脱水装置、脱水システム及び脱水方法
【課題】 膜性能の向上を図った脱水システム及び脱水方法を提供する。
【解決手段】 脱水装置本体１内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有す
る水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部１０と、該水分
離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部１１とを備え、該液体の出口付
近の該シェル部に加熱手段１２が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段１
３との接続口１４が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分
が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置１。
【解決手段】 脱水装置本体１内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有す
る水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部１０と、該水分
離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部１１とを備え、該液体の出口付
近の該シェル部に加熱手段１２が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段１
３との接続口１４が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分
が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水装置、脱水システム及び脱水方法に関する。さらに詳しくは、水との共
沸組成を持つエタノールやプロパノールと水との混合物、あるいは酸と水との混合物など
を効率的に脱水することができる脱水装置、脱水システム及び脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油燃料を代替する燃料源として、エタノールが注目されており、その市場規模は、２
０１０年に５５００万キロリットルと予測されている。しかし、メタノールを燃料として
採用するためには、トウモロコシ等のバイオ原料から得た粗製物を蒸留精製し、少なくと
も９９．７ｗｔ％以上に脱水しなければならない。
従来、脱水にあたっては、希薄エタノール水溶液を、蒸留塔で蒸留することにより、エ
タノール／水系の共沸点近くまで濃縮し、次いで脱水するといったことが行われている。
【０００３】
脱水するための手法としては、エントレーナを加え、共沸蒸留で脱水する方法がある。
しかし、この方法では、三成分系を共沸蒸留し、さらにエントレーナを回収するといった
工程を踏む必要があり、多大の熱エネルギーを必要とするといったような幾つかの欠点が
あった。
【０００４】
また、モレキュラーシーブ槽を複数並列し、これらをバッチ切替しながら脱水する方法
もある。しかし、この方法でも、モレキュラーシーブ槽の再生に多大なエネルギーを消費
するという難点があった。
【０００５】
さらに、膜分離器を用いたパーベーパレーション法膜分離により、完全に相互溶解する
液体混合物から水を分離する方法が知られている（特許文献１：特開平７−１２４４４４
号公報）。パーベーパレーション法膜分離は、相互溶解する液体混合物の分離において、
分離性のよさ、省エネルギーといった利点を有する。
【特許文献１】特開平７−１２４４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パーベーパレーション法膜分離は、エタノール燃料等の精製において有望な方法である
が、実用化に向けて、さらなる性能が求められている。特に、高純度のエタノール無水物
等をさらに高い効率で得ることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、チューブラ型またはモノリス型の水分離膜反応器を用いてパーベーパレ
ーション法膜分離を行った場合に、処理対象となる液体が、水分離膜反応器の入口から出
口に向かうにつれて、液体の温度が低下することを見出した。図７に、水分離膜反応器の
膜入口からの距離と、温度との関係を示す。液体温度の低下は、水分離膜の膜性能を表す
透過フラックス（単位はｋｇ／ｍ2ｈ）の低下につながる。すなわち、水分離膜反応器の
後段である液体の出口付近で、膜性能が特に低下していることを見出し、本発明を完成す
るに至った。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、脱水装置であって、脱水装置本体内に、液体を
通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体
出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定される
シェル部とを備え、該液体の出口付近の該シェル部に加熱手段が設けられ、該液体の入口
付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつ
れて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記液体の出口付近のシェル部に不活性ガ
スの入口をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下
に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してな
る水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備
え、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該
シェル部に不活性ガス出口が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備え、該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備え、該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に不活性ガス出口が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記液体の出口付近の前記シェル部に加熱手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記脱水装置本体内に、少なくとも二つの
前記水分離膜部が平行に設置され、ひとつの水分離膜部の液体の出口が、別の水分離膜部
の液体の入口に接続されている直列処理型であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記シェル部にバッフル板が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、別の側面で、脱水システムであって、前述のいずれかに記載の脱水装置と、
該脱水装置の前段に設けられる液体の加熱手段と、該当する場合には、該脱水装置の前記
液体の出口付近のシェル部に接続された減圧手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置の後段に設けられる液体
の濃度分析装置をさらに備えてなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置の前段に設けられ、前記
濃度分析装置に接続されている液体の流量調節装置をさらに備えてなることを特徴とする
。
【００１９】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置が、並列に接続した二以
上の前記水分離膜部を有し、該脱水装置が二以上直列に接続されており、隣り合う前後の
二つの脱水装置を接続する管に、前段の脱水装置で回収された液体の混合機を備えてなる
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、別の側面で、脱水方法であり、液体を通すための上下に延びる一以上の流路
を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧
して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、該水分離膜の外側にお
いて、該水分離膜の上部出口付近を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧
吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、前記水分離膜の外側において、加熱した不
活性ガスを上部から下部へ流すことをさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、液体を通すための上下に延びる一以上の流
路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減
圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させることによる脱水方法であって、該水分離
膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流して、該水分離膜の外側に上
部から下部への対流を発生させることを特徴とする。
【００２３】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、該水分離膜の内側において、該水分離膜を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させることを特徴とする。
【００２４】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、脱水された液体中の無水物または水分濃度
を測定し、該濃度に応じて、前記水分離膜に流す液体の量を調節する工程をさらに含むこ
とを特徴とする。
【００２５】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、前記水分離膜を二以上並列し、各分離膜で
脱水を行う工程と、各水分離膜から回収された液体を混合する工程と、混合された液体を
さらに水分離膜を用いて脱水する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、水分離膜部後段における液体温度の低下を防止することにより、水分
離膜部後段における膜分離性能を増大させ、全体として高い脱水性能を実現する脱水装置
、脱水システムおよび脱水方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る脱水装置、脱水システム及び脱水方法について、その実施の形態
を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００２８】
図１に、本発明に係る脱水装置の一実施の形態を示す。
図１に示す脱水装置は、主たる構成要素として、脱水装置１本体内に、水分離膜部１０
と、シェル部１１と、加熱手段１２と、真空ダクト１４とを備え、脱水装置本体には減圧
装置１３が接続される。
【００２９】
図１Ａは本発明に係る脱水装置１の概念図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａにおける
断面である。水分離膜部１０は、水分離膜１０ｄから構成されており、液体の入口１０ａ
が下端に、出口１０ｂが上端にあって、その内部には液体の流路１０ｃとして、液体を通
すための上下に延びる一以上の中空部が形成されている。シェル部１１は、水分離膜部１
０の側面の周囲に位置する。シェル部１１内の上方であって、液体の出口１０ｂ付近には
、加熱手段１２が設けられている。いっぽう、シェル部１１の下方であって、液体の入口
１０ａ付近には、真空ダクト１４が設けられている。真空ダクト１４は減圧装置１３に接
続されている。
【００３０】
水分離膜部１０は、液体を無水物と水とに分離する。かかる水分離膜部１０としては、
様々な形態のものが知られており、市販されている。本実施形態による水分離膜部として
は、一例として、モノリス型のものと、チューブラ型の水分離膜部を用いることができる
。
【００３１】
図８Ａおよび図８Ｂにモノリス型の水分離膜部１１０の例を挙げて説明する。図８Ｂは
、図８ＡのＣ−Ｃにおける断面である。モノリス型の水分離膜部は、円柱状の水分離膜１
１０ｄに液体を通すための上下に延びる一以上の中空部である液体の流路１１０ｃを複数
設けたものである。通常、かかる形態の水分離膜においては、水分離膜内部の液体の流路
