CN118176056A - 散液器件以及使用其的散液装置 - Google Patents

散液器件以及使用其的散液装置 Download PDF

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Abstract

本发明的散液器件包括能够安装在旋转轴上的至少一个流液部件。流液部件包括：沿着旋转轴延伸且在下端具有吸液口的至少一个筒状的吸液部分；和一端与吸液部分的上端连通，并且在另一端包括排出口且相对于吸液部分倾斜地延伸的至少一个排出部分。

Description

散液器件以及使用其的散液装置
技术领域
本发明涉及一种散液器件以及使用该散液器件的散液装置。
背景技术
近年来，油脂作为用于转换为燃料、化学品的原料也受到关注。特别是，积极地尝试了通过化学反应由动物性油脂和/或植物性油脂合成长链脂肪酸酯，将其用作能够代替轻油的生物柴油燃料。
另一方面，在使用相转移催化剂、浆料催化剂的2液相以上的反应体系中，通过不对称合成反应等反应来合成各种化合物的技术受到关注。在大多数这样的反应中，通过强力搅拌反应体系来促进反应。
2液相的反应有时用于例如生物柴油燃料的制造。例如，可以举出利用将脂肪酶这样的酶用于催化剂的酶催化法的酯交换反应。在基于这样的酶接触法的酯交换反应中，作为酶，例如使用固定于液体酶、离子交换树脂等载体的酶(固定化酶)。液体酶由将培养液浓缩且精制而成的物质构成，在这一点上与固定化酶相比廉价。另外，该酶残留在通过上述酯交换反应生成的副生成物的甘油水中，所以能够将其用于下一批次的反应。由此，能够反复利用液体酶，能够节省生物柴油燃料的制造所需的成本(非专利文献1)。
在使用液体酶的酯交换反应中，使用油层和水层的二相体系，例如通过高速搅拌反应物等形成乳液。在此，反应物的高速搅拌需要对搅拌机施加相当大的能量。另一方面，为了提高作为工业产品的生产率，期望降低反应物的搅拌等操作所需的能量。但是，这样的话，使用上述反应物的乳液形成能力降低，产生无法有效地进行酯交换反应的矛盾。
或者，也有使用碱催化剂代替上述酶的方法。此时也采用双液相的反应体系，反应需要强力搅拌。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：M.Nordblad等人，Biotechnology and Bioengineering,2014,Vol.11,No.12,pp.2446-2453
发明内容
发明要解决的课题
本发明以解决上述问题为课题，其目的在于提供一种能够降低处理液的蒸馏、混合、搅拌这样的各种操作所需的能量的散液器件以及使用该散液器件的散液装置。
用于解决课题的方法
本发明是一种散液器件，包括至少一个能够安装在旋转轴上的流液部件，其中，
所述流液部件包括：
沿所述旋转轴延伸且下端具有吸液口的至少一个筒状的吸液部分；和
一端与所述吸液部分的上端连通，另一端具有排出口且相对于所述吸液部分倾斜地延伸的至少一个排出部分。
在一个实施方式中，所述流液部件中的所述吸液部分是与所述旋转轴的轴向大致平行地延伸的一直线状的管。
在一个实施方式中，本发明的散液器件包括多个所述吸液部分，且该吸液部分的所述下端全部设置在相对于所述旋转轴相同的位置。
在一个实施方式中，本发明的散液器件包括多个所述吸液部分，且该吸液部分的所述下端中的一个与该下端的另一个相比设置在相对于所述旋转轴不同的位置。
在一个实施方式中，本发明的散液器件包括多个所述排出部分，且该排出部分的所述另一端全部设置在相对于所述旋转轴相同的位置。
在一个实施方式中，本发明的散液器件包括多个所述排出部分，且该排出部分的所述另一端中的一个与所述另一端中的另一个相比设置在相对于所述旋转轴不同的位置。
在一个实施方式中，所述吸液部分由一根管构成，且在该吸液部分的所述上端包括至少两个所述排出部分。
另外，本发明是一种散液装置，其包括：用于收纳处理液的处理槽；设置在该处理槽内的上述散液器件；和安装有该散液器件的旋转轴。
在一个实施方式中，所述处理液由油相和水相构成。
发明效果
根据本发明的散液器件，能够使捞起的处理液向液面的上方移动而进行散液。由此，对于配置于该散液器件的周围的处理液，能够促进铅垂方向的移动和循环。本发明的散液器件能够作为散液装置的一部分而组装，由此，能够减少处理液的蒸馏、混合、搅拌等所需的物理操作的能量。例如，在本发明的散液装置中收纳了由油相和水相这2相构成的反应液作为处理液的情况下，能够不使用多余的动力而促进反应液的乳化和/或副生成物(例如甘油)的用水的提取。
附图说明
图1是表示本发明的散液器件的一例的概略图。
图2是示意性地表示构成图1所示的散液器件的流液部件的一例的立体图。
图3是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图4是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图5是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图6是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图7是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图8是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图9是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图10是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置(反应装置)的其他例子的概略图。
图11的(a)是图10所示的散液装置的A-A方向的截面图，(b)是图10所示的散液装置的B-B方向的截面图。
图12是示意性地表示能够组装于本发明的散液装置的阻挡板的另一例的图，(a)是将两张平行排列的两组板组合而成的阻挡板的立体图，(b)是将两组板组合而成的阻挡板的示意图。
图13是表示组装有图1所示的散液器件和图12的(a)所示的阻挡板的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图14是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置(反应装置)的另一例的概略图。
