DE10064034A1

DE10064034A1 - Reaktions- und Rührgerät, Reaktions- und Trennfiltrationsgerät und Trennverfahren, Generationsverfahren und Filtrationsverfahren

Info

Publication number: DE10064034A1
Application number: DE10064034A
Authority: DE
Inventors: Shin-Ichi Nakao; Toru Taniguchi
Original assignee: Reika Kogyo KK
Current assignee: Reika Kogyo KK
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-07-12
Also published as: US6866831B2; US20010004975A1; JP2001239140A

Abstract

Bei einem Gerät 10 ist ein Raum durch ein Paar undurchlässige Stützelemente 16 und ein Paar Abstandelemente 12 zum Vorsehen eines vorbestimmten Abstands zwischen den undurchlässigen Stützelementen 16 ausgebildet. Eine durchlässige Membran ist in dem Raum vorgesehen und Auslässe 15 sind an jedem undurchlässigen Stützelement 16 des Paares vorgesehen. Ein Rührer 20 ist in dem Raum vorgesehen, in dem das durchzulassende Objekt vorhanden ist, und weist eine Rührachse 22, eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse 22 und eine Vielzahl von Rührblättern 24 auf, die an der Rührachse 22 angebracht sind. Einschnitte 26 sind an einem Abschnitt von jedem Rührblatt 24 so vorgesehen, dass das durchzulassende Objekt in dem Raum zwischen dem Rührblatt 24 und der Innenwand des Abstandelements 12 oder in dem Raum zwischen dem Rührblatt 24 und der durchlässigen Membran 14 zirkulieren kann. Die Einschnitte sind abwechselnd an der rechten und an der linken Seite der schichtweise angeordneten Rührblätter vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Reaktions- und Trennfiltrationsgerät und auf ein Verfahren, das solch ein Gerät verwendet. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Gerät und auf ein Verfahren, bei denen ein gewünschtes Produkt unter Verwendung einer durchlässigen Membran oder einer Filtrationsmembran bei einem schwingenden Rührvorgang getrennt und gesammelt werden kann.

Als ein Filtrationsgerät zum Ausführen einer Ultrafiltration (UF) oder einer Umkehrosmosefiltration (RO) ist ein durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenes Gerät bekannt (unter Bezugnahme auf die japanische Patentanmeldung Nr. Hei 10-262225), das den in den Fig. 31, 32(A) und 32(B) gezeigten Aufbau hat. Bei solch einem Filtrationsgerät ist ein Paar undurchlässige Abstandelemente 3 so an beiden Endabschnitten eines aus einem undurchlässigen Bauelement aufgebauten Paars Stützelemente 1a und 1b vorgesehen, dass die Abstandelemente dazwischen eingeklemmt sind. Ein membranartiges Filtrationsmedium 4 ist in dem Raum vorgesehen, der durch diese undurchlässigen Bauelemente definiert ist. Die zu filternde Probe (Filtrationsobjekt) wird in den Raum eingeführt, der durch das Filtrationsmedium umgeben ist, und durch ein Aufbringen eines Drucks in den Raum oder durch ein Reduzieren des Außendrucks durch das Filtrationsmedium wird das Filtrationsobjekt durch das Filtrationsmedium 4 hindurchgelassen, und das Filtrat wird aus einem Auslass 5 entnommen.

Darüber hinaus ist das Filtrationsmedium 4 auch jeweils entlang den Innenwänden der Stützelemente 1a und 1b vorgesehen, und ein Rührer 2 ist parallel zu den zwei Filtrationsmedien vorgesehen. Der Rührer 2 hat eine Rührachse 2a und eine an der Rührachse 2a angebrachte Leiter 2b. Wenn der Rührer in der vertikalen Richtung zwischen den Filtrationsmedien 4 schwingt, wird eine Ausbildung eines Grenzfilmes und einer Filterkuchenlage nahe der Innenwand der Filtrationsmedien 4 verhindert, und somit kann eine Reduzierung der Filtrationsleistung verhindert werden.

Wenn das zu isolierende Zielprodukt in dem Ursprungsfluid nahe der Membran durch den Durchlassfluss an der Membran transportiert und durch die Membran blockiert wird, wird es nahe der Membranoberfläche angehäuft, was zu einem Anstieg der relativen Konzentration an der Membranoberfläche bezogen auf die Konzentration in dem Ursprungsfluid selbst (diese Phänomen ist als eine Konzentrationspolarisation bekannt) und zu einer Ausbildung eines "Grenzfilmes" an der Membranoberfläche führt. Da der Filtrationswiderstand durch den Grenzfilm erhöht ist, ist es bekannt, dass die Filtrationsleistung im Allgemeinen reduziert ist.

Die vorstehend erwähnte "Filterkuchenlage" ist eine Lage, die durch die Abscheidung von Feststoffmaterialien oder Pulvermaterialien nahe der Membranoberfläche ausgebildet wird, zum Beispiel wenn die Feststoff- oder Pulvermaterialien aus einer Lösung mit den dispergierten Feststoff- oder Pulvermaterialien durch die Membran gefiltert werden.

Wie dies in den Fig. 32(A) und 32(B) gezeigt ist, ist die Leiter 2b des Rührers 2 durch eine vertikal angeordnete Vielzahl von Rührblättern 2c an der Rührachse 2a mit einem dazwischenliegenden vorbestimmten Raum aufgebaut. Der Rührer 2 ist außerdem so konfiguriert, dass er hinsichtlich des Filtrationsmediums 4 schwingt. Ein Einschnitt 2d ist an einem Rührblatt 2c vorgesehen und Zwischenräume C, in denen das Filtrationsobjekt zirkulieren kann, sind abwechselnd an der rechten und an der linken Seite zwischen den Rührblättern 2c und den Innenwänden 3a des Abstandelements 3 ausgebildet. Das Filtrationsobjekt zirkuliert durch den Durchflussweg, so dass kein Stillstand auftritt, und eine Erzeugung des Grenzfilms und der Filterkuchenlage kann verhindert werden. Außerdem sind Verstärkungsachsen 2e so vorgesehen, dass sich die Vielzahl von Rührblättern 2c als eine Einheit bewegt.

Bei dem vorstehend erwähnten Filtrationsgerät wird eine Filtration ausgeführt, wobei die Ausbildung des Grenzfilmes und der Filterkuchenlage verhindert wird, indem das Filtrationsobjekt abwechselnd an der rechten und an der linken Seite innerhalb des Raumes zirkuliert.

Jedoch unterscheiden sich die Beschaffenheiten der durchzulassenden Materialien und Filtrationsobjekte entsprechend ihrer Art, und somit besteht ein Bedarf, das Verfahren zum Zirkulieren der Filtrationsobjekte gemäß ihren Beschaffenheiten zu ändern, um eine Ausbildung des Grenzfilmes und der Filterkuchenlage wirksam zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung soll das vorstehend beschriebene Problem lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Reaktions- und Trennfiltrationsgeräts, bei dem das Verfahren zum Zirkulieren des Filtrationsobjektes in vielfältiger Weise geändert werden kann und eine Vielzahl von Reaktions- und Trennfiltrationsprozessen durch ein einziges Gerät ausgeführt werden kann, und eines Verfahrens, das solch ein Gerät verwendet.

Um diese Aufgabe zu lösen, ist ein Reaktions- und Rührgerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Aufbaubeispiele charakterisiert.

