JP2009034660A - Distillation method and distillation apparatus - Google Patents

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Kozo Mitani
幸三 三谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distillation method capable of achieving an excellent energy efficiency in the method for distilling a mixture liquid containing a polar solvent and a non-polar solvent, and to provide a distillation apparatus used in such a distillation method. <P>SOLUTION: In the method for distilling a liquid mixture containing the polar solvent and the non-polar solvent, the distillation method is characterized in that the liquid mixture is irradiated with a micro-wave. The polar solvent is preferably a solvent having relative permittivity of ≥4, and the non-polar solvent is preferably a solvent having relative permittivity of <4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、極性溶媒と非極性溶媒とを含む混合溶液を蒸留するための蒸留方法、およびこの蒸留方法に用いる蒸留装置に係り、さらに詳しくは、理論段数が大きな蒸留設備を必要とせず、エネルギー効率に優れた蒸留方法および蒸留装置に関する。   The present invention relates to a distillation method for distilling a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent, and a distillation apparatus used for this distillation method. More specifically, the present invention does not require a distillation facility having a large number of theoretical plates, The present invention relates to a distillation method and a distillation apparatus excellent in efficiency.

化学工業、食品工業、医薬品工業などをはじめとする多品種少量生産の産業分野において、蒸留操作は極めて重要であり、かつ汎用的な単位操作である。蒸留は、通常、沸点の異なる2種以上の液体からなる混合液を加熱気化し、低沸点成分を主体とする蒸気を凝縮して混合液中の成分を分離する操作である。   In the industrial field of high-mix low-volume production including the chemical industry, food industry, pharmaceutical industry, etc., the distillation operation is extremely important and is a general-purpose unit operation. Distillation is usually an operation in which a liquid mixture composed of two or more liquids having different boiling points is heated and vaporized to condense a vapor mainly composed of low-boiling components to separate components in the liquid mixture.

このような蒸留操作に使用される装置としては、各種蒸留装置が知られているが、通常は加熱によって蒸発してきた各成分を冷却して凝縮させて取り出すためその組成は各成分の蒸気圧の比とほぼ同じであって、一段だけでの蒸留(単蒸留)では十分な分離ができない。そのため、特に沸点の近い(蒸気圧がほぼ等しい)複数の成分を分離するには、理論段数の大きな多段の蒸留塔を複数用い、還流比を大きくして蒸留操作を行う必要がある。そのため、加熱・冷却を繰り返すこととなり、エネルギー効率が良くない問題がある。たとえば、特許文献1では、必要な蒸留塔の本数を減らすために、1本の蒸留塔を分割し、複数の蒸留塔の役割を持たせることが試みられている。   Various types of distillation apparatuses are known as apparatuses used for such distillation operations. Usually, each component that has evaporated by heating is cooled and condensed to be taken out, and its composition is determined by the vapor pressure of each component. The ratio is almost the same, and distillation in only one stage (simple distillation) cannot achieve sufficient separation. Therefore, in order to separate a plurality of components having particularly close boiling points (vapor pressures are substantially equal), it is necessary to perform a distillation operation by using a plurality of multistage distillation columns having a large number of theoretical plates and increasing the reflux ratio. Therefore, heating and cooling are repeated, and there is a problem that energy efficiency is not good. For example, in Patent Document 1, in order to reduce the number of necessary distillation columns, it is attempted to divide one distillation column to have a plurality of distillation columns.

しかしながら、この特許文献1に記載された方法でも、理論段数の大きな多段の蒸留塔を用いる必要があり、設備が大掛かりになるとともに、加熱・冷却を繰り返すこととなり、エネルギー効率は十分には改善されていない問題があった。   However, even in the method described in Patent Document 1, it is necessary to use a multi-stage distillation column having a large number of theoretical plates, which requires a large facility and repeats heating and cooling, so that energy efficiency is sufficiently improved. There was no problem.

特開平11−314002号公報JP 11-312002 A

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、極性溶媒と非極性溶媒とを含む混合液を蒸留する方法において、理論段数が大きな蒸留設備を必要とせず、エネルギー効率に優れた蒸留方法およびこのような蒸留方法に用いられる蒸留装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and in a method of distilling a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent, a distillation method having a large number of theoretical plates is not required, and the distillation method is excellent in energy efficiency. It aims at providing the distillation apparatus used for such a distillation method.

本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意検討を行ったところ、極性溶媒と非極性溶媒とを含む混合液にマイクロ波を照射して、マイクロ波の照射により蒸留を行うことにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have conducted intensive studies. By irradiating a mixed liquid containing a polar solvent and a nonpolar solvent with microwaves and performing distillation by microwave irradiation, The present inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.

