(57)【要約】【課題】簡便で且つ高いエネルギー効率で有機化合物を精製する。【解決手段】有機化合物の精製方法は、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する精製工程を含む有機化合物の製造方法。
【請求項２】
上記精製工程において回収した精製対象の有機化合物を含む溶液中の有機化合物の濃度が超音波を照射する精製対象の有機化合物を含む溶液中の精製対象の有機化合物の濃度よりも高い請求項１記載の有機化合物の製造方法。
【請求項３】
上記精製工程において超音波を照射する時の精製対象の有機化合物を含む溶液の温度を１０〜１００℃とする請求項１又は２に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項４】
上記精製工程において分級によって捕集されなかった粒子を、上記原料の精製対象の有機化合物を含む溶液に投入する請求項１乃至３のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
【請求項５】
上記精製工程において超音波を照射する精製対象の有機化合物を含む溶液中の精製対象の有機化合物の濃度が０．１〜９９質量％である請求項１乃至４のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
【請求項６】
上記精製対象の有機化合物が分子内に親水基を２個以上有する有機化合物である請求項１乃至５のいずれかに記載の有機化合物の製造方法。
【請求項７】
上記精製対象の有機化合物がカルボキシル基を有する請求項６に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項８】
上記精製対象の有機化合物が乳酸である請求項７に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項９】
上記精製対象の有機化合物が多価アルコールである請求項６に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項１０】
上記精製対象の有機化合物が単糖類である請求項９に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項１１】
上記精製対象の有機化合物がグルコース及び／又はキシロースである請求項１０に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項１２】
上記精製対象の有機化合物が１，２−プロパンジオールである請求項９に記載の有機化合物の製造方法。
【請求項１３】
精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する有機化合物の精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物の製造方法及び精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波を用いた有機化合物の濃縮方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。これらの方法は、濃縮対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより、高温にまで加熱しなくても水分を除去する方法である。そのため、超音波を用いた有機化合物の濃縮方法によって高いエネルギー効率で有機化合物を濃縮できるだけではなく、熱変性する有機化合物の濃縮をすることができる。
【０００３】
ここで、例えば、乳酸は、醸造、漬物などの食品用途、医薬、農薬、化粧品などの化学原料用途、更に繊維仕上げ、塗料、溶剤、生分解性プラスチックなどの工業用途等にも使用されていることから、今後の需要増加が期待されている。そして、これらの用途の乳酸には高純度であることが求められる。
【０００４】
乳酸は、熱変性しやすく、また、蒸気圧の関係から直接蒸留して精製することは困難とされている。そのため、従来から、乳酸をアルコールでエステル化して沸点を下げ、生成した乳酸エステルを蒸留した後、それを加水分解することにより乳酸を精製する方法が採用されている（例えば特許文献４及び５参照）。また、特許文献６には、乳酸発酵溶液を、水分濃度が一定範囲となるように水を添加しながら蒸留することにより乳酸を直接蒸留する方法が開示されている。更に、特許文献１及び２には、超音波を用いることにより乳酸水溶液中の水分を除去する方法が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には超音波を用いることにより、セルロースから得られる糖化液に超音波を照射して発生するミストを分離して濃縮する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１１５１６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３５４３号公報
【特許文献３】国際公開パンフレットＷＯ２００９／１２２７２８号
【特許文献４】特開昭６３−１４１５９７号公報