1. Bei einem ersten Aspekt kann die vorliegende Erfindung als ein Reaktions- und Rührgerät aufgebaut sein, das folgendes aufweist: ein Paar undurchlässige Stützelemente, ein Paar Abstandelemente, die mit den Endabschnitten des Paars undurchlässige Stützelemente im Eingriff sind, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Paar undurchlässige Stützelemente vorzusehen, und einen Rührer, der in einem Raum vorgesehen ist, der durch das Paar undurchlässige Stützelemente und das Paar Abstandelemente definiert ist, wobei der Rührer eine Rührachse, eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse und eine Vielzahl von Rührblättern aufweist, die an der Rührachse angebracht sind.
Da eine Lösung in einem Raum schwingend gerührt wird, der durch das Paar undurchlässige Stützelemente und das Paar Abstandelemente definiert ist, kann die Reaktionsleistung erhöht werden. Außerdem kann beim Emulgieren eine einheitliche Emulsion in einfacher Weise ausgebildet werden.
2. Ein zweiter Aufbau des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Reaktions- und Rührgerät des Aufbaus (1.1), wobei ein Einschnitt an einem Abschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen ist, dass das Objekt in dem Raum zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des Abstandelements und/oder in dem Raum zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements zirkulieren kann.
Beim Zirkulieren zum Beispiel des zu reagierenden Objekts oder des zu emulgierenden Objekts durch den Einschnitt kann die Leistung der Reaktion oder der Emulgierung weiter verbessert werden.
3. Ein dritter Aufbau des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein Reaktions- und Rührgerät des Aufbaus (1.1) oder (1.2), wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, zumindest an einer der Außenwände der undurchlässigen Stützelemente oder der Abstandelemente vorgesehen ist.
Durch den vorstehend erwähnten Aufbau kann der Reaktions- und Rührprozess bei einem Wärmeaustauschvorgang ausgeführt werden, was bei dem Reaktions- und Rührprozess ein Erwärmen zum Beispiel von Materialien ermöglicht, die nur dann ein Fluid werden, wenn Wärme aufgebracht wird, wodurch die Flexibilität des Gerätes erhöht ist. Außerdem kann das Gerät durch den Zirkulationsweg gekühlt oder erwärmt werden, auch wenn eine Reaktion bei einer konstanten Temperatur ausgeführt wird.
Um zumindest einige der vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, ist das Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die folgenden Aufbaubeispiele charakterisiert.
4. Bei ihrem zweiten Aspekt kann die vorliegende Erfindung als ein Reaktions- und Trennfiltrationsgerät aufgebaut sein, das folgendes aufweist: ein Paar undurchlässige Stützelemente, ein Paar Abstandelemente, die mit den Endabschnitten des Paars undurchlässige Stützelemente im Eingriff sind, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Paar undurchlässige Stützelemente vorzusehen, eine durchlässige Membran, die in einem Raum vorgesehen ist, der durch das Paar undurchlässige Stützelemente und das Paar Abstandelemente definiert ist, einen Auslass, der zumindest an einem der undurchlässigen Bauelemente zum Verbinden des Raums mit der Außenseite vorgesehen ist, um so ein Ausfließen des durch die durchlässige Membran hindurchtretenden Materials zu ermöglichen, und einen Rührer, der in dem Raum an der Durchlassobjektseite der durchlässigen Membran vorgesehen ist, wobei der Rührer eine Rührachse, eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse und eine Vielzahl von Rührblättern hat, die an der Rührachse angebracht sind. Ein Einschnitt ist an einem Abschnitt des Rührblatts so vorgesehen, dass das durchzulassende Objekt in dem Raum zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des Abstandelements, dem Raum zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements und/oder dem Raum zwischen dem Rührblatt und der durchlässigen Membran zirkulieren kann.
Beim Schwingen der Vielzahl von Rührblättern mit einer Rührachse kann eine Ausbildung eines Grenzfilmes nahe der durchlässigen Membran verhindert werden, was zu einem Anstieg der Durchlassleistung führt. Außerdem kann durch die Bereitstellung eines Einschnittes gemäß der vorstehenden Beschreibung das durchzulassende Objekt in dem Raum zirkulieren, was zu einer einheitlicheren Konzentration des durchzulassenden Objektes in dem Raum führt und somit einen weiteren Anstieg der Durchlassleistung ermöglicht. Wenn eine Filtration durch das vorstehende beschriebene Gerät ausgeführt wird, während eine Reaktion stattfindet, kann die Reaktionsleistung durch ein Unterstützen der Zirkulation der reagierenden Lösung durch den Einschnitt verbessert werden, und somit kann die Durchlassleistung ebenfalls verbessert werden.
5. Bei einem zweiten Aufbau des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß (2.1) sind die Einschnitte ein oder mehrere Löcher, die abwechselnd an dem rechten und an dem linken Endabschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen sind, dass das durchzulassende Objekt zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des Abstandelements zirkulieren kann.
6. (2.3) Bei einem dritten Aufbau des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß (2.1) sind die Einschnitte abwechselnd an dem vorderen und an dem hinteren Endabschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen, dass das durchzulassende Objekt zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements zirkulieren kann. Außerdem kann durch ein Ändern der Position des Einschnittes die Art und Weise der Zirkulation geändert werden.
Durch die Bereitstellung eines Einschnittes gemäß den Aufbauten (2.2) und (2.3) kann das durchzulassende Objekt in dem Raum zirkulieren, und eine Ausbildung eines Grenzfilmes nahe der durchlässigen Membran kann verhindert werden.
7. (2.4) Bei einem vierten Aufbau des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß (2.1) ist eine Vielzahl von Barrieren an dem Abstandelement vorgesehen und steht von diesem vor, wobei die Barrieren und die Rührblätter abwechselnd angeordnet sind und ein Zwischenraum vorgesehen ist, in dem das durchzulassende Objekt zirkulieren kann, wobei der Zwischenraum durch das Rührblatt, die Barriere und die Innenwand des Abstandelements definiert ist.
Turbulenzen des durchzulassenden Objektes werden des weiteren durch diese Barrieren unterstützt, was weiterhin die Ausbildung des Grenzfilms verhindert.
8. Bei einem fünften Aufbau des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß einem der Aufbauten (2.1) bis (2.4) ist ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, zumindest an einer der Außenwände der undurchlässigen Stützelemente oder der Abstandelemente vorgesehen.
Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau kann der Durchlassprozess bei einem Wärmeaustauschvorgang ausgeführt werden, wodurch Durchlassprozesse möglich sind, bei denen Wärme zum Beispiel auf ein Material aufgebracht wird, das nur dann ein Fluid wird, wenn Wärme aufgebracht wird. Somit kann die Flexibilität bei der Anwendung des Gerätes verbessert werden.
Wenn der Durchlassprozess so ausgeführt wird, dass die Reaktion bei einer konstanten Temperatur auftritt, kann das Gerät die gewünschte Temperatur durch Kühlen oder Erwärmen durch den Zirkulationsweg aufrechterhalten.
9. Bei einem sechsten Aufbau des zweiten Aspektes ist ein Reaktions- und Trennfiltrationsgerät aus einer Vielzahl von parallel vorgesehenen Reaktions- und Trennfiltrationsgeräten gemäß einem der Aufbauten (2.1) bis (2.4) aufgebaut.
Durch ein Verknüpfen der parallelen Geräte kann ein kontinuierlicher Prozess ausgeführt werden.
10. Die Erfindung gemäß ihrem zweiten Aspekt kann auch als ein Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß (2.6) aufgebaut sein, wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, zwischen jedem Reaktions- und Trennfiltrationsgerät vorgesehen ist.
Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau kann Wärme wirksamer ausgetauscht werden und eine Generierungsleistung kann zum Beispiel durch ein Ausführen von ähnlichen Prozessen durch die Vielzahl der parallel vorgesehenen Geräte verbessert werden. Andererseits kann die Prozessfolge durch parallel vorgesehene Geräte ausgeführt werden, wenn es erwünscht ist, dass eine Folge von Reaktions- und Trennprozessen durch eine Vielzahl von Schritten ausgeführt wird.
Ein Verfahren gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist durch die folgenden Aufbaubeispiele charakterisiert.
11. Ein erstes Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten weist die Schritte eines schwingenden Rührens eines zu reagierenden Materials und beim schwingenden Rührvorgang ein Trennen und Sammeln des durch die Reaktion generierten Produkts durch eine durchlässige Membran auf.
Auf diese Weise kann das Produkt getrennt und wiedergewonnen werden, während die Reaktion auftritt, was bei einem Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten einen wirksameren Prozess ermöglicht.
12. Bei einem zweiten Verfahren zum Mischen und zum Trennen einer Emulsion wird eine Emulsion mit einem Radius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches durch eine durchlässige Membran getrennt und gesammelt.
Auf diese Weise können Emulsionen mit einem gewünschten Radius getrennt und gesammelt werden.
13. Ein drittes Verfahren zum Mischen und zum Trennen einer Emulsion weist die Schritte eines schwingenden Rührens und Mischens einer Ölphase und einer Wasserphase und beim schwingenden Rührvorgang ein Trennen und Sammeln von Emulsionen mit einem Radius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den generierten Emulsionen durch eine durchlässige Membran auf.
Auf diese Weise können Emulsionen mit einem gewünschten Radius getrennt und gesammelt werden, während die Emulsionen generiert werden, und somit kann eine einheitlichere Emulsion erhalten werden.
14. Ein viertes Verfahren zum Trennen eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials weist den Schritt eines Trennens und eines Sammelns eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials mit einem Partikelradius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den Feststoffmaterialien und Pulvermaterialien durch eine durchlässige Membran auf.
Auf diese Weise kann das Feststoffmaterial oder das Pulvermaterial mit einem gewünschten Partikelradius erhalten werden.
15. Bei einem fünften Verfahren zum Filtern und Extrahieren wird ein Filtrieren oder ein Extrahieren durch eine durchlässige Membran bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt.
Durch das Filtern bei dem schwingenden Rührvorgang kann eine Ausbildung eines Grenzfilms nahe der durchlässigen Membran verhindert werden.
16. Bei einem sechsten Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls eine Polymerisationsreaktion bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt, und ein Makromolekül wird durch eine durchlässige Membran getrennt.
Auf diese Weise kann ein Makromolekül mit einem gewünschten Molekulargewicht oder Partikelradius von den polymerisierten Materialien getrennt werden, die durch die Polymerisationsreaktion erhalten werden.
17. Ein siebtes Verfahren ist eines der Verfahren (3.1) bis (3.6), wobei das Verfahren durch ein Reaktions- und Rührgerät gemäß einem der vorstehend genannten (1.1) bis (1.3) oder durch ein Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß einem der vorstehend genannten (2.1) bis (2.7) ausgeführt wird.
18. Ein achtes Verfahren ist eines der Verfahren (3.1) bis (3.6), wobei das Verfahren ein Umkehrosmosefiltrationsverfahren für einen Umkehrosmosefiltrationsvorgang unter Verwendung eines der Reaktions- und Rührgeräte gemäß den vorstehend genannten (1.1) bis (1.3) oder eines der Reaktions- und Trennfiltrationsgeräte gemäß den vorstehend genannten (2.1) bis (2.7) ist.
19. Ein neuntes Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eines der Verfahren (3.1) bis (3.6), wobei das Verfahren ein Ultrafiltrationsverfahren unter Verwendung eines der Reaktions- und Rührgeräte gemäß den vorstehend genannten (1.1) bis (1.3) oder eines der Reaktions- und Trennfiltrationsgeräte gemäß den vorstehend genannten (2.1) bis (2.7) ist.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht eines Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine horizontale Schnittansicht eines Aufbaus eins ersten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Abbildung eines anderen Beispieles von Einschnitten an Rührblättern zum Gebrauch bei einem Gerät der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt eine Abbildung eines anderen Beispiels von Einschnitten an Rührblättern zum Gebrauch bei einem Gerät der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt eine horizontale Schnittansicht eines Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt eine Abbildung eines anderen Beispieles von Einschnitten an Rührblättern zum Gebrauch bei einem Gerät der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 zeigt eine Abbildung eines anderen Beispieles von Einschnitten an Rührblättern zum Gebrauch bei einem Gerät der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Aufbaus eines dritten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Aufbaus eines fünften Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine horizontale Schnittansicht eines Aufbaus eins fünften Ausführungsführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 12 zeigt eine Abbildung eines Beispieles einer Antriebsquelle für einen Rührer gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 13 zeigt eine Abbildung eines anderen Beispieles einer Antriebsquelle für einen Rührer gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 14 zeigt eine Abbildung eines Aufbaus eines Kanals, der an dem undurchlässigen Stützelement gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.

