筒式中空纖維膜組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在水處理領(lǐng)域、發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)藥品制造領(lǐng)域、食品工業(yè)領(lǐng)域等 中使用的筒式中空纖維膜組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)酵法是涉及微生物、培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)的物質(zhì)生產(chǎn)方法，可以大體分類為（1)分 批發(fā)酵法（Batch發(fā)酵法）及流加發(fā)酵法（Fed-Batch發(fā)酵法）和（2)連續(xù)發(fā)酵法。
[0003] 關(guān)于上述（2)連續(xù)發(fā)酵法，提出了下述方法：用分離膜過濾微生物、培養(yǎng)細(xì)胞，從 濾液中回收化學(xué)品，同時使?jié)饪s液中的微生物、培養(yǎng)細(xì)胞被保持或回流于發(fā)酵培養(yǎng)液，從而 保持發(fā)酵培養(yǎng)液中的微生物、培養(yǎng)細(xì)胞的高濃度。
[0004] 例如，提出了在使用由有機高分子形成的平膜作為分離膜的連續(xù)發(fā)酵裝置中進(jìn)行 連續(xù)發(fā)酵的技術(shù)（參見專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1的技術(shù)可以有效地進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵，但由于 相對于平膜單元的設(shè)置容積而言的有效膜面積小，因此，用該技術(shù)制造目標(biāo)化學(xué)品的成本 優(yōu)勢不足，在效率化方面有探討的余地。
[0005]為解決上述課題，提出了將由有機高分子形成的中空纖維膜作為用于連續(xù)發(fā)酵裝 置的分離膜的連續(xù)發(fā)酵技術(shù)（參見專利文獻(xiàn)2)。該技術(shù)由于膜單元中每單位體積的膜面積 大，因此，與以往的連續(xù)發(fā)酵相比，發(fā)酵生產(chǎn)效率顯著提高。
[0006] 此外，作為使用了中空纖維膜的分離膜組件，己知下述一體型組件：復(fù)數(shù)個中空纖 維膜束收納于筒狀外殼，該中空纖維膜束的兩個端部被用粘合劑固定于該筒狀外殼，至少 一個端部的中空纖維膜的端面為開口的狀態(tài)。另外，在發(fā)酵領(lǐng)域等需要蒸汽滅菌的領(lǐng)域，為 了減少組件成本，通常使用在筒狀外殼內(nèi)安裝筒的進(jìn)行使用的筒式組件。作為筒式中空纖 維膜組件的形態(tài)，例如，提出了將中空纖維膜的一個端部保持于筒狀外殼內(nèi)，另一個端部不 保持于筒狀外殼的狀態(tài)的形態(tài)（參見專利文獻(xiàn)3)。
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1 :日本特開2007 - 252367號公報[0009]專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008 - 237101號公報 [0010]專利文獻(xiàn)3 :日本特開2012 - 161288號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 但是，在這種結(jié)構(gòu)的中空纖維膜組件中，存在在交叉流過濾時、空氣洗滌時流體的 流動導(dǎo)致中空纖維膜浮起、膜彎曲并損傷的情況。在交叉流過濾、空氣洗滌中，通常使流體 從組件的下方向朝向上方向流動。因此，流動導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力，將組件下部的灌封部、中空纖 維膜推向上方向的力發(fā)揮作用。此時，如果中空纖維膜的下方的端部處于未保持于筒狀外 殼的狀態(tài)，則會有中空纖維膜浮起、膜彎曲并損傷的情況。
[0012] 另一方面，在中空纖維膜組件用于發(fā)酵等用途時，為了防止雜菌導(dǎo)致的污染，需要 蒸汽滅菌。蒸汽滅菌的標(biāo)準(zhǔn)條件為121 °C、20分鐘，如果溫度降低，則確保滅菌性所需要的 時間變得非常長，因此，確保溫度為121°C以上是重要的。蒸汽滅菌時如果在組件內(nèi)發(fā)生空 氣的滯留、蒸汽排水（steamdrain)的滯留，則有時會導(dǎo)致升溫不良，無法確保滅菌性。由 于空氣容易滯留于上行的死區(qū)（dead-endspaces)，而蒸汽排水容易滯留于下行的死區(qū)，因 此，優(yōu)選盡量減少這樣的滯留部。
[0013] 本發(fā)明乃鑒于上述情況完成，課題在于提供一種抑制交叉流過濾時、空氣洗滌時 的中空纖維膜的浮起，并確保了蒸汽滅菌性的筒式中空纖維膜組件。
[0014] 為解決上述課題，本發(fā)明具有以下⑴~（1〇)的構(gòu)成。