１１０ｃを、膜の一次側、または供給側といい、水分離膜１１０ｄの外側を、膜の二次側
、または透過側とよぶ。
【００３２】
このような水分離膜部を用いたパーベーパレーション法膜分離においては、水分離膜部
１１０を、好ましくは流路の方向が鉛直方向と平行になるように設置する。そして、水分
離膜部１１０の透過側を減圧しながら、鉛直方向下側の入口１１０ａから液体を供給し、
重力と逆の向きに流して、鉛直方向上側の出口１１０ｂから液体を排出する。かかる操作
により、液体中の水が、水蒸気となって、円柱状の水分離膜１１０ｄの側面から、透過側
に引き抜かれる。その結果、水分離膜部出口１１０ｂから回収される液体は、脱水された
ものとなっている。
【００３３】
図示したモノリス型の水分離膜部１１０は、概略的なものであるが、一例として、直径
が３０ｍｍの円柱状の水分離膜に対して、直径が３ｍｍの穴を３０個設けた水分離膜部を
用いることができる。別の例として、直径が１５０〜２００ｍｍの水分離膜部に対して、
直径が２ｍｍの穴を２００個設けた水分離膜部を用いることができる。水分離膜部の長さ
は、所望の膜性能に応じて当業者が適宜決定することができるが、一例として、１５０ｍ
ｍから１ｍのものを用いることができる。
【００３４】
別の例として、図９Ａおよび図９Ｂにチューブラ型の水分離膜部を挙げて説明する。図
９Ｂは、図９ＡのＤ−Ｄにおける断面である。チューブラ型の水分離膜部２１０は、内部
に液体の流路２１０ｃがひとつだけ設けられた管状の水分離膜２１０ｄである。チューブ
ラ型の水分離膜部２１０も、その設置態様および作用効果は、モノリス型の水分離膜部と
同様である。チューブラ型の水分離膜部の一例としては、外径が１０ｍｍ、内径が７ｍｍ
のものを用いることができ、別の例としては、外径が３０ｍｍ、内径が２２ｍｍのものを
用いることができる。長さは、一例として、１５０ｍｍから１ｍのものを用いることがで
きる。
【００３５】
水分離膜部を構成する水分離膜の材質としては、無機材でナノオーダーまたはそれより
小さい孔径が精密に制御された微細孔多孔膜を用いることができる。微細孔多孔膜は、小
分子ガスを通し、大分子ガスを排除する分子ふるい効果を発現し、その透過係数は温度上
昇とともに増加する活性化拡散の挙動を示す。微細孔多孔膜の例としては、炭素膜、シリ
カ膜、ゼオライト膜が挙げられる。本実施形態においては、水分離膜としては、細孔径１
０オングストローム以下のシリカ系又はゼオライト系の無機水分離膜が好適である。
【００３６】
また、特許第２８０８４７９号記載の無機水分離膜も適用可能である。該特許第２８０
８４７９号の無機水分離膜は、無機多孔体の細孔内に、エトキシ基又はメトキシ基を含む
アルコキシシランの加水分解を経て得られたシリカゲルを担持することによって得られる
耐酸性複合分離膜である。
【００３７】
水分離膜部の形態、サイズ、および材質は、使用目的に応じて当業者が適宜選択するこ
とができる。
【００３８】
シェル部１１は、水分離膜部１０の周囲にあって、水分離膜の透過側にあたり、水分離
膜部１０の側面から放出される水蒸気５１の流路となる部分である。本実施形態において
、シェル部１１は、水分離膜部１０の側面と、脱水装置１本体の内壁とにより規定される
空間部分である。シェル部１１は、水分離膜部１０に供給する前の液体、または水分離膜
部１０から回収される液体５０が流れ込むことがないように構成されている。
【００３９】
シェル部１１内部の上方であって、水分離膜部１０の液体出口１０ｂ付近には、加熱手
段１２が設けられている。出口１０ｂ付近とは、水分離膜部１０の出口１０ｂを通過する
液体を所望の温度に加熱することができる程度に近い場所をいう。加熱手段は、好ましく
は出口１０ｂ付近の周囲に設置するが、一部に設置してもよい。加熱手段１２は、水分離
膜部１０の出口付近の液体および、水分離膜部１０からシェル部１１に放出された水蒸気
５１を加熱する。加熱手段１２としては、電熱ヒータやスチームなどの一般的なものを用
いることができる。水分離膜部１０を流れる液体５０を、共沸点に達しない共沸点付近に
まで、あるいは共沸点のない酢酸などと水の混合物の場合は１００〜１５０℃まで加熱す
ることができるものであればよい。
【００４０】
シェル部１１の下方であって、水分離膜部１０の入口１０ａ付近には、真空ダクト１４
が設けられる。真空ダクト１４は、減圧装置１３に接続するための接続口となる。真空ダ
クト１４から、シェル部１１に放出された水蒸気５１を回収する。真空ダクト１４は、図
示するように横向きに設けられてもよく、鉛直方向下向きに設けられてもよく、その向き
が限定されるものではないが、シェル部１１の最下面であって、加熱手段１２から遠い箇
所に設けられることが好ましい。シェル部１１の一番下まで熱を対流させるためである。
また、真空ダクト１４は、複数ではなく、一つだけ設けることが好ましい。加熱手段１２
から真空ダクト１４への一方向への、水蒸気５１及び熱の対流を形成するためである。し
かし、実質的に一方向への水蒸気５１及び熱の対流を形成することができる位置、向きで
あれば、複数の真空ダクト１４を設けることもできる。
【００４１】
減圧装置１３は、シェル部１１を減圧して、水分離膜部１０から放出された水蒸気を吸
引する手段である。圧力を、１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐ
ａ）程度にまで減圧するものであればよく、通常の減圧ポンプ等を用いることができる。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る脱水装置１により液体を脱水する方法の一形態を説明する。
本実施の形態に係る脱水装置１の対象とする液体は、一般的には、水と相互溶解する液体
と、水との混合物である。具体的には、エタノールと水との混合物、プロパノールと水と
の混合物、又は酢酸などの酸と水との混合物が挙げられる。本実施形態にかかる方法によ
れば、これらを、例えば燃料用途に好適な９９．７％の無水物にまで脱水し、または半導
体基板洗浄用途の９９．９９％以上にまで脱水する。液体は、原料となる混合物を、蒸留
塔やアルコール選択膜で処理して、アルコールまたは酸の濃度を、８０〜９５ｗｔ％とし
たものである。なお、処理対象となる液体は、加圧した液体であってもよい。加圧した液
体を用いることで、本実施の形態に係る脱水装置１に供給する液体をガス化させることな
く、液体の温度を上げることができる。この場合、例えば、１．５ａｔｍから１０ａｔｍ
、好ましくは２ａｔｍから３ａｔｍに加圧した液体を用いることができる。以下、燃料と
して有用なエタノールと水との混合物を液体の一例として脱水方法を説明する。本実施の
形態に係る脱水装置に供給する液体におけるエタノール濃度は、好ましくは、９５ｗｔ％
である。
【００４３】
図１に示すように、９５ｗｔ％のエタノールと、５ｗｔ％の水との混合物である液体５
０を熱交換器で昇温した後、水分離膜部１０の液体入口１０ａから供給する。液体５０の
水分離膜部１０への供給流速は、０．５〜１ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。しかし、
供給流速は、透過フラックスとの関係で、当業者が適宜決定することができる。また、液
体５０の供給時の温度は、エタノールと水との共沸点に近いが共沸点（約８０℃）未満で
ある７０℃から８０℃未満とすることが好ましい。液体５０の温度が高いほど、透過フラ
ックスが大きくなり、膜性能が上がるいっぽうで、共沸点より高い温度では、液体５０の
一部が気化し、蒸発潜熱を奪うためである。
【００４４】
水分離膜部１０に５０液体を供給するとき、シェル部１１を減圧する。このとき、シェ
ル部１１の圧力が、１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度
となるように減圧することが好ましい。水分離膜の供給側と透過側の差圧により分離を促
進するためである。減圧は、シェル部１１下方に設けた真空ダクト１４より行う。シェル
部１１の上方では、加熱手段１２により水分離膜部１０の出口付近を加熱する。液体５０
が共沸点付近であって共沸点未満になるまで加熱することが好ましい。具体的には、液体
が７０℃から８０℃未満となるように加熱することが好ましい。
【００４５】
液体５０は、水分離膜部１０の下から上へ流路１０ｃを流れる。このあいだに、液体５
０中の水が、分離膜１０ｄを介してシェル部１１へ水蒸気５１として取り出される。水の
気化により液体５１は、随時気化熱を奪われるが、出口１０ｂ付近が加熱されているため
温度が低下することなく保たれる。したがって、出口１０ｂから回収される液体５０は、
温度は供給時と同程度で、含有水濃度が低下したものとなっている。
【００４６】
シェル部１１へ放出された水蒸気５１は、シェル部１１の上方から下方へと対流する。
これは、シェル部１１上方を加熱していると同時に、シェル部１１下方から減圧吸引して
いるためである。水蒸気５１は、図１Ｂに示すように、ダクト１４に向かって対流しなが
ら、分離膜１０ｄを介して流路１０ｃ内の液体５０を昇温する。そして、水蒸気５１はシ
ェル部１１下方の真空ダクト１４から回収される。回収された水蒸気５１は、その後段で
、熱交換器等の冷却器で凝縮される。図１には、二つの加熱手段１２が設けられている形
態を示したが、ダクト１４からいちばん遠い位置、すなわち図１Ａのシェル部１１の左上
に一つの加熱手段が設置されれば、図１Ａのシェル部１１の右下のダクト１４まで、熱が
対流することとなる。
【００４７】
本実施形態では、説明を簡単にするため、一つの水分離膜部１０を備える脱水装置１の
形態を図示したが、本発明にかかる脱水装置は、脱水装置本体内に複数の水分離膜部を並
列に接続して備えるものであってもよい。この場合、複数の水分離膜部は、脱水装置本体
内に平行に設置する。すなわち、複数の水分離膜部の液体入口１０ａが装置本体内で略同
じ高さに位置し、同様に、複数の水分離膜部の液体出口１０ｂが略同じ高さに位置するこ
とになる。そして、加熱手段は、各水分離膜部の出口付近を、いずれも同じ温度にまで加
熱昇温することができるような位置、態様で設けることができる。そして、かかる形態に
おいても、シェル部１１は、脱水装置本体の内壁と、複数の水分離膜部１０の外側面とで
規定される一つの連続した空間となっていて、その内部を熱および水蒸気が上部から下部
に向けて対流することができる。脱水装置本体内に複数の水分離膜部を並列に接続して設
けることにより、一つの脱水装置にて一度に処理する液体の量を増やすことができる。
【００４８】
図１に示す本実施の形態にかかる方法によれば、液体を水分離膜部１０の出口付近で加
熱することにより、膜性能を上げることができる。
膜性能は、透過フラックスで評価することができ、透過フラックスは温度に比例するこ
とが知られている。本実施形態において好ましく用いられる水分離膜は、約４０℃から約
８０℃まで変化させると、透過フラックスが約３倍まで増加する。液体を、水分離膜部１
０の入口１０ａから出口１０ｂに至るまで７０℃から８０℃未満に保持することによって
、水分離膜部１０の全ての箇所で、高い透過フラックスを得ることができ、膜性能を高め
ることができる。具体的には、従来技術と比較して、透過フラックスを約５０％上げるこ
とができる。そして、液体中のエタノール濃度が、燃料に適する９９．７ｗｔ％以上とな
るまで脱水することができる。
【００４９】
次に、図２に本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、シェル部１１の上方に不活性ガス入口１５を備え、加熱手段が設け
られていない。また、シェル部１１の下方には不活性ガス出口となる排気ダクト１４を備
え、排気ダクトに減圧装置は接続されていない。他の構成要素は、図１について説明した
実施の形態と同様であり、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。
【００５０】
本実施の形態にかかる脱水装置１０１を用いたエタノールと水との混合物の脱水方法に
おいて、不活性ガス５２を、不活性ガス入口１５から供給する。不活性ガス５２としては
、一例として、窒素、アルゴンなどを用いることができる。供給される不活性ガス５２の
流速は、例えば、５〜１５ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。しかし、かかる速度は、シ
ェル部１１の容積との関係で当業者が適宜決定することができる。不活性ガス５２は、脱
水装置１０１の外部に設けられた加熱手段１９により加熱、昇温することができる。供給
時の不活性ガス５２の温度は、出口１０ｂ付近の液体温度を７０から８０℃未満に昇温で
きる温度とすることができる。
【００５１】
高温でシェル部１１に供給された不活性ガス５２は、水分離膜１０ｄを介して出口１０
ｂ付近を流れる液体５０を昇温する。そして、不活性ガス５２はシェル部１１を上から下
へ流れ、排気ダクト１４から回収される。このとき、シェル部１１において上方から下方
