JP2007502768A - 酸化体の合成装置 - Google Patents

Abstract

本明細書は、出発材料を保持するための複数の容器１０２、該出発材料の量を測定する測定装置、該測定量の該出発材料を混合するミキサー、該混合された出発材料を反応させて鉄酸塩を製造する反応室、および該鉄酸塩を取り出す排出口を含んでなり、該排出口が、該鉄酸塩を使用する場所に近い場所に位置する、鉄酸塩を合成する装置を開示する。

Description

発明の背景

発明の分野
本発明は、溶液中で酸化体を合成する装置に関する。より詳しくは、本発明は、鉄酸塩の合成装置に関する。

関連技術の説明
鉄酸塩は、様々な無機または有機還元剤および物質と反応し得る強酸化体である(R.L. Bartzatt, J. Carr, Trans. Met. Chem. Vol. 11 (11), pp.414-416 (1986)、T.J. Audette, J. QuailおよびP. Smith, J. Tetr. Lett., Vol. 2, pp.279-282 (1971)、D. Darling, V. KumariおよびJ. BeMiller, J. Tetr. Lett., Vol. 40, p.4143 (1972)、およびR.K. MurmannおよびH.J. Goff, J. Am. Chem. Soc, Vol. 93, p.6058-6065 (1971))。鉄酸塩は、合成有機研究のための選択的な酸化体として作用することができ、水性および非水性媒体中の様々な有機および無機化合物を酸化／除去することができ、多くの汚染物を分解することができる。

鉄酸塩は、溶液から鉄酸塩を自己除去するための好適な機構を与えるので、水処理に特に重要である。すべての酸化反応で、最終的な鉄生成物は、水酸化物オリゴマーを形成する無毒性の第二鉄イオンである。最終的に、凝集および沈降が起こり、浮遊している粒子状物質を除去する。

従って、鉄酸塩の使用により、水、廃水、およびスラッジ処理に現在使用されている手法に代わる、安全で、都合が良く、汎用的でコストの面で効果的な手法が得られる。これに関して、鉄酸塩は、環境に好ましい酸化体であり、他の酸化体、特に環境上の問題となるクロム酸塩および塩素、に対する有用な代替品となる。典型的には錆と呼ばれる酸化第二鉄は、鉄酸塩還元の鉄生成物である。従って、鉄酸塩には、「環境的に安全な」酸化体の特徴がある。鉄酸塩との酸化反応は、ＭｎＯ_４ ⁻およびＣｒＯ_４ ^２−に関して公知の反応に類似しているように見えるが、鉄酸塩は、より大きな官能基選択性を示し、その酸化における反応速度がより高く、一般的に、反応して、より清浄な反応生成物を形成する。

「METHODS OF SYNTHESIZING AN OXIDANT AND APPLICATIONS THEREOF」と題する公開米国特許出願第２００２／０１５５０４４Ａ１号、２００２年１０月２４日公開、は、鉄酸塩の製造方法および鉄酸塩の使用方法を記載している。この文献は、一般的に鉄酸塩の合成に使用できる装置も記載している。しかし、この分野では、使用場所に近い所で鉄酸塩を合成するための効率的な装置が求められている。

発明の概要

本明細書で開示するのは、製造装置、より詳しくは、鉄酸塩を合成する装置である。一実施態様では、本装置は、出発材料を保持するための少なくとも一個の容器、該出発材料の量を測定する測定装置、該測定量の該出発材料を混合するミキサー、該混合された出発材料が反応して鉄酸塩を製造する反応室、および該鉄酸塩を得ることができる排出口を含んでなり、該排出口が、好ましくは該鉄酸塩を使用する場所に近い場所に位置する。

好ましい実施態様の詳細な説明

鉄酸塩の合成装置を開示する。本装置は、鉄酸塩を合成することができ、ここにその全文を参考として含める、「METHODS OF SYNTHESIZING AN OXIDANT AND APPLICATIONS THEREOF」と題する公開米国特許出願第２００２／０１５５０４４Ａ１号、２００２年１０月２４日公開、に記載されている処理および方法を行うように最適化することができる。

特定の実施態様では、開示される装置は、使用場所に近い発生場所に配置される。ここで使用する用語「発生の場所」または「発生場所」は、鉄酸塩の発生装置が配置される場所を意味する。本明細書に例示する一実施態様では、発生場所は、鉄酸塩を発生する反応室を包含する。用語「使用の場所」、「使用場所」または「処理の場所」は、鉄酸塩が、酸化、合成、殺菌、浄化、めっき、カプセル封入、吸着、共沈殿、または凝固する物体と接触する場所を意味する。

