CN119300905A - 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内部的不希望的微生物的增殖的膜分离装置。膜分离装置具备：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；由渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；用于将发酵液向供给空间供给的供给空间入口；和用于将非透过流体从供给空间排出的供给空间出口。供给空间入口位于比供给空间出口靠下方的位置。

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、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

以往，上述渗透气化法通过将包含挥发性有机化合物的发酵液沿水平方向导入膜分离装置的供给空间来进行。根据本申请的发明人的研究，在以往的膜分离装置中，由于向膜分离装置供给的水溶液的量的变动等，在膜分离装置的内部容易产生局部的干固区域、发酵液容易滞留。这样的不良状况在膜分离装置的内部使不希望的微生物的增殖进行。若不希望的微生物在膜分离装置的内部增殖，则产生分离膜的堵塞，分离膜的分离性能降低。其结果，膜分离系统的运转产生问题，变得难以稳定地制造发酵物。

因此，本发明的目的在于，提供一种适于抑制膜分离装置内部的、不希望的微生物的增殖的膜分离装置。

用于解决课题的手段

本发明提供膜分离装置，其具备：

渗透气化膜，其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；

由所述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将所述发酵液供给至所述供给空间；和

供给空间出口，其用于将所述非透过流体从所述供给空间排出，

其中，所述供给空间入口位于比所述供给空间出口靠下方的位置。

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，所述膜分离装置具备：

渗透气化膜，其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；

由所述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将所述发酵液供给至所述供给空间；和

供给空间出口，其用于将所述非透过流体从所述供给空间排出，

所述供给空间入口位于比所述供给空间出口靠下方的位置，

所述运转方法包括：

从所述供给空间入口向所述膜分离装置供给所述发酵液；和通过所述渗透气化膜将所述发酵液分离为所述透过流体和所述非透过流体。

发明效果

根据本发明，能够提供适于抑制膜分离装置内部的、不希望的微生物的增殖的膜分离装置。

附图说明

[图1]是示出本实施方式的膜分离装置的一例的概略截面图。

[图2]是用于说明本实施方式的膜分离装置中的倾斜角度的图。

[图3]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4A]是示出本实施方式的膜分离装置的变形例1的概略截面图。

[图4B]是示出本实施方式的膜分离装置的变形例1的另一例的概略截面图。

[图4C]是示出本实施方式的膜分离装置的变形例1的又一例的概略截面图。

[图5]是示意性地示出螺旋型的膜元件的展开立体图。

[图6]是示出本实施方式的膜分离装置的变形例2的概略截面图。

[图7]是示出本实施方式的膜分离装置的变形例3的概略截面图。

[图8]是示出第一实施方式的膜分离系统的一例的概略构成图。

[图9A]是示出第一实施方式的膜分离系统的变形例1的概略构成图。

[图9B]是示出第一实施方式的膜分离系统的变形例1的又一例的概略构成图。

[图10]是示出第一实施方式的膜分离系统的变形例2的概略构成图。

[图11]是示出第二实施方式的膜分离系统的一例的概略构成图。

[图12]是示出比较例1的膜分离装置的概略构成图。

具体实施方式

本发明的第1方式的膜分离装置具备：

渗透气化膜，其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；

由上述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将上述发酵液供给至上述供给空间；和

供给空间出口，其用于将上述非透过流体从上述供给空间排出，

其中，上述供给空间入口位于比上述供给空间出口靠下方的位置。

在本发明的第2方式中，例如，第1方式的膜分离装置还具备：

具有贯通孔的中心管；和

卷绕于上述中心管的膜叶，上述膜叶具有上述渗透气化膜。

在本发明的第3方式中，例如，在第2方式的膜分离装置中，

上述中心管从下方朝向上方延伸。

在本发明的第4方式中，例如，在第1～第3方式中的任一者的膜分离装置中，

将上述供给空间入口和上述供给空间出口连结的假想直线相对于水平面而言的倾斜角度为5°以上90°以下。

在本发明的第5方式中，例如，第1～第4方式中的任一者的膜分离装置还具备用于将上述透过流体从上述透过空间排出的透过空间出口，

上述透过空间出口位于比上述供给空间入口靠上方的位置。

在本发明的第6方式中，例如，第1～第5方式中的任一者的膜分离装置还具备与上述供给空间连接的流体排出口，

上述流体排出口位于比上述供给空间出口靠下方的位置。

在本发明的第7方式中，例如，在第1～第6方式中的任一者的膜分离装置中，

上述透过流体中的上述有机化合物的含有率高于上述发酵液中的上述有机化合物的含有率。

在本发明的第8方式中，例如，在第1～第7方式中的任一者的膜分离装置中，

在上述供给空间被上述发酵液充满的状态下，将上述发酵液分离为上述透过流体和上述非透过流体。

本发明的第9方式的膜分离系统具备第1～第8方式中的任一者的膜分离装置。

在本发明的第10方式中，例如，第9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11方式中，例如，第10方式的膜分离系统还具备：