Fig. 15 zeigt eine Querschnittansicht einer Zusammenstellung eines sechsten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 16(a) zeigt eine ausschnittartige Querschnittansicht entlang der Linie B-B' in der Fig. 15.

Fig. 16(b) zeigt eine ausschnittartige Querschnittansicht entlang der Linie B-B' in Fig. 15.

Fig. 17 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie C-C' in der Fig. 15.

Fig. 18 zeigt eine Abbildung zum Erläutern eines Aufbaus zum Befestigen der durchlässigen Membran durch undurchlässige Stützelemente und Abstandelemente.

Fig. 19 zeigt eine Abbildung zum Erläutern des Aufbaus zum Befestigen der durchlässigen Membran nahe dem Auslass.

Fig. 20 zeigt eine vertikale Querschnittansicht eines Aufbaus eines siebten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Rührgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 21 zeigt eine vertikale Querschnittansicht eines Aufbaus eines achten Ausführungsbeispieles eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 22 zeigt eine vertikale Querschnittansicht zum Erläutern des Aufbaus einer Gerätezusammenstellung, der durch ein Abwandeln des in der Fig. 21 gezeigten Gerätes gebildet ist.

Fig. 23 zeigt eine schematische Abbildung zum Erläutern eines Aufbaus, der durch ein paralleles Verknüpfen einer Vielzahl der Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Reaktion ermöglicht.

Fig. 24 zeigt eine schematische Abbildung eines Beispiels eines Aufbaus eines Gerätes, das für ein Verfahren zum Trennen einer Emulsion gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 25(a) zeigt ein Diagramm einer Partikelradiusverteilung einer Emulsion A, die in einem Behälter 400 gemäß der Fig. 24 generiert wird.

Fig. 25(b) zeigt ein Diagramm einer Partikelradiusverteilung einer Emulsion A', die durch ein Filtern einer Emulsion B aus einer Emulsion A durch ein in der Fig. 24 gezeigtes Gerät 10a erhalten wird.

Fig. 25(c) zeigt ein Diagramm einer Partikelradiusverteilung einer Emulsion (A" + C), bevor eine Emulsion C von einer Emulsion A' durch das in der Fig. 24 gezeigte Gerät 10b getrennt wird.

Fig. 25(d) zeigt ein Diagramm einer Partikelradiusverteilung einer Emulsion A", die durch ein Trennen einer Emulsion C von einer Emulsion A' durch ein in der Fig. 24 gezeigtes Gerät 10b erhalten wird.

Fig. 26 zeigt eine schematische Abbildung eines Aufbaubauspieles für ein Gerät, das für eine Synthesereaktion bei einem Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 27 zeigt eine schematische Abbildung eines anderen Aufbaubeispieles für ein Gerät, das für eine Synthesereaktion bei einem Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 28 zeigt eine schematische Abbildung eines Aufbaubeispieles für ein Gerät, das für eine Zersetzungsreaktion bei einem Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 29 zeigt eine schematische Abbildung eines anderen Aufbaubeispieles für ein Gerät, das für eine Zersetzungsreaktion bei einem Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 30 zeigt eine schematische Abbildung eines Aufbaubeispieles für ein Gerät, das bei einem Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 31 zeigt eine Draufsicht eines Filtrationsgerätes gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 32(a) zeigt eine seitliche Schnittansicht des in der Fig. 31 gezeigten Filtrationsgerätes gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 32(b) zeigt eine horizontale Querschnittansicht (B) des in der Fig. 32(a) gezeigten Filtrationsgerätes gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 33 zeigt eine Vorderansicht eines Aufbaus gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes der vorliegenden Erfindung.

Fig. 34 zeigt eine seitliche Querschnittansicht eines Aufbaus gemäß einem neunten Ausführungsbeispiels des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes der vorliegenden Erfindung.

Fig. 35(a) zeigt eine Vorderansicht eines Aufbaus von vorstehenden Abschnitten, die an den Flächen der Rührblätter gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.

Fig. 35(b) zeigt eine Querschnittansicht der in der Fig. 35(a) gezeigten vorstehenden Abschnitte, die an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

Fig. 35(c) zeigt eine andere Querschnittansicht der in der Fig. 35(a) gezeigten vorstehenden Abschnitte, die an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

Fig. 36(a) zeigt eine Vorderansicht eines anderen Aufbaus von vorstehenden Abschnitten, die an den Flächen der Rührblätter gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.

Fig. 36(b) zeigt eine Querschnittansicht der in der Fig. 36(a) gezeigten vorstehenden Abschnitte, die an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

Fig. 37(a) zeigt eine Vorderansicht eines anderen Aufbaus von vorstehenden Abschnitten, die an den Flächen der Rührblätter gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.

Fig. 37(b) zeigt eine Querschnittansicht der in der Fig. 37(a) gezeigten vorstehenden Abschnitte, die an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

Fig. 38 zeigt eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines zehnten Ausführungsbeispieles des Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Nun werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahmen auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1 bis 5 zeigen einen Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgend zur Vereinfachung als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Wie dies in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, hat das Gerät 10 ein Paar undurchlässige Stützelemente 16 und ein Paar Abstandelemente 12, die mit den Endabschnitten des Paars undurchlässige Stützelemente 16 in Eingriff sind, um einen vorbestimmten Abstand zwischen den undurchlässigen Stützelementen 10 vorzusehen, wobei ein Raum durch das Paar undurchlässige Stützelemente 16 und die Abstandelemente 12 ausgebildet ist. Eine durchlässige Membran 14 ist in dem Raum vorgesehen. Auslässe 15 sind an jedem undurchlässigen Sützelement 16 zum Verbinden des Raumes mit der Außenseite vorgesehen. Die durch die durchlässige Membran 14 hindurchtretenden durchzulassenden Objekte fließen durch die Auslässe 15 zur Außenseite aus. Ein Auslauf 42 ist an dem oberen Abschnitt des Gerätes 10 vorgesehen, durch den die Materialien in dem Raum beseitigt werden können, und Einführungslöcher 44 und 46 sind an dem Bodenabschnitt des Gerätes 10 vorgesehen, durch die Materialien in den Raum eingeführt werden können. Ein Einführungsloch 48 ist auch an dem Seitenabschnitt des Gerätes 10 vorgesehen, der bei dem Ausführungsbeispiel der Seite des Abstandelements 12 entspricht, durch das Materialien in den Raum eingeführt werden können. Das Einführungsloch 48 kann außerdem gemäß dem nachfolgend beschriebenen Aufbau des Gerätes 10 an der Seite des undurchlässigen Stützelements 16 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, das Einführungsloch 48 zum Einführen von Materialien zu verwenden.

Ein Filtrationsobjekt wird in den Raum in den Abschnitt eingeführt, der von der durchlässigen Membran 14 umgeben ist. Ein Rührer 20 ist in dem Raum angeordnet, in dem das Filtrationsobjekt vorhanden ist. Der Rührer 20 hat eine Rührachse 22, eine (nicht gezeigte) Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse 22 und eine Vielzahl von Rührblättern 24, die an der Rührachse 22 angebracht sind. Außerdem ist ein Lager 17 an dem oberen Abschnitt des Gerätes zum Aufnehmen der Rührachse vorgesehen. Bei dem zur Beschreibung dieses ersten Ausführungsbeispieles verwendeten Beispiel ist ein Lager vorgesehen, aber es ist auch ein Aufbau ohne Lager möglich, solange die Rührachse schwingen kann.

Jede beliebige Antriebsquelle wie zum Beispiel ein Motor oder eine Ultraschalleinrichtung kann als die Antriebsquelle verwendet werden. Als die durchlässige Membran 14 kann eine Membran mit einer Matrixform mit einer Vielzahl von Löchern wie zum Beispiel eine Makromolekularmembran und eine durchlässige anorganische Membran verwendet werden. Als die Makromolekularmembran kann eine organische Membran wie zum Beispiel ein "Debs-Filter" oder ein "Membranfilter" oder eine Funktionsmembran verwendet werden, die den Lochradius (einschließlich ein Öffnen/Schließen eines Lochs) in Abhängigkeit des pH-Wertes oder der Temperatur ändert. Als die durchlässige anorganische Membran kann zum Beispiel ein "Profildrahtsieb" mit einem dreieckigen Faserquerschnitt, bei dem der Radius des durchzulassenden Materials in Abhängigkeit des Abstandes zwischen des Fasern begrenzt ist, oder eine keramische Membran, eine poröse Glasmembran, eine Sintermetallmembran oder eine plasmaverarbeitete anorganische Membran verwendet werden.

Ein Einschnitt 26 ist so an einem Abschnitt des Rührblattes 24 vorgesehen, dass das durchzulassende Objekt zwischen dem Rührblatt 24 und der Innenwand des Abstandelements 12 und zwischen dem Rührblatt 24 und der durchlässigen Membran 14 zirkulieren kann. Insbesondere sind die Einschnitte 26 abwechselnd an den schichtweise angeordneten Rührblättern an der rechten und an der linken Seite vorgesehen, so dass das durchzulassende Objekt zirkulieren kann.

Der Einschnitt 26 kann eine Gestalt von Einschnitten 26a an beiden Kanten des Endabschnittes des Rührblattes gemäß der Fig. 3, eine Gestalt eines Einschnittes 26b an dem Endabschnitt des Rührblattes gemäß der Fig. 4 oder eine Gestalt von zumindest einem Loch 26c haben, das an dem Endabschnitt des Rührblattes vorgesehen ist. Die Gestalt des Einschnittes ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Gestalten beschränkt und kann in jeder beliebigen Form ausgeführt sein, die eine Zirkulation des durchzulassenden Objektes unterstützen kann.

