(57)【要約】【課題】水性混合液中に高濃度で存在する水溶性塩を効率的に除去する装置の提供。【解決手段】水溶性塩を含んだ水性混合液を保留するための、円筒の底部が円錐につながる容器と、容器円筒部分に設けられた水性混合液導入手段と、該水性混合液から晶析した前記水溶性塩の結晶スラリを抜き取るための、容器底部の円錐の頂点に設けられた結晶スラリ抜き取り手段と、容器円筒部分の下端付近に設けられた液抜き取り手段と、容器の円筒部分の上部と下部に空間を残しかつ円筒とほぼ同心に配置した整流筒と、前記整流筒の残した容器の円筒部分の下部であって、整流筒断面内に微細空気気泡が発生上昇するような位置に設けられた微細空気気泡発生手段と、前記導入・保留されている水溶性塩を含んだ水性混合液を該水溶性塩の飽和点以下に冷却可能な冷却手段を有し、前記水溶性塩の結晶を前記微細空気気泡を核として晶析成長させて、除去する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性塩を含んだ水性混合液を保留するための、円筒の底部が円錐につながる容器と、容器円筒部分に設けられた水性混合液導入手段と、該水性混合液から晶析した前記水溶性塩の結晶スラリを抜き取るための、容器底部の円錐の頂点に設けられた結晶スラリ抜き取り手段と、前記容器円筒部分の下端付近に設けられた液抜き取り手段と、前記容器の円筒部分の上部と下部に空間を残しかつ円筒とほぼ同心に配置した整流筒と、前記整流筒の残した容器の円筒部分の下部であって、整流筒断面内に微細空気気泡が発生上昇するような位置に設けられた微細空気気泡発生手段と、前記導入・保留されている水溶性塩を含んだ水性混合液を該水溶性塩の飽和点以下に冷却可能な冷却手段を有し、前記水溶性塩の結晶を前記微細空気気泡を核として晶析成長させて、除去することを特徴とする水性混合液処理装置。
【請求項２】
前記冷却手段が、冷凍機、該冷凍機によって冷却される冷媒を循環する循環経路、該循環経路中にあって、前記容器中の水性混合液に接触する伝熱面によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理装置。
【請求項３】
前記水性混合液導入手段の経路中に導入する水性混合液を予備冷却するための冷却器を有することを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理装置。
【請求項４】
前記微細空気気泡発生手段は、前記容器内に配置された気泡発生ノズルと、それに連結された加圧空気導入経路と、該経路中の容器外部に配置された空気圧縮機と空気冷却器と圧力調整弁とを有することを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理装置。
【請求項５】
前記容器内に導入・保留した水性混合液を外部経路に接続して循環する循環手段を有することを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理装置。
【請求項６】
前記微細空気気泡発生手段と水性混合液導入手段とは容器内に配置された共通のノズルを有することを特徴とする請求項１記載の水性混合液処理装置。
【請求項７】
水溶性塩を含んだ水性混合液を保留するための、円筒の底部が円錐につながる容器に、水溶性塩を含んだ水性混合液を導入し、前記容器の円筒部分の上部と下部に空間を残しかつ円筒とほぼ同心に配置した整流筒の下部から微細空気気泡を送り込み、該気泡を整流筒内部に沿って上昇させ、整流筒上縁部からはその外部に沿って下降させて、ほぼ乱流のない気液の流れを発生させるとともに、該水性混合液を飽和点以下に冷却することによって、該水性混合液の大部分の水溶性塩を晶析させて除去する水性混合液処理工程と、前記工程で生成した低濃度水性混合液を凍結氷にして凍結濃縮する凍結濃縮工程を有することを特徴とする水性混合液の濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、水性混合液即ち少なくとも一種の水溶性物質、若しくは少なくとも一種の水溶性物質及び少なくとも一種の油溶性物質を含む、水を主たる媒質とする水性混合液の処理装置及び該水性混合液の濃縮方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多種の物質が混合している水性混合液で、混合物中熱に弱い物質を含むなど加熱して濃縮することのできない水性混合液の濃縮には凍結濃縮法が利用されている（例えば特許文献１参照）。しかし、水溶性塩濃度が高い系では、凍結濃縮での、濃縮倍率が著しく低く実用にならないという難点がある。また、特に加熱を嫌わない系であって、例えば減圧濃縮法により高濃度で含まれる水溶性塩の分離をすると、減圧釜内壁面に当該塩の結晶が付着し、伝熱面積移の低下を来たしかつ清掃などの作業を必要とすることになった。そこで、例えば、凍結濃縮前の精密ろ過膜を用いた膜分離による前段処理で、溶液中の大部分の高濃度物質を除去してから、その後段で凍結濃縮を行う方法が提案されている（特許文献２参照）。しかし、精密ろ過膜による方法では、溶液中の溶質に応じてろ過膜の細孔径を限定する必要があるし、他の油脂など水不溶性の混合物、固体粒子などが存在すると、ろ過膜の目詰まりを起こしたりして実用とならないなど、利用範囲の極めて狭い濃縮方法（前段濃縮方法）であった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３３４２０４公報