用語「隣接」および「近接」は、本明細書では一般的に互換的に使用する。これらの用語は、発生場所および使用場所の相対的な位置に関して使用する。二つの場所が、鉄酸塩がその分解半減期以内に移動することができる距離内にある場合に、これらの二つの場所は互いに近接している。分解の「半減期」は、存在する材料の半分が分解を受けるのに要する時間の量であると理解される。特定の鉄酸塩組成物の半減期は、鉄酸塩が発生する、および／または貯蔵される条件によって異なる。例えば、温度、塩基の濃度、酸化剤の濃度、不純物の存在、または攪拌のすべてが、鉄酸塩組成物の半減期に影響を及ぼす。しかし、半減期は、当業者なら、通常の技術を使用して容易に測定することができる。従って、発生場所は、使用場所で送達時における鉄酸塩の濃度が発生場所における鉄酸塩の濃度の半分以上である場合、発生場所は「近接」している。発生場所と使用場所との間の距離は、単に物理的な移動に関してではなく、半減期および送達に必要な時間に関して規定する。例えば、近接している発生場所と使用場所との間の物理的移動は、これら二つの場所間を送達される鉄酸塩組成物の半減期、およびその組成物が送達される速度によって異なる。従って、鉄酸塩移動の速度に影響を及ぼすファクター、および半減期に影響を及ぼすファクターの両方が、それらの近接している二つの場所に許容される最大物理的移動に影響を及ぼす。鉄酸塩移動の速度に影響を及ぼすファクターとしては、移動に使用するポンプにより発生する圧力、移動に使用する配管の温度、および移動に使用する配管の大きさがあるが、これらに限定するものではない。

特定の実施態様では、開示する装置は、鉄塩および酸化剤を含んでなる反応混合物を製造する。「鉄塩」または「鉄の塩」とは、ゼロ以外の酸化状態にある鉄原子を含んでなる化合物を意味する。本発明の方法により使用する鉄塩は、その場で、すなわち元素状の鉄を、混合室中に導入する前に化学的または電気化学的に酸化することにより、あるいは混合室の内側で酸化を行うことにより、製造することができる。鉄塩中の鉄原子は、ゼロより大きい、好ましくは＋２または＋３の酸化状態を有するが、この酸化状態は、鉄原子がその出発酸化状態から＋４以上の最終的酸化状態に転化される時に過渡的に到達することができる。

特定の実施態様では、鉄塩は水溶液中にある。しかし、本発明の実施態様は、鉄塩が水以外の溶剤中に溶解している実施態様も包含する。好ましくは、鉄塩を溶解する溶剤は、酸化剤または鉄酸塩の存在下で酸化を受けない溶剤である。幾つかの実施態様では、鉄塩は、固体、結晶、または粉末形態で与えられ、酸化剤を含んでなる溶液中に溶解させる。他の実施態様では、酸化剤および鉄塩の両方が固体、結晶、または粉末形態で与えられ、水または他の溶剤がそれらの混合物に加えられる。

特定の実施態様では、鉄塩は、硝酸第二鉄、硝酸第一鉄、塩化第二鉄、塩化第一鉄、臭化第二鉄、臭化第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、リン酸第二鉄、リン酸第一鉄、水酸化第二鉄、水酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化第一鉄、炭酸水素第二鉄、炭酸水素第一鉄、炭酸第二鉄、炭酸第一鉄、および有機化合物、例えばエチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、または重合体と錯体形成された第一鉄または第二鉄のイオン、またはそれらの組合せからなる群から選択することができる。酸化第二鉄および第一鉄のすべての異なった形態を、本発明の方法で使用することを意図している。

「酸化剤」は、別の化合物を酸化し、それ自体は還元される化合物である。特定の実施態様では、酸化剤は、次亜ハロゲン酸塩イオン、亜ハロゲン酸塩イオン、ハロゲン酸塩イオン、過ハロゲン酸塩イオン、オゾン、OXONE（登録商標）、ハロゲン、過酸化物、超酸化物、過酸、過酸の塩、およびカロ酸、またはそれらの組合せの少なくとも一種を含んでなる。本明細書全体を通して、用語「OXONE（登録商標）」は、ペルオキシモノ過硫酸カリウムまたはモノ過硫酸カリウム、またはそれらの混合物を意味する。

他の実施態様は、酸化剤が、次亜塩素酸塩イオン、次亜臭素酸塩イオン、および次亜ヨウ素酸塩イオンからなる群から選択された次亜ハロゲン酸塩イオンを含んでなる実施態様を包含するが、これらに限定するものではない。本発明の別の実施態様では、酸化剤は、亜塩素酸塩イオン、亜臭素酸塩イオン、および亜ヨウ素酸塩イオンからなる群から選択された亜ハロゲン酸塩イオンを含んでなる。本発明のさらに別の実施態様では、酸化剤は、塩素酸塩イオン、臭素酸塩イオン、およびヨウ素酸塩イオンからなる群から選択されたハロゲン酸塩イオンを含んでなる。本発明の特定の実施態様では、酸化剤は、過塩素酸塩イオン、過臭素酸塩イオン、および過ヨウ素酸塩イオンからなる群から選択された過ハロゲン酸塩イオンを含んでなる。

