(57)【要約】【課題】第１に連続運転すると、アルコールの分離効率がおちてくるが、これは、通風気体がアルコールで飽和してしまい、気液界面にアルコールの表面過剰層が形成されなくなるからであり、第２は通風の効率の問題であり、さらに、第３に溶液温度の上昇の問題がある。【解決手段】両親媒性分子溶液を保持する保持容器１の底部に超音波振動子２が装着され、この超音波振動子２に発振器３から発振出力が印加され、又、保持容器１に分離した疎水性媒質を冷却する冷却装置４が接続され、冷却装置４で冷却された疎水性媒質は回収装置５で回収され、疎水性媒質が回収された残りの気体は送風装置６で保持容器１の上部に送風され、さらに、保持容器１に両親媒性分子溶液を供給する供給装置７が接続され、さらに、供給装置７から保持容器１に供給される両親媒性分子媒質を冷却する冷却装置８が接続され、又、保持容器１に排出装置９が接続されている。【選択図】　　　　図１
2004041921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両親媒性分子溶液を保持する手段と、該両親媒性分子溶液を保持する手段に接続された冷却手段と、該冷却手段に接続された回収手段と前記冷却手段に接続された送風手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に両親媒性分子溶液を供給する手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動手段とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項２】
前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項３】
前記回収手段は、前記送風手段によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却手段によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項４】
前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収手段によって除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項５】
前記送風手段によって送られる気体は前記両親媒性分子溶液を保持する手段の気液界面に平行に行うことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項６】
前記両親媒性分子溶液を供給する手段に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項７】
前記送風手段によって送られる気体は非親水性であることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項８】
両親媒性分子溶液を保持する保持容器と、該保持容器に接続された冷却装置と、該冷却装置に接続された回収装置と前記冷却装置に接続された送風装置と、前記保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項９】
前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１０】
前記回収装置は、前記送風装置によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却装置によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１１】
前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収装置によって除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１２】
前記送風装置によって送られる気体は前記保持容器の両親媒性分子溶液の気液界面に平行に送られることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１３】
前記両親媒性分子溶液を供給する供給装置に冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１４】
前記送風装置によって送られる気体は窒素であることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１５】
ハウジングと、該ハウジングの上部に装着した保持容器と、該保持容器の底部に装着された超音波振動子と、該超音波振動子に発振出力を印加する発振器と、保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器から両親媒性分子溶液を排出する排出装置と、前記保持容器の下部の前記ハウジング内に装着された冷却装置と、該冷却装置の下部に装着された静電気の回収装置と、前記ハウジングの底部に形成された回収部と、該回収部で回収された両親媒性分子溶液を溜めるタンクと、前記ハウジングの最上部と最下部にそれぞれ一端を装着したパイプと、該パイプの他端にそれぞれ接続された送風装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、両親媒性分子溶液から両親媒性分子を除去する両親媒性分子溶液の分離方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波によりアルコールを分離する方法としては、特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報に記載されたものが知られている。これらの特許公報には、アルコールの分離がキャビテーションによって起こるとしているので、気液界面の状態については考慮がなされていない。従って、次のような問題点が発生する。
