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Patent Searching and Data


Title:
METHOD OF SEPARATING TARGET SUBSTANCE ACCORDING TO MEMBRANE SEPARATION AND APPARATUS THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/123099
Kind Code:
A1
Abstract:
A separation apparatus with which, in the event of diafiltration using a membrane, accurate separation of a target substance can be carried out by conducting monitoring/regulation of the tendency of permeation of the target substance with the use of analytical values and measurement values indicating the status of separation by the membrane apparatus, such as the physical values and concentrations of permeate liquid and circulating liquid/internal circulating liquid. In a diafiltration in which a washing liquid is added to a raw liquid containing multiple target substances and a target substance is drawn out into a permeate liquid obtained from the membrane separation apparatus so as to isolate the same from the other target substances remaining in the residue liquid, the tendency of target substance permeation is controlled by carrying out regulation or control within a preset region of at least one operating item selected from among permeate liquid flow rate and with respect to the membrane separation apparatus, operating pressure, operating temperature, circulating liquid concentration and circulating liquid amount with the use of the separation status index and/or progress course index for separating operation.

More Like This:
Inventors:
TATEISHI, Yasuhiro (2-12-15 Shinkawa, Chuo-k, Tokyo 33, 1040033, JP)
Application Number:
JP2008/055081
Publication Date:
October 16, 2008
Filing Date:
March 19, 2008
Export Citation:
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Assignee:
TSUKISHIMA KANKYO ENGINEERING LTD. (2-12-15, Shinkawa Chuo-k, Tokyo 33, 1040033, JP)
月島環境エンジニアリング株式会社 (〒33 東京都中央区新川2丁目12番15号 Tokyo, 1040033, JP)
International Classes:
B01D61/12; B01D61/02; B01D61/14; B01D61/22; B01D61/58; B01D65/02; B01D69/04; C07B63/00; C07C41/34; C07C43/13
Foreign References:
JP2005102519A2005-04-21
JP2005065541A2005-03-17
JP2004121961A2004-04-22
JP2003259900A2003-09-16
JP2001259374A2001-09-25
JP2001232158A2001-08-28
JPH11215980A1999-08-10
JP2007075655A2007-03-29
JP2001525177A2001-12-11
JP2001500734A2001-01-23
JP2003504638A2003-02-04
JPH05117196A1993-05-14
JPH10211423A1998-08-11
JP2004017035A2004-01-22
JP3717193B22005-11-16
Other References:
FRANK LIPNIZKI: 'Concept of Industrial-scale Diafiltration Systems' DESALINATION vol. 144, 2002, pages 179 - 184
'Food membrane technology: Guidance to membrane technology', 1999, KORIN PUBLISHING CO., LTD. pages 25 - 32
NAKAO: 'Analysis of Solutes Rejection in Ultrafiltration' JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN vol. 14, no. 1, 1981, pages 32 - 37
ATHANASIOS K. GOULAS PURIFICATION OF OLIGOSACCHARIDES BY NANOFILTRATION JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE vol. 209, 2002, pages 321 - 335
See also references of EP 2133135A1
Attorney, Agent or Firm:
SHIGA, Masatake et al. (1-9-2, Marunouchi Chiyoda-k, Tokyo 20, 1006620, JP)
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Claims:
 複数の目的物質が含まれる原液を膜分離装置に供給し、前記膜分離装置から得る透過液中に目的物質を抜き出し、残る他の目的物質を残液に分離するダイアフィルトレーションにおいて、分離操作の分離状態指標および/または進行経過指標を用い、透過液流量、膜分離装置の運転圧力、運転温度、循環液濃度、循環液量から選択した少なくとも1項目の操作項目を設定域に調整あるいは制御することで目的物質の透過傾向を制御する、膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離状態指標あるいは操作項目として膜分離装置の透過液流量を用いる請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 原液の供給に対応する一連のダイアフィルトレーションの過程を複数あるいは実質的に連続した段階を設け、それぞれの段階の進行経過指標に対して適宜選定した分離状態指標および/あるいは操作項目の設定域を設けて目的物質の透過傾向を制御する請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離状態指標および/あるいは進行経過指標を用い、前記各段階の開始および/あるいは終点を判断する請求項3に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離膜で扱う循環液や残液の濃度を実質的にあらわす測定値を指標として、膜分離装置に供給する液量や膜分離装置から系外に抜き出す液量、あるいは透過液あるいは循環液や残液への返送量を制御する請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 進行経過指標が、経過時間、累積透過液量、累積供給洗浄液量、循環液量、循環槽内液量、残液、透過液、原液の濃度の分離の結果を示す指標や、糖度、粘度、電気伝導度、測定値、pHあるいは分析値から選んだ少なくともひとつの項目あるいはそれらを基礎にした計算値である請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離膜としてナノ膜または限外濾過膜を用いる請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離膜として管状膜を用いる請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 透過液流量を操作項目とし、透過液の糖度あるいは循環液の糖度に対する透過液の糖度の比率である糖度比を分離状態指標として用いる請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 “先行バッチの最終循環液の抜き出し時希薄液“および/または“先行バッチの再処理液”および/または“先行バッチの透過液”を各液が発生したバッチの後で、原液、洗浄液あるいは“リサイクル液“として使用する請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 分離膜は、逆浸透膜、ナノ膜、限外濾過膜のうちいずれかまたは複数が用いられる請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 複数の目的物質が含まれる原液を膜分離装置に供給し、前記膜分離装置から得る透過液中に目的物質を抜き出し、残る他の目的物質を残液に分離するダイアフィルトレーション設備において、分離操作の分離状態指標および/または進行経過指標の監視手段と、透過液流量、膜分離装置の運転圧力、運転温度、循環液濃度、循環液量から選択した少なくとも1項目の操作項目を制御する制御手段を設けた、膜を用いた目的物質の分離装置。
 透過液濃度、透過液糖度、累積透過液量あるいは、経過時間の少なくとも1つに基づき、運転圧力および/または透過液流量を設定する機能、対応する循環液濃度、循環液糖度、あるいは循環液流量に調整しながら洗浄液を供給する調節機能を備え、ダイアフィルトレーションを実施する請求項12に記載の膜を用いた目的物質の分離装置。
 原液がポリグリセリンを含む混合液である請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
 原液が複数の種類のポリグリセリンを含む混合液であり、前記混合液からグリセリン、ジグリセリン、トリグリセリンのうち、少なくとも一つを除去する請求項1に記載の膜を用いた目的物質の分離方法。
Description:
膜分離を用いた目的物質の分離 法と装置

 本発明は、膜を用いて液体を透過液と残液( 非透過液)とに分離する膜分離方法とその装 に関する。具体的には、発酵工業、製薬工 、精糖工業、アミノ酸工業、食品工業、染 工業、顔料工業、化学工業、金属精錬工業 廃棄物処理業などにおいて、広く行なわれ いる被処理液中に含まれている目的物質で る有価物や不純物の塩などを、膜分離技術 用いて分離・回収する方法と装置に関する より詳しくは、液体、固体である原料を液 で取り扱い、液状化された原液中の目的物 を分離、除去、精製する際に、目的物質を 有している種々の原液から、洗浄液あるい 抽出液などとの接触工程と、膜分離工程を み合わせて効率的に目的物質を分離・回収 る方法および装置である。
 さらには、本発明は、分離膜による透過傾 が近接する物質同士の分離について、選択 た分離膜を用いて分離するために望ましい 過傾向を、分離のプロセスや膜分離装置の 理や制御方法によって実現し、使用する分 膜の分離性能を効果的に使用する、目的物 の分離方法および装置である。
 なお、本願は、2007年3月22日に日本に出願さ れた特願2007-75655号に基づき優先権を主張し その内容をここに援用する。

 前述の本発明の膜を用いた目的物質の分 方法の適用対象としては、例えば、ポリグ セリンの精製などがある。ポリグリセリン 石油化学由来のもの、油脂由来のものが常 されている。これらのポリグリセリンは、 グリセリン、トリグリセリンのような低重 度のものの混合物や、より重合度の高いも 、さらには環状ポリグリセリンや副生物な が含まれている混合物など多くの種類のも があり、その用途によってはそれらの混合 の中から特定成分の割合を高めるあるいは 下する、更には分離させる試みがなされて る。このために用いられているポリグリセ ンの分画精製方法としては、分子蒸留精製 、水蒸気キャリアを使用する減圧蒸留法、 似移動床クロマトグラフィー法などが知ら ている(例えば特許文献7)。

 従来、膜を用いたダイアフィルトレーショ (ダイア洗浄ともいう)は、化学染料生成後 脱塩や糖類の精製などで用いられており、 下に記述するような先行文献が存在してい 。
 例えば特許文献1には、「本発明の一つの態 様において、ナノ濾過の段階は、ダイアフィ ルトレーションも含んでなり、それによって 水は供給流に加えられる。好ましくは、水は 浸透液の量に相当して加えられる」とナノ濾 過を用いたダイアフィルトレーションの記載 があり、オリゴシロップの製造方法において 、二糖類、三糖類およびそれより大きな糖を 得、ナノ濾過の段階から生じる透過液を再循 環する技術が開示されている(特許文献1、段 [0036])。
 また、従来から、ダイアフィルトレーショ を膜の目的物質に対する選択性と膜装置の 作を用いて効果的に実施する試みは行なわ ている。例えば特許文献1には、例2および 7において、「濾過性能に対するこれらのパ メーターを変化させる効果を例示するため 行なわれた」テストの結果が例示されてい (特許文献1、段落[0059]~[0064])。

 この他、膜装置の循環液の組成と透過液 組成との関係は、阻止率の検討などとして 表されている(例えば、非特許文献3、非特 文献4)。

 特許文献1の例3および表8においては、「 浸透液(透過液)において得られた結果は、膜 分離装置の運転条件の変化の効果を明瞭に例 示している。異なる膜通過の流量が得られ、 二つの化合物についての膜の異なる選択性が もたらされた。この全てが、分離工程を変化 および調節することの可能性を例示している 」と記載されているが、選択性すなわち目的 物質の透過傾向を制御する方法は示されてい ない(特許文献1[0064])。

 また、従来、膜を用いたダイアフィルト ーションの終点を知るために、測定値を用 て指標とすることは行なわれている。例え 特許文献2の“タンパク質単離方法における 炭水化物の酵素的分解”では、その実施例2 中で、「タンパク質抽出液から炭水化物お び塩を洗い出すために、遠心上清をウルト フィルトレーションにかける。この上清を 大5.5%DSまで濃縮し、次に脱イオン水を加え 、通過液(permeate)%DS/残存液(retentate)%DS=0.09に るまで、ダイアフィルトレーションする。 と記載され、膜による目的物質の透過傾向 制御には用いていないが、ダイアフィルト ーションの終点を測定値である%DSの比率で 定する方法を開示している(特許文献2)。

 また、従来、分析値を用いて広範なバイ プロセスを制御しようとする試みは行なわ ている。例えば、特許文献3では、「赤外分 光法に応じたリアルタイムのインサイチュバ イオマニュファクチャリングプロセスのモニ タリングおよび制御に関するこの特許文献で は、バイオマニュファクチャリングにおける 精製段階での赤外分光によるプロセスモニタ リングおよび制御」が開示され、限外濾過膜 によるダイアフィルトレーションへの適応が 記載されている(例えば、特許文献3[0064][0117]) 。

 さらにまた、従来からダイアフィルトレー ョンのプロセス的な概念は、種々検討され いる。例えば、出願人などが、時間差的多 向流による方法や“原料液の供給を停止し 後、さらに系内の目的物質を多段向流洗浄 分離操作により回収”する方法を開示して る(特許文献5、特許文献6)。また、非特許文 献1は、産業上のダイアフィルトレーション(D iafiltration)のプロセス概念を広範に示し、ダ アフィルトレーションを(1)Batch Diafiltration; ッチダイアフィルトレーション、(2)Continuous Diafiltration;連続(多段)ダイアフィルトレーシ ン、(3)Counter-Current Diafiltration:(連続多段)向 ダイアフィルトレーションに区分し、各タ プ別のダイアフィルトレーションについて 載している(例えば、特許文献5、特許文献6 非特許文献1)。
 拡散モデルや溶質透過係数については非特 文献2に解説されている(非特許文献2)。

特表2001-525177号公報

特表2001-500734号公報

特表2003-504638号公報

特開平5-117196号公報

特開平10-211423号公報

特開2004-17035号公報

特許第3717193号公報 Concept of industrial-scale diafiltration systems Desalination 144(2002) 179-184 Frank Lipnizki他 食品膜技術 : 膜技術利用の手引き /  矢晴彦, 渡辺敦夫監修、東京 : 光琳,1999.9  25、32ページ Analysis of Solutes Rejection in Ultrafiltration  Journal of Chemical Engineering of Japan Vol.14、 No.1 (1981)32~37Shin-ichi Nakao他 Purification of oligosaccharides by nanofiltration 、Journal of Membrane Science Vol.209 Issue1(2002) 32 1~335ページ Athanasios K.Goulas他

 しかしながら、市販の種々のナノ膜、限 濾過膜には、多くの場合分画分子量などの 質を阻止する性能を表す指標が示されてい が、実際の分子の阻止率などの透過傾向は 膜の種類のほか、その膜の使用経歴、運転 件、適応される供給液や循環液の諸性質や 成に影響される。そして、目的とする物質 関して1種の目的分子を100%阻止し、別の目 分子をまったく阻止しない分離性能の膜を 得することは困難にしても、運転条件を的 に選定することで、選択した膜が発揮する 的物質毎の透過傾向の違いを利用した分離 法の開発が求められている。

 本発明では、このような事情に鑑みてな れたものであり、膜を用いたダイアフィル レーションの際に、透過液や循環液/内部循 環液の濃度や物性値など膜装置の分離状態を 表す測定値や分析値を用いて目的物質の透過 傾向を管理・調整することによって、上述の 従来技術にはなかった目的物質の精密な分離 の実施方法とそのための装置を提供する。

 上述した課題を解決するために、本発明 、複数の目的物質が含まれる原液を膜分離 置に供給し、前記膜分離装置から得る透過 中に目的物質を抜き出し、残る他の目的物 を残液に分離するダイアフィルトレーショ において、分離操作の分離状態指標および/ または進行経過指標を用い、透過液流量、膜 分離装置の運転圧力、運転温度、循環液濃度 、循環液量から選択した少なくとも1項目の 作項目を設定域に調整あるいは制御するこ で目的物質の透過傾向を制御する、膜を用 た目的物質の分離方法である。