Eine Drahtmembran kann außerdem zwischen der durchlässigen Membran 14 und dem undurchlässigen Stützelement 16 vorgesehen sein. Normalerweise lockert sich die durchlässige Membran 14 ein wenig bei dem schwingenden Rührvorgang des Rührblattes 24, da die durchlässige Membran 14 ein dünner Film ist. Falls das Rührblatt 24 an dieser Stelle mit der durchlässigen Membran 14 in Kontakt steht, kann die durchlässige Membran 14 beschädigt werden. Es ist somit vorzuziehen, zwischen der durchlässigen Membran 14 und dem Rührblatt 24 eine Drahtmembran vorzusehen, so dass ein Kontakt zwischen diesen beiden verhindert werden kann.

Es kann zumindest eine durchlässige Membran 14 zwischen dem Paar undurchlässige Stützelemente 16 vorgesehen bzw. geklemmt werden.

Wie dies in der Fig. 14 gezeigt ist, ist zumindest ein Kanal 18 an der Innenwandfläche des undurchlässigen Stützelements 16 ausgebildet. Auf diese Weise können die durch die durchlässige Membran 14 hindurchtretende Materialien in einfacher Weise über die Kanäle 18 zu dem Auslass 15 geführt werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist der horizontale Querschnitt des Kanals 18 annähernd dreieckig, aber die Querschnittgestalt kann jede beliebige Gestalt sein, solange die durchgelassenen Materialien fließend an dem Auslass 15 ankommen können.

Zweites Ausführungsbeispiel

Die Fig. 6 bis 8 zeigen den Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgenden als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind Einschnitte abwechselnd an dem rechten und an dem linken Ende des Rührblattes 24 vorgesehen. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Einschnitte abwechselnd an dem vorderen und an dem hinterem Ende des Rührblattes 24 vorgesehen, so dass das durchzulassende Objekt zwischen dem Rührblatt 24 und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements 16 und zwischen den Rührblättern 24 und den durchlässigen Membranen 14 zirkulieren kann.

Anders gesagt kann der Einschnitt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ein dreieckiger Einschnitt 36a an einem Abschnitt in der Längsrichtung des Rührblattes 24 gemäß der Fig. 6, ein Abschnitt 36b des Rührblattes 24, der entlang der Längsrichtung gemäß der Fig. 7 entfernt ist, oder zumindest ein in der Längsrichtung des Rührblattes 24 angeordnetes Loch 36c gemäß der Fig. 8 sein. Die Gestalt des Einschnittes ist nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt und sie kann jede beliebige Gestalt sein, solange der Einschnitt eine Zirkulation des durchzulassenden Objektes unterstützen kann.

Drittes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 9 zeigt einen Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgend als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Barrieren 38 an den Innenwänden der Abstandelemente 32 vorgesehen und steht von diesen vor. Die Barrieren 38 und die Rührblätter 24 sind abwechselnd angeordnet, und Zwischenräume 36 sind zwischen den Rührblättern 24, den Barrieren 38 und der Innenwand des Abstandelements 32 vorgesehen, so dass das durchzulassende Objekte zirkulieren kann.

Auf diese Weise werden Turbulenzen des durchzulassenden Objektes verglichen mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weiter unterstützt, und die kurzen Wege sind beseitigt. Die Ausbildung des Grenzfilmes kann daher weiterhin verhindert werden.

Bei dem zur Beschreibung des dritten Ausführungsbeispieles verwendeten Beispiel sind Barrieren 38 ausgebildet, die von beiden Abstandelementen 32 vorstehen, aber der Aufbau ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt und die Barrieren 38 können auch nur an einem der Abstandelemente 32 ausgebildet sein und von diesem vorstehen.

Bei dem Beispiel des dritten Ausführungsbeispieles ist die durchlässige Membran (oder Filtrationsmembran) 14 nur an der Seite des undurchlässigen Stützelements 16 ausgebildet, aber der Aufbau ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt, und es ist auch möglich, eine durchlässige Membran auch an der Seite des Abstandelements vorzusehen.

Viertes Ausführungsbeispiel

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine (nicht gezeigte) Ummantelung ausgebildet sein, durch die ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, um die Außenfläche des in der Fig. 9 gezeigten Gerätes 100 abzudecken. Als das Wärmeaustauschmedium kann zum Beispiel ein kaltes Wärmeaustauschmedium wie zum Beispiel Kühlwasser, flüssiger Stickstoff und flüssiges Kohlendioxid oder ein heißes Wärmeaustauschmedium wie zum Beispiel warmes Wasser, Wasserdampf und Silikonöl verwendet werden.

Auf diese Weise kann die Prozessleistung verbessert werden, da das Gerät in einem Temperaturbereich betrieben werden kann, der für den Reaktions- und den Trennfiltrationsprozess geeignet ist.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 10 und 11 zeigen einen Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgend als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Bei der Einrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei Geräte 100 des vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispieles parallel vorgesehen, und Zirkulationswege 50a, 50b, 50c, . . ., in denen ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, sind zwischen den Geräten 100 vorgesehen, d. h. zwischen den Außenwänden der Abstandelemente 32. Als das Wärmeaustauschmedium kann jedes beliebige für das vierte Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebene Wärmeaustauschmedium verwendet werden und wird somit hier nicht weiter beschrieben.

Durch die Bereitstellung der Zirkulationswege 50a, 50b und 50c zwischen den Außenwänden der Abstandelemente 32 kann ein Wärmeaustausch des durchzulassenden Objektes durch die Innenwand und eine Barriere 38 des Abstandelements 32 wirksam geschaffen werden.

Obwohl bei dem zur Beschreibung des fünften Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung verwendeten Beispiel Zirkulationswege 50a, 50b und 50c nur an der Seite des Abstandelements 32 vorgesehen sind, ist die Konfiguration nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt, und es ist auch möglich, ebenfalls an der Seite der undurchlässigen Stützelemente 16 Zirkulationswege zum Zirkulieren des Wärmeaustauschmediums vorzusehen. Dies kann die Wärmeaustauschwirkung weiter verbessern.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 15 bis 19 zeigen den Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgend als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist das Gerät des ersten Ausführungsbeispieles so abgewandelt, dass benachbarte Räume 28a und 28b sowie 28b und 28c, in die die durchzulassenden Objekte eingeführt werden, jeweils einen sich überschneidenden Aufbau haben, um die undurchlässigen Stützelemente 16b und 16c gemeinsam zu teilen. Auf diese Weise kann die Größe des Gerätes reduziert werden, selbst wenn viele Gerätaufbauten schichtweise angeordnet sind.

Bei dem vorstehend beschriebenen Gerät sind die Auslässe 15 an den undurchlässigen Stützelementen 16b und 16c mit einem in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigten Aufbau vorgesehen. Anders gesagt ist der Aufbau des Auslasses vorzugsweise annähernd T- förmig wie zum Beispiel der vertikale Querschnitt des Auslasses 15 in der Dickenrichtung des in der Fig. 16(a) gezeigten undurchlässigen Stützelements 16, wenn das gleiche durchzulassende Material von den benachbarten Räumen 28b und 28c erhalten wird. Wenn unterschiedliche durchzulassende Materialien von den benachbarten Räumen 28b und 28c erhalten werden, ist der vertikale Querschnitt der Auslässe 15a und 15b andererseits vorzugsweise L-förmig, wie dies in der Fig. 16(b) gezeigt ist.

Außerdem ist bei dem Gerät mit einem sich überschneidenden Aufbau, wie dies vorstehend beschrieben ist, ein Zirkulationsweg 60, durch den das Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, innerhalb der gemeinsam geteilten undurchlässigen Stützelemente 16b und 16c vorgesehen, wie dies in der Fig. 17 gezeigt ist, wenn eine Kühlung oder eine Erwärmung durch ein Wärmeaustauschmedium erwünscht ist. Die Gestalt des Zirkulationsweges 60 ist nicht auf die in der Fig. 17 gezeigte ziehharmonikaartige Gestalt beschränkt und kann jede beliebige Gestalt sein, solange Wärme ausgetauscht werden kann. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird das Wärmeaustauschmedium durch den Boden eingeführt und fließt an dem oberen Abschnitt heraus, aber es ist auch möglich, die Flussrichtung umzukehren.

Es ist auch möglich, die durchlässige Membran 14 an der gesamten Innenwand zu entfernen. Wie dies in der Fig. 18 gezeigt ist, kann die durchlässige Membran 14 auch nur an den undurchlässigen Stützelementen 16 vorgesehen sein. In solch einem Fall kann die durchlässige Membran 14 durch ein Klemmen der Endabschnitte der durchlässigen Membran 14 zwischen dem undurchlässigen Stützelement 16 und dem Abstandelement 12 und durch ein Eingreifen mit dem undurchlässigen Stützelement 16 und dem Abstandelement 12 zum Beispiel durch einen O-Ring 19 befestigt sein.

Wie dies in der Fig. 19 gezeigt ist, ist es auch möglich, das Gerät so aufzubauen, dass ein vorbestimmter Abstand zwischen dem undurchlässigen Stützelement 16 und der durchlässigen Membran 14 vorgesehen ist. Der Auslass 15c ist an dem unteren Abschnitt des Gerätes vorgesehen, und ein Ausstoßloch ist an dem Bodenabschnitt des Gerätes vorgesehen. Der Endabschnitt der durchlässigen Membran 14 an dem Bodenabschnitt des Gerätes nahe dem Auslass 15c kann in einen Kanal geklemmt sein, der an dem Endabschnitt des Abstandelements 12 vorgesehen ist, und durch den O-Ring 19 befestigt sein.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 20 zeigt einen Aufbau eines Reaktions- und Rührgerätes gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Bei einem Gerät gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel sind vorstehende Barrieren 70 an den Innenwänden eines Paars gegenüberliegende undurchlässige Stützelemente 16 vorgesehen. Turbulenzen der Lösung oder dergleichen in dem Gerät können bei dem schwingenden Rührvorgang durch die Barrieren 70 unterstützt werden, so dass kurze Wege vermieden werden und die Wirkung der Reaktion und der Emulgierung verbessert werden kann.

