专利名称：陶瓷渗透汽化膜以及陶瓷蒸汽透过膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷制整体型渗透汽化膜以及蒸汽透过膜。
背景技术：
近年来，为了从多种成分的混合物(混合流体)中仅选择性地回收特定成分，使用的是陶瓷制过滤器。较之于有机高分子制过滤器，陶瓷制过滤器的机械强度、耐久性、耐腐蚀性等优异，因此，在水处理、排气处理、以及医药和食品领域等广泛的领域中，用于除去液体或气体中的悬浊物质、细菌、粉尘等，甚为理想。此种陶瓷制过滤器(称为陶瓷过滤器)中，为了在确保分离性能的同时提高水透过性能，必须增大膜面积(分离膜的面积)，为此，整体型(或蜂窝型)的出现受到期待。较之于管道型，整体型过滤器具有不易折断、成本低等优势。整体型过滤器，在多数情况下，外形为圆柱形，具备多孔支撑体，其内部有形成于轴方向的多个平行流路(称为元件)，进一步，在形成元件的内壁面上形成孔径小于该多孔支撑体的分离膜。作为已公开传统的整体型(或蜂窝型)陶瓷过滤器的现有文献，可列举如专利文献1 5。专利文献1公开的陶瓷蜂窝过滤器，通过在多孔支撑体(多孔基材)较长方向设置裂缝状间隙部，可增加从多孔支撑体中心旁边元件的透过量。该陶瓷蜂窝过滤器，若将整体型过滤器大型化，从多孔支撑体中心部旁边元件所透过的透过流体，往多孔支撑体外部流出时，受到很大流动抵抗力，与实际所形成的过滤膜的面积相比，分离能力(过滤处理能力)低下，因此，该陶瓷蜂窝过滤器提议的目的是为了提高该分离能力。专利文献2公开的陶瓷蜂窝过滤器，是在形成于筒状多孔体较长方向的多个平行通道的内壁面上，形成孔径小于多孔体孔径的过滤膜的同时，为了增加从多孔体中心附近元件的通水量，在多孔体的较长方向设置了排出流路，且与排出流路连通的集水元件的边缘端部用密封材料密封。专利文献3公开的陶瓷蜂窝过滤器，为了不形成液体滞留，仅在规定的空间内配置孔密封材料(孔堵塞部件)。若使用该陶瓷蜂窝过滤器，可以有效防止透过流体(过滤流体)在内部滞留，因此可以供给洗净度较高的透过流体。专利文献4公开的横流型的过滤装置，在集水元件之间的过滤元件设置多个(3通道以上)过滤元件构造体(陶瓷过滤器)，其压力损失小，是适用于微滤、超滤、反渗透、气体分离、渗透汽化等各种用途的过滤装置。专利文献5公开的陶瓷过滤器，呈现出过滤元件与集水元件的一边始终邻接的构造，是一种在超滤、微滤用途中，水的透过量大、反洗效率高的过滤器。
现有技术
专利文献专利文献1 日本专利特开平6-99039号公报专利文献2 日本专利特开2000-153117号公报专利文献3 日本专利第3868391号说明书专利文献4 日本专利特公平6-016819号公报专利文献5 日本专利实公平4-892号公报
发明内容
但是，上述现有文献涉及的技术，均存在如下所述的各种问题。专利文献1的陶瓷蜂窝过滤器，由于其构造，可能会引起烧结时或安装于外壳时的破损、从而引起密封不良。另外，专利文献2公开的陶瓷蜂窝过滤器，尽管用于微滤法分离方法时，具有优异的分离能力，但在透过分离成分为气体，透过速度快于为液体时，因为压力损失增大，单位时间的透过流量减少，所以作为渗透汽化(Pervaporation)或蒸汽透过(Vapor permeation)的用途时，不能称为非常适宜。专利文献3公开的陶瓷蜂窝过滤器，透过分离成分为液体时具有特别优良的分离能力，但透过分离成分为气体，因为透过速度快于液体时，导致压力损失增大，单位时间的透过流量减少。此外，专利文献4公开的过滤装置，尽管用作微滤法的分离方法时，具有优异的分离能力，但若用于渗透汽化法的分离方法，存在压力损失增大、透过速度下降的问题，分离系数也小。即，专利文献3、4公开的这些技术，作为渗透汽化或蒸汽透过的用途，不能称为很适宜。此外，专利文献5的陶瓷过滤器，没有作为渗透汽化用途所使用，其作为渗透汽化法的分离方法使用时的分离能力未知。本发明鉴于此种情况，其目的是提供一种透过速度快、分离系数也高的渗透汽化膜和蒸汽透过膜。经不断研究后结果发现，提出一种具有过滤元件和集水元件的整体型的， 相对于其过滤元件和集水元件的长度，排出流路开口长度的总和所占比例在10%以上的陶瓷过滤器，或者，与过滤元件和集水元件邻接形态的陶瓷过滤器，据此，该课题被解决，从而完成了本发明。即，首先，通过本发明，可提供一种陶瓷渗透汽化膜，其具备多孔体和分离膜，多孔体有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及该集水元件连通于外部空间而设置的排出流路，分离膜配置于多孔体过滤元件的内壁面上，相对于过滤元件的长度，与集水元件的流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上。(称为本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜)。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向平行的排出流路的开口长度总和所占比例优选在15%以上，特别优选在20%以上。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，形成多个所述排出流路，相对于过滤元件的长度，集水元件的流路方向邻接的多个排出流路之间的最长间隔所占比例优选80%以下。该排出流路之间的最长间隔所占比例优选45 %以下，更优选40 %以下，特别优选30 % 以下。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，基于陶瓷渗透汽化膜的机械强度方面考虑，所述排出流路的开口长度总和的比例上限为40%。另外，相对于过滤元件的长度，1个排出流路的开口长度所占比例，同样基于陶瓷渗透汽化膜的机械强度方面考虑，优选10%以下。