(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種の液体を含み少なくとも２層に分離し得る混合液を静置して分離する工程と、
分離された少なくとも２種の液体を順次下層側の液体から流出させつつ、その近赤外領域の光の吸収率を測定する工程と、
測定された近赤外領域の光の吸収率の変化に基づき液体の流路を少なくとも２つに分岐された分岐路のうちの１つに切り替える工程と、
を含むことを特徴とする液液分離方法。
【請求項２】
少なくとも２種の液体を含み少なくとも２層に分離し得る混合液を貯留し、その混合液を静置して分離する容器と、
該容器内で分離された少なくとも２種の液体を順次下層側の液体から流出させる流路と、
該流路の途中に設けられて流路を流れる液体の近赤外分光の吸収率を測定する近赤外分光光度装置と、
前記流路の途中に設けられて流路の開度を調節する調節手段と、
該調節手段及び前記近赤外分光光度装置よりも下流側で少なくとも２つの流路に分岐された分岐路と、
液体の流路を前記分岐路のうちの一つに切り替える切り替え手段と、
を具備し、
前記切り替え手段は、前記近赤外分光光度装置により測定された液体の近赤外分光の吸収率の変化に基づいて切り替え制御されることを特徴とする液液分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非相溶性の少なくとも２種の液体を分離して別々に回収する液液分離方法及び液液分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医薬原薬工場や化学工場の有機合成プラントでは、有機化学反応で生じる副生成物を主生成物から分離するために液液分離操作を実施している。この液液分離操作では、まず容器中で互いに溶解しない溶媒を攪伴して混合した後、それを静置して２層の液体に分離する。このとき主生成物と副生成物とは、分離した液層の互いに異なる層中に存在している。そして容器内から下層側の液体、上層側の液体の順で流出させ、流路に設けられたバルブの切り替えによって下層側の液体と上層側の液体を別々の流路に流して分離している。その際、従来は流路の途中に設けられた監視窓を作業者が覗き、監視窓を通過する液体の色調などを目視で観察して上下の液体の界面を判断し、手動式バルブの切り替えを行っている。
【０００３】
しかし分離した液体の色調が明確に異なっていないことが多く、各液体の色調が極めて僅かしか相違していないため、界面を判断するには熟練が必要であり、また再現性よく確実に分液を行う即ちバルブの切り替えを行うことは困難である。さらに液液分離の作業中は、監視窓を監視してバルブの切り替えを行うためだけに長時間作業者を監視窓の近くに待機させなければならず、人件費が嵩むという欠点もある。
【０００４】
そこで分離した液体の界面をセンサによって自動的に検知し、流路を切り替えるためのバルブを自動的に切り替えるように制御することによって、液液分離操作が自動化され、バルブの切り替えミスを防ぎ、再現性よく確実に分液を行うことができるとともに、省人化によるコスト低減を図ることが可能となる。
【０００５】
このような目的を達成するため、例えば界面を検知するセンサとして密度検出器を用いて液液分離を行う提案がなされている（特公平７−１４４４１号）。この提案では、２層以上に分離した液体を密度検出器に通し、そこを通過する際の液体の密度変化に基づいて演算機構により異なる液体同士の界面を認識して、流路切り替え用のバルブを自動的に切り替えている。
【０００６】
また界面を検知するセンサとしてマイクロ波を基本原理とした水分計を用いて液液分離を行う提案や、超音波センサを用いて液液分離を行う提案もなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、密度検出器を用いた提案では、密度検出器を通過する際の液体の密度差に基づいて種類の異なる液体同士の界面を認識するので、有機液体同士のように密度の近い液体同士の界面を認識するのは極めて困難であるという欠点がある。
【０００８】
またマイクロ波を基本原理とした水分計を用いた提案では、液体中の水分に吸収されるマイクロ波の吸収率の相違に基づいて種類の異なる液体同士の界面を認識するので、有機液体同士のように水分を含まない、即ちマイクロ波を吸収しない液体同士の界面を認識することはできない。従って水分を含まない液体同士を分離することはできない。
【０００９】