へ向かう、不活性ガス５２および熱の対流が形成される。分離膜１０ｄから放出される水
蒸気５１は、この対流により、不活性ガス５２といっしょに排気ダクト１４から回収され
る。
【００５２】
また、図２に示した本発明に係る脱水装置の変形形態として、不活性ガス５２の加熱手
段を、脱水装置１０１本体の外部ではなく、脱水装置１０１本体内部のシェル部１１の上
方に備えることもできる。
【００５３】
図２に示した本発明に係る脱水装置の別の変形形態として、脱水装置１０１のシェル部
１１の上方に加熱手段をさらに備え、ダクトに減圧装置を接続した形態の脱水装置とする
こともできる。かかる脱水装置を用いた脱水方法において、不活性ガスを不活性ガス入口
１５からシェル部に供給する。このとき、不活性ガスの流速は、例えば、０．１〜５ｍ／
ｓｅｃとすることが好ましく、０．１〜１ｍ／ｓｅｃとすることがより好ましい。同時に
、減圧装置によりシェル部を減圧する。このとき、シェル部の圧力が、１０〜１００ｔｏ
ｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度となるように減圧することが好ましい
。
【００５４】
図２に示した本発明に係る脱水装置およびその変形形態によれば、シェル部１１へ不活
性ガス５２を供給することにより、シェル部１１において上方から下方へ向かう、不活性
ガス５２及び水蒸気５１の対流および熱の対流を形成して、水分離膜部１０の出口１０ｂ
付近で液体５０を昇温することができ、図１にかかる実施の形態と同様の効果が得られる
。
【００５５】
次に、図３に本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、複数の水分離膜部１０が脱水装置２０１本体内に平行に配置され、
一の水分離膜部１０の出口１０ｂと別の水分離膜部１０の入口１０ａとが、管１７によっ
て直列に接続されている直列処理型である。複数の水分離膜部１０を脱水装置２０１本体
内に平行に設置することにより、全ての水分離膜部１０の入口１０ａが脱水装置２０１の
下方の略同じ高さに位置し、出口１０ｂが脱水装置２０１の上方の略同じ高さに位置する
。したがって、各水分離膜部１０の入口１０ａ付近のシェル部１１にダクト１４が位置し
、出口１０ｂ付近のシェル部１１に加熱手段１２が位置している。直列に接続する水分離
膜部１０の数は、例えば、３〜５とすることができる。しかし、各水分離膜部１０の仕様
や性能、処理対象となる液体の所望の純度によって、当業者が接続する数を適宜決定する
ことができる。
【００５６】
各水分離膜部１０の前段の管１７には、好ましくは、熱交換器１９を設ける。複数の水
分離膜部１０が図示するような位置関係で設置されているため、熱交換器１９は、脱水装
置２０１本体の外側に一つだけ設け、複数の管１７をいっしょに加熱、昇温することがで
きる。
【００５７】
本実施の形態にかかる脱水装置２０１を用いたエタノールと水の混合液体の脱水方法に
おいて、ある水分離膜部１０の出口１０ｂから回収された液体５０を、別の水分離膜部１
０の入口１０ａに供給し、次いでまた別の水分離膜部１０の入口１０ａに供給する。この
とき、水分離膜部１０から回収された液体５０を、好ましくは熱交換器１９等で冷却防止
し、又は昇温してから次の水分離膜部１０に供給する。各水分離膜部１０は、図１にかか
る実施の形態と同様にシェル部１１の加熱手段１２により、出口１０ｂ付近が加熱される
。これにより、直列に接続された各水分離膜部１０を流れる液体５０は、すべて、エタノ
ールの共沸点付近であって、共沸点未満の温度に保持される。したがって、各水分離膜部
１０において図１にかかる実施の形態と同様の効果が得られる。そして、そのような水分
離膜部１０が直列に複数接続されていることで、全体としてより高い膜性能が得られ、液
体を純度の高いエタノールにまで脱水することができる。
【００５８】
次に、図４Ａおよび４Ｂに本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。図４Ｂは、
図４ＡをＢ−Ｂで切断した断面図である。
本実施の形態では、図４Ａに示すように、図１に示す脱水装置のシェル部１１にさらに
バッフル板１８が設けられている。バッフル板１８は、熱交換器で用いられる通常のもの
を用いることができる。また、その数は、脱水装置の規模に応じて設計的に数を変更する
ことができる。
【００５９】
本実施の形態にかかる脱水装置３０１を用いた脱水方法において、図４Ａおよび４Ｂに
示すように、水蒸気５１はバッフル板により規定された流路を流れていく。シェル部１１
を流れる水蒸気５１は、バッフル板１８を設けることで、流路が長くなり、流速が上昇す
ることになる。これによりシェル部１１の伝熱量を上げることができる。そして、水蒸気
５１は、水分離膜部１０を流れる液体をシェル部１１から昇温しながらダクト１４から回
収される。このように、伝熱量の上昇により、液体５０を効率的に昇温し、膜性能を高め
ることができる。
【００６０】
次に、図１０Ａおよび図１０Ｂに本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。図１０Ｂは、図１０ＡのＥ―Ｅにおける断面である。
本実施の形態では、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、水分離膜部に一以上のヒータ２０が液体の流路１０ｃと平行方向に設置される。各ヒータ２０は脱水装置４０１本体の外部に設けられたヒータ本体２１と接続される。シェル部１１の上方には加熱手段は設けられていない。他の構成要素は、図１について説明した実施の形態と同様であり、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態においては、ヒータ２０が水分離膜部１０に組み込まれていることを特徴とする。
【００６１】
ヒータ２０は棒状であり、ヒータ本体２１はヒータ２０を加熱するための装置である。ヒータ２０とヒータ本体２１は加熱手段を構成する。ヒータ本体２１は、脱水装置４０１の外側またはシェル部１１に設けられ、各ヒータ２０と接続される。ヒータとしては、電熱ヒータやスチーム熱交換器などの一般的なものを用いることができる。ヒータの材質は、鉄、銅、ステンレス等を用いることができるがこれらに限定されない。ヒータ２０の材質は水分離膜の材質に悪影響を与えないものであることが好ましい。ヒータ２０のサイズは直径０．１ｍｍから１０ｍｍ、長さ１０ｍｍから２ｍのものを用いることができる。水分離膜部１０に設置されるヒータの本数は１本から２０００本とすることができるが、これに限定されない。
【００６２】
水分離膜部１０におけるヒータ２０の設置位置は、流路１０ｃを流れる液体の温度を所望の温度に加熱できるものであればよい。図１０Ａにおいて、ヒータは水分離膜部の下端１０ａまで達していないが、下端１０ａまで達していてもよい。ヒータは水分離膜部上端１０ｂから全長の２分の１の位置に設置されていてもよい。好ましくは、上端１０ｂから全長の３分の１から４分の１までの位置である。ヒータの材質、サイズ、および本数は、水分離膜部の性能および使用目的に応じて当業者が適宜変更することができる。
【００６３】
図１１Ａおよび図１１Ｂに本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部３１０の例を挙げて説明する。図１１Ａは平面図であり、ヒータ本体２１およびヒータ２０とヒータ本体２１との接続手段は図示していない。図１１Ｂは、図１１ＡのＦ―Ｆにおける断面である。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部は、図８に示す水分離膜部３１０の水分離膜３１０ｄに、ヒータ２０が液体の流路３１０ｃと平行方向に設置される。これにより、流路を流れる液体が加熱、昇温され、高い膜性能が得られる。本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部の一例としては、図８で説明したのと同様に、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍであり、直径３ｍｍの穴が３０個設けられており、直径が３．０ｍｍ、長さ５０ｍｍのヒータ２０が水分離膜部の上端３１０ｂから５０ｍｍまでの位置に３本設置され、２００℃に加熱されるものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６４】
水分離膜部３１０の製造過程において、ヒータ２０を水分離膜３１０ｄに設置することにより得た水分離膜部を適用することもできる。
【００６５】
本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部の別の例としては、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、ヒータ２０は水分離膜４１０ｄに設置されるのではなく、液体の流路４１０ｃ中に挿入されたものを用いることもできる。図１２Ｂは、図１２ＡのＧ−Ｇにおける断面である。ヒータ２０が流路４１０ｃ中に設置される場合は、ヒータ２０が設置された流路４１０ｃには液体５０は流れ込まないように構成される。ヒータ２０の直径および流路４１０ｃの直径は図示した寸法には限定されない。本実施形態による加熱の効果が達成される限り、ヒータ２０と流路４１０ｃの内壁との間に空隙があってもよい。具体的には、ヒータ２０と流路４１０ｃの内壁との間の隙間は０．１ｍｍから２．０ｍｍあってもよい。一例としては、図８で説明したのと同様に、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水分離膜部に設けられた直径３ｍｍの３０個の穴のうち９個の穴に、直径０．５ｍｍ、長さが５０ｍｍのヒータ２０が水分離膜部の上端４１０ｂから５０ｍｍまでの位置に設置され、２００℃に加熱されるものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６６】
別の例として、図１３Ａおよび図１３Ｂに本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０の例を挙げて説明する。図１３Ｂは、図１３ＡのＨ―Ｈにおける断面である。本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示す水分離膜部２１０の水分離膜２１０ｄに、ヒータ２０が液体の流路５１０ｃと平行方向に設置される。その設置態様および作用効果は、図１１のモノリス型の水分離膜部と同様である。本実施形態におけるチューブラ型の水分離膜部５１０の一例としては、図９で説明したのと同様に、外形１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水分離膜部の水分離膜５１０ｄに、直径３．０ｍｍ、長さ５０ｍｍのヒータ２０を上端５１０ｂから５０ｍｍまでの位置に１本設置し、２００℃に加熱するものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６７】
本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０はモノリス型の水分離膜部３１０と同様の方法によって製造されたものを適用することができる。
【００６８】
本実施形態に係る脱水装置４０１を用いたエタノールと水との混合物の脱水方法において、水分離膜部に設置したヒータ２０は水分離膜の内側において分離膜を介して流路１０ｃを流れる液体５０を昇温する。ヒータ２０は液体５０の温度を７０から８０℃未満に昇温できる温度とすることができる。膜内部から加熱することにより、効率的に液体を昇温し、水分離膜部後段においても高い膜性能を得ることができる。水分離膜１０ｄからシェル部へ放出される水蒸気５１及び熱は、シェル部１１の下方において減圧吸引しているため、シェル部１１の上方から下方へ対流し、真空ダクト１４から回収される。シェル部の圧力は１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度となるように減圧することが好ましい。本実施形態に係る脱水装置４０１により効率的に液体５０を昇温することができ、単位膜面積あたりの脱水量が増加するという利点が得られる。
【００６９】
次に、図５に、本発明に係る脱水システムの一実施の形態を示す。
図５の脱水システムは、主たる構成要素として、脱水装置１と、液体中の無水物または
水分の濃度分析装置２と、流量調節装置３と、熱交換器と、減圧装置１３とを備えている
。無水物または水分の濃度分析装置２は脱水装置１の後段に設けられている。流量調節装
置３は脱水装置１の前段に設けられている。そして、無水物または水分の濃度分析装置２
と流量調節装置３とが接続されている。熱交換器は、脱水装置１の前段であって、流量調
節装置３の後段に設けられている。減圧装置１３は脱水装置１に接続されている。
【００７０】