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n优选为1 4。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜的优选形态兼具后述的本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜的特征。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，2列集水元件之间的过滤元件的列数优选为3以下。这也是与后述的本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜的特征的兼备之处。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜中，2列所述集水元件之间的过滤元件的列数为2，优选过滤元件与集水元件总是保持邻接。这也是与后述的本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜的特征的兼备之处。其次，根据本发明，可提供一种陶瓷渗透汽化膜，其具备多孔体和分离膜。多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及集水元件与外部空间相连通而设的排出流路。分离膜设置于多孔体的过滤元件的内壁面上。过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4(称为本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜)。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，2列集水元件之间过滤元件的列数优选3以下。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，2列所述集水元件之间的过滤元件的列数为2，优选过滤元件与集水元件始终邻接。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，过滤元件的长度优选300mm以上、1500mm以下。更优选过滤元件的长度为500mm以上、1500mm以下。特别优选过滤元件的长度为500mm 以上、1000mm以下。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜中，作为集水元件以及过滤元件的截面形状，可采用圆形、四角形、六角形、八角形等任意形状。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，过滤元件的截面形状优选为圆形。(过滤或集水)元件的截面形状是指，具有两个端面和外周面的多孔体中，与连接两个端面的方向(也称为元件的长度方向)相垂直的截面所显示的(过滤或集水)元件形状。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件的流路方向平行的排出流路的开口长度的总和所占比例优选为10%以上。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜的优选形态兼具已述的本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜的特征。即，第2 陶瓷渗透汽化膜的优选形态等同于第1陶瓷渗透汽化膜的优选形态。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向平行的排出流路的开口长度总和所占比例优选在20%以上。它也兼具已述的本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜的特征。本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜中，形成多个排出流路，相对于过滤元件的长度，集水元件流路方向相邻的多个排出流路之间的最长间隔所占比例优选在80%以下。该排出流路之间的最长间隔所占比例更优选在45%以下，进一步优选在40%以下，特别优选在30%以下。这也是与已述的本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜的特征的兼备之处。其次，根据本发明，可提供一种脱水方法，使用上述任意一个本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜，从水溶液、或水与有机溶剂的混相液中，以蒸汽形态除去水分(称为本发明涉及的第1脱水方法)。可举例如，以(质量比)水浓度 99%的水溶液、或水与有机溶剂的混相液为脱水对象。本发明涉及的第1脱水方法的具体例子是，从甲醇水溶液、乙醇水溶液等醇的水溶液、或醋酸等羧酸、丙酮等的酮类、乙胺等胺类中，通过渗透汽化法除去水(水分)的，水溶液的脱水方法。其次，根据本发明，可提供一种陶瓷蒸汽透过膜，其具备多孔体和分离膜，多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，分离膜配置于多孔体的过滤元件的内壁面上，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例在 10%以上(称为本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜)。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例优选在15%以上，特别优选在20%以上。