CN119300903A - 膜分离装置、膜分离系统、及膜分离装置的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适于抑制膜分离装置的内部的卫生状态变差的膜分离装置。膜分离装置具备螺旋型的膜元件。该膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有将包含挥发性有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透蒸发膜。在膜分离装置运转时，非透过流体向与该膜元件的外周面邻接的空间的流入被阻止。

Description

膜分离装置、膜分离系统、及膜分离装置的运转方法

技术领域

本发明涉及膜分离装置、膜分离系统以及膜分离装置的运转方法。

背景技术

开发了通过利用微生物使葡萄糖等碳源发酵来制造醇等挥发性有机化合物(发酵物)的方法。碳源的发酵例如在水溶液中进行。在该方法中，若水溶液中的发酵物的含有率上升，则有时基于微生物的发酵停止。为了连续地进行基于微生物的发酵物制造，需要从水溶液中分离发酵物。

作为从包含挥发性的有机化合物的水溶液中分离该有机化合物的方法的一例，可举出使用了分离膜的渗透气化法(pervaporation method；全蒸发法)。渗透气化法适于从包含各种物质的水溶液中分离挥发性有机化合物。与蒸馏法相比，渗透气化法还有能够抑制能量的消耗量、二氧化碳的排出量的倾向。通过将进行渗透气化法的膜分离装置和制造发酵物的发酵槽组合，能够连续地制造发酵物。例如，专利文献1公开了将膜分离装置和发酵槽组合的膜分离系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-161987号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述渗透气化法中，有时使用具备具有渗透气化膜的螺旋型的膜元件的膜分离装置。作为这样的膜分离装置，例如，如图14所示，有具备螺旋型的膜元件和收纳该膜元件的壳体的膜分离装置。在图14所示的膜分离装置200中，非透过流体s2能够流入与螺旋型的膜元件35的外周面35s邻接的空间、详细而言流入在外周面35s与壳体32的内周面32s之间形成的空间45。若非透过流体s2在空间45滞留，则卫生状态变差，因此要求尽可能地抑制滞留。

因此，本发明的目的在于，提供一种适于抑制膜分离装置的内部的卫生状态的变差的膜分离装置。

用于解决课题的手段

本发明提供膜分离装置，其为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

在运转时，所述非透过流体向与所述膜元件的外周面邻接的空间的流入被阻止。

在另一侧面中，本发明提供膜分离装置，其为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

下述条件(1)或(2)成立。

(1)与所述膜元件的外周面邻接的空间被密封。

(2)与所述膜元件的外周面邻接的空间构成所述非透过流体以外的流体的流路。

在另一侧面中，本发明提供具备本发明的膜分离装置的膜分离系统。

在又一侧面中，本发明提供膜分离装置的运转方法，其是具备螺旋型的膜元件的膜分离装置的运转方法，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和具有渗透气化膜并卷绕于所述中心管的膜叶，

所述运转方法包括：

向所述膜分离装置供给包含挥发性的有机化合物的发酵液；

通过所述渗透气化膜将所述发酵液分离为透过流体和非透过流体；

在阻止所述非透过流体向与所述膜元件的外周面邻接的空间的流入的同时，将所述非透过流体从所述膜分离装置排出。

发明效果

根据本发明，能够提供适于抑制膜分离装置的内部的卫生状态的变差的膜分离装置。

附图说明

[图1]是示出实施方式1的膜分离装置的概略截面图。

[图2]是示意性地示出本实施方式的膜分离装置所具备的螺旋型的膜元件的展开立体图。

[图3]是图2的螺旋型膜元件的概略截面图。

[图4]是本实施方式的膜分离装置所具备的渗透气化膜的概略截面图。

[图5]是示出实施方式2的膜分离装置的概略截面图。

[图6]是示出实施方式3的膜分离装置的概略截面图。

[图7]是示出实施方式4的膜分离装置的概略截面图。

[图8]是示出实施方式5的膜分离装置的概略截面图。

[图9]是示出实施方式6的膜分离装置的概略截面图。

[图10]是示出实施方式7的膜分离装置的概略截面图。

[图11]是示出实施方式8的膜分离装置的概略截面图。

[图12]是示出本实施方式的膜分离系统的概略构成图。

[图13A]是示出本实施方式的膜分离系统的变形例1的概略构成图。

[图13B]是示出本实施方式的膜分离系统的变形例2的概略构成图。

[图14]是示出以往的具备螺旋型的膜元件的膜分离装置的概略截面图。

具体实施方式

本发明的第1方式的膜分离装置为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

在运转时，上述非透过流体向与上述膜元件的外周面邻接的空间的流入被阻止。

本发明的第2方式的膜分离装置为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

下述条件(1)或(2)成立。

(1)与上述膜元件的外周面邻接的空间被密封。

(2)与上述膜元件的外周面邻接的空间构成上述非透过流体以外的流体的流路。

在本发明的第3方式中，例如，在第1或第2方式的膜分离装置中，

上述膜元件的上述外周面由流路材料构成。

在本发明的第4方式中，例如，根据第1～第3方式中的任一者的膜分离装置还具备配置在上述膜元件的周围的密封部。

在本发明的第5方式中，例如，在第4方式的膜分离装置中，上述密封部具有用于供上述发酵液流入上述空间的贯通孔。

在本发明的第6方式中，例如，在第4方式的膜分离装置中，

上述空间被2个上述密封部密封。

在本发明的第7方式中，例如，在第6方式的膜分离装置中，

上述密封部包含注模剂。

在本发明的第8方式中，例如，在第1或第2方式的膜分离装置中，

填充剂被填充于上述空间，由此上述空间被密封。

在本发明的第9方式中，例如，在第1或第2方式的膜分离装置中，

上述空间被导热系数为0.1W/m·K以上的材料填充。

在本发明的第10方式中，例如，在第1～第9方式中的任一者的膜分离装置中，

上述膜元件构成为能够相对于壳体装拆。

本发明的第11方式的膜分离系统具备第1～第10方式中的任一者的膜分离装置。

在本发明的第12方式中，例如，第11方式的膜分离系统还具备对要向上述膜分离装置供给的上述发酵液进行贮藏的罐。

在本发明的第13方式中，例如，在第11或第12方式的膜分离系统中，

上述膜分离系统包括多个上述膜分离装置，

上述多个膜分离装置相互串联或并联地连接。

本发明的第14方式的膜分离装置的运转方法是具备螺旋型的膜元件的膜分离装置的运转方法，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和具有渗透气化膜并卷绕于上述中心管的膜叶，

上述运转方法包括：

向上述膜分离装置供给包含挥发性的有机化合物的发酵液；

通过上述渗透气化膜将上述发酵液分离为透过流体和非透过流体；和

在阻止上述非透过流体向与上述膜元件的外周面邻接的空间的流入的同时，将上述非透过流体从上述膜分离装置排出。

本发明的第15方式的膜分离装置为具备螺旋型的膜元件、和收纳上述膜元件的壳体的膜分离装置，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

在运转时，上述非透过流体不向上述膜元件的外周面与所述壳体的内周面之间的空间流入。

本发明的第16方式的膜分离装置为具备螺旋型的膜元件、和收纳上述膜元件的壳体的膜分离装置，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

下述条件(1)或(2)成立。

(1)上述膜元件的外周面与上述壳体的内周面之间的空间被密封。

(2)上述膜元件的外周面与上述壳体的内周面之间的空间构成选自由上述发酵液、以及上述发酵液从上述膜元件的外周面流出而产生的流出液组成的组中的至少1者的流路。

本发明的第17方式的膜分离装置的运转方法为具备螺旋型的膜元件、和收纳上述膜元件的壳体的膜分离装置的运转方法，其中，

上述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和具有渗透气化膜并卷绕于上述中心管的膜叶，

上述运转方法，包括：

向上述膜分离装置供给包含挥发性有机化合物的发酵液；

通过上述渗透气化膜将上述发酵液分离为透过流体和非透过流体；和

以上述非透过流体不流入上述膜元件的外周面与上述壳体的内周面之间的空间的方式，将上述非透过流体从上述膜分离装置排出。

以下，对本发明的详细内容进行说明，但以下的说明并非旨在将本发明限制于特定的实施方式。

<膜分离装置的实施方式>

本实施方式的膜分离装置具备螺旋型的膜元件。该膜元件包括具有贯通孔的中心管和卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有将包含挥发性有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜。本实施方式的膜分离装置是在其运转时使用渗透气化膜对包含挥发性有机化合物的发酵液进行膜分离的装置。