脱水装置１は、図１から図４について説明した任意の実施の形態のものとすることがで
き、同一の構成・作用を持つ。なお、図５に示した脱水装置１は模式的なものであって、
液体の流れの向きや、複数の水分離膜部の設置方向や入口及び出口の位置を正確に示した
ものではない。
無水物または水分の濃度分析装置２は、脱水装置１から回収された液体５０中の、無水
物または水分の濃度を測定することにより、脱水の効果を測定するものである。具体的に
は、ガスクロマトグラフィー分析装置、密度計などを用いることができる。オンラインで
測定することができるものが好ましい。
流量調節装置３は、脱水装置１に供給する液体５０の量を調節する。流量調節装置３は
無水物または水分の濃度分析装置２からの濃度情報に応じて、脱水装置１に供給する液体
５０の量を増減させるように、バルブ４をコントロールするものを使用することができる
。
【００７１】
次に、本実施の形態に係る脱水システムにより、エタノールと水の混合物である液体を
脱水する方法の一形態を説明する。
図５に示すように、９５ｗｔ％のエタノールは、熱交換器を経て昇温され、脱水装置１
に送られる。脱水装置１では、液体５０から水が分離され、エタノール濃度が高くなった
液体が回収される。脱水装置１の後段の無水物または水分濃度分析装置２であるガスクロ
マトグラフィーでは、回収された液体５０中のエタノール濃度を測定する。エタノール濃
度の測定は、オンラインで随時行う。そして、ガスクロマトグラフィーは、測定結果を、
ガスクロマトグラフィーに接続されている流量調節装置３に送信する。流量調節装置３で
は、エタノール濃度の測定結果に応じて、脱水装置１に供給する液体５０量を調節する。
具体的には、エタノール濃度が低いときには、脱水装置１に供給する液体５０量を低減さ
せるようにする。かかる操作により、脱水装置１出口のエタノール濃度をモニタリングし
、流量調節装置３にフィードバックすることで、安定した品質のエタノールを得るシステ
ムを実現することが可能となる。
【００７２】
図５に示す本実施形態の変形形態として、濃度分析装置２のみを含み、流量調節装置を
含まない脱水システムとすることもできる。このとき、ガスクロマトグラフィーなどの濃
度分析装置は、回収されるエタノールの濃度を単にモニタリングすることができ、場合に
より、例えば水分離膜の取替え時期の指標を得ることができる。
【００７３】
図５に係る実施の形態およびその変形形態によれば、濃度分析装置２を備えることによ
り、脱水装置１出口でのエタノールなどの無水物の濃度または水分の濃度を検出すること
ができるため、安定した脱水システムとすることができる。
【００７４】
次に、図６に、本発明に係る脱水システムの別の実施の形態を示す。
図６の脱水システムは、主たる構成要素として、第一の脱水装置１と、第二の脱水装置
１と、混合機５とを備えている。隣り合う二つの脱水装置１は、管で直列に接続されてい
る。そして、混合機５は、第一の脱水装置の後段であって、第二の脱水装置の前段に設け
られる。
【００７５】
脱水装置１は、図１から図４について説明した任意の実施の形態のものとすることがで
き、同一の構成・作用を持つ。特に、図６の脱水システムにおいては、第一の脱水装置１
が、装置本体内に複数の水分離膜部１０を並列に備るものである。
混合機５は、第一の脱水装置１から回収された、脱水された液体を混合するものである
。混合機５としては、たとえば、管中に設けられた羽根状のものを用いることができる。
【００７６】
次に、本実施の形態に係る脱水システムにより、エタノールと水の混合物を脱水する方
法の一形態を説明する。
図６に示すように、９５ｗｔ％のエタノールを含む液体５０は、熱交換器を経て昇温さ
れた後、第一の脱水装置１に送られる。第一の脱水装置１では、各水分離膜部で液体５０
から水が水蒸気５１として分離され、エタノール濃度が高くなった液体５０が回収される
。液体５０は、各水分離膜部の個体差によりエタノール濃度が異なる場合がある。これら
の液体５０は、次いで、一つの管に集められて混合機５に供給される。そして、混合機５
で十分に混合され、均一の濃度になって、第二の脱水装置１に供給される。第二の脱水装
置１では、液体５０からさらなる水が水蒸気５１として分離され、さらに純度の高い無水
エタノールが回収される。
【００７７】
本実施形態の変形形態として、三以上の脱水装置１が管で直列に接続されているもので
あってもよい。この場合も、同様に二段目以降の各脱水装置の前段に混合機が設けられる
。また、本実施の形態に係る脱水システムでは、濃度測定装置２及び流量調節装置３を含
まないものであってもよい。また、脱水装置１が減圧装置に接続される代わりに、図２に
示すような不活性ガスを流す形態のものであってもよい。
【００７８】
図６にかかる実施の形態およびその変形形態によれば、混合機５を備えることにより、
複数の水分離膜部を備える脱水装置１において生じうる、各水分離膜部から回収される液
体５０の無水物濃度のばらつきをなくし、均一化したうえで、次の脱水装置１に送ること
ができる。かかる操作をしないと、第一の脱水装置での脱水が無駄になってしまう場合が
ある。例えば、ある水分離膜部では、回収されたあとの液体の無水物濃度が目的濃度以上
の９９．９％にまで脱水されており、別の水分離膜部では目的濃度に達しない９７．０％
にまでしか脱水されなかった場合、混合機５がないと、それらは、そのままの濃度で第二
の脱水装置に供給することになる。このとき、無水物濃度が９９．９％の液体を二段目の
水分離膜部に供給し、脱水しても、大きな脱水効果が得られることはなく、かかる処理が
無駄になってしまう一方、無水物濃度が９７．０％の液体を二段目の水分離膜部に供給し
、脱水しても、目的濃度に達することができず、最終的に得られる無水物濃度が全体とし
て目的濃度に達しない場合がある。これに対し、混合機５で液体５０中の無水物濃度を均
一化し、第二の脱水装置１に供給した場合、少なくとも無駄な工程は生じず、第一の脱水
装置１での脱水効果が次の脱水装置１で生かされることになる。このように、混合機５を
備えることで、一つの脱水装置１での脱水効果を確実に次の装置に反映させ、総合的な脱
水システムとしての安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る脱水装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図３】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図４】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図５】本発明に係る脱水システムの一実施の形態を説明する概念図である。
【図６】本発明に係る脱水システムの他の実施の形態を説明する概念図である。
【図７】水分離膜の入口から出口までの液体の温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明に係る水分離膜部の一実施の形態を説明する概念図である。
【図９】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１０】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１１】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１２】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１３】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０１、２０１、３０１、４０１ 脱水装置
２ 濃度測定装置
３ 流量調節装置
４ バルブ
５ 混合機
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 水分離膜部
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ、４１０ａ、５１０ａ 液体の入口
１０ｂ、１１０ｂ、２１０ｂ、３１０ｂ、４１０ｂ、５１０ｂ 液体の出口
１０ｃ、１１０ｃ、２１０ｃ、３１０ｃ、４１０ｃ、５１０ｃ 流路
１０ｄ、１１０ｄ、２１０ｄ、３１０ｄ、４１０ｄ、５１０ｄ 水分離膜
１１ シェル部
１２ 加熱手段
１３ 減圧装置
１４ ダクト
１５ 不活性ガス入口
１６ 不活性ガス供給手段
１７ 管
１８ バッフル板
１９ 熱交換器
２０ ヒータ
２１ ヒータ本体
５０ 液体
５１ 水蒸気
５２ 不活性ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水装置、脱水システム及び脱水方法に関する。さらに詳しくは、水との共
沸組成を持つエタノールやプロパノールと水との混合物、あるいは酸と水との混合物など
を効率的に脱水することができる脱水装置、脱水システム及び脱水方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油燃料を代替する燃料源として、エタノールが注目されており、その市場規模は、２
０１０年に５５００万キロリットルと予測されている。しかし、メタノールを燃料として
採用するためには、トウモロコシ等のバイオ原料から得た粗製物を蒸留精製し、少なくと
も９９．７ｗｔ％以上に脱水しなければならない。
従来、脱水にあたっては、希薄エタノール水溶液を、蒸留塔で蒸留することにより、エ
タノール／水系の共沸点近くまで濃縮し、次いで脱水するといったことが行われている。
【０００３】
脱水するための手法としては、エントレーナを加え、共沸蒸留で脱水する方法がある。
しかし、この方法では、三成分系を共沸蒸留し、さらにエントレーナを回収するといった
工程を踏む必要があり、多大の熱エネルギーを必要とするといったような幾つかの欠点が
あった。
【０００４】
また、モレキュラーシーブ槽を複数並列し、これらをバッチ切替しながら脱水する方法
もある。しかし、この方法でも、モレキュラーシーブ槽の再生に多大なエネルギーを消費
するという難点があった。
【０００５】
さらに、膜分離器を用いたパーベーパレーション法膜分離により、完全に相互溶解する
液体混合物から水を分離する方法が知られている（特許文献１：特開平７−１２４４４４
号公報）。パーベーパレーション法膜分離は、相互溶解する液体混合物の分離において、
分離性のよさ、省エネルギーといった利点を有する。
【特許文献１】特開平７−１２４４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パーベーパレーション法膜分離は、エタノール燃料等の精製において有望な方法である
が、実用化に向けて、さらなる性能が求められている。特に、高純度のエタノール無水物
等をさらに高い効率で得ることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、チューブラ型またはモノリス型の水分離膜反応器を用いてパーベーパレ
ーション法膜分離を行った場合に、処理対象となる液体が、水分離膜反応器の入口から出
口に向かうにつれて、液体の温度が低下することを見出した。図７に、水分離膜反応器の
膜入口からの距離と、温度との関係を示す。液体温度の低下は、水分離膜の膜性能を表す
透過フラックス（単位はｋｇ／ｍ2ｈ）の低下につながる。すなわち、水分離膜反応器の
後段である液体の出口付近で、膜性能が特に低下していることを見出し、本発明を完成す
るに至った。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、脱水装置であって、脱水装置本体内に、液体を
通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体
出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定される
シェル部とを備え、該液体の出口付近の該シェル部に加熱手段が設けられ、該液体の入口
付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつ
れて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される
ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記液体の出口付近のシェル部に不活性ガ
スの入口をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下
に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してな
る水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備
え、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該
