JP2009530088A - 揮発性成分を材料混合物から分離するための方法、並びにこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、揮発性成分を材料混合物から分離するための方法であって、前記材料混合物を加熱し、前記揮発性成分を少なくとも部分的に気化し、次いで生じた蒸気を凝縮する方法に関する。分離効果を改善させるために、凝縮が行われる領域内で凝縮物を液体に接触させて、該液体内で凝縮物を溶解させる。

Description

本発明は、揮発性成分を材料混合物から分離するための方法であって、前記材料混合物を加熱し、前記揮発性成分を少なくとも部分的に気化し、次いで生じた蒸気を凝縮する方法に関する。また本発明は、このような方法を実施するために適した装置に関する。

前記形式の蒸留法のための前提は、分離しようとする成分が、材料混合物の残りの成分よりも低い沸点を有し、分離しようとする成分に関連して、気化が行われる箇所と凝縮が行われる箇所との間の蒸気圧低下が維持される、ということである。

短絡蒸留（Kurzwegdestillation）とは、一般的に、気化器及び凝縮器が、気化が行われる箇所から凝縮が行われる箇所への短い経路で上記分子が戻されるように、同じ容器内に配置されている真空蒸留技術のことである。一般的な形式で、気化器の面と凝縮器の面との間の間隔は、工業的な短絡蒸留装置において数センチメートルから数デシメートルである。気化器の面と凝縮器の面との間の間隔が蒸気分子の平均的な波長よりも小さければ、分子蒸留（Molekulardestillation）のことである。

低い運転圧力に基づいて、短絡蒸留及び分子蒸留は、特に単数又は複数の揮発性成分を、２成分及び複数成分混合物から低い作業温度で蒸留によって分離するために特に適した方法である。しかしながらこの方法は、蒸留された成分の蒸気圧又は凝縮物表面上の成分が、加熱された気化器壁における混合成分の部分圧力に達すると、限界となる。つまり、揮発性成分をさらに分離することができなくなる。何故ならば、短絡蒸留では駆動力つまり圧力差が不足しているか、又は分子蒸留では、気化器面における気化率が内部凝縮器における当該成分の気化率に相当するからである。内部凝縮器における凝縮水流を介して、揮発性成分の蒸気圧を低くするために内部凝縮器温度をさらに低下させることは、例えば凝縮物が凝固するために、しばしば不可能である。

本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する蒸留法、並びに請求項１３の上位概念部に記載した特徴を有する装置を改良して、より良好な分離効果を得るようにすることである。

本発明によれば、この課題は、方法に関連して請求項１〜１２に記載した特徴によって解決され、また装置に関連して請求項１３〜１９に記載した特徴によって解決された。

本発明によれば、凝縮物は液体に接触させられ、この液体内で溶解するようになっている。これによって、凝縮しようとする成分の蒸気圧及び濃度は、凝縮箇所で低下せしめられる。これによって、気化の箇所と凝縮の箇所との間の蒸気圧低下が高められ、ひいては分離率の改善が得られる。

特に有利には、本発明の方法は、短絡蒸留又は分子蒸留の条件下で実施されるか、若しくは本発明の方法を実施するために、凝縮物を溶解するために用いられる液体を供給及び排出するための手段を備えた短絡蒸留装置又は分子蒸留装置が使用される。この液体は、凝縮物を希釈することによって揮発性成分の濃度を低下させる作用を有しているので、以下では洗浄液とも称呼される。

本発明の方法では、気化は、機械的にぬぐわれた膜から行われてもよいし、又は加熱された気化面上に層状に又は渦状に流れる膜から行われてもよい。同様に、気化は、古典的な短絡気化器におけるように、凝縮器を包囲する加熱された気化器面から装置内室内に生ぜしめられる洗浄液の細流膜に行われてもよいし、又はそれとは逆に、装置内に配置された気化器面から別の装置壁に沿って流れ落ちる細流膜内に行われてもよい。原則的に、例えば短絡蒸留又は分子蒸留の使用条件が維持される、気化器面及び凝縮器面のすべての配置が可能である。