Wenn es erwünscht ist, durch ein Wärmeaustauschmedium Wärme auszutauschen, ist es möglich, wie bei dem Aufbau des sechsten Ausführungsbeispieles einen Zirkulationsweg 60 innerhalb des undurchlässigen Stützelements 16 gemäß der Fig. 17 vorzusehen.

Achtes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 21 zeigt einen Aufbau eines Reaktions- und Trennfiltrationsgerätes (nachfolgend als das "Gerät" bezeichnet) gemäß einem achten Ausführungsbeispiel. Diejenigen Bauelemente, die mit den Bauelementen des ersten bis siebten Ausführungsbeispieles identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von vorstehenden Barrieren 70 an der Innenwand von nur einem der gegenüberliegenden undurchlässigen Stützelemente 16 vorgesehen, und eine durchlässige Membran 14 ist an der Innenwand des anderen undurchlässigen Stützelements 16 vorgesehen.

Wie dies in der Fig. 22 durch die Geräte 200a, 200b und 200c gezeigt ist, die von dem vorstehend beschriebenen Gerät abgewandelt sind, ist es möglich, ein Gesamtgerät so aufzubauen, dass sich die Geräte überschneiden und die undurchlässigen Stützelemente 16b und 16c gemeinsam teilen. Durch die Anwendung solch einer Konfiguration kann die Gesamtgröße des Gerätes reduziert werden.

Die Fig. 23 zeigt schematisch ein Gerät, bei dem viele Einheiten miteinander verknüpft sind, um einen kontinuierlichen Prozess zu ermöglichen.

Verschiedene Lösungen 210a und 210b werden in Speicherbehälter 400a und 400b gespeichert. Die Lösungen 210a und 210b werden über verschiedene Pumpen 80a und 80b durch die Eingänge 44a bzw. 46a eines Gerätes 300a eingeführt. Ein Rührer 20 wird durch einen Motor 82 gerührt und geschwungen, um die zwei Lösungen zu rühren. Die gerührte Lösung wird durch einen Auslauf 42a entfernt und weiter in einen Eingang 44b eines Gerätes 300b eingeführt. Die gerührte Lösung wird in dem Gerät 300b weiterhin gerührt und dann durch einen Auslauf 42b in einen Eingang 44c eines Gerätes 300c eingeführt. Auf diese Weise ist es durch ein kontinuierliches Rühren der Lösung durch eine Vielzahl von Geräten möglich, ein wirksames Reagieren und ein wirksames Emulgieren zu unterstützen. Außerdem kann jeweils durch die Bereitstellung von durchlässigen Membranen an jedem der Geräte 300a, 300b und 300c ein durchzulassendes Material wirksam aus der kontinuierlich fließenden Lösung erhalten werden.

Gemäß der Fig. 23 sind viele unabhängige zum Beispiel bei vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebene Geräte parallel vorgesehen. Jedoch ist der Aufbau nicht auf eine derartige Konfiguration beschränkt. Es ist zum Beispiel auch möglich, eine Gerätezusammenstellung anzuordnen, bei der die undurchlässigen Stützelemente 16 gemeinsam geteilt werden und sich die Einheiten an den undurchlässigen Stützelementen 16 überschneiden, wie dies in der Fig. 22 gezeigt ist, oder die gleiche Gerätezusammenstellung horizontal anzuordnen, um diese Einheiten schichtweise anzuordnen.

Bei den Geräten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 6 und 8 ist es möglich, beim Mischvorgang und beim Reaktionsvorgang zu Extrahieren, zu Filtern und zu Trennen. Insbesondere ist es möglich, ein Makromolekül zu trennen, während eine Polymerisationsreaktion in demselben Gerät auftritt, oder eine Emulsion zu trennen, während die Emulsionen vorbereitet werden. Mit dem Gerät des siebten Ausführungsbeispiels ist es möglich, zu Rühren, zu Emulgieren und das Auftreten einer Reaktion außer der Filtration und der Permeation zu ermöglichen.

Außerdem kann durch ein Erhöhen der Schwingungsrate des Rührblattes der Durchlassfluss erhöht werden. Darüber hinaus kann eine Erzeugung eines Grenzfilmes sogar für einen kleinen Durchsatz der ursprünglichen Lösung verhindert werden, da das Gerät einen schwingenden Rührvorgang ausführt. Somit können eine Extraktion, eine Filtration und eine Trennung wirksam ausgeführt werden.

Als ein Antriebsmechanismus für den Rührer 20 des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Mechanismus verwendet werden, der wie zum Beispiel bei den in den Fig. 12 und 13 gezeigten Aufbauten aus einem magnetischen Material und einer Feder aufgebaut ist. Die Fig. 12 zeigt einen Aufbau, bei dem eine Feder an einer Achse des Rührers 20 angebracht ist, der aus einem magnetischen Material aufgebaut ist, und der Rührer 20 wird durch ein periodisches Aufbringen eines elektrischen Feldes auf ein Solenoid 57 geschwungen. Die Fig. 13 zeigt einen Aufbau, bei dem eine Achse des Rührers 20 aus einem magnetischen Material aufgebaut ist, und der Rührer 20 wird durch eine Kombination eines Federpaars und eines Solenoidpaars geschwungen. Die Federn und die Solenoide können einstückig mit dem Abstandelement oder mit den undurchlässigen Stützelementen sein, indem sie darin eingebettet oder angebracht werden, oder sie können als unabhängige Bauteile vorgesehen sein.

Neuntes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 33 und 34 zeigen ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem vertikale Rührblätter 54 anstelle der horizontalen Rührblätter 24 der vorherigen Ausführungsbeispiele verwendet werden. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Insbesondere ist bei dem neunten Ausführungsbeispiel ein Paar Rührblätter 54 parallel zu den undurchlässigen Stützelementen 16 an beiden Seiten der Rührachse 22 in der radialen Richtung angeordnet. Die Rührblätter 54 schwingen in der vertikalen Richtung durch ein Schwingen der Rührachse 22 in der vertikalen Richtung. Die Rührblätter 54 können einstückig mit der Rührachse 22 oder an der Rührachse 22 abnehmbar angebracht sein. Außerdem ist die Länge des Rührblattes 54 in der vertikalen Richtung geringfügig kleiner als die Höhe des Gerätes 10, und die Länge des Rührblattes 54 in der horizontalen Richtung ist geringfügig kleiner als die Breite des Gerätes 10, so dass ein Zwischenraum zwischen den Rührblättern 54 und den Abstandelementen 12 ausgebildet ist. Durch die Bereitstellung solch eines Zwischenraumes können alle Lösungen einschließlich einer wässrigen Lösung, einer dispergierten Lösung und einer Emulsion gerührt werden.

Sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite der Rührblätter 54 sind Unregelmäßigkeiten vorgesehen. Diese Unregelmäßigkeiten an den Flächen der Rührblätter 54 bewirken Turbulenzen der Lösung in dem Gerät 10, wenn die Rührblätter 54 vertikal schwingen, wodurch eine gewünschte Rührumgebung besser erzeugt wird. Die Unregelmäßigkeiten können einstückig mit den Rührblättern 54 oder durch ein unabhängiges Bauelement getrennt ausgebildet sein.

Bei diesem neunten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 64 an den Flächen der Rührblätter 54 als ein Beispiel der Unregelmäßigkeiten vorgesehen. Jeder vorstehende Abschnitt 64 kann zum Beispiel ein in den Fig. 35(a) und 35(b) gezeigter halbkugelförmiger vorstehender Abschnitt 64a, ein in den Fig. 35(a) und 35(c) gezeigter zylindrischer vorstehender Abschnitt 64b, ein in den Fig. 36(a) und 36(b) gezeigter rechteckiger vorstehender Prismenabschnitt 74 oder ein in den Fig. 37(a) und 37(b) gezeigter dreieckförmiger vorstehender Prismenabschnitt 84 sein. Die Gestalt des vorstehenden Abschnittes ist nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt und kann jede beliebige Gestalt sein, die Turbulenzen erzeugen kann. Die Höhe der vorstehenden Abschnitte kann in Abhängigkeit des gewünschten Turbulenzzustandes geändert werden und die Anzahl der vorstehenden Abschnitte kann in Abhängigkeit des gewünschten Turbulenzniveaus geändert werden. Vorzugsweise sind die vorstehenden Abschnitte bei einem geeigneten dazwischenliegenden Abstand angeordnet, und benachbarte vorstehende Abschnitte sind abwechselnd in der vertikalen oder in der horizontalen Richtung vorgesehen, wie dies in den Fig. 35 bis 37 gezeigt ist, um weiterhin Turbulenzen zu erzeugen.

Ähnlich wie bei den Geräten des ersten bis sechsten und des achten Ausführungsbeispieles ist das Gerät des neunten Ausführungsbeispieles dazu in der Lage, bei einem Mischvorgang und beim Auftreten einer Reaktion zu Extrahieren, zu Filtern oder zu Trennen. Außerdem ist das Gerät des neunten Ausführungsbeispieles auch dazu in der Lage, gleichzeitig eine Polymerisationsreaktion und eine Trennung von Makromolekülen in einem einzigen Gerät auszuführen und Emulsionen zu trennen, während die Emulsionen vorbereitet werden.

Ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das neunte Ausführungsbeispiel den in den Fig. 12 und 13 gezeigten Mechanismus verwenden.

Das Gerät des neunten Ausführungsbeispieles kann auch mit einer Funktion verwirklicht sein, die einem Wärmeaustauschmedium ein Zirkulieren ähnlich wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel ermöglicht, und viele Geräte des neunten Ausführungsbeispieles können sich überschneiden, um ein kombiniertes Gerät ähnlich wie bei dem sechsten oder achten Ausführungsbeispiel auszubilden.