さらに超音波センサを用いた提案では、超音波に対する特性の相違に基づいて種類の異なる液体同士の界面を認識するので、超音波に対する特性が近い液体同士の界面を認識することはできない。つまりそのような組合わせの液体同士を分離することはできない。
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、種々の非相溶性の液体の混合液の分離を再現性よく確実に自動化して行うことができる液液分離方法及びそれを実施するための液液分離装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも２種の液体を含み少なくとも２層に分離し得る混合液を静置して分離する工程と、分離された少なくとも２種の液体を順次下層側の液体から流出させつつ、その近赤外領域の光の吸収率を測定する工程と、測定された近赤外領域の光の吸収率の変化に基づき液体の流路を少なくとも２つに分岐された分岐路のうちの１つに切り替える工程と、を含む液液分離方法を提供するものである。
【００１２】
また上記方法を実施するため、本発明は、少なくとも２種の液体を含み少なくとも２層に分離し得る混合液を貯留し、その混合液を静置して分離する容器と、該容器内で分離された少なくとも２種の液体を順次下層側の液体から流出させる流路と、該流路の途中に設けられて流路を流れる液体の近赤外分光の吸収率を測定する近赤外分光光度装置と、前記流路の途中に設けられて流路の開度を調節する調節手段と、該調節手段及び前記近赤外分光光度装置よりも下流側で少なくとも２つの流路に分岐された分岐路と、液体の流路を前記分岐路のうちの一つに切り替える切り替え手段と、を具備し、前記切り替え手段は、前記近赤外分光光度装置により測定された液体の近赤外分光の吸収率の変化に基づいて切り替え制御される液液分離装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る液液分離方法の実施に使用される液液分離装置の一例を示す概略構成図である。なお特に限定されないが、本例では説明を簡略化するため二種類の液体を分離する場合について説明する。
【００１４】
この分離装置は、容器１１内で２層に分離し容器１１から順次流出した各液体を近赤外分光光度装置１２に通し、そこを通過する際の液体の近赤外分光の吸収特性差に基づいて、２種類の液体を下流側に設けられた２つの貯留容器１３，１４へ別々に流すようになっている。つまり貯留容器１３及び１４には異なる種類の液体が分液されて貯留される。
【００１５】
容器１１の下端には、容器１１内の液体を流出させるための流路２１が連通接続されている。そしてその流路２１は自動弁１５の一次側に連通接続されており、自動弁１５の二次側は流路２２を介して近赤外分光光度装置１２の入口側に連通接続されている。
【００１６】
近赤外分光光度装置１２の出口側は流路２３を介して調節弁１６の一次側に連通接続されている。調節弁１６の二次側に連通接続された流路２４は２つの分岐路２５，２６に分岐し、それぞれ自動弁１７，１８の一次側に連通接続されている。それら自動弁１７，１８の二次側はそれぞれ流路２７，２８を介して貯留容器１３，１４に連通接続されている。
【００１７】
容器１１内には図示省略した回転する攪拌翼からなる攪拌装置が設けられており、容器１１内の混合液を攪拌することができるようになっている。攪拌翼を停止したまま静置すると、容器１１内の液体が例えば２層に分離する。
【００１８】
近赤外分光光度装置１２は、通過する液体の近赤外分光の吸収率を連続的かつ自動的に測定する。その際近赤外分光の波長は、予め実験等を行って分液対象である二液の近赤外分光の吸収率の差が明確に現れるような波長とする。なお近赤外分光の吸収特性は、測定対象である物質の化学的構造に起因するため、化学構造が異なれば必ず異なる吸収特性となる。
【００１９】
自動弁１５は、制御装置４により開閉制御されており、容器１１からの液体の流出及び停止を行う。
【００２０】
調節弁１６は、制御装置４により所定の開度となるように制御されており、流路２１，２２，２３を流れる液体の流量を調節する。従って調節弁１６は調節手段としての機能を有している。
【００２１】
自動弁１７，１８は、何れも制御装置４により開閉制御されており、両方とも閉じるか、または排他的に開く。一方の自動弁１７が開いて他方の自動弁１８が閉じると容器１１から流出した液体は流路２１から分岐路２５までの一連の流路を流れ、自動弁１７を通過して一方の貯留容器１３内へ流れる。それに対して一方の自動弁１７が閉じて他方の自動弁１８が開くと容器１１から分岐路２６までの一連の流路を流れた液体は、自動弁１８を通過して他方の貯留容器１４内へ流れる。従ってこれら自動弁１７，１８は、液体の流路を切り替える切り替え手段としての機能を有している。
