JP3245322U - Liquid dispersion device and liquid dispersion apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】処理液の蒸留や混合、撹拌のような各種操作に要するエネルギーを低減することのできる、散液デバイスならびにそれを用いた散液装置を提供する。【解決手段】散液デバイス100は、回転軸121に装着可能な少なくとも1つの流液部材120を備える。流液部材は、回転軸に沿って延びかつ下端に吸液口124を有する、複数の筒状の吸液部分122と、一端が吸液部分の上端と連通し、そして他端に吐出口125を備えかつ吸液部分に対して傾斜して延びる、少なくとも1つの吐出部分123とを備える。吸液部分は、回転軸の軸方向と略平行に延びる一直線上の管であり、回転軸に沿って密集して設けられている。【選択図】図1The present invention provides a liquid dispersion device and a liquid dispersion apparatus using the same, which can reduce the energy required for various operations such as distillation, mixing, and stirring of a processing liquid. A liquid dispersion device 100 includes at least one liquid flow member 120 that can be attached to a rotating shaft 121. The liquid flowing member includes a plurality of cylindrical liquid suction parts 122 extending along the rotation axis and having liquid suction ports 124 at the lower ends, one end communicating with the upper end of the liquid suction parts, and a discharge port 125 at the other end. and at least one discharge portion 123 extending at an angle with respect to the liquid suction portion. The liquid suction portions are linear tubes extending substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft, and are densely provided along the rotating shaft. [Selection diagram] Figure 1
Description
本考案は、散液デバイスならびにそれを用いた散液装置に関する。 The present invention relates to a liquid dispersion device and a liquid dispersion apparatus using the same.
近年、油脂は燃料や化学品へ変換するための原料としても注目されている。特に、化学反応によって動物性油脂および/または植物性油脂から長鎖脂肪酸エステルを合成し、これを軽油と代替可能なバイオディーゼル燃料として利用する試みが積極的になされている。 In recent years, oils and fats have attracted attention as raw materials for conversion into fuels and chemicals. In particular, active attempts are being made to synthesize long-chain fatty acid esters from animal oils and/or vegetable oils through chemical reactions and to utilize this as biodiesel fuel that can replace light oil.
他方、相間移動触媒やスラリー触媒を用いる2液相以上の反応系において、不斉合成反応などの反応を通じて様々な化合物を合成する技術が注目されている。こうした反応の多くでは、反応系を力強く撹拌することによって反応促進が行われる。 On the other hand, techniques for synthesizing various compounds through reactions such as asymmetric synthesis reactions in reaction systems of two or more liquid phases using phase transfer catalysts or slurry catalysts are attracting attention. Many of these reactions are promoted by vigorously stirring the reaction system.
2液相の反応は、例えばバイオディーゼル燃料の製造に採用されることがある。例えば、リパーゼのような酵素を触媒に用いた酵素触媒法によるエステル交換反応が挙げられる。こうした酵素接触法によるエステル交換反応では、酵素として、例えば、液体酵素やイオン交換樹脂などの担体に固定化された酵素(固定化酵素)が使用される。液体酵素は、培養液を濃縮かつ精製したものから構成されている点で、固定化酵素と比較して安価である。また、当該酵素は、上記エステル交換反応により生成する副生成物のグリセリン水に残存するため、これを次バッチの反応に用いることができる。これにより、液体酵素の繰り返し利用が可能となり、バイオディーゼル燃料の製造に要するコストの節減が可能となる(非特許文献1)。 Two-liquid phase reactions may be employed, for example, in the production of biodiesel fuel. For example, a transesterification reaction may be carried out by an enzyme-catalyzed method using an enzyme such as lipase as a catalyst. In such a transesterification reaction using an enzyme contact method, an enzyme (immobilized enzyme) immobilized on a carrier such as a liquid enzyme or an ion exchange resin is used as the enzyme. Liquid enzymes are less expensive than immobilized enzymes because they are made from concentrated and purified culture fluids. Furthermore, since the enzyme remains in the glycerin water, which is a by-product produced by the transesterification reaction, this can be used in the next batch of reactions. This makes it possible to repeatedly use the liquid enzyme and reduce the cost required for producing biodiesel fuel (Non-Patent Document 1).