 また、上述の目的物質の分離方法におい 、分離状態指標あるいは操作項目として膜 離装置の透過液流量を用いても良い。

 また、上述の目的物質の分離方法において 原液の供給に対応する一連のダイアフィル レーションの過程を複数あるいは実質的に 続した段階を設け、それぞれの段階の進行 過指標に対して適宜選定した分離状態指標 よび/あるいは操作項目の設定域を設けて目 的物質の透過傾向を制御しても良い。
 “複数あるいは実質的に連続した段階“に いて、それらの操作項目や分離状態指標の 定域の変更は、段階的であっても連続的で ってもよいし、各段階の中で設定域を変更 ることも可能である。対応する設定値はあ かじめ表などで設定していても、各操作項 、分離状態指標、進行経過指標やそれらの 礎となる測定値や分析値あるいは別に適宜 力したデータを用いて計算などにより求め も良く、また実質的に連続的に変化させて 良い。
 各段階の開始および/あるいは終点の判断に 用いる、分離状態指標や進行経過指標の値に ついて、あらかじめ数値を定めておいてもよ く、表や計算式などにより選定してもよく、 実質的に連続的に変化させても良い。

 また、上述の目的物質の分離方法におい 、分離状態指標および/あるいは進行経過指 標を用い、各段階の開始および/あるいは終 を判断しても良い。

 また、上述の目的物質の分離方法において 分離膜で扱う循環液や残液の濃度を実質的 あらわす測定値を指標として、膜分離装置 供給する液量や膜分離装置から系外に抜き す液量、あるいは透過液あるいは循環液の 環液や残液への返送量を、循環液や残液の 度を指標として制御しても良い。
 ここで指標とする“濃度を実質的にあらわ 測定値“には、膜装置内の液濃度が適正に 御できる指標あるいはその元データにでき ものであれば、任意の測定値や分析値を用 ることができる。
 多段の膜分離装置を用いる場合は、各膜分 装置の循環液や残液の濃度を指標とし、そ 膜分離装置への供給液あるいは、その膜分 装置からの抜き出し液、あるいは返送液を 質的に制御し、別の膜分離装置の供給液、 き出し液、返送液の制御することで、その 度を制御しても良い。
 また、透過液あるいは循環液の循環液や残 への返送量とは、その膜分離装置あるいは の循環系から抜き出した液を、あるいはそ らの液に処理を加えた液、返送する量であ 。

 また、上述の目的物質の分離方法におい 、進行経過指標が、経過時間、累積透過液 、累積供給洗浄液量、循環液量、循環槽内 量、残液、透過液、原液の濃度の分離の結 を示す指標や、糖度、粘度、電気伝導度、 定値、pHあるいは分析値から選んだ少なく もひとつの項目あるいはそれらを基礎にし 計算値であっても良い。

 また、上述の目的物質の分離方法において 分離膜としてナノ膜または限外濾過膜を用 ても良い。
 また、上述の目的物質の分離方法において 分離膜として管状膜を用いても良い。
 また、上述の目的物質の分離方法において 透過液流量を操作項目とし、透過液の糖度 るいは循環液の糖度に対する透過液の糖度 比率である糖度比を分離状態指標として用 ても良い。
 また、上述の目的物質の分離方法において “先行バッチの最終循環液の抜き出し時希 液“および/または“先行バッチの再処理液 ”および/または“先行バッチの透過液”を 液が発生したバッチの後で、原液、洗浄液 るいは“リサイクル液“として使用しても い。

 また、上述した膜を用いた目的物質の分 方法において、さらに、積算可能な量的指 、あるいは分離結果を示す測定値あるいは 析値、あるいはそれらを基礎にした計算値 ある進行経過指標を用い、分離段階の移行 るいは終了判断を目的として分離操作の進 度合を量的に把握するようにすることも可 である。

 また、上述した膜を用いた目的物質の分離 法において、さらに、透過液あるいは循環 中の目的物質の濃縮を目的として、逆浸透 、ナノ膜およびUF膜(限外濾過膜)の一種ある いは複数を用いるようにすることも可能であ る。
 なお、ここでの濃縮は目的物質のいずれか 濃縮であればよく、全ての目的物質の濃縮 必ずしも意図していない。

 また、上述した膜を用いた目的物質の分 方法において、原液がポリグリセリンを含 混合液とすることも可能である。

 また、上述した膜を用いた目的物質の分離 法において、原液が複数の種類のポリグリ リンを含む混合液であり、前記混合液から リセリン、ジグリセリン、トリグリセリン うち、少なくとも一つを除去するようにす ことも可能である。
 また、原液の供給機構は、原液を循環槽受 れるための機構であっても良い。

 さらに、本発明に係る膜を用いた目的物 の分離方法を、圧力駆動を用いる分離膜あ いは膜分離装置、または膜分離あるいは膜 離装置と該分離膜あるいは膜分離装置を用 て処理する物質や成分もしくはそれらに用 る溶媒の評価において、混合物中の各物質 各成分のパッセージあるいは阻止率などの 過傾向を表す指標と任意に選定した物質あ いは成分のパッセージあるいは阻止率など 透過傾向を表す指標の関係を用いる分離膜 評価方法として適用することも可能である

 本発明によれば、目的物質の透過傾向を制 したダイアフィルトレーションが可能にな 、膜分離での透過傾向が近接している物質 精密な分離が可能になる。
 また、本発明によれば、低温での操作が可 な膜分離による透過傾向が近接している物 同士の精密分離が可能になることで、熱分 や熱変質しにくい分離が可能になり、膜分 に際して添加物や廃棄物がない簡潔な分離 ロセスが可能になる。

 本発明によれば、透過液流量あるいは透 流束を操作項目として制御することにより 目的物質の透過液および残液への望ましい 離状態を迅速に実現することが可能になる

 本発明によれば、原液の供給に対応する 連のダイアフィルトレーションの過程を複 あるいは実質的に連続した段階に分けて適 することによって、取扱液の状態や分離の 行度合に合わせた適切な膜の透過傾向の制 ・調整が可能になることで、透過傾向が近 している物質を相互に分離する“精密な分 ”が可能になる。

 本発明によれば、膜分離装置への供給す 液量や透過液や濃縮液や残液の返送量につ て、分離膜で扱う循環液や残液の濃度を制 したダイアフィルトレーションを実施する とで、安定した透過液や循環液濃度の測定 や分析値が得られ、安定した濃度の循環液 よる効率的なダイアフィルトレーションが 能になる。

 また、本発明によれば、分離操作に供す 原料中の物質組成のばらつきや分離膜の状 の変化に対応し、分離条件の再現性が許容 囲で変動する場合にも、分離した後の残液 透過液の組成を安定させることができる。 の結果、上記のような操作項目、分離状態 標、進行経過指標、あるいはそれらを組み わせて分離作業を実施する際に、ダイアフ ルトレーションにおける透過液や残液の均 性の確保が可能になる。

 また、本発明によれば、ナノ膜や限外ろ 膜による精密な分離が可能になる。

 また、先行するサイクルで、透過液あるい 残液として回収しなかった目的物質をその のサイクルで透過液あるいは残液として回 することで、各物質の回収率をあげ、不要 廃棄物の発生を防ぐ事が可能になる。
 また、処理原料が食塩などの塩類を含む場 、食塩を低分子のグリセリンやポリグリセ ンとともに除去し、残液中に食塩などの塩 が低減されたポリグリセリンとして回収す ことが可能になる。選定する膜としては、 的にそってナノ膜や限外濾過膜を適宜利用 ることができる。

 本発明によれば、原液がポリグリセリン 場合において、ポリグリセリンをナノフィ トレーション膜あるいは限外ろ過膜あるい 逆浸透膜を用いた小分子量物質の透過によ 精製が可能になる。

 また、本発明によれば、原液が複数の種類 ポリグリセリンを含む混合液からジグリセ ンを除去することができる。具体的には、 リグリセリンを含む混合液から、グリセリ 、ジグリセリン、トリグリセリンを除去す 精製の実施が可能になる。
 また、ポリグリセリンを含む混合液から疎 性の高い物質の濃度が低減できる。、精製 の製品は、ポリグリセリン脂肪酸エステル 原料になる。

バッチ式のダイアフィルトレーション 行なうためのフローシートの一例を示す図 である。 ナノフィルトレーション膜でのトリグ セリンのパッセージとジグリセリン、テト グリセリンのパッセージの関係を例示した である。 連続式のダイアフィルトレーションを なうためのフローシートの一例を示す図面 ある。 連続多段によるダイアフィルトレーシ ンの装置構成の説明図である。 他の実施形態(第1の実施形態)における 離システムの構成を示す図面である。 分離システムにて運転順序を説明する めのフローチャートである。 図5の分離システムにおける、段階を進 行させる制御について説明するためのフロー チャートである。 図5の分離システムにおける、循環液濃 度の制御について説明するためのフローチャ ートである。 図5の分離システムにおける運転圧力 変化について説明するための図面である。 図5の分離システムにおける透過液糖 の変化について説明するための図面である 第2の実施形態における分離システム 構成を示す図面である。 この実施形態における分離システムに て運転順序を説明するためのフローチャート である。 図10の分離システムにおける、段階を 行させる制御について説明するためのフロ チャートである。 図10の分離システムにおける、循環液 度の制御について説明するためのフローチ ートである。 図10の分離システムにおける透過液糖 の変化について説明するための図面である 第3の実施形態における分離システム 構成を示す図面である。 第3の実施形態における分離システム ついて運転順序を説明するためのフローチ ートである。 図15の分離システムにおける、段階を 行させる制御について説明するためのフロ チャートである。 図10の分離システムにおける、透過液 量を操作項目として連続運転を開始してか 停止するまでの動作について説明するため フローチャートである。

符号の説明

1…循環液槽、2…秤、3…昇圧ポンプ入口配 管、4…昇圧ポンプ、5…熱交換器、6A…膜モ ュールA、6B…膜モジュールB、6C…膜モジュ ルC、7  …圧力計、8…pH計、9…圧力調節弁 10…循環液出口配管/ホース、11 …温水膜洗 浄液循環用容器、12…循環液抜き出し用容器 13…洗浄液貯槽、14…洗浄液ポンプ、15…透 液容器、16…透過液用配管/ホース、17…透 液ドレンホース、18…制御盤、19…チラー水 ニット、20…膜分離装置、21…原液の供給機 構、22…循環液の抜き出し機構、23…洗浄液 供給機構、24…透過液の抜き出し機構、25… 過液の流量測定機構、26…循環液の濃度測 機構、27…洗浄液供給量の制御による循環液 濃度維持機構、28…透過液の濃度測定機構、2 9…循環液の温度維持機構、30…透過液の循環 液への返送量調節機構、31…先行バッチ貯槽 32…内部循環ポンプ、33…洗浄液調節弁、51 原液、52…洗浄液、53…透過液、54…残液、5 5…返送透過液、100…透過液流量計、101…圧 計、130…流量調節弁、135…流量調節弁、140 流量調節弁、145…ポンプ、150…流量調節弁

 市販の種々のナノ膜、限外濾過膜には、 画分子量などの物質を阻止する性能を表す 標が大まかな指標として示されているが、 際の分子の阻止率などの透過傾向は、前述 ように種々の要因により影響される。本発 は、膜分離装置の目的物質に対する透過傾 を適切に制御することで望ましい分離を遂 する方法とその装置である。

 ナノ膜、限外濾過膜は、分離膜への供給 あるいは循環液に圧力をかけ、透過液側に 質を抜き出す“圧力駆動による膜プロセス の原理を利用している。こうした循環液圧 の高低により透過液流量が変化し、圧力を くすると透過液流量が増え、その際に各物 の阻止率が上がり、逆に圧力を低くすると 常は透過液流量が減り、阻止率が下がる傾 があることは以前から知られており、種々 理論的な検討が進められてきた。

 本願発明者らは、ポリグリセリンのパッ ージと透過流束の関係について、AFC30とジ リセリン(G2)、トリグリセリン(G3)、テトラグ リセリン(G4)、ペンタグリセリン(G5)以上の混 液を用いて、温度32~42℃での種々の条件で 離試験を実施した。その結果を表1、表2、表 3に示す。

 表1記載の試験条件について記載する。
試験装置:PCI Membranes社製膜分離装置BRO/BUFに 同社製PCI Membranes社製AFC30、1.2mのB1膜モジュ ル3本を装着したものを使用した。

分析方法:ポリグリセリンの分析方法は以 の通りである。試料を濃縮装置で水分を除 て濃縮サンプルとし、別途、テトラデカン 対しピリジンを加えた内部標準液を用意し おき、濃縮サンプルに対し、内部標準液、 キサメチルジシラザン、クロロメチルシラ 、クロロトリメチルシランなどを加えて加 し、TMS(トリメチルシリル)化した後、ガスク ロマトグラフィーにより分析した。

 また、試験装置を運転しダイアフィルトレ ションを実施する際に、AFC30のB1膜モジュー ルのドレン配管中のサンプリング口から透過 液を取り出し、その際の透過液流量を記録す るとともに、その時点の循環液および透過液 のサンプルの分析を行なった。
 表1記載の循環液濃度と、表2記載の透過液 度から、パッセージ(その成分の透過液中濃 /その成分循環液濃度)を計算した。これら 値はG2については、0.28~0.77まで、G3について 0.07~0.33、G4については0.02~0.07まで幅広く分 している。これらの値と透過流束の関係を 討した。表2記載の透過液番号A1,A2,A3などの ルファベットは各循環液番号に対応し、数 は使用した3本のモジュール上流側から1,2,3 順に付した。
 非特許文献2の30ページは、溶解拡散モデル よる分離膜内の輸送方程式について
Rint=Jv/(Jv+Bav) (1-22式)を示している。
Rint:阻止率(-)
Jv:透過流束(文献では m/sec)
Bav:溶質透過係数(文献では m/sec)
この1-22式を変形し、以下の関係を想定し、
Rint=Jv/(Jv+Bav)   
1-Cp/Cm=Jv/(Jv+Bav)   
 ここで膜表面の濃度であるCmは直接測れな ことから、濃度Cmを直接測定できる取扱液の 循環液濃度Cbに置き換えて考えたアナロジー  Cp/mをCp/Cb=パッセージとする以下のアナロ ー式を試算用に想起した。
∴ Cp/Cb=Passage=1-Jv/(Jv+B) 
∴ Passage=Bav /(Jv+Bav)
∴ 1/Passage=1+Jv/Bav
簡略化して 1/Passage=1+J×(1/B)
 ここでJは Fluxで (kg/m 2 /時) (1/B)は試算係数とする。
ポリグリセリンの分離実験からで得られたパ ッセージとフラックスの値から溶質透過係数 に相当する試算係数(1/B)=(1/Passage-1)/Jを試算し て表3に示す。

 表2から判るように、透過流束は3本の膜 ジュールに装填したAFC30毎に大きく異なる値 を示し、かつ対応したパッセージの値も異な るが、逆算した試算係数(1/B)(表3)がそれぞれ 循環液に対応して近接した値を示し、特に リグリセリンについては、5種類の循環液に 対して、試算係数(1/B)がかなり近い値を示し 。ここに本願発明者は操作圧力を用いた透 液流量あるいは透過流束を管理する手法を いて、1成分あるいは他成分についてパッセ ージを維持あるいは変化させる運転方法の可 能性を見出した。

