浸透蒸発

浸透気化法（または浸透気化分離法）は、非多孔性または多孔性の膜を通して液体の混合物を部分的に気化させることによって分離する処理方法である。^[1]

パーベーパレーションという用語は、プロセスの 2 つのステップ ((a)透過物が膜を透過し、(b) 透過物が蒸発して気相になる) を組み合わせた造語です。このプロセスは、その単純さとインライン性から、 精製や分析など、さまざまなプロセスで多くの業界で使用されています。

膜は、2 つの相（液相供給物と気相透過物）間の選択的バリアとして機能します。これにより、液相供給物の目的成分が蒸発によって膜を通過できるようになります。成分の分離は、膜を通過する個々の成分の輸送速度の違いに基づいています。

通常、膜の上流側は大気圧にあり、下流側は真空状態にあるため、膜を透過した選択成分が蒸発します。分離の原動力は、両側の成分の分圧の差であり、供給原料の成分の 揮発性の差ではありません。

さまざまな成分を輸送するための駆動力は、膜の両側にある液体供給/未透過物と蒸気透過物との間の化学ポテンシャル差によって提供されます。未透過物とは、膜供給チャンバーから出た供給物のうち、膜を透過しなかった残りの部分です。化学ポテンシャルは、液体の場合はラウールの法則、（理想）気体の場合はドルトンの法則によって与えられるフガシティで表すことができます。動作中、蒸気相透過物が除去されるため、実際の蒸気のフガシティは、収集された（凝縮された）透過物に基づいて予測される値よりも低くなります。

成分（水とエタノールなど）の分離は、膜を通過する個々の成分の輸送速度の違いに基づいています。この輸送メカニズムは、膜への成分の溶解速度/程度と膜を通過する輸送速度（拡散係数で表現）に基づく溶解拡散モデルを使用して説明できます。これらの速度/程度は、分離につながる成分と膜の種類ごとに異なります。

パーベーパレーションは、除去したい成分が微量または少量含まれる希薄溶液に有効です。これに基づいて、親水性膜は少量の水分を含むアルコールの脱水に使用され、疎水性膜は水溶液からの微量有機物の除去/回収に使用されます。

浸透蒸発法は、蒸留や蒸発などのプロセスに代わる効率的なエネルギー節約法です。直接接触することなく2つの相を交換できます。^[2]

例としては、溶媒の脱水（エタノール/水およびイソプロパノール/水の共沸混合物の脱水）、酵母発酵槽からの連続的なエタノール除去、エステル化などの縮合反応からの連続的な水の除去による反応の変換と速度の向上、膜導入質量分析、産業廃水からの有機溶媒の除去、蒸留と浸透気化/蒸気透過の組み合わせ、および水溶液中の疎水性フレーバー化合物の濃縮（疎水性膜を使用）が挙げられます。

最近、多くの有機親和性パーベーパレーション膜が市場に導入されています。有機親和性パーベーパレーション膜は、有機-有機混合物の分離、例えば、製油所ストリーム内の芳香族含有量の削減、共沸混合物の破壊、抽出媒体の精製、抽出後の製品ストリームの精製、有機溶媒の精製などに使用できます。

疎水性膜は多くの場合ポリジメチルシロキサンをベースとしており、実際の分離メカニズムは上記の溶解拡散モデルに基づいています。

親水性膜はより広く入手可能です。現在までに商業的に最も成功した浸透気化膜システムは、ポリビニルアルコールをベースとしています。最近では、ポリイミドをベースとした膜も入手可能になっています。ポリマー膜システムの本質的な欠点を克服するために、過去 10 年間にセラミック膜が開発されました。これらのセラミック膜は、マクロ多孔性支持体の上のナノ多孔性層で構成されています。細孔は、水分子を通過させ、エタノールなどの分子サイズの大きい他の溶媒を保持できるほど十分に大きくなければなりません。その結果、細孔サイズが約 4 Åの分子ふるいが得られます。このクラスの膜で最も広く入手可能なメンバーは、ゼオライトA をベースとした膜です。

これらの結晶性材料の代わりに、非晶質シリカ層の多孔質構造を分子選択性に合わせて調整することができます。これらの膜は、ゾルゲル化学プロセスによって製造されます。新しい親水性セラミック膜の研究は、チタニアまたはジルコニアに焦点が当てられてきました。ごく最近では、有機無機ハイブリッド材料の開発により、水熱安定性の画期的な進歩が達成されました。^{[引用が必要]}

• 物質移動

• フォンタルボ・アルザテ、ハビエル (2006)。二相流パーベーパレーションおよびハイブリッド蒸留プロセスの設計とパフォーマンス。オランダ、アイントホーフェン工科大学: JWL boekproducties。ISBN 978-90-386-3007-6。
• Matuschewski, Heike (2008)。MSE — 芳香族/脂肪族分離のための有機親和性浸透気化における改質膜。www.desline.com: 脱塩。
• Eslami, Shahabedin; Aroujalian, Abdolreza; Bonakdarpour, Babak; Raeesi, Ahamdreza (2008). 「浸透蒸発システムと発酵プロセスの結合」(PDF)。国際膜および膜技術会議 (ICOM2008)、米国ハワイ州ホノルル。