JP2012144530A

JP2012144530A - 濃縮グリセリンの製造方法

Info

Publication number: JP2012144530A
Application number: JP2011278775A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nanba; 正典難波; Junnosuke Saito; 淳之介齊藤; Takanobu Katayama; 孝信片山
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-08-02
Also published as: WO2012086191A1; CN103261135A; BR112013015562A2

Abstract

【課題】少ないエネルギーでグリセリン水溶液の脱水濃縮を行う。
【解決手段】グリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法は、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮する霧化脱水濃縮工程を有する。
【選択図】なし

Description

本発明はグリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法に関する。

グリセリンの製法の一つとして、油脂をエステル交換、加水分解又はケン化する工程を経る製法が知られている。この方法によって得られるグリセリンは水溶液として得られる為、一般的には水を除去して濃縮が行われる。

上記濃縮は、通常、蒸留操作（例えば、特許文献１）やフラッシュ操作（例えば、特許文献２）によって行われる。これらの方法は、一般的に１２０℃程度の高温条件と４０ｋＰａ以下の減圧条件との下で行われる。これは、グリセリンを効率的に濃縮することと、品質劣化を抑制することとの双方の観点から用いられる操作条件である。

しかし、品質劣化を抑制する観点では、より低い温度での濃縮操作が好ましいことは言うまでもない。また、効率的な濃縮という観点でも、より低い温度やより常圧に近い圧力での濃縮操作が望まれる。

ところで、近年、超音波を用いたエタノール等のアルコールの濃縮方法が知られている（例えば、特許文献３、特許文献４）。この方法は、アルコール水溶液を超音波振動させることにより霧化したアルコールを回収するものである。

特開平１−１３５７３５号公報特開２００１−２１３８２７号公報特開平７−１８５２０３号公報特開平８−２４５０１号公報

本発明の課題は、少ないエネルギーでグリセリン水溶液の脱水濃縮を行うことである。

本発明は、グリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法であって、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮する霧化脱水濃縮工程を有する。

本発明によれば、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより、少ないエネルギーでその脱水濃縮を行うことができる。

実施形態に係る濃縮グリセリンの製造システムを示すブロック図である。濃縮グリセリンの製造システムの変形例を示すブロック図である。実施例１で用いた濃縮グリセリンの製造システムを示すブロック図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

（濃縮グリセリンの製造方法）
本実施形態に係る濃縮グリセリンの製造方法は、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮する霧化脱水濃縮工程を有する。また、本実施形態に係る濃縮グリセリンの製造方法は、エネルギー効率の観点から、霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン水溶液を加熱することにより水を蒸発させてさらに脱水濃縮する加熱脱水濃縮工程を有してもよい。

本実施形態に係る製造方法で製造する濃縮グリセリンのグリセリン濃度は、産業上の利用の観点から好ましくは８０〜１００質量％、より好ましくは８５〜１００質量％、更に好ましくは９５〜１００質量％、更に好ましくは９８〜１００質量％である。

特許文献３及び４には、アルコール水溶液を超音波振動させて霧化したアルコールを回収することにより濃縮アルコールを得る方法が開示されている。ところが、グリセリン水溶液を超音波振動させても、グリセリンは霧化せず、従って、同様の濃縮方法を採用することはできない。しかしながら、上記の本実施形態に係る濃縮グリセリンの製造方法によれば、超音波振動させて低エネルギーで水を霧化させてグリセリン水溶液を脱水濃縮した後、粘度が高まって超音波振動による脱水濃縮効率が低下した段階では、加熱して水を蒸発させてグリセリン水溶液をさらに脱水濃縮することにより、全体として少ないエネルギーでグリセリン水溶液の脱水濃縮を行うことができる。

［霧化脱水濃縮工程］
＜原料グリセリン水溶液＞
霧化脱水濃縮工程で用いる原料のグリセリン水溶液のグリセリン濃度は、超音波振動による水の霧化ができれば特に限定されないが、霧化効率やエネルギー消費の観点から好ましくは０．１〜８０質量％、より好ましくは０．１〜６０質量％である。なお、原料のグリセリン水溶液には、グリセリン及び水以外に、メタノールやプロパンジオール等、超音波振動又は加熱によって除去される成分、或いは、超音波振動又は加熱によって除去されずに残留する成分が含まれていてもよい。