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，所述形成多个排出流路，相对于过滤元件的长度，集水元件流路方向相邻的多个排出流路之间的最长间隔所占比例优选在80%以下。该排出流路之间的最长间隔所占比例更优选在45%以下，进一步优选在40%以下，特别优选在30%以下。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，从陶瓷蒸汽透过膜的机械强度方面考虑， 所述排出流路的开口长度的总和所占比例上限为40%。此外，相对于过滤元件的长度，1个排出流路的开口长度所占比例，同样从陶瓷蒸汽透过膜的机械强度方面考虑，优选在10% 以下。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n优选为1 4。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜的优选形态兼具后述的本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜的特征。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，2列集水元件之间的过滤元件的列数优选在3以下。这也是与后述的本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜的特征的兼备之处。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜中，优选2列所述集水元件之间的过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。这也是与后述的本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜的特征的兼备之处。其次，根据本发明，可提供一种陶瓷蒸汽透过膜，其具备多孔体和分离膜，多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，分离膜配置于多孔体的过滤元件的内壁面上，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4 (称为本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜)。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，2列集水元件之间的过滤元件的列数优选在3以下。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，优选2列所述集水元件之间的过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。
本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，过滤元件的长度优选为300mm以上、1500mm 以下。更优选过滤元件的长度为500mm以上、1500mm以下。特别优选过滤元件的长度为 500mm 以上、1000mm 以下。本发明涉及的本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，作为集水元件以及过滤元件的截面形状，可采用圆形、四角形、六角形、八角形等任意形状。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，过滤元件的截面形状优选圆形。(过滤或集水)元件的截面形状是指，具有两个端面和外周面的多孔体中，与连接两个端面的方向(也称为元件的长度方向)相垂直的截面所显示的(过滤或集水)元件的形状。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例优选在10%以上。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜的优选形态兼具已述的本发明涉及的本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜的特征。即，第2陶瓷蒸汽透过膜的优选形态等同于第1陶瓷蒸汽透过膜的优选形态。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例优选在20%以上。这也是与已述的本发明涉及的本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜的特征的兼备之处。本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜中，形成多个排出流路，相对于过滤元件的长度，集水元件流路方向相邻的多个排出流路之间的最长间隔所占比例优选在80%以下。该排出流路之间的最长间隔所占比例更优选在45 %以下，进一步优选在40 %以下，特别优选在30%以下。这也是与已述的本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜的特征的兼备之处。其次，根据本发明，可提供一种脱水方法，使用上述任意一个本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜，从水与有机溶剂的混合气体中以蒸汽形态除去水分(称为本发明涉及的第 2脱水方法)。可举例如，以(质量比)水浓度 99%的水与有机溶剂的混合气体为脱水对象。本发明涉及的第2脱水方法的具体例子是，从含有甲醇、乙醇等醇、或醋酸等羧酸、 或丙酮等酮类、或乙胺等胺类，与水(水蒸汽)的混合气体中，通过蒸汽透过法除去水(水分)的，混合气体的脱水方法。