在本实施方式的膜分离装置中，在运转时，非透过流体向与该膜元件的外周面邻接的空间的流入被阻止。根据另一侧面，关于本实施方式的膜分离装置，下述条件(1)或(2)成立。

(1)与该膜元件的外周面邻接的空间被密封。

(2)与该膜元件的外周面邻接的空间构成非透过流体以外的流体的流路。非透过流体以外的流体是选自由发酵液、发酵液从该膜元件的外周面流出而产生的流出液、以及用于加热该膜元件的热介质组成的组中的至少1者。

以下，使用图1～11对作为本实施方式的优选例的实施方式1～8进行说明。对实施方式1～8中共通的要素标注相同的附图标记，有时省略它们的说明。关于实施方式1～8的说明只要在技术上不矛盾，就能够相互适用。而且，只要技术上不矛盾，实施方式1～8也可以相互组合。

[实施方式1]

图1是示出实施方式1的膜分离装置100的概略截面图。如图1所示，实施方式1的膜分离装置100具备螺旋型的膜元件15和收纳膜元件15的壳体12。在膜分离装置100中，与膜元件15的外周面15s邻接的空间25是形成在膜元件15的外周面15s与壳体12的内周面12s之间的空间。在实施方式1的膜分离装置100中，空间25构成通过发酵液S从膜元件15的外周面15s流出而产生的流出液S3的流路。

图2是示意性地示出本实施方式的膜分离装置所具备的膜元件15的展开立体图。图3是图2的膜元件15的概略截面图。膜元件15包含具有贯通孔16h的中心管15、和具有将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2的渗透气化膜11且卷绕于中心管15的膜叶17a。

如图2及图3所示，膜元件15具备层叠体17。层叠体17卷绕于中心管15，配置在中心管15的周围。在层叠体17的内部形成有供给空间及透过空间。

发酵液S从层叠体17的一个端面供给至膜元件15的内部，与中心管16的长度方向平行地在供给空间流动。即，发酵液S是从膜元件15所具备的层叠体17的上游侧的端面供给的流体。与中心管16的长度方向平行地在供给空间中流动的流体中的从膜元件15的外周面15s流出的流体对应于流出液S3。在膜元件15中，发酵液S被分离而生成透过流体S1和非透过流体S2。透过流体S1通过中心管16被导向外部。非透过流体S2从层叠体17的另一端面向膜元件15的外部排出。即，非透过流体S2是从膜元件15所具备的层叠体17的下游侧的端面排出的流体。

如图3所示，层叠体17具有多个膜叶17a。各膜叶17a具有渗透气化膜11及透过侧流路材料19。需要说明的是，在图3中，透过侧流路材料19用虚线表示。详细而言，膜叶17a具有2个渗透气化膜11。2个渗透气化膜11相互重叠，以具有袋状结构的方式在3边被密封。2个渗透气化膜11的密封中例如利用包含粘接剂的粘接剂层11a。以位于袋状结构的内部的方式在2个渗透气化膜11之间配置透过侧流路材料19。透过侧流路材料19在2个渗透气化膜11之间确保作为透过流体S1的流路的空间(透过空间)。像这样，透过侧流路材料19被组合于渗透气化膜11来使用。膜叶17a的数量没有特别限定，例如为2～30。

层叠体17还具有供给侧流路材料18。需要说明的是，在图3中，供给侧流路材料18用虚线表示。供给侧流路材料18位于上述袋状结构的外部，并且层叠于膜叶17a。详细而言，层叠体17具有多个供给侧流路材料18，多个供给侧流路材料18与多个膜叶17a交替层叠。供给侧流路材料18在膜叶17a与膜叶17a之间确保作为发酵液S的流路的空间(供给空间)。

如图2及图3所示，中心管16的形状典型地为筒状、特别是圆筒状。中心管16担负着将透过了各渗透气化膜11的透过流体S1汇集并导向膜元件15的外部的作用。在中心管16设置有将中心管16的内部空间与外部空间连通的贯通孔16h。贯通孔16h例如形成于中心管16的壁面。贯通孔16h的数量没有特别限定，可以是1个，也可以是2个以上。也可以在中心管16上沿着中心管16延伸的方向以规定间隔设置多个贯通孔16h。沿着中心管16延伸的方向设置的多个贯通孔16h的列的数量没有特别限定，可以是1个，也可以是2个以上。在中心管16上，多个贯通孔16h的2个列也可以以在剖视下相互对置的方式设置。中心管16的外径例如为10～100mm，优选为12～50mm。

作为中心管16的材料，例如可举出丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂(ABS树脂)、聚苯醚树脂(PPE树脂)、聚砜树脂(PSF树脂)等树脂；不锈钢、钛等金属。

膜元件15还可以具备流路材料19c。需要说明的是，在图3中，用虚线示出流路材料19c。流路材料19c位于中心管16与层叠体17之间，在比层叠体17靠中心管16侧卷绕于中心管16。流路材料19c在层叠体17与中心管16之间确保作为透过流体S1的流路的空间。流路材料19c与上述的膜叶17a的开口端连接。由此，膜叶17a的透过侧流路材料19与流路材料19c连接。流路材料19c与中心管16的贯通孔16h相接。由此，透过流体S1能够穿过贯通孔16h而从流路材料19c流入中心管16的内部。

作为供给侧流路材料18、透过侧流路材料19及流路材料19c，可使用例如由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSU)或乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)形成的树脂制的网、机织物或针织物。

如图1所示，在实施方式1的膜分离装置100中，膜元件15的外周面15s由流路材料26构成。换言之，膜元件15具备包围层叠体17的流路材料26。通过这样的构成，如图1所示，通过发酵液S从膜元件15的外周面15s流出而产生的流出液S3流入空间25。流入空间25的流出液S3沿着空间25流动。即，在膜分离装置100中，上述条件(2)成立。更具体而言，在膜分离装置100中，空间25构成流出液S3的流路。在空间25中流动的流出液S3与没有从膜元件15的渗透气化膜11透过的发酵液S(非透过流体S2)一起被排出到膜分离装置100的外部。因此，在膜分离装置100中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。

作为流路材料26，可使用作为供给侧流路材料18、透过侧流路材料19、流路材料19c及流路材料26所举出的材料。流路材料26也可以是与供给侧流路材料18相同。

实施方式1的膜分离装置100还具备配置在膜元件15的周围的密封部24。空间25的一端被密封部24密封。例如，作为密封部24，能够使用截面为U形状的密封件、O型环密封件等。

在实施方式1的膜分离装置100中，密封部24配置于1个部位。换言之，空间25的一端被1个密封部24密封。即，在膜分离装置100中，作为密封部24，使用1个密封部24。

如图1所示，密封部24优选配置于膜元件15的上游侧的端部15a。密封部24也可以配置在比膜元件15的上游侧的端部15a稍靠下游侧的位置。即使是这样的结构，也可期待同样的效果。

在实施方式1的膜分离装置100中，密封部24具有环形状，在周向上包围膜元件15。密封部24也可以是与后述的图11所示的以往的膜分离装置200所使用的密封部件44相同。

在本实施方式中，只要能够收纳膜元件15，壳体12的形状就没有特别限定。壳体12的形状例如可以是圆筒形状，也可以是方筒形状。图1例示了壳体12的形状为圆筒状的情况。

