JP2014000555A - 混合液体の分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供する。
【解決手段】第１の液体と第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する方法であって、混合液体に粒子を混合し、第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ気体を排出する排出口を有する容器内に、混合液体および粒子を噴霧するための粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを備える噴霧手段から混合液体を噴霧する噴霧工程と、容器内に噴霧された混合液体を、加熱ガスと接触させて少なくとも第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも気化工程において気化された第１の液体を含む混合ガスを容器の排出口から排出する排出工程と、混合ガスから第２の液体を分離する分離工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、混合液体の分離に用いられる混合液体の分離方法に関する。

従来、混合液体から一方の液体を回収するための液−液分離方法としては、蒸留や浸透膜を用いた方法が中心であった。しかし、例えば蒸留の場合には、加熱面と蒸発面とが異なり、また、加熱される液体中で対流が生じるなどエネルギーロスがあり、加熱エネルギーから蒸発エネルギーへの変換効率に優れているとはいえない。また、一般的に蒸留で目的物質を分離するためには、混合液体中の目的物質の濃度が１０％程度であることが望ましい。さらに浸透膜を用いての目的物質の抽出では高濃度溶液を得ることが難しく、更なる工程が必要となる。このため、これら液−液分離方法は、エネルギー単位量当たりの効率が悪く時間を要する上、分離精度が低いといった問題があった。また、更に大きな設備を必要とすることも多いといった難点があった。

上記問題に対して、例えば、一方の液体に対して他方の液体が極微量含まれている場合、上述の問題に加えて、蒸留等においては分離作業自体が困難な場合も多い。このような場合に、例えば、ナノ濾過部材等を用い、濃縮・乾燥等をおこなって、濃度９５〜９９％程度のイオン液体の濃縮液を回収する方法が提案されている（特許文献１参照）。

中国特許出願公開第１０１２２４９３３号明細書

しかし、特許文献１に記載される回収方法であっても、当初イオン液体（第１回目の回収物）の組成質量濃度が３０％程度と十分ではなく、より効率的に混合液体中から所定の液体を回収できる分離方法が求められている。

本発明は、前記問題を解決すべく成されたもので、優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供することを目的とする。

本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、
前記混合液体に粒子を混合し、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体および前記粒子を噴霧するための前記粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを備える噴霧手段から前記混合液体および前記粒子を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を、前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、前記混合ガスから前記第２の液体を分離する分離工程と、を含む。

本発明の混合液体の分離方法は、前記混合液体に粒子を混合し、噴霧手段によって噴霧することで、混合液体が粒子を含む分、混合液体の噴霧液滴の粒径が大きくなるため、液滴を重量化することができる。このため、噴霧量を多くすることができ、目的とする液体の回収率を高めることができる。また、噴霧液滴の粒径が大きくなることで、液滴の表面積を大きくすることができる。このため、本発明によれば、噴霧工程によって液滴化された混合液体を、容器内で少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い加熱ガスと接触させることで低エネルギー且つ短時間で少なくとも第１の液体を気化させることができる。これにより、分離工程において第１の液体と第２の液体との分離を容易に行うことができる。また、本発明の混合液体の分離方法によれば、噴霧工程によって混合液体を液滴化するため液体の含有量に分離効率が依存することなく、例えば、第１の液体中に極少量の第２の液体が含まれている場合であっても、高い効率で第２の液体を回収することができる。
特に、第１の液体および第２の液体の少なくとも一方に水を含む場合、特に第１の液体が水を含む場合には、高い効率で水分を除去することができる。

本発明の混合液体の分離方法は、前記加熱ガス供給手段における前記加熱ガスの温度を、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低くなるように構成することができる。
本発明の混合液体の分離方法によれば、噴霧工程によって液滴化された混合液体に、第１の液体の沸点よりも高く且つ第２の液体の沸点よりも低い温度の加熱ガスを接触させることで低エネルギー且つ短時間で第１の液体を気化させつつ、更に、効率良く第１の液体と第２の液体とを分離させることができる。

また、前記容器の排出口における混合ガスの温度（以下、「出口温度」と称することがある。）を、前記第１の液体を気化された状態に保つことが出来るように設定することができる。このように出口温度を設定することで、前記混合ガスが容器から排出される際に、第１の液体を気化された状態で維持することができる。当該出口温度は、第１及び第２の液体の沸点や排出口付近におけるガスの流速によって適宜設定することができるが、例えば、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低いように設定することもできる。