图15是表示组装有图3所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图16是表示组装有图4所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图17是表示组装有图5所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图18是表示组装有图6所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图19是表示组装有图7所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
图20是表示组装有图8所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
具体实施方式
参照附图对本发明进行说明。另外，在以下的所有附图中共同地标注相同的参照编号的结构与其他附图所示的结构相同。
(散液器件)
图1是表示本发明的散液器件的一个例子的概略图。
图1所示的本发明的散液器件100包括能够安装在旋转轴121上的两个筒状的流液部件120、120’。而且，在图1中，旋转轴121沿着铅垂方向配置。此外，在图1中表示了两个流液部件，但本发明并不限定于此，只要包括至少一个筒状的流液部件即可。
流液部件120、120’由筒状的吸液部分122、122’和一端与该吸液部分122、122’的上端连通且在另一端具有排出口125、125’的排出部分123、123’构成。
图2是示意性地表示图1所示的流液部件120的立体图。另一方面，图1所示的散液部件120’与流液部件120相同，所以省略。
在构成散液部件120的吸液部分122设置有下端开口的吸液口124。在图2中，吸液部分122由外径和内径均从上端朝向下端的吸液口124呈大致一直线状延伸的管构成。
吸液部分122只要是筒状，其截面形状就没有特别限定。作为能够构成吸液部分122的截面形状的例子，可列举圆形、椭圆形、三角形、矩形和其他多边形。本发明的散液器件也可以由截面形状互不相同的多个吸液部分构成。在本发明中，为了减小在后述的处理液内移动时的阻力，吸液部分122优选具有圆形或椭圆形的截面形状。或者，吸液部分也可以代替图2所示的结构，而由绕旋转轴121的轴扭转配置的管构成。
吸液部分122的大小没有特别限定，例如，在吸液部分122具有圆形的截面形状的情况下，其外径例如为5mm～50mm。
吸液口124的形状也没有特别限定。可以是与上述吸液部分122的截面形状相同或不同的形状。作为吸液口124的形状的例子，能够列举圆形、椭圆形、三角形、矩形和其他多边形。此外，吸液口124也可以从相对于吸液部分122的轴倾斜的方向切断而扩大开口面积，以便能够向吸液部分122的内部导入更多的处理液。
吸液部分122的一条直线的构造(长度)与图1所示的旋转轴121大致平行，根据贮存在后述的散液装置的处理槽110内的处理液116的深度来设计。从构成该一条直线的构造的吸液部分122的下端(吸液口124)到吸液部分122与排出部分123的接合部分中的位于最下方的部分(散液部件120的弯曲点P)的距离t没有特别限定。例如，距离t可根据所使用的处理槽110的容量由本领域技术人员适当调节。
排出部分123的一端与吸液部分122的上端连通，并且相对于该吸液部分122倾斜地设置。另外，排出部分123的另一端设置有用于将通过了排出部分123的筒内的处理液向外部排出的排出口125。进而，图2所示的排出部分123具有筒状的形态。
在本发明中，排出部分123相对于吸液部分122的轴向的倾斜角θ可以由本领域技术人员设定为任意的角度，例如为10°～89°，优选为15°～45°。当倾斜角θ小于10°时，为了使从吸液部分122吸上来的处理液通过排出部分123而从排出口125排出，需要使散液部件120以更高的速度旋转，伴随着所得到的散液器件的操作，有时需要较多的能量。当倾斜角θ超过89°时，排出部分123超过处理液的液面而浸入内部，有时无法适当地发挥散液的功能。此外，排出部分123的倾斜角θ和与其对应的图1所示的排出部分123’的倾斜角可以彼此相同，也可以不同。
排出部分123的排出口125的形状也没有特别限定。可以是与上述吸液部分122的截面形状相同或不同的形状。作为排出口125的形状的例子，能够列举圆形、椭圆形、三角形、矩形和其他多边形。此外，在本发明中，排出部分123从与吸液部分122连通的一侧到排出口125，内径可以恒定，或者也可以缓慢地或阶段性地缩径。
排出部分123的长度(例如，从散液部件120的弯曲点P到排出口125的最短距离)没有特别限制，并且可以由本领域技术人员设定为任意长度。
再次参照图1，吸液部分122、122’的吸液口124、124’的端部以在水平方向上成为大致一条直线的方式对齐。在这样的方式的情况下，构成散液器件100的散液部件120、120’均能够从所贮存的处理液的大致相同深度的部分通过吸液口124、124’吸收该处理液。
在本发明的散液器件100中，散液部件120、120’例如固定于旋转轴121(例如绕旋转轴121的轴)。另外，散液部件120、120’优选以尽可能位于旋转轴121附近的方式密集设置。由于散液部件120、120’的整体密集，散液部件120、120’相对于旋转轴121的水平截面变得更小。其结果是，能够尽可能地降低散液部件120、120’经由旋转轴121旋转时的处理液中的阻力。
图3是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图3所示的散液器件100a包括具有互不相同的形状的散液部件120a、120’a。在此，构成图3所示的散液部件120a的排出部分123和构成散液部件120’a的排出部分123’与图1所示的相同。
另一方面，图3所示的散液部件120a包括比构成另一个散液部件120’a的吸液部分122’短的吸液部分122a，由此，在铅垂方向上的吸液部分122a的吸液口124a与吸液部分122’的吸液口124’之间产生相当于长度S的差。该长度S根据所使用的处理液的种类、量、后述的散液装置的处理槽的大小等而变动，所以并不一定限定，例如为10mm～2000mm，优选为20mm～1000mm。通过在铅垂方向上在吸液部分122a的吸液口124a与吸液部分122’的吸液口124’之间存在这样的范围的长度差，能够使由吸液部分122a的吸液口124a和吸液部分122’的吸液口124’吸收的处理液的种类、组成不同。另一方面，在图3所示的散液部件120a、120’a中，排出口125、125’以在铅垂方向上相互成为大致相同的高度的方式配置。