【特許文献５】特開平６−３１１８８６号公報
【特許文献６】特開２００２−１２８７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献４及び５に開示された方法では、エステル化、蒸留精製、及び加水分解の３つの工程の操作を行わなければならず、工程が煩雑で、ランニングコストが高くなる。また、エステル化反応の反応熱、過剰アルコールの蒸発、使用済みアルコールの蒸留精製を行うためにエネルギーを多量に消費することとなる。
【０００８】
特許文献６に開示された方法では、水を蒸発させつつ水を添加するため水を蒸発させるエネルギーを多量に消費することとなり効率が悪い。
【０００９】
特許文献１及び２に開示された方法では、回収するのは超音波を用いて水分を除去した後の残留物であるため不純物を除去することが困難である。
【００１０】
特許文献３に開示された方法では、霧化室から排出されるミストからサイクロンを用いて回収される糖類及び水は糖化液として再び使用されることから、水以外の不純物の除去、及び原料溶液よりも高濃度の目的とする有機化合物が回収できることは示唆していない。
【００１１】
本発明の課題は、簡便で且つ高いエネルギー効率で有機化合物を精製することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する精製工程を含む有機化合物の製造方法である。
【００１３】
本発明は、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する有機化合物の精製方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより、簡便で且つ高いエネルギー効率で有機化合物を精製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例で用いた超音波霧化装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、実施例で用いた超音波霧化装置のサイクロン分級機の平面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
［有機化合物の製造方法］
実施形態に係る有機化合物の製造方法は、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する精製工程を含む。
【００１８】
本実施形態に係る有機化合物の製造方法によれば、精製対象の有機化合物を含む溶液に超音波を照射して霧化させることにより、簡便で且つ高いエネルギー効率で有機化合物を精製することができる。
【００１９】
＜原料溶液＞
本実施形態に係る有機化合物の製造方法で原料として用いる精製対象の有機化合物を含む溶液（以下「原料溶液」という。）は、超音波を照射することにより精製対象の有機化合物を含む霧が発生すれば特に限定されるものではない。
【００２０】
ここで、有機化合物は、特に限定されるものではないが、分子内に親水基を２個以上有する有機化合物（以下「有機化合物Ａ」という。）が好ましい。
【００２１】
有機化合物Ａの炭素数は、超音波霧化による脱水濃縮が高効率であるという観点から、好ましくは２以上であり、より好ましくは３以上であり、一方、水への溶解性の観点から、好ましくは２２以下であり、より好ましくは１２以下であり、更に好ましくは６以下である。
【００２２】
有機化合物Ａの分子量は、超音波霧化による脱水濃縮が高効率であるという観点から、好ましくは５０以上であり、より好ましくは６０以上であり、更に好ましくは７０以上であり、一方、水への溶解性の観点から、好ましくは４００以下であり、より好ましくは３００以下であり、更に好ましくは２００以下である。
【００２３】
有機化合物Ａは分子内に親水基を２個以上有する。親水基とは、静電的相互作用や水素結合等によって水分子と弱い結合を作り、水に対して親和性を示すイオン性或いは高度の極性を有する官能基である。具体的には、親水基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、エステル基、エーテル基、アミノ基、アンモニウム基、アミド基、スルホン酸基、硫酸エステル基、ホスホン酸基、リン酸基、ウレイド基等が挙げられる。超音波霧化による脱水濃縮が高効率であるという観点からは、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、アンモニウム基、スルホン酸基、硫酸エステル基、ホスホン酸基、リン酸基が好ましく、水酸基、カルボニル基、アミノ基、スルホン酸基がより好ましい。
【００２４】
有機化合物Ａの親水基の個数は、超音波霧化による脱水濃縮が高効率であるという観点から２個以上であり、一方、同様の観点から、好ましくは１０個以下であり、より好ましくは８個以下であり、更に好ましくは５個以下である。
【００２５】
有機化合物Ａは、同一の炭素原子に複数の親水基が結合していてもよく、また、隣接した炭素原子又は１個若しくは複数個のメチレン基等を隔てた炭素原子にそれぞれ親水基が結合していてもよく、更にこれらの両方の特徴を備えていてもよい。
【００２６】
