(57)【要約】【課題】マイクロ波吸収体を高粘度の原料と共存させてマイクロ波化学反応を均一に促進させることのできる安全性に優れたマイクロ波化学反応装置を提供する。【解決手段】マイクロ波非透過性材料からなり上面が開口した有底筒状の容器２と、前記容器の開口を閉じる蓋３と、回転軸及び羽根を有し、回転軸が前記蓋を貫通するとともに下方に向かうほどに容器の中心軸線に近づくように傾けられて蓋の偏芯位置に取り付けられた羽根車４と、前記容器の側面又は蓋に取り付けられたマイクロ波導波管５とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波非透過性材料からなり上面が開口した有底筒状の容器と、
前記容器の開口を閉じる蓋と、
回転軸及び羽根を有し、回転軸が前記蓋を貫通するとともに下方に向かうほどに容器の中心軸線に近づくように傾けられて蓋の偏芯位置に取り付けられた羽根車と、
前記容器の側面又は蓋に取り付けられたマイクロ波導波管と
を備えることを特徴とするマイクロ波化学反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波を用いて原料を加熱し、化学反応を促進する装置に関し、この装置は特に脂肪酸もしくは油脂とメチルアルコールなどのアルコールとを反応させてバイオディーゼル燃料を製造するために好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波は、これを反応原料に照射すると、短時間で昇温する、均一に原料が加熱されるなど多数の利点を有することから、種々の化学反応に利用することが提案されている。そして、マイクロ波化学反応においては、原料がサセプターなどのマイクロ波吸収体と共存させられ、マイクロ波吸収体にマイクロ波が照射されることにより、マイクロ波吸収体が低出力で高温に熱せられて、原料が吸収体との界面上で速く反応する。一方、反応容器には原料溶液を均一に混合するために撹拌手段が設けられている。通常これは加熱手段がマイクロ波であると否とに関わらず、容器の中央に回転軸が垂直になるように取り付けられた羽根車である（特許文献１及び２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０００?５１５０６４
【特許文献２】ＷＯ２００６／１３４８８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、バイオディーゼル燃料の原料となる脂肪酸や油脂のほとんどは粘度が高いことから、従来の撹拌手段としての羽根車を用いた場合、マイクロ波吸収体と上下方向に均一に混ざらず、反応が不均一に進行する。かといって、特許文献１に記載の装置のように容器の下からマイクロ波を照射するには、容器全体をセラミック等のマイクロ波透過性材料で構成しなければならず、そのため容器をステンレスの壁で囲むなどの安全対策を講じなければならず、コストが増す。
それ故、この発明の課題は、マイクロ波吸収体を高粘度の原料と共存させてマイクロ波化学反応を均一に促進させることのできる安全性に優れた装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
その課題を解決するために、この発明のマイクロ波化学反応装置は、
マイクロ波非透過性材料からなり上面が開口した有底筒状の容器と、
前記容器の開口を閉じる蓋と、
回転軸及び羽根を有し、回転軸が前記蓋を貫通するとともに下方に向うほどに容器の中心軸線に近づくように傾けられて蓋の偏芯位置に取り付けられた羽根車と、
前記容器の側面又は蓋に取り付けられたマイクロ波導波管と
を備えることを特徴とする。
【０００６】
この発明の装置によれば、容器がマイクロ波非透過性材料からなるので、ステンレス鋼のように機械的に高強度で反応系に対する耐性に優れた金属材料を選択して容器を設計することができる。そして、羽根車の回転軸が容器に対して傾いているので、粘度の高い原料とマイクロ波吸収体との混合物を水平方向だけでなく上下方向にも均一に混ぜることができる。従って、混合中にマイクロ波導波管を通じてマイクロ波を照射することにより、反応が速やかに且つ均一に進行する。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、安全性に優れた容器の中でマイクロ波吸収体を高粘度の原料と共存させてマイクロ波化学反応を均一に促進させることのできるので、エステル化、エステル交換、求核置換、求電子置換、求電子付加、求核付加、転移、脱離などの熱エネルギーを要する種々の反応において低出力短時間且つ少ない工数で生成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係るマイクロ波化学反応装置を示す構成図である。