[0015] (1) 一種筒式中空纖維膜組件，具有：殼體；復(fù)數(shù)個中空纖維膜，收容于前述殼體 內(nèi)；第1灌封部，其將前述中空纖維膜的第1端部在開口狀態(tài)下捆扎；第 2灌封部，其將前述 中空纖維膜的第2端部在密封狀態(tài)下捆扎；固定部，其將前述第1灌封部可裝拆地固定于前 述殼體；密封部，其將前述第1灌封部和前述殼體之間液密地密封；保持部，其保持前述第 2 灌封部，使前述第2灌封部可以相對于前述殼體裝拆，且使液體可以從前述第2灌封部和前 述殼體之間通過，前述第2灌封部和前述殼體之間設(shè)有間隙，前述第2灌封部可以在前述殼 體的徑向及軸向上移動，前述保持部限制前述第2灌封部在前述殼體的軸向上的移動。
[0016] (2)如前述（1)所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述殼體在與前述第2灌封部 的外周面相對的位置設(shè)有至少1個第1保持槽，在前述第2灌封部的外周面上在與前述第 1保持槽相對的位置設(shè)有至少1個第2保持槽，前述保持部為銷，前述銷被插入前述第1保 持槽和前述第2保持槽。
[0017] (3)如前述（1)所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述殼體在與前述第2灌封部 的外周面相對的位置設(shè)有第1保持槽，在前述第 2灌封部的外周面上在與前述第1保持槽 相對的位置設(shè)有第2保持槽，前述保持部是至少具有1個切口的環(huán)狀部件，前述環(huán)狀部件被 插入前述第1保持槽和前述第2保持槽。
[0018] (4)如前述（1)所述的筒式中空纖維膜組件，其中，在前述殼體的與前述第2灌封 部的外周面相對的位置或在前述第2灌封部的與前述殼體的內(nèi)周面相對的位置至少設(shè)有1 個保持槽，前述殼體具有保持槽時，在前述第 2灌封部的與前述保持槽相對的位置設(shè)有前 述保持部，前述第2灌封部具有保持槽時，在前述殼體的與前述保持槽相對的位置設(shè)有前 述保持部，前述保持部為銷，前述銷被插入前述保持槽。
[0019] (5)如前述（2)或（3)所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述第2灌封部向與前 述第1灌封部相反的方向移動時，前述保持部通過與前述第1保持槽及前述第2保持槽線 接觸來保持前述第2灌封部。
[0020] (6)如前述（4)前述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述第2灌封部向與前述第1 灌封部相反的方向移動時，前述保持部通過與前述保持槽線接觸來保持前述第2灌封部。
[0021] (7)如（1)所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述殼體至少具有1個第1扣件，前 述第2灌封部至少具有1個第2扣件，前述保持部為繩狀部件，前述繩狀部件將前述第1扣 件和前述第2扣件連接。
[0022] (8)如前述⑴~（7)中任一項所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述第2灌封 部設(shè)有至少1個貫穿孔，前述貫穿孔在前述殼體的軸向上貫穿前述第2灌封部，前述貫穿孔 中的至少1個貫穿孔的開口部設(shè)于前述第2灌封部的與第1灌封部相對的面中從前述相對 的面的最低的部位起的高度為3mm以內(nèi)的范圍的區(qū)域。
[0023] (9)如前述⑴~⑶中任一項所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述第2灌封 部設(shè)有至少1個貫穿孔，前述貫穿孔在前述殼體的軸向上貫穿前述第2灌封部，前述貫穿孔 的流路面積和前述第2灌封部與前述殼體之間的間隙的流路面積之和為殼體的截面積的 5%以上且30%以下。
[0024] (10)如前述⑴~（9)中任一項所述的筒式中空纖維膜組件，其中，前述第1灌封 部的下方具有整流筒，在整流筒的下端部和前述殼體之間設(shè)有間隙。
[0025] 本發(fā)明的筒式中空纖維膜組件具有抑制交叉流過濾時、空氣洗滌時的中空纖維膜 的浮起、抑制中空纖維膜的損傷的效果。另外，本發(fā)明的筒式中空纖維膜組件也可以確保蒸 汽滅菌性。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的第1實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件的縱剖面簡圖。
[0027] 圖2是中空纖維膜筒的剖面簡圖。
[0028] 圖3是圖1的A-A線剖面圖。
[0029] 圖4是圖1的筒式中空纖維膜組件的第2灌封部的側(cè)視圖。
[0030] 圖5是圖1的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0031] 圖6是圖1的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0032] 圖7是圖1的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0033]圖8是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件的縱剖面簡圖。
[0034] 圖9是圖8的B-B線剖面圖。