＜超音波振動による脱水濃縮＞
霧化脱水濃縮工程において、グリセリン水溶液を超音波振動させると、液面からグリセリン水溶液の液柱が立ち、その液柱から水が霧化し、その結果、グリセリン水溶液が脱水濃縮される。

このとき、グリセリン水溶液に付与する超音波振動の振動数は好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、より好ましくは１〜５ＭＨｚである。なお、グリセリン水溶液への超音波振動の付与は、グリセリン水溶液中に設けた超音波振動子により行うことができる。

超音波振動付与時のグリセリン水溶液の温度は、グリセリン水溶液が液体の状態であれば特に制限されるものではないが、超音波振動の付与による霧化効率及びエネルギー消費軽減の観点から好ましくは１０℃以上、より好ましくは３０℃以上、更に好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上である。一方、その温度は、加圧や温調などの設備負荷を低減する観点から好ましくは１００℃以下、より好ましくは９０℃以下、更に好ましくは８０℃以下である。より具体的には、その温度は、好ましくは１０〜１００℃、より好ましくは３０〜９０℃、更に好ましくは５０〜８０℃、更に好ましくは６０〜８０℃である。

超音波振動によりグリセリン水溶液から霧化した水はキャリアガスと共に排出する。キャリアガスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、空気、窒素ガス、その他の不活性ガス等が用いられる。キャリアガスの温度は超音波振動を付与されているグリセリン水溶液の温度と極端な差がなければ特に制限されないが、常温又はグリセリン水溶液と同じ温度であることが好ましい。

超音波振動付与時のグリセリン水溶液には、原料のグリセリン水溶液を投入してもよく、また、メタノールやプロパンジオール等、超音波振動又は加熱によって除去される成分、或いは、超音波振動又は加熱によって除去されずに残留する成分を投入してもよい。

超音波振動による脱水濃縮を行うときのグリセリン水溶液の粘度は、低エネルギーで高い脱水濃縮効率を得る観点から２５ｍＰａ・ｓ以下で行う。このときのグリセリン水溶液の粘度は好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下である。この粘度は、単一円筒形回転粘度計により測定することができる（ＪＩＳＺ８８０３に基づく）。また、粘度の測定が困難であり、且つグリセリン水溶液中のグリセリン濃度が測定又は算出が可能であれば、例えば「化学便覧基礎編II 改訂３版、社団法人日本化学会編、p．５３」（１９８４年発行）等に記載のデータを元に算出することもできる。

つまり、グリセリン水溶液の粘度が所定の設定値を越えた段階で超音波振動による脱水濃縮を終了することが好ましい。そのときのグリセリン水溶液の粘度は好ましくは２５ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下である。従って、実際の操業にあたって、超音波振動による脱水濃縮の後、加熱によるさらなる脱水濃縮を行う場合、グリセリン水溶液をサンプリングして粘度を測定したり、或いは、装置に組み込まれた粘度検出センサによってグリセリン水溶液の粘度を計測することにより、グリセリン水溶液を超音波振動させることによる脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が霧化効率の観点から、好ましくは２５ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下で終了し、その後、次の加熱によるさらなる脱水濃縮の工程に切り替えることが好ましい。一方、操作温度にもよるがエネルギー消費軽減の観点から、３ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは５ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは１０ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは１５ｍＰａ・ｓ以上で終了し、その後、次の加熱によるさらなる脱水濃縮の工程に切り替えることが好ましい。より具体的には、超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が好ましくは３〜２５ｍＰａ・ｓの間、より好ましくは５〜２０ｍＰａ・ｓの間、更に好ましくは１０〜２０ｍＰａ・ｓの間、更に好ましくは１５〜２０ｍＰａ・ｓの間に終了することが好ましい。なお、霧化脱水の効率の観点から、霧化脱水濃縮の後に加熱脱水濃縮を行う場合に限らず、その他の場合でも、グリセリン水溶液の粘度が上記粘度範囲である段階で超音波振動による脱水濃縮を終了することが好ましい。

この霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン又はグリセリン水溶液のグリセリン濃度は、原料のグリセリン水溶液濃度より高ければ特に限定されないが、エネルギー消費の観点から好ましくは６０質量％以上、より好ましくは８０質量％以上、更に好ましくは８５質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上である。

［加熱脱水濃縮工程］
加熱脱水濃縮工程において、霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン水溶液を加熱すると、グリセリン水溶液の温度が上昇して水が蒸発し、その結果、グリセリン水溶液がさらに脱水濃縮される。なお、この加熱脱水濃縮工程は、霧化脱水濃縮工程に引き続いて連続式で実施してもよく、また、霧化脱水濃縮工程で脱水濃縮したグリセリン水溶液を一旦回収し、その後に回分式で実施してもよい。

ここで、加熱時のグリセリン水溶液の温度は好ましくは７０〜１８０℃、得られるグリセリンの匂い・色相の劣化を抑える観点からより好ましくは７０〜１４０℃である。なお、グリセリン水溶液の加熱手段は、特に限定されるものではなく、例えば電気ヒータ等である。

霧化による脱水濃縮と加熱による脱水濃縮を組み合わせることによって得られる濃縮グリセリンは、従来法の加熱による脱水濃縮と比較して小さなエネルギーで濃度１００質量％の濃縮グリセリンを得ることができる。

製造された濃縮グリセリンは、各種工業材料として使用することができる。

（濃縮グリセリンの製造システム）
図１は、本実施形態に係る濃縮グリセリンの製造方法において使用することができる濃縮グリセリンの製造システムＳを示す。

この濃縮グリセリンの製造システムＳは、上記霧化脱水濃縮工程を行うための超音波霧化装置１０と上記加熱脱水濃縮工程を行うための残留水蒸発装置２０とを備えている。

超音波霧化装置１０は、槽内に超音波振動子１２が設けられた超音波霧化槽１１を有する。超音波霧化槽１１は、温調機能を付帯していることが好ましい。また、槽内に粘度センサ１３ａが配置されるように粘度測定器１３が付設されている。超音波振動子１２としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスが挙げられる。

残留水蒸発装置２０は、内部に加熱手段が設けられている。加熱手段としては、例えば、電気ヒータ等が挙げられる。

濃縮グリセリンの製造システムＳは、攪拌機３１ａを有する原料貯槽３１から原料供給管４１が延びて超音波霧化装置１０の超音波霧化槽１１に接続されている。原料供給管４１には送液ポンプ３２が介設されている。また、超音波霧化槽１１には、図示しないガス供給源から延びるキャリアガス供給管４２が接続されている。一方、超音波霧化槽１１からは第１水排出管４３が延びている。また、超音波霧化槽１１からは濃縮水溶液排出管４４が延びて三方弁３３のＡポート３３ａに接続されている。

三方弁３３のＢポート３３ｂからは戻り配管４５が延びて原料貯槽３１に接続されている。また、三方弁３３のＣポート３３ｃからは濃縮水溶液供給管４６が延びて残留水蒸発装置２０に接続されている。さらに、三方弁３３からは配線５１が延びて粘度測定器１３に接続されている。

残留水蒸発装置２０からは第２水排出管４７及び製品回収管４８がそれぞれ延びている。

濃縮グリセリンの製造システムＳは、超音波霧化装置１０の超音波振動子１２及び粘度測定器１３、残留水蒸発装置２０の加熱手段、送液ポンプ３２、ガス供給源、並びに三方弁３３のそれぞれから配線が延びて図示しない制御部に接続されており、そして、その制御部の制御によって、粘度測定器１３の粘度センサ１３ａが検知するグリセリン水溶液の粘度が所定の設定値以下（例えば３〜２５ｍＰａ・ｓの範囲の何れかに設定される値以下）のときには三方弁３３のＡポート３３ａとＢポート３３ｂとを連通させ、粘度センサ１３ａが検知するグリセリン水溶液の粘度が所定の設定値を越えたときには三方弁３３のＡポート３３ａとＣポート３３ｃとを連通させるように構成されている。