本说明书中，本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜与本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜合并简称为本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜。本发明涉及的第1陶瓷蒸汽透过膜与本发明涉及的第2陶瓷蒸汽透过膜一并简称为本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜。本发明涉及的第 1脱水方法与本发明涉及的第2脱水方法一并简称为本发明涉及的脱水方法。此外，本说明书中，有时将过滤元件和集水元件两者并称为元件。本发明涉及的(第1和第2、陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的(第1和第2、陶瓷蒸汽透过膜中，多孔体的外形呈现为近柱状体，形成有贯穿一个端面至另一端面的过滤元件和集水元件，因此，实质上过滤元件和集水元件的长度等于多孔体的长度(轴长)。即，集水元件的长度等于过滤元件的长度。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的第 1陶瓷蒸汽透过膜中，相对于集水元件的长度，与过滤元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例也在10%以上。如上所述，由于集水元件的两个端面的开口被封闭，所以集水元件的长度中也包含了该封闭部分(孔密封部件)。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，排出流路使集水元件与外部空间连通。排出流路(集水缝隙)使排成列的多个集水元件相连通，并且通过多孔体外周面开口，使多个集水元件与外部空间连通。相对于过滤元件的长度，与过滤元件流路方向相平行的排出流路的开口长度的总和所占比例在10%以上，因此该排出流路成为薄(细)的空间，成为裂缝状的缝隙。位于多孔体外周面的开口，其实就是裂缝。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，形成多个排出流路意思是，将相连通的多个集水元件作为1个空间时，每个该空间内形成多个排出流路。换言之，排出流路的数量是各个连通的多个集水元件所设置的排出流路的数量。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜的优选形态中，排出流路使排成列的多个集水元件之间相连通，而与其它列的集水元件不连通。因此，存在形成多列的多个集水元件时，每列形成有多个排出流路。排出流路的数目，对于所有(集水元件的)列，优选数目均相同。另一方面，存在多个排出流路时，各个开口长度可以全部为相同的长度，各排出流路的开口长度也可以不同。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜，称为渗透汽化膜，是用于渗透汽化用途的陶瓷过滤器。此外，本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜，称为蒸汽透过膜，是用于蒸汽透过用途的陶瓷过滤器。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，具有两个端面和外周面的多孔体，外形呈近柱状体。其外形从易于套管的角度考虑优选圆柱形，但也可以为四角柱形等。此种外形的多孔体内，具备贯穿一个端面至另一个端面的排成列的多个过滤元件和多个集水元件。此外，多孔体的过滤元件的内壁面上配置有分离膜。即，本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜，均可称为整体型的过滤器。配置有分离膜的过滤元件的内壁面是指，形成过滤元件的多孔体的(内部的)表面、隔壁(隔着元件的壁(多孔体本身))的表面。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，例如，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1时，过滤元件列与集水元件列可以交互配置。 例如，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为2时，相对2列过滤元件有1列集水元件，这种情况下，2列集水元件间可配置2列过滤元件。此种m/n为1或2时，过滤元件与集水元件可始终相互邻接配置。所以，例如，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为3时，对于3列过滤元件有1列集水元件，换言之，集水元件的列间可配置3列过滤元件。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，所有过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4时，2列集水元件之间的(集水元件列之间的)过滤元件的列数可部分超过4。优选的形态是2列集水元件之间过滤元件的列数全为 1 4，更优选的形态是2列集水元件之间的过滤元件的列数全为1 3。原本，过滤元件位于外周面一侧、会发生部分不位于2列集水元件之间的情况。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，所以过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4时，该部分中集水元件与外周面之间的过滤元件的列数也可超过4，但这部分中，集水元件与外周面之间的过滤元件的列数优选为1 4。