【０００３】
（１）第１に連続運転すると、アルコールの分離効率がおちてくるが、これは、通風気体がアルコールで飽和してしまい、気液界面にアルコールの表面過剰層が形成されなくなるからである。すなわち、液相側のアルコールが気液界面に並ぶことが気体中のアルコール分子によって妨げられてしまうからである（気相側にアルコールが多くなると、液相側のアルコールが反発して界面に並ばなくなるからである）。通風気体がアルコールで飽和する理由は、通風気体の冷却だけでは気体中のアルコールを十分取ることができないためであり、固体凝縮カラムによる方法もカラムの取り替えが必要になる。
【０００４】
（２）第２は通風の効率の問題であるが、上記特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報では、キャビテーションを発生させるために気体を溶液中に戻しているので、気液界面に効率よく通風することができない。従って、液体から分離されたアルコールを効率よく運び去ることができないので、気液界面の気相側にアルコール分子が残り、液相側でのアルコールの表面過剰が阻害される。
【０００５】
通風に関しては、特開平９−１８７６０１号公報に記載の装置は、上部から風を当て、上方にミストを流す方法が開示されている。この公報では、風向は１８０度反転することになる。また、特開平８−２４５０１号公報、特開平８−１９７３５号公報は横から風を当てる方式であり、ミストは上部に流す構造になっている。すなわち、風向きを９０度変更している。これらの公報では、通風がスムーズではなく、気相界面（図では水柱付近）にあるアルコールミストを効率的に運び去ることができない。特開平７−１８５２０３号公報も下から上にミストを運ぶ方法であり、ミストは気液界面に留まり易い。
【０００６】
（３）第３に溶液温度の上昇の問題がある。液温上昇に関しては、上記特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報に記載のものは考慮されていない。ミストを集める段階で冷却を行っているが、気体を冷却しただけでは、溶液を十分冷却することはできない。また、特開平９−７５６０１号公報には、溶液を冷却する手段が開示されている。しかし、溶液を冷却しただけでは分離効率を上げることはできない。特開平９−７５６０１号公報の第２図には、温度を下げることで分離効率を上げることができることが開示されているが、これは通風によって気相のアルコールミストを十分除去した時に得られる特性であり、気相のアルコール濃度が高くなると、表面過剰が起きなくなり、液相の界面側にエタノール分子が集まらなくなり、従って、特開平９−７５６０１号公報では、第２図の条件を持続することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
超音波による分離のメカニズムは、現在、キャビテーションとキャピラリー波による議論が進められていて、はっきりした定説が確立されている訳ではない。例えば、特開平９−７５６０１号では、キャビテーションを発生させない条件で霧化を行う技術が開示されている。しかし、本発明者は、キャピラリー波による超音波霧化が分離のメカニズムであると考えている。従って、上記（１）〜（３）が満たされることが必要不可欠であり、どの技術を欠いても効率的なアルコールの超音波分離を行うことができない。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、両親媒性分子溶液を保持する手段と、該両親媒性分子溶液を保持する手段に接続された冷却手段と、該冷却手段に接続された回収手段と前記冷却手段に接続された送風手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に両親媒性分子溶液を供給する手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動手段とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法であり、又、前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去するものであり、さらに、前記回収手段は、前記送風手段によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却手段によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去するものであり、前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収手段によって除去するものであり、前記送風手段によって送られる気体は前記両親媒性分子溶液を保持する手段の気液界面に