この濃縮グリセリンの製造システムＳを用いた濃縮グリセリンの製造方法では、原料貯槽３１に原料のグリセリン水溶液を仕込むと共に各部を稼働させると、グリセリン水溶液が原料貯槽３１から送液ポンプによって原料供給管４１を介して超音波霧化装置１０の超音波霧化槽１１に連続的に供給される。また、キャリアガスがガス供給源からキャリアガス供給管４２を介して超音波霧化槽１１に連続的に供給される。キャリアガスとして、例えば、空気、窒素ガス、その他の不活性ガス等が用いられる。

超音波霧化槽１１では、グリセリン水溶液に超音波振動子１２によって超音波振動が付与される。このとき、グリセリン水溶液の液面からグリセリン水溶液の液柱が立ち、その液柱から水が霧化し、その結果、槽内のグリセリン水溶液は脱水濃縮され、また、霧化した水はキャリアガスと共に第１水排出管４３から排出される。

超音波霧化槽１１では、グリセリン水溶液の粘度がグリセリン水溶液中に配置された粘度測定器１３の粘度センサ１３ａによって検知される。

粘度測定器１３が検知したグリセリン水溶液の粘度が所定の設定値以下のときには、制御部によって三方弁３３のＡポート３３ａとＢポート３３ｂとが連通される。従って、超音波霧化槽１１から濃縮水溶液排出管４４を介して排出される脱水濃縮されたグリセリン水溶液は、戻り配管４５を介して原料貯槽３１に戻される。つまり、グリセリン水溶液は、原料貯槽３１、原料供給管４１、超音波霧化槽１１、濃縮水溶液排出管４４、三方弁３３、及び戻り配管４５を順に経由して原料貯槽３１に戻る循環流路を循環する。循環流路を循環するグリセリン水溶液は、時間の経過に伴って脱水濃縮が進行すると共に粘度が上昇する。

そして、粘度測定器１３が検知したグリセリン水溶液の粘度が所定の設定値を越えたときには、制御部によって三方弁３３のＡポート３３ａとＣポート３３ｃとが連通される。従って、超音波霧化槽１１から濃縮水溶液排出管４４を介して排出される脱水濃縮されたグリセリン水溶液は、必要に応じて、濃縮水溶液供給管４６を介して残留水蒸発装置２０に供給される。

残留水蒸発装置２０では、超音波霧化装置１０で脱水濃縮されたグリセリン水溶液は加熱される。このとき、グリセリン水溶液は、水が蒸発してさらに脱水濃縮される。また、例えば、図２に示すように、複数台の超音波霧化装置１０を連結管４９で直列に連結した濃縮グリセリンの製造システムＳを構成すれば、さらに効率良く濃縮グリセリンを製造することもできる。

また、上記濃縮グリセリンの製造システムＳでは、超音波霧化槽１１に粘度測定器１３を付設した構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、超音波霧化槽１１に濃度測定器を付設し、濃度測定器が検知するグリセリン水溶液の濃度が所定の設定値以下のときには三方弁３３のＡポート３３ａとＢポート３３ｂとを連通させ、濃度測定器が検知するグリセリン水溶液の濃度が所定の設定値を越えたときには三方弁３３のＡポート３３ａとＣポート３３ｃとを連通させる構成であってもよい。

上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の製造方法を開示する。

＜１＞
グリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法であって、粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下、好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮する霧化脱水濃縮工程を有する濃縮グリセリンの製造方法。