将上述罐与上述供给空间入口连接的发酵液供给路径；和

非透过流体排出路径，其将上述供给空间出口与上述罐连接。

在本发明的第12方式中，例如，在第10或第11方式的膜分离系统中，

上述罐是用于生成上述有机化合物的发酵槽。

在本发明的第13方式中，例如，在第9～第12方式中的任一者的膜分离系统中，

上述膜分离系统包括多个上述膜分离装置，

多个上述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中，上述膜分离装置具备：

渗透气化膜，其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；

由上述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将上述发酵液供给至上述供给空间；和

供给空间出口，其用于将上述非透过流体从上述供给空间排出，

上述供给空间入口位于比上述供给空间出口靠下方的位置，

上述运转方法包括：

从上述供给空间入口向上述膜分离装置供给上述发酵液；和

通过上述渗透气化膜将上述发酵液分离为上述透过流体和上述非透过流体。

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>

图1是示出本实施方式的膜分离装置100的一例的概略截面图。如图1所示，膜分离装置100具备：将包含挥发性的有机化合物的发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2的渗透气化膜11；被渗透气化膜11隔开的供给空间13和透过空间14；用于将发酵液S供给至供给空间13的供给空间入口13a；用于将非透过流体S2从供给空间13排出的供给空间出口13b。供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置。膜分离装置100是在其运转时使用渗透气化膜11对包含挥发性有机化合物的发酵液S进行膜分离的装置。

如上所述，在膜分离装置100中，供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置。因此，能够以发酵液S在膜分离装置100的内部从下方朝向上方流动的方式向膜分离装置100导入发酵液S。由此，具有能够避免因供给至膜分离装置100的发酵液S的量的变动等而在膜分离装置100的内部产生局部的干固区域、发酵液S发生滞留的倾向。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。

膜分离装置100还具备壳体12。在壳体12的内部设置有供给空间13以及透过空间14。供给空间13作为供发酵液S被供给的供给空间发挥作用。透过空间14作为供透过流体S1被供给的透过空间发挥功能。透过流体S1通过发酵液S透过渗透气化膜11而得到。渗透气化膜11配置在壳体12的内部。在壳体12的内部，渗透气化膜11将供给空间13和透过空间14隔开。渗透气化膜11从壳体12的1对壁面的一方延伸至另一方。

膜分离装置100还具备用于将透过流体S1从透过空间14排出的透过空间出口14b。透过空间出口14b也可以位于比供给空间入口13a靠上方的位置。根据这样的构成，能够容易地进行从膜分离装置100排出的、气体的透过流体S1的回收。透过空间出口14b也可以位于与供给空间出口13b相同的高度。

透过空间出口14b可以位于与供给空间入口13a相同的高度，也可以位于比供给空间入口13a靠下方的位置。根据这样的构成，即使在从膜分离装置100排出的透过流体S1发生了液化的情况下，也能够容易地进行透过流体S1的回收。透过空间出口14b也可以位于比供给空间出口13b靠下方的位置。

供给空间13与供给空间入口13a及供给空间出口13b连通。透过空间14与透过空间出口14b连通。供给空间入口13a是用于将发酵液S向膜分离装置100供给的开口。透过空间出口14b是用于将透过流体S1从膜分离装置100排出的开口。供给空间出口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。供给空间入口13a、供给空间出口13b以及透过空间出口14b例如分别形成于壳体12的壁面。

也可以是，供给空间入口13a形成于壳体12的下表面，并且供给空间出口13b及透过空间出口14b形成于上表面。供给空间入口13a也可以形成于壳体12的侧面。供给空间出口13b也可以形成于壳体12的侧面。透过空间出口14b也可以形成于壳体12的侧面。

只要能够以在膜分离装置100的内部从下方朝向上方流动的方式导入发酵液S，则壳体12的形状没有特别限定。壳体12例如可以具有棱柱形状，也可以具有圆柱形状。如图1所示，在壳体12具有长度方向的情况下，壳体12也可以以长度方向从下方朝向上方延伸的方式设置。壳体12也可以以长度方向沿着铅直方向的方式纵向设置。

图2是用于说明本实施方式的膜分离装置100的倾斜角度的图。在膜分离装置100中，将连结供给空间入口13a和供给空间出口13b的假想直线L1相对于水平面P而言的倾斜角度定义为θ1。其中，在本实施方式中，θ1是指假想直线L1与水平面P之间的0°以上90°以下的范围内的最小角度。需要说明的是，供给空间入口13a及供给空间出口13b为圆形或矩形的开口的情况下，假想直线L1可定义为将供给空间入口13a的中心点和供给空间出口13b的中心点连结的假想直线。θ1例如为5°以上90°以下。根据这样的结构，容易避免在膜分离装置100内部产生局部的干固区域、发酵液S滞留。