平行に行うものであり、前記両親媒性分子溶液を供給する手段に冷却手段を設けたものであり、前記送風手段によって送られる気体は非親水性であり、又、両親媒性分子溶液を保持する保持容器と、該保持容器に接続された冷却装置と、該冷却装置に接続された回収装置と前記冷却装置に接続された送風装置と、前記保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置であり、前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去するものであり、又、前記回収装置は、前記送風装置によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却装置によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去するものであり、さらに、前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収装置によって除去するものであり、前記送風装置によって送られる気体は前記保持容器の両親媒性分子溶液の気液界面に平行に送られるものであり、前記両親媒性分子溶液を供給する供給装置に冷却装置を設けたものであり、前記送風装置によって送られる気体は窒素であり、又、ハウジングと、該ハウジングの上部に装着した保持容器と、該保持容器の底部に装着された超音波振動子と、該超音波振動子に発振出力を印加する発振器と、保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器から両親媒性分子溶液を排出する排出装置と、前記保持容器の下部の前記ハウジング内に装着された冷却装置と、該冷却装置の下部に装着された静電気の回収装置と、前記ハウジングの底部に形成された回収部と、該回収部で回収された両親媒性分子溶液を溜めるタンクと、前記ハウジングの最上部と最下部にそれぞれ一端を装着したパイプと、該パイプの他端にそれぞれ接続された送風装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させて回収するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、両親媒性分子溶液を保持する保持容器に両親媒性分子溶液を供給し、保持溶液の両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させ、送風装置により気体を送風して回収するようにしたので、保持容器内の両親媒性分子溶液の疎水性媒質の表面過剰層が常に形成され、疎水性媒質を効率良く回収することができる。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置の構成図で、両親媒性分子溶液を保持する保持容器１の底部に超音波振動子２が装着され、この超音波振動子２に発振器３から発振出力が印加され、又、保持容器１に分離した疎水性媒質を冷却する冷却装置４が接続され、冷却装置４で冷却された疎水性媒質は回収装置５で回収され、疎水性媒質が回収された残りの気体は送風装置６で保持容器１の上部に送風され、さらに、保持容器１に両親媒性分子溶液を供給する供給装置７が接続され、さらに、供給装置７から保持容器１に供給される両親媒性分子媒質を冷却する冷却装置８が接続され、又、保持容器１に排出装置９が接続されている。
【００１１】
このように構成した本実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置では、保持容器１に供給された両親媒性分子溶液１０に超音波振動子２から超音波が照射されると、図２に示すように、気液界面に過剰な両親媒性分子が供給されるので、界面活性効果により親水基１０ｂから疎水基１０ａが分離して両親媒性分子溶液１０から空中に疎水基１０ａが分離して空中に浮遊し、送風装置６から気体を送風することにより、浮遊した疎水基１０ａが気体とともに移動して冷却装置４で冷却され、回収装置５で回収される。アルコールなどの両親媒性分子は、親水基と疎水基を持つ。気液界面には、気相に疎水基１０ａを突き出すように両親媒性分子が並ぶ。従って、気液界面は両親媒性分子が多い状態になる。これを表面過剰と呼ぶ。超音波で気液界面にキャピラリー波を起こすと、表面が波立つことで表面積が広くなり、従って、気液界面により多くの両親媒性分子が供給されることになる。この時、キャピラリー波の波頭がミストとして分離されるが、このミストは両親媒性分子の濃度が高くなっている。このミストを回収することで、両親媒性分子を分離することができる。これが超音波分溜、超音波分離あるいは超音波蒸留のメカニズムである。
【００１２】
ここで、所望時間経過した後、供給装置７より冷却装置８で冷却された両親媒性分子溶液が供給すると、送風装置６により両親媒性分子が少なくなった両親媒性分子溶液１０の表面に両親媒性分子１０が供給されるので、超音波振動子２から照射される超音波によって気液界面に過剰な両親媒性分子が供給され、親水基１０ｂから疎水基１０ａが分離して両親媒性分子溶液１０から空中に疎水基１０ａが分離して空中に浮遊し、送風装置６から気体を送風することにより、浮遊した疎水基１０ａが気体とともに移動して冷却装置４で冷却され、回収装置５で回収される動作を繰り返す。送風装置６から送る気体は空気あるいは窒素である。この気体から両親媒性分子を除去することで、表面過剰層の形成を持続させることができる。送風する気体から両親媒性分子を十分に除去できないと、気液界面に疎水基を突き出して並んだ分子は気体中の両親媒性分子の疎水基に反発することになり、表面過剰を抑えてしまう。