 表2においてA,B,C,D,Eと記載したデータは、そ の順に沿って循環液中のトリグリセリン濃度 に対するジグリセリン濃度比が、1.0~0.33まで 循環液での値である。表3に示した試算係数 について、濃度が高いトリグリセリンについ て、A,B,C,D,Eの間で、近接する傾向がみられ、 一方でこの濃度比の減少にともなってジグリ セリンほかの透過傾向は高くなる傾向もみら れ、組成変化の影響を示唆している。本願発 明者はこれらの知見を基にして、ダイアフィ ルトレーションの進行度合に合わせた、透過 液流量、膜分離装置の運転圧力、運転温度、 循環液濃度、循環液量の操作項目とした分離 性能の制御方法を想起するに至った。
1/Passage=1+Jv/Bav 式1)
 ここで上述の式が、2成分について同時に成 り立つと仮定して、Jvを消去し、2成分のパッ セージ(Passage)の関係を想定する式について以 下に考察した。パッセージはPSGで、A成分に いてはPSGA、B成分についてはPSGBと表記する
BavA(1/PSGA-1)=BavB(1/PSGB-1)
∴ (1/PSGA-1)=(1/PSGB-1)/(BavA/BavB)
∴ (1-PSGA)/PSGA=(1-PSGB)/PSGB/(BavA/BavB)
 図2は、表2に示したトリグリセリン(G3)のパ セージを横軸に、その循環液と透過液にお るジグリセリン(G2)、トリグリセリン(G3)、 トラグリセリン(G4)のパッセージを縦軸にプ ットしている。原点から(1,1)にかけて引い 2本の曲線は、次の式における係数各αを用 て各ポリグリセリンについて試算して引い 仮想の曲線で、これらの係数は表2のパッセ ジの値から計算したBavGi/BavG3のG2とG4での算 平均から求めた。
(1-PsgGi)/PsgGi=(1-PsgG3)/PsgG3/αGi-G3 式2)
αG2-G3=5.53   上記の式で i=2の場合
αG4-G3=0.20   上記の式で i=4の場合

 図2のG2とG3、G4とG3の関係が、前述の仮想曲 によくあてはまることから、本願発明者は 特許文献1の表7の単糖類、二糖類、三糖類 上の混合系でのデータ、非特許文献3のビタ ンB 12 、ラフィノース、蔗糖、グルコース、グリセ リンの単一成分の水溶液でのデータ、非特許 文献4のオリゴ糖の水溶液でのデータでの良 な2)式と同様の対応が可能なことを確認した 。
 非特許文献4のFIG.4のデータの、分離膜DS-5-DL でのオリゴ糖の水溶液の温度25℃、35℃、45℃ 、60℃におけるデータについて、透過流束と 蔗糖と果糖(フラクトース)の各パッセージ 関係、蔗糖とラフィノースの関係で本明細 の式2)への十分な適応が認められる。また、 全データをまとめたグラフからも図2に記載 た形式と同様の縦軸(果糖あるいはラフィノ ス)と横軸(蔗糖のパッセージ)をパッセージ 対数にしたグラフから各成分のパッセージ 互の関係が簡潔な曲線あるいは直線で有意 表せることを確認した。

 本願発明者は、膜分離によるダイアフィ トレーションで透過傾向が近接している目 物質の分離を適切に実行するためには、そ らの物質の透過傾向を適切な範囲に維持す ことが重要と考えた。そして、透過を促進 せたい物質の透過促進と透過を抑制させた ない物質の透過抑制に適する運転状態を実 するために、膜分離装置での操作項目とし の運転圧力、運転温度、運転濃度、水素イ ン濃度(pH)の、透過傾向への影響の利用方法 の課題に取り組んだ。

 表2は温度、圧力、pHが異なる条件での透過 向をパッセージとして表している。A,B,C,D全 ての循環液の条件での透過液のパッセージに ついて、各モジュールからの透過液で異なる パッセージ値を示していることは、流量ある いは透過流束の影響と考えられた。
 表3に表した同条件の循環液での各モジュー ルから得た透過液のパッセージ値とその時の フラックスの値から1/B=(1/Passage-1)/Jを試算し ところ、各循環液各モジュールでのG3につい てほぼ一致しており、G2,G4についても、G3と 比較のレベルでは十分に近接していた。そ で、膜分離装置の循環液温度、含有有機物 どの循環液濃度、循環液量などの透過液流 や分離傾向に影響を与える項目を管理した えで、循環液の圧力の調節による透過液流 の調整によって膜分離の分離透過傾向を制 する可能性を着想した。また、この分離傾 を、維持する意味でも、積極的に変化させ 意味でも利用できる可能性を認識した。こ で、
Passage:透過液中着目物質濃度/循環液中着目物 質濃度(-)
J:透過流束(kg/m 2 /時)
B:計算値(kg/m 2 /時)

 図2では、表2のG3のパッセージを横軸とし 、G2.G3.G3のパッセージを縦軸に表した。表2お よび表3に示した透過流束、温度などが異な 条件でのパッセージは、単一成分の透過傾 はそれぞれのデータで異っているものの、 準になる成分(図2ではG3)と他の成分(図2ではG 2,G4)間のパッセージについての相関関係を示 している。また、この関係は、膜の種類に 存すると想定した。これらのことから膜分 の分離傾向を、透過性がある物質群全体の 過傾向と捉えて制御することを発想し、特 透過液流量による物質群全体の透過傾向の 御を着想した。

 本発明では、膜分離装置での取り扱い液 すなわち循環液や内部循環液の含有物質濃 管理と透過液の同様な濃度測定による管理 着目した。すなわち、膜分離装置への供給 や内部循環液の含有物質濃度、特に糖度、 度などによる循環液濃度の測定値と、透過 の屈折率計、糖度、電気伝導度計などの測 器や分析装置よる測定値を用いた管理を並 して実施することで、膜分離による精製プ セスの性能や操作性を向上することを着想 た。

 以上の知見を基に本発明を完成したもの あり、本発明では、ダイアフィルトレーシ ンでの分離状態や進行経過を示す指標を用 て、処理の完了までの進行や運転を管理す 操作項目を設定して、望ましい分離を実現 ることを可能とした。

 次に、本明細書において使用する用語に いて以下に説明する。

<ダイアフィルトレーション>
 この明細書では、膜分離に用いるダイアフ ルトレーションを「膜分離の操作の対象と て供給する懸濁液や液状の原液や処理中の に洗浄液を加えて、膜分離装置から透過液 取り出し、残液を得ることで、目的物質を 過液と非透過液(残液や内部循環液)に分離 る操作」と定義し、透過液に取り出したい 質と残液に残したい物質の双方を目的物質 して記述する。この洗浄液としては、新鮮 洗浄液を用いても、プロセスの中で、ある は別に用意した透過液などの目的物質を含 だ液を洗浄液として用いても、またあるい 希薄な原液を対象として別の洗浄液を加え ことなく透過液を取出してもダイアフィル レーションの定義の範疇に含まれる。

<原液>
 本発明で用いる“原液”は、液体、固体で る原料を液状で取り扱い、水などの溶媒と 的物質を含有している種々の液が対象とな 。原液中の溶媒は、水、アルコールなどの 溶性有機溶媒と水あるいは有機溶媒の混合 である。目的物質は液体状態で取り扱える とが望ましいが、固体として含まれていて 、分散液相であっても分散液相中に含まれ いてもよい。また、目的物質は有機物、無 物、塩類、反応原料、製品、副産物、有価 、有害物などさまざまな分離目的の対象物 を含んでいる。
 多くの場合、原液は膜分離装置で取り扱え 範囲上限に近い含有物の濃度が望ましいが 希薄な状態で原液が供給される場合は、洗 液を加えなくても透過液に目的物質を抜き すダイアフィルトレーションが実施でき、 分離装置で濃縮の後に引き続いてダイアフ ルトレーションをすることも可能である。 前に実施したバッチで発生した移送時の残 の希釈液や関連する工程で得た透過液を原 として取り扱う場合は、あらかじめ濃縮す か、ダイアフィルトレーションに並行して の膜装置などを利用して濃縮することが望 しい。逆に洗浄液や循環液で、固形物や原 の濃度を予め希釈することも可能である。
 原液は膜処理の途中“循環液”あるいは“ 部循環液”として処理装置内であつかわれ その処理が進んだ時点あるいは段階で、“ 液”として処理装置内に残り系外に抜き出 れる。

<溶媒>
 本発明で用いる“溶媒”は、原液を取り扱 ために用いる液体で、それ自体が水、温水 冷水、エタノールなどの水溶性溶媒の水溶 、有機溶媒、あるいはそれらの混合物を含 。

<膜洗浄液>
 洗剤や溶媒を用いた膜洗浄を目的として、 洗浄の際に用いる洗浄液を膜洗浄液として 載した。
<新鮮な洗浄液>
 本発明で用いる“新鮮な洗浄液”は、水、 水、冷水、エタノール水などの水溶性溶媒 ヘキサンなどの有機溶媒など、目的とする 離に適する系外から供給する洗浄液である 単一あるいは複数の純粋な溶媒あるいはそ らの混合物である必要はなく、洗浄操作に していればよい。

<洗浄液>
 本発明で用いる“洗浄液”は、ダイアフィ トレーション操作において、原液や循環液 るいは内部循環液に加える液全般を指す。 なわち、運転前に装置内に充填する液も洗 液の範疇に包含され、ダイアフィルトレー ョンで洗浄用に供給する液も洗浄液である 新鮮な洗浄液は系外から供給し、これも洗 液に含まれる。洗浄液は抽出用の溶媒(抽剤 )としても用いることができる、すなわち、 料中の、特に分散相に含まれる物質の抽出 目的として洗浄液を抽出液として加え、原 中の目的物質を膜によって阻止される物質 除いた形態での透過液として、原液から抽 液を得る場合に用いる。

<分離膜>
 本発明で用いる“分離膜“は”膜“とも表 、逆浸透膜(RO膜)、ナノ膜(ナノフィルトレ ション膜、NF膜)、限外濾過膜(UF膜)の圧力駆 を用いる膜を指し、これらの膜は管状、ス イラル、中空糸、平膜などの膜モジュール るいは膜分離装置に組み込まれて使われ、 分離装置に供給された処理対象液を透過液 非透過液(残液あるいは濃縮液)に分ける機 を有する。膜モジュールとしては膜表面の 度分布が均質にしやすい管状膜が望ましい 、スパイラル膜、中空糸膜、平膜など圧力 動を用いる形式の膜を利用することができ 。膜の材質は、有機系、無機系、それらの 合系の膜が利用できる。

<膜分離装置>
 本発明で用いる“膜分離装置”の基本構成 、適宜選定した分離膜およびその膜モジュ ルや膜モジュールの集合体で、場合によっ は内部循環ポンプ、熱交換器およびそれら 接続する配管を含む。処理対象液、原液、 浄液、ダイア水などは、膜分離装置に昇圧 ンプで昇圧して供給あるいはあらかじめ加 した液を流量調節弁や圧力調弁を通じて、 分離装置に受け入れる。膜分離装置の運転 力は、膜モジュールから排出する残液の抜 出し配管中の制御弁や昇圧ポンプの返送配 中の調節弁などの適宜選択された圧力調節 構によりその運転圧力を制御する。また、 モジュールからの透過液の抜き出し手段を えている。

<NF膜>
 IUPAC(国際純正・応用化学連合)は、ナノ濾過 を「2nmより小さい程度の粒子や高分子が阻止 される圧力駆動の膜分離プロセス。」として おり、本発明ではこの定義に従い、ナノ濾過 を行なう膜をナノ膜(ナノフィルトレーショ 膜、NF膜)と記載する。ナノ膜には、水系で 用するナノ膜と、もっぱら有機溶媒系で使 する疎水性のナノ膜が含まれる。
 水系で使用するNF膜の例としては、PCI Membra nes社 AFC80,AFC30、AFC40、Osmonics社Desal 5DL、Desal 51HL、日東電工社NTR7450、FILMTEC社 NF-2540など 例示できる。主として有機溶媒系で用いる の例としては、Davison Membranes社のSTARMEM120、S TARMEM240、などが例示できる(STARMEMは登録商標) 。

<UF膜>
 同様にIUPACは、限外濾過を「0.1μm~2nmの範囲 粒子や高分子が阻止される圧力駆動の膜分 プロセス。」としており、本発明ではこの 義に従い、限外濾過を行なう膜を限外濾過 (UF膜)と記載する。
 UF膜の例としてはPCI Membranes社製 CA202、EM006 、ES006、ESP04、ES404、PU608、ES209、PU120、FPT03、F PA03、FP100、FPI20、FPA20、FP200、L6000などが例示 きる。

<RO膜>
 同様にIUPACは、逆浸透を「膜片側の加圧に り浸透圧差と逆方向の溶媒の選択的移動が き起こされる液相の圧力駆動分離プロセス 」としており、本発明ではこれらの定義に い、逆浸透を行なう膜を逆浸透膜(RO膜)と記 する。UF膜の例としてはPCI Membranes社製 AFC9 9などが例示できる。

<バッチ法と連続法>
 本発明で用いる“バッチ法”によるダイア ィルトレーションの一つの形態は、循環液 貯蔵する容器の循環液槽と膜分離装置間を ンプで、循環液槽、昇圧ポンプ、膜分離装 、場合によっては膜分離装置内の循環ポン 、循環液槽と配管などで構成される循環系 循環液を貯留させ、その循環系のいずれか 装置あるいは配管などから洗浄液を加え、 過液を膜モジュールから抜き出し、残液を る運転方法である。また、複数の膜分離装 を用いて循環液槽とそれらを連結して循環 槽との間に循環系を形成して分離を進める ともバッチ法として用いることができる。
 一方“連続法”によるダイアフィルトレー ョンは、用意した処理用原液を膜分離装置 連続的に供給し、洗浄液を加えながら、残 と透過液を装置から抜き出す運転方法であ 。
 さらにバッチ法と連続法は併用することが き、全体での処理はバッチ法で、その間原 の受け入れや洗浄液の供給を連続的に行い そこで得た残液に対して、バッチ法による 理を施し、さらに製品を連続法で取り出す ど連続法とバッチ法を組み合わせた処理が 能である。