すなわち、本発明によれば、
(1)極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液を蒸留する方法であって、前記混合液にマイクロ波を照射することを特徴とする蒸留方法、
(2)前記極性溶媒は、比誘電率が4以上の溶媒であり、前記非極性溶媒は、比誘電率が4未満の溶媒である上記に記載の蒸留方法、および
(3)極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液を入れるための蒸留槽と、前記蒸留槽に入れた前記混合液に、マイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、前記蒸留槽に接続され、前記マイクロ波の照射により発生した気体を冷却して液化させる冷却装置と、前記冷却装置により液化した溶媒を回収するための回収槽と、を有する蒸留装置、
が提供される。
That is, according to the present invention,
(1) A method of distilling a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent, the method comprising irradiating the mixed solution with microwaves,
(2) The polar solvent is a solvent having a relative dielectric constant of 4 or more, and the nonpolar solvent is a solvent having a relative dielectric constant of less than 4, and (3) a polar solvent, A distillation tank for containing a mixed solution containing a nonpolar solvent, a microwave irradiation device for irradiating the mixed solution in the distillation tank with a microwave, and the microwave connected to the distillation tank. A distillation apparatus comprising: a cooling device that cools and liquefies the gas generated by the irradiation; and a recovery tank for recovering the solvent liquefied by the cooling device;
Is provided.

本発明は、極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液に、マイクロ波を照射することにより、混合液の蒸留を行うものである。そして、マイクロ波の照射により分子運動し易いという性質を有する極性溶媒を優先的に加熱することができる一方で、マイクロ波の照射により分子運動し難い非極性溶媒はほとんど加熱されないこととなる。その結果、優先的に加熱された極性溶媒が選択的に蒸発してくるため、極性溶媒の沸点まで加熱しなくても蒸留が可能で、かつ、分離能力が高い。従って、理論段数が大きな蒸留設備を用いて大きな還流比をかけることをしなくても(すなわち、理論段数が小さな蒸留設備で小さな還流比であっても)、極性溶媒のみを選択的に回収できる。そのため、ヒートロスが少なくエネルギー効率に優れる。   The present invention performs distillation of a mixed solution by irradiating a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent with microwaves. And while the polar solvent which has the property of being easy to perform molecular motion by microwave irradiation can be preferentially heated, the non-polar solvent which is difficult to move by microwave irradiation is hardly heated. As a result, since the preferentially heated polar solvent selectively evaporates, distillation is possible without heating to the boiling point of the polar solvent, and the separation capability is high. Therefore, even if a large reflux ratio is not applied using a distillation apparatus having a large theoretical plate number (that is, a distillation apparatus having a small theoretical plate number and a small reflux ratio), only polar solvent can be selectively recovered. . Therefore, there is little heat loss and it is excellent in energy efficiency.

以下、本発明の蒸留方法について詳細に説明する。
本発明の蒸留方法は、極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液に、マイクロ波を照射することを特徴とする。
Hereinafter, the distillation method of the present invention will be described in detail.
The distillation method of the present invention is characterized in that microwaves are irradiated to a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent.

本発明の方法により蒸留される混合液を構成する極性溶媒および非極性溶媒としては特に限定されず、たとえば、以下の溶媒を用いることができる。   It does not specifically limit as a polar solvent and a nonpolar solvent which comprise the liquid mixture distilled by the method of this invention, For example, the following solvents can be used.

すなわち、極性溶媒としては、極性を有し、様々な分野において通常用いられている溶媒であれば良く、特に限定されないが、その比誘電率が、好ましくは4以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは15以上のものである。なお、比誘電率は100以下が好ましい。   That is, the polar solvent is not particularly limited as long as it has polarity and is usually used in various fields, but the relative dielectric constant is preferably 4 or more, more preferably 10 or more, Preferably it is 15 or more. The relative dielectric constant is preferably 100 or less.

このような極性溶媒としては、たとえば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、酢酸、アセトン、アセトニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化メチレン、等が挙げられる。   Examples of such a polar solvent include water, methanol, ethanol, propanol, acetic acid, acetone, acetonitrile, acrylonitrile, methacrylonitrile, methylene chloride, and the like.

また、非極性溶媒としては、極性が低く、様々な分野において通常用いられている溶媒であれば良く、特に限定されないが、その比誘電率が、好ましくは4未満である。   The nonpolar solvent is not particularly limited as long as it has a low polarity and is usually used in various fields, and its relative dielectric constant is preferably less than 4.

このような非極性溶媒としては、たとえば、ヘキサン、ベンゼン、トルエン、スチレン、シクロヘキサン、シクロペンタン、ブタジエン、イソプレン等が挙げられる。   Examples of such nonpolar solvents include hexane, benzene, toluene, styrene, cyclohexane, cyclopentane, butadiene, isoprene, and the like.