【００１３】
本発明は、このように、界面活性効果により分離された疎水基１０ａが多数浮遊しても送風装置６からの気体により両親媒性分子溶液１０の疎水基１０ａを冷却装置４に送風して冷却し、回収装置５で回収し、回収できない疎水基１０ａは再び保持溶液１に送風装置により送風され、両親媒性分子溶液１０から分離されて浮遊された疎水基１０ａとともに再び冷却装置４で冷却されて回収装置５で回収されるので、効率良く疎水基１０ａを回収することができる。従って、冷却装置４と回収装置５で十分に両親媒性分子を回収しておくことが本発明の分離効率を高めることにつながる。
【００１４】
なお、本発明では、送風装置６から送風された気体は両親媒性分子溶液１０の気液界面にほぼ平行に送風される。これはキャピラリー波の波頭から分離したミストを効率よく運び去るためである。風向が気液界面に垂直であると、ミストが液に戻ったり、あるいはミスト中の疎水基に反発して液体側の表面過剰が抑制されるからである。両親媒性分子のミストをすみやかに気液界面から運び去ることが重要である。
【００１５】
図３は本発明の他の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置の構成図で、ハウジング１１の上部に保持容器１２が装着され、保持容器１２にハウジング１１の外部の上部に装着された供給装置１３から両親媒性分子溶液１０がパイプ１３ａによって供給され、保持溶液１２の下部に装着されたパイプ１４ａに外部に装着された排出装置１４が接続され、又、保持容器１２の底部に１つ又は複数の超音波振動子１５が装着され、この超音波振動子１５にハウジング１１の側部に装着した発振器１６から発振出力が印加され、ハウジング１１の保持容器１２の下方に冷却装置１７が装着され、この冷却装置１７はハウジング１１の側面に装着された冷却回路１８によって冷却温度が制御され、さらに、冷却装置１７の下方に静電気による回収装置１９が装着され、ハウジング１１の下方に回収部１１ａが構成され、回収部１１ａで回収された両親媒性分子溶液１０はタンク２０で回収され、さらに、ハウジング１１の上部と下部にパイプ２１ａ、２１ｂが接続され、これらのパイプ２１ａと２１ｂの間に送風装置２１が装着されている。
【００１６】
このように構成された本実施例では、超音波振動子１５に発振器１６から発振出力が印加されると、超音波振動子１５から超音波が両親媒性分子溶液１０に印加されることにより、両親媒性分子溶液１０の表面に界面過剰現象によって両親媒性分子が過剰に供給され、ここで、送風装置２１から気体が両親媒性分子溶液１０の表面に平行に送風されると、両親媒性分子溶液１０から浮遊した疎水基１０ａを含む気体がハウジング１１の側部を通って下方に流れ、冷却装置１７で冷却されて下方に送られ、さらに、静電気による回収装置１９によって両親媒性分子の疎水基１０ａが回収され、回収された疎水基１０ａは回収部１１ａに集められ、タンク２０で回収され、又、所望時間が経過した後、保持容器１１から両親媒性分子溶液１０が排出装置１４で排出され、その後、供給装置１３から保持容器１１に両親媒性分子溶液１０が供給される。本実施例は、超音波分溜のミスト回収手段として、静電回収を用いる１例を示している。冷却で回収しきれない両親媒性分子を静電的に回収する。回収効率を上げることで、送風する気体から両親媒性分子を十分に取り除き、その結果として表面過剰を十分に起こすことができるという良い循環に持ち込むことができる。
【００１７】
本実施例においても、両親媒性分子溶液１０に超音波振動子１５から超音波を照射することにより、両親媒性分子溶液１０の表面に両親媒性分子の過剰現象が生じ、送風装置２１から気体が送風されると、両親媒性分子溶液１０から浮遊した疎水基１０ａが送風された気体で送風されるので、送風された気体を冷却して回収することにより、疎水基１０ａを確実に回収することができる。送風する気体を窒素とすることで、放電によるオゾン発生を抑える事ができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置では、両親媒性分子溶液を保持する保持容器に両親媒性分子溶液を供給し、保持溶液の両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて疎水性媒質を浮遊させ、送風装置により気体を送風して回収するようにしたので、保持容器内の両親媒性分子溶液の疎水性媒質の表面過剰層が常に形成され、疎水性媒質を効率良く回収することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置のブロック図である。
【図２】図１の方法及び装置において、気液界面に過剰な両親媒性分子が過剰に供給される状態を示した図である。
【図３】本発明の他の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置のブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　保持容器
２　　　　　　　　超音波振動子
３　　　　　　　　発振器
４　　　　　　　　冷却装置