Zehntes Ausführungsbeispiel

Wie dies in der Fig. 38 gezeigt ist, ist bei dem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anstatt der Bereitstellung von Einschnitten an den horizontalen Rührblättern 24 gemäß dem ersten bis achten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Kanälen 96 an beiden Seitenflächen in der Längsrichtung der horizontalen Rührblätter 94 ausgebildet, d. h. an den Flächen, die den undurchlässigen Stützelementen 16 zugewandt sind. Diejenigen Bauelemente, die mit den bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Bauelementen identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Insbesondere ist es vorzuziehen, dass die Kanäle 96 der Rührblätter 94 so ausgebildet sind, dass sich die Positionen der Kanäle 96 in der vertikalen Ebene an einem Rührblatt 94 nicht mit den Positionen der Kanäle 96 in der vertikalen Ebene an einem benachbarten Rührblatt 94 überschneiden, um so beim Rührvorgang wirksam Turbulenzen zu erzeugen. Die Gestalt der Kanäle 96 kann jede beliebige Gestalt sein, die beim Rühren die gewünschten Turbulenzen bewirken kann. Die Tiefe der Kanäle 96 kann in Abhängigkeit des gewünschten Turbulenzzustandes geändert werden und die Anzahl der Kanäle 96 kann gemäß dem gewünschten Turbulenzniveau geändert werden.

Ähnlich wie bei den Geräten des ersten bis sechsten und des achten Ausführungsbeispieles ist das Gerät des zehnten Ausführungsbeispieles dazu in der Lage, beim Mischvorgang und beim Auftreten einer Reaktion zu Extrahieren, zu Filtern oder zu Trennen. Außerdem ist das Gerät des zehnten Ausführungsbeispieles auch dazu in der Lage, Makromoleküle zu trennen, während das Auftreten einer Polymerisationsreaktion in einem einzigen Gerät möglich ist, und Emulsionen zu trennen, während die Emulsionen vorbereitet werden.

Ähnlich wie dies vorstehend beschrieben ist, kann der in den Fig. 12 und 13 gezeigte Mechanismus auch für das zehnte Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Außerdem kann das Gerät des zehnten Ausführungsbeispieles ähnlich wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel so aufgebaut sein, dass eine Zirkulation eines Wärmeaustauschmediums möglich ist. Darüber hinaus können sich ähnlich wie bei dem sechsten und dem achten Ausführungsbeispiel viele Geräte des zehnten Ausführungsbeispieles überschneiden, um ein kombiniertes Gerät auszubilden.

Als nächstes werden Verfahren beschrieben, die die vorliegende Erfindung ausführen.

Verfahren zum Reinigen von Reaktanten

Ein Verfahren zum Reinigen von Reaktanten gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schritte eines schwingenden Rührens der zu reagierenden Materialien und eines Trennens und Sammelns des durch die Reaktion generierten Produktes durch eine durchlässige Membran bei dem schwingenden Rührvorgang auf.

Das Reaktionsverfahren kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Gerätes ausgeführt werden. Zum Beispiel ist es möglich, eine Reaktion in dem Gerät unter Verwendung eines Enzyms oder von Bakterien auftreten zu lassen, und anschließend nur die Reaktionsprodukte durch eine durchlässige Membran mit einem Lochradius, der die Enzyme oder die Bakterien nicht hindurchlässt, aus einem Auslauf zu trennen und wiederzugewinnen.

Auf diese Weise kann eine Isolierungs- und Reinigungsprozedur, die im allgemeinen eine der Reaktion folgende getrennte Prozedur ist, bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig mit der Reaktion ausgeführt werden.

Beispiele eines Geräteaufbaus, die bei dem Verfahren einer Synthesereaktion verwendet werden können, sind in den Fig. 26 und 27 gezeigt. In den Zeichnungen sind die Geräte 10a und 10b mit durchlässigen Membranen 14a und 14b durch ein Kästchen mit einer Diagonalen dargestellt, und ein Reaktions- und Rührgerät 110 ohne durchlässige Membran ist durch ein Kästchen ohne Diagonale dargestellt.

Wie dies in der Fig. 26 gezeigt ist, wird in einem Behälter 400 mit einem Rührer eine Reaktionslösung E generiert, indem ein Lösungsmittel, zu reagierende Materialien und ein Substrat wie zum Beispiel ein Enzym oder Bakterien gemischt werden, und eine Reaktion tritt auf. Die Reaktionslösung E wird über ein Durchsatzeinstellventil 90 zu dem Gerät 10a befördert. An dem Gerät 10a ist eine durchlässige Membran 14a mit einem Lochradius vorgesehen, der nur das Lösungsmittel hindurchlässt. Das durch die durchlässige Membran 14a hindurchtretende Lösungsmittel F kehrt zu dem Behälter 400 zurück. Die Mischung G des Reaktionsproduktes und des Substrates, die nicht durch die durchlässige Membran 14a hindurchtreten konnten, werden andererseits zu dem Gerät 10b befördert. An dem Gerät 10b ist eine durchlässige Membran 14b mit einem Lochradius vorgesehen, durch den das Substrat und das Reaktionsprodukt getrennt werden können. Das Substrat und das Reaktionsprodukt werden somit durch das Gerät 10b getrennt. Das getrennte Substrat J kehrt wieder zu dem Behälter 400 zurück, so dass es einer anderen Reaktion zugeführt werden kann. Das getrennte Reaktionsprodukt H wird andererseits als ein Endprodukt oder als ein Zwischenprodukt zugeführt.

Es ist auch möglich, ein Substrat zu verwenden, das durch ein. Fixieren des Enzyms an einem organischen Feststoff oder an einem anorganischen Feststoff aufgebaut ist. Außerdem ist es auch möglich, dem Gerät 10a ein Additiv K wie zum Beispiel ein Mittel zum Einstellen des pH-Werts und Kohlensäuregas zuzuführen.

Wie dies in der Fig. 27 gezeigt ist, ist es andererseits möglich, die Synthesereaktion unter Verwendung eines Reaktions und Rührgerätes 110 anstelle des Behälters 400 auszuführen, das einen ähnlichen Aufbau wie die Geräte der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele hat, außer dass keine durchlässige Membran vorgesehen ist.

Wenn eine optische (Katalysator-)Reaktion unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Gerätes ausgeführt wird, kann das zu reagierende Material durch den unteren Abschnitt eingeführt werden, das durch die optische (Katalysator-)Reaktion generierte Produkt kann dem oberen Abschnitt des Gerätes entnommen werden und nicht reagierte Materialien, Lösungsmittel oder dergleichen können unter Verwendung der durchlässigen Membran gefiltert werden. Auf diese Weise können eine Reaktion, eine Filtration und eine Extraktion mit einem Gerät ausgeführt werden, und die Betriebsleistung kann verbessert werden.

Beispiele eines Geräteaufbaus für eine Zersetzungsreaktion sind in den Fig. 28 und 29 gezeigt.

Die Mischung des zu zersetzenden Materials, das an der Zersetzung beteiligte Substrat und ein Lösungsmittel werden in einem Behälter 400 gemischt und gerührt, in dem die Zersetzungsreaktion auftritt, und die zersetzte Lösung L wird über ein Durchsatzeinstellventil 90 zu einem Gerät 10 befördert. Die zersetzte Lösung L wird durch eine durchlässige Membran 14 des Gerätes 10 in eine Mischung M des zersetzten Materials und des Lösungsmittels und das Substrat N getrennt. Das Substrat N wird wieder dem Behälter 400 zurückgeführt und einer anderen Zersetzungsreaktion zugeführt.

Das zersetzte Material und das Lösungsmittel können durch ein Gerät 10 mit einer durchlässigen Membran weiter getrennt werden.

Wie dies in der Fig. 29 gezeigt ist, ist es auch möglich, die Zersetzungsreaktion unter Verwendung eines Reaktions- und Rührgerätes 110 anstelle des Behälters 400 auszuführen, das einen ähnlichen Aufbau wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hat, außer dass keine durchlässige Membran vorgesehen ist.

Verfahren zum Mischen und zum Trennen einer Emulsion

Bei einem Verfahren zum Mischen und zum Trennen einer Emulsion gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Emulsion mit einem Radius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches durch eine durchlässige Membran unter Verwendung eines Gerätes zum Beispiel des siebten Ausführungsbeispieles von Emulsionen getrennt gesammelt. Das Verfahren zum Trennen von Emulsionen gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schritte eines schwingenden Rührens und Mischens einer Ölphase und einer Wasserphase, eines Trennens und eines Sammelns von Emulsionen mit einem Radius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den durch den schwingenden Rührvorgang generierten Emulsionen durch eine durchlässige Membran auf. Das Verfahren kann zum Beispiel unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Geräte gemäß dem ersten bis sechsten und dem achten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.

Ein Geräteaufbau zum Mischen und zum Trennen von Emulsionen ist beispielhaft in der Fig. 24 gezeigt. In der Zeichnung sind Geräte 10a, 10b und 10c mit durchlässigen Membranen 14a, 14b und 14c durch ein Kästchen mit einer Diagonalen dargestellt. Reaktions- und Rührgeräte ohne durchlässige Membran sind durch ein Kästchen ohne Diagonalen in den Zeichnungen der Fig. 24 dargestellt.

Die Schritte zum Trennen von Emulsionen unter Verwendung des in der Fig. 24 gezeigten Gerätes werden als nächstes unter Bezugnahme auf die Fig. 25(a), 25(b), 25(c) und 25(d) beschrieben.