如图1所例示，在本实施方式中，壳体12具有壳体主体12a、第1端板12b及第2端板12c。壳体主体12a具有圆筒形状，由具有充分耐压性的材料制作。壳体12可以是用于反渗透膜的高压容器。第1端板12b安装于壳体12的上游侧的端部23a。壳体12的端部23a被第1端板12b封闭。第2端板12c安装在壳体12的下游侧的端部23b。壳体12的端部23b被第2端板12c封闭。

壳体12具有端口21a、端口21b及端口22b。这些端口是用于将壳体12的内部与外部连通的端口。端口21a设置于壳体12的上游侧的端部23a。端口21b及端口22b设置于壳体12的下游侧的端部23b。

如图1所示，也可以在第1端板12b上设置端口21a，也可以在第2端板12c上设置端口22b。也可以在第2端板12c上设置端口21b及端口22b。

端口22b也可以设置于第1端板12b。即，端口21a及端口22b也可以设置于第1端板12b。

如图1所例示，在本实施方式中，在第1端板12b的内侧面12bs与膜元件15的上游侧的端面15as之间形成有上游侧空间25a。在第2端板12c的内侧面12cs与膜元件15的下游侧的端面15bs之间形成有下游侧空间25b。空间25通过密封部24与上游侧空间25a隔开。

虽然省略图示，但在膜分离装置100中，也可以在膜元件15的轴向的一端或两端安装端部部件。端部部件也被称为防伸缩部件、防伸缩材料等。在该情况下，密封部24经由配置于膜元件15的上游侧的端部15a的端部部件将空间25的一端密封。需要说明的是，在膜元件15的轴向的一端或两端安装有端部部件的情况下，膜元件15的外周面15s是指也包括端部部件的外周面。

在本实施方式中，膜元件15以长度方向沿着水平方向的方式横向设置。在膜元件15横向设置的情况下，端口21b也可以位于第2端板12c的上方。在该情况下，端口21a也可以位于第1端板12b的下方。膜元件15可以以长度方向沿着铅直方向的方式纵向设置，也可以以长度方向相对于水平方向而言具有大于0°且小于90°的角度的方式斜置。

发酵液入口13a是用于向膜分离装置100供给发酵液S的开口。透过流体出口14b是用于将透过流体S1从膜分离装置100排出的开口。非透过流体出口13b是用于将未透过渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)从膜分离装置100排出的开口。发酵液入口13a与端口21a是连通的，端口21a作为发酵液S的入口使用。中心管16在透过流体出口14b处连接至端口22b。也就是说，端口22b用作透过流体S1的出口。非透过流体出口13b与端口21b连通，端口21b被用作非透过流体S2的出口。各端口可以是单纯的开口，也可以是如图1所示的喷嘴状的开口。

在本实施方式中，膜元件15也可以构成为能够相对于壳体12装拆。换言之，膜元件15也可以被盒化，构成为能够相对于壳体12更换膜元件15。根据这样的构成，能够缩短膜元件15的更换操作所需的时间。

在本实施方式中，膜元件15的直径可以为8英寸(约201mm)以下。具备这种大小的膜元件15的膜分离装置的搬运性优异。

本实施方式的膜分离装置也可以在用发酵液S充满膜元件15的供给空间的状态下，将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2。

本实施方式的膜分离装置适用于流通式(连续式)的膜分离方法。但是，膜分离装置也可以用于分批式的膜分离方法。

(渗透气化膜)

渗透气化膜11是通过渗透气化法产生包含挥发性有机化合物的、气体的透过流体S1的分离膜。换言之，渗透气化膜11是使发酵液S中所含的有机化合物优先透过的膜。因此，透过流体S1中的有机化合物的含有率高于发酵液S中的有机化合物的含有率。另一方面，非透过流体S2中的有机化合物的含有率低于发酵液S中的有机化合物的含有率。

图4是本实施方式的膜分离装置所具备的渗透气化膜11的概略截面图。如图4所示，渗透气化膜11例如具备分离功能层1及支承分离功能层1的多孔性支承体2。渗透气化膜11可以进一步具备保护分离功能层1的保护层(未图示)。分离功能层1例如与多孔性支承体2直接相接。对于渗透气化膜11而言，例如其分离功能层侧的主面11a露出于供给空间，其多孔性支承体侧的主面11b露出于透过空间。

(分离功能层)

分离功能层1是能够使发酵液S中所含的有机化合物优先透过的层。分离功能层1例如包含疏水性材料。本说明书中，“疏水性材料”例如是指在由该材料构成的试验片的表面滴加10μL的水滴(温度25℃)的情况下，水的静态接触角超过90°的材料。需要说明的是，水的静态接触角可使用市售的接触角计进行测定。

作为疏水性材料，例如可举出具有硅氧烷键(Si-O-Si键)的化合物、烯烃系聚合物、油、氟系化合物等。分离功能层1优选包含具有硅氧烷键的化合物作为疏水性材料。具有硅氧烷键的化合物典型而言为有机硅系聚合物。有机硅系聚合物在25℃下可以为固体，也可以为液体。作为有机硅系聚合物的具体例，可举出聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。作为烯烃系聚合物的具体例，可举出聚乙烯、聚丙烯等。作为油，例如可举出液体石蜡等烃系油。作为氟系化合物，可举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。疏水性材料可以单独使用或组合2种以上使用。

分离功能层1可以包含疏水性材料作为主成分，也可以实质上仅由疏水性材料构成。“主成分”是指分离功能层1中以重量比计含有最多的成分。

分离功能层1可以包含：包含疏水性材料的基质、和分散于基质中的填料。填料被包埋于基质。在基质内，可以是所有填料彼此间隔开，也可以是部分聚集。

填料例如包含沸石、二氧化硅、膨润土等无机材料。填料中所含的沸石优选为二氧化硅相对氧化铝的比率高的高硅沸石。高硅沸石由于耐水解性优异，因此适于分离水溶液S1的用途。作为高硅沸石，可以使用东曹公司制的HSZ(注册商标)、联合昭和公司制的HiSiv(注册商标)、联合昭和公司制的USKY及中村超硬公司制的Zeoal(注册商标)等。

填料可以包含金属有机结构体(Metal-Organic-Framework：MOF)。金属有机结构体也被称为多孔性配位高分子(Porous Coordination Polymer：PCP)。金属有机结构体优选是疏水性的。金属有机结构体包含例如金属离子及有机配体。作为金属离子，可举出Zn离子等。有机配体例如包含芳香环。作为有机配体中所含的芳香环，可举出咪唑环等。作为有机配体，可举出2-甲基咪唑等。作为金属有机结构体的具体例，可举出ZIF-8等。

填料的形状例如为粒子状。在本说明书中，“粒子状”包含球状、椭圆体状、鳞片状及纤维状。填料的平均粒径没有特别限定，例如为50μm以下，优选为20μm以下，更优选为10μm以下。填料的平均粒径的下限值例如为0.01μm。填料的平均粒径例如可以通过以下方法来确定。首先，用透射电子显微镜观察分离功能层1的截面。在得到的电子显微镜图像中，通过图像处理算出特定填料的面积。将具有与计算出的面积相同面积的圆的直径视为该特定填料的粒径(粒子的直径)。分别算出任意个数(至少50个)的填料的粒径，将算出值的平均值视为填料的平均粒径。

分离功能层1中的填料的含有率例如为10wt％以上，优选为30wt％以上，更优选为40wt％以上。分离功能层1中的填料的含有率的上限值没有特别限定，例如为70wt％。分离功能层1中的基质的含有率没有特别限定，例如为30wt％～90wt％。

分离功能层1的厚度例如为200μm以下，优选为100μm以下，更优选为80μm以下。分离功能层1的厚度可以为1.0μm以上，也可以为10μm以上，还可以为30μm以上。

分离功能层1可以具有平均孔径小于0.01μm的微孔结构，也可以是表面不具有孔的致密层。

(多孔性支承体)