θ1可以为10°以上，可以为15°以上，可以为25°以上，可以为35°以上，可以为45°以上，可以为55°以上，也可以为65°以上。θ1可以为75°以上90°以下。即，θ1也可以满足75°≤θ1≤90°。

θ1还可以为80°以上，也可以为85°以上。θ1可以实质上为90°。在本说明书中，“实质上为90°”是指相对于90°而言包含±3°以下的偏移的意思。对于其他角度也是同样的。

在膜分离装置100中，将连结供给空间入口13a和透过空间出口14b的假想直线L2相对于水平面P而言的倾斜角度定义为θ2。其中，在本实施方式中，θ2是指假想直线L2与水平面P之间的0°以上90°以下的范围内的最小的角度。需要说明的是，在供给空间入口13a及透过空间出口14b为圆形或矩形的开口的情况下，假想直线L2可被定义为将供给空间入口13a的中心点和透过空间出口14b的中心点连结的假想直线。

θ2可以为5°以上，可以为15°以上，可以为25°以上，也可以为35°以上。θ2也可以为45°以上90°以下。即，θ2也可以满足45°≤θ2≤90°。

θ2还可以为50°以上，也可以为55°以上，还可以为60°以上。倾斜角度θ2可以实质上为75°。

膜分离装置100也可以在用发酵液S将供给空间13充满的状态下，将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2。

膜分离装置100适用于流通式(连续式)的膜分离方法。但是，膜分离装置100也可以用于分批式的膜分离方法。

(渗透气化膜)

图3是膜分离装置100所具备的渗透气化膜11的概略截面图。如图3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也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直接接触。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13，其多孔性支承体侧的主面11b露出于透过空间14。

本发明一个优选方式中，渗透气化膜11为使发酵液S中所含的有机化合物优先透过的膜(浓缩膜)。渗透气化膜11为浓缩膜的情况下，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。

(分离功能层)

渗透气化膜11为浓缩膜的情况下，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树脂。有机硅树脂在25℃下可以为固体，也可以为液体。作为有机硅树脂的具体例，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可以包含有机硅树脂。具备包含有机硅树脂的分离功能层1的渗透气化膜11适于发酵液S中所含的有机化合物的浓缩用途。

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。

包含含有疏水性材料的基质的分离功能层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。

本发明的另一优选方式中，渗透气化膜11为使发酵液S中所含的水优先透过的膜(脱水膜)。渗透气化膜11为脱水膜的情况下，透过流体S1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。另一方面，非透过流体S2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。

(分离功能层)

渗透气化膜11为脱水膜的情况下，分离功能层1为能够使发酵液S中所含的水优先透过的层。分离功能层1可以包含选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者。沸石具有高亲水性。聚酰亚胺与沸石相比是能够抑制由水引起的溶胀的材料。作为沸石的具体例，可举出硅质岩-1、硅质岩-2等结晶性硅酸盐、TS-1等结晶性钛硅酸盐等。具备包含选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者的分离功能层1的渗透气化膜11适于发酵液S中所含的水分的除去、即适于脱水用途。

分离功能层1可以包含聚酰亚胺作为主成分，也可以实质上仅由聚酰亚胺构成。分离功能层1可以包含沸石作为主成分，也可以实质上仅由沸石构成。

分离功能层1可以包含：包含选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者的基质；和分散于基质中的填料。填料被包埋于基质内。在基质内，可以是所有填料彼此间隔开，也可以部分聚集。作为填料，可以使用作为渗透气化膜11为浓缩膜的情况下分离功能层1中能够使用的填料举出的填料。

包含含有选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者的基质的分离功能层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，可以使用作为渗透气化膜11为浓缩膜的情况下的多孔性支承体2举出的多孔性支承体。

(保护层)

作为保护层，可以使用作为渗透气化膜11为浓缩膜的情况下的保护层举出的保护层。

(渗透气化膜的制作方法)

渗透气化膜11可以通过与渗透气化膜11为浓缩膜的情况同样的方法制作。

[膜分离装置的运转方法]

膜分离装置100的运转方法包括：从供给空间入口13a向膜分离装置100供给发酵液S；和通过渗透气化膜11将发酵液S分离为透过流体S1和非透过流体S2。根据膜分离装置100的运转方法，能够避免因供给至膜分离装置100的发酵液S的量的变动等而在膜分离装置100的内部产生局部的干固区域、发酵液S的滞留。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。

具体而言，膜分离装置100的运转方法例如如下实施。首先，通过位于比供给空间出口13b靠下方的位置的供给空间入口13a，将发酵液S从下方朝向上方供给至膜分离装置100的供给空间13。由此，能够使发酵液S与渗透气化膜11的一个面(例如，主面11a)与接触。

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。

发酵液S向膜分离装置100的供给量没有特别限定，根据膜分离装置100的处理能力而定。被供给至供给空间13的发酵液S也可以被预先加热。作为一例，供给至供给空间13的发酵液S的温度为15℃～75℃。