特定の実施態様では、鉄酸塩の製造方法は、塩基を混合物に加えることをさらに含んでなる。この塩基は、窒素塩基、または水酸化物、酸化物、スルホン酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、硫化水素化物、リン酸塩、酢酸塩、重炭酸塩、および炭酸塩、またはそれらの組合せからなる群から選択されたイオンを含んでなることができる。「窒素塩基」は、非環式および環式アミンから選択される。窒素塩基の例としては、アンモニア、アミド、メチルアミン、メチルアミド、トリメチルアミン、トリメチルアミド、トリエチルアミン、トリエチルアミド、アニリン、ピロリジン、ピペリジン、およびピリジン、またはそれらの塩があるが、これらに限定するものではない。

一実施態様で、図１は、原料試薬を本発明の装置に導入する機構を示す。鉄酸塩の合成に使用する原料を貯蔵するための複数の容器１０２が備えられている。図１は、鉄塩、酸化剤、および塩基のそれぞれに１個、つまり３個の容器１０２を必要とする本発明の一実施態様を示す。しかし、４個以上または２個以下の容器１０２を使用する本発明の実施態様も意図している。例えば、幾つかの実施態様では、塩基を使用せず、従って、２個の容器１０２だけを必要とする。別の実施態様では、鉄塩を固体として加え、従って、鉄塩用の容器１０２を用意しない。同様に、幾つかの実施態様では、合成に他の試薬を使用し、従って、追加の容器１０２を使用する。

各容器１０２は、ホースまたはパイプ１０８に取り付ける。本明細書全体を通して、「ホース」および「パイプ」は、互換的に使用する。「ホース」または「パイプ」は導管であり、その中を通って、材料、例えば出発材料または反応混合物または生成物、が装置のある部分から装置の別の部分に流れる。本発明の装置のホースまたはパイプは、たわみ性でも剛性でもよく、この分野で公知の多くの材料、例えば金属、例えばアルミニウム、鋼、黄銅、等、または重合体、例えばプラスチック、ＰＶＣ、TYGON（登録商標）、等、もしくはゴム、から製造することができる。

ホース１０８は、試薬を容器１０２から本発明の装置中にポンプ輸送するポンプ１０４に接続する。ポンプ１０４は、手動式ポンプでも、自動化されたポンプでもよい。幾つかの実施態様では、ポンプ１０４は、中を通過する流体の体積を測定できる流量計を備えている。別の実施態様では、ポンプ１０４は、中を通過する流体の体積を表示するか、または体積情報を、以下に説明するような本装置の制御部分中にあるプロセッサーに送信することができる、電子的信号発生装置を備えている。様々な自動化された、または手動式ポンプがこの分野では公知であり、本発明の装置で使用することができる。

ホース１０８は、ポンプ１０４を容器１０２に取り付けられるように、非常に短くてよい。これらの実施態様では、ホース１０８は、容器１０２の中に下方に伸びて、容器中に含まれる材料を取り出す。別の実施態様では、ホース１０８は、ポンプ１０４が容器１０２からある距離をおいて配置されるように、長さが数インチまたはフィートでよい。こうして、幾つかの実施態様では、それぞれホース１０８を通して容器１０２に接続された数基のポンプ１０４を装置中の一箇所に配置することができる。別の実施態様では、各ポンプ１０４を容器１０２に直接取り付ける。

ポンプ１０４を通過する流体は、ホース１１０を通して混合室２０２（図２）に送られる。幾つかの実施態様では、バルブ１０６が、ホース１１０を通る流体の流量を制御することができる。別の実施態様では、ポンプ１０４と混合室２０２の間にバルブ１０６が存在しない。

各容器１０２はホース１１４を備え、そのホースを通して別の材料を容器１０２中に導入することもできる。例えば、本発明の装置全体が箱の中に位置する一実施態様では、ホース１１４の開口部が好ましくは箱の外に突き出し、装置の使用により出発材料が減少した時に、装置のオペレーターが、より多くの出発材料を各容器１０２に追加することができる。

さらに、各容器１０２は、容器１０２から材料を取り出し易くする排出口１１２を含んでなることができる。好ましくは、こうして取り出された材料は、実質的に装置中に導入されない。排出口１１２は、手動式または自動的に操作できるバルブを有することができる。

本発明の幾つかの実施態様は、測定室を包含する。測定室は、図２に示す。この実施態様では、試薬は容器１０２からポンプ１０４により取り出され、パイプ１１０および所望により使用するバルブ１０６を通って流れ、パイプ２０８を通り、容器２０２中に流れる。容器２０２は、材料を容器中に入れるための多くの開口部２０６を有する。開口部２０６は、容器２０２の上部にあっても、容器２０２の側部にあってもよい。幾つかの実施態様では、開口部２０６は容器２０２の底部にある。

幾つかの実施態様では、容器２０２は、パイプまたは空気ダクト２２０を通して接続された別の開口部２１８を有することができる。このパイプまたは空気ダクト２２０には、ファンを取り付けることができる。開口部２１８およびその関連するパイプまたはダクト２２０の目的は、不快な煙または臭気をすべて、容器２０２およびその近くから除去することである。