[0035] 圖10是圖8的筒式中空纖維膜組件的第2灌封部的側(cè)視圖。
[0036] 圖11是圖8的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0037] 圖12是圖8的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0038] 圖13是本發(fā)明的第3實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件的縱剖面簡圖。
[0039] 圖14是圖13的C一C線剖面圖。
[0040] 圖15是圖13的筒式中空纖維膜組件的第2灌封部的側(cè)視圖。
[0041] 圖16是圖13的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0042] 圖17是圖13的筒式中空纖維膜組件的保持部附近的放大圖。
[0043] 圖18是本發(fā)明的第4實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件的縱剖面簡圖。
[0044] 圖19是筒式中空纖維膜組件的第2灌封部的俯視圖。
[0045] 圖20是圖19的D-D線剖面圖。
[0046] 圖21是圖19的E-E線剖面圖。
[0047] 圖22是說明離心灌封方法的簡圖。
【具體實施方式】
[0048] 以下，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件。需 要說明的是，本發(fā)明中"上"、"下"是基于附圖表示的狀態(tài)，為了方便起見，將原水流入的一 側(cè)作為"下"方向，將濾液流出的一側(cè)作為"上"方向。通常，在中空纖維膜組件使用時的姿 勢下，上下方向與圖中的上下方向一致。
[0049] (第1實施方式）
[0050] 邊參見附圖邊對本發(fā)明的第1實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件101A的構(gòu) 成進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的第1實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件101A的縱剖面 簡圖，圖2是中空纖維膜筒1〇〇的剖面簡圖。
[0051] 本發(fā)明的第1實施方式所涉及的筒式中空纖維膜組件101A具有下述構(gòu)成：殼體； 復(fù)數(shù)個中空纖維膜1，收容于前述殼體內(nèi)；第1灌封部24,其將前述中空纖維膜的第 1端部 在開口狀態(tài)下捆扎；第2灌封部25,其將前述中空纖維膜1的第2端部在密封狀態(tài)下捆扎； 固定部，其將前述第1灌封部24可裝拆地固定于前述殼體；密封部，其將前述第1灌封部 24 和前述殼體之間液密地密封；保持部，其保持前述第2灌封部25,使前述第2灌封部25可 以相對于前述殼體裝拆，且使液體可以從前述第2灌封部25和前述殼體之間通過。
[0052] 此處，第2灌封部25和殼體之間，在徑向上設(shè)有間隙26,在軸向上設(shè)有間隙2了。
[0053] 需要說明的是，所謂"軸向"與圖1等所示的筒狀外殼3的高度方向（圖1的上下 方向）一致。另外，所謂徑向是指殼體及灌封部24及25的徑向。圖9中，下部蓋5及第2 端部外殼9的橫截面顯示為圓形。上述"徑向"與該圓的徑向一致。
[0054] 第2灌封部25可以在殼體的徑向及軸向上移動，但保持部限制了第2灌封部25 在殼體軸向上的移動，從而將第2灌封部25的可動范圍限制在一定范圍內(nèi)。S卩，所謂保持 是指可以在一定范圍內(nèi)移動的狀態(tài)下，限制第2灌封部25的移動。需要說明的是，第 2灌 封部25的徑向移動被殼體限制。
[0055] 此處，第2灌封部25在殼體軸向上的可動范圍為0? 5mm以上，優(yōu)選為中空纖維膜 的有效長度的5%以下，更優(yōu)選為3%以下。此處，所謂中空纖維膜的有效長度是指未被粘 合劑粘合、能夠過濾的部分的長度?？蓜臃秶绻∮讴? 5mm，則保持部和第2灌封部25、或 保持部和殼體之間的間隙小，蒸汽滅菌時蒸汽不容易侵入，因此有發(fā)生滅菌不良的可能性， 不優(yōu)選。另外，如果可動范圍大于5%，則有中空纖維膜彎曲損傷的可能性，因此不優(yōu)選。
[0056] 以下，作為實施方式公開的中空纖維膜組件全部為外壓式。此處的所謂外壓式是 指從中空纖維膜的外側(cè)供給原水，在流向中空纖維膜的內(nèi)側(cè)（中空部側(cè)）時進(jìn)行過濾的過 濾方式。
[0057] < 殼體 >
[0058] 殼體在內(nèi)部設(shè)置有中空纖維膜筒100,由中空狀的筒狀外殼3、設(shè)于該筒狀外殼3 的兩端部的上部蓋4和下部蓋5構(gòu)成。
[0059] 如圖1所示，筒狀外殼3的上部液密且氣密地連接有具有濾液出口 11的上部蓋4， 筒狀外殼3的下部液密且氣密地連接有具有原水流入口 10的下部蓋5。作為將上部蓋4和 下部蓋5與筒狀外殼3連接的方法，例如，可以舉出如圖1所示的使用墊片I6并利用夾具 等固定的方法。
[0060] 筒狀外殼3在其上端及下端遍及筒狀外殼3整個圓周地具有凸緣部（flanges) 3A、 3B。