液体酵素を用いるエステル交換反応では、油層と水層との二相系が用いられ、例えば反応物を高速で撹拌する等によりエマルジョンが形成される。ここで、反応物の高速撹拌には、撹拌機への相当なエネルギーの負荷が必要である。一方、工業製品としての生産性を高めるためには、反応物の撹拌等の操作に要するエネルギーを低減させることが所望されている。しかし、そうすると上記反応物を用いるエマルジョン形成能が低下し、エステル交換反応を効果的に行うことができないという矛盾を生じる。 In the transesterification reaction using a liquid enzyme, a two-phase system of an oil layer and an aqueous layer is used, and an emulsion is formed by, for example, stirring the reactants at high speed. Here, high-speed stirring of the reactants requires a considerable energy load to the stirrer. On the other hand, in order to increase productivity as an industrial product, it is desired to reduce the energy required for operations such as stirring of reactants. However, this results in a contradiction in that the ability to form an emulsion using the above-mentioned reactants is reduced and the transesterification reaction cannot be carried out effectively.
あるいは、上記酵素に代えてアルカリ触媒を用いる方法もある。この場合も2液相の反応系が採用され、反応には力強い撹拌が必要とされる。 Alternatively, there is also a method of using an alkaline catalyst instead of the above enzyme. In this case as well, a two-liquid phase reaction system is employed, and the reaction requires powerful stirring.
本考案は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、処理液の蒸留や混合、撹拌のような各種操作に要するエネルギーを低減することのできる、散液デバイスならびにそれを用いた散液装置を提供することにある。 The present invention aims to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a dispersion device and An object of the present invention is to provide a liquid dispersion device using the same.
本考案は、回転軸に装着可能な少なくとも1つの流液部材を備える、散液デバイスであって、
該流液部材が、
該回転軸に沿って延びかつ下端に吸液口を有する、少なくとも1つの筒状の吸液部分と、
一端が該吸液部分の上端と連通し、そして他端に吐出口を備えかつ該吸液部分に対して傾斜して延びる、少なくとも1つの吐出部分とを備える、散液デバイスである。
The present invention is a liquid dispersion device comprising at least one liquid flow member attachable to a rotating shaft,
The liquid flow member is
at least one cylindrical liquid suction portion extending along the rotation axis and having a liquid suction port at the lower end;
The liquid dispersion device includes at least one discharge portion having one end communicating with the upper end of the liquid suction portion, and having a discharge port at the other end and extending obliquely with respect to the liquid suction portion.
1つの実施形態では、上記流液部材における上記吸液部分は、上記回転軸の軸方向と略平行に延びる一直線状の管である。 In one embodiment, the liquid suction portion of the liquid flow member is a linear tube extending substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft.
1つの実施形態では、本考案の散液デバイスは複数の上記吸液部分を備え、かつ該吸液部分の上記下端のすべては上記回転軸に対して同じ位置に設けられている。 In one embodiment, the liquid dispersion device of the present invention includes a plurality of the liquid absorption parts, and all of the lower ends of the liquid absorption parts are provided at the same position with respect to the rotation axis.
1つの実施形態では、本考案の散液デバイスは複数の上記吸液部分を備え、かつ該吸液部分の上記下端のうちの1つは、該下端の他の1つと比較して上記回転軸に対して異なる位置に設けられている。 In one embodiment, the liquid dispersion device of the present invention comprises a plurality of the liquid absorbing parts, and one of the lower ends of the liquid absorbing parts is closer to the rotation axis than the other one of the lower ends. are located at different positions.
1つの実施形態では、本考案の散液デバイスは複数の前記吐出部分を備え、かつ該吐出部分の上記他端のすべてが上記回転軸に対して同じ位置に設けられている。 In one embodiment, the liquid dispersion device of the present invention includes a plurality of the discharge portions, and all of the other ends of the discharge portions are provided at the same position with respect to the rotation axis.
1つの実施形態では、本考案の散液デバイスは複数の前記吐出部分を備え、かつ該吐出部分の上記他端のうちの1つは、上記他端の他の1つと比較して上記回転軸に対して異なる位置に設けられている。 In one embodiment, the liquid dispersion device of the present invention includes a plurality of the discharge portions, and one of the other ends of the discharge portion is closer to the rotation axis than the other one of the other ends. are located at different positions.