Emulsionen werden unter Verwendung eines Rührers in einem Behälter 400 generiert. Eine generierte Emulsion A hat eine in der Fig. 25(a) gezeigte Partikelradiusverteilung. Die Emulsion A wird durch ein Durchsatzeinstellventil 90 zu einem Gerät 10a befördert. In dem Gerät 10a kann eine Emulsion B mit einem Partikelradius, der größer ist als ein erster vorbestimmter Partikelradius, nicht durch eine durchlässige Membran 14 hindurchtreten und wird somit gefiltert und kehrt zu dem Behälter 400 für eine Ausbildung der nächsten Emulsionen zurück. Eine Emulsion A' mit einem Partikelradius, der gleich oder kleiner als der erste vorbestimmte Partikelradius ist, tritt andererseits durch die durchlässige Membran 14a hindurch und wird zu einem Gerät 10b befördert (Fig. 25(b)). An dem Gerät 10b ist eine durchlässige Membran 14b mit einem zweiten Durchlassloch vorgesehen, dessen Radius kleiner ist als derjenige des ersten Durchlassloches der Durchlassmembran 14a. Somit wird eine Emulsion A" mit einem Partikelradius in einem Bereich zwischen dem ersten vorbestimmten Partikelradius und einem zweiten vorbestimmten Partikelradius durch die durchlässige Membran 14b gefiltert, und eine gewünschte Emulsionstrennung kann ausgeführt werden (Fig. 25(c) und 25(d)). Eine Emulsion C mit einem Partikelradius, der kleiner ist als der zweite vorbestimmte Partikelradius, wird andererseits zu einem Gerät 10c befördert. Die durchlässige Membran 14c hat ein drittes Durchlassloch mit einem Radius, der kleiner ist als derjenige des zweiten Durchlassloches der durchlässigen Membran 14b. Somit wird die Emulsion C in eine Emulsion C' und in eine kontinuierliche Phase D an der durchlässigen Membran 14c getrennt. Die kontinuierliche Phase D wird zu dem Behälter 400 befördert und erneut für die Ausbildung der nächsten Emulsion zugeführt.

Wenn viele Gerätaufbauten gemäß der Fig. 24 parallel vorgesehen werden, kann eine Pumpe anstelle des Durchsatzeinstellventils 90 verwendet werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Geräte ausgeführt werden. Es ist möglich, vorbestimmte Mengen einer Ölphase und einer Wasserphase in das Gerät einzuführen und beim Ausbilden von Emulsionen durch einen schwingenden Rührvorgang unter Verwendung eines Rührers generierte Emulsionen mit einem Radius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches zu trennen und zu sammeln. Auf diese Weise kann eine einheitlichere Emulsion erhalten werden.

Verfahren zum Trennen von Feststoffmaterial oder Pulvermaterial

Bei einem Verfahren zum Trennen eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Feststoffmaterial oder ein Pulvermaterial mit einem Partikelradius innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch eine durchlässige Membran getrennt und gesammelt. Für dieses Verfahren kann zum Beispiel der in der Fig. 24 gezeigte Geräteaufbau verwendet werden. Das Feststoffmaterial oder das Pulvermaterial wird in einer Lösung dispergiert, und die Lösung wird in einem Behälter 400 gerührt und gespeichert. Dann kann durch ein Trennen und ein Filtern durch die Geräte 10a, 10b und 10c mit durchlässigen Membranen, die unterschiedliche Durchlasslochradien haben, das Feststoffmaterial oder das Pulvermaterial mit einem gewünschten Partikelradius erhalten werden.

Verfahren zum Filtrieren

Ein Verfahren zum Filtrieren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Filtrieren durch eine Filtrationsmembran bei einem schwingenden Rührvorgang. Dieses Verfahren kann auch durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Geräte ausgeführt werden. Bei dem Verfahren kann eine Ausbildung eines Grenzfilmes oder einer Filterkuchenlage nahe der Filtrationsmembran verhindert werden, da die Filtration bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt wird. Das "Verfahren zum Filtrieren" umfasst ein Umkehrosmosefiltrationsverfahren und ein Ultrafiltrationsverfahren.

Verfahren zum Extrahieren

Ein Verfahren zum Extrahieren gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Extrahieren eines gewünschten Materials durch eine durchlässige Membran bei einem schwingenden Rührvorgang. Dieses Verfahren kann auch durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Geräte verwirklicht werden. Bei dem Verfahren kann eine Ausbildung eines Grenzfilmes oder einer Filterkuchenlage nahe der durchlässigen Membran verhindert werden, da ein Durchlassvorgang bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt wird.

Selbst wenn durchlässige Membranen mit einem identischen Lochradius für die Filtrations- und Extraktionsprozesse verwendet werden, unterscheidet sich der Partikelradius des durchzulassenden Materials ein wenig in Abhängigkeit einiger Bedingungen wie zum Beispiel der Temperatur und des Druckes beim Ausführen des Prozesses. Durch die Bereitstellung von sich überschneidenden durchlässigen Membranen mit unterschiedlichen Partikelradien durch und ein Extrahieren zwischen den Membranen kann das durchzulassende Material mit einem Partikelradius innerhalb eines gewünschten Bereichs gesammelt werden.

Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls

Ein Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls durch eine durchlässige Membran, indem eine Polymerisationsreaktion bei einem schwingenden Rührvorgang auftritt. Dieses Verfahren kann auch durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Geräte verwirklicht werden. Es ist möglich, ein Monomer, das polymerisiert werden kann, und einen Polymerisationsstarter hinzuzufügen, falls dies erforderlich ist, eine Polymerisationsreaktion zum Beispiel durch das Gerät gemäß den Ausführungsbeispielen 4, 5, 6 oder 8 beim Erwärmen/Kühlen auftreten zu lassen und nur die Makromoleküle innerhalb eines vorbestimmten Molekulargewichtsbereichs durchzulassen, nachdem eine vorbestimmte Zeitperiode verstrichen ist. Auf diese Weise können eine Polymerisationsreaktion und Trennprozesse des Makromoleküls durch ein einziges Gerät ausgeführt werden, wodurch die Betriebsleistung erhöht werden kann.

Ein Beispiel eines für das vorstehend beschriebene Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls verwendeten Geräteaufbaus ist in der Fig. 30 gezeigt. Diejenigen Bauelemente, die mit den Bauelementen der vorherigen Ausführungsbeispiele identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Das Gerät kann bei einem Fall eingesetzt werden, bei dem zum Beispiel ein Feststoff mit einem inneren Reagenzmaterial, einem Enzym oder Bakterien in einer porösen Makromolekülverbindung generiert wird.

Das innere Material, eine Makromolekülverbindung und eine Emulsion, die eine Ölphase und eine Wasserphase generiert, werden gerührt und die resultierende Emulsion Em wird zu einem Gerät 10a befördert. In dem Gerät 10a wird die Emulsion Em in eine Emulsion P und eine Lösung O getrennt. Der Feststoff mit dem inneren Material in der getrennten Emulsion P wird dann in Reaktions- und Rührgeräten 110a und 110b gerührt, so dass die Makromolekülverbindung gehärtet wird, die die äußere Hülle des Feststoffes mit einem inneren Material ausbildet, um so einen porösen Feststoff zu generieren. Dann können der poröse Feststoff und die Lösung, die während dieser Produktion des porösen Feststoffes generiert wird, durch eine durchlässige Membran 14b eines Gerätes 10b fest-flüssig-isoliert werden, um einen porösen Feststoff Q mit einem inneren Material als ein Produkt zu gewinnen. Die Lösung R wird andererseits weiter zu einem Gerät 10c befördert, wo sie in eine Ölphase S und eine Wasserphase T flüssig-flüssig-isoliert wird.

Um ein Härten der Makromolekülverbindung zu unterstützen, können Licht, ein Polymerisationsstarter oder ein Brückenbildungsmittel in geeigneter Weise in die Reaktions- und Rührgeräte 110a und 110b hinzugefügt werden. Das Gerät 10c kann des weiteren ein Flüssig-Flüssig-Isoliergerät zum Isolieren von Lösungen mit unterschiedlichen Beschaffenheiten sein.

Die "Makromolekülverbindung" bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst ein Material, das aus einem polymerischen Monomer, einer natürlichen Makromolekülverbindung und einer anorganischen Makromolekülverbindung wie zum Beispiel Wasserglas gebildet ist.

Da die unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Gerätes und des Verfahrens, das das Gerät verwendet, erhaltenen Feststoffe oder Partikel annähernd einen einheitlichen Radius haben, können diese Materialien vorzugsweise zum Beispiel als ein Toner für einen Drucker oder für ein Kopiergerät, als ein Pigment oder Kapsel für Kosmetika oder als Rohmaterial für Medizin verwendet werden.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann durch das Reaktions- und Trennfiltrationsgerät und das Verfahren zum Verwenden des Gerätes der vorliegenden Erfindung eine Ausbildung eines Grenzfilmes und einer Filterkuchenlage nahe der durchlässigen Membran verhindert werden, und eine Reduzierung des Durchlasswiderstandes durch die Grenzfilme kann minimiert werden, da eine Trennfiltration bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt wird, was zu einer wirksameren Trennung, Filtration und Extraktion führt.

In einem Gerät 10 ist ein Raum durch ein Paar undurchlässige Stützelemente 16 und ein Paar Abstandelemente 12 zum Vorsehen eines vorbestimmten Abstands zwischen den undurchlässigen Stützelementen 16 ausgebildet. Eine durchlässige Membran ist in dem Raum vorgesehen und Auslässe 15 sind an jedem undurchlässigen Stützelement 16 des Paars vorgesehen. Ein Rührer 20 ist in dem Raum vorgesehen, in dem das durchzulassende Objekt vorhanden ist, und weist eine Rührachse 22, eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse 22 und eine Vielzahl von Rührblättern 24 auf, die an der Rührachse 22 angebracht sind. Einschnitte 26 sind an einem Abschnitt von jedem Rührblatt 24 so vorgesehen, dass das durchzulassende Objekt in dem Raum zwischen dem Rührblatt 24 und der Innenwand des Abstandelements 12 oder in dem Raum zwischen dem Rührblatt 24 und der durchlässigen Membran 14 zirkulieren kann. Die Einschnitte sind abwechselnd an der rechten und an der linken Seite der schichtweise angeordneten Rührblätter vorgesehen.