作为多孔性支承体2，例如可举出：无纺布；多孔质聚四氟乙烯；芳香族聚酰胺纤维；多孔质金属；烧结金属；多孔质陶瓷；多孔质聚酯；多孔质尼龙；活化碳纤维；胶乳；有机硅；有机硅橡胶；包含选自由聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮、聚丙烯腈、聚酰亚胺及聚苯醚中的至少1者的透过性(多孔质)聚合物；具有连续气泡或独立气泡的金属发泡体；具有连续气泡或独立气泡的聚合物发泡体；二氧化硅；多孔质玻璃；网筛，等等。多孔性支承体2可以是将这些中的2种以上组合而得到的。

多孔性支承体2具有例如0.01～0.4μm的平均孔径。多孔性支承体2的厚度没有特别限定，例如为10μm以上，优选为50μm以上，更优选为100μm以上。多孔性支承体2的厚度例如为300μm以下，优选为200μm以下。

(保护层)

保护层例如被覆分离功能层1的表面。作为保护层的材料，没有特别限定，例如可举出有机硅树脂。保护层的材料可以与分离功能层1的基质的材料相同，也可以不同。保护层的厚度没有特别限定，例如为0.5μm以上，优选为1μm以上，更优选为5μm以上，进一步优选为10μm以上。保护层的厚度例如为100μm以下，优选为50μm以下，更优选为30μm以下。

(渗透气化膜的制作方法)

渗透气化膜11例如可以通过在多孔性支承体2上形成分离功能层1来制作。详细而言，首先，制备包含分离功能层1的材料的涂布液。涂布液可以包含填料以及用于使填料分散于涂布液中的分散剂。例如，在涂布液包含具有硅氧烷键的化合物的情况下，涂布液也可以进一步包含用于使该化合物固化的催化剂。接着，通过将涂布液涂布在多孔性支承体2上而得到涂布膜。通过使涂布膜干燥，形成分离功能层1。像这样，得到渗透气化膜11。

<膜分离装置的运转方法的实施方式>

本实施方式的膜分离装置的运转方法包括：向膜分离装置供给包含挥发性的有机化合物的发酵液S；通过渗透气化膜11将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2；在阻止非透过流体S2向与膜元件15的外周面15s邻接的空间25的流入的同时，将非透过流体S2从膜分离装置排出。

对于本实施方式的膜分离装置的运转方法而言，对于实施方式1的膜分离装置100例如如下实施。如图1所示，首先，从端口21a(发酵液入口13a)通过而向膜分离装置100的内部供给发酵液S。然后，发酵液S从上游侧空间25a通过而被供给至膜元件15的内部，在与中心管16的长度方向平行地流过供给空间的同时，与渗透气化膜11的一个面接触。在使发酵液S与渗透气化膜11的一个面接触的状态下，对与渗透气化膜11的另一个面邻接的透过空间进行减压。详细而言，通过透过流体出口14b对透过空间内进行减压。通过对透过空间内进行减压，在渗透气化膜11的另一面侧能够得到有机化合物的含有率高的透过流体S1。换言之，透过渗透气化膜11的透过流体S1被供给至透过空间。透过流体S1向中心管16的内部移动，通过端口22b(透过流体出口14b)而向膜分离装置100的外部排出。气体的透过流体S1例如在冷凝部等处被冷却。由此，透过流体S1液化，得到液体的透过流体S1。另一方面，未透过渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)被排出至膜元件15的外部。之后，非透过流体S2通过端口21b(非透过流体出口13b)向膜分离装置100的外部排出。非透过流体S2典型而言是液体。此时，如图1所示，通过发酵液S从膜元件15的外周面15s流出而产生的流出液S3流入空间25。流入空间25的流出液S3沿着空间25流动。通过在空间25中流动的流出液S3，抑制非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部。在空间25中流动的流出液S3与非透过流体S2一起从下游侧空间25b通过并通过端口21b(非透过流体出口13b)，从而向膜分离装置100的外部排出。

图14是示出具备以往的螺旋型的膜元件35的膜分离装置200的概略截面图。在以往的膜分离装置200中，膜元件35的外周面35s由外壳(未图示)构成，该外壳由水溶液s无法通过的材料制成，并且，通过配置在膜元件35与壳体32之间的空间45中的密封部件44来密封空间45的一端。密封部件44具有环形状，并在周向上包围膜元件35。密封部件44一般配置在膜元件35的下游侧(图14中左侧)的端部。

对于图14所示的以往的膜分离装置200而言，存在下述问题：在运转时，从膜元件35的下游侧的端面排出的非透过流体s2向空间45逆流，滞留在空间45的内部。若非透过流体s2滞留于空间45，则不希望的微生物发生增殖，由此，有时膜分离装置200的内部的卫生状态变差。膜分离装置200的内部的卫生状态的变差在使用包含挥发性的有机化合物的发酵液作为向膜分离装置200供给的水溶液s的情况下尤其成为问题。

与此相对，在本实施方式的膜分离装置的运转方法中，以使非透过流体S2不流入与螺旋型的膜元件15的外周面15s邻接的空间25的方式，将非透过流体S2从膜分离装置排出。如图1所示，在实施方式1的膜分离装置100中，在运转时，流出液S3流入空间25，并沿着空间25流动。即，空间25构成流出液S3的流路。由此，在膜分离装置100中，非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部这一情况得到抑制。因此，膜分离装置100的内部的不希望的微生物的增殖被抑制，因此膜分离装置100的内部的卫生状态的变差被抑制。

另外，在实施方式1的膜分离装置100中，在运转时，流出液S3在空间25中流动，由此容易将来自壳体12的外部的热传导至膜元件15，因此膜元件15的温度不易降低。其结果，能够抑制运转时膜元件15的温度降低、渗透气化膜11的性能降低。流出液S3的温度与供给至供给空间的发酵液S的温度为相同程度。作为一例，供给至供给空间的发酵液S的温度为15℃～75℃。

发酵液S例如包含作为发酵物的有机化合物、和水。发酵液S中所含的有机化合物只要具有挥发性即可，没有特别限定。本说明书中，“具有挥发性的有机化合物”是指大气压下(101.325kPa)的沸点为20℃～260℃、优选为50℃～260℃的有机化合物。需要说明的是，有机化合物例如在水溶液中的浓度高的情况下，产生包含水作为主成分的水相、和有机化合物的含有率高于该水相的有机相。

有机化合物的碳原子数没有特别限定，例如为10以下，也可以为8以下、6以下，进而也可以为4以下。有机化合物的碳原子数的下限值可以为1，也可以为2。有机化合物例如具有羟基、羰基、醚基、酯基等包含氧原子的官能团。在有机化合物中，包含氧原子的官能团的数量典型地为1个。

作为有机化合物，例如可举出醇、酮、酯等。在有机化合物为醇的情况下，有机化合物容易与水相溶，体系内的环境不易产生偏差。醇可以是仅由烷基及羟基构成的烷基醇，也可以是包含芳基及羟基的芳基醇。烷基醇可以是直链状、支链状、环状中的任意。在有机化合物中，作为烷基醇，例如可举出甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇(BuOH)、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇、正戊醇等，优选为正丁醇。正丁醇是在水溶液中的含有率为8wt％左右以上时使水溶液生成2个相(水相及有机相)的化合物。因此，在有机化合物为正丁醇的情况下，例如，通过将透过流体中的有机化合物的含有率调整为8wt％左右以上，能够在液化后的透过流体中产生水相及有机相。在这种情况下，通过将水相及有机相分离，可容易地纯化透过流体。作为芳基醇，例如可举出苯酚等。

酮可以是仅由烷基及羰基构成的二烷基酮。在有机化合物中，作为二烷基酮，可举出甲乙酮(MEK)、丙酮等。

酯可以是仅由烷基及酯基构成的脂肪酸烷基酯。作为脂肪酸烷基酯，可举出乙酸乙酯等。

需要说明的是，有机化合物并不限定于上述化合物。有机化合物也可以是苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃。

发酵液S可以包含1种有机化合物，也可以包含2种以上的有机化合物。发酵液S中的有机化合物的含有率例如为50wt％以下，也可以为30wt％以下、10wt％以下、5wt％以下、2wt％以下，进而可以为1wt％以下。有机化合物的含有率的下限值没有特别限定，例如为0.01wt％。