1つの実施形態では、上記吸液部分は1本の管で構成されており、かつ該吸液部分の上記上端に少なくとも2つの上記吐出部分を備える。 In one embodiment, the liquid suction part is constituted by one tube and comprises at least two of the said discharge parts at the upper end of the liquid suction part.
本考案はまた、処理液を収容するための処理槽と、該処理槽内に設けられている上記散液デバイスと、該散液デバイスが装着された回転軸とを備える、散液装置である。 The present invention also provides a liquid dispersion apparatus comprising a processing tank for accommodating a processing liquid, the above-mentioned liquid dispersion device provided in the processing tank, and a rotating shaft to which the liquid dispersion device is attached. .
1つの実施形態では、上記処理液は油相および水相から構成されている。 In one embodiment, the treatment liquid is comprised of an oil phase and an aqueous phase.
本考案の散液デバイスによれば、掬い上げた処理液を液面より上方に移動させて散液することができる。これにより、当該散液デバイスの周囲に配置された処理液について、鉛直方向の移動および循環を促すことができる。本考案の散液デバイスは、散液装置の一部として組み込むことができ、これにより、処理液の蒸留や、混合、撹拌などに要する物理的操作のエネルギーを減じることができる。例えば、本考案の散液装置に、処理液として油相と水相との2相で構成される反応液を収容させた場合、余分な動力を使用することなく反応液のエマルジョン化、および/または副生成物(例えばグリセリン)の水での抽出を促すことができる。 According to the liquid dispersion device of the present invention, the scooped-up treatment liquid can be moved above the liquid level and dispersed. Thereby, the vertical movement and circulation of the processing liquid placed around the liquid dispersion device can be promoted. The liquid dispersion device of the present invention can be incorporated as a part of a liquid dispersion apparatus, thereby reducing the energy required for physical operations such as distillation, mixing, stirring, etc. of the treatment liquid. For example, when the liquid dispersion device of the present invention accommodates a reaction liquid consisting of two phases, an oil phase and an aqueous phase, as a treatment liquid, the reaction liquid can be emulsified and/or processed without using extra power. Alternatively, extraction of by-products (eg glycerin) with water can be facilitated.
本考案を、添付の図面を参照して説明する。なお、以下のすべての図面に共通して同様の参照番号を付した構成は、他の図面に示したものと同様である。 The invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that structures that are given the same reference numerals in all the drawings below are the same as those shown in other drawings.
(散液デバイス)
図1は、本考案の散液デバイスの一例を示す概略図である。
(dispersion device)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion device of the present invention.
図1に示す本考案の散液デバイス100は、回転軸121に装着可能な2つの筒状の流液部材120,120’を備える。さらに図1においては、回転軸121は鉛直方向に沿って配置されている。なお、図1では2つの流液部材が示されているが、本考案はこれに限定されず、少なくとも1つの筒状の流液部材を備えていればよい。
A
流液部材120,120’は、筒状の吸液部分122,122’と、一端が当該吸液部分122,122’の上端と連通し、そして他端に吐出口125,125’を備える吐出部分123,123’とで構成されている。