幾つかの実施態様では、容器２０２が重量計２０４の上に配置される。材料が容器２０２に加えられると、重量計２０４が、その加えられた材料の重量を測定する。オペレーターは、それぞれの特定の合成にどの位の量の出発材料を加えるべきかを、例えば出発材料の濃度を包含する様々なファクターに基づいて計算することができる。重量計２０４は、加えられた材料の重量を表示するディスプレイを有することができる。重量計２０４は、予め決められた重量の出発材料が送達された後、ポンプ１０４が出発材料の流れを停止するように、ポンプ１０４と電子的に直接または関節的に連絡していることもできる。

さらに別の実施態様では、重量計２０４は、バルブ１０６または２１０のいずれかと電子的に直接または関節的に連絡し、容器２０２中への出発材料の流れを遮断することができる。別の実施態様では、重量計２０４の読みを手動式で行い、十分な量の出発材料が容器２０２に送達されたことをオペレーターが確認した時、オペレーターが、容器２０２中への出発材料の流れを手動で停止することができる。容器２０２には、必要量を超える材料が容器２０２に加えられた場合、容器２０２の排出に使用できるバルブ２１２を取り付けることもできる。十分な材料が容器２０２に送達された後、その材料は本発明の装置の下流に移動し、混合される。

特定の実施態様では、ポンプ１０４が流量計を備えている場合、容器２０２および重量計２０４の必要はない。これらの実施態様では、材料はポンプ１０４からパイプ１１０を通り、混合室または反応室中に直接流れ込む。

図３は、混合室３０２の一実施態様を示す。出発材料は、パイプ１１０および所望により使用するバルブ１０６を通って室３０２に流れ込む。室３０２は、複数の開口部３１０を備えており、その数は、使用すべき出発試薬の数によって異なる。幾つかの実施態様では、室３０２は、必要とされる多くの試薬を加える融通性を与えるために、多数の開口部３１０を有することができる。

容器２０２の場合と同様に、幾つかの実施態様では、容器３０２は、パイプまたは空気ダクト３１４を通して接続された別の開口部３１２を有することができる。パイプまたは空気ダクト３１４は、ファンを備えることができる。このファンは、パイプまたは空気ダクト２２０に接続されたものと同一でも異なっていてもよい。開口部３１２およびその関連するパイプまたはダクト３１４の目的は、不快な煙または臭気をすべて、容器３０２およびその近くから除去することである。

容器３０２は、ミキサー３０４を備えることもできる。ミキサー３０４は、回転により容器３０２中の材料を混合する機械的ミキサーでよい。別の実施態様では、ミキサー３０４は攪拌機である。別の実施態様では、ミキサー３０４はエダクタ(eductor)である。別の実施態様では、ミキサー３０４はタンク混合エダクタ、乱流ノズル、静止ミキサー、ディフューザ、分散機、またはベンチュリ管である。機械的ミキサーは、この分野で良く知られており、すべての機械的ミキサーが本発明の範囲内にはいる。別の実施態様では、ミキサー３０４が存在しない。代わりに、容器３０２は、材料を容器３０２から一地点で取り出し、その材料を別の地点で容器３０２に再導入するポンプ３１８を備えることができる。ポンプを通る流体の流れをより効果的に制御するために、バルブ、ポンプ３１８の上流に、例えばバルブ３２０、またはポンプ３１８の下流に、例えばバルブ３２２を備えることができる。他の様式の混合も意図している。

幾つかの実施態様では、容器３０２は、温度制御装置を備えている。一実施態様では、この温度制御装置は、容器３０２を取り囲むジャケットであり、その中を特定温度の流体、つまり液体またはガス、が流れ、それによって、容器３０２およびその中に含まれる混合物を加熱または冷却する。この分野で現在公知の、または後に開発されるすべての温度調節装置が本発明の範囲内に入る。

容器３０２は、バルブ３０８を備え、何かの理由で反応混合物が不要である場合、バルブ３０８を通して、容器３０２中の反応混合物を廃棄することができる。そうでない場合、反応混合物は、所望によりバルブ３０６を備えることができるパイプ３２４を通して、反応室中に流れることができる。

ここで使用する用語「反応混合物」は、鉄酸塩合成用の出発材料が混合された後に得られる混合物を意味する。

幾つかの実施態様では、本発明の装置には混合容器３０２が無い。これらの実施態様では、混合室はパイプである。例えば、パイプ１１０が一緒になってパイプ３２４を形成する。パイプ３２４中への材料の流れが材料の混合を引き起こす。幾つかの実施態様では、パイプ３２４の内側は、乱流を引き起こす材料を取り付けるが、この材料は、そのような材料の非存在下で起こるよりも大きな乱流を引き起こすことができる。この追加された乱流により、パイプ３２４中の材料が混合される。

図４は、反応室の一実施態様を示す。反応混合物はパイプ３２４および所望により使用するバルブ３０６を通って反応室にはいる。ポンプ４０４を使用し、反応混合物を反応室中に吸引することができる。十分な量の反応混合物が反応室に入った後、バルブ３０６を閉鎖することができる。次いで、ポンプ４０４が、反応混合物を反応室を通して循環させる。