有機化合物Ａは、分子内に１種の親水基を２個以上有していてもよく、また、分子内に２種以上の親水基を有していてもよく、更にこれらの両方の特徴を備えていてもよい。
【００２７】
分子内に１種の親水基を２個以上有する有機化合物Ａとしては、例えば、水酸基を２個以上有する多価アルコール、カルボキシル基を２個以上有する多価カルボン酸、アミノ基を２個以上有する多価アミン等が挙げられる。
【００２８】
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−プロパンジオール（プロピレングリコール）、１，３−プロパンジオールなどのジオール；グリセリン、１，２，４−ブタントリオールなどのトリオール；ペンタエリスリトールなどのテトラオール等が挙げられる。
【００２９】
また、多価アルコールとして単糖類、又は二糖類等の糖類が挙げられる。単糖類としては、例えば、ジヒドロキシアセトン、グリセルアルデヒド、エリトルロース、エリトロース、トレオース、リブロース、キシルロース、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、デオキシリボース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース、フコース、フクロース、ラムノース、セドヘプツロース等が挙げられる。
【００３０】
二糖類としては、例えば、マルトース、イソマルトース、トレハロース、ネオトレハロース、イソトレハロース、スクロース、キシロビオース、アガロビオース、イヌロビオース、カラビオース、ゲンチオビオース、サンブビオース、セロビオース、ソホロース、ソラビオース、ツラノース、ニゲロース、ビシアノース、プリメベロース、イソプリメベロース、マルツロース、メリビオース、ラクトース、ラクツロース、ラミナリビオース、ルチノース等が挙げられる。
【００３１】
多価カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、リンゴ酸、酒石酸などのジカルボン酸；クエン酸、トリメリト酸（ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸）、ベンゼン−１，３，５−トリカルボン酸などのトリカルボン酸；エチレンテトラカルボン酸、ベンゼン−１，２，３，４−テトラカルボン酸などのテトラカルボン酸等が挙げられる。
【００３２】
多価アミンとしては、例えば、エチレンジアミン、パラフェニレンジアミンなどのジアミン；ジエチレントリアミンなどのトリアミン；トリエチレンテトラアミンなどのテトラアミン等が挙げられる。
【００３３】
分子内に２種以上の親水基を有する有機化合物Ａとしては、例えば、水酸基及びカルボキシル基を有するヒドロキシ酸、カルボキシル基及びアミノ基を有するアミノ酸、スルホ基及びアミノ基を有するアミノスルホン酸、水酸基及びカルボニル基を有するヒドロキシアルデヒド等が挙げられる。
【００３４】
ヒドロキシ酸は、水酸基及びカルボキシル基が同一の炭素原子に結合した乳酸や２−ヒドロキシ酪酸などのα−ヒドロキシ酸であってもよく、また、水酸基及びカルボキシル基が異なる炭素原子に結合した３−ヒドロキシ酪酸などのβ−ヒドロキシ酸や４−ヒドロキシ酪酸などのγ−ヒドロキシ酸であってもよい。
【００３５】
ヒドロキシ酸は、脂肪族ヒドロキシ酸であってもよく、また、芳香族ヒドロキシ酸であってもよい。脂肪族ヒドロキシ酸としては、例えば、グリコール酸、乳酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等が挙げられる。芳香族ヒドロキシ酸としては、例えば、サリチル酸等が挙げられる。
【００３６】
アミノ酸は、カルボキシル基及びアミノ基が同一の炭素原子に結合したグリシンやα−アラニン、グルタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸などのα−アミノ酸であってもよく、また、カルボキシル基及びアミノ基が異なる炭素原子に結合したβ−アラニンなどのβ−アミノ酸やγ-アミノ酪酸などのγ−アミノ酸であってもよい。
【００３７】
アミノ酸は、脂肪族アミノ酸であってもよく、また、芳香族アミノ酸であってもよい。脂肪族アミノ酸としては、例えば、グリシン、アラニン、グルタミン酸、アスパラギン酸等が挙げられる。芳香族アミノ酸としては、例えば、フェニルアラニン等が挙げられる。
【００３８】
アミノスルホン酸としては、例えば、タウリン、Ｎ―メチルタウリンなどが挙げられる。
【００３９】
ヒドロキシアルデヒドとしては、例えば、ヒドロキシメチルフルフラールなどが挙げられる。
【００４０】
原料溶液中の精製対象の有機化合物の濃度は、霧化効率やエネルギー効率を高める観点から、好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは１質量％以上であり、更に好ましくは５質量％以上であり、一方、好ましくは９９質量％以下であり、より好ましくは６０質量％以下であり、更に好ましくは３０質量％以下である。
【００４１】
原料溶液には、単一種の精製対象の有機化合物のみが含まれていてもよく、また、複数種の精製対象の有機化合物が含まれていてもよい。