接着，在使发酵液S与渗透气化膜11的一个面接触的状态下，将与渗透气化膜11的另一个面(例如，主面11b)邻接的空间减压。详细而言，通过透过空间出口14b对透过空间14内进行减压。透过空间14内的减压例如可通过真空泵等减压装置进行。透过空间14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。

例如，渗透气化膜11为浓缩膜的情况下，通过对透过空间14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，透过流体S1被供给至透过空间14。透过流体S1通过透过空间出口14b被排出至膜分离装置100的外部。气体的透过流体S1例如用冷凝部等被冷却。由此，透过流体S1液化，得到液体的透过流体S1。

另一方面，渗透气化膜11为浓缩膜的情况下，发酵液S中的有机化合物的含有率从供给空间13的供给空间入口13a朝向供给空间出口13b逐渐降低。在供给空间13被处理的发酵液S(非透过流体S2)通过供给空间出口13b而被排出至膜分离装置100的外部。非透过流体S2典型地是液体。

如上所述，渗透气化膜11为浓缩膜的情况下，膜分离装置100的渗透气化膜11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100的发酵液S相比，通过膜分离装置100的运转而得到的透过流体S1中的有机化合物的含有率高。

在按照上述的膜分离装置100的运转方法以一定期间执行膜分离运转后，可以执行膜分离装置100的清洗运转。膜分离装置100的清洗运转也可以定期地执行。

根据本实施方式的运转方法，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，通过本实施方式的运转方法，能够以透过流体S1的形式制造有机化合物。

从本发明的另一侧面来看，本发明提供一种有机化合物的制造方法，其包括：

将包含挥发性有机化合物的发酵液S供给至具有渗透气化膜11的膜分离装置100；

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；和

回收透过流体S1，

其中，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，

膜分离装置100具备：

由渗透气化膜11隔开的供给空间13及透过空间14；

用于向供给空间13供给发酵液S的供给空间入口13a；和

用于将非透过流体S2从供给空间13排出的供给空间出口13b，

其中，供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置。

<膜分离装置的变形例>

(变形例1)

图4A是示出本实施方式的膜分离装置100的变形例1的概略截面图。变形例1的膜分离装置101具备具有渗透气化膜11的膜元件15。膜元件15配置在壳体12的内部。供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置。

膜元件15可以是螺旋型的膜元件、中空纤维型的膜元件、层叠有多个渗透气化膜的盘管型的膜元件、板框型的膜元件等。膜元件15典型地是螺旋型的膜元件。图4A是膜元件15为螺旋型的膜元件的情况的例子。

图5是示意性地示出螺旋型的膜元件的展开立体图。膜元件15也可以是如图5所示的螺旋型的膜元件。图5的螺旋型的膜元件15具备中心管16、和具有渗透气化膜11且卷绕于中心管16的膜叶17。中心管16从下方朝向上方延伸。中心管16也可以沿铅直方向延伸。

中心管16具有圆筒形状。在中心管16的表面形成有用于使透过流体S1流入中心管16的内部的贯通孔16h。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。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。中心管16的内径例如在20～100mm的范围内。

膜元件15具有多个膜叶17。各膜叶17还包含渗透气化膜11及透过侧流路材料19。例如，膜叶17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。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与渗透气化膜11组合使用。膜叶17的数量没有特别限定，例如为2～30。

膜元件15还具有供给侧流路材料18。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17。详细而言，多个供给侧流路材料18与多个膜叶17交替地层叠。供给侧流路材料18在膜叶17与膜叶17之间确保作为发酵液S的流路的空间(供给空间)。

作为供给侧流路材料18及透过侧流路材料19，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)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4A所示，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。第1端板12b安装于壳体12的下方侧的端部23a。壳体12的端部23a被第1端板12b封闭。第2端板12c安装于壳体12的上方侧的端部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的下方侧的端部23a。端口21b及端口22b设置于壳体12的上方侧的端部23b。

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

供给空间入口13a与端口21a连通，端口21a作为发酵液S的入口使用。中心管16在透过空间出口14b处连接至端口22b。即，端口22b用作透过流体S1的出口。供给空间出口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4所示的喷嘴状的开口。

膜分离装置101还具备配置于膜元件15与壳体12之间的空间的密封部件24。密封部件24例如具有环形状，在周向上包围膜元件15。密封部件24配置在膜元件15的下端侧。壳体12的内部空间被密封部件24分隔为空间25a和空间25b。空间25a位于比空间25b靠下方的位置。

在膜元件15为图5所示的螺旋型的膜元件的情况下，将膜元件15的中心轴L3相对于水平面P而言的倾斜角度定义为θ3。其中，在本实施方式中，θ3是指中心轴L3与水平面P之间的0°以上90°以下的范围内的最小角度。需要说明的是，如图4A所示，中心轴L3可被定义为中心管16的中心轴。