在本实施方式中，有机化合物是微生物使碳源发酵而生成的发酵物。即，在本实施方式中，发酵液S是包含作为发酵物的有机化合物的发酵液。

发酵液S除了水及有机化合物以外也可以还包含参与发酵物生成的微生物、碳源、氮源、无机离子等其他成分。参与发酵物生成的微生物典型地为菌。作为碳源，可举出淀粉等多糖类、葡萄糖等单糖类。

向本实施方式的膜分离装置供给发酵液S的供给量没有特别限定，根据膜分离装置的处理能力而定。供给至供给空间的发酵液S可以被预先加热。如上所述，供给至供给空间的发酵液S的温度为15℃～75℃。

透过空间内的减压例如可以通过真空泵等减压装置进行。透过空间的压力例如为50kPa以下，也可以为20kPa以下、10kPa以下、5kPa以下、3kPa以下，进而也可以为2kPa以下。需要说明的是，在本说明书中，只要没有特别说明，“压力”是指绝对压力。

如上所述，本实施方式的膜分离装置所具备的渗透气化膜能够使发酵液S中所含的有机化合物优先透过。因此，与供给至膜分离装置的发酵液S相比，通过膜分离装置的运转而得到的透过流体S1中有机化合物的含有率高。

也可以在按照上述的膜分离装置的运转方法以一定期间执行膜分离运转后，执行膜分离装置的清洗运转。膜分离装置的清洗运转也可以定期地执行。

根据本实施方式的膜分离装置的运转方法，例如能够制造有机化合物的含有率高的透过流体S1。换言之，通过本实施方式的膜分离装置的运转方法，能够以透过流体S1的形式制造有机化合物。

<有机化合物的制造方法的实施方式>

本实施方式的有机化合物的制造方法包括：向膜分离装置供给发酵液S；通过螺旋型的膜元件15的渗透气化膜11，将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2；在阻止非透过流体S2向与膜元件15的外周面15s邻接的空间25的流入的同时，将非透过流体S2从膜分离装置排出；和回收透过流体S1。在本实施方式的有机化合物的制造方法中，透过流体S1中的有机化合物的含有率高于发酵液S中的有机化合物的含有率。

在本实施方式的有机化合物的制造方法中，有机化合物可以是醇。根据本实施方式的有机化合物的制造方法，能够从包含挥发性的醇的发酵液S中高效地分离该醇。

[实施方式2]

图5是示出实施方式2的膜分离装置101的概略截面图。在实施方式2的膜分离装置101中，膜元件15的外周面15s与壳体12的内周面12s之间的空间25被密封。即，在膜分离装置101中，上述条件(1)成立。因此，在膜分离装置101中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。因此，非透过流体S2流入空间25、并滞留在空间25的内部的情况得到抑制。由此，膜分离装置101的内部的不希望的微生物的增殖被抑制，因此膜分离装置101的内部的卫生状态的变差被抑制。

需要说明的是，在本说明书中，所谓“空间25被密封”是指空间25被填埋，或者空间25的出入口被堵塞。

在实施方式2的膜分离装置101中，膜元件15的外周面15s由外壳(未图示)构成，该外壳由发酵液S无法通过的材料制作而成。外壳可以由FRP(纤维增强塑料；fiberreinforced plastic)制成。因此，在膜分离装置101中，不会如上述实施方式1的膜分离装置100那样在运转时流出液S3从膜元件15的外周面15s流出。

实施方式2的膜分离装置101具备配置在膜元件15的周围的密封部24。空间25被密封部24密封。

在实施方式2的膜分离装置101中，密封部24配置于2个部位。即，在膜分离装置101中，作为密封部24，使用2个密封部24。通过2个密封部24，空间25的一端及另一端、换言之空间25的出入口被密封。即，空间25被2个密封部24相对于上游侧空间25a及下游侧空间25b隔开。

如图5所示，2个密封部24优选分别配置于膜元件15的上游侧的端部15a及下游侧的端部15b。通过为这样的构成，更容易避免非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部。2个密封部24也可以配置在比膜元件15的上游侧的端部15a稍靠下游侧，以及比膜元件15的下游侧的端部15b稍靠上游侧。即使是这样的结构，也能期待同样的效果。

密封部24具有环形状，在周向上包围膜元件15。密封部24也可以是与图11所示的以往的膜分离装置200所使用的密封部件44相同。

虽然省略图示，但在膜分离装置101中，也可以在膜元件15的轴向的一端或两端安装端部部件。在该情况下，2个密封部24经由配置于膜元件15的上游侧的端部15a的端部部件以及配置于膜元件15的下游侧的端部15b的端部部件来密封空间25的一端。

虽然省略图示，但在膜分离装置101中，空间25也可以由导热性高的材料填充。根据这样的结构，容易将来自壳体12的外部的热传导至膜元件15，因此膜元件15的温度不易降低。其结果，能够抑制运转时膜元件15的温度降低、渗透气化膜11的性能降低。作为导热性高的材料，例如可举出水、乙二醇、乙醇、CPU油脂等热糊剂等。热糊剂例如可包含基质、和分散在基质中的导热性粒子。基质可以包含例如有机硅。传导性粒子可以包含例如铝等金属。导热性高的材料也可以是水。导热性高的材料的导热系数优选为0.1W/m·K以上。导热性高的材料的导热系数的上限没有特别限定。上限例如为20.0W/m·K。

关于本实施方式的膜分离装置的运转方法，对于实施方式2的膜分离装置101，例如如下实施。如图5所示，首先，通过端口21a(发酵液入口13a)向膜分离装置101的内部供给发酵液S。然后，发酵液S从上游侧空间25a而被供给至膜元件15的内部，与渗透气化膜11的一个面接触。在使发酵液S与渗透气化膜11的一个面接触的状态下，对与渗透气化膜11的另一个面邻接的透过空间进行减压。由此，得到透过流体S1。透过流体S1向中心管16的内部移动，通过端口22b(透过流体出口14b)向膜分离装置101的外部排出。此时，如图5所示，在膜分离装置101中，由于空间25被密封部24密封，因此能够抑制非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部。另一方面，未透过渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)被排出至膜元件15的外部。之后，非透过流体S2通过下游侧空间25b并通过端口21b(非透过流体出口13b)向膜分离装置101的外部排出。

[实施方式3]

图6是示出实施方式3的膜分离装置102的概略截面图。在实施方式3的膜分离装置102中，填充剂27被填充于空间25，由此空间25被密封。即，在膜分离装置102中，上述条件(1)成立。换言之，空间25被填充剂27填埋。即，空间25被填充剂27相对于上游侧空间25a及下游侧空间25b隔开。因此，在膜分离装置102中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。

如图6所示，填充剂27优选将从膜元件15的上游侧的端部15a到下游侧的端部15b之间填充。通过为这样的构成，更容易避免非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部。填充剂27也可以填充从比膜元件15的上游侧的端部15a稍靠下游侧到比膜元件15的下游侧的端部15b稍靠上游侧之间。即使是这样的结构，也能期待同样的效果。

填充剂27具有环形状，在周向上包围膜元件15。利用填充剂27将膜元件15固定于壳体12的内周面12s。作为填充剂27，也可以使用在实施方式2中作为导热性高的材料举出的材料。根据这样的结构，容易将来自壳体12外部的热传导至膜元件15，因此膜元件15的温度不易降低。其结果，能够抑制运转时膜元件15的温度降低、渗透气化膜11的性能降低。作为填充剂27，也可以使用市售的填充剂。

虽然省略图示，但在膜分离装置102中，也可以在膜元件15的轴向的一端或两端安装端部部件。在该情况下，与包括端部部件的外周面在内的膜元件15的外周面15s邻接的空间25也可以被填充剂27填埋。

实施方式3的膜分离装置102的运转方法与上述的实施方式2的膜分离装置101的运转方法同样地实施。

[实施方式4]