<連続ダイアフィルトレーション 連続多段 ダイアフィルトレーション、連続多段向流ダ イアフィルトレーション>
 本発明における最も簡潔な連続処理方法は 原液と洗浄液を昇圧して膜分離装置に供給 、透過液を得ながら透過しなかった残液を 分離装置から系外に得るものである。循環 槽,昇圧ポンプ、膜分離装置、循環液槽間の 循環は、循環液槽を用いても用いなくても可 能である。膜分離装置内の内部循環について も用いても用いなくて実施できる。
 また、複数の膜分離装置を直列に連結して 段システムとし、新鮮な洗浄液の供給を多 に供給する方法を連続多段ダイアフィルト ーション法としても実施できる。
 複数の膜分離装置を直列に連結して多段向 システムとし、洗浄液を最終の膜分離装置 主として供給し、その他の膜分離装置に洗 液として後段の透過液を昇圧して用いる連 多段向流ダイアフィルトレーション法とし も実施できる。
 原液を連続的に循環液槽に受け入れ、循環 槽内の糖度などの内容物濃度を調整しなが 、複数の膜分離装置を用いて処理を実施し それらの装置による処理を終了した液を、 旦中間槽に貯蔵し、原液の供給を終えて原 の処理を完了し、中間槽中の液を前述の複 の膜分離装置で引き続いて処理を実施し、 理済の残液を連続的に系外に排出するなど 連続処理とバッチ処理を混合して用いる処 も実施できる。
 一般に膜分離によるプロセス液の処理にお ては、膜の洗浄が重視される。、本発明に るバッチ処理の場合も、プロセス液の処理 終了したあと洗浄処理を実施する事ができ 。また、本発明による連続処理においても 一般的に膜の洗浄は必要で、膜の運転状態 対応して、洗浄を実施することができ、ま あらかじめ定めた時間の運転後に洗浄を実 することもできる。そして、その間の膜分 装置の運転条件に操作項目、分離状態指標 進行経過指標を用いることで、膜分離装置 状態変化に対応した運転を実施する事が可 になる。

<内部循環、循環液槽、循環液、残液>
 本発明では、膜モジュール内の膜面での流 を確保するための膜モジュールの出口から モジュール入口への循環ポンプによる循環 “内部循環”とよび、その液を内部循環液 称する。また、本発明で循環液槽を用いる 合、循環液槽から、昇圧ポンプ、膜分離装 、循環液槽の間を循環する流れおよびその の装置を“循環系”と称し、その間を循環 ている液を“循環液”と称する。前記の内 循環液と循環液を総称して循環液とも称す 場合がある。
 また、前述の循環液について、ある時点ま の処理を終えた場合に、“残液“と称する

<操作項目>
 本発明において、操作項目は、膜による目 物質の分離に直接的に影響を与える項目で り、膜分離装置での操作項目としてその項 を設定し、分離状態指標を設定域にするか るいは進行経過指標に基づいて操作項目に 定域を直接設けて、その操作項目を維持、 更、調整あるいは制御する。
 具体的な操作項目には、膜分離装置の膜モ ュールからの透過液流量、あるいは膜分離 置からの循環液の膜モジュール出口あるい 圧力に代表される膜分離装置の運転圧力、 環液(あるいは残液)の運転温度、水素イオ 濃度(pH)、洗浄液の供給による制御の基準と る循環液濃度、循環液量が選択できる。分 状態指標や進行経過指標によって膜分離状 、運転状態あるいは膜分離操作の進行経過 あわせて操作項目の設定域を定める事がで る。
 使い方の例としては、操作項目として透過 流量の設定域を設け、他に運転温度、循環 濃度が一定になるように運転制御しながら 分離状況指標である透過液流量を運転圧力 調整によってその設定域内に確保すること 、透過傾向を制御する方法がある。同様に 作項目として透過液流量の設定域を設け、 に運転温度、運転圧力が一定になるように 転制御しながら、ダイアフィルトレーショ 水供給量制御を伴う循環液濃度制御の濃度 定値の調整によって、設定した透過液流量 達成する方法がある。循環液温度は冷却水 供給量で、循環液濃度はダイアフィルトレ ション液の供給量で、運転圧力は循環液あ いは排出系に設けた制御弁で調整できる。
 なお、透過液流量は、同じ種類の膜を用い 膜分離装置中の膜から単位時間当たりに得 れる透過液流量を通常用いるが、その膜分 装置中全ての膜からの流量でも、一部の膜 らの値でもよく、その表現は透過流束(kg/m2/ 時)でも透過液流量であってもよい。ここで 定域は必ずしも上限下限の双方を規定する 要はなく、目標値として設けても良い。

<“分離状態指標”>
 本発明において、分離状態指標は、運転中 膜分離装置の分離状態を量的に把握するた の指標であり、それが運転項目設定域の維 、変更、調整または制御の指標となる。具 的な分離状態指標には、循環液および/また は透過液あるいは容器に蓄積した透過液の屈 折率、糖度、密度、光透過度、電気伝導度、 赤外線分光などのセンサーあるいは分析装置 による測定値や分析値、あるいは上述の測定 値や分析値の経過指標による微分値、すなわ ち経過時間、透過液量、洗浄液量などによる 微分値や変化率、平均値、積分値などの数値 処理をした値、あるいは循環液の同様な値、 透過液と循環液の同様な値の比率、それらの 値と先行時点で得た値との比率などの関係指 標を用いることができる。
 分離状態指標の使い方としては、膜分離装 の運転において、操作項目を選び、分離状 指標に設定域を設け、その設定域に測定あ いは測定に基づく計算で得た対応する分離 態指標がその設定域になることを目標とし 、操作項目の調整や制御に用いる。
<透過液流量の操作項目としての設定域と 離状態指標としての設定>
 透過液流量や透過流束は操作項目としても 離状態指標としても設定域を設けることが きる。まず透過液流量を操作項目として設 域を設けた場合は、その測定値は分離状態 標にも操作項目にもなり、いわば分離状態 標としての透過液流量を見ながら、その値 運転圧力等の調節を通じて設定域に入るよ に運転する。また、分離状態指標として得 測定値や分析値を透過液流量以外の操作項 の制御に使いながらダイアフィルトレーシ ンを制御する場合、例えば循環液濃度など 操作項目として調節し、透過液量を設定域 制御する方法がある。すなわち透過液流量 透過流束を、操作項目、分離状態指標の片 あるいは双方として利用する事が可能であ 。

<進行経過指標>
 本発明における、進行経過指標は、膜によ 分離操作の進行度合いの量的把握あるいは 転の段階から段階への移行や終了の判断の めの指標である。この指標は、時間、液量 などの集計できる量的指標のみならず、残 、透過液、原液の濃度や濃度比などの分離 結果を示す指標や、粘度、電気伝導度、pH どの物性、洗浄液などの供給液量でも良く 場合によって分離操作の経過によって変化 る処理対象液量、その測定値や分析値ある はそれらを用いた計算値、あるいは透過液 測定値や分析値あるいはそれらを用いた計 値を用いることが出来る。進行経過指標の に対応した分離状態指標の設定値を設定す ことが出来、進行経過指標の値に対応した 作項目設定値を直接設定することも可能で それぞれ操作項目を維持、変更、調整ある は制御することが出来る。連続処理におい は、操作する膜分離装置の運転状態を進行 過指標を用いて把握し、それぞれの膜分離 置の操作項目を設定する。

<パッセージと阻止率>
 膜分離装置でのナノ膜やUF膜による目的物 の分離性能は、各物質の見かけの阻止率Rapp( 以下阻止率と記載する)や、透過液の目的物 の1成分濃度Cpの供給液の同成分濃度(Cb)に対 る比率として計算されるパッセージで表せ 。
Cp:透過液の目的物質の1成分濃度(g/kg)、
Cb:モジュールへの供給液の同成分濃度(g/kg)
また、供給液の濃度に代えて、循環液の濃度 を用いて評価することも可能である。

<透過傾向の制御>
 ひとつの成分についてのパッセージは、す に表1、表2、表3および図2を用いて説明した 透過液流量や透過流束の変更により変化させ ることができ、透過液流量が増えればパッセ ージが小さくなる傾向やその逆が利用できる 。そして操作項目としての透過液流量や透過 流束は、図2に例示したように、選択した分 膜あるいは膜分離装置における各成分同士 透過傾向に関係があり、膜装置の運転圧力 運転温度の上下によってパッセージを変化 せることができ、種々の運転操作による透 液流量は種々の操作によって変化し、同時 透過傾向も変化する。その変化は透過傾向 近接している物質同士でも一緒に変化する とが可能であり、こうした作用を利用して 離傾向は制御できる。
 バッチ式での具体的な透過傾向の制御は、 くの場合、望ましい透過液流量設定域を実 する操作圧力の調節によって実現できる。 離傾向は、膜の状態、循環液の温度、循環 濃度、pH、循環液量の影響を受ける。使用 べき透過液流量は常時同一でなくてもよく 透過液流量の変化は透過傾向に強く影響し 透過液流量の変更によって迅速な制御が達 できる。望ましくは透過液の組成を反映し 分離状態指標による分離状態の把握と、透 液流量や運転圧力などの操作項目やその設 域の設定、維持、変更、調整、制御するこ によって制御することができる。また、場 によって分離状態指標を用いなくても、透 液量や経過時間などの進行経過指標を用い 操作項目の設定域の設定、維持、変更、調 、制御によって適切な膜分離が実施できる
 また、循環液の温度は、運転の過程では変 する要因、例えばポンプからの入熱、投入 の温度などにより異なる条件が刻々形成さ る一方、制御する項目は、熱交換器による 却や加熱によって透過液の流量や組成が調 できる。温度の制御と圧力や濃度等他の運 項目の制御によって透過傾向の調整や制御 可能である。
 また、循環液の組成やpHは透過液流量や分 傾向に影響し、糖度や電気伝導度などによ て測定される循環液中の内容物濃度は、直 透過液流量に影響を与える。また、濃度の 御は供給する洗浄液量や循環液量の設定量 変更、あるいは透過液の循環液への返送量 調節による濃度調整によって制御でき、pHに ついては、酸性物質やアルカリ性物質の投入 や、それらによるpH調整によって制御するこ も可能である。
 こうした透過傾向の変動要因を組み合わせ 、望ましくは透過流束の運転圧力による制 を組み合わせることで、透過傾向の制御が 能になる。このことは連続法においても、 続法とバッチ法の組み合わせにおいても同 に実施できる。

<組成に関する測定値、循環液濃度、含有 質濃度>
 本発明では原液、運転開始時の循環液、膜 離装置の循環液、透過液などについて屈折 計、糖度計、密度計、光透過度測定装置、 気伝導度計などのセンサーから得る組成や 度に関する測定値を、循環液や透過液の状 を示す指標として用いることができる。特 循環液の濃縮や洗浄液供給量などでの循環 の管理においては、循環液の組成や濃度に する測定値膜分離装置の運転に適した管理 重要である。循環液の組成や濃度は、膜の 過傾向に直接影響するほか、濃度が高すぎ 場合は急激なファウリングの進行や運転可 時間の短縮が起こりやすくなり、濃度が薄 場合はダイアフィルトレーションの効果が 下する。そこで糖度、密度、屈折率、電気 導度などの測定値を循環液の管理に用いる 複数の成分を含む液でのそれらの測定値は 物質や物質群の合計濃度のほかにも組成比 温度などの複雑に影響を受けるが、必ずし 測定値が実際の物質や物質群の濃度と対応 ていることは不可欠ではなく、こうした測 値やそれらを基礎にした値を用いて、適切 循環液量管理や濃度管理を実現するための 標として用いることが重要である。測定に して、必要に応じて温度補正やサンプルの 度管理などを行うことが望ましい。循環液 濃度について膜分離に適する濃度範囲に関 する濃度の意味で用いる場合、特に“合計 質濃度”を用いて説明した。

<糖度、糖度比等>
 本発明で用いる“糖度比”は〔透過液の糖 〕í〔循環液の糖度〕を指し、その分離状 指標としても進行経過指標としても用いる とができる。すなわち同じ循環液に対して 透過傾向が大きい運転では、糖度比は大き なり、透過傾向が小さい運転では糖度比が さくなり、この指標の設定域を設けて操作 目を調整、制御することができる。またこ 糖度比は、膜精製の進行経過指標として運 段階の変更や運転段階の終了の検知に使用 る事も可能である。
 また、この糖度比や透過液の糖度は透過傾 の変化を表す。圧力を推進力とする膜分離 おいて、各成分のパッセージ間には図2のよ うな関係があり、基準となる物質のパッセー ジの上昇や下降と他のパッセージの上昇や下 降とリンクして発生することが一般的と考え られる。同じ循環液濃度に対する透過液の糖 度や糖度比は、パッセージすなわち膜分離で の各物質の分離傾向変化の変化による各物質 濃度の変化として表れ、同じ濃度の出発時の 循環液からの運転後の循環液の透過液の濃度 は、それまでの操作によって到達した濃度と そこまでの分離性能の双方を反映しており、 その双方を総合した指標として把握できる。
 糖度は屈折率の測定原理と同じ方法で測定 れ、糖以外にもグリセリン類やグリコール にも適応できる。糖度以外にも電気伝導度 、TOC(全有機炭素)、液の密度を基準につい も、糖度と同様の指標としての使い方が可 で、それぞれ分離状態指標として重要であ 。

<精密な分離>
 本発明において“精密な分離”とは、『透 傾向が近接している物質を相互に分離する と』である。さらに詳しくは『透過でき“ 過させたい目的物質”を透過させ、透過し くく“透過させたくない目的物質”を透過 せない、膜を用いた分離において、“透過 せたい目的物質”の最終透過液透過液への い回収率、高濃度での分離や最終残液への 入の低減、および“透過させたくない目的 質”の最終残液への高回収率、高濃度での 離や最終透過液への混入の低減』を意味し いる。

<流動の状態を制御するための指標>
 膜モジュールの入口と出口の圧力差などの 度や粘度の変化を総合した指標は、循環液 度の制御として利用できる。すなわち圧力 失がある値あるいはそれ以下になるように 浄液を添加するなどの方法を用いることで 循環液濃度を制御することは可能である。 えば圧力損失を一定にするなどの方法で濃 を膜分離に支障がない範囲で運転すること 可能である。
[本発明における膜分離装置の運転方法]

 本発明における具体的な運転方法を以下 例示して説明する。

<図1 バッチ運転の例>
 以下に図1を使ってバッチ運転の例を説明す る。
 図1は、本発明による1基の膜分離装置によ バッチ式のダイアフィルトレーションを行 う装置全体を示したフローシートである。 の装置では内部循環は用いていない。循環 槽1は、金属や合成樹脂などで製造された任 の形状の容器で、底部から槽内の液が全量 き出せるように適宜工夫し、内部の液量が 握できるように、重量、液位などが常時監 でき、適切な洗浄が実施できることが望ま い。そして、循環液槽1には、pH計8、温度計 、循環液の濃度測定機能26、循環液の温度維 機構29、透過液の循環液へ
返送量調節機構30、原液供給機構21、循環液 抜き出し機構22、洗浄液の供給機構23などを 属することができるが、これらを循環液出 配管/ホース10あるいは昇圧ポンプ入口配管3 に接続あるいは付属させてもよい。