θ3可以为5°以上，可以为15°以上，可以为25°以上，也可以为35°以上。θ3也可以为45°以上90°以下。即，θ3也可以满足45°≤θ3≤90°。根据这样的结构，容易避免在膜分离装置100的内部产生局部的干固区域、发酵液S的滞留。

θ3还可以为50°以上，还可以为55°以上，还可以为60°以上，还可以为65°以上，还可以为70°以上。

在图4A所示的膜分离装置101中，θ1为35°以上90°以下。如图4A所示，θ1可以满足35°≤θ1≤90°。

在图4A所示的膜分离装置101中，θ2为55°以上90°以下。如图4A所示，θ2可以满足55°≤θ2≤90°。

在图4A所示的膜分离装置101中，θ3实质上是90°。如图4A所示，θ3可以实质上为90°。

在膜分离装置101中，也可以是，θ1满足35°≤θ1≤90°，且θ3实质上为90°。

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。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的上游侧端部的端部部件而被配置。

在膜分离装置101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101的搬运性优异。

在膜元件15为图5所示的螺旋型的膜元件的情况下，膜分离装置101的运转方法例如如下实施。首先，从端口21a(供给空间入口13a)供给发酵液S，对中心管16的内部空间进行减压。由此，透过了膜叶17的渗透气化膜11的透过流体S1向中心管16的内部移动。透过流体S1通过中心管16从端口22b(透过空间出口14b)向外部排出。在膜元件15中被处理了的发酵液S(非透过流体S2)从端口21b(供给空间出口13b)被排出至外部。

图4B是示出变形例1的另一例的概略截面图。图4B所示的膜分离装置111除了倾斜角度(θ1、θ2、θ3)不同以外，具有与图4A所示的膜分离装置101相同的构成。因此，对膜分离装置101和膜分离装置111中共通的要素标注相同的附图标记，并省略它们的说明。

在图4B所示的膜分离装置111中，将供给空间入口13a和供给空间出口13b连结的假想直线L1相对于水平面P而言的倾斜角度θ1大于0°且小于90°。如图4B所示，θ1可以满足0°<θ1<90°。根据这样的结构，更容易避免在膜分离装置111的内部产生局部的干固区域、发酵液S的滞留。

在图4B所示的膜分离装置111中，将供给空间入口13a和透过空间出口14b连结的假想直线L2相对于水平面P而言的倾斜角度θ2大于0°且小于90°。如图4B所示，θ2可以满足0°<θ2<90°。

在图4B所示的膜分离装置111中，θ1及θ2也可以满足θ1>θ2。在满足θ1>θ2的情况下，供给空间出口13b位于比透过空间出口14b靠上方的位置。根据这样的结构，容易避免在膜分离装置100的内部产生局部的干固区域、发酵液S的滞留。

在图4B所示的膜分离装置111中，膜元件15的中心轴L3相对于水平面P而言的倾斜角度θ3大于0°且小于90°。如图4B所示，θ3也可以满足0°<θ3<90°。

图4C是示出变形例1的又一例的概略截面图。图4C所示的膜分离装置121除了倾斜角度(θ1、θ2、θ3)不同以外，具有与图4A所示的膜分离装置101相同的构成。因此，对膜分离装置101和膜分离装置121中共通的要素标注相同的附图标记，并省略它们的说明。

在图4C所示的膜分离装置121中，将供给空间入口13a和供给空间出口13b连结的假想直线L1相对于水平面P而言的倾斜角度θ1大于0°且为55°以下。如图4C所示，θ1也可以满足0°<θ1≤55°。通过这样的结构，也能够在某种程度上避免在膜分离装置121的内部产生局部的干固区域、发酵液S的滞留。

在图4C所示的膜分离装置121中，将供给空间入口13a和透过空间出口14b连结的假想直线L2相对于水平面P而言的倾斜角度θ2为0°以上35°以下。如图4C所示，θ2也可以满足0°≤θ2≤35°。

在图4C所示的膜分离装置121中，膜元件15的中心轴L3相对于水平面P而言的倾斜角度θ3实质上为0°。如图4C所示，θ3可以实质上为0°。

上述的本实施方式的膜分离装置也可以将多个串联地连接来使用。在将多个膜分离装置串联地连接来使用的情况下，与图4A所示的膜分离装置101相比，图4B所示的膜分离装置111以及图4C所示的膜分离装置121在连接及设置容易这点上实用性高。与图4B所示的膜分离装置111相比，图4C所示的膜分离装置121的连接及设置更容易。另一方面，与图4C所示的膜分离装置121相比，图4A所示的膜分离装置101以及图4B所示的膜分离装置111能够向膜元件的内部填充更多的液体，能够进一步抑制膜分离装置的内部的局部的干固区域的增加。与图4B所示的膜分离装置111相比，图4A所示的膜分离装置101能够向膜元件的内部填充更多的液体。即，图4A所示的膜分离装置101对膜分离装置的内部的局部的干固区域的增加的抑制效果优异。图4C所示的膜分离装置121的实用性优异。图4B所示的膜分离装置111的实用性与膜分离装置内部的局部的干固区域的增加的抑制效果的平衡优异。