Claims

1. Reaktions- und Rührgerät mit
einem Paar undurchlässige Stützelemente;
einem Paar Abstandelemente, die mit Endabschnitten des Paars undurchlässige Stützelemente im Eingriff sind, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Paar undurchlässige Stützelemente vorzusehen; und
einem Rührer, der in einem Raum vorgesehen ist, der durch das Paar undurchlässige Stützelemente und das Paar Abstandelemente definiert ist; wobei der Rührer
eine Rührachse,
eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse und
eine Vielzahl von Rührblättern aufweist, die an der Rührachse angebracht sind.

2. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1, wobei ein Einschnitt an einem Abschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen ist, dass ein Objekt in dem Raum zwischen dem Rührblatt und einer Innenwand des Abstandelements und/oder in dem Raum zwischen dem Rührblatt und einer Innenwand des undurchlässigen Stützelements zirkulieren kann.

3. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1, wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, an zumindest einer Außenwand der undurchlässigen Stützelemente oder der Abstandelemente vorgesehen ist.

4. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 2, wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, an zumindest einer Außenwand der undurchlässigen Stützelemente oder der Abstandelemente vorgesehen ist.

5. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 2, wobei die Einschnitte ein oder mehrere Löcher sind, die abwechselnd an dem rechten und an dem linken Ende von jedem Rührblatt so vorgesehen sind, dass das durchzulassende Objekt zwischen den Rührblättern und der Innenwand des Abstandelements zirkulieren kann.

6. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 2, wobei die Einschnitte abwechselnd an dem vorderen und an dem hinteren Ende von jedem Rührblatt so vorgesehen sind, dass das durchzulassende Objekt zwischen dem Rührblatt und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements zirkulieren kann.

7. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1,
wobei eine Vielzahl von Barrieren an dem Abstandelement vorgesehen ist und von diesem vorsteht, wobei die Barrieren und die Rührblätter abwechselnd angeordnet sind und
ein Zwischenraum so vorgesehen ist, dass das durchzulassende Objekt zirkulieren kann, wobei der Zwischenraum durch das Rührblatt, die Barriere und eine Innenwand des Abstandelements definiert ist.

8. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1,
wobei zumindest ein Einlass und ein Auslass an einem oberen Abschnitt bzw. einem Boden des Reaktions- und Rührgerätes vorgesehen sind, um Material in den Raum einzuführen bzw. um Material aus dem Raum wiederzugewinnen, und
zumindest ein Loch an dem Abstandelement zum Einführen oder zum Wiedergewinnen eines Materials vorgesehen ist.

9. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät mit
einem Paar undurchlässige Stützelemente,
einem Paar Abstandelemente, die mit Endabschnitten des Paars undurchlässige Stützelemente im Eingriff sind, um einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Paar undurchlässige Stützelemente vorzusehen,
einer durchlässigen Membran, die in einem Raum vorgesehen ist, der durch das Paar undurchlässige Stützelemente und das Paar Abstandelemente definiert ist,
einem Auslass, der an zumindest einem der undurchlässigen Stützelemente vorgesehen ist und den Raum mit der Außenseite verbindet, um ein Ausfließen des durch die durchlässige Membran durchgelassenen Materials zu ermöglichen, und
einem Rührer, der in dem Raum an der Durchlassobjektseite der durchlässigen Membran vorgesehen ist, wobei der Rührer
eine Rührachse,
eine Antriebsquelle zum Schwingen der Rührachse, und
eine Vielzahl von Rührblättern aufweist, die an der Rührachse angebracht sind.

10. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei ein Einschnitt an einem Abschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen ist, dass das durchzulassende Objekt in dem Raum zwischen den Rührblättern und einer Innenwand des Abstandelements, in dem Raum zwischen den Rührblättern und einer Innenwand des undurchlässigen Stützelements und/oder in dem Raum zwischen den Rührblättern und der durchlässigen Membran zirkulieren kann, und
wobei die Einschnitte ein oder mehrere Löcher sind, die abwechselnd an dem rechten und an dem linken Ende von jedem Rührblatt so vorgesehen sind, dass das durchzulassende Objekt zwischen den Rührblättern und der Innenwand des Abstandelements zirkulieren kann.

11. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei ein Einschnitt an einem Abschnitt von jedem Rührblatt so vorgesehen ist, dass das durchzulassende Objekt in dem Raum zwischen den Rührblättern und der Innenwand des Abstandelements, in dem Raum zwischen den Rührblättern und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements und/oder in dem Raum zwischen den Rührblättern und der durchlässigen Membran zirkulieren kann, und
wobei die Einschnitte abwechselnd an dem vorderen und an dem hinteren Ende von jedem Rührblatt so vorgesehen sind, dass das durchzulassende Objekt zwischen den Rührblättern und der Innenwand des undurchlässigen Stützelements zirkulieren kann.

12. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei eine Vielzahl von Barrieren an dem Abstandelement vorgesehen ist und von diesem vorsteht, wobei die Barrieren und die Rührblätter abwechselnd angeordnet sind und
ein Zwischenraum so vorgesehen ist, dass das durchzulassende Objekt zirkulieren kann, wobei der Zwischenraum durch das Rührblatt, die Barriere und die Innenwand des Abstandelements definiert ist.

13. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9, wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, an zumindest einer Außenwand des undurchlässigen Stützelements oder des Abstandelements vorgesehen ist.

14. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät, das zumindest zwei parallel vorgesehene Reaktions- und Trennfiltrationsgeräte gemäß Anspruch 9 aufweist.

15. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 14, wobei ein Zirkulationsweg, durch den ein Wärmeaustauschmedium zirkulieren kann, zwischen benachbarten Reaktions- und Trennfiltrationsgeräten vorgesehen ist.

16. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei zumindest ein Einlass und ein Auslass an dem oberen Abschnitt bzw. dem Boden des Reaktions- und Rührgerätes zum Einführen eines Materials in den Raum bzw. zum Wiedergewinnen eines Materials aus dem Raum vorgesehen sind, und
zumindest ein Einführungsloch an dem Abstandelement zum Einführen oder zum Wiedergewinnen von Material vorgesehen ist.

17. Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten, das die folgenden Schritte aufweist:
schwingendes Rühren von zu reagierenden Materialien und
Trennen und Sammeln des durch die Reaktion generierten Produktes durch eine durchlässige Membran bei dem schwingenden Rührvorgang.

18. Verfahren zum Mischen und Trennen einer Emulsion, das den Schritt eines Trennens und Sammelns einer Emulsion mit einem Partikelradius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den Emulsionen durch eine durchlässige Membran aufweist.

19. Verfahren zum Mischen und Trennen einer Emulsion, das die folgenden Schritte aufweist:
schwingendes Rühren und Mischen einer Ölphase und einer Wasserphase, und
Trennen und Sammeln einer Emulsion mit einem Partikelradius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den generierten Emulsionen durch eine durchlässige Membran bei dem schwingenden Rührvorgang.

20. Verfahren zum Trennen eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials, das den Schritt eines Trennens und Sammelns eines Feststoffmateriales oder eines Pulvermateriales mit einem Partikelradius innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von den Feststoffmaterialien und den Pulvermaterialien durch eine durchlässige Membran aufweist.

21. Verfahren zum Filtrieren und Extrahieren, wobei das Filtrieren und das Extrahieren durch eine durchlässige Membran bei einem schwingenden Rührvorgang ausgeführt werden.

22. Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls, das die folgenden Schritte aufweist:
Ermöglichen einer Polymerisationsreaktion bei einem schwingenden Rührvorgang, und
Trennen eines Makromoleküls durch eine durchlässige Membran.

23. Verfahren zum Reinigen eines Reaktanten gemäß Anspruch 17, wobei das Reinigen eines Reaktanten unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt wird.

24. Verfahren zum Mischen und Trennen einer Emulsion gemäß Anspruch 18, wobei das Mischen und das Trennen unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt werden.

25. Verfahren zum Mischen und Trennen einer Emulsion gemäß Anspruch 19, wobei das Mischen und das Trennen unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt werden.

26. Verfahren zum Trennen eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials gemäß Anspruch 20, wobei das Trennen eines Feststoffmaterials oder eines Pulvermaterials unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt wird.

27. Verfahren zum Filtrieren und Extrahieren gemäß Anspruch 21, wobei das Filtrieren und das Extrahieren unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt werden.

28. Verfahren zum Trennen eines Makromoleküls gemäß Anspruch 22, wobei das Trennen eines Makromoleküls unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt wird.

29. Verfahren für eine Umkehrosmosefiltration, wobei die Umkehrosmosefiltration unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt wird.

30. Verfahren für eine Ultrafiltration, wobei die Ultrafiltration unter Verwendung eines Gerätes gemäß Anspruch 9 ausgeführt wird.

31. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1,
wobei die Rührblätter vertikale Rippen sind, die einstückig mit der Rührachse und parallel zu den undurchlässigen Stützelementen vorgesehen sind; und
Unregelmäßigkeiten an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

32. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1,
wobei die Rührblätter parallel zu den undurchlässigen Stützelementen als ein Paar vertikale Rippen vorgesehen sind, die an beiden Seiten der Rührachse in der radialen Richtung vorgesehen sind, und
Unregelmäßigkeiten an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

33. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei die Rührblätter vertikale Rippen sind, die einstückig mit der Rührachse und parallel zu den undurchlässigen Stützelementen vorgesehen sind, und
Unregelmäßigkeiten an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

34. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9,
wobei die Rührblätter parallel zu den undurchlässigen Stützelementen als ein Paar vertikale Rippen vorgesehen sind, die an beiden Seiten der Rührachse in der radialen Richtung vorgesehen sind, und
Unregelmäßigkeiten an den Flächen der Rührblätter ausgebildet sind.

35. Reaktions- und Rührgerät gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Kanal an derjenigen Seitenfläche von jedem Rührblatt ausgebildet ist, die den undurchlässigen Stützelementen zugewandt ist.

36. Reaktions- und Trennfiltrationsgerät gemäß Anspruch 9, wobei zumindest ein Kanal an derjenigen Seitenfläche von jedem Rührblatt ausgebildet ist, die den undurchlässigen Stützelementen zugewandt ist.