５　　　　　　　　回収装置
６　　　　　　　　送風装置
７　　　　　　　　供給装置
８　　　　　　　　冷却装置
９　　　　　　　　排出装置
１０　　　　　　　両親媒性分子溶液
１１　　　　　　　ハウジング
１２　　　　　　　保持容器
１３　　　　　　　供給装置
１４　　　　　　　排出装置
１５　　　　　　　超音波振動子
１６　　　　　　　発振器
１７　　　　　　　冷却装置
１８　　　　　　　冷却回路
１９　　　　　　　回収装置
２０　　　　　　　回収タンク
２１　　　　　　　送風装置
【図１】
2004041921.tif 000003
【図２】
2004041921.tif 000004
【図３】
2004041921.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月29日(2002.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】両親媒性分子溶液を保持する手段と、該両親媒性分子溶液を保持する手段に接続された冷却手段と、該冷却手段に接続された回収手段と前記冷却手段に接続された送風手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に両親媒性分子溶液を供給する手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動手段とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させ、両親媒性分子を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項２】前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項３】前記回収手段は、前記送風手段によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却手段によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項４】前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収手段によって除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項５】前記送風手段によって送られる気体は前記両親媒性分子溶液を保持する手段の気液界面に平行に行うことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項６】前記両親媒性分子溶液を供給する手段に冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項７】前記送風手段によって送られる気体は非親水性であることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離方法。
【請求項８】両親媒性分子溶液を保持する保持容器と、該保持容器に接続された冷却装置と、該冷却装置に接続された回収装置と前記冷却装置に接続された送風装置と、前記保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項９】前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１０】前記回収装置は、前記送風装置によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却装置によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１１】前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収装置によって除去することを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１２】前記送風装置によって送られる気体は前記保持容器の両親媒性分子溶液の気液界面に平行に送られることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１３】前記両親媒性分子溶液を供給する供給装置に冷却装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１４】前記送風装置によって送られる気体は窒素であることを特徴とする請求項１記載の両親媒性分子溶液の分離装置。
【請求項１５】ハウジングと、該ハウジングの上部に装着した保持容器と、該保持容器の底部に装着された超音波振動子と、該超音波振動子に発振出力を印加する発振器と、保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器から両親媒性分子溶液を排出する排出装置と、前記保持容器の下部の前記ハウジング内に装着された冷却装置と、該冷却装置の下部に装着された静電気の回収装置と、前記ハウジングの底部に形成された回収部と、該回収部で回収された両親媒性分子溶液を溜めるタンクと、前記ハウジングの最上部と最下部にそれぞれ一端を装着したパイプと、該パイプの他端にそれぞれ接続された送風装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、両親媒性分子溶液から両親媒性分子を除去する両親媒性分子溶液の分離方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波によりアルコールを分離する方法としては、特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報に記載されたものが知られている。これらの特許公報には、アルコールの分離がキャビテーションによって起こるとしているので、気液界面の状態については考慮がなされていない。従って、次のような問題点が発生する。