シェル部に不活性ガス出口が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備え、該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水されることを特徴とする。
【００１２】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、脱水装置本体内に、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部とを備え、該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に不活性ガス出口が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記液体の出口付近の前記シェル部に加熱手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記脱水装置本体内に、少なくとも二つの
前記水分離膜部が平行に設置され、ひとつの水分離膜部の液体の出口が、別の水分離膜部
の液体の入口に接続されている直列処理型であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の脱水装置は、他の形態においては、前記シェル部にバッフル板が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、別の側面で、脱水システムであって、前述のいずれかに記載の脱水装置と、
該脱水装置の前段に設けられる液体の加熱手段と、該当する場合には、該脱水装置の前記
液体の出口付近のシェル部に接続された減圧手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置の後段に設けられる液体
の濃度分析装置をさらに備えてなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置の前段に設けられ、前記
濃度分析装置に接続されている液体の流量調節装置をさらに備えてなることを特徴とする
。
【００１９】
本発明の脱水システムは、他の形態においては、前記脱水装置が、並列に接続した二以
上の前記水分離膜部を有し、該脱水装置が二以上直列に接続されており、隣り合う前後の
二つの脱水装置を接続する管に、前段の脱水装置で回収された液体の混合機を備えてなる
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明は、別の側面で、脱水方法であり、液体を通すための上下に延びる一以上の流路
を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧
して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、該水分離膜の外側にお
いて、該水分離膜の上部出口付近を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧
吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、前記水分離膜の外側において、加熱した不
活性ガスを上部から下部へ流すことをさらに含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、液体を通すための上下に延びる一以上の流
路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減
圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させることによる脱水方法であって、該水分離
膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流して、該水分離膜の外側に上
部から下部への対流を発生させることを特徴とする。
【００２３】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、該水分離膜の内側において、該水分離膜を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させることを特徴とする。
【００２４】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、脱水された液体中の無水物または水分濃度
を測定し、該濃度に応じて、前記水分離膜に流す液体の量を調節する工程をさらに含むこ
とを特徴とする。
【００２５】
本発明の脱水方法は、他の形態においては、前記水分離膜を二以上並列し、各分離膜で
脱水を行う工程と、各水分離膜から回収された液体を混合する工程と、混合された液体を
さらに水分離膜を用いて脱水する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、水分離膜部後段における液体温度の低下を防止することにより、水分
離膜部後段における膜分離性能を増大させ、全体として高い脱水性能を実現する脱水装置
、脱水システムおよび脱水方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る脱水装置、脱水システム及び脱水方法について、その実施の形態
を参照しながらさらに詳細に説明する。
【００２８】
図１に、本発明に係る脱水装置の一実施の形態を示す。
図１に示す脱水装置は、主たる構成要素として、脱水装置１本体内に、水分離膜部１０
と、シェル部１１と、加熱手段１２と、真空ダクト１４とを備え、脱水装置本体には減圧
装置１３が接続される。
【００２９】
図１Ａは本発明に係る脱水装置１の概念図であり、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａにおける
断面である。水分離膜部１０は、水分離膜１０ｄから構成されており、液体の入口１０ａ
が下端に、出口１０ｂが上端にあって、その内部には液体の流路１０ｃとして、液体を通
すための上下に延びる一以上の中空部が形成されている。シェル部１１は、水分離膜部１
０の側面の周囲に位置する。シェル部１１内の上方であって、液体の出口１０ｂ付近には
、加熱手段１２が設けられている。いっぽう、シェル部１１の下方であって、液体の入口
１０ａ付近には、真空ダクト１４が設けられている。真空ダクト１４は減圧装置１３に接
続されている。
【００３０】
水分離膜部１０は、液体を無水物と水とに分離する。かかる水分離膜部１０としては、
様々な形態のものが知られており、市販されている。本実施形態による水分離膜部として
は、一例として、モノリス型のものと、チューブラ型の水分離膜部を用いることができる
。
【００３１】
図８Ａおよび図８Ｂにモノリス型の水分離膜部１１０の例を挙げて説明する。図８Ｂは
、図８ＡのＣ−Ｃにおける断面である。モノリス型の水分離膜部は、円柱状の水分離膜１
１０ｄに液体を通すための上下に延びる一以上の中空部である液体の流路１１０ｃを複数
設けたものである。通常、かかる形態の水分離膜においては、水分離膜内部の液体の流路
１１０ｃを、膜の一次側、または供給側といい、水分離膜１１０ｄの外側を、膜の二次側
、または透過側とよぶ。
【００３２】
このような水分離膜部を用いたパーベーパレーション法膜分離においては、水分離膜部
１１０を、好ましくは流路の方向が鉛直方向と平行になるように設置する。そして、水分
離膜部１１０の透過側を減圧しながら、鉛直方向下側の入口１１０ａから液体を供給し、
重力と逆の向きに流して、鉛直方向上側の出口１１０ｂから液体を排出する。かかる操作
により、液体中の水が、水蒸気となって、円柱状の水分離膜１１０ｄの側面から、透過側
に引き抜かれる。その結果、水分離膜部出口１１０ｂから回収される液体は、脱水された
ものとなっている。
【００３３】
図示したモノリス型の水分離膜部１１０は、概略的なものであるが、一例として、直径
が３０ｍｍの円柱状の水分離膜に対して、直径が３ｍｍの穴を３０個設けた水分離膜部を
用いることができる。別の例として、直径が１５０〜２００ｍｍの水分離膜部に対して、
直径が２ｍｍの穴を２００個設けた水分離膜部を用いることができる。水分離膜部の長さ
は、所望の膜性能に応じて当業者が適宜決定することができるが、一例として、１５０ｍ
ｍから１ｍのものを用いることができる。
【００３４】
別の例として、図９Ａおよび図９Ｂにチューブラ型の水分離膜部を挙げて説明する。図
９Ｂは、図９ＡのＤ−Ｄにおける断面である。チューブラ型の水分離膜部２１０は、内部
に液体の流路２１０ｃがひとつだけ設けられた管状の水分離膜２１０ｄである。チューブ
ラ型の水分離膜部２１０も、その設置態様および作用効果は、モノリス型の水分離膜部と
同様である。チューブラ型の水分離膜部の一例としては、外径が１０ｍｍ、内径が７ｍｍ
のものを用いることができ、別の例としては、外径が３０ｍｍ、内径が２２ｍｍのものを
用いることができる。長さは、一例として、１５０ｍｍから１ｍのものを用いることがで
きる。
【００３５】
水分離膜部を構成する水分離膜の材質としては、無機材でナノオーダーまたはそれより
小さい孔径が精密に制御された微細孔多孔膜を用いることができる。微細孔多孔膜は、小
分子ガスを通し、大分子ガスを排除する分子ふるい効果を発現し、その透過係数は温度上
昇とともに増加する活性化拡散の挙動を示す。微細孔多孔膜の例としては、炭素膜、シリ
カ膜、ゼオライト膜が挙げられる。本実施形態においては、水分離膜としては、細孔径１
０オングストローム以下のシリカ系又はゼオライト系の無機水分離膜が好適である。
【００３６】
また、特許第２８０８４７９号記載の無機水分離膜も適用可能である。該特許第２８０
８４７９号の無機水分離膜は、無機多孔体の細孔内に、エトキシ基又はメトキシ基を含む
アルコキシシランの加水分解を経て得られたシリカゲルを担持することによって得られる
耐酸性複合分離膜である。
【００３７】
水分離膜部の形態、サイズ、および材質は、使用目的に応じて当業者が適宜選択するこ
とができる。
【００３８】
シェル部１１は、水分離膜部１０の周囲にあって、水分離膜の透過側にあたり、水分離
膜部１０の側面から放出される水蒸気５１の流路となる部分である。本実施形態において
、シェル部１１は、水分離膜部１０の側面と、脱水装置１本体の内壁とにより規定される
空間部分である。シェル部１１は、水分離膜部１０に供給する前の液体、または水分離膜
部１０から回収される液体５０が流れ込むことがないように構成されている。
【００３９】
シェル部１１内部の上方であって、水分離膜部１０の液体出口１０ｂ付近には、加熱手
段１２が設けられている。出口１０ｂ付近とは、水分離膜部１０の出口１０ｂを通過する
液体を所望の温度に加熱することができる程度に近い場所をいう。加熱手段は、好ましく
は出口１０ｂ付近の周囲に設置するが、一部に設置してもよい。加熱手段１２は、水分離
膜部１０の出口付近の液体および、水分離膜部１０からシェル部１１に放出された水蒸気
５１を加熱する。加熱手段１２としては、電熱ヒータやスチームなどの一般的なものを用
いることができる。水分離膜部１０を流れる液体５０を、共沸点に達しない共沸点付近に
まで、あるいは共沸点のない酢酸などと水の混合物の場合は１００〜１５０℃まで加熱す
ることができるものであればよい。
【００４０】
シェル部１１の下方であって、水分離膜部１０の入口１０ａ付近には、真空ダクト１４
が設けられる。真空ダクト１４は、減圧装置１３に接続するための接続口となる。真空ダ
クト１４から、シェル部１１に放出された水蒸気５１を回収する。真空ダクト１４は、図
示するように横向きに設けられてもよく、鉛直方向下向きに設けられてもよく、その向き
が限定されるものではないが、シェル部１１の最下面であって、加熱手段１２から遠い箇
所に設けられることが好ましい。シェル部１１の一番下まで熱を対流させるためである。
また、真空ダクト１４は、複数ではなく、一つだけ設けることが好ましい。加熱手段１２
から真空ダクト１４への一方向への、水蒸気５１及び熱の対流を形成するためである。し
かし、実質的に一方向への水蒸気５１及び熱の対流を形成することができる位置、向きで
あれば、複数の真空ダクト１４を設けることもできる。
【００４１】
減圧装置１３は、シェル部１１を減圧して、水分離膜部１０から放出された水蒸気を吸
引する手段である。圧力を、１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐ
ａ）程度にまで減圧するものであればよく、通常の減圧ポンプ等を用いることができる。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る脱水装置１により液体を脱水する方法の一形態を説明する。
本実施の形態に係る脱水装置１の対象とする液体は、一般的には、水と相互溶解する液体
と、水との混合物である。具体的には、エタノールと水との混合物、プロパノールと水と
の混合物、又は酢酸などの酸と水との混合物が挙げられる。本実施形態にかかる方法によ