例如，在使用由油相和水相构成的二相系反应液作为处理液的情况下，通过调节所使用的油相的量和水相的量，配置于更上方的吸液部分122a的吸液口124a能够优先吸液由更多地包含油相的成分或油相的成分的成分构成的处理液。另一方面，配置于更下方的吸液部分122’的吸液口124’能够优先吸收由水相的成分或包含更多水相的成分的成分构成的处理液。由此，能够使在吸液口124a被吸液的处理液和在吸液口124’被吸液的处理液彼此所含有的成分的组成不同，均通过旋转轴121的旋转从排出口125、125’排出。在此，如上所述，由于排出口125、125’在铅垂方向上处于彼此大致相同的高度，所以能够更复杂地混合和/或搅拌被吸液的油相的成分和水相的成分。
图4是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图4所示的散液器件100b包括具有互不相同的形状的散液部件120b、120’b。
图4所示的散液部件120b包括比构成另一个散液部件120’b的吸液部分122’b短的吸液部分122b，由此，在铅垂方向上的吸液部分122b的吸液口124b与吸液部分122’b的吸液口124’b之间产生相当于长度S2的差。该长度S2根据所使用的处理液的种类、量、后述的散液装置的处理槽的大小等而变动，所以并不一定限定。通过在铅垂方向上在吸液部分122b的吸液口124b与吸液部分122’b的吸液口124’b之间存在这样的范围的长度差，能够使由吸液部分122b的吸液口124b和吸液部分122’b的吸液口124’b吸收的处理液的种类、组成不同。
图4所示的散液部件120b包括比构成另一个散液部件120’b的排出部分123’b短的排出部分123b，由此，在铅垂方向上的排出部分123b的排出口125b与排出部分123’b的排出口125’b之间产生相当于长度t2的差。该长度t2根据所使用的处理液的种类、量、后述的散液装置的处理槽的大小等而变动，所以并不一定限定。通过在铅垂方向上在排出部分123b的排出口125b与排出部分123’b的排出口125’b之间存在这样的范围的长度差，能够使在排出部分123b的排出口125b与排出部分123’b的排出口125’b排出的部位(例如高度)不同。
例如，在使用由油相和水相构成的二相系反应液作为处理液的情况下，通过调节所使用的油相的量和水相的量，配置于更上方的吸液部分122b的吸液口124b能够优先吸液由更多地包含油相的成分或油相的成分的成分构成的处理液。另一方面，配置在更下方的吸液部分120’b的吸液口124’b能够优先吸收由水相的成分或包含更多水相的成分的成分构成的处理液。因此，能够使在吸液口124b被吸液的处理液和在吸液口124’b被吸液的处理液彼此所含有的成分的组成不同。此外，它们通过旋转轴121的旋转从高度彼此不同的排出口125b、125’b分别排出。由此，能够将所吸液的油相的成分和水相的成分更复杂地混合和/或搅拌。
图5是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图5所示的散液器件100c包括具有互不相同的形状的散液部件120c、120’c。
图5所示的散液部件120c包括比构成另一个散液部件120’c的吸液部分122’c短的吸液部分122c，由此，在铅垂方向上的吸液部分122c的吸液口124c与吸液部分122’c的吸液口124’c之间产生相当于长度S3的差。该长度S3根据所使用的处理液的种类、量、后述的散液装置的处理槽的大小等而变动，所以并不一定限定。通过在铅垂方向上在吸液部分122c的吸液口124c与吸液部分122’c的吸液口124’c之间存在这样的范围的长度差，能够使由吸液部分122c的吸液口124c和吸液部分122’c的吸液口124’c吸收的处理液的种类、组成不同。
图5所示的散液部件120c包括比构成另一个散液部件120’c的排出部分123’b长的排出部分123c，由此在铅垂方向上的排出部分123c的排出口125c与排出部分123’c的排出口125’c之间产生相当于长度t3的差。该长度t3根据所使用的处理液的种类、量、后述的散液装置的处理槽的大小等而变动，所以并不一定限定。通过在铅垂方向上在排出部分123c的排出口125c与排出部分123’c的排出口125’c之间存在这样的范围的长度差，能够使在排出部分123c的排出口125b与排出部分123’b的排出口125’b排出的部位(例如高度)不同。
例如，在使用由油相和水相构成的二相系反应液作为处理液的情况下，通过调节所使用的油相的量和水相的量，配置在更上方的吸液部分122c的吸液口124c能够优先吸液由更多地包含油相的成分或油相的成分的成分构成的处理液。另一方面，配置在更下方的吸液部分120’c的吸液口124’c能够优先吸收由水相的成分或包含更多水相的成分的成分构成的处理液。因此，能够使在吸液口124c被吸液的处理液和在吸液口124’c被吸液的处理液彼此所含有的成分的组成不同。此外，它们通过旋转轴121的旋转从高度彼此不同的排出口125c、125’c分别排出。由此，能够将所吸液的油相的成分和水相的成分更复杂地混合和/或搅拌。
图6是表示本发明的散液器件的又一例的概略图。
图6所示的散液器件100d使用与图1所示的散液器件100同样的两个散液部件。在此，相对于图6所示的一个散液部件120d，另一个散液部件120’d沿着旋转轴121向上方移动规定的长度而固定于该旋转轴121。由此，以在散液部件120d的吸液口124d与散液部件120’d的吸液口124’d之间产生相当于长度u1的高度差的方式，将散液部件120d的吸液口124d配置在比散液部件120’d的吸液口124’d靠下方的位置。另一方面，以在散液器件120d的排出口125d和散液器件120’d的排出口125’d之间产生相当于长度u2的高度差的方式，将散液器件120’d的排出口125’d配置在比散液器件120d的排出口125d更靠上方。例如，在散液部件120d、120’d具有相同大小的情况下，上述阶差u1和u2相同(即，u1＝u2)。
在图6所示的散液器件100d中，通过吸液口124d、124’d之间的台阶u1，吸液口124d能够吸收位于吸液口124’d下方的处理液。在存在于吸液口124d的附近的处理液与存在于吸液口124’d的附近的处理液具有不同的组成的情况下(例如存在后述的水相和油相那样的组成的不同的情况下)，通过旋转轴121的旋转，能够使从排出口125d、125’d分别排出的处理液的组成不同。