【００４２】
原料溶液には、精製対象の有機化合物以外の溶質成分が含まれていてもよい。従って、原料溶液は、溶質として精製対象の有機化合物だけを含んでいてもよく、また、他の溶質成分をも含んでいてもよい。他の溶質成分は、超音波照射により精製対象の有機化合物と共に霧に含まれるものであってもよく、また、超音波照射により発生する霧に含まれることなく、原料溶液中に残留するものであってもよい。
【００４３】
原料溶液の溶媒としては、例えば、水、エタノール等が挙げられる。溶媒は、単一種のみで構成されていてもよく、また、複数種の混合溶媒で構成されていてもよい。溶媒は、例えば水のように超音波照射により霧化する成分のみで構成されていてもよく、また、超音波照射により霧化しない成分を含んで構成されていてもよい。
【００４４】
＜超音波照射による霧化＞
本実施形態に係る有機化合物の製造方法では、原料溶液に超音波を照射することにより霧を生じさせる。具体的には、原料溶液に超音波を照射すると原料溶液が超音波振動し、それによって液面から原料溶液の液柱が立ち、その液柱から霧が発生する。
【００４５】
ここで、原料溶液に照射する超音波の振動数は、霧化効率を高める観点から好ましくは２０ｋＨｚ以上であり、より好ましくは１ＭＨｚ以上であり、一方、超音波振動子の入手性及び経済性の観点から、好ましくは５０ＭＨｚ以下、より好ましくは１０ＭＨｚである。なお、原料溶液への超音波照射は、原料溶液中に設けた超音波振動子により行うことができる。
【００４６】
超音波照射時の原料溶液の温度は、原料溶液が液体状態を維持する温度であれば特に制限されるものではないが、霧化効率やエネルギー効率を高める観点から、好ましくは１０℃以上であり、より好ましくは２０℃以上であり、更に好ましくは３０℃以上である。一方、加圧や温調などによる設備負荷を低減する観点から、好ましくは１００℃以下であり、より好ましくは８０℃以下であり、更に好ましくは７０℃以下である。
【００４７】
超音波照射により原料溶液から発生した霧はキャリアガスと共に排出する。このとき用いるキャリアガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、空気、窒素ガス、その他の不活性ガス等が挙げられる。
【００４８】
原料溶液に超音波を照射する態様は、超音波霧化槽に貯留した所定量の原料溶液に超音波を照射するバッチ式であってもよく、また、原料貯槽から超音波霧化槽に原料溶液を連続的に又は断続的に供給しながら超音波霧化槽内の原料溶液に超音波を照射する連続式であってもよい。更に、原料貯槽と超音波霧化槽との間で原料溶液を循環させながら超音波霧化槽内の原料溶液に超音波を照射する態様であってもよい。
【００４９】
＜霧の粒子の分級＞
本実施形態に係る有機化合物の製造方法では、発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して精製対象の有機化合物が精製された精製対象の有機化合物を含む溶液を回収する。
【００５０】
ここで、霧の粒子の分級手段としては、特に限定されるものではないが、例えばサイクロン分級機を用いた方法が挙げられる。
【００５１】
分級により捕集する霧の粒子の粒径は、精製対象の有機化合物の収率の観点から、好ましくは０．１μｍ以上であり、より好ましくは０．５μｍ以上であり、更に好ましきは１μｍ以上であり、一方、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以下である。
【００５２】
詳細なメカニズムは明らかではないが、原料溶液に照射する超音波の振動数、原料溶液の温度、濃度等の霧化条件により、精製対象の有機化合物を含む場合は大きな霧の粒子を形成しやすく、後述の実施例でも示す通り、粒径の大きい霧の粒子は原料溶液よりも高濃度に精製対象の有機化合物を含むと考えられる。
【００５３】
従って、捕集する霧の粒子の粒径は、より粒径の大きい霧の粒子を捕集することにより高濃度に濃縮され且つ精製された精製対象の有機化合物を含む溶液を得ることができる観点から、好ましくは０．１μｍ以上であり、より好ましくは０．５μｍ以上であり、更に好ましくは１μｍ以上であり、一方、簡便に霧化させる観点から、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以下である。
【００５４】
更に２以上のサイクロン分級機を霧及びキャリアガスの流路に設置することにより、一操作で複数の濃度の精製対象の有機化合物を含む溶液を得ることができる。
【００５５】
回収する精製対象の有機化合物を含む溶液の精製対象の有機化合物の濃度は、原料溶液中の精製対象の有機化合物の濃度よりも高いことが好ましく、具体的には、好ましくは０．１〜１００質量％以下であり、より好ましくは１〜１００質量％であり、更に好ましくは５〜１００質量％である。
【００５６】
回収する精製対象の有機化合物を含む溶液には、溶質として精製対象の有機化合物の他の溶質成分が含まれていてもよい。従って、精製対象の有機化合物は、溶質として精製対象の有機化合物だけを含んで回収されてもよく、また、他の溶質成分をも含んだ組成物として回収されてもよい。後者の場合、他の溶質成分の含有量は好ましくは１０質量％以下であり、より好ましくは０〜１質量％であり、更に好ましくは０〜０．１質量％である。但し、他の溶質成分の含有量が０質量％であること、つまり、前者の場合のように溶質として実質的に精製対象の有機化合物だけを含むことが最も好ましい。