洗浄液は、一方では、分離しようとする、揮発性成分を溶解する特性を有していなければならない。また、洗浄液は、十分に低い蒸気圧を有していなければならない。洗浄液が材料混合物であるか、及び／又は揮発性材料混合物を分離する必要がある場合、それぞれの材料混合物のすべての成分は前記特性を有する必要がある。

本発明による方法の有利な実施例によれば、洗浄液によって細流が生ぜしめられ、この細流は、冷却された凝縮器の表面に沿って流れ、この流れが維持される。洗浄液の表面が凝縮面を形成するように、洗浄液自体が十分に冷却されていれば、外部で冷却された凝縮器は省くことができる。洗浄液の表面が凝縮面を形成する場合、洗浄液が流れ落ちる表面は省くことができる。洗浄液は、例えば液滴の形で、気化器面の近傍に流れるようになっていれば、十分である。

洗浄液が細く流れ落ちるように構成された組込み部材が使用される場合、組込み部材の表面に、洗浄液の渦流を生ぜしめる非扁平性を設ければ有利である。組込み部材として、有利には金属より成る網状組織を使用しても有利である。

細流膜を発生されるために使用された材料又は材料混合物は、装置を１回通過させるか、又は所望の濃度が得られるまで、揮発性成分が循環経路を通ってガイドされる。

本発明のその他の利点及び詳細について、以下に図１乃至図９に概略的に示した実施例を用いて説明する。

図１乃至図３は、本発明による蒸留装置の断面図、
図４及び図５は、凝縮面の温度調節が、使用された洗浄液とは無関係な加熱／冷却媒体によって行われる本発明の実施例、
図６及び図７は、凝縮面の温度調節が、洗浄液自体によって行われる実施例を示す、
図８は、冷却された洗浄液が金網格子に沿ってガイドされる実施例、
図９は、ひまわり油（Sonnenblumenoel）からカプリル酸（Caprylsaure）を分離する蒸留法の結果を示す、
図１に示した装置において、容器は符号２で示され、加熱周壁は符号３で示され、気化面は符号４で、凝縮器（凝縮器）は符号５で示されている。凝縮器５は破線で示されている。それによって、凝縮器５は、洗浄液自体が冷却されている場合には、必要ないことを示している。この変化例については以下に詳しく説明されている。気化室は符号６で示されていて、一般的なようにほぼ円筒形に構成されている。

未加工品は、容器２の上部領域に配置された、大抵は回転駆動されるプレート８上に、導管７を介して供給される。このプレート８は、未加工品が細流膜（Rieselfilm）若しくは液体膜９として気化面を流下するように、未加工品を容器２若しくは気化面４の壁部に供給する、という課題を有している。気化面４を通過した液体膜９は、外側の溝１０内に収集され、導管１１を介して流出される。導管１２及び１３を介して、加熱媒体は加熱周壁３内に供給されるか、若しくは加熱周壁から導出される。

スパイラルコイルとして構成された凝縮器５は、外部が冷却されている。冷却媒体／伝熱体の供給及び導出は、導管１４若しくは１５を介して行われる。

凝縮器５の上側に別のプレート１６が配置されており、この別のプレート１６は、堰き止め壁１７を備えている（図２及び図３参照）。堰き止め壁１７は、スパイラルパイプ５の上側に位置していて、貫流開口１８と、下方に向けられた、上側のスパイラルパイプに面した縁部１９とを備えている。

凝縮器５の上には別のプレート１６が配置されており、この別のプレート１６は堰き止め壁１７を備えている（図２及び図３も参照）。堰き止め壁１７は、スパイラルコイル５の上に位置していて、貫通開口１と、下方に向けられ、かつ上部のスパイラルコイルに面した縁部１９とを備えている。

プレート１６を介して、凝縮器５への洗浄液の供給が行われる。プレート１６の中央に開口２０が位置しており、この開口２０内に上昇管２２が開口している。上昇管２２に、下方から接続導管２３を介して洗浄液が供給される。環状室１０の内壁は中央に位置する室２４を形成しており、この室２４内に、凝縮器５から下方に流れる洗浄液が集められて、導管２５を介して導出される。容器２に接続された排気装置は、概略的に示されていて、符号２６が付けられている。