【図２】同装置の要部を示す一部破断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は実施形態に係るマイクロ波化学反応装置（以下、「装置」という。）を示す構成図、図２は同装置の要部を示す一部破断正面図である。
装置１は、上面が開口したステンレス鋼製の有底円筒状の容器２、容器２の開口を閉じる蓋３、羽根車４、マイクロ波導波管５及び還流冷却器６を備える。
【００１０】
容器２の側面における上端付近には仕込み口２ａ、２ｂ、２ｃが、また底の中央にはドレン２ｄがそれぞれ形成されている。仕込み口２ａ、２ｃは互いに対向して形成され、仕込み口２ｂはそれらの周方向中間位置に形成されている。容器２の開口端面には鍔状のへルール２ｅが形成され、へルール２ｅと蓋３のへルール３ａとが図略のパッキンを介して合わせられた状態でクランプ５ｂにて気密に固定されうる。
【００１１】
蓋３には上方に向かうほど容器の中心から遠ざかるように傾いた羽根車取り付けポート３ｂと、同様に傾いた冷却器取り付けポート３ｃとが互いに周方向に１２０度の角度間隔だけ離された偏芯位置に形成されている。ポート３ｂの上方には羽根車４の駆動源である電動機４ａが、その出力軸がポート３ｂの中心線と一致するように取り付けられ、出力軸に羽根車４の回転軸４ｂが連結されている。回転軸４ｂの下端には回転軸４ｂに対して直交する４枚の羽根４ｃが固定されている。
【００１２】
そして、ポート３ｂから更に１２０度だけポート３ｃと反対方向に回転した位置に導波管５が取り付けられている。導波管５は、横断面が長方形をなし、その取り付け口は容器２内の流体が導波管５に侵入することのないようにフッ素樹脂製フィルター５ａで閉じられている。導波管５にはマイクロ波発生器５ｃが接続されている。また、ポート３ｃには還流冷却器６が連結されている。
【００１３】
装置１を用いて化学反応を起こさせる手順を、バイオディーゼル燃料の製造を例にして以下に説明する。
脂肪酸トリグリセリドを含む廃油Ａを濾過器８に通してポリエチレン製の廃油槽９に、メタノールＢをポリエチレン製のメタノール槽１０にそれぞれ貯えておく。系内で触媒を調整する。ドレン２ｄを閉じた状態で触媒をサセプターとともに容器２内に入れて蓋３を閉じ、クランプ５ｂで蓋３を固定し、廃油槽９及びメタノール槽１０からそれぞれの仕込み口を介して容器２内に廃油Ａ及びメタノールＢを所定比率で投入する。その後、図略の安全弁を開くとともに、冷却水入り口６１より冷却水を還流冷却器６内に導入し、冷却水出口６２より排出し、電動機４ａに通電して羽根車４を回転させながら、導波管５を介してマイクロ波発生器５ｃより触媒とサセプターと原料との混合物に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。
【００１４】
投入された廃油Ａ及びメタノールＢは、羽根車４の作用で脂肪酸トリグリセリドとメタノールとが分子レベルで混ざり合うとともに、触媒とも均一に混ざり合う。マイクロ波の電磁エネルギーはサセプターに吸収されて熱に変化し、サセプターを急速に昇温させる。このためサセプターと原料との界面での触媒作用により脂肪酸のメチルエステル化反応が起こる。サセプターの昇温に伴って気化した原料は、還流冷却器６によって再度液化されるので、原料組成が変わることはない。反応が完了したら、ドレン２ｄを開いて生成物である脂肪酸メチルエステルを取り出す。
【００１５】
装置１ではマイクロ波導波管５を蓋３に取り付けたが、これに代えて回転軸４ｂの取り付け位置と平面視において位相の異なる位置の、容器２の側面上端付近（例えば仕込み口２ａと仕込み口２ｂとの間）に取り付けられていてもよい。これにより、マイクロ波導波管５の下端が反応系の液面に一層近くなり、マイクロ波出力の減衰が抑制される。また、装置１では反応系の冷却手段として還流冷却器６を用いたが、これに代えて容器２の外周面に仕込み口と干渉しないように冷却管を巻いても良い。
【符号の説明】
【００１６】
１  マイクロ波化学反応装置
２  容器
３  蓋
４  羽根車
５  導波管
６  冷却器
【図１】
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【図２】
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