【００５７】
回収する精製対象の有機化合物を含む溶液の溶媒としては、例えば、水、エタノール等が挙げられる。溶媒は、単一種のみで構成されていてもよく、また、複数種の混合溶媒で構成されていてもよい。
【００５８】
なお、分級によって捕集されなかった粒径が小さい方の粒子、及び気化した精製対象の有機化合物を含む溶液は、冷却等して低濃度の精製対象の有機化合物を含む溶液として回収する。この低濃度の精製対象の有機化合物を含む溶液は、精製対象の有機化合物を含むことから、原料溶液に投入して、再び超音波を照射して霧化させてもよい。
【００５９】
［乳酸の製造方法］
実施形態に係る乳酸の製造方法は、乳酸を含む溶液に超音波を照射することにより発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して乳酸溶液を回収する精製工程を含む。
【００６０】
本実施形態に係る乳酸の製造方法によれば、乳酸を含む溶液に超音波を照射して霧化させることにより、簡便で且つ高いエネルギー効率で乳酸を精製することができる。
【００６１】
なお、特許文献４及び５には、乳酸を含有する発酵物に超音波を照射して水を霧化させることにより乳酸組成物を濃縮することが開示されている。しかしながら、特許文献４及び５には、当該発酵物に超音波を照射して乳酸を霧化させて分離することについて開示も示唆も何等ない。
【００６２】
＜原料乳酸溶液＞
本実施形態に係る乳酸の製造方法で原料として用いる乳酸の溶液（以下「原料乳酸溶液」という。）は、超音波照射により乳酸を含む霧が発生すれば特に限定されるものではなく、例えば植物系原料を乳酸発酵させて得られる乳酸発酵液等であってもよい。
【００６３】
ここで、乳酸には、Ｌ−乳酸（Ｌ体）及びＤ−乳酸（Ｄ体）の光学異性体が存在するが、原料乳酸溶液は、それらのうちいずれか一方の光学異性体の乳酸のみを含んでいてもよく、また、それらの両方の光学異性体の乳酸を含んでいてもよい。
【００６４】
原料乳酸溶液中の乳酸の濃度は好ましくは０．１〜９９質量％であり、より好ましくは１〜６０質量％であり、更に好ましくは５〜３０質量％である。霧化効率やエネルギー効率を高める観点から好ましくは０．１質量％以上であり、より好ましくは１質量％以上であり、更に好ましくは５質量％以上であり、一方、好ましくは９９質量％以下であり、より好ましくは６０質量％以下であり、更に好ましくは３０質量％以下である。また、乳酸を濃縮する観点からは好ましくは０．１〜９９質量％であり、より好ましくは１〜６０質量％であり、更に好ましくは５〜３０質量％である。
【００６５】
原料乳酸溶液には、乳酸以外の溶質成分が含まれていてもよい。従って、原料乳酸溶液は、溶質として乳酸だけを含んでいてもよく、また、他の溶質成分をも含んでいてもよい。
【００６６】
他の溶質成分は、超音波照射により乳酸と共に霧に含まれるものであってもよく、また、超音波照射により発生する霧に含まれることなく、原料乳酸溶液中に残留するものであってもよい。
【００６７】
原料乳酸溶液の溶媒としては、例えば、水、エタノール等が挙げられる。溶媒は、単一種のみで構成されていてもよく、また、複数種の混合溶媒で構成されていてもよい。溶媒は、例えば水のように超音波照射により霧化する成分のみで構成されていてもよく、また、超音波照射により霧化しない成分を含んで構成されていてもよい。
【００６８】
＜超音波照射による霧化＞
本実施形態に係る乳酸の製造方法では、原料乳酸溶液に超音波を照射することにより霧を生じさせる。具体的には、原料乳酸溶液に超音波を照射すると、原料乳酸溶液が超音波振動し、それによって液面から原料乳酸溶液の液柱が立ち、その液柱から霧が発生する。
【００６９】
ここで、原料乳酸溶液に照射する超音波の振動数は、霧化効率を高める観点から好ましくは２０ｋＨｚ以上であり、より好ましくは１ＭＨｚ以上である。一方、原料乳酸溶液に照射する超音波の振動数は、超音波振動子の入手性及び経済性の観点から、好ましくは５０ＭＨｚ以下、より好ましくは１０ＭＨｚである。なお、原料乳酸溶液への超音波照射は、原料乳酸溶液中に設けた超音波振動子により行うことができる。
【００７０】
超音波照射時の原料乳酸溶液の温度は、原料乳酸溶液が液体状態を維持する温度であれば特に制限されるものではないが、霧化効率やエネルギー効率を高める観点から好ましくは１０℃以上であり、より好ましくは２０℃以上であり、更に好ましくは３０℃以上である。一方、乳酸の重合を防止すると共に加圧や温調などによる設備負荷を低減する観点から好ましくは１００℃以下であり、より好ましくは８０℃以下であり、更に好ましくは７０℃以下である。以上のことから、超音波照射時の原料乳酸溶液の温度は好ましくは１０〜１００℃であり、より好ましくは２０〜８０℃であり、更に好ましくは３０〜７０℃である。
【００７１】