另外，如上所述，由于过滤元件位于外周面一侧、会发生部分不位于2列集水元件之间的情况，所有过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n、与2列集水元件之间的过滤元件的列数之间不一定总存在一定关系。例如，如上所述，集水元件列之间设置3列过滤元件时，以集水元件，过滤元件，过滤元件，过滤元件为组合时，所有过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为3，但考虑过滤元件下一个的集水元件时，m/n有可能不到3， 若考虑在集水元件另一侧设置过滤元件时，m/n可能会超过3。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜的形态可有多种考虑，但本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜需要所有过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n 为1 4，其优选形态是2列集水元件之间的过滤元件的列数均为1 4，更优选形态是2 列集水元件之间的过滤元件的列数均为1 3。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，过滤元件与集水元件的直径优选在5mm以下，特别优选1 3mm。直径不到Imm时，因变形可能会造成元件封闭。另一方面，超过5mm时，分离膜的膜面积会变小。元件的直径意思是相当于元件的截面形状的圆的面积的直径。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜和本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜中，元件间的壁厚优选在1. 5mm以下，特别优选0. 2 1. 5mm。壁厚不足0. 2mm时，制备时的热处理(烧结) 可能会引起大的变形而使通道封闭。另一方面，超过1. 5mm时，由于压力损失的增大而水透过速度变慢，每1根陶瓷渗透汽化膜(或本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜)的分离性能下降。 元件间的壁厚指的是，元件与元件之间壁(多孔体)的厚度，是元件与元件之间的最短距
1 O其次，就本发明的效果，以陶瓷渗透汽化膜为例进行说明。渗透汽化膜与蒸汽透过法(Vapor permeation)的差异在于供给的被分离混合流体(混合物)为液体(渗透汽化法)还是气体(蒸汽透过法)，透过分离成分为气体这一点是共通的，两者的分离机理也可以说相同。因此，以下所示的本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜的效果，对于本发明涉及的陶瓷蒸汽透过膜也可同样能得到。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上，优选在20%以上，因此即使透过分离成分为气体，也可以抑制单位时间的透过流量减少。即，可高效进行分离，因此经济性优异。排出流路的开口长度总和所占比例不到10%时，压力损失的降低并不充分，会减少透过分离成分的单位时间透过流量。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜，在其优选形态中，形成多个排出流路，相对于过滤元件的长度，集水元件流路方向相邻的多个排出流路之间的最长间隔所占比例在45% 以下，所以特别容易得到上述效果。即，即使透过分离成分为气体，也可以减少压力损失，可进一步抑制单位时间透过流量的降低。本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜(本发明涉及的第1陶瓷渗透汽化膜的优选形态、以及本发明涉及的第2陶瓷渗透汽化膜)，过滤元件的列数m与集水元件的列数 η之比m/n为1 4，优选2列集水元件之间的过滤元件的列数在3以下，更优选2列集水元件之间的过滤元件的列数为2、过滤元件与集水元件总是保持邻接，因此在渗透汽化 (Pervaporation)用途中，水的透过速度快，分离系数也高。即，是一种优异的渗透汽化膜。得到这些效果有以下理由。即，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n 为1 4时，较之于m/n超过4，过滤元件与集水元件更接近。2列集水元件之间的过滤元件的列数为2、过滤元件与集水元件总是保持邻接时，较之于m/n超过4，过滤元件与集水元件更加接近。此种本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜，较之于现有的(m/n超过4)渗透汽化膜，单位膜面积的水透过速度变快，结果每1根陶瓷渗透汽化膜的水透过流量也变大。本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜，较之于现有的过滤器，用作渗透汽化用途优异，因为渗透汽化法的情况下，较之于微滤法、超滤法、气体分离法、反渗透法，受到过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n的影响更大。此外，m/n影响大的一个原因是，渗透汽化法中，以供给液的蒸汽压与透过侧的压力之间的差压为驱动力而引起透过，因此，较之于微滤等，可以较小(膜间的)差压进行运转。(1)式是求成分i (例如水)的透过速度的膜透过基本式。如该(1)式所示，透过速度由膜的入口压力与出口压力之差(差压)而决定，因此，较之于微滤等，在相对差压小的渗透汽化法中，差压的下降对于透过速度影响很大。如果使过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4，优选2列集水元件之间的过滤元件的列数在3以下，更优选2列集水元件之间的过滤元件的列数为2、过滤元件与集水元件总是保持邻接时，可抑制差压的减少。[数1]