【０００３】
（１）第１に連続運転すると、アルコールの分離効率がおちてくるが、これは、通風気体がアルコールで飽和してしまい、気液界面にアルコールの表面過剰層が形成されなくなるからである。すなわち、液相側のアルコールが気液界面に並ぶことが気体中のアルコール分子によって妨げられてしまうからである（気相側にアルコールが多くなると、液相側のアルコールが反発して界面に並ばなくなるからである）。通風気体がアルコールで飽和する理由は、通風気体の冷却だけでは気体中のアルコールを十分取ることができないためであり、固体凝縮カラムによる方法もカラムの取り替えが必要になる。
【０００４】
（２）第２は通風の効率の問題であるが、上記特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報では、キャビテーションを発生させるために気体を溶液中に戻しているので、気液界面に効率よく通風することができない。従って、液体から分離されたアルコールを効率よく運び去ることができないので、気液界面の気相側にアルコール分子が残り、液相側でのアルコールの表面過剰が阻害される。
【０００５】
通風に関しては、特開平９−１８７６０１号公報に記載の装置は、上部から風を当て、上方にミストを流す方法が開示されている。この公報では、風向は１８０度反転することになる。また、特開平８−２４５０１号公報、特開平８−１９７３５号公報は横から風を当てる方式であり、ミストは上部に流す構造になっている。すなわち、風向きを９０度変更している。これらの公報では、通風がスムーズではなく、気相界面（図では水柱付近）にあるアルコールミストを効率的に運び去ることができない。特開平７−１８５２０３号公報も下から上にミストを運ぶ方法であり、ミストは気液界面に留まり易い。
【０００６】
（３）第３に溶液温度の上昇の問題がある。液温上昇に関しては、上記特公平３−２３１４９号公報及び特公平５−７１２２３号公報に記載のものは考慮されていない。ミストを集める段階で冷却を行っているが、気体を冷却しただけでは、溶液を十分冷却することはできない。また、特開平９−７５６０１号公報には、溶液を冷却する手段が開示されている。しかし、溶液を冷却しただけでは分離効率を上げることはできない。特開平９−７５６０１号公報の第２図には、温度を下げることで分離効率を上げることができることが開示されているが、これは通風によって気相のアルコールミストを十分除去した時に得られる特性であり、気相のアルコール濃度が高くなると、表面過剰が起きなくなり、液相の界面側にエタノール分子が集まらなくなり、従って、特開平９−７５６０１号公報では、第２図の条件を持続することはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
超音波による分離のメカニズムは、現在、キャビテーションとキャピラリー波による議論が進められていて、はっきりした定説が確立されている訳ではない。例えば、特開平９−７５６０１号では、キャビテーションを発生させない条件で霧化を行う技術が開示されている。しかし、本発明者は、キャピラリー波による超音波霧化が分離のメカニズムであると考えている。従って、上記（１）〜（３）が満たされることが必要不可欠であり、どの技術を欠いても効率的なアルコールの超音波分離を行うことができない。
【０００８】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、両親媒性分子溶液を保持する手段と、該両親媒性分子溶液を保持する手段に接続された冷却手段と、該冷却手段に接続された回収手段と前記冷却手段に接続された送風手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に両親媒性分子溶液を供給する手段と、前記両親媒性分子溶液を保持する手段に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動手段とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離方法であり、又、前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去するものであり、さらに、前記回収手段は、前記送風手段によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却手段によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去するものであり、前記回収手段は、前記送風手段によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収手段によって除去するものであり、前記送風手段によって送られる気体は前記両親媒