超音波照射により原料乳酸溶液から発生した霧はキャリアガスと共に排出する。このとき用いるキャリアガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、空気、窒素ガス、その他の不活性ガス等が挙げられる。
【００７２】
原料乳酸溶液への超音波照射の態様は、超音波霧化槽に貯留した所定量の原料乳酸溶液に超音波を照射するバッチ式であってもよく、また、原料貯槽から超音波霧化槽に原料乳酸溶液を連続的に又は断続的に供給しながら超音波霧化槽内の原料乳酸溶液に超音波を照射する連続式であってもよい。更に、原料貯槽と超音波霧化槽との間で原料乳酸溶液を循環させながら超音波霧化槽内の原料乳酸溶液に超音波を照射する態様であってもよい。
【００７３】
＜霧の粒子の分級＞
本実施形態に係る乳酸の製造方法では、発生した霧の粒子を分級し、そのうち粒径が大きい方の粒子を捕集して乳酸が精製された乳酸溶液を回収する。
【００７４】
ここで、霧の粒子の分級手段としては、特に限定されるものではないが、例えばサイクロン分級機を用いた方法が挙げられる。
【００７５】
分級により捕集する霧の粒子の粒径は乳酸の収率の観点から好ましくは０．１〜２０μｍであり、より好ましくは０．５〜１０μｍであり、更に好ましくは１〜５μｍである。
【００７６】
詳細なメカニズムは明らかではないが、原料乳酸溶液に照射する超音波の振動数、原料乳酸溶液の温度、濃度等の霧化条件により、乳酸を含む場合は大きな霧の粒子を形成しやすく、後述の実施例でも示す通り、粒径の大きい霧の粒子は原料乳酸溶液よりも高濃度に乳酸を含むと考えられる。
【００７７】
従って、より粒径の大きい霧の粒子を捕集することにより高濃度に濃縮され且つ精製された乳酸溶液を得ることができる観点より、捕集する霧の粒子の粒径は、好ましくは０．１μｍ以上であり、より好ましくは０．５μｍ以上であり、更に好ましくは１μｍ以上である。簡便に霧化させる観点より、捕集する霧の粒子の粒径は、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下であり、更に好ましくは５μｍ以下である。
【００７８】
更に２以上のサイクロン分級機を霧及びキャリアガスの流路に設置することにより、一操作で複数の濃度の乳酸溶液を得ることができる。
【００７９】
回収する乳酸溶液中の乳酸の濃度は、原料乳酸溶液中の乳酸の濃度よりも高いことが好ましく、具体的には、好ましくは０．１〜１００質量％であり、より好ましくは１〜１００質量％であり、更に好ましくは５〜１００質量％である。
【００８０】
回収する乳酸溶液には、溶質として乳酸の他の溶質成分が含まれていてもよい。従って、乳酸は、溶質として乳酸だけを含んで回収されてもよく、また、他の溶質成分をも含んだ乳酸組成物として回収されてもよい。後者の場合、他の溶質成分の含有量は好ましくは１０質量％以下であり、より好ましくは０〜１質量％であり、更に好ましくは０〜０．１質量％である。但し、他の溶質成分の含有量が０質量％であること、つまり、前者の場合のように溶質として実質的に乳酸だけを含むことが最も好ましい。
【００８１】
回収する乳酸溶液の溶媒としては、例えば、水、エタノール等が挙げられる。溶媒は、単一種のみで構成されていてもよく、また、複数種の混合溶媒で構成されていてもよい。
【００８２】
なお、分級によって捕集されなかった粒径が小さい方の粒子は、冷却等して低濃度の乳酸溶液として回収する。この低濃度の乳酸溶液は、回収対象の乳酸を含むことから、原料乳酸溶液に投入して、再び超音波を照射して霧化させてもよい。
【実施例】
【００８３】
（超音波霧化装置）
図１は下記の精製対象の有機化合物の精製の実施例で用いた超音波霧化装置１０を示す。
【００８４】
この超音波霧化装置１０は、超音波霧化槽１１とその槽内に設けられた超音波振動子１２とを有する。超音波振動子１２はジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電セラミックスである。
【００８５】
超音波霧化槽１１には、攪拌機１３ａを有する原料貯槽１３から原料供給管Ｐ１が延びて接続されている。原料供給管Ｐ１には、原料貯槽１３側から順に送液ポンプ１４及びプレヒーター１５が間隔をおいてそれぞれ介設されている。また、超音波霧化槽１１には、図示しないガス供給源から延びるキャリアガス供給管Ｐ２が接続されている。一方、超音波霧化槽１１からは霧排出管Ｐ３が延びてガラス製のサイクロン分級機１６に接続されている。超音波霧化槽１１からは戻り配管Ｐ４が延びて原料貯槽１３に接続されている。
【００８６】
サイクロン分級機１６からは第１回収管Ｐ５が延びて第１回収槽１７に接続されている。サイクロン分級機１６からは小径霧排出管Ｐ６が延びて冷却回収塔１８に接続されている。
【００８７】
冷却回収塔１８からは第２回収管Ｐ７が延びて第２回収槽１９に接続されている。冷却回収塔１８からはキャリアガス排出管Ｐ８が延びている。
【００８８】
図２はサイクロン分級機１６を示す。
【００８９】