れば、これらを、例えば燃料用途に好適な９９．７％の無水物にまで脱水し、または半導
体基板洗浄用途の９９．９９％以上にまで脱水する。液体は、原料となる混合物を、蒸留
塔やアルコール選択膜で処理して、アルコールまたは酸の濃度を、８０〜９５ｗｔ％とし
たものである。なお、処理対象となる液体は、加圧した液体であってもよい。加圧した液
体を用いることで、本実施の形態に係る脱水装置１に供給する液体をガス化させることな
く、液体の温度を上げることができる。この場合、例えば、１．５ａｔｍから１０ａｔｍ
、好ましくは２ａｔｍから３ａｔｍに加圧した液体を用いることができる。以下、燃料と
して有用なエタノールと水との混合物を液体の一例として脱水方法を説明する。本実施の
形態に係る脱水装置に供給する液体におけるエタノール濃度は、好ましくは、９５ｗｔ％
である。
【００４３】
図１に示すように、９５ｗｔ％のエタノールと、５ｗｔ％の水との混合物である液体５
０を熱交換器で昇温した後、水分離膜部１０の液体入口１０ａから供給する。液体５０の
水分離膜部１０への供給流速は、０．５〜１ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。しかし、
供給流速は、透過フラックスとの関係で、当業者が適宜決定することができる。また、液
体５０の供給時の温度は、エタノールと水との共沸点に近いが共沸点（約８０℃）未満で
ある７０℃から８０℃未満とすることが好ましい。液体５０の温度が高いほど、透過フラ
ックスが大きくなり、膜性能が上がるいっぽうで、共沸点より高い温度では、液体５０の
一部が気化し、蒸発潜熱を奪うためである。
【００４４】
水分離膜部１０に５０液体を供給するとき、シェル部１１を減圧する。このとき、シェ
ル部１１の圧力が、１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度
となるように減圧することが好ましい。水分離膜の供給側と透過側の差圧により分離を促
進するためである。減圧は、シェル部１１下方に設けた真空ダクト１４より行う。シェル
部１１の上方では、加熱手段１２により水分離膜部１０の出口付近を加熱する。液体５０
が共沸点付近であって共沸点未満になるまで加熱することが好ましい。具体的には、液体
が７０℃から８０℃未満となるように加熱することが好ましい。
【００４５】
液体５０は、水分離膜部１０の下から上へ流路１０ｃを流れる。このあいだに、液体５
０中の水が、分離膜１０ｄを介してシェル部１１へ水蒸気５１として取り出される。水の
気化により液体５１は、随時気化熱を奪われるが、出口１０ｂ付近が加熱されているため
温度が低下することなく保たれる。したがって、出口１０ｂから回収される液体５０は、
温度は供給時と同程度で、含有水濃度が低下したものとなっている。
【００４６】
シェル部１１へ放出された水蒸気５１は、シェル部１１の上方から下方へと対流する。
これは、シェル部１１上方を加熱していると同時に、シェル部１１下方から減圧吸引して
いるためである。水蒸気５１は、図１Ｂに示すように、ダクト１４に向かって対流しなが
ら、分離膜１０ｄを介して流路１０ｃ内の液体５０を昇温する。そして、水蒸気５１はシ
ェル部１１下方の真空ダクト１４から回収される。回収された水蒸気５１は、その後段で
、熱交換器等の冷却器で凝縮される。図１には、二つの加熱手段１２が設けられている形
態を示したが、ダクト１４からいちばん遠い位置、すなわち図１Ａのシェル部１１の左上
に一つの加熱手段が設置されれば、図１Ａのシェル部１１の右下のダクト１４まで、熱が
対流することとなる。
【００４７】
本実施形態では、説明を簡単にするため、一つの水分離膜部１０を備える脱水装置１の
形態を図示したが、本発明にかかる脱水装置は、脱水装置本体内に複数の水分離膜部を並
列に接続して備えるものであってもよい。この場合、複数の水分離膜部は、脱水装置本体
内に平行に設置する。すなわち、複数の水分離膜部の液体入口１０ａが装置本体内で略同
じ高さに位置し、同様に、複数の水分離膜部の液体出口１０ｂが略同じ高さに位置するこ
とになる。そして、加熱手段は、各水分離膜部の出口付近を、いずれも同じ温度にまで加
熱昇温することができるような位置、態様で設けることができる。そして、かかる形態に
おいても、シェル部１１は、脱水装置本体の内壁と、複数の水分離膜部１０の外側面とで
規定される一つの連続した空間となっていて、その内部を熱および水蒸気が上部から下部
に向けて対流することができる。脱水装置本体内に複数の水分離膜部を並列に接続して設
けることにより、一つの脱水装置にて一度に処理する液体の量を増やすことができる。
【００４８】
図１に示す本実施の形態にかかる方法によれば、液体を水分離膜部１０の出口付近で加
熱することにより、膜性能を上げることができる。
膜性能は、透過フラックスで評価することができ、透過フラックスは温度に比例するこ
とが知られている。本実施形態において好ましく用いられる水分離膜は、約４０℃から約
８０℃まで変化させると、透過フラックスが約３倍まで増加する。液体を、水分離膜部１
０の入口１０ａから出口１０ｂに至るまで７０℃から８０℃未満に保持することによって
、水分離膜部１０の全ての箇所で、高い透過フラックスを得ることができ、膜性能を高め
ることができる。具体的には、従来技術と比較して、透過フラックスを約５０％上げるこ
とができる。そして、液体中のエタノール濃度が、燃料に適する９９．７ｗｔ％以上とな
るまで脱水することができる。
【００４９】
次に、図２に本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、シェル部１１の上方に不活性ガス入口１５を備え、加熱手段が設け
られていない。また、シェル部１１の下方には不活性ガス出口となる排気ダクト１４を備
え、排気ダクトに減圧装置は接続されていない。他の構成要素は、図１について説明した
実施の形態と同様であり、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。
【００５０】
本実施の形態にかかる脱水装置１０１を用いたエタノールと水との混合物の脱水方法に
おいて、不活性ガス５２を、不活性ガス入口１５から供給する。不活性ガス５２としては
、一例として、窒素、アルゴンなどを用いることができる。供給される不活性ガス５２の
流速は、例えば、５〜１５ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。しかし、かかる速度は、シ
ェル部１１の容積との関係で当業者が適宜決定することができる。不活性ガス５２は、脱
水装置１０１の外部に設けられた加熱手段１９により加熱、昇温することができる。供給
時の不活性ガス５２の温度は、出口１０ｂ付近の液体温度を７０から８０℃未満に昇温で
きる温度とすることができる。
【００５１】
高温でシェル部１１に供給された不活性ガス５２は、水分離膜１０ｄを介して出口１０
ｂ付近を流れる液体５０を昇温する。そして、不活性ガス５２はシェル部１１を上から下
へ流れ、排気ダクト１４から回収される。このとき、シェル部１１において上方から下方
へ向かう、不活性ガス５２および熱の対流が形成される。分離膜１０ｄから放出される水
蒸気５１は、この対流により、不活性ガス５２といっしょに排気ダクト１４から回収され
る。
【００５２】
また、図２に示した本発明に係る脱水装置の変形形態として、不活性ガス５２の加熱手
段を、脱水装置１０１本体の外部ではなく、脱水装置１０１本体内部のシェル部１１の上
方に備えることもできる。
【００５３】
図２に示した本発明に係る脱水装置の別の変形形態として、脱水装置１０１のシェル部
１１の上方に加熱手段をさらに備え、ダクトに減圧装置を接続した形態の脱水装置とする
こともできる。かかる脱水装置を用いた脱水方法において、不活性ガスを不活性ガス入口
１５からシェル部に供給する。このとき、不活性ガスの流速は、例えば、０．１〜５ｍ／
ｓｅｃとすることが好ましく、０．１〜１ｍ／ｓｅｃとすることがより好ましい。同時に
、減圧装置によりシェル部を減圧する。このとき、シェル部の圧力が、１０〜１００ｔｏ
ｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度となるように減圧することが好ましい
。
【００５４】
図２に示した本発明に係る脱水装置およびその変形形態によれば、シェル部１１へ不活
性ガス５２を供給することにより、シェル部１１において上方から下方へ向かう、不活性
ガス５２及び水蒸気５１の対流および熱の対流を形成して、水分離膜部１０の出口１０ｂ
付近で液体５０を昇温することができ、図１にかかる実施の形態と同様の効果が得られる
。
【００５５】
次に、図３に本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。
本実施の形態では、複数の水分離膜部１０が脱水装置２０１本体内に平行に配置され、
一の水分離膜部１０の出口１０ｂと別の水分離膜部１０の入口１０ａとが、管１７によっ
て直列に接続されている直列処理型である。複数の水分離膜部１０を脱水装置２０１本体
内に平行に設置することにより、全ての水分離膜部１０の入口１０ａが脱水装置２０１の
下方の略同じ高さに位置し、出口１０ｂが脱水装置２０１の上方の略同じ高さに位置する
。したがって、各水分離膜部１０の入口１０ａ付近のシェル部１１にダクト１４が位置し
、出口１０ｂ付近のシェル部１１に加熱手段１２が位置している。直列に接続する水分離
膜部１０の数は、例えば、３〜５とすることができる。しかし、各水分離膜部１０の仕様
や性能、処理対象となる液体の所望の純度によって、当業者が接続する数を適宜決定する
ことができる。
【００５６】
各水分離膜部１０の前段の管１７には、好ましくは、熱交換器１９を設ける。複数の水
分離膜部１０が図示するような位置関係で設置されているため、熱交換器１９は、脱水装
置２０１本体の外側に一つだけ設け、複数の管１７をいっしょに加熱、昇温することがで
きる。
【００５７】
本実施の形態にかかる脱水装置２０１を用いたエタノールと水の混合液体の脱水方法に
おいて、ある水分離膜部１０の出口１０ｂから回収された液体５０を、別の水分離膜部１
０の入口１０ａに供給し、次いでまた別の水分離膜部１０の入口１０ａに供給する。この
とき、水分離膜部１０から回収された液体５０を、好ましくは熱交換器１９等で冷却防止
し、又は昇温してから次の水分離膜部１０に供給する。各水分離膜部１０は、図１にかか
る実施の形態と同様にシェル部１１の加熱手段１２により、出口１０ｂ付近が加熱される
。これにより、直列に接続された各水分離膜部１０を流れる液体５０は、すべて、エタノ
ールの共沸点付近であって、共沸点未満の温度に保持される。したがって、各水分離膜部
１０において図１にかかる実施の形態と同様の効果が得られる。そして、そのような水分
離膜部１０が直列に複数接続されていることで、全体としてより高い膜性能が得られ、液
体を純度の高いエタノールにまで脱水することができる。
【００５８】
次に、図４Ａおよび４Ｂに本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。図４Ｂは、
図４ＡをＢ−Ｂで切断した断面図である。
本実施の形態では、図４Ａに示すように、図１に示す脱水装置のシェル部１１にさらに
バッフル板１８が設けられている。バッフル板１８は、熱交換器で用いられる通常のもの
を用いることができる。また、その数は、脱水装置の規模に応じて設計的に数を変更する
ことができる。
【００５９】
本実施の形態にかかる脱水装置３０１を用いた脱水方法において、図４Ａおよび４Ｂに
示すように、水蒸気５１はバッフル板により規定された流路を流れていく。シェル部１１
を流れる水蒸気５１は、バッフル板１８を設けることで、流路が長くなり、流速が上昇す
ることになる。これによりシェル部１１の伝熱量を上げることができる。そして、水蒸気
５１は、水分離膜部１０を流れる液体をシェル部１１から昇温しながらダクト１４から回
収される。このように、伝熱量の上昇により、液体５０を効率的に昇温し、膜性能を高め
ることができる。
【００６０】
次に、図１０Ａおよび図１０Ｂに本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を示す。図１０Ｂは、図１０ＡのＥ―Ｅにおける断面である。
本実施の形態では、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、水分離膜部に一以上のヒータ２０が液体の流路１０ｃと平行方向に設置される。各ヒータ２０は脱水装置４０１本体の外部に設けられたヒータ本体２１と接続される。シェル部１１の上方には加熱手段は設けられていない。他の構成要素は、図１について説明した実施の形態と同様であり、同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態においては、ヒータ２０が水分離膜部１０に組み込まれていることを特徴とする。
【００６１】