本発明の混合液体の分離方法は、前記分離工程として、前記容器内から排出された前記混合ガスを冷却手段に接触させて前記混合ガスから液体を分離する液−気分離工程を含むことができる。

このように、混合ガスから液体を分離する液−気分離工程を設けることで、例えば、液体状態のままの第２の液体と気化した第１の液体を含む混合ガスとが同時に容器から排出された際に、前記混合ガスと前記第２の液体とを分離させることができる。

本発明の混合液体の分離方法は、前記第１の液体及び前記第２の液体の少なくとも一方が溶媒であってもよい。第１の液体及び第２の液体の両者を溶媒とする際には、それぞれ沸点の異なる溶媒を用いることとなる。前記溶媒は無機溶媒もしくは有機溶媒のいずれであってもよい。これにより、例えば、第１の溶媒／第２の溶媒の混合液体を、第１の溶媒と第２の溶媒とに分離することができる。

本発明の混合液体の分離方法は、前記第１の液体及び前記第２の液体を、一方が有機溶媒であり、他方を水とすることができる。これにより、有機溶媒／水の混合液体を水と有機溶媒とに分離することができる。

本発明の混合液体の分離方法は、前記有機溶媒をイオン液体とすることができる。これにより、例えば、イオン液体／水の混合液体をイオン液体と水とに分離することができる。この場合、混合液体に混合する前記粒子の比重が、前記イオン液体の比重とは異なる構成とすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供することができる。

本発明の混合液体の分離方法の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の混合液体の分離方法を実現するための装置を説明するための説明図である。

本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、前記混合液体に粒子を混合し、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体および前記粒子を噴霧するための前記粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを備える噴霧手段から前記混合液体および前記粒子を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を、前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、前記混合ガスから前記第２の液体を分離する分離工程と、を含む。

図１を用いて本発明の混合液体の分離方法の流れについて説明する。図１は、本発明の混合液体の分離方法の流れを説明するためのフローチャートである。
図１に示すように、本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも、噴霧工程と、気化工程と、排出工程と、分離工程（図１では気−液分離工程）とを含む。

前記噴霧工程は、少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体に粒子を混合し、前記混合液体および前記粒子を噴霧手段から容器内に噴霧する工程である。噴霧手段は、前記粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを少なくとも備える。すなわち、前記混合液体には、噴霧ノズルのノズル径よりも小さい粒径を有する粒子を混合させる。また、混合液体が噴霧される容器内は、前記加熱ガス供給手段から供給される加熱ガスで満たされている。また、前記容器には、気化された第１の液体を含む混合ガスが排出される排出口が備えられている。

前記混合液体に含まれる第１の液体及び第２の液体は沸点の異なる液体である。また、第１の液体には、第２の液体よりも沸点の低い液体が選択される。本発明の混合液体の分離方法によれば、前記混合液体から第１の液体のみを気化させた状態で分離することで、効率よく第１の液体と第２の液体とを分離することができる。ここで、「液体」とは、１気圧・２５℃において一定の体積を持ち、流動性を有している液体状態の化合物を意味し、詳細には、消防危第１１号に示された、消防法の危険物の規制に関する政令等の一部を改正する政令（危険物の試験及び性状に係る部分）並びに危険物の試験及び性状に関する省令（平成元年２月公布）において別添２で示された方法に記載される手順に従って確認されるものを意味する。また、「沸点」とは、１気圧における沸点を意味し、詳細には、ＪＩＳＫ２２３３：１９８４に規定される方法で測定される沸点を意味する。なお、「沸点」を有しない液体（例えばイオン液体）の場合には、ここでは便宜上「分解点」を「沸点」として加熱温度等の基準として使用する。即ち、本発明において「沸点」には、沸点を有さない液体の場合における当該液体の「分解点」が含まれる。ここで「分解点」とは熱重量測定装置（ＴＧＡ）を用いて昇温速度を１０℃／分で測定を行う際に、液体の分子構造が変化して液体の重量が１０％減少する温度を指す。更に、「気体」とは、物質の状態の一つで、自ら広がろうとする性質を持ち、従って一定の形や体積を持たず、容器全体に広がろうとする性質を持つ状態を意味する。