 循環液槽1には、受け入れた各液をあらか じめ混合して槽内に導入する受入れ液混合機 能、槽内での不要な濃度分布の発生防止、固 形分の沈降防止あるいは壁面への付着物の防 止を目的として、攪拌機構、バッフル、振動 機構、シャワリング機構、外部循環ポンプ、 糖度計や密度計などの循環液濃度管理のため の測定機構などを設けることができる。循環 液槽1の内部には、槽内に長く滞留した液と 槽内に供給したばかり液の間の濃度差を有 に利用するために、槽内を分割する機能、 えば、分割した槽を連結して順次槽内の液 槽内部で移動させる機能、順次液を受け入 る槽と液を抜き出す槽を相互に切り替えて 数の槽を全体として循環液槽1として用いる 能などを適用することができる。

 また、循環液槽1には、ガスシール機能な どガス相に関わる槽内ガスや臭気のもれ対策 を必要に応じて施すことができる。循環液槽 用の秤2は、循環液槽内の液量を重量として 量するために使用する。循環液は循環液槽 外に、膜分離装置内や配管などにも存在す が、合計重量など循環液の全体量自体を常 把握することができなくても、運転管理の から、循環液槽内の液量が管理できればよ 。

 昇圧ポンプ入口配管3は、循環液槽および昇 圧ポンプ4に接続し、温水膜洗浄液循環用容 11、洗浄液ポンプ14、循環液抜き出し用容器1 2、ポンプ保護のためのストレーナーやフィ ターを接続することができる。
 また、循環液槽1には、前述のように槽内で の不要な濃度分布の発生を防止するための攪 拌機能、固形分の沈降防止機能、振動機能、 シャワリング機能、付着物防止機能を付加す ることができ、膜を使った分離の効果を向上 させるために、循環液槽1を複数の槽に分割 、それらを連結して使用することや、複数 分割部分を交互に使用することにより、循 液内の濃度変化を段階的に進めることがで る。

 膜分離装置は、昇圧ポンプ4、圧力計7、 交換器5、膜モジュールA 6A、 膜モジュール B 6B、膜モジュールC 6C、 圧力調節弁9、お び接続配管などから構成される。圧力調節 9出口の循環液は、循環液出口配管/ホース10 より、循環液槽1に投入できる。膜モジュー ルA 6AにはRO膜であるAFC80を挿入し、膜モジュ ールB 6B、膜モジュールC 6CにはAFC30を挿入し て用いることができる。ここではAFC30は目的 する原料の分離・精製に用いた。AFC80は濃 調整のために用い、循環液濃度の調整時や 洗浄時を例外として、通常運転時の全ての 過液は循環液槽1に返送する。

 膜モジュールの運転圧力は、圧力計7の指 示で把握する。圧力計の設置場所は、昇圧ポ ンプのすぐ下流から圧力調節弁までのプロセ ス的位置で可能であるが、膜モジュールの前 あるいは後の圧力ができる限り反映した測定 位置が望ましく、並列に多くの膜モジュール を並べる場合に代表的な膜モジュールがわか る位置を選定することもでき、膜モジュール 群全体の圧力がわかる位置を選定することも できる。膜モジュールの下流側に圧力計をつ ける場合も同様で、圧力計のほかに膜モジュ ールの上流と下流の差圧計を設ける場合も同 様である。

 膜モジュールの圧力の制御は、圧力調節 で設定するが、それ以外の方法、例えば、 圧ポンプ出口から循環液槽への戻りライン よる圧力調節機構による方法でもよいし、 ンバーターで昇圧ポンプの回転数を制御す 方法などを採用してもよい。

 熱交換器5の設置位置は、昇圧ポンプ4出 部以外にも、圧力調節弁下流につけてもよ し、循環液槽に付属させてもよく、加熱お び冷却機能を備えることが望ましいが、冷 機能のみや加熱機能のみでも必要な範囲に 環液温度が制御できればよい。熱交換器は 膜洗浄時、滅菌、保存処理などの目的でも 用できる。

 洗浄液貯槽13は、洗浄液ポンプ14の給液側 にホースおよび配管で接続し、循環液槽1お び/または循環液配管/ホース10、昇圧ポンプ 口配管3にも直接洗浄液が供給できるように 接続している。洗浄液ポンプによる洗浄液の 供給は調節弁を用いて所定の循環液濃度を維 持・制御したり、所定の流量で循環液槽に供 給するなどの方法で供給を管理する。洗浄液 貯槽の液あるいは別に用意した液を使って、 洗剤や溶媒を用いた洗浄方法が膜分離装置20 よび循環液槽1、その他配管などのシステム に適応できる。この洗浄液により、必要時に 膜洗浄を実施する。膜洗浄液はあらかじめ加 熱、冷却、濃縮、膜分離などによる精製・分 離、pH調整、薬剤添加などの前処理を行った のを使うことができる。

 膜モジュールA,膜モジュールB、膜モジュー Cの透過液は、金属製、プラスチック製など の適宜選択した材質・形状をした透過液容器 に貯蔵され、透過液量の測定、透過液サンプ ルの取得などに適宜使用できる。直接系外に 透過液を排出するなど、処理方法は適宜選択 することができる。
 必要に応じて膜モジュールBや膜モジュール Cの上部ノズルから各透過液は、各プラスチ ク容器などにそれぞれ透過液用配管/ホース1 6で投入できる。

 透過液の流量は、専用の流量計で常時測 できることが望ましいが、透過液槽の重量 変化速度、液位の変化速度などにより、測 値と経過時間などから計算することもでき 。

 NF膜やRO膜透過液のパッセージと過液流量や 透過流束と次式に例示されるような相互の関 係があると考えられ、透過流束Jが大きい方 、パッセージは小さい値を示すと考えられ 。
1/Passage=1+J×(1/B)
Jv:透過流束(文献では m/sec)
Bav:溶質透過係数(文献では m/sec)
 直列に2段の膜モジュールを使用する場合に 、それぞれのモジュールからの別々に透過液 を異なる透過液容器15にそれぞれ得ることが 能である。透過液の流量測定機能25によっ 、膜分離に大きく影響する流量測定値を得 がらそれらの透過液を取得することが望ま い。
 膜洗浄時や前準備時に、循環液槽や温水膜 浄液循環用容器11や循環液抜き出し用容器12 に、透過液を投入することが可能である。こ れらの透過液用配管/ホース16、ドレンホース 17、透過液容器15、透過液の流量測定機能25、 透過液の濃度測定機能28、および透過液を系 に抜き出す機能や透過液の全部または一部 、循環槽に返送する透過液の抜き出し機能2 4としてまとめて表記する。

 膜分離装置の通常運転時における循環系 、循環液槽1、昇圧ポンプ入口配管3、昇圧 ンプ4、熱交換器5、膜モジュールB 6B 膜モ ュールC 6C、 圧力調節弁9で、膜洗浄液循環 時は、循環液槽を温水循環用容器11に変更す ことが可能である。

 膜分離装置の運転・停止・安全保護対策 制御盤18などの制御機構で維持できること 望ましく、運転全体を自動制御、切替時は 動などの半自動制御、あるいは手動制御で 運転を実施するなど適宜運転の形態や制御 法が選択できる。

 循環液量や循環槽内部液量の管理方法は 循環液の濃度を適切に保つ方法によること 望ましく、循環液の濃度測定機能26や洗浄 供給量の制御による循環液濃度維持機構27に より、循環液の濃度を制御する方法や、循環 槽の循環液槽重量調節機構を使い、適宜循環 液濃度を測定しながら、循環液槽重量の設定 重量を設定・変更する方法が可能である。

 循環液槽重量の設定・変更を制御する方法 ついては、取得した透過液重量に対応した 浄液重量を供給する方法を用いることがで る。例えば、以下の関係式に示した循環液 重量の設定値を、その段階で取得した透過 量と、入力した定数から刻々変化する循環 槽量の設定値を計算し、循環液槽重量がそ 設定値になるように、洗浄液を加える方法 用いることが出来る。
〔循環液重量設定値〕=〔段階開始時循環液 設定値〕-〔増減率〕×〔取得した透過液量
 ここで増減率は循環液の各成分の濃度、各 分のパッセージ、それまでの運転の経緯な でダイアフィルトレーションの段階に応じ 設定する率である。

 また、同様の方法として、使用予定の洗浄 量:WWS、開始時の循環液槽内の重量:WLS,終了 の循環液槽内重量:WLE、刻々の透過液量:WPか ら、刻々の循環液量WLを設定する方法で、循 液量や循環液濃度を実質的に制御する方法 可能である。計算式の例は以下である。
循環液WL=WS+(WE-WS)×WP/(WS-WE+WWS)
 上の式に対応した設定値を用いることで、 らかじめ用意した洗浄液量の全量を使い切 、開始時の循環液重量からその洗浄捜査後 循環液量に平均的に変化させる操作が実施 きる。

 圧力調節弁9の下流での循環液の温度の測 定値を設定値に調節すべく、チラー水ユニッ ト19からのチラー水の供給を制御する循環液 度調節機構29、透過液の合計重量表示機構 よび透過液重量の時間変化とその間の時間 ら計算した表示する透過液流量表示機能、 力調節弁9下流の糖度を表示する循環液糖度 示機能を持つ操作盤などの制御・監視・記 機能があることが望ましい。

 循環液や透過液の測定や分析には、市販 種々の測定装置、分析装置が使用でき、常 測定を継続できるタイプのものが望ましい 、ハンディータイプの機器のように適宜サ プルを取り出して、測定や分析するタイプ ものでもよい。

<運転前の準備> 
 バッチ式のダイアフィルトレーションを行 う装置の運転は、適宜装置内および分離膜 洗剤や溶媒を用いて膜を洗浄し、必要な場 は分離を実行する前に、使用する分離膜の 用する分離条件に適した前処理、例えば一 高い温度にした後、通常の温度で使用する あるいは一旦pHを高い状態に維持して膜を 整した後、通常の運転条件で使用するのな 前処理条件や運転条件は適宜選定できる。
 運転前に、予め対象とする分離に適する条 の概要を選定しておく。運転条件は運転性 に直接影響するが、循環液の濃度や、温度 pHには、その液を取り扱う上での上限や下 があり、膜分離装置の運転についても、そ 温度、圧力、pH、圧力損失、粘度などに上限 を設定することができることから、そうした 条件を満たす、より適切と思われる条件から テストを始め、試行により適切な運転条件を 選定することができる。膜の種類の選定も同 様である。

 また、必ずしも一般性はないが、多くの 合に種々の物質について“pHが高い方が分 膜での透過しやすい傾向”、“運転温度が り高い条件で透過液流量が大きい傾向”な の経験則を踏まえて、運転条件やそれぞれ 影響度合を検討することができる。

 その後、透過液流量を制御可能な運転に する操作項目として、透過液流量を最も敏 な操作項目としながら、操作するpH、温度 ど他の条件に対応して分離試験のデータを 集し、適切な条件と対応する透過流束や透 液流量などの、分離に適した運転条件を選 する。

<運転>
 具体的な運転例は実施例に記載するが、実 にあたって、運転圧力とモジュールの設置 置、循環液の抜き出し、ダイアフィルトレ ション、透過傾向の維持と変更について説 する。

<透過液量や濃度の測定とモジュールの位 、運転圧力と透過液流量について>
 膜分離装置の運転中の膜装置や膜モジュー からの透過液量の測定について、その測定 種々の位置で可能であり、透過液のサンプ も種々の位置から取得でき、これらの位置 選定は、運転方法に影響するが、以下の例 らその位置は選択できる。透過液の流量測 機構25および透過液の濃度測定機構28は、膜 分離装置全体の透過液全体や平均化した値を 目的に設置してもよいし、一部の膜モジュー ル用を代表させて設置してもよい。
 膜モジュールを直列に接続して用いる場合 、上流側に用いても下流に用いてもよいが 循環液側の圧力がより低い下流側の膜モジ ールは通常透過流束が小さくて透過液の濃 は高くなり、循環液の状態を敏感に反映し 濃度測定が可能になる。反対に上流側のモ ュールについては圧力が高く透過流束が大 いことから、平均的な透過液濃度を知りた 場合には上流側を選んだ方が平均的な透過 の組成を反映する。
 透過液流量を減らして透過する物質を高濃 にする方法として圧力を下げた場合、浸透 相当の影響を受けて透過液流量は減少し、 流側に設置したモジュールから透過液が得 れなくなる場合もある。そこで、こうした 合も考慮して透過液の流量測定機構25や透 液の濃度測定機構28の設置場所や操作項目の 設定域を選定する。

 バッチによる分離の終了と判断する段階で 循環液を最終残液として抜き出すことがで る。また、終了と判断する段階で、濃度が 昇していたほうが、有利と判断すれば、一 運転圧力を上げ、循環液濃度を上昇させて ら、循環液や透過液を抜き出すこともでき 。透過液の測定値や分析値を制御や判断に いる場合、膜から出された透過液がモジュ ル内で蓄積されてきた液による影響を除く め、測定にあたってモジュールや配管内の を一旦ドレンとして排出した後、透過液を て測定や分析に供することは制御の応答や 々のタイミング選定の意味から効果があり 段階の切り替えや終点のタイミングの判断 も効果がある。このドレンは複数のモジュ ルを用いる場合、透過液全体の濃度は反映 ていないので、判断にあたってはその透過 の流量と測定値や分析値の関係を考慮する
ことが望ましい。
 循環液の抜き出しは、循環液の抜き出し機 22を用いる方法、循環液槽内の循環液を昇 ポンプおよび/または内部循環ポンプを用い 系外に抜き出す方法、循環液出口配管/ホー ス10を用いて別に用意した容器や貯槽に移送 る方法から適宜選択して実施する。

<循環液の抜き出し>
 ダイアフィルトレーションが終了した段階 残液は、ポンプにより循環液槽などから直 抜き出せる。また膜分離装置内や循環配管 残った循環液は、洗浄液や温水などで系外 押し出すことができ、内部循環槽への洗浄 の噴霧などを採取する操作と組み合わせる 法による残存分の実行可能である。

  <透過傾向の制御>
 また、ダイアフィルトレーションの分離に もなって、その操作項目の設定域を一定に ても、徐々にあるいは段階的に操作項目の 定域を変更しても、循環液や透過液の分離 態に応じた分離性能を確保することが可能 、望ましくは他の操作条件は必要に応じて 更し、分離状況指標あるいは進行結果指標 あわせて透過液流量を変更することができ 。
 また、ダイアフィルトレーションの分離に もなって、その操作項目の設定域を一定に ても、徐々に変更しても循環液や透過液の 離状態に応じた分離性能を確保しても良い

 また、ダイアフィルトレーションを複数 段階に分け、段階毎に各々選択した操作項 の設定域を設定することができる。すなわ 透過液流量、運転圧力、運転温度の設定域 変更、薬剤の添加によるpHの変更などの方 などにより、各段階の終点や始点を管理し がら、各段階の操作項目の設定域を制御し 各段階の膜分離に望ましい分離状態を達成 ることで、ダイアフィルトレーション全体 して望ましい分離について、繰り返して実 するダイアフィルトレーションでの分離結 をそれぞれの分離目的に沿ったものにする