【特許文献２】
特開２００１−９２４３公報
【特許文献３】
特開平１１−２８３０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、凍結濃縮の前段処理用とは限らないが、多種物質が混在する水性混合液の処理方法であって、該水性混合液中に高濃度で存在する水溶性塩を効率的に除去する装置の提供を目的とする。また、前記装置を利用した方法を凍結濃縮の前段処理として利用した多段凍結濃縮方法の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水性混合液処理装置は、水溶性塩を含んだ水性混合液を保留するための、円筒の底部が円錐につながる容器と、容器円筒部分に設けられた水性混合液導入手段と、該水性混合液から晶析した前記水溶性塩の結晶スラリを抜き取るための、容器底部の円錐の頂点に設けられた結晶スラリ抜き取り手段と、前記容器円筒部分の下端付近に設けられた液抜き取り手段と、容器の円筒部分の上部と下部に空間を残しかつ円筒とほぼ同心に配置した整流筒と、前記整流筒の残した容器の円筒部分の下部であって、整流筒断面内に微細空気気泡が発生上昇するような位置に設けられた微細空気気泡発生手段と、前記導入・保留されている水溶性塩を含んだ水性混合液を該水溶性塩の飽和点以下に冷却可能な冷却手段を有し、前記水溶性塩の結晶を前記微細空気気泡を核として晶析成長させて、除去することを特徴とする。
【０００６】
容器の底部が円錐となっているのは、析出した結晶スラリーが沈降分離して、底部先端（円錐の頂点）に取り付けられた抜き取り手段から分離抜き取りし易い構造だからである。なお、下層の結晶スラリーと上層の水性混合液との界面を検出して抜き取り手段を制御する方式にすればなお至便性が高まる。抜き取り手段は例えばロータリバルブ、スクリューコンベアなどを使う事ができる。
【０００７】
容器の中央部分には円筒形の整流筒が配置されており、これにより、水性混合液は微細空気気泡とともに、先ず、整流筒内を上部へ、整流筒上端部から整流筒外部へ、続いて整流筒外壁を沿って下方へと押し出し流れを形成し、微細空気気泡を擬晶核として結晶化を開始する過程から、結晶の成長・増殖過程を経て、沈降堆積するまでのプロセスを順次行わせることができる。
【０００８】
前記整流筒下方には微細空気気泡発生手段が設けられており、発生させた微細空気気泡は該水性混合液の循環、冷却及び擬晶核としての役割をする。この微細空気気泡発生手段は圧縮空気導入管とこれに接続したノズルにより構成され、ノズルの形状及びサイズにより種々の空気気泡を発生させることができる。又空気噴出口と、容器内に導入する水性混合液の噴出口とを組み合わせたノズルを有する微細空気気泡発生手段とすることも可能である。
【０００９】
更に本発明の水性混合液処理装置は、前記冷却手段が、冷凍機、該冷凍機によって冷却される冷媒を循環する循環経路、該循環経路中にあって、前記容器中の水性混合液に接触する伝熱面によって構成されていることを特徴とする。
【００１０】
容器中の水性混合液に接触する伝熱面は、容器の外壁に構成したジャケットによる容器壁を利用する方法も一つであり、内部に伝熱コイルを浸漬した構造とする方法も一つである。
【００１１】
更に本発明の水性混合液処理装置は、前記水性混合液導入手段の経路中に導入する水性混合液を予備冷却するための冷却器を有することを特徴とする。
【００１２】
更に本発明の水性混合液処理装置は、前記微細空気気泡発生手段は、前記容器内に配置された気泡発生ノズルと、それに連結された加圧空気導入経路と、該経路中の容器外部に配置された空気圧縮機と空気冷却器と圧力調整弁とを有することを特徴とする。
【００１３】
更に本発明の水性混合液処理装置は、前記容器内に導入・保留した水性混合液を外部経路に接続して循環する循環手段を有することを特徴とする。
【００１４】
更に本発明の水性混合液処理装置は、前記微細空気気泡発生手段と水性混合液導入手段とは容器内に配置された共通のノズルを有することを特徴とする。
【００１５】