The
図2は、図1に示す流液部材120を模式的に表す斜視図である。一方、図1に示す散液部材120’は、流液部材120と同様であるため省略する。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the
散液部材120を構成する吸液部分122には、下端が開口した吸液口124が設けられている。図2において、吸液部分122は、上端から下端の吸液口124に向かって外径および内径のいずれもが略一直線状に延びる管で構成されている。
The
吸液部分122は筒状である限り、その断面形状は特に限定されない。吸液部分122を構成し得る断面形状の例としては、円形、楕円形、三角形、矩形、およびその他の多角形が挙げられる。本考案の散液デバイスは、断面形状が互いに異なる複数の吸液部分で構成されていてもよい。本考案においては、後述する処理液内での移動の際の抵抗を減らすため、吸液部分122は円形または楕円形の断面形状を有することが好ましい。あるいは、吸液部分は、図2に示すものに代えて、回転軸121の軸周りに捻じって配置された管で構成されていてもよい。
The cross-sectional shape of the
吸液部分122の大きさは特に限定されないが、例えば、吸液部分122が円形の断面形状を有する場合、その外径は、例えば5mm~50mmである。
Although the size of the
吸液口124の形状もまた特に限定されない。上記吸液部分122の断面形状と同じまたは異なる形状のいずれであってもよい。吸液口124の形状の例としては、円形、楕円形、三角形、矩形、およびその他の多角形が挙げられる。なお、吸液口124は、吸液部分122の内部により多くの処理液を導入できるように、吸液部分122の軸に対して斜め方向から切断して開口面積を拡張したものであってもよい。
The shape of the
吸液部分122の一直線の構造(長さ)は、図1に示す回転軸121と略平行となるものであり、後述する散液装置の処理槽110内に貯留される処理液116の深さに応じて設計されている。この一直線の構造を構成する吸液部分122の下端(吸液口124)から、吸液部分122と吐出部分123との接合部分のうち最も下方に位置する部分(散液部材120の屈曲点P)までの距離tは、特に限定されない。例えば、距離tは使用する処理槽110の容量に応じて当業者によって適宜調節され得る。
The straight line structure (length) of the
吐出部分123は、一端が吸液部分122の上端と連通するとともに、当該吸液部分122に対して傾斜して設けられている。また、吐出部分123の他端は、吐出部分123の筒内を通過した処理液を外部に排出するための吐出口125が設けられている。さらに図2に示す吐出部分123は筒状の形態を有する。
The
本考案において、吸液部分122の軸方向に対する吐出部分123の傾斜角θは当業者によって任意の角度に設定され得るが、例えば10°~89°、好ましくは15°~45°である。傾斜角θが10°を下回ると、吸液部分122から吸い上げられた処理液が、吐出部分123と通って吐出口125から排出されるためには散液部材120をより高速で回転させる必要があり、得られる散液デバイスの操作に伴って多くのエネルギーを必要とすることがある。傾斜角θが89°を上回ると、吐出部分123が処理液の液面を超えて内部に浸り、散液の機能を適切に発揮できないことがある。なお、吐出部分123の傾斜角θと、これに対応する図1に示す吐出部分123’の傾斜角は互いに同一であっても、異なっていてもよい。
In the present invention, the inclination angle θ of the
吐出部分123の吐出口125の形状もまた特に限定されない。上記吸液部分122の断面形状と同じまたは異なる形状のいずれであってもよい。吐出口125の形状の例としては、円形、楕円形、三角形、矩形、およびその他の多角形が挙げられる。なお、本考案において吐出部分123は、吸液部分122と連通する側から吐出口125にかけて、内径が一定であってもよく、あるいは緩やかにまたは段階的に縮径するものであってもよい。
The shape of the
吐出部分123の長さ(例えば、散液部材120の屈曲点Pから吐出口125までの最短距離)は特に限定されず、当業者によって任意の長さが設定され得る。
The length of the discharge portion 123 (for example, the shortest distance from the bending point P of the
再び図1を参照すると、吸液部分122,122’の吸液口124,124’は水平方向に略一直線となるように端部が揃えられている。このような形態の場合、散液デバイス100を構成する散液部材120,120’はいずれも、貯留された処理液の略同じ深さの部分から、吸液口124,124’を通じて当該処理液を吸液できる。
Referring again to FIG. 1, the ends of the
本考案の散液デバイス100において、散液部材120,120’は例えば回転軸121に(例えば回転軸121の軸周りに)固定されている。なお、散液部材120,120’は回転軸121のできる限り近くに位置するように密集して設けられていることが好ましい。散液部材120,120’の全体が密集することにより、回転軸121に対する散液部材120,120’の水平断面はより小さくなる。その結果、回転軸121を介して散液部材120,120’が回転する際の処理液中の抵抗をできる限り低減することができる。
In the
