １７、供給流体分布手段の０．５インチ（１．２７ｃｍ
   ）内の内側繊維の大部分がシールされたルーメンを有す
   る中実繊維または中空繊維である、特許請求の範囲第１
   ６項記載の膜装置。 １８、少なくとも１つのラップが有孔であり、このラッ
   プが供給流体分布手段の周りに、中空繊維束の長手軸に
   直角な平面内で中空繊維束の断面を通して最も長いコー
   ドの２５％よりも大きくない距離において、同心的に配
   置されている、特許請求の範囲第１７項記載の膜装置。 １９、中空繊維が４−メチルペンテン−１のポリマーか
   らなる、特許請求の範囲第１８項記載の膜装置。 ２０、中空繊維束が管状の弾性スリーブによって包まれ
   、拘束されている、特許請求の範囲第１９項記載の膜装
   置。