第１の液体と第２の液体との組合せは、沸点が異なる液体同士であって、第２の液体が、第１の液体よりも高かければ特に限定はないが、例えば、少なくとも一方に溶媒を用いてもよく、第１の液体及び第２の液体の両者を溶媒としてもよい。第１及び第２の液体の両者を溶媒とした場合には、それぞれ沸点の異なる溶媒を用いることとなる。また、前記溶媒は無機溶媒もしくは有機溶媒のいずれであってもよい。このため、第１及び第２の液体の組合せとしては、有機溶媒同士、無機溶媒同士若しくは有機溶媒と無機溶媒との組合せや、具体的には、有機溶媒と水との組合せ、有機溶媒とイオン液体との組合せ、水とイオン液体との組合せ、イオン液体同士の組合せ等が挙げられる。この際、沸点の低いものが第１の液体となる。ここで、「イオン液体」とは、塩より構成される化学物質であって１気圧・２５℃において液体状態の有機化合物を意味し、水（Ｈ_２Ｏ）は含まない。

前記有機溶媒としては、Ｎ−メチルモルフォリンオキシド（ＮＭＭＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、エタノール、イソプロピルアルコール、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェイト（Ｃ２ｍｉｍＤＥＰ）、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム塩化物（ＡｍｉｍＣｌ）、１−エチルピリジニウム塩化物、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）、ピリジン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムメチルスルフォネート、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）が挙げられる。
また、このうち、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェイト（Ｃ２ｍｉｍＤＥＰ）、１−アリル−３−メチルイミダゾリウム塩化物（ＡｍｉｍＣｌ）、１−エチルピリジニウム塩化物、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムメチルスルフォネートが前記イオン液体に該当する。
また、前記無機溶媒としては、例えば、水（Ｈ_２Ｏ）や溶融塩等を用いることができる。

具体的な第１の液体と第２の液体との組合せは特に限定されるものではないが、例えば、水（沸点：約１００℃）とＣ２ｍｉｍＡｃ（沸点（分解点）約２１０℃）との組合せ、水とＣ２ｍｉｍＤＥＰ（沸点（分解点）約２５５℃）との組合せ、水とＡｍｉｍＣｌ（沸点（分解点）約２４５℃）との組合せ、水とＮＭＭＯ（沸点１２０℃）との組合せ、水とＴＨＦ（沸点約６６℃）との組合せ、水とピリジン（沸点約１１５．２℃）との組合せ、水とポリエチレングリコール（沸点約２５０℃以上）との組合せ、水とＤＭＳＯ（沸点約１８９℃）との組合せ、水とＤＭＦ（沸点約１５３℃）との組合せ等が挙げられる。
尚、以上の組合せにおいては沸点（分解点）の高い液体が第２の液体に該当する。

本発明の混合液体の分離方法は、第１の液体及び第２の液体の含有比率に影響されず、高い分離効率を達成することができる。例えば、第２の液体の含有量が１質量％以下の場合であっても、高い効率で第２の液体を分離・回収することができる。

また、前記第１の液体と第２の液体との組合せとしては、混合した際に共沸混合物を構成しない組合せが好ましい。例えば、共沸混合物を構成する液体の組合せとしては水とエタノールとの組合せや、水とイソプロピルアルコールとの組合せなどが挙げられる。ここで「共沸」とは、液体の混合物から沸騰する際に液相と気相とが同じ組成になる現象を言う。

第１の液体及び第２の液体間の沸点の差は特に限定されないが、例えば、第１の液体と第２の液体とは沸点の差が２０〜２００℃のものが好ましく、１００〜２００℃が更に好ましい。

前記混合液体に混合する粒子は、後述する噴霧ノズルのノズル径との関係において、ノズル径よりも小さい粒径を有するものであれば特に制限されない。
また、前記混合液体に混合する粒子の比重は、特に制限されず、例えば、１．２ｇ／ｃｍ^３以上のものが用いられるが、混合液体に混合する前記粒子の比重が、イオン液体の比重とは異なることが好ましい。特に、イオン液体の比重より、粒子の比重が大きいことが好ましい。イオン液体の比重よりも粒子の比重が大きいことで、イオン液体を分離回収した後に、粒子を分離し易い。

粒子の素材は特に制限されず、例えば、ガラス、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属（合金を含む）、木材等が挙げられる。ただし、本発明の混合液体の分離方法に用いる第１の液体、第２の液体、及び、第１の液体と第２の液体との混合液体に溶けない素材を選択して用いられる。中でも、種々の液体に対して溶け難いことから、ガラスが好ましく用いられる。