運転中に、気化面４から低沸点物質が気化する。蒸気は凝縮器５に向かって流れる。上昇管２２を介して洗浄液はプレート１６に達し、開口１８を通って下方外部へ流出する。液滴縁部１９に沿って流れる洗浄液は、凝縮器５の表面を濡らす。凝縮器５の表面で、洗浄液は低沸点物質の凝縮物を溶解し、凝縮物は洗浄液と共に室２４内に達し、導管２５を介して導出される。低沸点物質の凝縮物を洗浄液によって溶解及び導出することによって、前述のように、凝縮面の領域内の低沸点物質の蒸気圧が低下し、それによって、気化面４から凝縮器５へ向かっての蒸気圧の低下が所望に高められる。

１つ（又は複数）の弁によって、洗浄液の交換が連続的に又は断続的に行われる。所望であれば、洗浄液は後続のプロセスで処理され、新たに投入することができる。また、処理しようとする物質の供給量の一部を連続的に又は断続的に分岐し、洗浄液として使用することも考えられる。

本発明の枠内で、液体の流れを変えるための若しくは液体を流過させるための湾曲された面又は構造化された表面その他を備えた分配プレート１６及び堰き止め壁１７の別の構造も考えられる。同様に、洗浄液を、別の構造形式の液体流入又は噴射システムによって凝縮器表面に施してもよい。

図４及び図５は、凝縮器５が洗浄液を冷却する、本発明による蒸留装置のための別の実施例が概略的に示されている。未加工品は加熱周壁３の上に供給され、液体膜９として気化面４に沿って下方に流れる。低沸点成分は気化し、凝縮器５の表面に向かって流れる。膜９内に残留する、気化されない残留物は、収集室１０内に達し、導管１１を介して容器２から出る。

凝縮器は概略的に、組み込まれた熱交換装置２８を備えたユニットとして示されている。下方から装置に冷却液（導管１４，１５）が供給される。

凝縮器５の上側に設けられた開口２０から洗浄液が流出する。洗浄液は、上昇管２２の貫流中に既に冷却される。気化面４上で気化された低沸点物質の凝縮及び溶解は、自由に流れるか又は拭い取られる洗浄液膜内で行われる。この洗浄液膜は凝縮器５の表面上で下方に流れる。洗浄液は収集室２４内に達し、導管２５を介して容器から流出する。

図４に示した実施例において、洗浄液は循環路内でガイドされる。出口導管２５を入口導管２２に接続する導管区分２１内ｎフィードポンプ３２が配置されている。それぞれ１つの弁３５，３６を備えた分岐導管３３及び３４を介して、洗浄液の交換を連続的に又は断続的に行うことができる。

前記実施例では、凝縮器５が洗浄液の必要な冷却を行う。洗浄液自体が十分に低い温度に冷却されて供給される場合、凝縮器５への冷却液供給は省くことができる。凝縮器の表面は、洗浄液と共に凝縮面として用いられる。最終的に、凝縮器５も洗浄液も冷却される。

図６乃至図８は、洗浄液が同時に凝縮プロセスのための冷却媒体として、また凝縮される低沸騰物質のための溶解剤として用いるようにした、本発明による実施例について示す。

図６及び図７示した実施例は、図４及び図５の実施例に相当する。この場合、凝縮器ユニット５は冷却されない。洗浄液の出口導管２５を入口導管２２（上昇管）に接続する導管区分３１内には、ポンプ３２の他に熱交換器３７が配置されている。有利な形式で、ポンプ３２及び熱交換器３７は、洗浄液が十分に低い温度で導管２２乃至２０を介して連続的に気化室６内に侵入するように、制御される。低沸点物質の凝縮は、凝縮器ユニット５の表面に沿って流れ落ちる洗浄液の膜内において行われる。