图7是示出实施方式4的膜分离装置103的概略截面图。在实施方式4的膜分离装置103中，密封部24为注模剂24a。膜分离装置103除了使用注模剂24a作为密封部24之外，具有与膜分离装置101相同的结构。即，在膜分离装置103中，上述条件(1)成立。换言之，空间25被注模剂24a相对于上游侧空间25a及下游侧空间25b隔开。因此，在膜分离装置103中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。

在膜分离装置103中，壳体12与膜元件15通过注模剂24a而被一体化。在本说明书中，所谓“一体化”是指无法以无损方式将零件彼此相互分离。

如图7所示，注模剂24a优选分别配置在膜元件15的上游侧的端部15a和下游侧的端部15b。通过这样的构成，更容易避免非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部。作为注模剂24a，例如可以使用氨基甲酸酯树脂、环氧树脂等。

虽然省略图示，但在膜分离装置103中，也可以在膜元件15的轴向的一端或两端安装端部部件。在这种情况下，上游侧及下游侧的注模剂24a通过配置在膜元件15的上游侧的端部15a的端部部件及配置在膜元件15的下游侧的端部15b的端部部件来密封空间25的一端。

实施方式4的膜分离装置103的运转方法与上述的实施方式2的膜分离装置101的运转方法同样地实施。

[实施方式5]

图8是示出实施方式5的膜分离装置104的概略截面图。在实施方式5的膜分离装置104中，密封部24具有用于使发酵液S流入空间35的贯通孔24h。即，膜分离装置104具有空间25未被密封部24密封的结构。

如图8所示，在实施方式5的膜分离装置104中，要被供给至膜元件15的发酵液S的一部分通过密封部24的贯通孔24h流入空间25。流入空间25的发酵液S沿着空间25流动。即，在膜分离装置104中，上述条件(2)成立。更具体而言，在膜分离装置104中，空间25构成发酵液S的流路。在空间25中流动的发酵液S与未透过膜元件15的渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)一起从非透过流体出口13b排出。因此，在膜分离装置104中，非透过流体S2流入空间25并在空间25的内部滞留的情况得到抑制。

另外，如图8所示，在实施方式5的膜分离装置104中，在运转时，发酵液S在空间25中流动，由此容易将来自壳体12外部的热传导至膜元件15，因此膜元件15的温度不易降低。其结果，能够抑制运转时膜元件15的温度降低、渗透气化膜11的性能降低。如上所述，发酵液S的温度为15℃～75℃。

贯通孔24h以在厚度方向上贯通密封部24的方式设置。贯通孔24h的数量没有特别限定，可以是1个，也可以是2个以上。在密封部24，也可以沿着密封部24的周向以规定间隔设有多个贯通孔24h。沿着密封部24的周向设置的多个贯通孔24h的列的数量没有特别限定，可以是1个，也可以是2个以上。在设置有多个贯通孔24h的情况下，多个贯通孔24h的截面积的总和优选为密封部24的截面积的50％以下。根据这样的构成，能够抑制因发酵液S过度流入空间25而导致的发酵液S的损失。

在实施方式5的膜分离装置104中，具有贯通孔24h的密封部24配置于膜元件15的上游侧的端部15a。具有贯通孔24h的密封部24的配置位置没有特别限定。具有贯通孔24h的密封部24可以配置在膜元件15的上游侧的端部15a，也可以配置在下游侧的端部15b。具有贯通孔24h的密封部24也可以配置在膜元件15的上游侧的端部15a与下流侧的端部15b之间的任意位置。

具有贯通孔24h的密封部24也可以被配置在2个部位。作为密封部24，也可以使用具有贯通孔24h的2个密封部24。具有贯通孔24h的2个密封部24可以分别配置在膜元件15的上游侧的端部15a及下游侧的端部15b。

虽然省略图示，但在膜分离装置104中，也可以在膜元件15的轴向的一端或两端安装端部部件。在该情况下，具有贯通孔24h的密封部24经由配置于膜元件15的上游侧的端部15a的端部部件形成流路而不将空间25的一端密封。

对于实施方式5的膜分离装置104，本实施方式的膜分离装置的运转方法例如如下实施。首先，如图8所示，通过端口21a(发酵液入口13a)向膜分离装置104的内部供给发酵液S。然后，发酵液S通过上游侧空间25a并被供给至膜元件15的内部，与渗透气化膜11的一个面接触。在使发酵液S与渗透气化膜11的一个面接触的状态下，对与渗透气化膜11的另一个面邻接的透过空间进行减压。由此，得到透过流体S1。透过流体S1向中心管16的内部移动，通过端口22b(透过流体出口14b)并向膜分离装置104的外部排出。另一方面，未透过渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)被排出至膜元件15的外部。之后，非透过流体S2通过端口21b(非透过流体出口13b)并被排出至膜分离装置104的外部。此时，如图8所示，要被供给至膜元件15的发酵液S的一部分通过密封部24的贯通孔24h而流入空间25，并沿着空间25流动。即，空间25构成发酵液S的流路。利用在空间25中流动的发酵液S，非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部这一情况得到抑制。在空间25中流动的发酵液S与非透过流体S2一起通过下游侧空间25b并通过端口21b(非透过流体出口13b)向膜分离装置104的外部排出。

[实施方式6]

图9是示出实施方式6的膜分离装置105的概略截面图。在实施方式6的膜分离装置105中，壳体12具有将空间25与膜分离装置105的外部连通的开口部12i及开口部12о。除壳体12具有开口部12i及开口部12о外，膜分离装置105具有与膜分离装置101相同的结构。

开口部12i及开口部12о形成在壳体12中面向空间25的位置。

开口部12i作为热介质M的入口发挥功能。即，在膜分离装置105中，上述条件(2)成立。更具体而言，在膜分离装置105中，空间25构成热介质M的流路。因此，在膜分离装置105中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。开口部12i也可以与用于向空间25供给热介质M的热介质供给路径(未图示)连接。开口部12о作为热介质M的出口发挥功能。开口部12о也可以连接于用于将热介质M从空间25排出的热介质排出路径(未图示)。根据这样的结构，通过热介质M在空间25中流动，由此能够容易地加热膜元件15。由此，能够抑制运转时膜元件15的温度降低、渗透气化膜11的性能降低。

在图9所示的例子中，热介质M通过开口部12i被导入空间25。导入到空间25的热介质M经由膜元件15的外周面15s与膜元件15进行热交换，对膜元件15进行加热。与膜元件15进行了热交换的热介质M通过开口部12о从空间25排出。也可以构成为热介质排出路径与热介质供给路径连接，且热介质M在热介质供给路径、空间25以及热介质排出路径中循环。

热介质M典型地是温水。但是，热介质M也可以是蒸气(例如水蒸气)。蒸气可以在周围环境的大气压以上的压力下被利用，或者也可以在低于周围环境的大气压的压力下被利用。在本说明书中，在低于周围环境的大气压的压力下使用的蒸气有时被称为真空蒸气。热介质M的温度可以与供给至膜分离装置105的发酵液S的温度为相同程度。

[实施方式7]

图10是示出实施方式7的膜分离装置106的概略截面图。在实施方式7的膜分离装置106中，壳体12具有多个开口部12i及多个开口部12о。除了壳体12具有多个开口部12i及多个开口部12о外，膜分离装置106具有与膜分离装置105相同的结构。即，在膜分离装置106中，上述条件(2)成立。更具体而言，在膜分离装置106中，空间25构成热介质M的流路。因此，在膜分离装置106中，非透过流体S2向空间25的流入被阻止。

根据实施方式7的膜分离装置106，能够更均等地将热介质M导入空间25，并且能够更均等地将热介质M从空间25排出。因此，能够均匀地加热膜元件15。

多个开口部12i及多个开口部12о的配置没有特别限制。如图10所示，多个开口部12i及多个开口部12о可以均等地形成在壳体12中面向空间25的位置处。开口部12i的数量及开口部12о的数量没有特别限制。例如，壳体12可以在面向空间25的位置具有网状结构，从而构成为具有多个开口部12i及多个开口部12о。

[实施方式8]