反応室は、反応容器４０２を含んでなる。容器４０２は、複数の開口部４１２を備えるが、その数は、装置の特定の配置およびそのような開口部の必要性によって異なる。容器４０２は、少なくとも一個の開口部４１２を含んでなる。使用しない開口部はすべて閉鎖することができる。

容器２０２および３０２の場合と同様に、幾つかの実施態様では、容器４０２は、パイプまたは空気ダクト４２２を通して接続された別の開口部４２０を有することができる。パイプまたは空気ダクト４２２は、ファンを備えることができる。このファンは、パイプまたは空気ダクト２２０または３１４に接続されたものと同一でも異なっていてもよい。開口部４２０およびその関連するパイプまたはダクト４２２の目的は、不快な煙または臭気をすべて、容器４０２およびその近くから除去することである。

容器４０２は、ミキサー４１０を備えることもできる。ミキサー４１０は、上記のような機械的ミキサーでよい。あるいは、容器４０２は、混合用ポンプ３１８と類似のポンプ機構を備えることができる。別の実施態様では、ミキサー４１０は、反応混合物が中を通過する時に混合を引き起こすエダクタである。

一実施態様では、バルブ３０６および４２６が開いており、バルブ４１６、４１８、４２８および４０８は閉じたままである。十分な量の反応混合物が容器４０２に入った後、ポンプ４０４がなお作動している間に、バルブ３０６を閉鎖し、バルブ４０８を開く。こうして、反応混合物は、バルブ４０８、ポンプ４０４、バルブ４２６、開口部４１２、エダクタ４１０を通って容器４０２に流れ込み、次いでこのサイクルをもう一度繰り返す。このループは、反応ループと呼ぶことができる。幾つかの実施態様では、バイパスループが、開口部４１２の上流とバルブ４０８の下流を接続することができる。バイパスを使用すると、容器４０２を反応ループから取り外すことができ、反応ループはパイプのループを含んでなることができる。

一実施態様では、反応室は、反応混合物中にある特定成分の濃度を測定できる測定装置４２４を備えている。この測定は、製造された鉄酸塩の濃度、出発材料の濃度、または溶液中の不純物の濃度を、特定の瞬間に検出することでよい。測定装置４２４は、装置中のいずれかの場所、例えば反応ループに沿って、反応容器中、排出口４３２、または装置中の他のいずれかの場所、に位置することができる。

測定は、自動的に、または手動により行うことができる。幾つかの実施態様では、測定装置４２４は、分光光度計を含んでなることができる。溶液が分光光度計の側を通過する時、計器が特定波長の光を放射し、この光が反応混合物の一部を通過し、検出器により検出される。次いで、検出器は、一つ以上の特定波長で溶液の放射力または吸光度を測定する。次いで、これらの値が既知のデータベースと比較される。その比較から、溶液中にある特定成分の濃度を計算することができる。分光光度計を使用して濃度を計算する方法はこの分野では非常に良く知られている。分光光度計は、ＩＲ、ラマン、ＵＶ、または可視分光光度計、もしくはこの分野で公知の、他のいずれかの分光光度計でよい。

別の実施態様では、測定装置４２４は、溶液が本発明の装置中を通って流れる時の、溶液の酸化力を測定することができる。酸化力は、例えば化学的に、溶液が還元剤と反応する時に、あるいは電気化学的に、溶液が電流により還元される時に、測定することができる。

一つ以上の成分の濃度は、手動で測定することもできる。これらの実施態様では、オペレーターが循環している溶液の一部を採取し、特定成分の濃度を測定する。成分の濃度は、この分野で良く知られている技術を使用して測定する。

特定の実施態様では、反応混合物の温度を制御することが望ましい。これらの実施態様では、バルブ４１６および４１８を開き、反応混合物を、図５に示す温度制御ループに通し、その際、混合物の温度を予め決められた値に引き上げる、予め決められた値に下げる、あるいは予め決められた値に維持することができる。

他の実施態様では、温度調節装置が、反応混合物が中を流れているパイプまたはホースの周りの空気を加熱または冷却し、それによって、反応混合物を加熱または冷却する。さらに別の実施態様では、温度調節装置は、反応室または混合室の周りにあるジャケットであり、その中を特定温度の流体、すなわち液体またはガス、が流れ、それによって、反応混合物を加熱または冷却する。この分野で現在公知の、または後に開発される他の温度調節装置も本発明の範囲内に入る。

図５に示す一実施態様では、温度調節装置は熱交換装置であり、その中を通って冷水または温水が循環しており、それによって、反応混合物を加熱または冷却する。バルブ４１６および４１８を開き、バルブ４２６を閉じると、温度制御装置は反応ループの一部になる。反応混合物はバルブ４１６を通り、開口部５０８を通って熱交換装置５１６に入る。そこで、反応混合物と熱交換機５１６の間の温度差に応じて、反応混合物は加熱されるか、冷却される。次いで、反応混合物は、開口部５１０を通って熱交換機５１６から流出し、バルブ４１８を通り、反応ループを下降し続ける。