Ji = PiX (Xn. Y , . Pi°-Xi2 . P1)
=PiX (P:il-pi2)…⑴Ji 成分i的透过速度(kg/m2 · h)Peri 成分i的透过系数(kg/m2 · h · Pa)Xil 成分i-的供给侧的摩尔分率㈠Xi2 成分i-的透过侧的摩尔分率㈠Y i 成分i的活度系数㈠Pi0 成分i-的饱和蒸汽压(Pa)P1 透过侧压力(Pa)PiI 成分i的膜的入口压力(Pa)Pi2 成分i的膜的出口压力(Pa)第2个原因是，渗透汽化法下，透过流体为气体，通过在透过侧减压进行分离，但通过减压，透过流体的体积流速增加，由于其增加，处理时(透过陶瓷渗透汽化膜)的压力损失较之于微滤法等变大。( 式是成分为水时求透过速度的膜透过基本式，(3)式是成分为乙醇时求透过速度的膜透过基本式。(4)式是通过(入口的)设定压力Psje与膜的(入口出口的)压力损失ΔP求出膜的出口压力ρ2的计算式，(5)式是基于达西定律的显示差压变化的计算式，(6)式是基于利于理想气体的状态方程式求体积流速的计算式。如这些计算式推导，透过流体(例如水和乙醇)在减压下根据(6)式而膨胀、体积流速增大，根据 (5)式，膜的压力损失增大。此外，由于该压力损失增大，膜透过的基本式中膜的有效差压 ((2)式和(3)式中的括弧项)减少，透过速度下降。[数2]
J水=Per水 χ(ρ 水 1—Χ水ρ2)...⑵[数3]
Ji醇=Per Zi醇 X (P Zi醇 Zi醇 Ρ2)“‘ (3)[数4]
[数 5]
Δ P = β Us+ α Us2...(5)
α 透过抵抗二次补正项(Pa · s7m2) β 多孔体的透过抵抗(Pa · s/m)[数6]
、=(J 水+Ji醇)RT/Mp2...(6)
Us 体积流速(m/S)例如，本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜，当2列集水元件之间的过滤元件的列数为 2、过滤元件与集水元件总是保持邻接时，较之于集水元件列间设置5列过滤元件，渗透汽化处理中，水透过速度可提升至2倍左右。此外，2列集水元件之间的过滤元件列数为3时， 较之于2列集水元件列间设置5列过滤元件，渗透汽化处理中，水透过速度可提升至1. 67倍。与此相对，如表1所示，例如使用专利文献4记载的细孔径为数IOOnm左右的微滤膜，对水施加Iatm的压力，令液体水透过时，当2列集水元件间的过滤元件列数为2、过滤元件和集水元件一直邻接时，较之于2列集水元件列间设置5列过滤元件，仅能提升30%左右。此外，2列集水元件间的过滤元件的列数为3时，较之于2列集水元件列间设置5列过滤元件，仅能提升15%左右。即，渗透汽化处理中的透过速度，较之于微滤处理中的水透过速度，由于受到过滤元件与集水元件的配置影响很大，因此本发明涉及的陶瓷渗透汽化膜中，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4，优选2列集水元件间的过滤元件列数为2、过滤元件和集水元件始终邻接的方式起到了效果。[表 1]
权利要求
1.一种陶瓷渗透汽化膜，具备多孔体和分离膜；所述多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及使该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，所述分离膜配置于所述多孔体的过滤元件的内壁面，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上。
2.如权利要求1记载的陶瓷渗透汽化膜，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在20%以上。
3.如权利要求1或2记载的陶瓷渗透汽化膜，形成多个所述排出流路，相对于所述过滤元件的长度，所述集水元件的流路方向邻接的多个所述排出流路之间的最长间隔所占比例在45 %以下。
4.如权利要求1 3任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，所述过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4。
5.如权利要求1 4任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数在3以下。
6.如权利要求1 5任意一项所述的陶瓷渗透汽化膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。
7.—种陶瓷渗透汽化膜，具备多孔体和分离膜；所述多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及使该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，所述分离膜配置于所述多孔体的过滤元件的内壁面，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4。
8.如权利要求7记载的陶瓷渗透汽化膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数在3以下。
9.如权利要求7或8记载的陶瓷渗透汽化膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。