＜２＞
製造する濃縮グリセリンのグリセリン濃度が好ましくは８０〜１００質量％、より好ましくは８５〜１００質量％、更に好ましくは９５〜１００質量％、更に好ましくは１００質量％である上記＜１＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜３＞
上記霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン水溶液を加熱することにより水を蒸発させてさらに脱水濃縮する加熱脱水濃縮工程を有する上記＜１＞又は＜２＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜４＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が好ましくは２５ｍＰａ・ｓ以下、より好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以下で終了する上記＜１＞〜＜３＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜５＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が好ましくは３ｍＰａ・ｓ以上、より好ましくは５ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは１０ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは１５ｍＰａ・ｓ以上で終了する上記＜１＞〜＜４＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜６＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が好ましくは３〜２５ｍＰａ・ｓの間、より好ましくは５〜２０ｍＰａ・ｓの間、更に好ましくは１０〜２０ｍＰａ・ｓの間、更に好ましくは１５〜２０ｍＰａ・ｓの間に終了する上記＜４＞又は＜５＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜７＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与時のグリセリン水溶液の温度が好ましくは１０℃以上、より好ましくは３０℃以上、更に好ましくは５０℃以上、更に好ましくは６０℃以上である上記＜１＞〜＜６＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜８＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与時のグリセリン水溶液の温度が好ましくは１００℃以下、より好ましくは９０℃以下、更に好ましくは８０℃以下である上記＜１＞〜＜７＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜９＞
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与時のグリセリン水溶液の温度が好ましくは１０〜１００℃、より好ましくは３０〜９０℃、更に好ましくは５０〜８０℃、更に好ましくは６０〜８０℃である上記＜７＞又は＜８＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜１０＞
上記霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン又はグリセリン水溶液のグリセリン濃度が６０質量％以上、より好ましくは８０質量％、更に好ましくは８５質量％以上、更に好ましくは９０質量％以上である上記＜１＞〜＜９＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜１１＞
上記霧化脱水濃縮工程で用いる原料のグリセリン水溶液のグリセリン濃度が０．１〜８０質量％、より好ましくは０．１〜６０質量％である上記＜１＞〜＜１０＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜１２＞
上記霧化脱水濃縮工程において、グリセリン水溶液に付与する超音波振動の振動数が好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ、より好ましくは１〜５ＭＨｚである上記＜１＞〜＜１１＞の何れかに記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜１３＞
上記加熱脱水濃縮工程において、加熱時のグリセリン水溶液の温度が７０〜１８０℃、より好ましくは７０〜１４０℃である上記＜３＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

＜１４＞
上記霧化脱水濃縮工程を行うための超音波霧化装置と上記加熱脱水濃縮工程を行うための残留水蒸発装置とを備えた濃縮グリセリン製造システムを使用する上記＜３＞又は＜１３＞に記載の濃縮グリセリンの製造方法。

以下の実施例１、２及び３並びに比較例１それぞれの方法でグリセリン水溶液の脱水濃縮を行った。霧化及び蒸発に必要なエネルギー及びそれらを合わせたエネルギーの結果を表１に示す。

また、実施例１、２及び３並びに比較例１について、超音波振動付与前、超音波振動付与後及び加熱蒸発後それぞれのグリセリン水溶液のグリセリン濃度を表２に示す。

また、実施例１及び２について、それぞれ経時でグリセリン水溶液のサンプリングを行い、そして、各時点の粘度と霧化エネルギーとの関係を求めた。その結果を表３に示す。

ここで、（１）グリセリン水溶液の粘度は、「化学便覧基礎編II 改訂３版、社団法人日本化学会編、ｐ．５３」（１９８４年発行）の表６・３９に記載の５０℃及び７０℃の温度におけるグリセリン水溶液の粘性率の数値に基づき、各濃度での粘度を算出した。具体的には、例えば、５１．３質量％グリセリン水溶液の５０℃における粘度は、化学便覧より５０℃における５０質量％グリセリン水溶液の粘性率が２．３７ｍＰａ・ｓ及び６０質量％グリセリン水溶液の粘性率が３．７６ｍＰａ・ｓであることに基づき、グリセリン濃度と粘性率が１次の関係を有すると仮定し、
５１．３質量％グリセリン水溶液の粘度（５０℃時）［ｍＰａ・ｓ］
＝５０質量％グリセリン水溶液の粘度（５０℃時）＋（６０質量％グリセリン水溶液の粘度（５０℃時）―５０質量％グリセリン水溶液の粘度（５０℃時））×（５１．３質量％−５０質量％）／（６０質量％−５０質量％）
＝２．６［ｍＰａ・ｓ］
のように算出した。

（２）霧化エネルギーは、各時点において、１０分間に超音波霧化槽に投入したエネルギー（電力）[ｋｃａｌ]を１０分間に霧化した水分量[ｋｇ]で除して求めた。

（実施例１）
図３は実施例１で用いた濃縮グリセリンの製造システムＳを示す。なお、上記実施形態と同一名称の部分は上記実施形態と同一符号で示す。

この製造システムＳでは、超音波霧化装置１０は、超音波霧化槽１１から戻り配管４５が延びて原料貯槽３１に接続されている。その他の原料貯槽３１から超音波霧化装置１０への原料供給系、並びに超音波霧化槽１１に接続されたキャリアガス供給管４２及び第１水排出管４３の構成は上記実施形態と同一である。従って、この製造システムＳでは、グリセリン水溶液が、原料貯槽３１と超音波霧化装置１０との間を循環すると共に、超音波霧化装置１０において超音波振動により脱水濃縮されるように構成されている。