この実施態様では、温度制御装置は、温度調節機５０２も含んでなり、この調節機が、中を通って流れる流体を冷却または加熱する。バルブ５１２を開くと、水、空気、または他の好適な流体が、パイプ５１４を通って温度調節機５０２に入る。温度調節機５０２の内側にある流体の温度が、冷却または加熱されることにより、特定の予め決められた温度に到達すると、その流体は、バルブ５１８を通って熱交換機５１６に送られる。流体は、開口部５０４を通って熱交換機５１６に入り、次いで開口部５０６を通って流出し、温度調節機５０２に再循環する。

特定の実施態様では、反応混合物の温度は自動的に調節される。例えば、本装置は、反応ループに沿って温度計または熱電対４３０を有することができる（図４参照）。温度計４３０は、反応ループに沿った何処かに配置することができる。本装置のオペレーターは、温度を所望の設定値に設定することができる。反応混合物の温度が所望の設定値にない場合、温度計４３０は信号を送ることができ、それによって、バルブ４１５および４１６が開き、バルブ４２６が閉鎖される。反応混合物の温度が所望の設定値に達するまで、温度調節機５０２が作動する。この時点で、バルブ４１５および４１６が自動的に閉鎖し、バルブ４２６が開き、それによって、温度制御装置を反応ループから除外するか、または温度制御装置が反応ループ内に止まり、操作全体を通して一定の温度レベルを確保する。

別の実施態様では、バルブ４１５と４１６および反応ループの、バルブ４２６を含んでなる部分が存在しない。これらの実施態様では、温度制御装置は、反応ループの永久的で一体的な部分である。これらの実施態様では、温度調節が自動的に達成される場合、そのような必要性が生じた時に、温度計４３０が温度調節機５０２を始動する。

別の実施態様では、所望により、温度を手動で調節できる。これらの実施態様では、オペレーターが温度計４３０を監視し、温度を調節すべきかを決定することができる。そのような必要性が生じた時、オペレーターは、手動で反応混合物を温度制御装置に通し、温度を調節する。所望の温度に達した時、オペレーターは手動でその後の温度変化を停止することができる。

反応混合物中の鉄酸塩濃度、または反応混合物の酸化力が好適なレベルに達した後、バルブ４２８を開き、反応混合物の少なくとも一部を、開口部４３２で反応ループから排出する（図４および６）。例えば、本発明の装置の開口部４３２は、使用場所に近い所にある。

図６は、本発明の装置の一実施態様を示す。この実施態様では、各種のパイプとホースおよび容器が見えないように、主として美的目的のために、本装置は箱またはケージ６０４の中に収容される。容器６０４から突き出ているのは、各容器１０２のための供給パイプ１１４である。最終生成物を取り出すためのバルブ４２８および排出口４３２も容器６０４から突き出ている。

さらに、この特別な実施態様では、上記の各種排出口、例えば１１２、２１２および３０８、が一つになり、一個の主排出口を形成し、それが容器６０４から突き出ている（図６には示していない）。従って、本装置を操作する際のどの時点でも、不適当な反応混合物または出発材料を廃棄する場合、オペレーターは、排出口４３２を汚染することなく、それを行うことができる。他の実施態様で、汚染が問題にならない場合、容器６０４からの排出口がただ一個だけになるように、ここに記載する廃棄排出口は排出口４３２に流れ込む。

上記のように、本発明の実施態様の幾つかは、本発明の装置を自動的に操作する実施態様に関する。これらの実施態様では、制御盤６０２を容器６０４の外側に設ける。制御盤６０２は、オペレーターが制御部分に関するデータを入力し、その制御部分から来るデータを受ける手段を提供する。制御部分は、装置の自動化された態様が処理される所である。

制御盤６０２上の様々な入力装置を通して、オペレーターは特定のパラメータを制御することができる。例えば、オペレーターは、合成に使用する各出発材料の量、反応混合物を反応ループ中で循環させるか、または反応室中に滞留させる時間の長さ、排出前の鉄酸塩の最終濃度または反応混合物の酸化力、反応混合物の温度、または合成のために制御する必要がある、または制御できる、他のすべてのパラメータを決定することができる。例えば、特別な必要性に応じて、オペレーターは、鉄酸塩を連続的に、またはバッチで合成すべきであるかを決定することができる。鉄酸塩を連続的に合成すべきである場合、オペレーターは、排出口４３２で鉄酸塩を得る速度を決定することができる。鉄酸塩をバッチで製造する場合、オペレーターは、バッチの数および／または各バッチの合成間の間隔を決定することができる。

幾つかの実施態様では、個別の制御部分を設けることができる。例えば、第一制御部分が混合工程を制御することができ、第二制御部分が反応工程を制御することができる。幾つかの実施態様では、個別の制御部分が相互に連絡することができる。

幾つかの実施態様では、製造系の流量、温度、圧力、および体積特徴のそれぞれに個別の制御部分を設けることができる。幾つかの実施態様では、個別制御部分のそれぞれを互いに連絡させ、系全体を制御する。