粒子の形状は特に制限されないが、噴霧ノズル内の流れを考慮すると、球状であることが好ましい。
粒子は、混合液体の全質量に対して、１質量％〜７０質量％混合することが好ましく、１０質量％〜５０質量％混合することがより好ましい。

また、粒子は、市販のガラスビーズ、樹脂ビーズ等を用いてもよい。
ガラスビーズ（ガラスを材質とするビーズ）としては、プリズマライト社製ミクロスフィアＰ２０１１ＳＬ（平均粒径５μｍ）、プリズマライト社製ミクロスフィアＰ２０１５ＳＬ（平均粒径９μｍ）、ポッターズ社製ＥＭＢ−１０（平均粒径５μｍ）、ポッターズ社製ＥＭＢ−２０（平均粒径１０μｍ）等が挙げられる。また、樹脂ビーズ（樹脂を材質とするビーズ）は、例えば、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系、ポリスチレン樹脂系、およびシリコン樹脂系の樹脂ビーズ等が挙げられる。
これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

噴霧工程においては、粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを備える噴霧手段によって、混合液体及び粒子が容器内に噴霧される。混合液体に粒子を混合して、両者を容器内に噴霧することで、混合液体が粒子を含む分、混合液体の噴霧液滴の粒径が大きくなるため、液滴を重量化することができる。このため、噴霧量を多くすることができ、目的とする液体の回収率を高めることができる。また、噴霧液滴の粒径が大きくなることで、液滴の表面積を従来以上に大きくすることができるその結果、気化工程にて液滴が気化し易く、混合液体を精度良く分離することができる。
噴霧手段は、混合液体および粒子を噴霧するための筒状の部材である噴霧ノズルを備えるものであれば特に制限されない。噴霧ノズルの数は、１つでもよいし複数でもよいが、多い方が、混合液体の噴霧量が多く、混合液体の分離効率も高く、好ましい。

噴霧手段が備える噴霧ノズルは、ノズル径が、混合液体中に混合される粒子の粒径よりも大きければ特に制限されないが、液滴の気化のし易さの観点から、４００μｍ〜７００μｍであることが好ましく、５００μｍ〜７００μｍであることがより好ましい。
噴霧手段は、更に、混合液体および粒子の噴霧を加速するために、混合液体に加圧ガスを付与するポンプを備えていてもよい。ガス圧は、０．０８ＭＰａ〜０．１ＭＰａであることが好ましい。混合液体に付与する加圧ガスは、空気、不活性ガス等が挙げられる。

かかる噴霧手段における噴霧ノズルのノズル径、加圧ガスのガス圧、および混合液体に混合する粒子の粒径を適宜設定することにより、容器内に噴霧される混合液体の噴霧液滴の粒径が制御される。噴霧液滴の粒径は２０〜７００μｍが好ましく、４００〜５００μｍが更に好ましい。
噴霧液滴の粒径は、噴霧ノズルから２０ｃｍ下方にシリコンオイルの入ったシャーレを準備し、光学顕微鏡で粒径を測定し、ランダムに選択された観測可能な液滴１００個のうち、粒径の小さな方から５０個の液滴の平均径を噴霧液滴の粒径とした。
また、噴霧ノズルの目詰まりや噴霧効率を高めるために、噴霧手段から混合液体を噴霧する前に、混合液体に混合する粒子の粒径よりも目の粗いフィルター等を用いることによって混合液体中の不純物や固形物を除去する工程を設けることもできる。

本発明の混合液体の分離方法に用いられる容器（チャンバー）は特に限定はないが、所定の工程に耐えうる程度の強度を有し、当該強度を発揮する材質で構成され、中空のものであれば適宜用いることができる。また、容器の容積は、混合液体の処理量に応じて適宜選択される。また、容器の内圧も特に限定されるものではないが、例えば、０．０５〜０．１５ＭＰａ程度が好ましく、０．０８〜０．１０ＭＰａが更に好ましい。また、容器内の温度は、加熱ガスによって、第１の沸点よりも高く、且つ、第２の沸点よりも低い温度に維持されることが好ましい。