ヒータ２０は棒状であり、ヒータ本体２１はヒータ２０を加熱するための装置である。ヒータ２０とヒータ本体２１は加熱手段を構成する。ヒータ本体２１は、脱水装置４０１の外側またはシェル部１１に設けられ、各ヒータ２０と接続される。ヒータとしては、電熱ヒータやスチーム熱交換器などの一般的なものを用いることができる。ヒータの材質は、鉄、銅、ステンレス等を用いることができるがこれらに限定されない。ヒータ２０の材質は水分離膜の材質に悪影響を与えないものであることが好ましい。ヒータ２０のサイズは直径０．１ｍｍから１０ｍｍ、長さ１０ｍｍから２ｍのものを用いることができる。水分離膜部１０に設置されるヒータの本数は１本から２０００本とすることができるが、これに限定されない。
【００６２】
水分離膜部１０におけるヒータ２０の設置位置は、流路１０ｃを流れる液体の温度を所望の温度に加熱できるものであればよい。図１０Ａにおいて、ヒータは水分離膜部の下端１０ａまで達していないが、下端１０ａまで達していてもよい。ヒータは水分離膜部上端１０ｂから全長の２分の１の位置に設置されていてもよい。好ましくは、上端１０ｂから全長の３分の１から４分の１までの位置である。ヒータの材質、サイズ、および本数は、水分離膜部の性能および使用目的に応じて当業者が適宜変更することができる。
【００６３】
図１１Ａおよび図１１Ｂに本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部３１０の例を挙げて説明する。図１１Ａは平面図であり、ヒータ本体２１およびヒータ２０とヒータ本体２１との接続手段は図示していない。図１１Ｂは、図１１ＡのＦ―Ｆにおける断面である。同一番号を付した構成要素は、同一の構成・作用を持つ。本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部は、図８に示す水分離膜部３１０の水分離膜３１０ｄに、ヒータ２０が液体の流路３１０ｃと平行方向に設置される。これにより、流路を流れる液体が加熱、昇温され、高い膜性能が得られる。本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部の一例としては、図８で説明したのと同様に、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍであり、直径３ｍｍの穴が３０個設けられており、直径が３．０ｍｍ、長さ５０ｍｍのヒータ２０が水分離膜部の上端３１０ｂから５０ｍｍまでの位置に３本設置され、２００℃に加熱されるものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６４】
水分離膜部３１０の製造過程において、ヒータ２０を水分離膜３１０ｄに設置することにより得た水分離膜部を適用することもできる。
【００６５】
本実施形態に係るモノリス型の水分離膜部の別の例としては、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、ヒータ２０は水分離膜４１０ｄに設置されるのではなく、液体の流路４１０ｃ中に挿入されたものを用いることもできる。図１２Ｂは、図１２ＡのＧ−Ｇにおける断面である。ヒータ２０が流路４１０ｃ中に設置される場合は、ヒータ２０が設置された流路４１０ｃには液体５０は流れ込まないように構成される。ヒータ２０の直径および流路４１０ｃの直径は図示した寸法には限定されない。本実施形態による加熱の効果が達成される限り、ヒータ２０と流路４１０ｃの内壁との間に空隙があってもよい。具体的には、ヒータ２０と流路４１０ｃの内壁との間の隙間は０．１ｍｍから２．０ｍｍあってもよい。一例としては、図８で説明したのと同様に、直径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水分離膜部に設けられた直径３ｍｍの３０個の穴のうち９個の穴に、直径０．５ｍｍ、長さが５０ｍｍのヒータ２０が水分離膜部の上端４１０ｂから５０ｍｍまでの位置に設置され、２００℃に加熱されるものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６６】
別の例として、図１３Ａおよび図１３Ｂに本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０の例を挙げて説明する。図１３Ｂは、図１３ＡのＨ―Ｈにおける断面である。本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示す水分離膜部２１０の水分離膜２１０ｄに、ヒータ２０が液体の流路５１０ｃと平行方向に設置される。その設置態様および作用効果は、図１１のモノリス型の水分離膜部と同様である。本実施形態におけるチューブラ型の水分離膜部５１０の一例としては、図９で説明したのと同様に、外形１０ｍｍ、内径７ｍｍ、長さ１５０ｍｍの水分離膜部の水分離膜５１０ｄに、直径３．０ｍｍ、長さ５０ｍｍのヒータ２０を上端５１０ｂから５０ｍｍまでの位置に１本設置し、２００℃に加熱するものを用いることができるが、これに限定されない。
【００６７】
本実施形態に係るチューブラ型の水分離膜部５１０はモノリス型の水分離膜部３１０と同様の方法によって製造されたものを適用することができる。
【００６８】
本実施形態に係る脱水装置４０１を用いたエタノールと水との混合物の脱水方法において、水分離膜部に設置したヒータ２０は水分離膜の内側において分離膜を介して流路１０ｃを流れる液体５０を昇温する。ヒータ２０は液体５０の温度を７０から８０℃未満に昇温できる温度とすることができる。膜内部から加熱することにより、効率的に液体を昇温し、水分離膜部後段においても高い膜性能を得ることができる。水分離膜１０ｄからシェル部へ放出される水蒸気５１及び熱は、シェル部１１の下方において減圧吸引しているため、シェル部１１の上方から下方へ対流し、真空ダクト１４から回収される。シェル部の圧力は１０〜１００ｔｏｒｒ（１３３３．２２〜１３３３２．２Ｐａ）程度となるように減圧することが好ましい。本実施形態に係る脱水装置４０１により効率的に液体５０を昇温することができ、単位膜面積あたりの脱水量が増加するという利点が得られる。
【００６９】
次に、図５に、本発明に係る脱水システムの一実施の形態を示す。
図５の脱水システムは、主たる構成要素として、脱水装置１と、液体中の無水物または
水分の濃度分析装置２と、流量調節装置３と、熱交換器と、減圧装置１３とを備えている
。無水物または水分の濃度分析装置２は脱水装置１の後段に設けられている。流量調節装
置３は脱水装置１の前段に設けられている。そして、無水物または水分の濃度分析装置２
と流量調節装置３とが接続されている。熱交換器は、脱水装置１の前段であって、流量調
節装置３の後段に設けられている。減圧装置１３は脱水装置１に接続されている。
【００７０】
脱水装置１は、図１から図４について説明した任意の実施の形態のものとすることがで
き、同一の構成・作用を持つ。なお、図５に示した脱水装置１は模式的なものであって、
液体の流れの向きや、複数の水分離膜部の設置方向や入口及び出口の位置を正確に示した
ものではない。
無水物または水分の濃度分析装置２は、脱水装置１から回収された液体５０中の、無水
物または水分の濃度を測定することにより、脱水の効果を測定するものである。具体的に
は、ガスクロマトグラフィー分析装置、密度計などを用いることができる。オンラインで
測定することができるものが好ましい。
流量調節装置３は、脱水装置１に供給する液体５０の量を調節する。流量調節装置３は
無水物または水分の濃度分析装置２からの濃度情報に応じて、脱水装置１に供給する液体
５０の量を増減させるように、バルブ４をコントロールするものを使用することができる
。
【００７１】
次に、本実施の形態に係る脱水システムにより、エタノールと水の混合物である液体を
脱水する方法の一形態を説明する。
図５に示すように、９５ｗｔ％のエタノールは、熱交換器を経て昇温され、脱水装置１
に送られる。脱水装置１では、液体５０から水が分離され、エタノール濃度が高くなった
液体が回収される。脱水装置１の後段の無水物または水分濃度分析装置２であるガスクロ
マトグラフィーでは、回収された液体５０中のエタノール濃度を測定する。エタノール濃
度の測定は、オンラインで随時行う。そして、ガスクロマトグラフィーは、測定結果を、
ガスクロマトグラフィーに接続されている流量調節装置３に送信する。流量調節装置３で
は、エタノール濃度の測定結果に応じて、脱水装置１に供給する液体５０量を調節する。
具体的には、エタノール濃度が低いときには、脱水装置１に供給する液体５０量を低減さ
せるようにする。かかる操作により、脱水装置１出口のエタノール濃度をモニタリングし
、流量調節装置３にフィードバックすることで、安定した品質のエタノールを得るシステ
ムを実現することが可能となる。
【００７２】
図５に示す本実施形態の変形形態として、濃度分析装置２のみを含み、流量調節装置を
含まない脱水システムとすることもできる。このとき、ガスクロマトグラフィーなどの濃
度分析装置は、回収されるエタノールの濃度を単にモニタリングすることができ、場合に
より、例えば水分離膜の取替え時期の指標を得ることができる。
【００７３】
図５に係る実施の形態およびその変形形態によれば、濃度分析装置２を備えることによ
り、脱水装置１出口でのエタノールなどの無水物の濃度または水分の濃度を検出すること
ができるため、安定した脱水システムとすることができる。
【００７４】
次に、図６に、本発明に係る脱水システムの別の実施の形態を示す。
図６の脱水システムは、主たる構成要素として、第一の脱水装置１と、第二の脱水装置
１と、混合機５とを備えている。隣り合う二つの脱水装置１は、管で直列に接続されてい
る。そして、混合機５は、第一の脱水装置の後段であって、第二の脱水装置の前段に設け
られる。
【００７５】
脱水装置１は、図１から図４について説明した任意の実施の形態のものとすることがで
き、同一の構成・作用を持つ。特に、図６の脱水システムにおいては、第一の脱水装置１
が、装置本体内に複数の水分離膜部１０を並列に備るものである。
混合機５は、第一の脱水装置１から回収された、脱水された液体を混合するものである
。混合機５としては、たとえば、管中に設けられた羽根状のものを用いることができる。
【００７６】
次に、本実施の形態に係る脱水システムにより、エタノールと水の混合物を脱水する方
法の一形態を説明する。
図６に示すように、９５ｗｔ％のエタノールを含む液体５０は、熱交換器を経て昇温さ
れた後、第一の脱水装置１に送られる。第一の脱水装置１では、各水分離膜部で液体５０
から水が水蒸気５１として分離され、エタノール濃度が高くなった液体５０が回収される
。液体５０は、各水分離膜部の個体差によりエタノール濃度が異なる場合がある。これら
の液体５０は、次いで、一つの管に集められて混合機５に供給される。そして、混合機５
で十分に混合され、均一の濃度になって、第二の脱水装置１に供給される。第二の脱水装
置１では、液体５０からさらなる水が水蒸気５１として分離され、さらに純度の高い無水
エタノールが回収される。
【００７７】
本実施形態の変形形態として、三以上の脱水装置１が管で直列に接続されているもので
あってもよい。この場合も、同様に二段目以降の各脱水装置の前段に混合機が設けられる
。また、本実施の形態に係る脱水システムでは、濃度測定装置２及び流量調節装置３を含
まないものであってもよい。また、脱水装置１が減圧装置に接続される代わりに、図２に
示すような不活性ガスを流す形態のものであってもよい。
【００７８】
図６にかかる実施の形態およびその変形形態によれば、混合機５を備えることにより、
複数の水分離膜部を備える脱水装置１において生じうる、各水分離膜部から回収される液
体５０の無水物濃度のばらつきをなくし、均一化したうえで、次の脱水装置１に送ること
ができる。かかる操作をしないと、第一の脱水装置での脱水が無駄になってしまう場合が
ある。例えば、ある水分離膜部では、回収されたあとの液体の無水物濃度が目的濃度以上
の９９．９％にまで脱水されており、別の水分離膜部では目的濃度に達しない９７．０％
にまでしか脱水されなかった場合、混合機５がないと、それらは、そのままの濃度で第二
の脱水装置に供給することになる。このとき、無水物濃度が９９．９％の液体を二段目の
水分離膜部に供給し、脱水しても、大きな脱水効果が得られることはなく、かかる処理が
無駄になってしまう一方、無水物濃度が９７．０％の液体を二段目の水分離膜部に供給し
、脱水しても、目的濃度に達することができず、最終的に得られる無水物濃度が全体とし
て目的濃度に達しない場合がある。これに対し、混合機５で液体５０中の無水物濃度を均
一化し、第二の脱水装置１に供給した場合、少なくとも無駄な工程は生じず、第一の脱水
装置１での脱水効果が次の脱水装置１で生かされることになる。このように、混合機５を
備えることで、一つの脱水装置１での脱水効果を確実に次の装置に反映させ、総合的な脱