【００２２】
制御装置４は自動弁１５，１７，１８の開閉及び調節弁１６の開度の制御を行う。この制御装置４には、近赤外分光光度装置１２からそこを通過する液体の近赤外分光の吸収率に基づく検出信号が入力される。制御装置４は、その入力信号の変化状況を判断して貯留容器１３，１４の手前の自動弁１７，１８の何れか一方のみが開くように弁の開閉を切り替え制御するための制御信号を自動弁１７，１８に出力する。
【００２３】
次に上述した液液分離装置を用いて例えば二液を分液する手順について説明する。まず分液対象である二液の混合液が入った容器１１内を攪拌した後、静置して二液に分離させる。
【００２４】
そして制御装置４は容器底の自動弁１５、分岐路２５，２６の自動弁１７，１８にそれぞれ開閉用の制御信号を出力して自動弁１５及び自動弁１７を開くとともに、自動弁１８を閉じる。これによって容器１１の底から液体が流出し始め、先に流れてくる容器１１内の下層側の液体は自動弁１７側の貯留容器１３へ流れ貯留される。
【００２５】
また制御装置４はそれら自動弁１５，１７，１８の開閉制御とともに、調節弁１６に開度調整用の制御信号を出力して分液処理中液体の流量を制御する。
【００２６】
容器１１内の下層側の液体が流出し、近赤外分光光度装置１２を通過している間、近赤外分光光度装置１２は下層側の液体の近赤外分光の吸収率に基づく信号を制御装置４に連続的に出力する。
【００２７】
容器１１内の下層側の液体がなくなると、上層側の液体が流出し始める。そして上層側の液体が近赤外分光光度装置１２を通過し始めると、近赤外分光光度装置１２は上層側の液体の近赤外分光の吸収率に基づく信号を制御装置４に連続的に出力する。
【００２８】
制御装置４は近赤外分光光度装置１２から送られてくる信号の変化を検知して下層側の液体と上層側の液体との界面が近赤外分光光度装置１２を通過したと判断する。そして分岐路２５，２６の自動弁１７，１８にそれぞれ開閉用の制御信号を出力して自動弁１７を閉じるとともに、自動弁１８を開く。これによって上層側の液体は自動弁１８側の貯留容器１４へ流れ貯留される。
【００２９】
上述実施の形態によれば、近赤外分光光度装置１２によりそこを通過する液体の近赤外分光の吸収度を連続的に測定し、近赤外分光の吸収率の変化に基づいて制御装置４により貯留容器１３，１４の流路を自動的に切り替えるため、容器１１内で分離した上層側の液体と下層側の液体とを再現性よく確実に自動的に分液することができる。従って上層側の液体と下層側の液体との界面を目視で確認して手動でバルブ等の切り替えを行うための作業者が不要となり、省人化を図り人権費によるコストを低減することができるとともに、人為的な液液分離ミスを防ぐことができる。
【００３０】
また上述実施の形態によれば、液体の近赤外分光の吸収率の変化に基づいて上層側の液体と下層側の液体とを分液するので、密度の近い液体同士や超音波に対する特性が近い液体同士などのように同じような物理量を有する液体同士及び有機液体同士であっても、その分離を再現性よく確実に自動化して行うことができる。
【００３１】
以上において本発明は、二液の分液に限らず、三種類以上の液体を分液してもよい。その場合には調節弁１６の下流の流路２４を分液対象の液体の種類に対応する数の流路に分岐させ、その各分岐路にそれぞれ制御装置４により開閉制御されてなる切り替え手段となる自動弁を介して貯留容器を連通接続すればよい。
【００３２】
【実施例】
以下に具体例を示し、本発明の特徴をより明確にする。
【００３３】
（実施例１）
図１に示す液液分離装置を用い、（１）水、（２）酢酸エチル、（３）アセトニトリル、（４）Ｎ−ヘキサン及び（５）Ｎ−ヘプタンの各液、並びに（６）水と酢酸エチル、（７）水とＮ−ヘプタン、（８）水とＮ−ヘキサン、（９）Ｎ−ヘプタンとアセトニトリル、（１０）水とベンゾニトリル、及び（１１）メタノールとシクロヘキサンの各混合液について近赤外分光の吸収特性を測定した。測定波長範囲は１０００〜２１００ｎｍとした。上記（１）〜（１１）の液体についての測定結果をそれぞれ図２〜１２に示す。
【００３４】
図７〜図９及び図１１より明らかなように、有機溶媒と水とでは吸収特性の波形が全体として全く異なっているため、吸収率の違いに基づいて有機溶媒と水との接触界面を検知することは比較的容易であると考えられる。有機溶媒は１７５０ｎｍ付近に強い吸収を有するため、この付近の波長を測定波長に選択してもよい。あるいは有機溶媒と水との吸収率の差がより大きい１４００ｎｍ付近の波長を用いてもよい。