本発明の方法により蒸留される混合液を構成する極性溶媒および非極性溶媒の組み合わせは特に限定されないが、本発明の効果がより一層顕著になることから、沸点の差が、好ましくは30℃以下であるような組み合わせ、より好ましくは20℃以下であるような組み合わせとすることが好ましい。なお、非極性溶媒の沸点が、極性溶媒より高いことが好ましい。   The combination of the polar solvent and the nonpolar solvent constituting the mixed solution distilled by the method of the present invention is not particularly limited. However, since the effect of the present invention becomes more remarkable, the difference in boiling point is preferably 30 ° C. or less. It is preferable that the combination is such that it is 20 ° C. or less. In addition, it is preferable that the boiling point of a nonpolar solvent is higher than a polar solvent.

本発明の方法により蒸留される混合液を構成する極性溶媒および非極性溶媒の組み合わせの具体例としては、たとえば、メタノール/シクロヘキサン、アクリロニトリル/スチレン、アセトン/シクロペンタン、アクリロニトリル/ブタジエン、アクリロニトリル/イソプレンなどが挙げられる。   Specific examples of the combination of the polar solvent and the nonpolar solvent constituting the mixed liquid distilled by the method of the present invention include, for example, methanol / cyclohexane, acrylonitrile / styrene, acetone / cyclopentane, acrylonitrile / butadiene, acrylonitrile / isoprene, and the like. Is mentioned.

また、本発明においては、混合液を構成する極性溶媒および/または非極性溶媒として、2種以上の溶媒を用いても良い。すなわち、混合液を2種以上の極性溶媒と1種の非極性溶媒との組み合わせとしても良いし、あるいは、1種の極性溶媒と2種以上の非極性溶媒との組み合わせとしても良い。さらには、2種以上の極性溶媒と2種以上の非極性溶媒との組み合わせとしても良い。なお、このような2種以上の極性溶媒および/または非極性溶媒を用いる場合における組み合わせとしては、たとえば、アクリロニトリル/ブタジエン/イソプレン、アクリロニトリル/メタノール/ブタジエンなどが挙げられる。   Moreover, in this invention, you may use 2 or more types of solvents as a polar solvent and / or a nonpolar solvent which comprise a liquid mixture. That is, the mixed solution may be a combination of two or more polar solvents and one nonpolar solvent, or may be a combination of one polar solvent and two or more nonpolar solvents. Furthermore, a combination of two or more polar solvents and two or more nonpolar solvents may be used. In addition, as a combination in the case of using such 2 or more types of polar solvents and / or a nonpolar solvent, acrylonitrile / butadiene / isoprene, acrylonitrile / methanol / butadiene, etc. are mentioned, for example.

混合液における極性溶媒と、非極性溶媒との混合比率は、重量比で、通常、極性溶媒:非極性溶媒=1:99〜99:1、好ましくは1:99〜20:80である。混合液中における、非極性溶媒の含有量が少なすぎると、本発明の作用効果が小さくなる場合がある。   The mixing ratio of the polar solvent to the nonpolar solvent in the mixed solution is usually a polar solvent: nonpolar solvent = 1: 99 to 99: 1, preferably 1:99 to 20:80 in terms of weight ratio. When there is too little content of a nonpolar solvent in a liquid mixture, the effect of this invention may become small.

上記混合液にマイクロ波を照射する方法としては特に限定されないが、たとえば、上記混合液を所定の蒸留槽に入れ、この蒸留槽に向かって、マイクロ波を照射する方法が挙げられる。なお、蒸留槽としては、化学工業、食品工業、医薬品工業などにおいて、蒸留に際して一般的に用いられる、通常の蒸留槽が用いられ、撹拌装置を備えたものであっても良い。また、蒸留槽にはその上方部付近に、気化した成分を冷却し、これにより気化した成分を液化させる冷却装置が接続され、さらには、冷却装置には回収槽が接続され、冷却装置により液化した成分を回収できるようにするのが一般的である。また、蒸留槽の上方部に充填塔や還流設備を設置し、ある程度の理論段数を持たせてもよい。なお、多段の蒸留塔を設置し、ボトムの釜のみならず各段においてマイクロ波を照射することもできる。   The method of irradiating the mixed solution with microwaves is not particularly limited. For example, a method of putting the mixed solution into a predetermined distillation tank and irradiating microwaves toward the distillation tank can be mentioned. In addition, as a distillation tank, the chemical distillation industry, food industry, pharmaceutical industry etc. WHEREIN: The normal distillation tank generally used in the case of distillation is used, and what was equipped with the stirring apparatus may be used. In addition, a cooling device for cooling the vaporized component and thereby liquefying the vaporized component is connected to the distillation tank in the vicinity of the upper portion thereof. Further, a recovery tank is connected to the cooling device and liquefied by the cooling device. It is common to allow the recovered components to be recovered. In addition, a packed tower and a reflux facility may be installed in the upper part of the distillation tank to give a certain number of theoretical plates. A multi-stage distillation column can be installed, and microwaves can be irradiated not only at the bottom kettle but also at each stage.