<透過液流量の変更による混合物の糖度の 化の説明>
 仮に開始時の運転条件における2種類の物質 のパッセージが、開始時の物質Aは0.1、物質B 0.0の状態で、物質Aが10%物質Bが10%(以下この は糖度相当分として説明)の開始時の液を、 物質Aの濃度をダイアフィルトレーションに って低下させながら、合計糖度を20%に維持 る運転を実施し、物質Bの濃度は徐々に上昇 20%に近づくようにする。ここでは糖度とこ 合計量は徐々に少なくなり、その物質Aの濃 度は0%に近づくことになる。
 元の透過液流量の状態を維持した運転で、 質Aの濃度が1.5%でパッセージが0.1の時、糖 測定は0.15%(1.5%×0.1)になり、糖度計の測定限 が0.2%であれば、この状態は検知できないこ とになる。ところが透過液流量を下げて、パ ッセージの0.1を0.2で運転すれば、透過液の糖 度は0.3%(1.5%×0.2)になり、糖度計の測定可能な 範囲に入るようになる。以上の説明に基づい た現象は、検出限界に近い場合に限らず、開 始時や終了時、段階の変更点など適切な場面 での透過液や循環液の濃度状況の把握や確認 あるいは切り替えなどの運転の判断時にも利 用できる。

 また、多成分混合系での分離で、多量の を透過しやすい目的物質Aがあり、膜を透過 しにくく透過したくない物質Bを保持しなが 、物質Aと物質Bの中間の透過傾向をもつ物質 Cを除去したい場合、透過傾向は初め物質Aの 過を主にした低い透過傾向での運転を、次 で物質Bの透過をすすめる運転を実施するこ とで、物質A、Bの透過と物質Cの保持が実現で きる。

 ダイアフィルトレーションを実施する際に 循環液の容積を少なくし目的物質の濃度は い方が、分離効果は高くなる。そこで、例 ば糖度計を用い循環液の濃度をそのダイア ィルトレーションの段階で、適切な濃度に 持して運転することで、ダイアフィルトレ ションの効率的な進行が可能になる。常に 度を高く設定する方がよいとは限らず、運 の安定性や膜表面の保護のために設定域に 裕を設けることが望ましい。
 また、原料を投入した最初の段階では透過 やすい物質が多量に含まれるが、こうした 環液の組成変化が大きい段階でのみ循環液 内部循環液の濃度管理を行ない、他の段階 は濃度以外の管理、例えば液量による管理 行なうこともできる。

<複数のバッチ運転に処理液がまたがる運 の例(図3)>
 図3は本発明によるダイアフィルトレーショ ンを複数のバッチ運転にまたがって実施する 際の装置全体を示したフローシートであり、 以下にこのフローシートにしたがって説明す る。

 全体の構成は図1のバッチ運転の例とほと んど同じなので、同様の構成要素については 同じ符号を付しており、以下には異なる点を 中心に説明する。図3中にB1と記載した二点鎖 線で囲んだ部分は1回目のバッチ運転につい 示し、B2と記載した二点鎖線で囲んだ部分は 2回目のバッチ運転を示している。B1とB2で使 する装置は同じもので、時間的に先行した 行をB1、後のものをB2として表記した。

 複数バッチにまたがる運転では、既に実 したバッチ運転で残した透過液、すなわち 回のバッチにおける透過液や最終的に残っ 循環液を系外に取り出す際に発生した希薄 液などを、新たなバッチ運転で、洗浄液や 料との混合液、あるいは再処理液として使 する。装置としては、それらの液を貯蔵す 容器が必要になる。これらをまとめて先行 ッチ分貯槽31と表し、先行バッチ分貯槽“ 過液”:31A、先行バッチ分“最終循環液の抜 出し時希薄液”:31B、“再処理液”:31Cとそ ぞれ称することにし、各々に番号を付した

 図3は二つの部分からなり、上部はバッチ装 置で、先行するバッチでの運転フローで得ら れた工程を示し、その液が前述の31A,31B,31Cを て、後で実行するバッチの運転フローの典 的な使用先に供給することを表現している
 以下に示すような“透過液”“最終循環液 抜き出し時希薄液“ 、”再処理液” 、の 先行バッチ分を後のバッチで利用することに よって、全体として目的物質の回収率が向上 し、ロスが減少する。

 先行して実施したバッチからの液で、次の たなバッチで用いる液の種類の例を説明す 。
“先行バッチの最終循環液の抜き出し時希薄 液“は、循環液槽、膜分離装置および関係配 管などの液を取り出す際に、温水などの洗浄 液などで押し出す作業を実施し、残液の一部 を希薄液として回収する分である。この残液 は、元来分離操作を完了し、その液中の膜分 離で透過させたい物質の濃度は必要な水準以 下である。そこでこの液をそのまま洗浄液と して使用するか、あるいはあらかじめ何バッ チ分かのこうした希薄液を集めて、後で実施 するバッチで使用できる。これらの液を、単 に濃縮して系外に分離済みの残液として抜き 出すことも可能であるが、これらを原料の一 部、あるいは洗浄液の一部として取り扱うこ とで、不必要な濃縮やそれまでの洗浄液の保 存を避けることが可能になる。

 “先行バッチの最終循環液の抜き出し時 薄液“は、最終段階の洗浄液の最初の部分 して使用するなど適宜判断して使用できる その循環液への投入方法は、循環液濃度を 理しながら、洗浄液の配管を通じて投入す 方法が望ましく、直接循環液槽1に投入する 方法、その希薄液を濃縮後に洗浄液として使 用する方法、濃縮後に循環液槽1に投入する 法がある。

 “先行バッチの再処理液”は、先行バッチ の分離を実行した後の分析で、その分離が 完全であり、不純物の精製を再度実施する 要が生じた場合に再処理するための対象と ることができる。
 “先行バッチの再処理液”は、必ずしも後 バッチの原液と同時に投入する必要はなく 最終段階の洗浄液の最初の部分として使用 るなど適宜判断して使用できる。その循環 への投入方法は、“先行バッチの最終循環 の抜き出し時希薄液“と同様の方法で実施 きる。

 “先行バッチの透過液”は、1回のバッチ 操作を複数の段階に分割し、最終段階では洗 浄液として、新鮮な洗浄液を用い、それ以外 の洗浄液としてその前のバッチまでで得た透 過液をそのまま、あるいは通常のバッチ運転 で使用する膜や別に設けた膜分離装置のRO膜 NF膜、UF膜を適宜使用して濃縮した残液や透 過液を、新鮮な洗浄液に代えて使用できる。 この際透過液側に目的物質の一部をこの濃縮 で系外に抜き出すこともできる。

 “先行バッチの透過液”については、そ 組成がダイアフィルトレーションを実施す 際に、ダイアフィルトレーションの段階に 立つ段階で洗浄効果が確保できれば、洗各 階のダイアフィルトレーションの最初だけ 使用するなど適宜判断して使用できる。そ 循環液への投入方法は、“先行バッチの最 循環液の抜き出し時希薄液“と同様の方法 実施できる。

<連続多段ダイアフィルトレーションの例( 4関係)>
 図4は、本発明によるダイアフィルトレーシ ョンを連続多段操作によって実施する際の装 置全体を示したフローシートであり、以下に このフローシートに従って説明する。

 膜分離装置20の構成は、図1と同様に熱交 器5、膜モジュール6、圧力計7、圧力調節弁9 が中心の構成である。内部循環ポンプ32は用 ても用いなくてもよいが、内部循環ポンプ 用いる場合には各膜分離装置20に付属させ 内部循環ポンプを用いない場合には循環液 1や昇圧ポンプを用いて循環を構成する。図4 の場合は、内部循環ポンプ32を用いる場合で る。

 原液51は昇圧ポンプで、洗浄液52と膜分離 装置20Aの内部循環ポンプ32、膜モジュール6お よび熱交換器5の循環系に供給する。ここで ダイアフィルトレーションを3段階に分割し 膜分離装置20A、20B、20Cを用いる。

 原液は膜分離装置20Aで洗浄液52によるダイ フィルトレーションをすすめ、透過液を抜 出し、残液は圧力調節弁9を経て膜装置20Bに る。膜分離装置20B、20Cでも同様に洗浄液52 よるダイアフィルトレーションをすすめ、 終的に残液を得る。
 各段階では膜分離装置20と内部循環ポンプ32 、膜モジュール6および熱交換器5の循環系を 成している。

 各段の運転圧力は圧力調節弁によって循 液を次の段あるいは系外に排出する量の制 をともなって制御する。各膜分離装置から 透過液流量を測定し、分離傾向を制御する めに分離状態指標が設定域に入るように透 液流量、運転圧力、運転温度、運転濃度な の操作項目を設定する。透過液の行先は、 外への移送、前の段階の洗浄液としての移 、その段階の膜分離装置への返送から選定 きるが、その一部はその段階の膜分離装置 の返送量の制御を透過液容器の液位を一定 するなどの制御を行う事が望ましい。

 本発明における連続多段ダイアフィルト ーションの運転は、図1、図3の場合と同様 運転状態の膜分離の透過傾向を制御して実 する。具体的には循環液の温度は各膜分離 置の熱交換器を用いて調整しながら、透過 流量が適正になるように操作圧力を制御す ことで、循環液濃度と透過液濃度を監視あ いは制御することができる。この点でバッ 運転の場合と連続運転の場合は同等である バッチの場合と異なり連続運転の場合は、 の各段の循環液や透過液の状態の刻々の変 を詳細に捉えることは不可欠ではない。

 図4に示した多段連続プロセスによれば、バ ッチ的にあるいは連続的に供給した原液に対 して実施し、その後循環液槽1Aに貯蔵した液 対して原液の供給を停止してダイアフィル レーションを実施する方法あるいは原液の 給を継続しながらダイアフィルトレーショ を実施する方法でダイアフィルトレーショ が実施できる。ここでは3基の膜分離装置20A 、20B,20Cを用い、その運転は各膜分離装置に して第1段、第2段、第3段と段階を進める。
 さらに詳しく説明すると、先ず循環液槽1A 濃度を調整した原液51を供給し、原液を供給 し続けながら、ここから昇圧ポンプ4を用い 、膜モジュールを搭載した膜分離装置 20A(20 B,20C)でダイアフィルトレーションをすすめた 残液を、次の段の膜分離装置20Bに送る。
 その間、昇圧ポンプ4と膜分離装置20A(20B,20C) の間あるいは膜装置の循環系に洗浄液を加え 、膜分離装置20A(20B,20C)から透過液を得、透過 液容器15A(15B,15C)に貯蔵する。膜分離装置20A(20 B,20C)も同様の処理対象液(原液51、処理中原液 51)を用い、洗浄液52、透過液53、残液54をそれ ぞれ得ながら運転する。各膜分離装置の循環 やクロスフローの確保の方法は、内部循環ポ ンプ32を用いる方法でも用いない方法でもよ 。以上は内部循環を用いる場合で説明する
 連続多段法によるダイアフィルトレーショ での膜の透過傾向の制御方法について、各 分離装置の透過液流量の調整は、膜分離装 から得る透過液流量あるいはその中の一部 モジュールを選びそこから得られる透過液 流量でも調整でき、膜分離装置の運転圧力 運転温度、循環液濃度、水素イオン濃度(pH) は、バッチ運転の場合と同様に循環液に対し て制御・調整することができる。
 循環液あるいは内部循環液の濃度は循環液 糖度などの濃度が設定域になるように洗浄 の供給量を洗浄液調節弁33によって制御す 。透過液の糖度などの分離状態指標と、透 液の流量を各膜分離装置について測定し、 度などの分離状態指標を用いて適切な透過 の流量を設定し、循環液の圧力を循環液か 次の膜分離装置または系外への抜き出し配 に設置した圧力制御弁9で調節する。
 図4のプロセスフローを用いて、循環液槽1 膜分離装置20A、20B、20Cと経由して膜分離装 20Aに戻る循環系を形成して、ダイアフィル レーションを行なうことも可能である。 
 また、図4に示したプロセスフローによるダ イアフィルトレーションを、原液の供給を継 続しながら実施し、処理済液を循環液槽1Bに 蔵し、その後原液の供給を停止し、仕上げ ダイアフィルトレーションを循環液槽1B中 液に対して実施することができる。またそ らを1Aから1B,1Bから1Aと繰り返しながら、3段 装置を何回か1バッチの原液に対して繰り返 して使用することができる。
 また、図4の各透過液ポンプ34について、透 液をその透過液が発生した循環系に戻す事 できる。これは膜分離装置で適切な分離傾 維持の過程から得た透過液流量について、 の膜装置の循環系から系外に移送する液流 よりその透過液流量が多い分をその膜分離 置の循環系に戻すことで、正常なあるいは 常的な運転状態を確保する。逆に対象とす 膜分離装置からの透過液を少なくする必要 ある場合は、あらかじめ取り扱い液を濃縮 ることでもその膜分離装置の透過液量を少 くする運転が可能になる場合がある。この 合、膜分離装置で使用する膜面積を多く持 ことで面積あたりの透過液流量を小さくし がら、十分な透過液を得る操作が可能にな 。
 各段で得た透過液を洗浄液に代えて、その 過液発生段の一つ前段階の洗浄液として使 する事ができ.この場合でも透過液が発生し た段に透過液を循環できる事が望ましい。

 図1、図3、図4に示した循環槽1は、その設置 数を複数にするかその内部を分割することで 、有効に利用できる。特にバッチ処理におい ては処理対象液の組成が経時的に変化するた め、すなわちダイアフィルトレーションが進 んで分割された循環槽1の上流側に供給し、 次下流側に移送することで、分割された循 槽1の内部に、ダイアフィルトレーションが り進んだ循環液を上流側に、ダイアフィル レーションが進んでいない循環液を下流側 貯蔵した状態を作ることで、全体が混合し 循環液になる場合よりも、効率よくダイア ィルトレーションを進めることが可能であ 。
 また複数の循環槽1を設置して交互に使用す ることでも同趣旨の効率のよい分離が達成で きる。すなわち循環槽1のAと循環槽1のBを使 し、循環槽1のAから膜分離装置に処理対象液 を供給し、その膜分離装置からの残液を1のB 供給する運転をつづけ、循環槽1のAが空に ったところで、循環槽1のAから1のBへの運転 循環槽1のBから1のAへの運転に切り替える方 法である。

 本実施例では、原液として通常デカグリ リンとして入手可能なポリグリセリン混合 で、グリセリン、ジグリセリン、トリグリ リンおよびテトラクリセリン以上の高重合 ものを含むポリグリセリン混合液を用い、 による精製を行なった。ナノ膜を用いた膜 離装置からの透過液の糖度を順次記録し、 度が所定の値になったところで、運転圧力 下げて透過液流量を下げ、原料に対してグ セリンおよびジグリセリンを当初の十分の 以下程度までに低減した例を示す。