サイクロン分級機１６は、上部の円筒体及び下部の中空円錐体が結合した本体部材１６ａとその上側の開口を覆うように設けられた蓋部材１６ｂとを有する。本体部材１６ａにおける上部の円筒部の平面視における偏心した位置には霧供給部１６ｃが設けられており、この霧供給部１６ｃに霧排出管Ｐ３が結合している。また、本体部材１６ａにおける下部の中空円錐部の先端には大径霧排出部１６ｄが設けられており、この大径霧排出部１６ｄに第１回収管Ｐ５が結合している。蓋部材１６ｂの中心には小径霧排出部１６ｅが設けられており、この小径霧排出部１６ｅに小径霧排出管Ｐ６が結合している。また、蓋部材１６ｂの中心には小径霧排出部１６ｅに連通して本体部材１６ａ内の中心に沿って延びる小径霧誘導管１６ｆが設けられている。なお、実施例で用いたサイクロン分級機１６は、本体部材１６ａの高さが２２０ｍｍ、口内径が９５ｍｍ、本体部材１６ａの円筒体の部分の高さが８０ｍｍ、中空円錐体の部分の高さが１２０ｍｍ、霧供給部１６ｃの外径が１６ｍｍ、及び大径霧排出部１６ｄの外径が１６ｍｍであった。
【００９０】
この超音波霧化装置１０を用いた有機化合物の精製方法では、原料貯槽１３に原料水溶液Ｍを仕込むと共に各部を稼働させると、原料水溶液Ｍが原料貯槽１３から送液ポンプ１４によって原料供給管Ｐ１を介して超音波霧化槽１１に連続的に供給される。このとき、原料水溶液Ｍが原料貯槽１３において攪拌機１３ａによって攪拌される。また、原料水溶液Ｍがプレヒーター１５によって温調される。更に、原料水溶液Ｍが超音波霧化槽１１から戻り配管Ｐ４を介して原料貯槽１３に連続的に還流され、従って、原料水溶液Ｍが原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間を循環する。また、キャリアガスがガス供給源からキャリアガス供給管Ｐ２を介して超音波霧化槽１１に連続的に供給される。
【００９１】
超音波霧化槽１１では、原料水溶液Ｍは、超音波振動子１２によって超音波が照射される。このとき、原料水溶液Ｍの液面から液柱が立ち、その液柱から霧が発生し、霧はキャリアガスと共に霧排出管Ｐ３から排出される。
【００９２】
キャリアガスと共に排出された霧は、サイクロン分級機１６に圧入される。サイクロン分級機１６に圧入された霧は、遠心力の作用により、粒径の大きい粒子が内部の周壁側に集まり、また、粒径の小さい粒子が中心側に集まる。そして、サイクロン分級機１６の本体部材１６ａにおける下部の中空円錐体の周壁にはテーパに沿った下降流が発生し、粒径の大きい粒子は、この下降流に乗って底部の大径霧排出部１６ｄに導かれ、第１回収管Ｐ５を介して濃縮され且つ精製された精製対象の有機化合物を含む溶液として第１回収槽１７に回収される。一方、本体部材１６ａの中心部には上昇流が発生し、粒径の小さい粒子は、この上昇流に乗って小径霧誘導管１６ｆを介して上部の小径霧排出部１６ｅに導かれ、小径霧排出管Ｐ６を介して冷却回収塔１８に供給された後、冷却回収塔１８において冷却され、それらが集められて第２回収管Ｐ７を介して精製された精製対象の有機化合物を含む溶液として第２回収槽１９に回収される。なお、キャリアガスはキャリアガス排出管Ｐ８から排出される。
【００９３】
（乳酸の精製）
上記超音波霧化装置１０を用い、以下の実施例１の乳酸の精製を行った。詳細内容については表１にも示す。
【００９４】
＜実施例１＞
乳酸濃度が２０．６質量％の原料水溶液Ｍを７０１ｇ調製して原料貯槽１３に仕込んだ。
【００９５】
続いて、送液ポンプ１４を作動させて原料水溶液Ｍを原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間で循環させた。プレヒーター１５では原料水溶液Ｍを３０℃に調温した。
【００９６】
そして、超音波霧化槽１１の槽内温度を３０℃に保ち、振動数２．４ＭＨｚ及び印加電圧２５Ｖに設定した超音波振動子１２により原料水溶液Ｍに超音波を照射して霧化させた。キャリアガスとして空気を２．２Ｎｍ３／ｈ、Ｐ２を介して供給した。超音波の照射時間は３０分間とした。
【００９７】
サイクロン分級機１６において霧の粒径が大きい方の粒子を捕集して第１回収槽１７に乳酸水溶液を回収した。乳酸水溶液の回収量は６．８０ｇであり、その乳酸濃度は２７質量％であった。また、冷却回収塔１８において冷却して第２回収槽１９に回収した乳酸水溶液の回収量は３４．５ｇであり、その乳酸濃度は６．１質量％であった。
【００９８】
＜比較例１＞
上記超音波霧化装置１０において、サイクロン分級機１６を用いずに、超音波霧化槽１１から延びる霧排出管Ｐ３を冷却回収塔１８に短絡接続したものを用いたことを除いて実施例１と同様の乳酸の精製を行った。
【００９９】
具体的には、乳酸濃度が２０．６質量％の原料水溶液Ｍを７０１ｇ調製して原料貯槽１３に仕込んだ。
【０１００】
続いて、送液ポンプ１４を作動させて原料水溶液Ｍを原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間で循環させた。プレヒーター１５では原料水溶液Ｍを３０℃に調温した。
【０１０１】
そして、超音波霧化槽１１の槽内温度を３０℃に保ち、振動数２．４ＭＨｚ及び印加電圧２５Ｖに設定した超音波振動子１２により原料水溶液Ｍに超音波を照射して霧化させた。超音波の照射時間は３０分間とした。
【０１０２】
冷却回収塔１８において冷却して第２回収槽１９に回収した乳酸水溶液の回収量は４１．３ｇであり、その乳酸濃度は９．５質量％であった。
【０１０３】
【表１】
2013151490.tif 000002