マイクロ波とは、好ましくは、波長が1m(周波数:300MHz)〜1mm(周波数:300GHz)の電磁波である。本発明では、混合液に照射するマイクロ波としては、その波長が、好ましくは60cm(周波数:500MHz)〜1.5mm(周波数:200GHz)の範囲、特に30cm(周波数:1GHz)〜3cm(周波数:10GHz)の範囲のものを用いることが好ましい。   The microwave is preferably an electromagnetic wave having a wavelength of 1 m (frequency: 300 MHz) to 1 mm (frequency: 300 GHz). In the present invention, the microwave applied to the mixed solution has a wavelength of preferably 60 cm (frequency: 500 MHz) to 1.5 mm (frequency: 200 GHz), particularly 30 cm (frequency: 1 GHz) to 3 cm (frequency: It is preferable to use one in the range of 10 GHz).

マイクロ波は、通常、マイクロ波発生装置により発生させることができる。本発明において、マイクロ波を照射する際における、マイクロ波発生装置の出力は、200W〜500kWの範囲であることが好ましく、より好ましくは300W〜10kWの範囲である。なお、マイクロ波発生装置としては、マグネトロン式のものであっても良いし、クライストロン式のものであっても良いし、ジャイロトロン式のものであっても良い。マイクロ波発生装置の出力が低すぎると、混合液中における極性溶媒の加熱が不十分となり、極性溶媒を選択的に蒸発させることができないおそれがある。一方、出力が高すぎると、極性溶媒の沸騰が急激に起こりすぎるという不具合が発生するおそれがある。   Microwaves can usually be generated by a microwave generator. In the present invention, the output of the microwave generator upon irradiation with microwaves is preferably in the range of 200 W to 500 kW, more preferably in the range of 300 W to 10 kW. Note that the microwave generator may be of a magnetron type, a klystron type, or a gyrotron type. If the output of the microwave generator is too low, heating of the polar solvent in the mixed solution becomes insufficient, and the polar solvent may not be selectively evaporated. On the other hand, if the output is too high, there is a possibility that the polar solvent will boil too rapidly.

また、本発明においては、マイクロ波の出力は、必ずしも一定である必要はなく、必要に応じて変化させても良い。たとえば、マイクロ波照射開始から極性溶媒の沸騰が開始するまでと、極性溶媒の沸騰が開始した後と、で同じ出力としても良いし、あるいは、異なるものとしても良い。マイクロ波の出力を極性溶媒の沸騰前後で異なるものとすることにより、たとえば、蒸留における分離成分の精度を制御することができる。   In the present invention, the microwave output is not necessarily constant, and may be changed as necessary. For example, the output may be the same between the start of microwave irradiation and the start of boiling of the polar solvent and after the start of boiling of the polar solvent, or may be different. By making the microwave output different before and after boiling of the polar solvent, for example, the accuracy of the separated components in distillation can be controlled.

そして、本発明におけるマイクロ波による蒸留は、例えば、以下のようにして進行する。すなわち、極性溶媒および非極性溶媒を含む混合液を蒸留槽に入れ、蒸留槽に入れた状態でマイクロ波発生装置により発生させたマイクロ波を照射することにより、図1に示すように、まず、極性溶媒が、混合液中で分子運動し、これにより混合液の液温が連続的に上昇する。なお、図1は、本発明のマイクロ波による蒸留における、マイクロ波の照射時間と混合液の温度との関係を示すグラフである。   And the distillation by the microwave in this invention advances as follows, for example. That is, a mixed liquid containing a polar solvent and a nonpolar solvent is placed in a distillation tank, and irradiated with microwaves generated by a microwave generator in a state of being placed in the distillation tank, as shown in FIG. The polar solvent undergoes molecular motion in the mixed solution, whereby the liquid temperature of the mixed solution rises continuously. In addition, FIG. 1 is a graph which shows the relationship between the microwave irradiation time and the temperature of a liquid mixture in the distillation by the microwave of this invention.