様々な異なったユーザーインターフェースを通して制御部分を操作することができる。ユーザーインターフェースは、モニター、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、等でよい。ユーザーインターフェースは製造装置に、ワイヤ、ワイヤレス通信、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、高域ネットワーク、電話接続、インターネット、モデム、ルーター、等により接続することができる。

制御部分は、データ受信およびコマンド出力のための少なくとも一個のプロセッサーを含むことができる。制御部分は、ソフトウエアおよびハードウエアを包含することができる。制御システムは、Ａ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を含むことができる。制御部分は、データ収集を包含することができる。

制御部分は、所望の結果を得るように予めプログラム化することができる。一実施態様では、ユーザーが出力の望ましい特性をシステムに入力し、制御部分がシステム部品を制御し、所望の結果を得ることができる。あるいは、ユーザーは、溶液成分の量および温度を入力し、異なった出力を得ることができる。

上記のように、混合部分および反応部分は、センサーおよびバルブを包含することができる。幾つかの実施態様では、センサーおよびバルブは、制御部分と連絡し、特定の望ましい特性を有する最終生成物を製造する。幾つかの実施態様では、センサーおよびバルブは、空気圧でシステムを機械的に制御することができる。幾つかの実施態様では、センサーおよびバルブは電気式でよい。幾つかの実施態様では、システムは、空気圧式と電気式センサーおよびバルブの組合せを含むことができる。

二つ以上の制御部分を使用する場合、各制御部分は個別の制御盤６０２を有することができる。別の実施態様では、幾つかの制御部分のための様々な入力／出力装置が一つの制御盤６０２の中に含まれる。

特定の実施態様では、本発明の装置は、酸化されている製造物、例えば水処理設備の放流水、の状態に関する情報を受ける。この情報は、オペレーターが手動で、または製造物流中のセンサーを通して自動的に、装置に入力することができる。どちらの場合も、製造物流が鉄酸塩の影響を十分に受けているか、否か、が決定される。より多くの鉄酸塩が必要とされる場合、その情報は本発明の装置に送られ、より多くの鉄酸塩が製造される。製造物流中に導入されている鉄酸塩が多過ぎる場合、本発明の装置は製造される鉄酸塩を少なくするか、または鉄酸塩の製造を停止する。

「製造物流」とは、酸化、合成、殺菌、浄化、めっき、カプセル封入、吸着、共沈殿、または凝固すべき目的物を含む物質を意味する。

幾つかの実施態様では、２個の個別センサーが特定の製造物流に必要とされる鉄酸塩の量を決定する。一個のセンサーを、鉄酸塩が製造物流と接触する所から上流に配置することができる。例えば、上流センサーは、流入液流が使用場所またはその上流に入る所に配置することができる。上流センサーは、製造物流の特定の状態に必要とされる鉄酸塩量を決定する。

もう一つのセンサーは、鉄酸塩が製造物流と接触する所から下流に配置することができる。例えば、下流センサーは、使用場所または流入液流が使用場所から出る所、もしくはその下流に配置することができる。下流センサーは、製造物流中に導入される鉄酸塩の量が十分であるか、または否か、を決定する。

幾つかの実施態様では、一個のセンサー、すなわち上流または下流センサー、だけが存在する。他の実施態様では、センサーは存在しない。

幾つかの実施態様では、例えば製造物流の目視または化学的試験を行うオペレーターがセンサーを手動で操作する。他の実施態様では、センサーは自動的に操作する。

別の態様では、本発明は、出発材料を保持できる少なくとも一個の容器、出発材料の量を測定する手段、出発材料を混合する手段、反応室、および排出口を含んでなり、該排出口が、鉄酸塩を使用する場所に近接した場所に配置される、鉄酸塩の合成装置に関する。

さらに別の実施態様では、本発明は、鉄酸塩の合成装置であって、出発材料を保持する手段、出発材料の量を測定する手段、出発材料を混合する手段、出発材料を反応させ、鉄酸塩を製造する手段、および鉄酸塩を装置から取り出す手段を含んでなり、該取り出す手段が、鉄酸塩を使用する場所に近接した場所に配置される、装置に関する。

幾つかの実施態様では、「出発材料を保持する手段」は、ホッパー、タンク車、容器、タンク、配管系、ドラム、バケット、バッグ、または貯蔵庫を包含するが、これらに限定するものではない。

特定の実施態様では、「出発材料の量を測定する手段」は、圧力センサー、体積センサー、目盛付き容器、重量計、光学濃度センサー、質量流量計、または体積流量計を包含するが、これらに限定するものではない。

幾つかの実施態様では、「出発材料を混合する手段」は、ロータ−ステータ、パドル、ブレード、攪拌機、分散機、固定プレート、固定らせん、タービン、ポンプ、ジェットミキサー、混合バルブ、インペラー、じゃま板、エダクタ、タンク混合エダクタ、乱流ノズル、静止ミキサー、ディフューザ、分散機、またはベンチュリ管を包含するが、これらに限定するものではない。