图11是示出实施方式8的膜分离装置107的概略截面图。实施方式8的膜分离装置107具有至少安装于膜元件15的15a的端部部件18，端部部件18具有用于使发酵液S流入空间35的贯通孔18h。像这样，膜分离装置107除了端部部件18具有贯通孔18h来代替密封部24之外，具有与膜分离装置104相同的结构。即，在膜分离装置107中，上述条件(2)成立。更具体而言，在膜分离装置107中，空间25构成发酵液S的流路。

如图11所示，在实施方式8的膜分离装置107中，要被供给至膜元件15的发酵液S的一部分通过端部部件18的贯通孔18h而流入空间25。流入空间25的发酵液S沿着空间25流动。即，空间25构成发酵液S的流路。在空间25中流动的发酵液S与未透过膜元件15的渗透气化膜11的发酵液S(非透过流体S2)一起从非透过流体出口13b排出。因此，在膜分离装置107中，非透过流体S2流入空间25并滞留在空间25的内部的情况得到抑制。

另外，如图11所示，在实施方式8的膜分离装置107中，在运转时，发酵液S在空间25中流动，由此容易将来自壳体12外部的热传导至膜元件15，因此膜元件15的温度不易降低。如上所述，发酵液S的温度为15℃～75℃。

[其他实施方式]

如图1、图5～图11所示，实施方式1～8的膜分离装置中，在与中心管16的轴线平行的方向上设置有发酵液入口13a、非透过流体出口13b、以及透过流体出口14b。因此，实施方式1～8的膜分离装置容易分别地或者相互组合地串联地连接来使用。

<膜分离系统的实施方式>

图12是示出本实施方式的膜分离系统1000的一例的概略构成图。如图12所示，本实施方式的膜分离系统1000具备上述本实施方式的膜分离装置作为膜分离装置。在以下以及图12中，为了方便，将本实施方式的膜分离装置记载为膜分离装置100。膜分离系统1000能够对膜分离装置100进行上述的运转方法。

膜分离系统1000在具备膜分离装置100的同时还具备罐30。罐30贮藏有要向膜分离装置100供给的发酵液S。罐30典型地是用于通过基于微生物的碳源发酵来生成有机化合物的发酵槽。

膜分离系统1000还可以具备减压装置40。减压装置40能够对膜分离装置100的透过空间14内进行减压。减压装置40优选为真空泵等真空装置。真空泵典型地是气体输送式的真空泵，可举出往复运动式的真空泵、旋转式的真空泵等。作为往复运动式的真空泵，可举出隔膜型、摆动活塞型的真空泵。作为旋转式真空泵，可举出：液封泵；油旋转泵(旋转泵)；机械增压泵；罗茨型、爪型、螺杆型、涡轮型、涡旋型等各种干式泵等。作为减压装置40的泵也可以具备用于使转速等变化的可变速机构。可变速机构的例子是对泵的马达进行驱动的逆变器。通过利用可变速机构控制泵的转速等，能够适当地调整膜分离装置100的供给空间13的压力。

膜分离系统1000还可以具备用于回收透过流体S1的回收部50。回收部50回收从膜分离装置100送来的透过流体S1，例如能够贮藏透过流体S1。回收部50例如是贮藏透过流体S1的罐。

膜分离系统1000还具备发酵液供给路径71、透过流体排出路径72及非透过流体排出路径73。

发酵液供给路径71与罐30的发酵液出口(出口31)及膜分离装置100的发酵液入口(入口13a)连接，是用于从罐30向膜分离装置100供给发酵液S的路径。在发酵液供给路径71中，可以配置控制发酵液S的流量的泵，也可以配置用于测定发酵液S中的有机化合物的含有率的传感器。

透过流体排出路径72与膜分离装置100的透过流体出口(出口14b)及回收部50的透过流体入口(入口51)连接，是用于从膜分离装置100向回收部50输送透过流体S1的路径。在透过流体排出路径72中，也可以配置用于测定透过流体S1中的有机化合物的含有率的传感器。

非透过流体排出路径73与膜分离装置100的非透过流体出口(出口13b)连接，是用于从膜分离装置100排出非透过流体S2的路径。在非透过流体排出路径73中，也可以配置用于测定非透过流体S2中的有机化合物的含有率的传感器。

非透过流体排出路径73也可以与罐30的非透过流体入口(入口32)连接，构成为将非透过流体S2向罐30输送。即，在膜分离系统1000中，也可以构成为，非透过流体S2在罐30中与发酵液S混合，在发酵液供给路径71以及非透过流体排出路径73中循环。在将非透过流体S2送至罐30的情况下，在罐30内，发酵液S及非透过流体S2被混合，发酵液S中的有机化合物的含有率降低。在罐30为发酵槽的情况下，通过降低发酵液S中的有机化合物的含有率，能够抑制基于微生物的发酵的停止，由此，能够连续地进行发酵物的制造。另外，由于在膜分离装置100中抑制了非透过流体S2的滞留，因此能够抑制由滞留引起的杂质向罐30内的混入。另外，也能够抑制空气积存于膜分离装置100的空间25，因此能够抑制膜分离装置100的气蚀。

在透过流体排出路径72中还可以配置用于将透过流体S1冷凝的冷凝部。冷凝部例如是用于冷却透过流体S1的热交换器。通过热交换器，能够使气体的透过流体S1冷却而冷凝。热交换器例如是在防冻液等冷却介质与气体的透过流体S1之间产生热交换的气-液热交换器。冷凝部可以位于膜分离装置10与减压装置40之间(比减压装置40靠上游侧)，也可以位于减压装置40与回收部50之间(比减压装置40靠下游侧)。

膜分离系统1000还可以具备控制膜分离系统1000的各部件的控制器60。控制器60例如是包括A/D转换电路、输入输出电路、运算电路、存储装置等的DSP(Digital SignalProcessor；数字信号处理器)。在控制器60中存储有用于使膜分离系统1000适当地运转的程序。例如，控制器60能够控制减压装置40等的动作，切换膜分离运转和清洗运转。

只要没有特别提及，膜分离系统1000的各个路径例如由金属制或树脂制的配管构成。

<膜分离系统所具备的膜分离装置的变形例>

本实施方式的膜分离系统1000可以包括多个膜分离装置100，多个膜分离装置100可以相互串联或并联地连接。在本说明书中，“多个膜分离装置10相互串联地连接”是指多个膜分离装置100以从前段的膜分离装置100所具备的膜元件15的供给空间13排出的发酵液S(非透过流体S2)被供给至后段的膜分离装置100所具备的膜元件15的供给空间13的方式相互连接的构成。“多个膜分离装置100相互并联地连接”是指多个膜分离装置100以从罐30送来的发酵液S被供给至多个膜分离装置100各自的膜元件15的供给空间13的方式相互连接的构成。膜分离系统1000中的膜分离装置100的数量没有特别限定，例如为2～5。以下，参照图13A及13B对膜分离系统1000的变形例进行详细说明。

(变形例1)

图13A是示出本实施方式的膜分离系统1000的变形例1的概略构成图。变形例1的膜分离系统1001具备相互串联地连接的2个膜分离装置100A及100B。膜分离装置100A及100B通过配管连接。膜分离系统1001除了具备2个膜分离装置100A及100B等以外，具有与膜分离系统1000相同的构成。因此，有时对在上述的膜分离系统1000和变形例1的膜分离系统1001中共通的要素标注相同的附图标记，省略它们的说明。即，关于各实施方式的说明只要在技术上不矛盾，就能够相互适用。而且，只要技术上不矛盾，各实施方式也可以相互组合。

如上所述，在膜分离系统1001中，膜分离装置100A及100B相互串联地连接。详细而言，膜分离系统1001还具备将膜分离装置100A及100B相互连接的连接路径74。连接路径74与膜分离装置100A的非透过流体出口13b和膜分离装置100B的发酵液入口13a连接。需要说明的是，在膜分离装置100A的发酵液入口13a连接有发酵液供给路径71，在膜分离装置100B的非透过流体出口13b连接有非透过流体排出路径73。