水システムとしての安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る脱水装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図３】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図４】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図５】本発明に係る脱水システムの一実施の形態を説明する概念図である。
【図６】本発明に係る脱水システムの他の実施の形態を説明する概念図である。
【図７】水分離膜の入口から出口までの液体の温度分布を示すグラフである。
【図８】本発明に係る水分離膜部の一実施の形態を説明する概念図である。
【図９】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１０】本発明に係る脱水装置の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１１】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１２】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【図１３】本発明に係る水分離膜部の他の実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０１、２０１、３０１、４０１ 脱水装置
２ 濃度測定装置
３ 流量調節装置
４ バルブ
５ 混合機
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 水分離膜部
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ、４１０ａ、５１０ａ 液体の入口
１０ｂ、１１０ｂ、２１０ｂ、３１０ｂ、４１０ｂ、５１０ｂ 液体の出口
１０ｃ、１１０ｃ、２１０ｃ、３１０ｃ、４１０ｃ、５１０ｃ 流路
１０ｄ、１１０ｄ、２１０ｄ、３１０ｄ、４１０ｄ、５１０ｄ 水分離膜
１１ シェル部
１２ 加熱手段
１３ 減圧装置
１４ ダクト
１５ 不活性ガス入口
１６ 不活性ガス供給手段
１７ 管
１８ バッフル板
１９ 熱交換器
２０ ヒータ
２１ ヒータ本体
５０ 液体
５１ 水蒸気
５２ 不活性ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該液体の出口付近の該シェル部に加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部
に減圧手段との接続口が設けられ、
該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシ
ェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置。
【請求項２】
前記液体の出口付近のシェル部に不活性ガスの入口をさらに備える請求項１に記載の脱
水装置。
【請求項３】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シ
ェル部に不活性ガス出口が設けられている脱水装置。
【請求項４】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、
該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置。
【請求項５】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に不活性ガス出口が設けられている脱水装置。
【請求項６】
前記液体の出口付近の前記シェル部に加熱手段がさらに設けられている請求項４または５に記載の脱水装置。
【請求項７】
前記脱水装置本体内に、少なくとも二つの前記水分離膜部が平行に設置され、ひとつの
水分離膜部の液体の出口が、別の水分離膜部の液体の入口に接続されている直列処理型で
ある請求項１から６のいずれかに記載の脱水装置。
【請求項８】
前記シェル部にバッフル板が設けられている請求項１から７のいずれかに記載の脱水装
置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の脱水装置と、
該脱水装置の前段に設けられる液体の加熱手段と、
該当する場合には、該脱水装置の前記液体の出口付近のシェル部に接続された減圧手段と
を備えてなる脱水システム。
【請求項１０】
前記脱水装置の後段に設けられる液体の濃度分析装置をさらに備えてなる請求項９に記載の脱水システム。
【請求項１１】
前記脱水装置の前段に設けられ、前記濃度分析装置に接続されている液体の流量調節装
置をさらに備えてなる請求項１０に記載の脱水システム。
【請求項１２】
前記脱水装置が、並列に接続した二以上の前記水分離膜部を有し、該脱水装置が二以上
直列に接続されており、隣り合う前後の二つの脱水装置を接続する管に、前段の脱水装置
で回収された液体の混合機を備えてなる請求項９から１１のいずれかに記載の脱水システム。
【請求項１３】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口
に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過さ
せる脱水方法であって、
該水分離膜の外側において、該水分離膜の上部出口付近を加熱するとともに、該水分離
膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生さ
せる脱水方法。
【請求項１４】
前記水分離膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流すことをさらに
含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口
に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過さ
せることによる脱水方法であって、
該水分離膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流して、該水分離膜
の外側に上部から下部への対流を発生させる脱水方法。
【請求項１６】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、
該水分離膜の内側において、該水分離膜を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させる脱水方法。
【請求項１７】
脱水された液体中の無水物濃度または水分濃度を測定し、該濃度に応じて、前記水分離
膜に流す液体の量を調節する工程をさらに含む請求項１３〜１６のいずれかに記載の脱水
方法。
【請求項１８】
前記水分離膜を二以上並列し、各水分離膜で脱水を行う工程と、
各水分離膜から回収された液体を混合する工程と、
混合された液体をさらに水分離膜を用いて脱水する工程と
を含む請求項１３〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該液体の出口付近の該シェル部に加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部
に減圧手段との接続口が設けられ、
該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシ
ェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置。
【請求項２】
前記液体の出口付近のシェル部に不活性ガスの入口をさらに備える請求項１に記載の脱
水装置。
【請求項３】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シ
ェル部に不活性ガス出口が設けられている脱水装置。
【請求項４】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上
部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に減圧手段との接続口が設けられ、
該液体が該水分離膜を上昇するにつれて、該液体中の水分が、該水分離膜を透過してシェル部に移動し、該液体が脱水される脱水装置。
【請求項５】
脱水装置本体内に、
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部に液体入口を、上部に液体出口を有してなる水分離膜部と、
該水分離膜部の外側面と、装置本体内壁とで規定されるシェル部と
を備え、
該水分離膜に一以上の加熱手段が設けられ、該液体の出口付近の該シェル部に不活性ガス入口が設けられ、該液体の入口付近の該シェル部に不活性ガス出口が設けられている脱水装置。
【請求項６】
前記液体の出口付近の前記シェル部に加熱手段がさらに設けられている請求項４または５に記載の脱水装置。
【請求項７】
前記脱水装置本体内に、少なくとも二つの前記水分離膜部が平行に設置され、ひとつの
水分離膜部の液体の出口が、別の水分離膜部の液体の入口に接続されている直列処理型で
ある請求項１から６のいずれかに記載の脱水装置。
【請求項８】
前記シェル部にバッフル板が設けられている請求項１から７のいずれかに記載の脱水装
置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の脱水装置と、
該脱水装置の前段に設けられる液体の加熱手段と、
該当する場合には、該脱水装置の前記液体の出口付近のシェル部に接続された減圧手段と
を備えてなる脱水システム。
【請求項１０】
前記脱水装置の後段に設けられる液体の濃度分析装置をさらに備えてなる請求項９に記載の脱水システム。
【請求項１１】
前記脱水装置の前段に設けられ、前記濃度分析装置に接続されている液体の流量調節装
置をさらに備えてなる請求項１０に記載の脱水システム。
【請求項１２】
前記脱水装置が、並列に接続した二以上の前記水分離膜部を有し、該脱水装置が二以上
直列に接続されており、隣り合う前後の二つの脱水装置を接続する管に、前段の脱水装置
で回収された液体の混合機を備えてなる請求項９から１１のいずれかに記載の脱水システム。
【請求項１３】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口
に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過さ
せる脱水方法であって、
該水分離膜の外側において、該水分離膜の上部出口付近を加熱するとともに、該水分離
膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生さ
せる脱水方法。
【請求項１４】
前記水分離膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流すことをさらに
含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口
に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過さ
せることによる脱水方法であって、
該水分離膜の外側において、加熱した不活性ガスを上部から下部へ流して、該水分離膜
の外側に上部から下部への対流を発生させる脱水方法。
【請求項１６】
液体を通すための上下に延びる一以上の流路を有する水分離膜の下部入口から上部出口に向けて液体を流し、該水分離膜の外側を減圧して、該液体中の水分を水分離膜に透過させる脱水方法であって、
該水分離膜の内側において、該水分離膜を加熱するとともに、該水分離膜の下部入口付近を減圧吸引して、該水分離膜の外側に上部から下部への熱対流を発生させる脱水方法。
【請求項１７】
脱水された液体中の無水物濃度または水分濃度を測定し、該濃度に応じて、前記水分離
膜に流す液体の量を調節する工程をさらに含む請求項１３〜１６のいずれかに記載の脱水
方法。
【請求項１８】
前記水分離膜を二以上並列し、各水分離膜で脱水を行う工程と、
各水分離膜から回収された液体を混合する工程と、
混合された液体をさらに水分離膜を用いて脱水する工程と
を含む請求項１３〜１６のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２５３９８２（Ｐ２００８−２５３９８２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０５６４６（Ｐ２００７−３０５６４６）
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２７日（２００７．１１．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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