その後、混合液の液温が所定の温度(図1に示す温度T1、ただしT1は極性溶媒の沸点より低い温度でも良い)まで上昇し、所定の温度(図1に示す温度T1)で温度上昇が止まったり、小さくなったりして、極性溶媒の沸騰が開始する。そして、マイクロ波照射によるエネルギーが極性溶媒の沸騰による気化に優先的に消費され続け、最終的には、極性溶媒の沸騰が終了する。なお、本発明のマイクロ波による蒸留により気化した成分は、蒸留槽に接続された冷却装置により冷却され、これにより、液化し、冷却装置に接続された回収槽に回収されることとなる。すなわち、本発明の蒸留方法により、混合液中の成分は、蒸留槽と回収槽とにそれぞれ分離されることとなる。このようにして本発明におけるマイクロ波による蒸留が行われる。   Thereafter, the liquid temperature of the mixed liquid rises to a predetermined temperature (temperature T1 shown in FIG. 1, where T1 may be lower than the boiling point of the polar solvent), and the temperature rises at a predetermined temperature (temperature T1 shown in FIG. 1). Stops or decreases, and boiling of the polar solvent starts. And energy by microwave irradiation continues to be preferentially consumed for vaporization by boiling of the polar solvent, and finally boiling of the polar solvent is completed. In addition, the component vaporized by the distillation by the microwave of the present invention is cooled by a cooling device connected to the distillation tank, and is thereby liquefied and collected in a recovery tank connected to the cooling device. That is, by the distillation method of the present invention, components in the mixed solution are separated into a distillation tank and a recovery tank, respectively. In this way, distillation by microwaves in the present invention is performed.

このようにして行われる本発明に係るマイクロ波による蒸留においては、非極性溶媒を主として含む蒸留残渣が蒸留槽に残ることとなり、一方、極性溶媒を主として含む蒸留液が回収槽に移動することとなる。   In the microwave distillation according to the present invention thus performed, a distillation residue mainly containing a nonpolar solvent remains in the distillation tank, while a distillate mainly containing the polar solvent moves to the recovery tank; Become.

このように本発明の蒸留方法によれば、マイクロ波の照射により分子運動し易いという性質を有する極性溶媒を優先的に加熱できるため、理論段数が大きな蒸留設備を必要とせず、エネルギー効率に優れる。   As described above, according to the distillation method of the present invention, a polar solvent having the property of being easily molecularly moved by irradiation with microwaves can be preferentially heated, so that a distillation facility having a large number of theoretical plates is not required and energy efficiency is excellent. .

なお、本発明におけるマイクロ波による蒸留においては、極性溶媒の沸騰終了後は、極性溶媒等のマイクロ波照射による分子運動する成分が殆ど残存しないこととなるため、マイクロ波を照射し続けても、混合液の温度は殆ど上昇しないこととなる。   In addition, in the distillation by microwave in the present invention, after the boiling of the polar solvent, the component that undergoes molecular motion by microwave irradiation such as the polar solvent hardly remains, so even if microwave irradiation continues, The temperature of the mixed solution will hardly increase.

以上、本発明について実施形態に基づき説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、本発明の効果を損なわない限りにおいては、本発明のマイクロ波による蒸留方法以外の蒸留方法と組み合わせて用いても良い。また、たとえば、混合液中の極性溶媒および非極性溶媒が実質的に気化しない温度までは、ヒーター等により加熱を行い、その後、マイクロ波による加熱、蒸留に切り換えるという方法を採用しても良い。
While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
For example, as long as the effects of the present invention are not impaired, the present invention may be used in combination with a distillation method other than the microwave distillation method of the present invention. Further, for example, a method may be employed in which heating is performed with a heater or the like up to a temperature at which the polar solvent and the nonpolar solvent in the mixed solution are not substantially vaporized, and then switching to microwave heating and distillation.

以下に実施例、比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。これらの例中の〔部〕および〔%〕は、特に断わりのない限り重量基準である。ただし本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。   The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples. [Part] and [%] in these examples are based on weight unless otherwise specified. However, the present invention is not limited only to these examples.

実施例1
まず、図2に示す蒸留装置を準備した。
図2に示す蒸留装置は、本発明の方法により蒸留される混合液4を入れるための蒸留用フラスコ2が、マイクロ波加熱炉6中に備えられた構成となっており、この蒸留用フラスコ2中の混合液4に向かって、マイクロ波が照射可能になっているものである。具体的には、マイクロ波は、マイクロ波発振機8により発生可能となっており、発生したマイクロ波は、導波管10を介して、マイクロ波加熱炉6中に導かれ、これにより蒸留用フラスコ2中の混合液4に照射されることとなる。なお、マイクロ波加熱炉6は、試料の出し入れが可能なように開閉自在な扉(図示省略)が備えられており、扉を閉めることにより、マイクロ波加熱炉6内部を密閉できるようになっている。
Example 1
First, a distillation apparatus shown in FIG. 2 was prepared.
The distillation apparatus shown in FIG. 2 has a configuration in which a distillation flask 2 for containing a mixed solution 4 distilled by the method of the present invention is provided in a microwave heating furnace 6. The microwave can be irradiated toward the mixed liquid 4 inside. Specifically, the microwave can be generated by the microwave oscillator 8, and the generated microwave is guided into the microwave heating furnace 6 through the waveguide 10, thereby being used for distillation. The mixed solution 4 in the flask 2 is irradiated. The microwave heating furnace 6 is provided with a door (not shown) that can be opened and closed so that a sample can be taken in and out, and the inside of the microwave heating furnace 6 can be sealed by closing the door. Yes.