性分子溶液を保持する手段の気液界面に平行に行うものであり、前記両親媒性分子溶液を供給する手段に冷却手段を設けたものであり、前記送風手段によって送られる気体は非親水性であり、又、両親媒性分子溶液を保持する保持容器と、該保持容器に接続された冷却装置と、該冷却装置に接続された回収装置と前記冷却装置に接続された送風装置と、前記保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器に保持された溶液の表面を振動させる超音波振動装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させて回収することを特徴とする両親媒性分子溶液の分離装置であり、前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を除去するものであり、又、前記回収装置は、前記送風装置によって送られた前記両親媒性分子を含む気体を前記冷却装置によって冷却することにより、前記両親媒性分子を除去するものであり、さらに、前記回収装置は、前記送風装置によって送られる気体で前記両親媒性分子溶液から発生した両親媒性分子を静電気回収装置によって除去するものであり、前記送風装置によって送られる気体は前記保持容器の両親媒性分子溶液の気液界面に平行に送られるものであり、前記両親媒性分子溶液を供給する供給装置に冷却装置を設けたものであり、前記送風装置によって送られる気体は窒素であり、又、ハウジングと、該ハウジングの上部に装着した保持容器と、該保持容器の底部に装着された超音波振動子と、該超音波振動子に発振出力を印加する発振器と、保持容器に両親媒性分子溶液を供給する供給装置と、前記保持容器から両親媒性分子溶液を排出する排出装置と、前記保持容器の下部の前記ハウジング内に装着された冷却装置と、該冷却装置の下部に装着された静電気の回収装置と、前記ハウジングの底部に形成された回収部と、該回収部で回収された両親媒性分子溶液を溜めるタンクと、前記ハウジングの最上部と最下部にそれぞれ一端を装着したパイプと、該パイプの他端にそれぞれ接続された送風装置とからなり、前記両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させて回収するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、両親媒性分子溶液を保持する保持容器に両親媒性分子溶液を供給し、保持溶液の両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させ、送風装置により気体を送風して回収するようにしたので、保持容器内の両親媒性分子溶液の疎水性媒質の表面過剰層が常に形成され、両親媒性分子を効率良く回収することができる。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置の構成図で、両親媒性分子溶液を保持する保持容器１の底部に超音波振動子２が装着され、この超音波振動子２に発振器３から発振出力が印加され、又、保持容器１に分離した両親媒性分子を冷却する冷却装置４が接続され、冷却装置４で冷却された両親媒性分子は回収装置５で回収され、両親媒性分子が回収された残りの気体は送風装置６で保持容器１の上部に送風され、さらに、保持容器１に両親媒性分子溶液を供給する供給装置７が接続され、さらに、供給装置７から保持容器１に供給される両親媒性分子媒質を冷却する冷却装置８が接続され、又、保持容器１に排出装置９が接続されている。
【００１１】
このように構成した本実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置では、保持容器１に供給された両親媒性分子溶液１０に超音波振動子２から超音波が照射されると、図２に示すように、気液界面に過剰な両親媒性分子が供給されるので、送風装置６から気体を送風することにより、両親媒性分子が気体とともに移動して冷却装置４で冷却され、回収装置５で回収される。アルコールなどの両親媒性分子は、親水基と疎水基を持つ。気液界面には、気相に疎水基１０ａを突き出すように両親媒性分子が並ぶ。従って、気液界面は両親媒性分子が多い状態になる。これを表面過剰と呼ぶ。超音波で気液界面にキャピラリー波を起こすと、表面が波立つことで表面積が広くなり、従って、気液界面により多くの両親媒性分子が供給されることになる。この時、キャピラリー波の波頭がミストとして分離されるが、このミストは両親媒性分子の濃度が高くなっている。このミストを回収することで、両親媒性分子を分離することができる。これが超音波分溜、超音波分離あるいは超音波蒸留のメカニズムである。
【００１２】
ここで、所望時間経過した後、供給装置７より冷却装置８で冷却された両親媒性分子溶液が供給すると、送風装置６により両親媒性分子が少なくなった両親媒性分子溶液１０の表面に両親媒性分子１０が供給されるので、超音波振動子２から照射される超音波によって気液界面に過剰な両親媒性分子が供給され、送風装置６から気体を送風することにより、気体とともに移動して冷却装置４で冷却され、回収装置５で回収される動作を繰り返す。送風装置６から送る気体は空気あるいは窒素である。この気体から両親媒性分子を除去することで、表面過剰層の形成を持続させることができる。送風する気体から両親媒性分子を十分に除去できないと、気液界面に疎水基を突き出して並んだ分子は気体中の両親媒性分子の疎水基に反発することになり、表面過剰を抑えてしまう。