透过流体排出路径72具有第1部分72A及第2部分72B。第1部分72A与膜分离装置100A的透过流体出口14b连接，第2部分72B与膜分离装置100B的透过流体出口14b连接。在合流位置75处，第1部分72A与第2部分72B合流。

在透过流体排出路径72上例如配置有2个减压装置40A及40B。减压装置40A位于膜分离装置100A与合流位置70之间，能够对膜分离装置100A所具备的膜元件15的透过空间14内进行减压。减压装置40B位于膜分离装置100B与合流位置70之间，能够对膜分离装置100B所具备的膜元件15的透过空间14内进行减压。但是，也可以在透过流体排出路径72上配置1个减压装置，该减压装置位于合流位置70与回收部50之间。即，1个减压装置可以被膜分离装置100A及100B共用。

需要说明的是，在膜分离系统1001中，膜分离装置100A具备的膜元件15的渗透气化膜11A除了膜面积以外，可以与膜分离装置100B具备的膜元件15的渗透气化膜11B相同，也可以不同。渗透气化膜11A的膜面积(m²)相对于渗透气化膜11A的膜面积与渗透气化膜11B的膜面积的合计值(m²)而言的比率没有特别限定。

作为一例，膜分离系统1001可通过以下方法运转。首先，使泵(未图示)工作，从罐30向膜分离装置100A供给发酵液S，进而，从膜分离装置100A向膜分离装置100B供给发酵液S。由此，能够使发酵液S分别与膜分离装置100A所具备的膜元件15的渗透气化膜11A及膜分离装置100B所具备的膜元件15的渗透气化膜11B接触。

接着，从透过流体出口14b通过来对膜分离装置100A所具备的膜元件15的透过空间14进行减压，从透过流体出口14b通过来对膜分离装置100B所具备的膜元件15的透过空间14进行减压。由此，能够在膜分离装置100A及100B双方执行膜分离运转，从膜分离装置100A及100B分别得到透过流体S1。需要说明的是，在膜分离装置100A中被处理的发酵液S(非透过流体S2)通过连接路径74被送至膜分离装置100B，在膜分离装置100B中被进一步处理。

接着，对于膜分离装置100A所具备的膜元件15及膜分离装置100B所具备的膜元件15中的至少一方，使透过空间14的压力上升，结束膜分离运转。

(变形例2)

图13B是示出本实施方式的膜分离系统1000的变形例2的概略构成图。变形例2的膜分离系统1002具备相互并联连接的2个膜分离装置100A及100B。膜分离装置100A及100B通过配管连接。膜分离系统1002除了具备2个膜分离装置100A及100B等之外，具有与膜分离系统100相同的构成。

如上所述，在膜分离系统1002中，膜分离装置100A及100B相互并联连接。详细而言，发酵液供给路径71具有第1部分71A及第2部分71B。发酵液供给路径71的第1部分71A与膜分离装置100A的发酵液入口13a连接，第2部分71B与膜分离装置100B的发酵液入口13a连接。第2部分71B在分支位置76处从第1部分71A分支。分支位置76位于罐30与膜分离装置100A之间。

此外，非透过流体排出路径73具有第1部分73A及第2部分73B。非透过流体排出路径73的第1部分73A与膜分离装置100A的非透过流体出口13b连接，第2部分73B与膜分离装置100B的非透过流体出口13b连接。在合流位置77处，第1部分73A与第2部分73B合流。合流位置77例如位于罐30与膜分离装置100A之间。

与变形例1的膜分离系统1001同样地，透过流体排出路径72具有第1部分72A及第2部分72B。第1部分72A与膜分离装置100A的透过流体出口14b连接，第2部分72B与膜分离装置100B的透过流体出口14b连接。在合流位置75处，第1部分72A与第2部分72B合流。

在透过流体排出路径72中，例如配置有2个减压装置40A及40B。减压装置40A位于膜分离装置100A与合流位置75之间，能够对膜分离装置100A所具备的膜元件15的透过空间14内进行减压。减压装置40B位于膜分离装置100B与合流位置75之间，能够对膜分离装置100B所具备的膜元件15的透过空间14内进行减压。但是，也可以在透过流体排出路径72上配置1个减压装置，该减压装置位于合流位置75与回收部50之间。即，1个减压装置可以被膜分离装置100A及100B共用。

需要说明的是，在膜分离系统1002中，膜分离装置100A所具备的膜元件15的渗透气化膜11A可以与膜分离装置100B所具备的膜元件15的渗透气化膜11B相同，也可以不同。渗透气化膜11A的膜面积(m²)相对于渗透气化膜11A的膜面积与渗透气化膜11B的膜面积的合计值(m²)而言的比率没有特别限定。

作为一例，膜分离系统1002可以通过以下方法运转。首先，使泵(未图示)工作，从罐30向膜分离装置100A及100B分别供给发酵液S。由此，能够使发酵液S分别与膜分离装置100A所具备的膜元件15的渗透气化膜11A及膜分离装置100B所具备的膜元件15的渗透气化膜11B接触。

接着，从透过流体出口14b通过来对膜分离装置100A所具备的膜元件15的透过空间14进行减压，从透过流体出口14b通过来对膜分离装置100B所具备的膜元件15的透过空间14进行减压。由此，能够在膜分离装置100A及100B双方执行膜分离运转，从膜分离装置100A及100B中的各自分别得到透过流体S1。

接着，对于膜分离装置10A所具备的膜元件15以及膜分离装置10B所具备的膜元件15中的至少一方，使透过空间14的压力上升，结束膜分离运转。

产业上的可利用性

本实施方式的膜分离系统适于从包含挥发性的有机化合物的发酵液中高效地分离该有机化合物。

Claims (14)

1.膜分离装置，其为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

在运转时，所述非透过流体向与所述膜元件的外周面邻接的空间的流入被阻止。

2.膜分离装置，其为具备螺旋型的膜元件的膜分离装置，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有将包含挥发性的有机化合物的发酵液分离为透过流体和非透过流体的渗透气化膜，

下述条件(1)或(2)成立，

(1)与所述膜元件的外周面邻接的空间被密封；

(2)与所述膜元件的外周面邻接的空间构成所述非透过流体以外的流体的流路。

3.根据权利要求1或2所述的膜分离装置，其中，所述膜元件的所述外周面由流路材料构成。

4.根据权利要求1或2所述的膜分离装置，其还具备配置在所述膜元件的周围的密封部。

5.根据权利要求4所述的膜分离装置，其中，所述密封部具有用于供所述发酵液流入所述空间的贯通孔。

6.根据权利要求4所述的膜分离装置，其中，所述空间被2个所述密封部密封。

7.根据权利要求6所述的膜分离装置，其中，所述密封部包含注模剂。

8.根据权利要求1或2所述的膜分离装置，其中，填充剂被填充于所述空间，由此所述空间被密封。

9.根据权利要求1或2所述的膜分离装置，其中，所述空间被导热系数为0.1W/m·K以上的材料填充。

10.根据权利要求1或2所述的膜分离装置，其中，所述膜元件构成为能够相对于壳体装拆。

11.膜分离系统，其具备权利要求1或2所述的膜分离装置。

12.根据权利要求11所述的膜分离系统，其还具备对要向所述膜分离装置供给的所述发酵液进行贮藏的罐。

13.根据权利要求11所述的膜分离系统，其中，所述膜分离系统包括多个所述膜分离装置，

多个所述膜分离装置相互串联或并联地连接。

14.膜分离装置的运转方法，其是具备螺旋型的膜元件的膜分离装置的运转方法，其中，

所述膜元件包括具有贯通孔的中心管、和具有渗透气化膜并卷绕于所述中心管的膜叶，

所述运转方法包括：

向所述膜分离装置供给包含挥发性的有机化合物的发酵液；

通过所述渗透气化膜将所述发酵液分离为透过流体和非透过流体；和

在阻止所述非透过流体向与所述膜元件的外周面邻接的空间的流入的同时，将所述非透过流体从所述膜分离装置排出。