【０１０４】
（多価アルコールの精製）
上記超音波霧化装置１０を用い、以下の実施例２〜４の単糖類及び１，２−プロパンジオールの精製を行った。詳細内容については表２にも示す。
【０１０５】
＜実施例２＞
グルコース濃度が１９．３質量％の原料水溶液Ｍを４０１ｇ調製して原料貯槽１３に仕込んだ。
【０１０６】
続いて、送液ポンプ１４を作動させて原料水溶液Ｍを原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間で循環させた。プレヒーター１５では原料水溶液Ｍを３０℃に調温した。
【０１０７】
そして、超音波霧化槽１１の槽内温度を３０℃に保ち、振動数２．４ＭＨｚ及び印加電圧２５Ｖに設定した超音波振動子１２により原料水溶液Ｍに超音波を照射して霧化させた。キャリアガスとして空気を２．２Ｎｍ３／ｈ、Ｐ２を介して供給した。超音波の照射時間は５０分間とした。
【０１０８】
サイクロン分級機１６において霧の粒径が大きい方の粒子を捕集して第１回収槽１７にグルコース水溶液を回収した。グルコース水溶液の回収量は１．２ｇであり、そのグルコース濃度は２６．５質量％であった。また、冷却回収塔１８において冷却して第２回収槽１９に回収したグルコース水溶液の回収量は６．２ｇであり、そのグルコース濃度は０．３質量％であった。
【０１０９】
＜実施例３＞
キシロース濃度が１９．６質量％の原料水溶液Ｍを４０１ｇ調製して原料貯槽１３に仕込んだ。
【０１１０】
続いて、送液ポンプ１４を作動させて原料水溶液Ｍを原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間で循環させた。プレヒーター１５では原料水溶液Ｍを３０℃に調温した。
【０１１１】
そして、超音波霧化槽１１の槽内温度を３０℃に保ち、振動数２．４ＭＨｚ及び印加電圧２５Ｖに設定した超音波振動子１２により原料水溶液Ｍに超音波を照射して霧化させた。キャリアガスとして空気を２．２Ｎｍ３／ｈ、Ｐ２を介して供給した。超音波の照射時間は３０分間とした。
【０１１２】
サイクロン分級機１６において霧の粒径が大きい方の粒子を捕集して第１回収槽１７にキシロース水溶液を回収した。キシロース水溶液の回収量は３．１ｇであり、そのキシロース濃度は２４．１質量％であった。また、冷却回収塔１８において冷却して第２回収槽１９に回収したキシロース水溶液の回収量は３．６ｇであり、そのキシロース濃度は４．４質量％であった。
【０１１３】
＜実施例４＞
１，２−プロパンジオール濃度が２０．８質量％の原料水溶液Ｍを４００ｇ調製して原料貯槽１３に仕込んだ。
【０１１４】
続いて、送液ポンプ１４を作動させて原料水溶液Ｍを原料貯槽１３と超音波霧化槽１１との間で循環させた。プレヒーター１５では原料水溶液Ｍを３０℃に調温した。
【０１１５】
そして、超音波霧化槽１１の槽内温度を３０℃に保ち、振動数２．４ＭＨｚ及び印加電圧２５Ｖに設定した超音波振動子１２により原料水溶液Ｍに超音波を照射して霧化させた。キャリアガスとして空気を２．２Ｎｍ３／ｈ、Ｐ２を介して供給した。超音波の照射時間は４０分間とした。
【０１１６】
サイクロン分級機１６において霧の粒径が大きい方の粒子を捕集して第１回収槽１７に１，２−プロパンジオール水溶液を回収した。１，２−プロパンジオール水溶液の回収量は０．４ｇであり、その１，２−プロパンジオール濃度は２６．６質量％であった。また、冷却回収塔１８において冷却して第２回収槽１９に回収した１，２−プロパンジオール水溶液の回収量は２．６ｇであり、その１，２−プロパンジオール濃度は０．４質量％であった。
【０１１７】
【表２】
2013151490.tif 000003
【０１１８】
（結果考察）
実施例１及び比較例１の結果から、原料水溶液Ｍに超音波を照射した後に分級して粒径の大きい方を回収することにより乳酸を濃縮して精製することができることが分かった。
【０１１９】
実施例２〜４の結果から、乳酸以外の単糖類やジオールといった多価アルコールでも同様の濃縮及び精製を行えることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、有機化合物の製造方法及び精製方法について有用である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０  超音波霧化装置
１１  超音波霧化槽
１２  超音波振動子
１３  原料貯槽
１３ａ  攪拌機
１４  送液ポンプ
１５  プレヒーター
１６  サイクロン    
１６ａ  本体部材
１６ｂ  蓋部材
１６ｃ  霧供給部
１６ｄ  大径霧排出部
１６ｅ  小径霧排出部
１６ｆ  小径霧誘導管
１７  第１回収槽
１８  冷却回収塔
１９  第２回収槽
Ｍ  原料水溶液
Ｐ１  原料供給管
Ｐ２  キャリアガス供給管
Ｐ３  霧排出管
Ｐ４  戻り配管
Ｐ５  第１回収管
Ｐ６  小径霧排出管
Ｐ７  第２回収管
Ｐ８  キャリアガス排出管
【図１】
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【図２】
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