グリセリン濃度が５１．３質量％のグリセリン水溶液を７８０．５ｇ調製し、それを図３に示す原料貯槽３１に仕込んだ。

送液ポンプ３２を作動させて、グリセリン水溶液を超音波霧化装置１０と原料貯槽３１との間で循環させ、グリセリン水溶液を７０℃に加温した。この時のグリセリン水溶液の粘度は１．６ｍＰａ・ｓであった。

次いで、超音波霧化槽１１の槽内温度を７０℃に保ったまま、超音波振動子１２の振動数を２．４ＭＨｚ及び印加電圧を２５Ｖに設定し、グリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮した。超音波振動の付与時間は４時間２２分間とした。

超音波振動付与後に回収したグリセリン水溶液のグリセリン濃度は９０．９質量％、及び粘度は１７．４ｍＰａ・ｓであり、霧化量は３３９．５ｇであった。また、このとき消費したエネルギーは５７．３ｋｃａｌであった。

また、この超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮において、グリセリン濃度は５１．３質量％から９０．９質量％まで上昇し、粘度は１．６ｍＰａ・ｓから１７．４ｍＰａ・ｓまで上昇した。この間、霧化エネルギーは、全体として上昇する傾向が伺われるが、７０℃における水の蒸発潜熱を越えることは無かった。

その後、回収したグリセリン水溶液を水蒸発装置（不図示）に仕込み、グリセリン水溶液を加熱することにより残留水を蒸発させてさらに脱水濃縮した。

回収した濃縮グリセリンのグリセリン濃度は１００質量％であった。また、このとき消費したエネルギーは、水の潜熱より計算したところ３９．８ｋｃａｌとなった。

以上のことから、超音波振動霧化と加熱蒸発とを組み合わせた場合、グリセリン水溶液を脱水濃縮するために必要なエネルギーは９７．１ｋｃａｌとなった。

（実施例２）
グリセリン濃度が５１．３質量％のグリセリン水溶液を７８０．０ｇ調製し、それを図３に示す原料貯槽３１に仕込んだ。

送液ポンプ３２を作動させて、グリセリン水溶液を超音波霧化装置１０と原料貯槽３１との間で循環させ、グリセリン水溶液を５０℃に加温した。この時のグリセリン水溶液の粘度は２．６ｍＰａ・ｓであった。

次いで、超音波霧化槽１１の槽内温度を５０℃に保ったまま、超音波振動子１２の振動数を２．４ＭＨｚ及び印加電圧を２５Ｖに設定し、グリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮した。超音波振動を４時間４５分間付与した後に超音波霧化槽１１から採取したグリセリン水溶液のグリセリン濃度は８４．４質量％、及び粘度は２０．３ｍＰａ・ｓであり、その間の霧化量は３０５．４ｇであった。また、このとき消費したエネルギーは６１．３ｋｃａｌであった。

また、この超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮において、グリセリン濃度は５１．３質量％から８４．４質量％まで上昇し、粘度は２．６ｍＰａ・ｓから２０．３ｍＰａ・ｓまで上昇した。

その後、採取したグリセリン水溶液を水蒸発装置に仕込み、グリセリン水溶液を加熱することにより残留水を蒸発させてさらに脱水濃縮した。

回収した濃縮グリセリンのグリセリン濃度は１００質量％であった。また、このとき消費したエネルギーは、水の潜熱より計算したところ６９．３ｋｃａｌとなった。

以上のことから、超音波振動霧化と加熱蒸発とを組み合わせた場合、グリセリン水溶液を脱水濃縮するために必要なエネルギーは１３０．６ｋｃａｌとなった。

（実施例３）
グリセリン濃度が２０．０質量％のグリセリン水溶液を８００．５ｇ調製し、それを図３に示す原料貯槽３１に仕込んだ。

送液ポンプ３２を作動させて、グリセリン水溶液を超音波霧化装置１０と原料貯槽３１との間で循環させ、グリセリン水溶液を５０℃に加温した。この時のグリセリン水溶液の粘度は０．９ｍＰａ・ｓであった。