特に有利な実施例では、固形の凝縮器ユニット５が完全に滑り落ちるようになっている。冷却されている洗浄液は、例えば前記形式で供給され、プレート１６から（図１に関連して記載されているように）自由に細く流れ落ちる。洗浄液を気化室内に噴霧することも可能である。

図１の実施例に相当する図８に示した実施例は、凝縮器５なしの変化実施例を示している。気化面４と同じ高さ寸法で下方に向かってプレート１６に組込み部材３８が続いており、この組込み部材３８は、洗浄液の細流膜を乱流でガイドする、例えばほぼ円筒形に形成された金網格子より成っている。組込み部材３８は下部の収集室２４内まで延在している。

本発明は、図示の実施例だけに限定されるものではない。前記方法は、適当に構成されたほぼすべての蒸留装置に適用することができる。蒸留装置は、金属、ガラス及び／又はその他の材料より成っていてよい。

一般的な方法の実施例は：
植物油又は動物油からの脂肪酸の蒸留、植物及び動物の自然物質からのステロイド及びアルカロイドの蒸留、植物油及び動物油及び脂肪からの殺虫剤、除草剤又は抗カビ剤の蒸留、またその分解生成物の、植物油及び動物油及び脂肪からの蒸留、並びにそれに属する方法である。この方法は、国際公開第２００４／００７６５４号公報及び国際公開第２００４／００７６５５号公報に開示されている。また、植物性及び動物性の自然物質生成物からの芳香性物質、ビタミン、酵素（コエンザイム）、テトラピロール、ポリフェノール又は脂肪酸エステルの分離、ダイマー（Dimeren）、トリマー（Trimeren）及びポリマー（Polymeren）からのモノマーの分離、添加又は凝縮によって製造される、ポリマー又はプレポリマーからの一般的なモノマー又はダイマーの結合成分の分離である。

その他の実施例として、トリグリセリド混合物（ひまわり油）からのカプリル酸の蒸留による分離が挙げられる。初期生成物は、ひまわり油におけるカプリル酸の０．５％溶液である。前記混合物は、短絡蒸留若しくは分子蒸留の工業的な使用においてしばしば直面する分離に関する課題（高沸点物質から低沸点物質の残留物凝縮をできるだけ減少させる）のために例として挙げられている。この場合、内部凝縮物の温度は、種々の理由によりしばしば任意に低く選定することはできない。内部凝縮物の温度を任意に低くすると、冒頭に述べたような気化装置の除去効率（Abreicherungsleistung）の低下を招く。本発明に従って洗浄凝縮器を使用することによって、このような条件下で、剥ぎ取り効果の著しい改善が得られる。つまり、蒸留残滓内の低沸点物質の残留量を低下させることができる。実験データを確認するために、図１に示した実施例による洗浄凝縮器が使用される。この洗浄凝縮器は、一般的な形式の内部凝縮器（洗浄液を供給しない）としても、調整可能な洗浄液流を有する洗浄凝縮器としても使用することができる。洗浄液としてひまわり油が使用される。種々異なる凝縮器温度及び一定に保たれたその他のパラメータによる蒸留実験によれば、観察された温度範囲内で、本発明に従って凝縮器を洗浄液の細流で洗浄することによって、残留量を一般的な凝縮と比較して６０％までの減少させることが分かった。循環経路内に供給された、凝縮された低沸点物質を有する洗浄液の負荷及び質量流は、除去効果に不都合な影響が及ぼされることなしに、広範囲に亘って変えることができる。図９には、テスト蒸留の典型的な結果が示されている。図面は、種々異なる凝縮温度（ｘ軸線）における残留量（ｙ軸線）を示す。

本発明による蒸留装置の、一部破断した概略図である。 図１に示した蒸留装置の横断面図である。 図１に示した蒸留装置のプレートの堰き止め壁を示す部分図である。 凝縮面の温度調節が、使用された洗浄液とは無関係な加熱／冷却媒体によって行われる本発明の実施例による装置を示す概略的な側面図である。 図４に示した装置の概略的な横断面図である。 凝縮面の温度調節が、洗浄液自体によって行われる本発明の実施例による装置を示す概略的な側面図である。 図６に示した装置の概略的な横断面図である。 冷却された洗浄液が金網格子に沿ってガイドされる実施例による装置を示す概略的な側面図である。 ひまわり油からカプリル酸を分離する蒸留法の結果を示すグラフである。