图7是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
图7所示的散液器件100e由一个散液部件120e构成。
图7所示的散液部件120e包括沿着旋转轴121的轴向呈一直线状延伸的吸液部分122e，在其上端分别倾斜地设置有两个排出部分123e、123’e。排出部分123e、123’e相对于旋转轴121的轴向的倾斜角可以相同也可以不同。
在吸液部分的下端设置有一个吸液口124e，吸液口124a的形状没有特别限定。作为吸液口124e的形状的例子，能够列举圆形、椭圆形、三角形、矩形和其他多边形。另外，在本发明中，吸液部分122e的内径可以从下端到上端恒定，也可以缓慢地或阶段性地缩径，还可以缓慢地或阶段性地扩径。另外，在图7中，记载了吸液部分122e的内径比排出部分123e、123’e的内径大，但并不特别限定于该大小。吸液部分122e的内径可以比排出部分123e、123’e的内径小，或者吸液部分122e和排出部分123e、123’e的各内径可以彼此大致相同。
在图7所示的实施方式中，通过旋转轴121的旋转使一个吸液部分122e旋转，由此与例如图1所示的情况相比，能够减少在旋转的吸液部分122e的周围产生处理液的紊流。其结果是，处理液一边比较安静地被搅拌，一边通过吸液部124e被吸液，从排出部分123e、123’e的排出口125、125’e排出。由此，能够将吸液后的处理液以安静的状态混合和/或搅拌。
图8是表示本发明的散液器件的其他例子的概略图。
在图8所示的散液器件100f中，除了散液部件120f、120f’包括使构成图1所示的散液器件100的吸液部分122、122’极端短的情况下的吸液部分122f、122’f之外，其他结构与图1所示的结构相同。
在图8所示的散液器件100f中，从吸液部分122f、122’f的吸液口124f、124’f吸收的处理液也能够通过与各自的上端连通的排出部分123、123’，从排出口125、125’排出。
构成本发明的散液器件的上述散液部件和固定件均由具有充分的强度且对处理液具有适当的耐久性的材料构成。作为能够构成散液部件和固定件的材料，不一定被限定，例如由铁、不锈钢、哈氏合金、钛等金属和由它们的组合构成的材料构成。为了提高耐化学药品性，可以对它们赋予特氟龙(注册商标)、玻璃内衬、橡胶内衬之类的该领域中公知的涂层。
(散液装置)
图9是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置的一例的概略图。在图9中，使用如下情况进行说明：将散液装置200用作使用由油相116a和水相116b构成的二相系反应液作为处理液116的反应装置。
本发明的散液装置200包括用于使处理液有用的处理槽110、配置于处理槽110内的图1所示的散液器件100、和安装有散液器件100的旋转轴121。
处理槽110是能够收纳并搅拌处理液116的可密闭的槽，例如具有平底、圆底、圆锥底或朝向下方倾斜的底部109。
处理槽110的大小(容量)根据散液装置200的用途(例如，使用其进行的反应、蒸馏等操作的种类)、处理液的处理量等适当设定，所以并不一定限定，例如为0.1升～1,000,000升。
在一个实施方式中，处理槽110还包括处理液供给口112和生成物等出口114。处理液供给口112是用于向处理槽110内新供给处理液116的入口。处理液供给口112例如设置于处理槽110的上方(例如上盖)。或者，处理液供给口112也可以设置在处理槽110的侧面部。设置于处理槽110的处理液供给口112的数量不限于1个。例如，可以在处理槽110中设置多个处理液供给口。
生成物等出口114是用于将在处理槽110内得到的生成物、浓缩物(在本说明书中，将它们统称为“生成物等”)从处理槽110取出的出口。生成物等出口114除了生成物等以外还能够排出反应残渣、废液等，该排出例如能够通过设置于生成物等出口114的下游侧的阀115的开闭来调节。生成物等出口114还与例如处理槽110内的底部109的中央连通设置。
处理槽110的上部可以具有例如盖体或维护孔那样的可开闭的结构。此外，在处理槽110的上部也可以设置用于调节处理槽110内的压力的压力调节口(未图示)。并且，压力调节口例如也可以与未图示的减压泵连接。
收纳于处理槽110的处理液116例如是水溶液浆料等液体。在散液装置400例如用于后述的基于酯交换反应的脂肪酸酯的制造的情况下，处理液116例如由油相116a和水相116b的二相体系构成，油相116a和水相116b分别含有起始材料等反应物和溶剂等介质。
处理槽110例如由与上述散液部件相同的材料构成。也可以根据需要进行与散液部件同样的表面处理。
旋转轴121是具有规定的刚性的轴，例如具有圆筒状或圆柱状的形状。旋转轴121在处理槽110内通常在铅垂方向配置。旋转轴121的粗细并不一定限定，例如为8mm～200mm。旋转轴121的长度根据使用的处理槽110的大小等而变动，本领域技术人员可以选择适当的长度。
旋转轴121的一端在处理槽110的上部与电动机140等旋转机构连接。例如，旋转轴121的另一端不与处理槽110的底部109连接，与处理槽110的底部109隔开一定间隔优选离开的配置。由此，能够减少旋转轴121与反应液116接触的面积。或者，旋转轴的另一端也可以收纳于在处理槽的底部109设置的规定的轴承。
旋转轴121例如由与上述散液部件相同的材料构成。也可以根据需要进行与散液部件同样的表面处理。
在图9所示的实施方式中，散液器件100直接固定在旋转轴121的轴周围。
根据图9所示的散液装置200，通过利用电动机140使旋转轴121旋转，散液器件100内的流液部件120、120’从吸液口124、124’吸收(即，取入)处理液116。被吸液的处理液在伴随该旋转轴121的旋转的离心力的作用下经由吸液部分122、122’和排出部分123、123’内的流路移动到排出口125、125’，从该排出口125、125’向处理槽110内、具体而言比处理槽110内的处理液116的液面128靠上方的位置排出。由此，处理液116能够与处理槽110的内壁111、液面128碰撞，并且能够从处理槽110的底部109向上方移动，能够促进处理槽110的高度方向上的处理液116的回流混合(例如，铅垂方向上的搅拌或循环)、与内壁111碰撞后的流下。其结果是，例如，在使用规定的反应液作为处理液的情况下，能够更有效地进行在散液装置200内进行的反应生成物的制造。