【００１３】
本発明は、このように、送風装置６からの気体により両親媒性分子溶液１０を冷却装置４に送風して冷却し、回収装置５で回収し、回収できない疎水基１０ａは再び保持溶液１に送風装置により送風され、両親媒性分子溶液１０を再び冷却装置４で冷却して回収装置５で回収されるので、効率が良く、従って、冷却装置４と回収装置５で十分に両親媒性分子を回収しておくことが本発明の分離効率を高めることにつながる。
【００１４】
なお、本発明では、送風装置６から送風された気体は両親媒性分子溶液１０の気液界面にほぼ平行に送風される。これはキャピラリー波の波頭から分離したミストを効率よく運び去るためである。風向が気液界面に垂直であると、ミストが液に戻ったり、あるいはミスト中の疎水基に反発して液体側の表面過剰が抑制されるからである。両親媒性分子のミストをすみやかに気液界面から運び去ることが重要である。
【００１５】
図３は本発明の他の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置の構成図で、ハウジング１１の上部に保持容器１２が装着され、保持容器１２にハウジング１１の外部の上部に装着された供給装置１３から両親媒性分子溶液１０がパイプ１３ａによって供給され、保持溶液１２の下部に装着されたパイプ１４ａに外部に装着された排出装置１４が接続され、又、保持容器１２の底部に１つ又は複数の超音波振動子１５が装着され、この超音波振動子１５にハウジング１１の側部に装着した発振器１６から発振出力が印加され、ハウジング１１の保持容器１２の下方に冷却装置１７が装着され、この冷却装置１７はハウジング１１の側面に装着された冷却回路１８によって冷却温度が制御され、さらに、冷却装置１７の下方に静電気による回収装置１９が装着され、ハウジング１１の下方に回収部１１ａが構成され、回収部１１ａで回収された両親媒性分子溶液１０はタンク２０で回収され、さらに、ハウジング１１の上部と下部にパイプ２１ａ、２１ｂが接続され、これらのパイプ２１ａと２１ｂの間に送風装置２１が装着されている。
【００１６】
このように構成された本実施例では、超音波振動子１５に発振器１６から発振出力が印加されると、超音波振動子１５から超音波が両親媒性分子溶液１０に印加されることにより、両親媒性分子溶液１０の表面に界面過剰現象によって両親媒性分子が過剰に供給され、ここで、送風装置２１から気体が両親媒性分子溶液１０の表面に平行に送風されると、両親媒性分子溶液１０の気体がハウジング１１の側部を通って下方に流れ、冷却装置１７で冷却されて下方に送られ、さらに、静電気による回収装置１９によって両親媒性分子が回収され、回収された両親媒性分子は回収部１１ａに集められ、タンク２０で回収され、又、所望時間が経過した後、保持容器１１から両親媒性分子溶液１０が排出装置１４で排出され、その後、供給装置１３から保持容器１１に両親媒性分子溶液１０が供給される。本実施例は、超音波分溜のミスト回収手段として、静電回収を用いる１例を示している。冷却で回収しきれない両親媒性分子を静電的に回収する。回収効率を上げることで、送風する気体から両親媒性分子を十分に取り除き、その結果として表面過剰を十分に起こすことができるという良い循環に持ち込むことができる。
【００１７】
本実施例においても、両親媒性分子溶液１０に超音波振動子１５から超音波を照射することにより、両親媒性分子溶液１０の表面に両親媒性分子の過剰現象が生じ、送風装置２１から気体が送風されると、両親媒性分子溶液１０から浮遊して送風された気体で送風されるので、送風された気体を冷却して回収することにより、両親媒性分子を確実に回収することができる。送風する気体を窒素とすることで、放電によるオゾン発生を抑える事ができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置では、両親媒性分子溶液を保持する保持容器に両親媒性分子溶液を供給し、保持溶液の両親媒性分子溶液の表面を超音波により振動させて両親媒性分子を浮遊させ、送風装置により気体を送風して回収するようにしたので、保持容器内の両親媒性分子溶液の両親媒性分子の表面過剰層が常に形成され、両親媒性分子を効率良く回収することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置のブロック図である。
【図２】図１の方法及び装置において、気液界面に過剰な両親媒性分子が過剰に供給される状態を示した図である。
【図３】本発明の他の実施例の両親媒性分子溶液の分離方法及び装置のブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　保持容器
２　　　　　　　　超音波振動子
３　　　　　　　　発振器
４　　　　　　　　冷却装置
５　　　　　　　　回収装置
６　　　　　　　　送風装置
７　　　　　　　　供給装置
８　　　　　　　　冷却装置
９　　　　　　　　排出装置
１０　　　　　　　両親媒性分子溶液
１１　　　　　　　ハウジング
１２　　　　　　　保持容器
１３　　　　　　　供給装置
１４　　　　　　　排出装置
１５　　　　　　　超音波振動子
１６　　　　　　　発振器
１７　　　　　　　冷却装置
１８　　　　　　　冷却回路
１９　　　　　　　回収装置
２０　　　　　　　回収タンク
２１　　　　　　　送風装置