Claims (21)

1. 揮発性成分を材料混合物から分離するための方法であって、前記材料混合物を加熱し、前記揮発性成分を少なくとも部分的に気化し、次いで生じた蒸気を凝縮する方法において、
   凝縮が行われる領域内で凝縮物を液体に接触させて、該液体内で凝縮物を溶解させることを特徴とする、揮発性成分を材料混合物から分離するための方法。
2. 短絡蒸留又は分子蒸留の条件下で実施する、請求項１記載の方法。
3. 気化面（４）と冷却された凝縮器（５）とを設け、凝縮器（５）の表面に洗浄液細流膜を生ぜしめる、請求項１又は２記載の方法。
4. 洗浄液の表面自体が凝縮器の機能を有するように、洗浄液を低い温度に冷却する、請求項１又は２記載の方法。
5. 洗浄液を、気化面（４）の高さに亘って組込み部材とは無関係な流れとして細く流れ落ちるようにする、請求項４記載の方法。
6. 冷却された洗浄液を供給するために、例えば金網格子より成る受動的な（冷却されていない）組込み部材を使用する、請求項５記載の方法。
7. 洗浄液の交換を連続的に又は断続的に行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 洗浄液を後続のプロセスで処理して、新たに使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 未加工品を洗浄液としても使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 未加工品の供給量の一部を連続的に又は断続的に分岐し、洗浄液として使用する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
11. 洗浄液流を、量及び温度に関連して調整する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 洗浄液流を断続的に供給する、請求項１１記載の方法。
13. 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実施するための蒸留装置において、供給された洗浄液を冷却するために用いられる冷却された凝縮器（５）を備えていることを特徴とする、蒸留装置。
14. 請求項１、２又は４記載の方法を実施するための蒸留装置において、洗浄液のための供給導管内に冷却器（３７）が配置されていることを特徴とする、蒸留装置。
15. 洗浄液の供給が循環回路内で行われ、この循環回路内に、調整されたポンプ（３２）が配置されており、洗浄液を冷却する場合、冷却器（３７）が配置されている、請求項１３又は１４記載の蒸留装置。
16. 洗浄液の供給が、ほぼ気化面（４）上に配置されたプレート（１６）を介して行われる、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の蒸留装置。
17. 前記プレート（１６）の下に冷却された凝縮器（５）が配置されている、請求項１３又は１６記載の蒸留装置。
18. プレート（１６）の下のスペースに組込み部材が設けられていないか、又はプレート（１６）の下のスペース内に洗浄液流をガイドするための組込み部材（５，３８）が配置されている、請求項１４又は１６記載の蒸留装置。
19. プレート（１６）の下に、金網格子より成る組込み部材が配置されている、請求項１８記載の蒸留装置。
20. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法の使用法において、国際公開第２００４／００７６５４号パンフレット及び国際公開第２００４／００７６５５号パンフレットに開示された方法に開示された、植物油又は動物油からの脂肪酸の蒸留、植物及び動物の自然物質からのステロイド及びアルカロイドの蒸留、植物油及び動物油及び脂肪からの殺虫剤、除草剤又は抗カビ剤の蒸留、またその分解生成物の、植物油及び動物油及び脂肪からの蒸留のための使用し、植物性及び動物性の自然物質生成物からの芳香性物質、ビタミン、酵素（コエンザイム）、テトラピロール、ポリフェノール又は脂肪酸エステルの分離、ダイマー、トリマー及びポリマーからのモノマーの分離、添加又は凝縮によって製造される、ポリマー又はプレポリマーからの一般的なモノマー又はダイマーの結合成分の分離のために使用することを特徴とする、使用法。
21. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法の使用法において、トリグリセリド混合物（ひまわり油）からカプリ酸を蒸留分離するめに使用することを特徴とする、使用法。

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