在本发明的散液装置200中，为了通过旋转轴121的旋转高效地从散液器件100排出处理液116，优选在处理槽110内以规定量收纳处理液116。具体而言，在旋转轴121有无旋转的任一情况下，均优选以处理液116的液面128位于比构成散液器件100的吸液部分122、122’与排出部分123、123’的接合部分、更详细而言从吸液部分122的下端(吸液口124)到吸液部分122与排出部分123的接合部分中的位于最下方的部分(即，散液部件120的弯曲点P)靠上方的方式，在处理槽110内收纳处理液116。在散液器件100与处理液116的液面128满足这样的关系的情况下，处理液116与吸液部分122、122’一起存在至排出部分123、123’的下端方向的一部分。在这样的关系中，当经由旋转轴121使散液器件100旋转时，处理液116随着散液器件100的旋转而形成涡旋(涡流)，能够在排出部分123、123’的内部的倾斜的流路中通过基于该旋转的离心力上升至排出口125、125’。然后，最终上升的处理液116能够从排出口125、125’有效地排出到散液部件120、120’之外。
此外，在上述中，为了有效地进行处理液116从排出口125、125’向散液部件120、120’外的排出，在伴随散液器件100的旋转而形成上述涡旋时，也优选处理液116的液面(涡旋面)位于比散液部件120的弯曲点P靠上方的位置。
另外，在图1和图9中，对散液器件100的两个散液部件120、120’隔着旋转轴121对称配置的例子进行了说明，但本发明并不特别限定于这样的散液部件的数量和配置。本发明的散液器件可以仅由1个散液部件构成，也可以由多个(例如，2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个)散液部件构成。在使用多个散液部件的情况下，为了使旋转轴能够顺畅地旋转，优选将各散液部件之间的间隔(例如角度)保持为大致恒定。
在图9所示的实施方式中，对与油相116a相比水相116b配置在下方的情况进行了说明，但本发明的散液装置并不仅限定于这样的油相116a和水相116b的配置。例如，在水相中添加有甲醇的体系中，有时油相与水相的配置颠倒，油相配置在比水相靠下方的位置。本发明的散液装置也可以使用包含这样配置的油相和水槽的二相系反应液。
图10是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置的其他例子的概略图。此外，图11(a)是图10所示的散液装置的A-A方向的截面图，图11(b)是图10所示的散液装置的B-B方向的截面图。
在本发明的散液装置300中，在处理槽110的内壁111设置有从处理槽110的底部109延伸至超过反应液116的液面128的高度的多个阻挡板310(参照图10以及图11的(a)和(b))。在图10中，阻挡板310例如以位于静置的处理液116的液面128的附近的方式(即，阻挡板310的上端位于与散液部件120的弯曲点P大致相同的高度、或者比其稍靠下方的位置)设置。
阻挡板310起到防止流液部件120、120’经由旋转轴121旋转、由此处理槽110内的处理液116追随而一起旋转运动的作用。换言之，阻挡板310成为在处理槽110内处理液116沿水平方向旋转时的障壁，能够防止或减少涡旋的形成。其结果是，即使在散液部件120、120’旋转时，处理液116的液面(涡流面)也位于比散液部件的弯曲点P靠上方的位置，其结果是，处理液116容易充满散液部件120、120’的排出部分123、123’，处理液116从排出口125、125’的排出变得更有效。最终，能够从排出口125、125’排出较多的处理液116，并且能够提高混合并搅拌处理槽110内的处理液116的效率。
设置于处理槽110的阻挡板310的数量并不一定限定，例如，在处理槽110的内壁111以大致等间隔设置有1个～8个。
图12是示意性地表示能够组装于本发明的散液装置的阻挡板的另一例的图。
本发明的散液装置也可以包括如图12(a)所示的阻挡板400a。
阻挡板400a构成为将两块平衡地排列的板402a、404a与其他两块平衡地排列的板406a、408a以相互交叉角成为大致90°的方式交叉的构造。阻挡板400a被设计为其整体能够设置于散液装置的处理槽的底部的程度的大小。构成阻挡板400a的材料没有特别限定，可以采用对处理液具有充分的耐久性且具有规定的强度的材料。
或者，阻挡板也可以具有如图12的(b)所示的结构。
图12的(b)所示的阻挡板400b构成为两张板402b、404b以相互交叉角为大致90°的方式交叉的构造。阻挡板400b也被设计为其整体能够设置在散液装置的处理槽的底部的程度的大小。构成阻挡板400b的材料可以采用与构成上述阻挡板400a的材料相同的材料。
图13是表示组装有图1所示的散液器件和图12的(a)所示的阻挡板的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
在图13所示的散液装置500a中，在处理槽110的底部109的大致中央配置有阻挡板400a。在阻挡板400a与散液器件100的吸液部124、124’之间设置有规定的间隙。通过在处理槽110的底部109配置这样的阻挡板400a，即使通过旋转轴121使散液器件100绕该旋转轴121的轴旋转，阻挡板400a也能够阻止处理液116在处理槽110内自由旋转，结果能够防止形成大的涡旋(涡流)。
对于图13所示的散液装置500a，在散液部件120、120’旋转时，由于阻挡板400a的存在，处理液116的液面(涡流面)也位于比散液部件的弯曲点P靠上方的位置，结果，处理液116容易充满散液部件120、120’的排出部分123、123’，处理液116从排出口125、125’的排出变得更有效。最终，能够从排出口125、125’排出较多的处理液116，并且能够提高混合并搅拌处理槽110内的处理液116的效率。
图14是表示组装有图1所示的散液器件的散液装置的另一例的概略图。
在图14所示的散液装置600中，在处理槽110的外周设置有温度调整用的护套610。在图14中，护套610例如由中空的材料构成，能够通过未图示的管，从护套入口612导入例如水蒸气、水、热媒介油等热介质，并从护套出口614排出。导入到护套610内的热介质通过从処应槽110的外侧进行处理液116的加热，能够对处理槽110内的处理液116进行温度控制。