上述本实施方式的膜分离装置也可以相互组合、串联地连接来使用。

(变形例2)

图6是示出本实施方式的膜分离装置100的变形例2的概略截面图。变形例2的膜分离装置102还具备与供给空间13连接的流体排出口26，且流体排出口26位于比供给空间出口13b靠下方的位置，除此以外，具有与变形例1的膜分离装置101相同的结构。因此，对在上述的膜分离装置101和变形例2的膜分离装置102中共通的要素标注相同的附图标记，省略它们的说明。

有时流体S4流入并滞留在壳体12的内部空间(特别是空间25a)。流体S4例如是清洗膜分离装置102时的清洗液。根据膜分离装置102，能够从流体排出口26排出这样的流体S4。运转时，滞留在壳体12的内部空间的发酵液S等也可根据需要从排出口26排出。

在膜分离装置102所具备的膜元件15为图5所示那样的螺旋型的膜元件的情况下，流体排出口26也可以在中心管16的轴向上位于与供给空间入口13a相同的一侧。如图6所示，流体排出口26和供给空间入口13a也可以均设置在第1端板12b。

壳体12还包括端口27。端口27是用于将壳体12的内部和外部连通的端口。端口27设置于壳体12的下方侧的端部23a。也可以在第2端板12b设置端口27。

流体排出口26与端口27连通，端口27作为流体S4的出口使用。端口27可以是单纯的开口，也可以是如图6所示的喷嘴状的开口。

图6是相对于透过空间出口13a而言另行设置流体排出口25的情况的例子。但是，透过空间出口13a也可以兼作流体排出口25。即，也可以构成为能够从透过空间出口13a排出流体S4。

(变形例3)

图7是示出本实施方式的膜分离装置100的变形例3的概略截面图。变形例3的膜分离装置103除了壳体12的第1端板12b具有朝向壳体12的外部突出的圆锥状或截圆锥状以外，具有与变形例2的膜分离装置102相同的结构。因此，对在上述的膜分离装置102和变形例3的膜分离装置103中共通的要素标注相同的附图标记，省略它们的说明。

根据膜分离装置103，容易从流体排出口26排出流体S4。

<膜分离系统的第一实施方式>

图8是示出第一实施方式的膜分离系统1000的一例的概略构成图。如图8所示，本实施方式的膜分离系统1000具备上述的膜分离装置100、101、111、121、102或103作为膜分离装置。在以下以及图8中，为了方便，将膜分离装置100、101、111、121、102或103统称为膜分离装置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。

在膜分离系统1000中，渗透气化膜11是使发酵液S中含有的有机化合物优先透过的膜(浓缩膜)。

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贮藏有应向膜分离装置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。

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100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。

在膜分离系统1000中使用的膜分离装置100中，渗透气化膜11优选包含有机硅树脂。包含有机硅树脂的渗透气化膜11适合发酵液S中含有的有机化合物的浓缩、即适于浓缩用途。

<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100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各自的供给空间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9A、图9B及图10对膜分离系统1000的变形例进行详细说明。

(变形例1)

图9A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的供给空间出口13b和膜分离装置100B的供给空间入口13a连接。需要说明的是，在膜分离装置100A的供给空间入口13a连接有发酵液供给路径71，在膜分离装置100B的供给空间出口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的透过空间出口14b连接，第2部分72B与膜分离装置100B的透过空间出口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的渗透气化膜11A除了膜面积以外，可以与膜分离装置100B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的渗透气化膜11A及膜分离装置100B的渗透气化膜11B接触。

接着，通过透过空间出口14b对膜分离装置100A的透过空间14进行减压，通过透过空间出口14b对膜分离装置100B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及100B中的至少一方，使透过空间14的压力上升，结束膜分离运转。

在膜分离系统1001中，如图9A所示，多个膜分离装置100可以分别沿水平方向设置，并且串联地连接。根据这样的构成，能够充分地确保各膜分离装置100的稳定性。

在膜分离系统1001中，如图9B所示，多个膜分离装置100可以在铅直方向上重叠设置并且串联地连接。根据这样的构成，能够减少用于连接的配管的量。

(变形例2)

图10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的供给空间入口13a连接，第2部分71B与膜分离装置100B的供给空间入口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的供给空间出口13b连接，第2部分73B与膜分离装置100B的供给空间出口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的透过空间出口14b连接，第2部分72B与膜分离装置100B的透过空间出口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中配置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的渗透气化膜11A可以与膜分离装置100B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的渗透气化膜11A及膜分离装置100B的渗透气化膜11B接触。

接着，通过透过空间出口14b对膜分离装置100A的透过空间14进行减压，通过透过空间出口14b对膜分离装置100B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。