特定の実施態様では、「出発材料を反応させる手段」は、ホッパー、タンク車、容器、タンク、配管系、ドラム、バケット、バッグを包含することができる反応容器、または蒸発装置、熱交換機、コンプレッサー、冷却器、冷却コイル、加熱コイル、またはボイラーを含んでなることができる貯蔵庫を包含するが、これらに限定するものではない。

幾つかの実施態様では、「鉄酸塩を装置から取り出す手段」は、配管系、バルブ、タンク、容器、貯蔵庫、バケット、ポンプ、または排出口を包含するが、これらに限定するものではない。

上記の説明は、本発明の特定の実施態様を詳細に説明している。しかし、本文でどれ程詳細に説明していても、本発明は、多くの様式で実施することができる。また、上記のように、特定の用語の使用は、本発明の特定の特徴または態様を説明する時、その用語が、その用語が関連する本発明の特徴または態様の具体的な特性に限定されるものと解釈すべきではない。従って、本発明の範囲は、請求項およびその等価物により規定される。

他の実施態様は、下記の請求項中に含まれる。

本発明の装置の一実施態様における、原料試薬が本発明の装置に導入される機構を示す。 本発明の装置の一実施態様における測定室を示す。 混合室の一実施態様を示す。 反応室の一実施態様を示す。 温度制御装置の一実施態様を示す。 本発明の装置の一実施態様を示す。

Claims (20)

1. 鉄酸塩を合成する装置であって、
   出発材料を保持することができる少なくとも一個の容器と、
   前記出発材料の量を測定することができる測定装置と、
   前記出発材料を混合することができるミキサーと、
   反応室と、
   排出口と
   を含んでなり、前記排出口が、前記鉄酸塩を使用する場所に近い場所に位置する、装置。
2. 前記複数の容器が、３個の容器を含んでなる、請求項１に記載の装置。
3. 鉄塩、酸化剤、および塩基のそれぞれに１個の容器がある、請求項２に記載の装置。
4. 前記鉄塩が、硝酸第二鉄、硝酸第一鉄、塩化第二鉄、塩化第一鉄、臭化第二鉄、臭化第一鉄、硫酸第二鉄、硫酸第一鉄、リン酸第二鉄、リン酸第一鉄、水酸化第二鉄、水酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化第一鉄、炭酸水素第二鉄、炭酸水素第一鉄、炭酸第二鉄、および炭酸第一鉄からなる群から選択される、請求項３に記載の装置。
5. 前記鉄塩が塩化第二鉄である、請求項３に記載の装置。
6. 前記酸化剤が、次亜ハロゲン酸塩イオン、亜ハロゲン酸塩イオン、ハロゲン酸塩イオン、過ハロゲン酸塩イオン、オゾン、ペルオキシモノ過硫酸カリウム、モノ過硫酸カリウム、ハロゲン、過酸化物、超酸化物、過酸、過酸の塩、およびカロ酸の少なくとも一種を含んでなる、請求項３に記載の装置。
7. 前記酸化剤が、次亜塩素酸ナトリウムである、請求項３に記載の装置。
8. 前記塩基が、水酸化物、酸化物、スルホン酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、硫化水素化物、リン酸塩、酢酸塩、重炭酸塩、および炭酸塩からなる群から選択される、請求項３に記載の装置。
9. 前記塩基が水酸化ナトリウムである、請求項３に記載の装置。
10. 前記測定装置が流量計を含んでなる、請求項１に記載の装置。
11. 前記測定装置が重量計を含んでなり、前記各出発材料を前記反応室に導入する前に、前記重量計により各出発材料の重量が測定される、請求項１に記載の装置。
12. 前記ミキサーが、少なくとも一基のエダクタを含んでなる、請求項１に記載の装置。
13. 前記ミキサーが、少なくとも一基の機械的ミキサー３０４を含んでなる、請求項１に記載の装置。
14. 前記反応室が、反応容器および反応ループを含んでなる、請求項１に記載の装置。
15. 前記反応室中に、濃度測定装置をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
16. 前記濃度測定装置が分光光度計である、請求項１５に記載の装置。
17. 温度制御装置をさらに含んでなる、請求項１に記載の装置。
18. 前記温度制御装置が熱交換機を含んでなる、請求項１７に記載の装置。
19. 鉄酸塩を合成する装置であって、
    出発材料を保持できる少なくとも一個の容器と、
    前記出発材料の量を測定する手段と、
    前記出発材料を混合する手段と、
    反応室と、
    排出口と
    を含んでなり、前記排出口が、前記鉄酸塩を使用する場所に近接した場所に配置される、装置。
20. 鉄酸塩の合成装置であって、
    出発材料を保持する手段と、
    前記出発材料の量を測定する手段と、
    出発材料を混合する手段と、
    前記出発材料を反応させ、前記鉄酸塩を製造する手段と、
    前記鉄酸塩を前記装置から取り出す手段と
    を含んでなり、前記取り出す手段が、前記鉄酸塩を使用する場所に近接した場所に配置される、装置。

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