另外，在图14所示的实施方式中，对使用用于加热处理槽110内的加热用热介质作为热介质的例子进行了说明，但本发明并不限定于此。也可以代替该加热用热介质，例如将水、盐水、液氮、气体制冷剂(例如二氧化碳、氟利昂)那样的冷却用热介质导入护套610。
图15是表示组装有图3所示的散液器件的散液装置的一例的概略图。
在图15所示的散液装置700a中，构成散液器件100a的散液部件120a、120’a的吸液口124a、124’在铅垂方向上位于不同的高度。
在这样的结构中，当将构成处理液116的油相116a和水相116b分别收纳到图15所示的位置(即，例如在静置状态下，散液部件120a的吸液口124a配置在油相116a内，且散液部件120’a的吸液口124’配置在水相116b内的位置)，并通过电动机140使旋转轴121旋转时，(虽然有时由于散液器件100a的旋转而使油相116a和水相116b彼此的一部分混合)散液部件120a的吸液口124a能够吸收几乎或大量含有油相116a中的成分的处理液116，散液部件120’a的吸液口124’能够吸收几乎或大量含有水相116b中的成分的处理液116。然后，从吸液口124a、124’分别吸液的处理液116从散液部件120a、120’a的排出口125、125’例如分别向液面128上、处理槽110的内壁111排出。
在此，当通过散液部件120a、120’a的某一旋转而排出的处理液116碰到内壁111时，成为薄膜状而在内壁111流下。然后，通过该散液部件120a、120’a的进一步旋转而新排出的处理液116也与内壁111接触时，成为薄膜状而在内壁111上流下。这样，当散液部件120a、120’a继续旋转时，在内壁111上，从吸液口124a、124’分别吸液的成分组成互不相同的处理液116成为多重重叠的薄膜状而流下。
其结果是，能够在处理槽110内有效地混合或搅拌构成处理液116的油相116a和构成水相116b的成分。
图16是表示组装有图4所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
在图16所示的散液装置700b中，构成散液器件100b的散液部件120b、120’b的吸液口124b、124’b在铅垂方向上位于不同的高度。而且，构成散液器件100b的散液部件120b、120’b的排出口125b、125’b也在铅垂方向上位于不同的高度。
在这样的结构中，当将构成处理液116的油相116a和水相116b分别收纳到图16所示的位置(即，例如在静置状态下，散液部件120b的吸液口124b配置在油相116a内，且散液部件120’b的吸液口124’b配置在水相116b内的位置)，并通过电动机140使旋转轴121旋转时，(虽然有时由于散液器件100b的旋转而使油相116a和水相116b彼此的一部分混合)散液部件120b的吸液口124b能够吸收几乎或大量含有油相116a中的成分的处理液116，散液部件120’b的吸液口124’b能够吸收几乎或大量含有水相116b中的成分的处理液116。而且，从吸液口124b、124’b分别吸液的处理液116能够从散液部件120b、120’b的排出口125b、125’b例如分别朝向液面128上、处理槽110的内壁111排出。
图17是表示组装有图5所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
在图17所示的散液装置700c中，构成散液器件100c的散液部件120c、120’c的吸液口124c、124’c在铅垂方向上位于不同的高度。而且，构成散液器件100c的散液部件120c、120’c的排出口125c、125’c也在铅垂方向上位于不同的高度。
在这样的结构中，当将构成处理液116的油相116a和水相116b分别收纳到图17所示的位置(即，例如在静置状态下，散液部件120c的吸液口124c配置在油相116a内，且散液部件120’c的吸液口124’c配置在水相116b内的位置)，并通过电动机140使旋转轴121旋转时，(虽然有时由于散液器件100b的旋转而使油相116a和水相116b彼此的一部分混合)散液部件120c的吸液口124c能够吸收几乎或大量含有油相116a中的成分的处理液116，散液部件120’c的吸液口124’c能够吸收几乎或大量含有水相116b中的成分的处理液116。而且，从吸液口124c、124’c分别吸液的处理液116能够从散液部件120c、120’c的排出口125c、125’c例如分别朝向液面128上、处理槽110的内壁111排出。
图18是表示组装有图6所示的散液器件的散液装置的一个例子的概略图。
在图18所示的散液装置700d中，构成散液器件100d的散液部件120d、120’d的吸液口124d、124’d在铅垂方向上位于不同的高度，并且该散液部件120d、120’d的排出口125d、125’d也在铅垂方向上位于不同的高度。
在图18所示的实施方式中，散液部件120d的吸液口124d配置在水相116b内，散液部件120’d的吸液口124’d配置在油相116a内。当在这样的状态下使旋转轴121旋转时，散液部件120d的吸液口124d优先吸收富含水相116b的构成成分或水相116b的构成成分的成分(以下，将它们称为水相116b的成分等)，散液部件120’d的吸液口124’d能够优先吸收富含油相116a的构成成分或油相116a的成分(以下，将它们称为油相116a的成分等)。
另外，由于散液部件120’d的排出口125’d在比散液部件120d的排出口125d靠上方的位置开口，所以来自排出口125’d的油相116a的成分等与来自排出口125d的水相116b的成分等相比，朝向处理槽110的内壁111向上方排出。而且，与内壁111碰撞的油相116a的成分等同样地比与内壁111碰撞的水相116b的成分等到液面128的距离更长地流下。由此，油相116a的成分等与水相116b的成分等之间的流下距离不同，在内壁111和液面128附近，油相116a的成分等与水相116b的成分等提供更复杂地混合的机会。
图19是表示组装有图7所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