 <原液>
      原料組成  水分   28.7wt%
      ポリグリセリン合計濃度  バラン
      平均的重合度       10量体

 <分析方法>
 濃縮装置で水分を除いて濃縮サンプルとす 。テトラデカンに対し一定量のピリジンを えた内部標準液を用意しておき、濃縮サン ルに対し、内部標準液、ヘキサメチルジシ ザン、クロロメチルシラン、クロロトリメ ルシランを加え加熱し、TMS化した後、ガス ロマトグラフィーにより分析した。表5に示 した組成についてのデータは、上述の水分を 除いた濃縮サンプルに加えた内部標準物質に 対するガスクロ分析での面積比から求めた指 標である。

 <装置>
 以下に膜分離装置の詳細を説明する。
 PCI Membranes社製造の膜分離装置BRO/BUFに同PCI Membranes社製のAFC30、1.2mの膜モジュール2本を 着したものを使用した。別に濃度調節の目 でAFC80、1.2mの膜モジュール1本も装着した。
 圧力計は2本のAFC30の膜モジュールの間と、 方の膜モジュールの後に設置した。
 図1に膜分離装置のフローシートを示す。

 膜分離装置BRO/BUFは、昇圧ポンプ4、熱交 器5、膜モジュール6A(AFC80)、圧力計7、膜モジ ュール6B(AFC30)、膜モジュール6C(AFC30)、圧力調 節弁9およびそれらを結ぶ接続配管からなる 圧力調節弁9は循環液配管/ホース10により、 力調節弁からの循環液は、循環液槽に投入 きる。また、同循環液は、別の膜洗浄用の 器、サンプリング用容器にも投入できる。

 洗浄液貯槽13はドラム缶を容器として3基 部を配管で連結し、それぞれの容器には、 弁を通じて洗浄液ポンプ14および昇圧ポン 入口配管3とバルブを介して接続しており、4 0℃~55℃の温水を貯蔵する。洗浄液ポンプの 出は制御弁を経由して循環液槽への洗浄液 入用ホースに接続している。

 膜モジュール6Bと膜モジュール6Cの透過液 は、透過液容器用の秤2により経時的自動的 重量を測定する。膜モジュールBや膜モジュ ルCの上部透過液ノズルから各透過液は、各 プラスチック容器にそれぞれ透過液用配管/ ース16で投入できる。

 膜分離装置の通常運転時の循環系は、循 液槽1、昇圧ポンプ入口配管3、昇圧ポンプ4 熱交換器5、膜モジュールA 6A 膜モジュー B 6B、膜モジュールC 6C 圧力調節弁9、およ これらを結ぶ配管・ホース接続で、後述す 温水循環時は、循環液槽を温水膜洗浄液循 用容器11に変更する。

 制御盤18には、循環液槽1の重量の測定値 指定した測定値に維持する循環液槽重量調 機構、圧力調節弁9の下流での循環液の温度 の測定値を設定値に調節すべくチラー水ユニ ット19からのチラー水の供給を制御する循環 温度調節機構、透過液の合計重量表示機構 よび透過液重量の時間変化とその間の時間 ら計算した表示する透過液流量表示機能、 力調節弁9下流の糖度を表示する循環液糖度 表示機能がある。

<運転方法および経緯>
 装置の循環系に予め0.5wt%の酵素洗剤(ULTRASIL 53)約30℃を充填し、装置を循環洗浄した後、 イオン交換水に置換した。その後約50℃に加 したイオン交換水を温水膜洗浄液循環用容 11に用意し、膜分離装置との間で温水を循 し、さらに透過液を系外にドレンノズルか 何度か抜き出した後、温水膜洗浄液循環用 器11を用いて循環液系(温水膜洗浄液循環用 器、ポンプ入口配管、昇圧ポンプ、熱交換 、膜モジュールA、膜モジュールB、膜モジュ ールC、圧力調節弁、循環液出口配管/ホース 温水膜洗浄液循環用容器)と透過液系(膜モ ュールBおよびCの透過液側から抜き出しホー スから温水膜洗浄液循環容器間)の両方を循 する運転とし、それらの系を50~53℃に維持で きる状態にした。

 別途約50℃の約70wt%の水分を含むポリグリセ リン混合液を加熱したイオン交換水で希釈・ 攪拌し、約50℃、30wt%のポリグリセリンを循 液槽に用意した。
 循環系の膜分離装置中に含まれている温水 一部を抜き出しつつ、ポリグリセリン混合 に置換し、循環系をポリグリセリン液に置 し、透過液はすべて循環液槽に返送する設 とした。

 運転圧力を当初33バールに設定し、AFC80の 透過液を系外に出し、一旦下がった循環液濃 度を25%程度まで回復させた後、AFC80の透過液 全て循環液槽1に戻し、2本のAFC30の透過液を 20リットルの透過液用容器に取り出す状態と た。続いて運転温度を50から53℃を維持なが ら、循環液の糖度を当初25%程度を維持するよ うに循環液槽の運転を継続し、50℃程度に加 したイオン交換水をダイアフィルトレーシ ン水として循環液槽に供給しながら、AFC30 のモジュール2本からの透過液を系外に取り した。透過液の合計流量は30~45kg/時程度に るようにモジュールAの入り口圧力を手動の 力調節弁で調節した。途中透過液を20リッ ル容器に順次取り出す方法で、透過液を順 取り出した。下流側モジュールBの透過液の 量について、上流側モジュールA側の透過液 流量に対して半分以上であることを確保する 方針で運転を継続し、半分以下の流量になっ た状況では、運転圧力を高めるか運転濃度を 低下させて、合計の透過液流量とモジュール Bすなわち下流側のモジュールAの透過液流量 確保する方針で、運転を継続した。

 透過液の糖度を測定しながら、ダイアフィ トレーションを継続し、透過液の糖度が0.6% になったところで、運転圧力を22Barに変更し 後段の運転に入った。
 後段に入ってからは透過液の流量を15から25 kg/時程度に維持する運転を実施した。前段と 同様に透過液を20リットルの容器に取り出し がら、循環液の糖度は22%程度で運転した。
 このようにして運転を継続した後、透過液 糖度が0.4%を示した時点で膜分離装置の運転 を停止し、ほぼ同時にダイアフィルトレーシ ョンの水供給も停止した。その後循環液槽か ら残液であるポリグリセリン溶液を抜き出し 、循環液槽内の液量は当初30wt%のポリグリセ ン液32.6kgから、22wt%相当のポリグリセリン 27.3kgを得た。得られたポリグリセリン液の 析結果は、表5のサンプル番号C7に示した。 いて、温水で循環系にあるポリグリセリン 液を循環ポンプにより膜モジュールから系 に押し出して回収した。

 以上の運転により14.8kgの原料中に含まれて た乾燥重量として9.8kgのポリグリセリンか 、表5中のC7欄の内部標準物質に対する面積 を有する乾燥重量6.0kgのポリグリセリンを得 た。
 表6は循環液サンプルの内部標準物質に対す る面積比の開始時面積比に対する比率を用い て、各サンプルの成分の変化を追跡したもの である。
 表6に示した累積透過液量の対初期循環液量 の比として計算した進行指標が2.1のデータで グリセリンは従来のグリセリン含有量の1/10 下まで低減でき、ジグリセリンについては 進行指標が5.0で1/10まで低減できた。
 そして回収した製品は、グリセリンは測定 囲以下、ジグリセリンは希望する従来の1/10 以下の含有率に、トリグリセリンは当初希望 した従来の含有量と比べ1/2以下の含有率にな り、テトラグリセリン以上の含有率は上昇し た。
 上記の運転においては、本発明における分 状態指標として透過液流量および透過液糖 を用い、本発明における進行経過指標とし 対初期循環液量に対する透過液量の比を用 、透過液流量は操作項目としても用いた。 なわち透過液流量は分離状態を知る指標と て用い、先ず操作項目である透過液量を設 域30から45kg/時の範囲内を維持するように、 分離状態指標でもある透過液流量を計量しな がら運転圧力を調整した。進行経過指標であ る透過液の糖度が0.6%まで低下した時点で操 項目で透過液流量を15から25kg/時の設定域に 更して、運転圧力の調整および循環液濃度 定値の調整によって、分離状態指標である 過液流量を設定域に調整し、進行経過指標 ある透過液の糖度が0.4%に達した時点で分離 精製を停止した。
 ここでは運転温度はあらかじめ設定した50~5 3℃に維持する運転であり操作項目の変動は ていないが操作項目を維持していた。循環 濃度は、下流側のモジュールBの透過液流量 上流側の1/2以上に確保する際にも、操作項 として使用していた。この運転ではpHは操 項目としては使用しなかった。循環液量は 作項目としては用いていないが、循環液濃 の変更は循環液量の変更に直結しており、 作項目としての意味は類似している。すな ち循環液を高濃度にすることは循環液量が 量にすることを意味し、循環液濃度と同様 適用できる。
 またここでは透過液流量をそのまま操作項 や分離状態指標としたが、上流側のモジュ ルのみを指標としても、上流側と下流側の 計を使用しても、下流側を使用しても、そ らを使用した分離膜面積で除した透過流束 値として使用することも可能である。
 またここでは循環液の糖度値は22~25%の間で 化しているもののその差は大きくないこと ら、進行経過指標や分離状態指標として透 液の糖度を用いたが、透過液の糖度を循環 の糖度で除した値すなわち糖度比を指標と ると、正確に循環液の状態や膜分離の状態 把握する上で利点がある。

 次に、上述したシステムにおいて、さらに 明する。
 図5は、他の実施形態(第1の実施形態)におけ る分離システムの構成を示す図面である。こ の図において、図1に対応する機能について 同一の符号を付し、その説明を省略する。 過液流量計100は、膜分離装置20によって分離 され膜分離装置20から流出する透過液の流量 測定する。圧力計101は、膜分離装置20の膜 ジュールの運転圧力を測定する。膜分離装 20の運転圧力は、圧力調整弁9によって調整 れる。
 次に、この図5に示す分離システムの動作に ついて説明する。図6は、分離システムにて 転順序を説明するためのフローチャートで る。
 まず、装置全体が洗浄され(ステップS101)、 分離装置全体に温水が充填され(ステップS10 2)、循環液槽に濃度調整した原液を循環液槽 準備する(ステップS103)。
 循環液槽内液を昇圧ポンプで膜分離装置中 移送し、同時に膜分離装置内の温水を系外 除去し、循環液の温度を予め決められた所 温度になるように温度制御する(ステップS10 4)。
 循環液槽、循環ポンプ、膜分離装置、循環 槽の循環系を確立し、予定の運転圧力で透 液を循環させることにより循環液濃度を所 濃度(例えば、Brix25%など)に維持する(ステッ プS105)。透過液流量が初期段階の数値(30~45Kg/h )になるように圧力を調整する(ステップS106) そして、洗浄液の供給と透過液の取得によ ダイアフィルトレーション(段階1)を開始す (ステップS107)。ここでは、例えば、下流側 透過液量が上流側の半分以上にできる濃度 されている(ステップS108)。
 透過液糖度が所定の糖度(ここでは、例えば 、0.6%)になったところで圧力を下げ、透過液 を15~25kg/h程度に維持する(段階2)(ステップS10 9)。例えば、ここでは、下流側の透過液量が 流側の半分以上にできる濃度にされている( ステップS110)。
 そして、透過液糖度が04%になった場合に、 点を判定し(ステップS111)、温水により処理 みの循環液を抜き出し、系内を温水で満た (ステップS112)、洗剤洗浄を実施する(ステッ プS113)。

 次に、図5の分離システムにおける、段階を 進行させる制御について図7のフローチャー を用いて説明する。
 段階指数の初期値を段階1として設定し、目 標循環液量が設定域内になるように圧力調整 弁9によって圧力を調整する(ステップS120)。 して、透過液糖度が設定1以上であるか否か 判定する(ステップS121)。判定結果において 設定1以上である場合には、段階1を継続し ステップS121に移行する(ステップS122)。一方 設定1以下である場合には、段階指数を段階 2に設定する(ステップS123)。そして、透過液 度が設定2以上であるか否かを判定する(ステ ップS124)。判定結果において、設定2以上であ る場合に圧力段階2を継続して(ステップS125) ステップS124に移行し、設定2以下である場合 には、段階指数を3に設定し、所定時間運転 継続して(ステップS126)、その後、処理を完 する(ステップS127)。

 次に、図5の分離システムにおける、循環液 濃度の制御について、図8のフローチャート 用いて説明する。
 維持すべき循環液濃度を設定1に設定する( テップS140)。設定された循環液濃度である設 定1にすべく、透過液を得ながら洗浄液供給 制御弁で制御する(ステップS141)。そして、 環液の糖度に対する必要圧力より、運転圧 大であるか否かを判定し(ステップS142)、運 圧が大であれば、ステップS141に移行し、運 圧が必要ある値未満である場合には、圧力 対応した濃度に変更し(ステップS144)、ステ プS141に移行する。

 次に、図5の分離システムにおいて、図6か 図8に示す各処理を行った場合の透過液糖度 変化について、図9AおよびBを用いて説明す 。図9Aは、縦軸が運転圧力、横軸が運転時 を示し、図9Bは、縦軸が透過液糖度を示し、 横軸が運転時間を示す。
 運転圧を‘圧力段階1’を維持している間に (図9A)、透過液糖度目標糖度設定値が‘設定1 になるまで、膜分離が行われる(図9B)。そし て、透過液糖度が目標糖度の設定値1になる (図9A)、運転圧力が圧力段階2に設定され、運 転圧が設定2に切り替えられた後は、透過液 度の測定値が一旦上昇するが、その後、目 糖度の設定値である設定2に近づくように低 する。そして、透過液糖度が目標糖度の設 値2に達するか、達した後一定時間をへて膜 分離を完了する。