【００３５】
有機溶媒同士では吸収特性の波形が似ているが、Ｎ−ヘプタンとアセトニトリルの混合液の場合には、図１０より例えば１２００ｎｍ付近や１８００ｎｍ付近の波長において両液の吸収率の違いが顕著であるため、測定波長として１２００ｎｍ付近や１８００ｎｍ付近の波長を選択するとよい。またメタノールとシクロヘキサンの混合液の場合には、図１２より例えば１５６０ｎｍ付近の波長において両液の吸収率の違いが顕著であるため、測定波長として１５６０ｎｍ付近の波長を選択するとよい。
【００３６】
（実施例２）
図１に示す液液分離装置を用い、水とＮ−ヘキサンの２つの液体の混合液からそれら２つの液体の分液を行った。まず水及びＮ−ヘキサンの混合液を容器１１に入れ、攪拌後静置した。容器１１内の液体は２層に分離した。
【００３７】
しかる後自動弁１５，１７を開くとともに、自動弁１８を閉じ、かつ調節弁１６を下層側の液体（水）が層流となって流れるように調節した。下層側の液体（水）は層流となって自動弁１５、近赤外分光光度装置１２、調節弁１６及び自動弁１７を通って貯留容器１３へ流れた。その際の近赤外分光の吸収率は３．５％であった（図９参照）。近赤外分光光度装置１２の測定波長は１５００ｎｍであった。
【００３８】
容器１１内に水がなくなり、Ｎ−ヘキサンが流出し始め、その界面が近赤外分光光度装置１２を通過すると、近赤外分光（測定波長：１５００ｎｍ）の吸収率は略０％に変化した（図９参照）。制御装置４はこの変化を検知して自動弁１７を閉じるのと同時に自動弁１８を開き、それによってＮ−ヘキサンは貯留容器１４へ流れ、水と分液することができた。
【００３９】
（実施例３）
図１に示す液液分離装置を用い、Ｎ−ヘプタンとアセトニトリルの２つの液体の混合液からそれら２つの液体の分液を行った。まずＮ−ヘプタン及びアセトニトリルの混合液を容器１１に入れ、攪拌後静置した。容器１１内の液体は２層に分離した。
【００４０】
しかる後自動弁１５，１７を開くとともに、自動弁１８を閉じ、かつ調節弁１６を下層側の液体（アセトニトリル）が層流となって流れるように調節した。下層側の液体（アセトニトリル）は層流となって自動弁１５、近赤外分光光度装置１２、調節弁１６及び自動弁１７を通って貯留容器１３へ流れた。その際の近赤外分光の吸収率は１．５％であった（図１０参照）。近赤外分光光度装置１２の測定波長は１８００ｎｍであった。
【００４１】
容器１１内にアセトニトリルがなくなり、Ｎ−ヘプタンが流出し始め、その界面が近赤外分光光度装置１２を通過すると、近赤外分光（測定波長：１８００ｎｍ）の吸収率は略０％に変化した（図１０参照）。制御装置４はこの変化を検知して自動弁１７を閉じるのと同時に自動弁１８を開き、それによってＮ−ヘプタンは貯留容器１４へ流れ、アセトニトリルと分液することができた。
【００４２】
（実施例４）
図１に示す液液分離装置を用い、水（密度：約１ｇ／ｃｍ3 ）とベンゾニトリル（密度：１．０００６ｇ／ｃｍ3 ）の２つの液体の混合液からそれら２つの液体の分液を行った。まず水及びベンゾニトリルの混合液を容器１１に入れ、攪拌後静置した。容器１１内の液体は２層に分離した。この時下層側の液体が水であり、上層側の液体がベンゾニトリルであった。これは両液体の密度の変化率が略０％であるため、２層に分離した時の温度の関係でベンゾニトリルが上層になったと考えられる。
【００４３】
しかる後自動弁１５，１７を開くとともに、自動弁１８を閉じ、かつ調節弁１６を下層側の液体（水）が層流となって流れるように調節した。下層側の液体（水）は層流となって自動弁１５、近赤外分光光度装置１２、調節弁１６及び自動弁１７を通って貯留容器１３へ流れた。その際の近赤外分光の吸収率は１．２％であった（図１１参照）。近赤外分光光度装置１２の測定波長は１６６０ｎｍであった。
【００４４】
容器１１内に水がなくなり、ベンゾニトリルが流出し始め、その界面が近赤外分光光度装置１２を通過すると、近赤外分光（測定波長：１６６０ｎｍ）の吸収率は２．７％に変化した（図１１参照）。制御装置４はこの変化を検知して自動弁１７を閉じるのと同時に自動弁１８を開き、それによってベンゾニトリルは貯留容器１４へ流れ、水と分液することができた。
【００４５】
（実施例５）
図１に示す液液分離装置を用い、メタノール（密度：０．７８６６ｇ／ｃｍ3 ）とシクロヘキサン（密度：０．７７３９ｇ／ｃｍ3 ）の２つの液体の混合液からそれら２つの液体の分液を行った。まずメタノール及びシクロヘキサンの混合液を容器１１に入れ、攪拌後静置した。容器１１内の液体は２層に分離した。この時下層側の液体がメタノールであり、上層側の液体がシクロヘキサンであった。メタノールとシクロヘキサンとの密度の変化率は１．６１％であった。