在图19所示的散液装置700e中，构成散液器件100e的散液部件120e的吸液口124e指向搅拌槽110的底部109侧。在图19中，散液部件120e的吸液口124e配置于处理液116的油相116a与水相116b的界面附近，但并不特别限定于这样的配置。在处理液116的静置状态下，散液部件120e的吸液口124e可以配置在油相116a侧或水相116b侧的任一侧。
在这样的结构中，当通过电动机140使旋转轴121旋转时，通过散液器件100e的旋转，油相116a和水相116b以混合的状态从散液部件120e的吸液口124e被吸液。从吸液口124e吸液后的处理液116能够从散液部件120e的排出口125e、125’e例如分别朝向液面128上、处理槽110的内壁111排出。
图20是表示组装有图8所示的散液器件的散液装置(反应装置)的一例的概略图。
在图20所示的散液装置700f中，构成散液器件100f的散液部件120f、120’f的吸液口124f、124’f在铅垂方向上位于大致相同的高度。此外，构成散液器件100f的散液部件120f、120’f的排出口125、125’也在铅垂方向上位于不同的高度。
如上所述，在散液器件100f中，由于构成散液部件120f、120’f的吸液部分122f、122’f比较短，所以本发明的散液装置700f例如即使在处理液116比较少量的情况下(即构成油相116a和水相116b的各液量少时)，也能够通过旋转轴121的旋转从吸液部124f、124’f吸液处理液116，并且从排出口125f、125’f将该处理液分别向液面128上或处理槽110的内壁111排出。
例如在将本发明的散液装置用作反应装置的情况下，该装置在期望反应液(反应物)的搅拌的各种反应生成物的制造中是有用的。特别是，在由油相与水相构成的二相系(不均匀反应系)、由多相(例如2相)的化学物质构成的反应系中，与使用现有的搅拌机的情况相比，能够更有效地得到反应生成物。例如，作为二相体系的例子，可举出用于制造脂肪酸酯的酯交换反应。
在本发明中，构成散液器件的散液部件的吸液部分沿铅垂方向延伸，吸液部分能够通过所安装的旋转轴以比较小的旋转半径旋转。另一方面，由于排出部分以规定的角度倾斜，所以通过内部的流路，处理液能够利用伴随旋转的离心力容易地排出到外部。其结果是，本发明的散液器件能够以更少的能量在处理液内旋转，并且能够高效地进行处理液的排出、即处理液的混合、搅拌、反应、蒸发、蒸馏等各种操作。
(反应生成物的制造方法)
接着，对使用组装有本发明的散液器件的散液装置制造规定的反应生成物的方法进行说明。
在本发明的制造方法中，通过使处理液在组装有上述散液器件的散液装置内循环来进行搅拌。在此，在本说明书中，术语“基于循环的搅拌”包括：通过对成为对象的液体(例如反应液)施加水平方向的旋转而进行的搅拌；和如使用上述散液装置的情况那样，通过铅垂方向的该液体的移动且循环而使该液体整体混合(或混合)这两者。
本发明中使用的处理液含有无机或有机系的液体介质，通常可以通过利用搅拌机等的搅拌来进行化学反应且进行控制。例如处理液是不均匀体系的反应液。例如，由油相和水相构成的反应液通过基于上述循环的搅拌，在能够提高且促进反应液的乳化的方面是有用的。
在处理液为不均匀体系的反应液的情况下，该处理液中含有例如原料油脂、液体酶(液酶)、具有碳原子数1～8的醇和水。
原料油脂例如是能够在生物柴油燃料用的脂肪酸酯的制造中使用的油脂。原料油脂可以是预先精制的油脂或含有杂质的未精制油脂中的任一种。作为原料油脂的例子，可举出食用油脂及其废食用油脂、原油及其他废弃物系油脂、以及它们的组合。作为食用油脂及其废食用油脂的例子，可举出植物油脂、动物油脂、鱼油、微生物生产油脂、以及它们的废油、以及它们的混合物(混合油脂)。作为植物油脂的例子，可以举出但不限于大豆油、菜籽油、棕榈油和橄榄油。作为动物油脂的例子，可以举出但不限于牛油、猪油、鸡油、鲸油和羊油。作为鱼油，可以举出但不限于沙丁鱼油、金枪鱼油和鱿鱼油。作为微生物生产油脂的例子，并不一定限定，可举出由丝光菌属(the genus Mortierella)或裂殖壶菌属(the genusSchizochytrium)等微生物生产的油脂。
原油例如为由现有的食用油脂的榨油工序得到的未精制或未加工的油脂，例如可以含有磷脂质和/或蛋白质等胶状杂质、游离脂肪酸、色素、微量金属及其他烃系的油可溶性杂质、以及它们的组合。原油中所含的该杂质的含量没有特别限定。
作为废弃物系油脂，例如可列举出通过在碱的存在下对食品油脂的制造过程中产生的粗油进行精制而得到的油渣、热处理油、压制油和轧制油、以及它们的组合。
原料油脂可以在不阻碍油脂本来的性质的范围内含有任意量的水分。进而，原料油脂也可以使用另外在脂肪酸酯的生成反应中使用的溶液中残留的未反应的油脂。
作为液体酶，可举出能够用于脂肪酸酯的生成反应的任意的酶催化剂中的、在室温下具有液体性状的酶催化剂。作为液体酶的例子，可举出脂肪酶、果胶酶、和它们的组合。在此，本说明书中使用的术语“脂肪酶”是指具有作用于甘油酯(也称为酰基甘油)而将该甘油酯分解为甘油或部分甘油酯和脂肪酸的能力、且具有在直链低级醇的存在下通过酯交换生成脂肪酸酯的能力的酶。
脂肪酶可以是1,3-特异性的，也可以是非特异性的。在能够制造脂肪酸的直链低级醇酯的方面，该脂肪酶优选为非特异性的。作为脂肪酶的例子，可以举出：来源于属于根霉属(米黑根毛霉属)(Rhizomucor miehei)、毛霉属、曲霉属、根霉属、青霉属等的丝状菌的脂肪酶；来源于属于假丝酵母属(genus Candida/念珠菌属)(南极假丝酵母(Candidaantarcitica)、皱褶假丝酵母(皱纹念珠菌/Candida rugosa)、柱状假丝酵母(圆柱念珠菌/Candida cylindracea))、毕赤酵母属(Pichia)等的酵母的脂肪酶；来源于属于假单胞菌属(Pseudomonas)、沙雷氏菌属(Serratia)等的细菌的脂肪酶；和来源于猪胰腺(hogpancreas)等动物的脂肪酶。液体脂肪酶例如能够通过将含有这些微生物产生的脂肪酶的该微生物的培养液浓缩且纯化而得到，或者通过将粉末化的脂肪酶溶解于水而得到。也可以使用市售的液体脂肪酶。
上述液体酶的使用量例如根据原料油脂的种类和/或量而变动，所以并不一定限定，相对于使用的原料油脂100质量份，优选为0.1质量份～50质量份，优选为0.2质量份～30质量份。如果液体酶的使用量低于0.1质量份，则无法催化有效的酯交换反应，有可能使所期望的脂肪酸酯的产量和/或收率降低。液体酶的使用量超过50质量份时，通过酯交换反应得到的所期望的脂肪酸酯的产量和/或收率没有发现变化，反而有可能使制造效率降低。