接着，对于膜分离装置100A及100B中的至少一方，使透过空间14的压力上升，结束膜分离运转。

<膜分离系统的第二实施方式>

图11是示出第二实施方式的膜分离系统2000的一例的概略构成图。如图11所示，本实施方式的膜分离系统2000具备上述的膜分离装置100、101、111、121、102或103作为膜分离装置。在以下以及图11中，为了方便，将膜分离装置100、101、111、121、102或103统称为膜分离装置100。需要说明的是，对在上述的第二实施方式的膜分离系统1000和第二实施方式的膜分离系统2000中共通的要素标注相同的附图标记，有时省略它们的说明。

在膜分离系统2000中，渗透气化膜11是使发酵液S中所含的水优先透过的膜(脱水膜)。

膜分离系统2000还可以具备用于回收透过流体S1的回收部80。回收部80能够回收从膜分离装置100送来的透过流体S1，并例如贮藏透过流体S1。回收部80例如是贮藏透过流体S1的罐。

膜分离系统2000还具备发酵液供给路径71、第1透过流体排出路径72a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。在发酵液供给路径71中可以配置过滤器，该过滤器用于除去发酵液S中所含的与发酵物的生成相关的微生物。

第1透过流体排出路径72a与膜分离装置100的透过流体出口(出口14b)以及回收部80的透过流体入口(入口81)连接，是用于从膜分离装置100向回收部80输送透过流体S1的路径。在第1透过流体排出路径72a中，可以配置减压装置40，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。

在第1透过流体排出路径72a中可以进一步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100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80之间(比减压装置40靠下游侧)。

膜分离系统2000还可以具备第2透过流体排出路径72b。第2透过流体排出路径72b可以构成为与回收部80的透过流体出口(出口82)及罐30的透过流体入口(入口33)连接，将透过流体S1送至罐30。即，在膜分离系统2000中，也可以是透过流体S1在罐30中与发酵液S混合，并在发酵液供给路径71、第1透过流体排出路径72a及第2透过流体排出路径72b中循环的构成。在将透过流体S1送至罐30的情况下，在罐30内，发酵液S与透过流体S1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。

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。也可以在非透过流体排出路径73中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。

膜分离系统2000还可以具备用于回收非透过流体S2的回收部90。非透过流体排出路径73也可以与回收部90的非透过流体入口(入口91)连接。回收部90回收从膜分离装置100送来的非透过流体S2，并例如能够贮藏非透过流体S2。回收部90例如是贮藏非透过流体S2的罐。在非透过流体排出路径73中可以配置过滤器，该过滤器用于除去非透过流体S2中所含的与发酵物的生成相关的微生物。

膜分离系统2000中使用的膜分离装置100中，渗透气化膜11优选包含选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者。包含选自由聚酰亚胺及沸石组成的组中的至少1者的渗透气化膜11适于发酵液S中所含的水分的除去，即适于脱水用途。

<膜分离系统所具备的膜分离装置的变形例>

与第一实施方式的膜分离系统1000同样地，本实施方式的膜分离系统2000也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连接。

实施例

以下，通过实施例及比较例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于此。

(实施例1)

作为实施例1的膜分离装置，使用了具有与图4A所示的膜分离装置101同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例1的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为78°。倾斜角度θ3设定为90°。

(实施例2)

作为实施例2的膜分离装置，使用了具有与图4B所示的膜分离装置111同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例2的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为32°。倾斜角度θ3设定为20°。

(实施例3)

作为实施例3的膜分离装置，使用了具有与图4B所示的膜分离装置111同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例3的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为27°。倾斜角度θ3设定为15°。

(实施例4)

作为实施例4的膜分离装置，使用了具有与图4B所示的膜分离装置111同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例4的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为22°。倾斜角度θ3设定为10°。

(实施例5)

作为实施例5的膜分离装置，使用了具有与图4B所示的膜分离装置111同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例5的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为17°。倾斜角度θ3设定为5°。

(实施例6)

作为实施例6的膜分离装置，使用了具有与图4C所示的膜分离装置121同样构成的螺旋型的膜分离装置。在实施例6的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为12°。倾斜角度θ3设定为0°。

(比较例1)

作为比较例1的膜分离装置，使用了图12所示的膜分离装置300。膜分离装置300除了供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠上方的位置之外，具有与图4C所示的膜分离装置121同样的构成。为了方便，对膜分离装置300和图4A所示的膜分离装置101中共通的要素标注相同的附图标记。在比较例1的膜分离装置中，倾斜角度θ1设定为12°。倾斜角度θ3设定为0°。

[渗透气化膜的制作]

首先，通过以下方法制作渗透气化膜。将有机硅树脂(Momentive PerformanceMaterials Japan公司制的YSR3022)1.650kg(固体成分浓度30wt％)、甲苯2.805kg、高硅沸石(联合昭和公司制的HiSiv3000)0.495kg、有机硅固化催化剂(Momentive PerformanceMaterials Japan公司制的YC6831)0.0495kg及作为固化迟延剂的乙酰丙酮0.0495kg混合，制备涂布液。接着，通过在厚度150μm的多孔性支承体(日东电工公司制的RS-50)上涂布涂布液而得到涂布膜(厚度500μm)。将涂布膜在90℃加热4分钟，使其干燥，由此制作厚度50μm的分离功能层。在分离功能层中，有机硅树脂与高硅沸石的重量比为50：50。由此，得到渗透气化膜。