 次に、第2の実施形態における分離システム について説明する。図10は、第2の実施形態に おける分離システムの構成を示す図面である 。この図において、図5に対応する機能につ ては同一の符号を付し、その説明を省略す 。
 次に、この図10に示す分離システムの動作 ついて説明する。図11は、この実施形態にお ける分離システムにて運転順序を説明するた めのフローチャートである。
 まず、装置全体が洗浄され(ステップS201)、 分離装置全体に温水が充填され(ステップS20 2)、循環液槽に濃度調整した原液を循環液槽 準備する(ステップS203)。
 循環液槽内液を昇圧ポンプで膜分離装置中 移送し、同時に膜分離装置内の温水を系外 除去し、循環液の温度を予め決められた所 温度になるように温度制御する(ステップS20 4)。
 循環液槽、循環ポンプ、膜分離装置、循環 槽の循環系を確立し、循環液濃度を所定濃 (例えば、Brix25%など)に維持する(ステップS20 5)。ここでは、圧力調整弁9の圧力を予め決め られた所定の圧力で運転を開始したのち、透 過液流量が初期設定値あるいは設定域になる ように圧力を調整する(段階1、ステップS206) そして、透過液の糖度あるいは糖度比が目 設定値1になるまで維持する(ステップS207)。 して、設定値1以下になったところで段階を 2にすすめて対応した透過液流量あるいは操 圧力の設定値に進める。(ステップS208)。
 透過液糖度が設定値2以下になった場合に、 段階3に進める(段階i+1)。この間、循環液濃度 を運転圧力に対応した濃度に維持しながら段 階を順次すすめる(ステップS210)。
 そして、所定の最終透過液量を維持し、目 糖度比度が所定値になるか、あるいは所定 時間あたりの変化率以下になるか、目標糖 比に到達してから所定の時間が経るまで継 する(ステップS211)。そして、温水により処 済みの循環液を抜き出し、系内を温水で満 し(ステップS212)、洗剤洗浄を実施する(ステ ップS213)。

 次に、図10の分離システムにおける、段階 進行させる制御について図12のフローチャー トを用いて説明する。
 運転開始後の初期の圧力は、初期値を設定 、透過液量を設定値1、目標糖度比1をそれ れ設定値として運転をする(ステップS220)。 して、運転圧力を変更し、透過液量が設定 になるように制御する(ステップS221)。そし 、現在の目標糖度比が設定以上であるか否 を判定する(ステップS222)。判定結果におい 、設定以上である場合には、段階1を継続し ステップS221に移行する(ステップS223)。一方 、設定1未満に到達した場合には、流量設定 iを1進めて流量設定値(i+1)とし、透過液糖度 定値iについても、1進めて(i+1)とする(ステ プS224)。
 そして、必要時間が経過したか否かを判定 (ステップS225)、判定結果において、必要時 が経過していない場合には、各設定値をそ まま継続し(ステップS226)、ステップS225に移 行する。
 一方、必要時間が経過した場合には、最終 定が完了したか否か、すなわち、所定変化 以下であるか否かを判定する(ステップS227) 所定変化率以下ではない場合には、流量設 値、目標透過液糖度比設定値の変更を有効 し(ステップS228)、ステップS221に移行する。 一方、所定変化率以下である場合には、処理 を完了する(ステップS229)。

 次に、図10の分離システムにおける、循環 濃度の制御について、図13のフローチャート を用いて説明する。
 維持すべき循環液濃度を設定1に設定する( テップS231)。設定された循環液濃度である設 定1にすべく、透過液を得ながら洗浄液供給 制御弁で制御する(ステップS232)。そして、 環液の糖度に対する必要圧力より、運転圧 大であるか否かを判定し(ステップS233)、運 圧が大であれば、ステップS232に移行し、運 圧が必要圧力未満である場合には、圧力に 応した濃度に変更し(ステップS235)、ステッ S232に移行する。

 次に、図10の分離システムにおいて、図11か ら図13に示す各処理を行った場合の透過液糖 の変化について、図14を用いて説明する。 14の(a)における上方の図は、縦軸が循環液濃 度、横軸が透過液糖度を示し、図14の(a)にお る下方の図は、縦軸が運転圧(または透過液 流量)を示し、横軸が透過液糖度を示す。図14 における(b)は、縦軸が糖度比、横軸が運転時 間を示す。
 運転が開始された後、運転圧力を初期値に 一定時間維持した後、少しずつ下げ、運転 力の第2段階の設定値まで到達したら、所定 時間圧力を維持する。このとき、運転圧力を 第2段階の設定値まで一気に切り替えると、 的物質の濃度等について、目標値から離れ 値で分離されてしまうが、この実施形態に れば、運転圧力を操作し、少しずつ下げる うにしたので、目的物質の濃度等について 標値に近い状態で分離することができる。

 次に、第3の実施形態における分離システム について説明する。図15は、第3の実施形態に おける分離システムの構成を示す図面である 。この実施形態においては、図5等における 離システムを多段にしたシステムである。 の図において、図5に対応する機能について 同一の符号を付し、その説明を省略する。
 この図において、流量調節弁130は、膜分離 置20に供給される原液の量を調節する。流 調節弁135は、前段となる膜分離装置20と後段 となる膜分離装置20との間に設けられており 前段の膜分離装置20における分離前の原液 一部を後段の膜分離装置20に供給する量を調 整する。
 ポンプ145は、透過液容器15に貯留された透 液を膜分離装置20に送出する。流量調節弁140 は、ポンプ145と膜分離装置20との間に設けら 、透過液容器15から膜分離装置20内に流れる 透過液(返送透過液55)の流量を調節する。流 調節弁150は、ポンプ145から膜分離装置20への 配管から分岐され、透過液として取り出され る経路に設けられ、外部に取り出される透過 液の量を調節する。

 この図における分離システムについて、定 に近い状態の運転方法を説明する。左側が1 段目、右側が2段目の分離システムとなり、3 目以降は2段目と同様に全段に接続される。
 まず、原液の第1段への供給流量に比例して 洗浄液を加え、透過液を抜き出し、運転圧力 の制御により、循環液の一部を次の段に移送 する。このときの透過流量は透過傾向の制御 に用いる。これは分離傾向に、フラックスや 透過液量が直接関係するためである。膜分離 装置からの透過液のうち、排出すべき透過液 分は系外に抜きだし、残りの液は循環系にリ サイクルする液量バランスで運転が進められ る。
 ここでは、透過液の糖度比など濃度を制御 ることも考えられる。この場合、測定され 透過液の糖度あるいは透過液の糖度を循環 の糖度で割った糖度比は、分離状態指標と て用いられる。また、ここでは分離状態指 を調整するために、透過液量や運転圧力を 御してもよい。

 循環液の濃度は、系内に供給される原液 洗浄液、次段に移送される循環液、系外に 出される透過液の量の各液流量と濃度のバ ンスが直接の変動要因であり、各液流量の 定、あるいは場合によって循環液の濃度に り制御することができる。図15におけるシ テムでは、循環液濃度は洗浄液流量あるい 透過液/循環液の流量比、原液供給量のいず かで制御することを想定している。

<操作項目>
 図15のフローでは透過傾向の操作項目とし 、運転圧力、循環液濃度、透過液量の項目 制御手段を明示しているが、このほかに熱 換器を設けて運転温度の制御を行ったり、pH 制御を設けてpH制御を行ったり、循環液流量 ンサを設けて循環液流量制御を行うことが それぞれ可能である。
<分離状態指標>
 透過液量や糖度や糖度比は分離状態を示し 図15のシステムでは、それらを使用する手 を明示している。すなわち透過液の糖度が いことは、分離傾向としてより透過しやす 状態を示し、透過流量が多い場合はより透 しにくい状態にあると判断することができ 。
<進行経過指標>
 また、進行経過は透過液の糖度によって表 ことができる。図15のシステムでは、通常 力損失分の圧力低下から下流の段の方が同 透過液量においてより低い値を示すが、そ ぞれの透過液量における糖度や糖度比は処 の進行の指標となる。
<連続多段プロセスにおける分離状態指標 進行経過指標>
 多段プロセスにおいて、分離状態指標と進 経過指標を明確に区別するのは困難である 、おおむね以下と考える。分離状態指標は その段の分離状態が正常か、あるいはより 過しやすい状態か、などが判断できる。ま 進行経過指標は各段の分離状態を前述の分 状態指標と同じ指標で判断しても、全体と てどこまで分離が進行しているのかを知る 標としても用いることができる。

 なお、原料供給流量や透過液流量などの 常状態を維持しながら分離工程を継続する 続処理においては、時間により処理が原料 量などの処理が進むが、運転制御の全体は 常状態を維持する事が基本になるため、時 経過などの指標に進行経過指標によって精 の進行をあらわす事は難しい。透過液の糖 比などの測定値は要求する分離の達成度合 指標になり、例えば3段の操作で説明すれば 、1段目では達成度合1まで2段目では達成度合 2、3段目では達成度合3と目標とする達成度合 を各段階に設け、段階の進行とともに進行す る達成度合を、進行経過指標とし利用しなが ら、操作項目を制御する事ができる。すなわ ち進行経過指標から遅れた状態と判断された ら、透過が進みやすい条件、すなわち温度が 高い条件、低い運転圧力で透過液の循環系の 返送を少なくした運転などの条件を選定し、 逆に進行経過指標から進みすぎた状態と判断 されたら、物質の透過が進みにくい条件、す なわち温度が低い条件、圧力が高い条件など を選定し、安定した進行経過指標の状態を維 持する制御が実現できる。

 次に、この図15に示す分離システムの動作 ついて説明する。図16は、この実施形態にお ける分離システムについて運転順序を説明す るためのフローチャートである。
 まず、装置全体が洗浄され(ステップS301)、 分離装置全体に温水が充填され(ステップS30 2)、濃度調整した原液を1段目、2段目、3段目 各循環液槽に準備する(ステップS303)。
 1段目、2段目、3段目の各循環液槽の内液を 圧ポンプで膜分離装置中に移送し、同時に 分離装置内の温水を系外に除去し、循環液 温度を予め決められた所定温度になるよう 温度制御する(ステップS304)。
 1段目、2段目、3段目の各循環液槽、1段目、 2段目、3段目の循環ポンプ、1段目、2段目、3 目の膜分離装置、循環液槽の循環系を確立 、循環液濃度を所定濃度(例えば、Brix25%な )に維持する(ステップS305)。ここでは、圧力 整弁9の圧力を予め決められた所定の圧力で 運転を開始した後、透過液流量が初期設定値 になるように圧力を調整する(ステップS306)。 そして、透過液等の分離経過指標(分離状態 標)が各設定値1、2、3になるまで透過を続け 設定値になったところで、全透過液を各段 循環液槽に返送する状態(全循環)を維持す (ステップS307)。そして、各段の循環液と透 液が所定の分離経過指標になったところで 別途準備している原液の供給を開始し、徐 にその供給量を増やしながら、一方で洗浄 も増やす。循環系からの抜き出し量も増や 、透過液の循環液への返送量を徐々に減ら 、系外への抜き出しを
徐々に増やす(ステップS308)。
 1段目に供給する原液の供給量にみあった、 1段目の処理済液を2段目に抜き出し、1段目の 循環液濃度を維持すべく洗浄液を1段目の循 液槽に供給し、循環系の運転圧力調節弁を じて、循環液を次工程に移送し、返送透過 55の量を調節する(ステップS309)。そして、2 目移行の膜分離装置20に対しても1段目と同 な運転を行う(ステップS310)。
 その後、定常運転を行い(ステップS311)、諸 定が許容範囲に入る間、洗浄運転を継続し 必要時に停止作業を実施する(ステップS312) ここでは、停止は、温水などへの置換によ バッチプロセスと同様に行う。その後洗浄 行う(ステップS313)。

 次に、図15の分離システムにおける、段階 進行させる制御について図17のフローチャー トを用いて説明する。
 バッチ処理と同様の方法で、透過液の糖度 などの分離経過指標が所定の値になるまで 段毎に実行する(ステップS320)。次に、各段 の進行経過指標が目標値に到達したが否か 判定し(ステップS321)、到達していない場合 は再度各測定結果を読み出し、ステップS321 に移行する(ステップS322)。
 目標値に到達している場合には、各段の目 値に達したらその段は全循環にし、この間 離状態指標の透過液流量を所定量に維持し 主操作項目は圧力で運転濃度、運転温度は 定値を維持する(ステップS323)。
 そして、全段の進行経過指標が目標値に到 したか否かを判定し、目標値に達していな 場合には、運転状態を継続し(ステップS325) ステップS321に移行する。
 一方、全段の進行経過指標が目標値に到達 ている場合には、連続運転の前準備を終了 る(ステップS326)。

 次に、図10の分離システムにおける、透過 流量を操作項目として連続運転を開始して ら停止するまでの動作について、図18のフロ ーチャートを用いて説明する。
 なお洗浄水や透過液は昇圧ポンプのサクシ ン側にいれても、吐出側に入れてもよい。
 前準備が完了し(ステップS340)、各段全循環 態となった後(ステップS341)、第1段への原液 供給を開始してから徐々に原液を増加させる 。この原液の供給量に対する所定比率で洗浄 液を添加し、膜分離装置循環液の圧力を所定 値にすべく循環液の次段への移送配管中の圧 力調節弁を調節し、原液供給量に対応した透 過液を系外に出し、残りの透過液を循環液系 にもどし、循環液濃度を所定濃度にすべく洗 浄液と原液の比率(洗浄液/原液)あるいは原液 供給流量を調節する運転を継続する(ステッ S342)。
 そして、透過液濃度が目標との乖離が所定 値以上あるか否かを判定し(ステップS343)、 離していない、すなわち正常範囲である場 に設定を継続して(ステップS344)、ステップS 343に移行する。一方、透過液濃度が目標との 乖離がある場合には、操作項目の透過液流量 、運転圧力、運転温度、循環液濃度などから 選んだ設定を変更する(ステップS345)。諸設定 が共用範囲に入るまでの間、正常運転が継続 する。この正常運転を継続する場合には、透 過液流量などを操作項目を変更し修正値で継 続する(ステップS347)。ただし、必要時には停 止作業を実施する(ステップS346)。

 本発明はポリグリセリン、糖類、ペプタイ などの小さい物質からのポリマーやオリゴ ーの合成、あるいはポリマーやオリゴマー 樹脂、植物などの天然あるいは人工素材か 分解によって製造される物質と未反応物質 反応が未完了な物質、中間体と原料や製品 ど広い物質の分離、分画、反応系、結晶化 どに用いることができる汎用性の高い分離 法である。
 また、処理原料が、食塩などの塩類を含む 合であっても、食塩を低分子のグリセリン ポリグリセリンとともに除去し、残液中に 塩などの塩類が低減されたポリグリセリン して回収することが可能になる。選定する としては、目的にそってナノ膜や限外濾過 を適宜利用することができる。

 また、圧力駆動を用いる分離膜あるいは膜 離装置、または膜分離あるいは膜分離装置 該分離膜あるいは膜分離装置を用いて処理 る物質や成分もしくはそれらに用いる溶媒 評価において、混合物中の各物質や各成分 パッセージあるいは阻止率などの透過傾向 表す指標と任意に選定した物質あるいは成 のパッセージあるいは阻止率などの透過傾 を表す指標の関係を用いる分離膜の評価方 が実現される。本評価方法によれば、分離 の評価が標準物質を基礎にその物質の透過 向との比較関係において表現され、その膜 分離性能の敏感さ、すなわち近接している 質同士を分離する性能や対象とする物質の 囲が表現できる。コンピュータープログラ 化あるいは表計算ソフトのデータファイル することによりシミュレーションソフトと て利用する事が可能になり、こうしたデー
の集積により、膜の選択にとって有効なデー タベースが構築できる。