前記容器は、前記加熱ガス供給手段から供給される加熱ガスで満たされている。加熱ガスはそのガス温度が供給時点で少なくとも一方の液体の沸点よりも高いものであれば特に限定なく用いることができる。但し、混合液体に対して反応性の少ないガスを用いることが好ましく、例えば、空気、窒素ガス、又は、不活性ガス等を用いることができる。また、前記容器に対する加熱ガスの供給量及び供給速度は特に限定はないが、前記容器内にかかる圧力を所望の程度に保つことができる程度の流量として、０ｍ^３／ｍｉｎを超えて１．０ｍ^３／ｍｉｎ以下であることが好ましく、さらに０．１ｍ^３／ｍｉｎ以上０．７ｍ^３／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましい。また、加熱ガスの供給口は１つに限らず、加熱ガスは複数箇所から供給してもよく、供給場所についても特に制限は無い。

加熱ガスの温度は、例えば、容器に供給される際の加熱ガスの温度（以下、「入口温度」と称する場合がある。）を、入口温度及び出口温度の両者において、ガス温度（容器内の温度）が少なくともいずれかの液体の沸点よりも高いように（好ましくは、第１の液体の沸点よりも高く且つ第２の液体の沸点よりも低いように）加熱手段（例えばヒータ等）を用いて制御することもできる。前記加熱ガスの入口温度の制御は、例えば、容器の加熱ガス供給手段及び排出口の付近に温度センサを設けて、各温度をモニタリングすることで行うことができる。例えば、水と他の液体とを含む混合液体を分離する場合には、出口温度を水の沸点を基準に設定することができる。

次いで、前記気化工程は、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる工程である。実際には、噴霧工程において噴霧された混合液体は噴霧と同時に加熱ガスと接触するため、前記噴霧工程と気化工程とはほぼ同時に行われることとなる。また、前記混合液体は噴霧時に必要な温度まで加温されている場合には、噴霧工程の実施と同時に気化工程が行われることとなる。前記気化工程において、少なくとも第１の液体が気化し、場合によっては第２の液体も気化する。このように気化した液体は、容器内で加熱ガスと混合されて混合ガスとなる。加熱ガス供給手段は、加熱ガスを容器外部から供給するような態様であってもよいし、または、容器内に備えられた加熱機によって容器内の気体を加温して混合ガスを供給する態様とすることもできる。

前記排出工程は、前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する工程である。前記排出工程においては、例えば、容器の入口側からの加熱ガス等の送風（供給）によって容器内の混合ガスを排出口から排出できるよう装置を構成してもよいし、排出口側にブロワ等を接続して容器内の混合ガスを吸引して混合ガスを排出口から排出できるように装置を構成してもよく、更にこれらを組み合わせてもよい。前記排出工程においては、例えば、第１の液体のみが気化している場合には、液滴状の第２の液体が気化された第１の液体を含む混合ガスと共に、排出口から容器外に排出されるように装置を構成してもよいし、質量差を利用して前記第２の液体が別の排出口、たとえば容器下部から回収できるように装置を構成してもよい。この場合、排出工程と分離工程とがほぼ同時に行われることとなる。

また、前記排出工程において、液滴状の第２の液体を前記混合ガスと共に容器の排出口から排出する場合、本発明の混合液体の分離方法では、前記容器内から排出された前記混合ガスから液体（第２の液体）を分離する分離工程が施される。分離工程とは、混合ガスから第２の液体を分離する工程であり、例えば、図１に示すように冷却手段を用いた液−気分離工程等が挙げられる。分離工程において、混合ガスから液体を分離する手段は特に限定なく公知の方法を適宜使用することができるが、例えば、気流による遠心力を利用して混合ガスから液体を分離することができる。さらには、前記排出工程で排出された混合ガスを第１の液体と第２の液体に分離する分離工程として、分離器中に冷却手段を設け、混合ガスを冷却手段に接触させて第２の液体を凝集させて混合ガスから分離させる分離液−気分離工程を施してもよい。また、回収した第２の液体中に固形物等が含まれるおそれがある場合には、フィルター等によって分離工程後に回収した第２の液体中から固形物等を除去する工程を設けてもよい。

次に図２を用いて、本発明の混合液体の分離方法に用いられる装置及び本発明の混合液体の分離方法の流れについて説明する。図２は、本発明の混合液体の分離方法を実現するための装置を説明するための説明図である。図２において、分離装置１００は、噴霧ノズル（噴霧手段）８と、ブロワ１０と、チャンバ（容器）１２と、ヒータ１５と、分離器１６と、回収容器１８と、を含んで構成されている。