図3は、本考案の散液デバイスの他の例を示す概略図である。 FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図3に示す散液デバイス100aは、互いに異なる形状を有する散液部材120a,120’を備える。ここで、図3に示す散液部材120aを構成する吐出部分123と、散液部材120’を構成する吐出部分123と’は、図1に示すものと同様である。
The
一方、図3に示す散液部材120aは、他方の散液部材120’を構成する吸液部分122’よりも短い吸液部分122aを含み、これにより鉛直方向における吸液部分122aの吸液口124aと、吸液部分122’の吸液口124’との間には長さSに相当する差を生じている。この長さSは、使用される処理液の種類や量、後述する散液装置の処理槽の大きさ等によって変動するため、必ずしも限定されないが、例えば10mm~2000mm、好ましくは20mm~1000mmである。鉛直方向において吸液部分122aの吸液口124aと、吸液部分122’の吸液口124’との間にこのような範囲の長さの差があることにより、吸液部分122aの吸液口124aと吸液部分122’の吸液口124’とで吸液される処理液の種類や組成を異なるものにすることができる。一方、図3に示す散液部材120a,120’では、吐出口125,125’は鉛直方向において互いが略同じ高さとなるように配置されている。
On the other hand, the
例えば、処理液として油相と水相とで構成される二相系反応液が使用される場合、使用する油相の量および水相の量を調節することにより、より上方に配置される吸液部分122aの吸液口124aは、油相の成分または油相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。他方、より下方に配置される吸液部分122’の吸液口124’は、水相の成分または水相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。このことから吸液口124aで吸液された処理液と、吸液口124’で吸液された処理液とは、互いに含まれる成分の組成を異なるようにすることが可能であり、いずれも、回転軸121の回転を通じて吐出口125,125’から排出される。ここで、上記のように吐出口125,125’は鉛直方向において互いが略同じ高さにあるため、吸液された油相の成分および水相の成分をより複雑に混合および/または撹拌することが可能となる。
For example, when a two-phase reaction liquid consisting of an oil phase and an aqueous phase is used as the processing liquid, adjusting the amount of the oil phase and the amount of the aqueous phase to The
図4は、本考案の散液デバイスの別の例を示す概略図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図4に示す散液デバイス100bは、互いに異なる形状を有する散液部材120b,120’bを備える。
The
図4に示す散液部材120bは、他方の散液部材120’bを構成する吸液部分122’bよりも短い吸液部分122bを含み、これにより鉛直方向における吸液部分122bの吸液口124bと、吸液部分122’bの吸液口124’bとの間には長さS2に相当する差を生じている。この長さS2は、使用される処理液の種類や量、後述する散液装置の処理槽の大きさ等によって変動するため、必ずしも限定されない。鉛直方向において吸液部分122bの吸液口124bと、吸液部分122’bの吸液口124’bとの間にこのような範囲の長さの差があることにより、吸液部分122bの吸液口124bと吸液部分122’bの吸液口124’bとで吸液される処理液の種類や組成を異なるものにすることができる。
The
図4に示す散液部材120bは、他方の散液部材120’bを構成する吐出部分123’bよりも短い吐出部分123bを含み、これにより鉛直方向における吐出部分123bの吐出口125bと、吐出部分123’bの吐出口125’bとの間には長さt2に相当する差を生じている。この長さt2は、使用される処理液の種類や量、後述する散液装置の処理槽の大きさ等によって変動するため、必ずしも限定されない。鉛直方向において吐出部分123bの吐出口125bと、吐出部分123’bの吐出口125’bとの間にこのような範囲の長さの差があることにより、吐出部分123bの吐出口125bと吐出部分123’bの吐出口125’bとで吐出される場所(例えば高さ)を異なるものにすることができる。
The
例えば、処理液として油相と水相とで構成される二相系反応液が使用される場合、使用する油相の量および水相の量を調節することにより、より上方に配置される吸液部分122bの吸液口124bは、油相の成分または油相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。他方、より下方に配置される吸液部分1220’bの吸液口124’bは、水相の成分または水相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。このことから吸液口124bで吸液された処理液と、吸液口124’bで吸液された処理液とは、互いに含まれる成分の組成を異なるようにすることが可能である。さらに、これらは、回転軸121の回転を通じて互いに高さの異なる吐出口125b,125’bからそれぞれ排出される。これにより、吸液された油相の成分および水相の成分をより複雑に混合および/または撹拌することが可能となる。