10.如权利要求7 9任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，所述过滤元件的长度为 300mm、1500mm 以下。
11.如权利要求7 10任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，所述过滤元件的截面形状为圆形。
12.如权利要求7 11任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，相对于所述过滤元件的长度， 与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上。
13.如权利要求7 12任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，相对于所述过滤元件的长度， 与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在20%以上。
14.如权利要求7 13任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，形成多个所述排出流路，相对于所述过滤元件的长度，所述集水元件的流路方向相邻的多个所述排出流路之间的最长间隔所占比例在45 %以下。
15.一种脱水方法，使用权利要求7 11任意一项记载的陶瓷渗透汽化膜，从水溶液或水与有机溶剂的混相液中以蒸汽形态除去水分。
16.一种陶瓷蒸汽透过膜，具备多孔体和分离膜；所述多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及使该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，所述分离膜配置于所述多孔体的过滤元件的内壁面，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上。
17.如权利要求16记载的陶瓷蒸汽透过膜，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在20%以上。
18.如权利要求16或17记载的陶瓷蒸汽透过膜，形成多个所述排出流路，相对于所述过滤元件的长度，所述集水元件的流路方向相邻的多个所述排出流路之间的最长间隔所占比例在45 %以下。
19.如权利要求16 18任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，所述过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4。
20.如权利要求16 19任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数在3以下。
21.如权利要求16 20任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。
22.一种陶瓷蒸汽透过膜，具备多孔体和分离膜；所述多孔体具有两个端面和外周面，设有贯穿一个端面至另一个端面排成列的多个过滤元件，贯穿一个端面至另一个端面排成列的同时两个端面的开口被封闭的多个集水元件，以及使该集水元件与外部空间连通而设置的排出流路，所述分离膜配置于所述多孔体的过滤元件的内壁面，过滤元件的列数m与集水元件的列数η之比m/n为1 4。
23.如权利要求22记载的陶瓷蒸汽透过膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数在3以下。
24.如权利要求22或23记载的陶瓷蒸汽透过膜，2列所述集水元件之间的所述过滤元件的列数为2，过滤元件与集水元件总是保持邻接。
25.如权利要求22 M任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，所述过滤元件的长度为 300mm 以上、1500mm 以下。
26.如权利要求22 25任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，所述过滤元件的截面形状为圆形。
27.如权利要求22 沈任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在10%以上。
28.如权利要求22 27任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，相对于所述过滤元件的长度，与所述集水元件流路方向相平行的所述排出流路的开口长度总和所占比例在20%以上。
29.如权利要求22 28任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，形成多个所述排出流路， 相对于所述过滤元件的长度，所述集水元件的流路方向相邻的多个所述排出流路之间的最长间隔所占比例在45 %以下。
30.一种脱水方法，使用权利要求22 沈任意一项记载的陶瓷蒸汽透过膜，从水与有机溶剂的混合气体中以蒸汽形态除去水分。
全文摘要
提供一种水透过速度大、分离系数也高的陶瓷渗透汽化膜以及陶瓷蒸汽透过膜，其中，相对于过滤元件的长度，与集水元件流路方向相平行的排出流路的开口长度总和所占比例在10％以上，过滤元件的列数m与集水元件的列数n之比m/n为1～4。
文档编号B01D71/02GK102427872SQ201080021668
公开日2012年4月25日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者坂下俊, 寺西慎, 矶村学, 铃木秀之 申请人:日本碍子株式会社