図２に示すように、噴霧ノズル８には、試料容器２から混合液体を噴霧ノズル８に供給するための供給管３が混合器９を介して接続されており、該供給管３には送液ポンプ４が備えられている。試料容器２には、混合液体中に、予め、噴霧ノズル８のノズル径よりも小さい粒径を有する粒子が混合されている。また、粒子は、イオン液体の比重と異なる比重のものを用いた。供給管３には、混合液体中の不純物や固形物を除去するためのフィルターを設けることもできる。更に、噴霧ノズル８にはニードル弁６が備えられた噴霧気体供給管７が混合器９を介して接続されており、コンプレッサ等から供給される圧力空気を試料容器２から供給される混合液体および粒子と共に噴霧ノズル８に供給できるように構成されている。噴霧ノズルの先端部８Ａの径（ノズル径）は、混合液体に混合する粒子の粒径よりも大きければ特に制限されず、所望の液滴の粒径に合わせて適宜選択することができる。前記ノズル径としては、例えば、４００μｍ〜７００μｍが好ましく、５００μｍ〜７００μｍが更に好ましい。

チャンバ１２の混合液体供給側（以下、単に「入口側」と称する場合がある。）には、噴霧ノズル８が備えられると共に、加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａが接続されている。また、加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａは、噴霧ノズル８を中心としてその周りを加熱ガスが流通できるように構成されており、加熱ガス供給路１４中に備えられたヒータ１５で温度制御された加熱ガスが先端部１４Ａを介してチャンバ１２内に供給できるように構成されている。ヒータ１５（加熱手段）は、加熱ガスを所望の温度にまで加熱できる装置であれば特に限定されず、例えば、公知の電熱線等を用いることができる。また、加熱ガス供給路１４には、温度センサ２０が備えられており、ヒータ１５で加熱された加熱ガス供給路１４中のチャンバ１２内の供給される際の加熱ガスの温度（入口温度）をモニタリングすることができる。さらには噴霧ノズル８に流通した混合液体は、ノズルを構成する金属等の伝熱体を介して加熱ガスからの熱を混合液体に伝えることができ、混合液体を噴霧ノズル８先端の混合液体供給側である入口側に達するまでの間に必要な温度まで加熱することができる。

チャンバ１２は、その内部に噴霧された混合液体と別に供給される加熱ガスとを接触させるための容器である。上述のように、チャンバ１２の入口側には、噴霧ノズル８と加熱ガス供給路１４とが接続されており、容器内に混合液体を噴霧し、更に加熱ガスを供給できるように構成されている。また、チャンバ１２のガス等の排出側（以下、単に「出口側」と称することがある。）には、混合ガスをチャンバ外に排出するための排出口１２Ａが設けられている。本装置においては、第２の液体の液滴が混合ガスと共にチャンバから排出されるように設計されている。

混合液体中に混合した粒子は、通常、液体が気化することにより、粒子の自重により、チャンバ１２の底部に落下し、気化したガスと分離することができる。気化した混合ガスと共に排出口１２Ａからチャンバ１２の外に排出された場合であっても、排出口１２Ａから排出されたガスを回収する際に、粒子の粒径よりも目の細かいフィルターを用いて濾過することにより、粒子を分離することができる。

また、チャンバ１２は混合ガスとならず液体のままで存在している第２の液体を回収するための回収容器としても使用でき、必要に応じてチャンバ１２の任意の場所（例えば底部）に第２の液体を排出するための第２の排出口を設けることもできる。チャンバ１２の底部に落下し、第２の液体中に混合した粒子は、粒子の粒径よりも目の細かいフィルターを用いて、第２の液体を濾過することにより、第２の液体と粒子とを分離することができる。また、第２の液体を排出するための第２の排出口に、粒子の粒径よりも目の細かいフィルターを予め設けておいて、第２の液体を回収してもよい。

更に、チャンバ排出口１２Ａの周辺には、温度センサ２２が備えられており、チャンバ１２内から排出される際の混合ガスの温度（出口温度）をモニタリングすることができる。また、チャンバの排出口１２Ａには、分離器１６が接続されている。
この際、前記温度センサ２２でモニタリングした温度を加熱ガスの温度へフィードバックして、入口温度と出口温度とが一定に保たれるようにヒータ１５等において加熱温度を制御できるよう構成してもよい。また、前記容器の排出口における混合ガスの温度（出口温度）は、前記第１の液体が気化された状態を保つことが出来る程度に設定することができる。このように出口温度を設定することで、前記混合ガスが容器から排出される際に、第１の液体が気化された状態を維持することができる。当該出口温度は、第１及び第２の液体の沸点や排出口付近におけるガスの流速によって適宜設定することができるが、例えば、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低いように設定することもできる。