そして、導波管10から照射されたマイクロ波により、混合液4中において気化した成分がガラス管12を通り、冷却管14にて冷却されて液化し、最終的には、ガラス管16を介して冷却管14に接続された回収用フラスコ18中に、液体の状態で回収されるようになっている。なお、図2に示す蒸留装置においては、混合液4の入った蒸留用フラスコ2は、マグネチックスターラ20上に配置され、蒸留用フラスコ2中の撹拌子22がマグネチックスターラ20により回転することにより、混合液4を撹拌できるようになっている。また、冷却管14は、冷媒14aが通ることにより、冷却管14内部の気体および/または液体を冷却できるようになっている。   And the component vaporized in the mixed liquid 4 by the microwave irradiated from the waveguide 10 passes through the glass tube 12 and is cooled and liquefied in the cooling tube 14, and finally passes through the glass tube 16. The liquid is recovered in the recovery flask 18 connected to the cooling pipe 14. In the distillation apparatus shown in FIG. 2, the distillation flask 2 containing the mixed solution 4 is disposed on the magnetic stirrer 20, and the stirrer 22 in the distillation flask 2 is rotated by the magnetic stirrer 20. Thus, the liquid mixture 4 can be stirred. The cooling pipe 14 can cool the gas and / or liquid inside the cooling pipe 14 by passing the refrigerant 14a.

そして、上記にて準備した蒸留装置を用いてマイクロ波による蒸留を行った。具体的には、まず、蒸留に供する混合液4として、メタノール/シクロヘキサン混合液(メタノール:シクロヘキサン=5部:95部)を準備した。なお、メタノールは、沸点64.7℃、比誘電率33.0であり、シクロヘキサンは、沸点80.7℃、比誘電率2.0である。   And the distillation by a microwave was performed using the distillation apparatus prepared above. Specifically, first, a methanol / cyclohexane mixed solution (methanol: cyclohexane = 5 parts: 95 parts) was prepared as the mixed solution 4 to be subjected to distillation. Note that methanol has a boiling point of 64.7 ° C. and a relative dielectric constant of 33.0, and cyclohexane has a boiling point of 80.7 ° C. and a relative dielectric constant of 2.0.

次いで、上記にて準備したメタノール/シクロヘキサン混合液100部を、蒸留用フラスコ2中に入れ、蒸留用フラスコ2中に入れたメタノール/シクロヘキサン混合液をマグネチックスターラ20および撹拌子22により、撹拌速度400rpmの条件で撹拌した。   Next, 100 parts of the methanol / cyclohexane mixture prepared above is put into the distillation flask 2, and the methanol / cyclohexane mixture put into the distillation flask 2 is stirred by the magnetic stirrer 20 and the stirrer 22. Stirring was performed at 400 rpm.

そして、メタノール/シクロヘキサン混合液を撹拌した状態にて、マイクロ波加熱炉6の扉を閉め、マイクロ波加熱炉6内を密閉した状態とし、次いで、データロガーにより、蒸留用フラスコ2中のメタノール/シクロヘキサン混合液温度、蒸気温度およびマイクロ波出力の各データの収集を開始し、これに続いて、マイクロ波の照射を開始した。なお、本実施例では、蒸気温度は、図2に示す蒸留装置のガラス管12の頂部付近における蒸気温度を測定した。また、マイクロ波の照射の際における、マイクロ波発振機8の出力は364W、周波数は2.45GHzとした。データロガーにより収集したデータをグラフ化して図3(A)に示す。なお、図3(A)において、縦軸方向において、下方にマイクロ波出力を、上方にメタノール/シクロヘキサン混合液温度および蒸気温度を、それぞれ示した。   Then, with the methanol / cyclohexane mixed liquid being stirred, the door of the microwave heating furnace 6 is closed, the inside of the microwave heating furnace 6 is closed, and then the methanol / cyclohexane in the distillation flask 2 is checked with a data logger. Data collection of cyclohexane mixture temperature, vapor temperature, and microwave output was started, followed by microwave irradiation. In this example, the vapor temperature was measured in the vicinity of the top of the glass tube 12 of the distillation apparatus shown in FIG. Moreover, the output of the microwave oscillator 8 at the time of microwave irradiation was 364 W, and the frequency was 2.45 GHz. The data collected by the data logger is graphed and shown in FIG. In FIG. 3A, in the vertical axis direction, the microwave output is shown below, and the methanol / cyclohexane mixture temperature and vapor temperature are shown above.

