JP3178873B2 - 超音波を利用した液体混合方法 - Google Patents

超音波を利用した液体混合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大量の第一液体の中
に、少量の第二液体を超音波を利用して混合する方法に
関し、特に、第一液体に対して非溶性の第二液体を分散
或いは乳化させる方法に好適な液体混合方法に関する。
【０００２】なお、本明細書において、混合とは、互い
に溶解する二つの液体を混合する場合、互いに溶解しな
い二つの液体を分散或いは乳化させる場合の双方を含む
ものである。
【０００３】
【従来の技術】従来より、食品工業、化学工業等におい
て、大量の第一液体に少量の第二液体を均一に混合させ
ることが行われており、その１例を植物油の精製を例に
とって説明する。植物油（例えば、大豆油、菜種油、コ
ーン油、綿実油、サンフラワー油等）の粗原油を脱ガム
する方法として、粗原油に２〜５％程度の水を加え、機
械的な撹拌機によって撹拌混合することにより、水を粗
原油中に微細な粒子として分散させ、油中の親水性のレ
シチンを水和凝集させ、その後遠心分離機等によって水
和凝集物を分離することにより粗原油中のガム（レシチ
ン）を分離する方法が採られている。このような脱ガム
方法において、脱ガムの程度は、粗原油に対する水の分
散性に依存しており、水を極めて小さい粒子として粗原
油中に均一に分散させることが、脱ガム率の向上に有効
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の機械
的な撹拌だけによる水の分散では、分散性向上に限度が
あり、その結果得られる脱ガム率は決して満足できるも
のではなかった。油精製工程において、脱ガム率が向上
することは、後工程の精製が容易となり、薬剤使用量の
節減が図れ、しかも油のロスが減少するため油の歩留り
が向上し、また、油と比較し高価であるレシチンの増産
が図れる等のため極めて望ましい。
【０００５】脱ガム率の向上を図るには、粗原油に対す
る水の分散性を向上させればよい。そこで、粗原油に対
して水を混合した後、その混合液を超音波ホーンのとこ
ろに送り、その超音波ホーンによって超音波振動を与
え、水の分散性を向上させる提案が知られている〔例え
ば、Ｊ．Ａｍ．Ｏｉｌ Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．６６ ８９
６（Ｊｕｌｙ １９８９）参照〕。しかしながら、この
ような超音波ホーンの使用により水の分散性は幾分向上
するが、依然として満足すべき程には向上しなかった。
【０００６】本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、粗原油に対して少量の水を混合する場合の
ように、第一液体に対して第二液体を混合する場合にお
いて、極めて均一な混合を可能とする液体混合方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、超音波ホ
ーンによる水の分散性向上を鋭意検討の結果、粗原油に
水を混合した後それに超音波振動を与えてもさほど分散
性は向上しないが、超音波ホーンによって超音波振動を
与えられている粗原油に、強い超音波振動を受けている
位置にて水を供給すると水の分散性が極めて向上するこ
とを見出し、本発明を完成した。
【０００８】すなわち、本発明は、第一液体に少量の第
二液体を超音波を利用して混合する方法において、超音
波ホーンの振動面のところを通過するように第一液体を
供給し、同時に超音波ホーンを貫通して超音波ホーンの
振動面に開口するように形成した第二液体供給路を通じ
て振動面の開口から第二液体を供給することにより、第
一液体と第二液体とを超音波ホーンの振動面の位置で初
めて会合させるようにしたことを特徴とする液体混合方
法を要旨とする。
【０００９】ここで、第一液体に超音波ホーンによる超
音波振動を与えるには、第一液体を単に超音波ホーンの
振動面を横切って通過するように流してもよいが、効率
良く超音波振動を与えるには、超音波ホーンの振動面に
対向して開口するように第一液体供給路を設け、その開
口から第一液体を振動面に突き当たるように供給するこ
とが好ましい。
【００１０】本発明に使用する第一液体、第二液体とし
ては、互いに溶解性のものであっても、非溶性のもので
あってもよい。また、第二液体としては、完全な液体の
みに限らず、粘稠な流動性のもの、液体に固体粒子を混
合したもの等としてもよい。
【００１１】
【作用】上記構成のように本発明では超音波ホーンの振
動面のところで、超音波振動を与えられている第一液体
に、超音波ホーンの振動面に開口した開口を通じて第二
液体が供給されており、従ってこの位置で初めて第一液
体と第二液体が出会って混合される。これにより、上記
した文献に記載されている超音波ホーンを使用した方法
に比べ、第一液体中に第二液体がより微細な液滴となっ
て入り、混合性が向上する。すなわち、第二液体が第一