分離器１６は、混合ガスと第２の液体とを分離するために用いられる。分離器１６の内部は、螺旋状に気流が旋回するように形成されており、ブロワ１０の吸引によって気流のサイクロンが生じ、遠心力によって混合ガスから第２の液体を分離できるように構成されている。分離器１６の重力方向下側には回収容器１８が接続されており、混合ガスから分離された第２の液体を回収できるように構成されている。更に、分離器１６の重力方向上側にはブロワ１０が接続された排出管が接続されており、ブロワ１０による吸引によって、第２の液体と分離された混合ガスが排出されるように構成されている。さらに、ブロア１０による吸引によって、混合ガスの温度が低下するため液体をより効率よく回収することができる。
また、図２においては液体の分離器１６内部に冷却器１６Ａが設けられている。冷却器１６Ａは、配管内に冷媒を循環させた構成を有しており、混合ガスを冷却することで第２の液体の分離（回収）効率を高めることができる。上記冷却器の設置は任意であり、他にも分離器１６内に混合ガスとの接触面積が増加する部位を設けて第２の液体の凝集を促す凝集手段を設けることもでき、より効率的な液体の回収を行うことが可能である。

次に、分離装置１００を用いた本発明の混合液体の分離方法の流れについて、図２を用いて説明する。以下の例においては、水（沸点約１００℃：第１の液体）中に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）（分解点：２１０℃：第２の液体）を約０．４％含む混合液体を用いた例について説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。

まず、試料容器２中の混合液体および粒子が、送液ポンプ４によって噴霧ノズル８に送流される。また、同時にコンプレッサ等から加圧空気がニードル弁６によって圧力を調整されながら噴霧ノズル８に供給される。噴霧ノズル８に供給された混合液体と加圧空気とは、噴霧ノズル８に接続された混合器９にて混合され、先端部８Ａからチャンバ１２内に噴霧される。この際、噴霧条件とは、出口温度を監視しながら適宜決定され、例えば、噴霧圧力は０．０８ＭＰａ〜０．１ＭＰａ、送液速度は８〜１０ｇ／ｍｉｎ程度である。

混合液体および粒子が噴霧される際、チャンバ１２内は既に常圧付近に保たれた加熱ガスで満たされている。ヒータ１５は、ブロワ１０からの吸引によって外部から吸引したガス（例えば、窒素ガス）を加熱する。この際、加熱ガスの温度は温度センサ２０によって監視されており、加熱ガス供給路１４中に配設されたヒータ１５にて所望の入口温度にまで加熱される。ヒータ１５にて加熱された加熱ガスは、加熱ガス供給路の先端部１４Ａを介してチャンバ１２内に供給される。この際、加熱ガスの入口温度は、おおよそ２２０℃程度であり、第１の液体（水）と第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）との沸点の間に設定されている。また、噴霧ノズル８は加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａによって加熱可能なように構成されており、噴霧ノズル８中の混合液体を加熱することができる。混合液体は粒子を含んでいるため、混合液体および粒子を含む流体粘度が上昇し易いが、噴霧ノズル８中の混合液体が加熱されることにより噴霧ノズル中の混合液体および粒子を含む流体の粘度が高くなりすぎず、効率良く流体の送液を行うことができる。

チャンバ１２内に噴霧された粒子を含む混合液体は、例えば、２０μｍとなる。液滴化した混合液体が、チャンバ１２内に供給された加熱ガスと接触すると、混合液体中の第１の液体（水）が蒸発して気化する。この際、混合液体は粒子を含むことによって、液滴と加熱ガスとの接触面積は非常に大きくなっているため、極めて短い時間で第１の液体は気化する。また、粒子は、自重によりチャンバ１２の底部に落下し、第１の液体と粒子とを分離し易い。

チャンバ１２内で気化した第１の液体（水）は、加熱ガスや噴霧に用いられたガスと混合され混合ガスとなる。この際、ブロワ１０の吸引によってチャンバ１２内の混合ガスは排出口１２Ａから排出されるが、液滴化された第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）も気化はしていないが微細な液滴として混合ガスに混ざって共に排出口１２Ａから排出される。また、混合液体に混合されていた粒子も、勢いにのって、混合ガスと共に排出口１２Ａから排出されることがある。