図3(A)からも確認できるように、マイクロ波(MW)照射開始後、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度が連続的に上昇し、そして、照射開始から330秒が経過した時点で、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度が約57℃に達し、メタノール/シクロヘキサン混合液が沸騰し、混合液から蒸気が発生し始めた。そして、図3(A)からも確認できるように、マイクロ波を照射し続けても、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度が約57℃から上昇することなく、沸騰し続ける結果となった。なお、メタノール/シクロヘキサン混合液から発生する蒸気の温度も約52℃で一定であった。その後、マイクロ波照射開始から736秒後に、沸騰が殆ど確認されなくなったので、マイクロ波の照射を終了した。   As can be confirmed from FIG. 3 (A), the temperature of the methanol / cyclohexane mixture continuously increased after the start of microwave (MW) irradiation, and when 330 seconds had elapsed from the start of irradiation, The temperature of the cyclohexane mixture reached about 57 ° C., the methanol / cyclohexane mixture boiled, and steam began to be generated from the mixture. Then, as can be confirmed from FIG. 3A, even when the microwave irradiation was continued, the temperature of the methanol / cyclohexane mixed solution did not rise from about 57 ° C., and continued to boil. The temperature of the vapor generated from the methanol / cyclohexane mixture was also constant at about 52 ° C. Thereafter, after 736 seconds from the start of microwave irradiation, boiling was almost not confirmed, and microwave irradiation was terminated.

実施例1において、最終的に、蒸留用フラスコ2中に残存した蒸留残渣の量は94部であり、メタノールの残量は6165ppmであった。また、回収用フラスコ18中に回収された留出物(約6部)中のメタノール濃度は73%であり、シクロヘキサン濃度は27%であった。   In Example 1, finally, the amount of the distillation residue remaining in the distillation flask 2 was 94 parts, and the remaining amount of methanol was 6165 ppm. Moreover, the methanol concentration in the distillate (about 6 parts) recovered in the recovery flask 18 was 73%, and the cyclohexane concentration was 27%.

比較例1
図2における蒸留装置において、マイクロ波加熱炉6、マイクロ波発振機8および導波管10を用いず、その代わりに、フラスコ2をマントルヒーター(定格100W、スライダックにより80%の出力に調整)で加熱することにより、メタノール/シクロヘキサン混合液の蒸留を行った。
Comparative Example 1
In the distillation apparatus in FIG. 2, the microwave heating furnace 6, the microwave oscillator 8, and the waveguide 10 are not used. Instead, the flask 2 is adjusted with a mantle heater (rated 100 W, adjusted to 80% output by the slider). The methanol / cyclohexane mixture was distilled by heating.

そして、比較例1においても、実施例1と同様に、データロガーにより、蒸留用フラスコ2中のメタノール/シクロヘキサン混合液温度および蒸気温度の各データの収集を行った。ただし、比較例1では、マイクロ波の照射は行っていないため、マイクロ波の出力のデータについては測定しなかった。データロガーにより収集したデータをグラフ化して図3(B)に示す。   In Comparative Example 1, as in Example 1, each data of the methanol / cyclohexane mixed solution temperature and the vapor temperature in the distillation flask 2 was collected by the data logger. However, in the comparative example 1, since the microwave irradiation was not performed, the microwave output data was not measured. The data collected by the data logger is graphed and shown in FIG.

図3(B)からも確認できるように、マントルヒーターでの加熱開始後、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度が連続的に上昇し、そして、加熱開始から340秒が経過した時点で、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度が約62℃に達し、メタノール/シクロヘキサン混合液が沸騰し、混合液から蒸気が発生し始めた。そして、図3(B)からも確認できるように、その後加熱し続けると、メタノール/シクロヘキサン混合液の温度はさらに上昇し続けた。この際、メタノール/シクロヘキサン混合液から発生する蒸気の温度は約52℃で一定であった。そして、温度が約81℃に達すると、さらに高温の蒸気(温度約65℃の蒸気)が発生する結果となった。   As can be seen from FIG. 3B, after the start of heating with the mantle heater, the temperature of the methanol / cyclohexane mixture continuously rises, and when 340 seconds have elapsed from the start of heating, the methanol / cyclohexane The temperature of the mixture reached about 62 ° C., the methanol / cyclohexane mixture boiled, and steam began to be generated from the mixture. As can be seen from FIG. 3B, the temperature of the methanol / cyclohexane mixed solution continued to rise as the heating was continued thereafter. At this time, the temperature of the vapor generated from the methanol / cyclohexane mixture was constant at about 52 ° C. When the temperature reached about 81 ° C., higher temperature steam (steam of about 65 ° C.) was generated.

比較例1において、最終的に、蒸留用フラスコ2中に残存した蒸留残渣の量は90部であり、メタノールの残量は検出されなかった。また、回収用フラスコ18中に回収された留出物(約10部)中のメタノール濃度は50%であり、シクロヘキサン濃度は50%であった。   In Comparative Example 1, finally, the amount of distillation residue remaining in the distillation flask 2 was 90 parts, and the remaining amount of methanol was not detected. The methanol concentration in the distillate (about 10 parts) recovered in the recovery flask 18 was 50%, and the cyclohexane concentration was 50%.