更に本発明の他の側面としての水性混合液の濃縮方法は、水溶性塩を含んだ水性混合液を保留するための、円筒の底部が円錐につながる容器に、水溶性塩を含んだ水性混合液を導入し、前記容器の円筒部分の上部と下部に空間を残しかつ円筒とほぼ同心に配置した整流筒の下部から微細空気気泡を送り込み、該気泡を整流筒内部に沿って上昇させ、整流筒上縁部からはその外部に沿って下降させて、ほぼ乱流のない気液の流れを発生させるとともに、該水性混合液を飽和点以下に冷却することによって、該水性混合液の大部分の水溶性塩を晶析させて除去する水性混合液処理工程と、前記工程で生成した低濃度水性混合液を凍結氷にして凍結濃縮する凍結濃縮工程を有することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明の水性混合液処理装置の一例を示す概要図である。底部に円錐部を持つ円筒容器１は底部先端（円錐の頂点）が抜き取り手段（ロータリバルブ）１０で封じられている。円筒部にはジャケット７を備えておりジャケット内に冷凍機５で冷却された冷媒を循環経路６により循環し、容器外壁の伝熱面８を通して、内部の水性混合液を冷却する。容器内中央部に円筒状の整流筒４が宙吊りになるように支持し、その下部円筒断面内にノズル（微細空気気泡発生手段２）を配置した。ノズルには配管により外部の循環ポンプを含む導入・循環経路が接続され、新たな水性混合液の導入と容器内部の水性混合液の循環がノズルを通しておこなわれる。該循環ポンプのサクション側には新規の水性混合液を調節弁１３で流量を調節し、その後冷却器１１で予備冷却して注入するよう配管接続をする。ノズル（微細空気気泡発生手段２）には前記水性混合液とともに、圧縮機１４で圧縮した圧縮空気を冷却器１９で予備冷却し調節弁で流量を調節して導入するよう接続し、圧縮機１４のサクション側は容器１の上部の気体排出口に接続する。これにより、空気は循環使用され、該循環経路６で圧力及び温度を調節することができる。容器１の円筒部下方には濃縮後の排出液取り出し口２０が設けられ、ここから濃縮後の排出液を取り出す。
【００１８】
以上説明した装置を用いて、本実施例では高い濃度で溶解している芒硝、少量の油分、その他不明物質を共に含んだ食品化学工程の水性混合廃液を用いて、試験を行った。この水性混合液は、前記導入・循環経路を通じて、冷却器１１で予備冷却しながら、前記容器の一定レベルまでチャージする。冷凍機５を運転して、冷媒を循環経路６に流して、容器内容物温度を１℃から５℃の範囲に保つよう調節する。循環ポンプ１２を運転し、内容物の水性混合廃液を循環モードに維持する。ついで、圧縮機１４、冷却器１９を運転して、調節弁１８により空気量を調節しながら、ノズル（微細空気気泡発生手段２）に温度調節した空気も共に送入し、気泡を発生させる。発生した微細空気気泡３は円筒状整流筒内部を上昇し、ここで擬晶核となって結晶化開始成長ゾーン１６を形成する。芒硝の結晶は水性混合廃液の流れ１５とともに、筒内を上昇しつつ数を増やし、一つ一つは大きく成長する。ついで、筒の上端から内容物は下降流を形成し、結晶の成長・増殖ゾーン１７で更に数と量を増やして、結晶は沈降していく。沈降した結晶は、溶液部分との境界面を形成して結晶スラリ９となってスラリー状にコニカル部に溜まる。
【００１９】
容器内では、筒内下部から筒内上端部を経て、筒外下部に向けて押し出し流れを形成して、晶析が進行するので、容器内部下方外側付近は最も塩濃度が低くなっている。そこで、前記排出液取り出し口２０から、芒硝が除かれた排出液を取りだす。そして、図示はしていないが、前記芒硝スラリ境界面を検出するレベルゲージで境界面を監視しつつ、ロータリーバルブ（抜き取り手段１０）でスラリを切り出していく。水性混合液の新たな注入は、先の排出液の抜き出し及びスラリの切り出しとの物質収支がバランスするように注入し、容器１内のレベルを一定に保つ。以上により、高濃度の芒硝を混合廃液から首尾よく分離することができ、塩濃度の希薄な排出液が得られた。
【００２０】
（実施例２）
図２は実施例１で説明した水性混合液処理工程の次段に凍結濃縮工程を行う濃縮方法を示すブロック線図である。図２に示すように、実施例１で得られた排出液、即ち、塩濃度の希薄な低濃度水性混合液を、従来公知の凍結氷にして凍結濃縮する凍結濃縮工程を行った。これによって、塩濃度の高い水性混合液でも、凍結濃縮を行うことが可能となり、純度の高い水が分離できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上、詳しく説明したように、本発明により、多種物質が混在する水性混合液の処理方法であって、該水性混合液中に高濃度で存在する水溶性塩を効率的に除去する装置の提供を可能にした。また、前記装置を利用した方法を凍結濃縮の前段処理として利用した多段凍結濃縮方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水性混合液処理装置の一例を示す概要図。
【図２】本発明の水性混合液の濃縮方法の一例を示すブロック線図。
【符号の説明】
１    容器
２    微細空気気泡発生手段（ノズル）
３    微細空気気泡
４    整流筒
５    冷凍機
６    冷媒循環経路
７    ジャケット
８    伝熱面
９    結晶スラリ
１０    抜き取り手段（ロータリバルブ）
１１    冷却器
１２    循環ポンプ
１３    調節弁
１４    圧縮機
１５    水性混合液の流れ
１６    空気擬晶核による結晶化開始・成長ゾ−ン
１７    結晶の成長・増殖ゾーン
１８    調節弁
１９    冷却器
２０    排出液取り出し口
【図１】
2005028252.tif 000003
【図２】
2005028252.tif 000004