この際、排出口１２Ａにおける混合ガスの温度（出口温度）は、温度センサ２２によって監視されており、ガス温度（出口温度）が、第１の液体（水）と第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）との沸点の間となるように制御されており、例えば、６０〜１１０℃となるように設定することができる。前記出口温度の制御は、例えば、チャンバ１２に供給される加熱ガスの温度が入口温度からチャンバ内でどの程度下がるかを計測しておき、これを基準としてヒータ１５にて加熱ガスの入口温度をある程度高めに設定して出口温度が所望の温度となるようにコントロールすることができる。

チャンバの排出口１２Ａから排出された混合ガスと液滴状の第２の液体とはブロワ１０の吸引によって分離器１６に供給される。分離器１６内は、螺旋状に気流が旋回するように形成されているため、気流のサイクロンが生じている。この気流のサイクロンによって生じる遠心力及び冷却器１６Ａによって第２の液体が凝集することで、混合ガスから第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）を分離することができる。その後分離された第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）は、分離器１６の重力方向下側に設けられた回収容器１８にて捕集される。また、回収容器１８には、第２の液体から固形物等を除去するフィルターを設けてもよい。第２の液体と共に回収された粒子を分離することができる。
一方、第２の液体を分離した混合ガスは、気化された第１の液体（水）を含んだまま装置外に排出される。
また、これらの工程は所望量の混合液体について連続的に行われる。

以上の例によれば、例えば、Ｃ２ｍｉｍＡｃを０．４％程度含む水溶液からＣ２ｍｉｍＡｃを低エネルギー且つ短時間で回収することができ、更に、回収されたＣ２ｍｉｍＡｃの組成質量濃度も約９０％以上と高効率で回収することができる。

なお、上述の例においては、加熱ガスの入口温度を第１の液体（水）との沸点と第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）との分解点の間の温度となるように設定したが、本発明の混合液体の分離方法はこれに限定されず、出口温度が第１の液体が気化状態を保てる温度となるように構成されていればよく、加熱ガスの入口温度が第２の液体の沸点を超えるものであってもよい。

また、上述の例においては、第１の液体を含む混合ガスを装置外に排出する構成としているが、回収容器など別途第１の液体を回収する手段を設けてもよい。この場合、前記回収手段は、例えば回収容器の温度を第１の液体の沸点以下の温度（上記例の場合には、約３０℃など）としたり、冷却器を設けてこれと接触させることで、混合ガスから第１の液体を回収し、回収後の混合ガスを装置外に排出することができる。特に、第１の液体として、水以外の液体（例えば、有機溶媒等）を用いた場合には、このように第１の液体を回収する回収工程を別途設けることが好ましい。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。

２ 試料容器
３ 供給官
４ 送液ポンプ
６ ニードル弁
７ 噴霧気体供給管
８ 噴霧ノズル
８Ａ 噴霧ノズルの先端部
９ 混合器
１０ ブロワ
１２ チャンバ
１２Ａ 排出口
１４ 加熱ガス供給路
１４Ａ 加熱ガス供給路の先端部
１５ ヒータ
１６ 分離器
１６Ａ 冷却器
１８ 回収容器
２０ 温度センサ
２２ 温度センサ

Claims (7)

1. 少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、
   前記混合液体に粒子を混合し、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体および前記粒子を噴霧するための前記粒子の粒径よりも大きいノズル径を有する噴霧ノズルを備える噴霧手段から前記混合液体および前記粒子を噴霧する噴霧工程と、
   前記容器内に噴霧された前記混合液体を、前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる気化工程と、
   少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、
   前記混合ガスから前記第２の液体を分離する分離工程と、
   を含む混合液体の分離方。
2. 前記加熱ガス供給手段における前記加熱ガスの温度が、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低い請求項１に記載の混合液体の分離方法。
3. 前記分離工程は、容器内から排出された前記混合ガスを冷却手段に接触させて前記混合ガスから第２の液体を分離する液−気分離工程を含む請求項１または請求項２に記載の混合液体の分離方法。
4. 前記第１の液体及び前記第２の液体は、少なくとも一方が、無機溶媒および有機溶媒のいずれか一方の溶媒である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の混合液体の分離方法。
5. 前記第１の液体及び前記第２の液体は、一方が有機溶媒であり、他方が水である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の混合液体の分離方法。
6. 前記有機溶媒がイオン液体である請求項４または請求項５に記載の混合液体の分離方法。
7. 前記粒子の比重が、前記イオン液体の比重とは異なる請求項６に記載の混合液体の分離方法。