上記のように、マントルヒーターでの加熱による蒸留を行った比較例1においては、回収用フラスコ18中に回収された留出物中のシクロヘキサン濃度が高く、分離が不十分であった。一方、マイクロ波による蒸留を行った実施例1においては、回収用フラスコ18中に回収された留出物中のメタノール濃度が高く、優れた分離能力が示された。
また、マントルヒーターでの加熱による蒸留を行った比較例1ではメタノール/シクロヘキサン混合液の温度が約62℃に達しないと蒸留が開始できなかったが、マイクロ波を照射した実施例1では、約57℃で蒸留を行うことができ、ヒートロスが少なかった。
As described above, in Comparative Example 1 in which distillation was performed by heating with a mantle heater, the concentration of cyclohexane in the distillate recovered in the recovery flask 18 was high, and separation was insufficient. On the other hand, in Example 1 in which distillation by microwave was performed, the methanol concentration in the distillate recovered in the recovery flask 18 was high, and an excellent separation ability was shown.
Further, in Comparative Example 1 in which distillation by heating with a mantle heater was performed, distillation could not be started unless the temperature of the methanol / cyclohexane mixed solution reached about 62 ° C., but in Example 1 irradiated with microwaves, about 1 Distillation could be performed at 57 ° C. and there was little heat loss.

図1は本発明のマイクロ波による蒸留における、マイクロ波の照射時間と混合液の温度との関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the microwave irradiation time and the temperature of the mixed solution in the microwave distillation of the present invention. 図2は本発明の実施例に係る蒸留装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a distillation apparatus according to an embodiment of the present invention. 図3(A)は本発明の実施例に係る蒸留方法における測定データを示すグラフ、図3(B)は比較例に係る蒸留方法における測定データを示すグラフである。3A is a graph showing measurement data in the distillation method according to the example of the present invention, and FIG. 3B is a graph showing measurement data in the distillation method according to the comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

2… 蒸留用フラスコ
4… 混合液
6… マイクロ波加熱炉
8… マイクロ波発振機
10… 導波管
12… ガラス管
14… 冷却管
16… ガラス管
18… 回収用フラスコ
20… マグネチックスターラ
22… 撹拌子
2 ... Distillation flask 4 ... Mixture 6 ... Microwave heating furnace 8 ... Microwave oscillator 10 ... Waveguide 12 ... Glass tube 14 ... Cooling tube 16 ... Glass tube 18 ... Recovery flask 20 ... Magnetic stirrer 22 ... Stir bar

Claims (3)

極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液を蒸留する方法であって、前記混合液にマイクロ波を照射することを特徴とする蒸留方法。   A method for distilling a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent, the method comprising irradiating the mixed solution with microwaves. 前記極性溶媒は、比誘電率が4以上の溶媒であり、前記非極性溶媒は、比誘電率が4未満の溶媒である請求項1に記載の蒸留方法。   The distillation method according to claim 1, wherein the polar solvent is a solvent having a relative dielectric constant of 4 or more, and the nonpolar solvent is a solvent having a relative dielectric constant of less than 4. 極性溶媒と、非極性溶媒とを含む混合液を入れるための蒸留槽と、
前記蒸留槽に入れた前記混合液に、マイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
前記蒸留槽に接続され、前記マイクロ波の照射により発生した気体を冷却して液化させる冷却装置と、
前記冷却装置により液化した溶媒を回収するための回収槽と、を有する蒸留装置。
A distillation tank for containing a mixed solution containing a polar solvent and a nonpolar solvent;
A microwave irradiation device for irradiating the mixed solution put in the distillation tank with microwaves;
A cooling device connected to the distillation tank for cooling and liquefying the gas generated by the microwave irradiation;
And a recovery tank for recovering the solvent liquefied by the cooling device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013100489A (en) * 2011-10-12 2013-05-23 Osaka Prefecture Univ Glycerin purifying method
NL1040054C2 (en) * 2013-02-15 2014-08-18 Gerhardus Johannes Jozef Beukeveld EXTRACTION OF FRESH WATER FROM SALT (SEA) WATER USING GYROTRONS EQUIPPED WITH SUPER-CONDUCTIVE MAGNETS OPERATING IN THE PERSISTENT POSITIONS OF SUPER-CONDUCTION, WHICH EXIT SPECIFIC ELECTROMAGNETIC WAVES, WITH WHICH WATERMOLECULES OPTIMALLY RESONVE AND EXAMPLE.
CN106830140A (en) * 2017-01-22 2017-06-13 广东美的厨房电器制造有限公司 Microwave distillation component and the distilling apparatus with it

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