[膜分离装置的制作]

使用制作的渗透气化膜，制作图5所示的螺旋型的膜元件。膜元件的外径为55mm、长度为300mm。将制作的膜元件配置在壳体的内部，制作膜分离装置。壳体的内径为62mm。

[排出液量的评价]

对于实施例及比较例的各膜分离装置，通过下述方法评价排出液量。使用水作为在膜分离装置中循环的液体。循环流量为100g/分钟。在上述条件下使液体在膜分离装置中循环，使液体充分地填充于膜元件。然后，停止循环，排出膜元件内部的液体。将排出的液体的重量视为排出液量。结果如表1所示。

[表1]

如表1所示，与使用了比较例1的膜分离装置的情况相比，在使用了实施例1～6的膜分离装置的情况下，排出液量多。即，与使用了比较例1的膜分离装置的情况相比，在使用了实施例1～6的膜分离装置的情况下，在膜元件的内部填充了更多的液体。根据该结果可知，通过使用供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置的膜分离装置，能够抑制膜分离装置的内部的局部的干固区域的增加。因此，推测通过使用供给空间入口13a位于比供给空间出口13b靠下方的位置的膜分离装置，能够抑制膜分离装置的内部的不希望的微生物的增殖。

与实施例2～6的膜分离装置相比，实施例1的膜分离装置的排出液量最多。根据该结果可知，通过使用具有与图4A所示的膜分离装置101同样构成的螺旋型的膜分离装置，对膜分离装置的内部的局部的干固区域的增加能够实现优异的抑制效果。实施例6的膜分离装置的排出液量比比较例1的膜分离装置多，并且与实施例1～5的膜分离装置相比连接及设置容易。根据该结果可知，通过使用具有与图4C所示的膜分离装置121同样构成的螺旋型的膜分离装置，能够在发挥膜分离装置的内部的局部的干固区域的增加的抑制效果的同时，提高实用性。实施例2～5的膜分离装置的排出液量较高，为481g～519g，且与实施例1的膜分离装置相比连接及设置容易。由该结果可知，通过使用具有与图4B所示的膜分离装置111同样构成的螺旋型的膜分离装置，能够实现实用性与对分离装置内部的局部的干固区域的增加的抑制效果之间优异的平衡。

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，其具备：

渗透气化膜，其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；

由所述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将所述发酵液供给至所述供给空间；和

供给空间出口，其用于将所述非透过流体从所述供给空间排出，

其中，所述供给空间入口位于比所述供给空间出口靠下方的位置。

2.根据权利要求1所述的膜分离装置，其还具备：

具有贯通孔的中心管；和

卷绕于所述中心管的膜叶，所述膜叶具有所述渗透气化膜。

3.根据权利要求2所述的膜分离装置，其中，所述中心管从下方朝向上方延伸。

4.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，将所述供给空间入口和所述供给空间出口连结的假想直线相对于水平面而言的倾斜角度为5°以上90°以下。

5.根据权利要求1所述的膜分离装置，其还具备用于将所述透过流体从所述透过空间排出的透过空间出口，

所述透过空间出口位于比所述供给空间入口靠上方的位置。

6.根据权利要求1所述的膜分离装置，其还具备与所述供给空间连接的流体排出口，

所述流体排出口位于比所述供给空间出口靠下方的位置。

7.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，所述透过流体中的所述有机化合物的含有率高于所述发酵液中的所述有机化合物的含有率。

8.根据权利要求1所述的膜分离装置，其中，在所述供给空间被所述发酵液充满的状态下，将所述发酵液分离为所述透过流体和所述非透过流体。

9.膜分离系统，其具备权利要求1～8中任一项所述的膜分离装置。

10.根据权利要求9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。

11.根据权利要求10所述的膜分离系统，其还具备：

将所述罐与所述供给空间入口连接的发酵液供给路径；和

非透过流体排出路径，其将所述供给空间出口与所述罐连接。

12.根据权利要求10所述的膜分离系统，其中，所述罐是用于生成所述有机化合物的发酵槽。

13.根据权利要求9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，所述膜分离装置具备：

渗透气化膜，其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；

由所述渗透气化膜隔开的供给空间及透过空间；

供给空间入口，其用于将所述发酵液供给至所述供给空间；和

供给空间出口，其用于将所述非透过流体从所述供给空间排出，

所述供给空间入口位于比所述供给空间出口靠下方的位置，

所述运转方法包括：

从所述供给空间入口向所述膜分离装置供给所述发酵液；和

通过所述渗透气化膜将所述发酵液分离为所述透过流体和所述非透过流体。