醇为直链或支链的低级醇(例如，碳原子数1～8的醇，优选碳原子数1～4的醇)。优选直链的低级醇。直链低级醇的实例包括但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇以及它们的组合。
上述醇的使用量例如根据所使用的原料油脂的种类和/或量而变动，所以并不一定限定，相对于原料油脂100质量份，优选为5质量份～100质量份，优选为10质量份～30质量份。醇的使用量低于5质量份时，无法进行有效的酯交换反应，有可能使期望的脂肪酸酯的收量和/或收率降低。醇的使用量超过100质量份时，通过酯交换反应得到的所期望的脂肪酸酯的产量和/或收率已经没有发现变化，反而有可能使制造效率降低。
本发明中使用的水可以是蒸馏水、离子交换水、自来水、纯水中的任一种。该水的使用量例如根据所使用的原料油脂的种类和/或量而变动，所以并不一定限定，相对于原料油脂100质量份，优选为0.1质量份～50质量份，优选为2质量份～30质量份。如果水的使用量低于0.1质量份，则反应体系内形成的水层的量不足，无法利用上述原料油脂、液体酶和醇进行有效的酯交换反应，有可能降低所期望的脂肪酸酯的产量和/或收率。如果水的使用量超过50质量份，则已经通过酯交换反应得到的所期望的脂肪酸酯的产量和/或收率看不到变化，反而有可能使制造效率降低。
本发明的方法中，可以对上述处理液添加规定的电解质。作为构成电解质的阴离子，不一定限定，例如可举出碳酸氢根离子、碳酸根离子、氯离子、氢氧化物离子、柠檬酸根离子、磷酸氢根离子、磷酸二氢根离子和磷酸根离子以及它们的组合。作为构成电解质的阳离子，例如可举出碱金属离子和碱土金属离子以及它们的组合，作为更具体的例子，可举出钠离子、钾离子和钙离子以及它们的组合。作为电解质的例子，优选碳酸氢钠(小苏打)碳酸钠、氯化钙、氢氧化钙、柠檬酸三钠、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、氯化钠和磷酸三钠、以及它们的组合。从富有通用性、容易获得等理由出发，更优选碳酸氢钠(小苏打)。
上述原料油脂、催化剂、醇和水例如通过处理液供给口112同时或以任意的顺序添加到图9所示的散液装置200的处理槽110中，构成由油相116a和水相116b构成的处理液116。之后，通过旋转轴121的旋转使散液器件100的流液部件120、120’在处理槽110内旋转，由此，如上所述，从流液部件的120、120’吸入处理液116，吸入的处理液通过吸液部分122、122’和排出部分123、123’内的各流路向上方移动，从流液部件120、120’的排出口125、125’排出。通过这样的处理液116的移动，促进处理液116的搅拌，进行作为反应生成物的脂肪酸酯的生成。处理槽110内的温度没有特别限定，例如为5℃～80℃，优选为15℃～80℃，更优选为25℃～50℃。
其中，散液装置200内的旋转轴的旋转可以不必以高速(例如600rpm以上)进行。例如，可以设定为低速(例如80rpm以上且小于300rpm)或中速(例如300rpm以上且小于600rpm)。进而，反应时间根据所使用的原料油脂、催化剂、醇和水的各量而变动，所以并不一定限定，可以由本领域技术人员设定任意的时间。
反应结束后，将生成物和反应残渣从散液装置200的处理槽110中取出，例如使用本领域技术人员公知的方法分离为包含脂肪酸酯的层和包含副生成物甘油的层。然后，包含脂肪酸酯的层可以进一步根据需要使用本领域技术人员公知的方法对脂肪酸酯进行分离和纯化。
如上所述得到的脂肪酸酯例如可以作为生物柴油燃料或其构成成分使用。
附图标记说明
100、100a、100b、100c、100d、100e、100f散液器件
109 底部
110 处理槽
111 内壁
112 处理液供给口
114 生成物等出口
115 阀
116 处理液
116a 油相
116b 水相
120、120’、120a、120’a、120b、120’b、120c、120’c、120d、120’d、120e、120’e、120f、120’f流液部件
121旋转轴
122、122’、122a、122b、122’b、122c、122’c、122e、122’e、122f、122’f吸液部分
123、123’、123b、123’b、123c、123’c、123e、123’e排出部分
124、124’、124b、134’b、124c、124’c、124d、124’d、124e、124f、124’f吸液口
125、125’、125"排出口
128 液面
140 电动机
200、300、500a、600、700a、700b、700c、700d、700e、700f散液装置
310、400a、400b阻挡板
610护套(Jacket)
612 护套入口
614 护套出口。

Claims (9)

1.一种散液器件，包括至少一个能够安装在旋转轴上的流液部件，其特征在于：
所述流液部件包括：
沿所述旋转轴延伸且下端具有吸液口的至少一个筒状的吸液部分；和
一端与所述吸液部分的上端连通，另一端具有排出口且相对于所述吸液部分倾斜地延伸的至少一个排出部分。
2.如权利要求1所述的散液器件，其特征在于：
所述流液部件中的所述吸液部分是与所述旋转轴的轴向大致平行地延伸的一根直线状的管。
3.如权利要求1或2所述的散液器件，其特征在于：
包括多个所述吸液部分，且该吸液部分的所述下端全部设置在相对于所述旋转轴相同位置。
4.如权利要求1或2所述的散液器件，其特征在于：
包括多个所述吸液部分，且该吸液部分的所述下端中的一个与该下端的另一个相比设置在相对于所述旋转轴不同的位置。
5.如权利要求1或2所述的散液器件，其特征在于：
包括多个所述排出部分，并且该排出部分的所述另一端全部设置在相对于所述旋转轴相同的位置。
6.如权利要求1或2所述的散液器件，其特征在于：
包括多个所述排出部分，并且该排出部分的所述另一端中的一个与所述另一端中的另一个相比，设置在相对于所述旋转轴不同的位置。
7.如权利要求1或2所述的散液器件，其特征在于：
所述吸液部分由一根管构成，且在该吸液部分的所述上端包括至少两个所述排出部分。
8.一种散液装置，其特征在于：包括：
用于收纳处理液的处理槽；
设置在该处理槽内的权利要求1～7中任一项所述的散液器件；和安装有该散液器件的旋转轴。
9.如权利要求8所述的散液装置，其特征在于：
所述处理液由油相和水相构成。
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