液体に対して非溶性の場合には、第二液体は極めて微細
な粒子となって第一液体中に分散し、分散性が向上す
る。また、第二液体が第一液体に対して溶解性の場合に
は、第二液体が極めて微細な粒子となって第一液体中に
混入することにより、両液体間の接触面積が増大し、敏
速に且つ均一に溶解する。
【００１２】予め混合した第一液体と第二液体とを超音
波ホーンの振動面のところに通し、超音波振動を加えて
混合する場合よりも、超音波ホーンの振動面の近傍で第
二流体を超音波ホーンの振動面の開口を通じて第一流体
に供給した場合の方が混合性が向上する理由は、次のよ
うに考えられる。すなわち、予め第一液体と第二液体と
を混合した場合には、第二液体はある程度の大きさの液
滴となって第一液体中に分散された状態となっており、
それに超音波ホーンによって超音波振動を加えても液滴
が割れにくく、特に植物油の粗原油中に水を混入した場
合のように水滴の周囲を凝集物が取り囲んだ場合には水
滴が割れにくく、このため微細な液滴が得られにくい
が、第二液体を超音波ホーンの振動面の開口を通じて、
第一液体中の強い超音波振動を受けている部分に供給す
ると、吐出された第二液体が超音波振動によって直ちに
極めて微細な粒子となり、その状態で第一液体中に進入
するためと考えられる。特に、第一液体を超音波ホーン
の振動面に突き当たるように供給した場合には、第一液
体は第二液体と突き当たる形で初会合するところとなっ
て、更に混合性が向上する。
【００１３】本発明を植物油の精製に適用し、本発明方
法によって植物油の粗原油の中に少量の水を混合する
と、水が極めて微細な粒子となって粗原油中に分散し、
そのため、粗原油中にあるレシチンに水が出会う確率が
極めて多くなり、大部分のレチシンを水和凝集すること
ができ、その後、水和凝集物を除去することにより、脱
ガム率を従来よりも大幅にアップすることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の液体混合方法の具体的な実施
態様を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施に
使用する装置の１例を示す概略断面図であり、１Ｂは、
先端に平坦な振動面１ｂを有する超音波ホーンである。
この超音波ホーン１Ｂは、その内部に第二液体供給路３
Ｂを備えており、その先端に、振動面１ｂに開口する第
二液体供給用の複数の開口３ｂが形成されている。この
開口３ｂは第二液体の分散性を向上させるためには小径
のものとすることが好ましいが、場合によっては１個の
開口を用いてもよい。２Ｂは、その超音波ホーン１Ｂの
振動面１ｂに第一液体が突き当たるように供給する第一
液体供給路である。この第一液体供給路２Ｂの先端の開
口２ｂは、超音波ホーン１Ｂの振動面１ｂに近接して対
向するように設けられており、且つ振動面１ｂよりも小
径に作られている。
【００１５】４は、超音波ホーン１Ｂによって超音波振
動を与えられ、第二液体を分散された第一液体を案内す
る案内管であり、その周囲には、案内管４の上端を越え
た第一液体を捕集して、次の工程に送るための配管（図
示せず）が配置されている。
【００１６】次に、上記構成の装置を用いた液体混合方
法を説明する。超音波ホーン１Ｂが超音波振動している
状態で、第一液体供給路２Ｂを通して第一液体（例え
ば、植物油の粗原油）が供給され、開口２ｂから超音波
ホーン１Ｂの振動面１ｂに突き当たり、超音波振動を加
えられると共にその周囲に流れ出る。同時に第二液体供
給路３Ｂを通して第二液体（例えば、水）が供給され、
複数の開口３ｂから、超音波振動している第一液体内に
混入される。これによって少量の第二液体が第一液体中
に極めて良好に分散し、混合される。その後、第二液体
を混合した第一液体は、案内管４の上端から排出され、
次工程に送られる。
【００１７】以上に示した超音波ホーン１Ｂによる第二
液体の混合において、超音波ホーン１Ｂの振動面１ｂと
開口２ｂとの間隔は、第一液体及び第二液体に超音波振
動を効率よく与えるためには狭い方が望ましいが、あま
り狭くすると液体の流れに対する抵抗が大きくなり好ま
しくない。これらを考慮して、通常は１〜１０ｍｍとす
ることが好ましく、更に好ましくは３〜５ｍｍ程度であ
る。また、超音波ホーン１Ｂの発振出力は高いほど良
く、第一液体の通過点で超音波のエネルギー密度は、単
位面積当たり５０Ｗ／ｃｍ2 程度の出力が好ましく、ま
た周波数は２０〜５０ＫＨｚ程度が実用上望ましい。
【００１８】
【００１９】
【００２０】次に、図１に示す装置を用いて植物油の粗
原油に水を混合し、且つ第二液体供給路３Ｂの開口３ｂ
の個数を変えた場合について、脱ガムの実験を行った
（実施例１〜４）。ここで、試料として大豆の粗原油
（りん分７４５ｐｐｍ）を用い、その大豆粗原油を５０
０ｍｌ／ｍｉｎの流量で第一液体供給路２Ｂに流し、第
二液体供給路３Ｂには水を、粗原油の３％に当たる１５
ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給する連続操作を行い、得られ
た水分散液から遠心分離機によってガムを除去した。評
価方法は、ガムを除去した後の脱ガム油に含まれている
りん（Ｐ）の量を分析することにより判定し、りんの値
が少ないほど良好な脱ガムがされていることになる。
【００２１】また、比較のため、従来の攪拌機を用いて
水を粗原油中に攪拌、分散させた場合（比較例１）につ
いても実験を行った。この実施例及び比較例の結果を表
１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【００２４】
【００２５】上記表１の結果から明らかなように、超音
波ホーンの振動面近傍で超音波振動を与えながら粗原油
と水とを混合させた場合（実施例１〜４）には、機械的
な混合を行う場合に比べ、油中のりん値が大幅に低下し
ている。これにより、粗原油に対する水の分散性が大幅
に向上したことが分かる。
【００２６】以上に本発明の液体混合方法を植物油の粗
原油に水を分散させる場合に適用した実施例１〜４を示
したが、本発明の液体混合方法はこの場合に限らず、種
々の場合に適用可能であり、また、その際使用する第一
液体と第二液体とは互いに溶解性のものであっても非溶
性のものであってもよい。例えば、注射液製造工程にお
いて、蒸留水と薬剤を混合する場合、脂肪乳剤製造工程
において、水と脂肪とを混合する場合等に本発明を適用
することにより、良好な混合を得ることができる。ま
た、磁性粉を微粒化させるために本発明を適用すること
も可能である。すなわち、第一流体として水を超音波ホ
ーンの振動面のところに通し、その振動面近傍で、第二
流体として粗磁性粉を含んだ水を第一流体中に供給する
ことにより、粗磁性粉を微粒化すると共に第一流体中に
均一に混合させることができる。また同様に、微粒セラ
ミック製造工程において、第一流体としての水と、第二
流体としての粗粒セラミックを含んだ水との混合に、本
発明を適用することができ、これにより、粗粒セラミッ
クの微粒化を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
従来法に比較し、第一液体に対して少量の第二液体を極
めて効率良く混合することができるという効果を有して
いる。このため、例えば、本発明を植物油の脱ガム工程
に適用すると、水を粗原油中に極めて微細に且つ均一に
分散させることが可能となり、脱ガム率を大幅に向上さ
せることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施に用いる装置の１例の要部を
示す概略断面図
【符号の説明】１Ｂ 超音波ホーン１ｂ 振動面２Ｂ 第一液体供給路２ｂ 開口３Ｂ 第二液体供給路３ｂ 開口 ４ 案内管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和田 豊 神奈川県川崎市川崎区殿町２丁目８番３ 号 第一高周波工業株式会社内 (72)発明者 中村 徹 千葉県千葉市作草部町559 (72)発明者 鈴木 清次 神奈川県横浜市保土ヶ谷区上菅田町432 −18 (56)参考文献 実開 昭54−57584（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭35−22061（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭52−4413（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 11/00 - 11/04 B01F 3/00 - 3/22

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一液体に少量の第二液体を超音波を利
    用して混合する方法において、超音波ホーンの振動面の
    ところを通過するように第一液体を供給し、同時に超音
    波ホーンを貫通して超音波ホーンの振動面に開口するよ
    うに形成した第二液体供給路を通じて振動面の開口から
    第二液体を供給することにより、第一液体と第二液体と
    を超音波ホーンの振動面の位置で初めて会合させるよう
    にしたことを特徴とする液体混合方法。
  2. 【請求項２】 第一液体の供給路を超音波ホーンの振動
    面に対向して開口するように配置し、その開口から第一
    液体を超音波ホーンの振動面に突き当たるように供給す
    ることを特徴とする請求項１記載の液体混合方法。
  3. 【請求項３】 第一液体と第二液体とが互いに溶解しな
    い液体であることを特徴とする請求項１又は２記載の液
    体混合方法。
  4. 【請求項４】 第一液体が植物油の粗原油であり、第二
    液体が水であることを特徴とする請求項１又は２記載の
    液体混合方法。
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