次いで、超音波霧化槽１１の槽内温度を５０℃に保ったまま、超音波振動子１２の振動数を２．４ＭＨｚ及び印加電圧を２５Ｖに設定し、グリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮した。超音波振動を２時間１５分間付与した後に回収したグリセリン水溶液のグリセリン濃度は３５．５質量％、及び粘度は１．４ｍＰａ・ｓであり、その間の霧化量は４３４．４ｇであった。また、このとき消費したエネルギーは２８．９ｋｃａｌであった。

また、この超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮において、グリセリン濃度は２０．０質量％から３５．５質量％まで上昇し、粘度は０．９ｍＰａ・ｓから１．４ｍＰａ・ｓまで上昇した。

その後、回収したグリセリン水溶液を水蒸発装置に仕込み、グリセリン水溶液を加熱することにより残留水を蒸発させてさらに脱水濃縮した。

回収した濃縮グリセリンのグリセリン濃度は１００質量％であった。また、このとき消費したエネルギーは、水の潜熱より計算したところ１２７．５ｋｃａｌとなった。

以上のことから、超音波振動霧化と加熱蒸発とを組み合わせた場合、グリセリン水溶液を脱水濃縮するために必要なエネルギーは１５６．４ｋｃａｌとなった。

（比較例１）
グリセリン濃度が５１．３質量％のグリセリン水溶液を７８０．５ｇ調製し、それを水蒸発装置に仕込み、グリセリン水溶液を加熱することにより水を蒸発させて脱水濃縮した。

回収した濃縮グリセリンのグリセリン濃度は１００質量％であった。また、このとき消費したエネルギーは、水の潜熱より計算したところ２１２．２ｋｃａｌとなった。

本発明はグリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法について有用である。

Ｓ濃縮グリセリン製造システム
１０超音波霧化装置
１１超音波霧化槽
１２超音波振動子
１３粘度測定器
１３ａ粘度センサ
２０水蒸発装置
３１原料貯槽
３１ａ攪拌機
３２液送ポンプ
３３三方弁
３３ａＡポート
３３ｂＢポート
３３ｃＣポート
４１原料供給管
４２キャリアガス供給管
４３第１水排出管
４４濃縮水溶液排出管
４５戻り配管
４６濃縮水溶液供給管
４７第２水排出管
４８製品回収管
４９連結管
５１配線

Claims

グリセリン水溶液から濃縮グリセリンを製造する方法であって、
粘度が２５ｍＰａ・ｓ以下のグリセリン水溶液を超音波振動させることにより水を霧化させて脱水濃縮する霧化脱水濃縮工程を有する濃縮グリセリンの製造方法。
製造する濃縮グリセリンのグリセリン濃度が８０〜１００質量％である請求項１に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン水溶液を加熱することにより水を蒸発させてさらに脱水濃縮する加熱脱水濃縮工程を有する請求項１又は２に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与によるグリセリン水溶液の脱水濃縮を、グリセリン水溶液の粘度が３〜２５ｍＰａ・ｓの間に終了する請求項１〜３の何れか１項に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程において、超音波振動付与時のグリセリン水溶液の温度が１０〜１００℃である請求項１〜４の何れか１項に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程で得た脱水濃縮したグリセリン又はグリセリン水溶液のグリセリン濃度が６０質量％以上である請求項１〜５の何れか１項に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程で用いる原料のグリセリン水溶液のグリセリン濃度が０．１〜８０質量％である請求項１〜６の何れか１項に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程において、グリセリン水溶液に付与する超音波振動の振動数が２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである請求項１〜７の何れか１項に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記加熱脱水濃縮工程において、加熱時のグリセリン水溶液の温度が７０〜１８０℃である請求項３に記載の濃縮グリセリンの製造方法。
上記霧化脱水濃縮工程を行うための超音波霧化装置と上記加熱脱水濃縮工程を行うための残留水蒸発装置とを備えた濃縮グリセリン製造システムを使用する請求項３又は９に記載の濃縮グリセリンの製造方法。