【００４６】
しかる後自動弁１５，１７を開くとともに、自動弁１８を閉じ、かつ調節弁１６を下層側の液体（メタノール）が層流となって流れるように調節した。下層側の液体（メタノール）は層流となって自動弁１５、近赤外分光光度装置１２、調節弁１６及び自動弁１７を通って貯留容器１３へ流れた。その際の近赤外分光の吸収率は３．１％であった（図１２参照）。近赤外分光光度装置１２の測定波長は１５６０ｎｍであった。
【００４７】
容器１１内にメタノールがなくなり、シクロヘキサンが流出し始め、その界面が近赤外分光光度装置１２を通過すると、近赤外分光（測定波長：１５６０ｎｍ）の吸収率は１．６％に変化した（図１２参照）。制御装置４はこの変化を検知して自動弁１７を閉じるのと同時に自動弁１８を開き、それによってシクロヘキサンは貯留容器１４へ流れ、メタノールと分液することができた。
【００４８】
なおメタノール−シクロヘキサン混合液では二液が相互に溶解しているため、超音波のような物理的な性質は極めて近似していると考えられ、従って超音波センサ等を用いて二液の接触界面を検知することは極めて困難であると考えられる。
【００４９】
上述実施例から分かるように、本発明によれば密度差が殆どなくても二液を分離することができ、密度検出器を用いるよりも有効であることが分かる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、種々の非相溶性の液体の混合液、特に密度の近い液体同士や超音波に対する特性が近い液体同士や有機液体同士であっても、その分離を再現性よく確実に自動化して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液液分離装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】水の近赤外吸収を示す特性図である。
【図３】酢酸エチル液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図４】アセトニトリル液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図５】Ｎ−ヘキサン液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図６】Ｎ−ヘプタン液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図７】水と酢酸エチルの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図８】水とＮ−ヘプタンの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図９】水とＮ−ヘキサンの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図１０】Ｎ−ヘプタンとアセトニトリルの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図１１】水とベンゾニトリルの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【図１２】メタノールとシクロヘキサンの混合液の近赤外吸収を示す特性図である。
【符号の説明】
１１    容器
１２    近赤外分光光度装置
１３，１４    貯留容器
１５    自動弁
１６    調節弁（調節手段）
１７，１８    自動弁（切り替え手段）
２１，２２，２３，２４，２７，２８    流路
２５，２６    分岐路
４    制御装置
【図１】
0004157193.tif 000002
【図２】
0004157193.tif 000003
【図３】
0004157193.tif 000004
【図４】
0004157193.tif 000005
【図５】
0004157193.tif 000006
【図６】
0004157193.tif 000007
【図７】
0004157193.tif 000008
【図８】
0004157193.tif 000009
【図９】
0004157193.tif 000010
【図１０】
0004157193.tif 000011
【図１１】
0004157193.tif 000012
【図１２】
0004157193.tif 000013