For example, when a two-phase reaction liquid consisting of an oil phase and an aqueous phase is used as the processing liquid, adjusting the amount of the oil phase and the amount of the aqueous phase to The
図5は、本考案の散液デバイスの別の例を示す概略図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図5に示す散液デバイス100cは、互いに異なる形状を有する散液部材120c,120’cを備える。
A
図5に示す散液部材120cは、他方の散液部材120’cを構成する吸液部分122’cよりも短い吸液部分122cを含み、これにより鉛直方向における吸液部分122cの吸液口124cと、吸液部分122’cの吸液口124’cとの間には長さS3に相当する差を生じている。この長さS3は、使用される処理液の種類や量、後述する散液装置の処理槽の大きさ等によって変動するため、必ずしも限定されない。鉛直方向において吸液部分122cの吸液口124cと、吸液部分122’cの吸液口124’cとの間にこのような範囲の長さの差があることにより、吸液部分122cの吸液口124cと吸液部分122’cの吸液口124’cとで吸液される処理液の種類や組成を異なるものにすることができる。
The
図5に示す散液部材120cは、他方の散液部材120’cを構成する吐出部分123’bよりも長い吐出部分123cを含み、これにより鉛直方向における吐出部分123cの吐出口125cと、吐出部分123’cの吐出口125’cとの間には長さt3に相当する差を生じている。この長さt3は、使用される処理液の種類や量、後述する散液装置の処理槽の大きさ等によって変動するため、必ずしも限定されない。鉛直方向において吐出部分123cの吐出口125cと、吐出部分123’cの吐出口125’cとの間にこのような範囲の長さの差があることにより、吐出部分123cの吐出口125bと吐出部分123’bの吐出口125’bとで吐出される場所(例えば高さ)を異なるものにすることができる。
The
例えば、処理液として油相と水相とで構成される二相系反応液が使用される場合、使用する油相の量および水相の量を調節することにより、より上方に配置される吸液部分122cの吸液口124cは、油相の成分または油相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。他方、より下方に配置される吸液部分1220’cの吸液口124’cは、水相の成分または水相の成分をより多く含む成分で構成される処理液を優先的に吸液することができる。このことから吸液口124cで吸液された処理液と、吸液口124’cで吸液された処理液とは、互いに含まれる成分の組成を異なるようにすることが可能である。さらに、これらは、回転軸121の回転を通じて互いに高さの異なる吐出口125c,125’cからそれぞれ排出される。これにより、吸液された油相の成分および水相の成分をより複雑に混合および/または撹拌することが可能となる。
For example, when a two-phase reaction liquid consisting of an oil phase and an aqueous phase is used as the processing liquid, adjusting the amount of the oil phase and the amount of the aqueous phase to The
図6は、本考案の散液デバイスのさらに他の例を示す概略図である。 FIG. 6 is a schematic diagram showing still another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図6に示す散液デバイス100dは、図1に示す散液デバイス100と同様の2つの散液部材が用いられている。ここで、図6に示す一方の散液部材120dに対して、他方の散液部材120’dは回転軸121に沿って所定の長さ分を上方に移動させて当該回転軸121に固定されている。これにより、散液部材120dの吸液口124dと散液部材120’dの吸液口124’dとの間には長さu1に相当する段差が生じるように、散液部材120dの吸液口124dは、散液部材120’dの吸液口124’dよりも下方に配置されている。一方、散液デバイス120dの吐出口125dと散液デバイス120’dの吐出口125’dとの間には長さu2に相当する段差が生じるように、散液デバイス120’dの吐出口125’dは、散液デバイス120dの吐出口125dよりも上方に配置されている。例えば、散液部材120d,120’dが同一の大きさを有するものである場合、上記段差u1およびu2は同一(すなわち、u1=u2)である。
A
図6に示す散液デバイス100dでは、吸液口124d,124’dの間の段差u1により、吸液口124dは吸液口124’dよりも下方に位置する処理液を吸液することができる。吸液口124dの近傍に存在する処理液と、吸液口124’dの近傍に存在する処理液とが異なる組成を有する場合(例えば後述するような水相および油相のような組成の相違がある場合)、回転軸121の回転により、吐出口125d,125’dのそれぞれから吐出される処理液の組成を異なるものにすることができる。
In the
図7は、本考案の散液デバイスの別の例を示す概略図である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図7に示す散液デバイス100eは、1つの散液部材120eから構成されている。
The
図7に示す散液部材120eは、回転軸121の軸方向に沿って一直線状に延びる吸液部分122eを含み、その上端に2本の吐出部分123e,123’eがそれぞれ傾斜して設けられている。回転軸121の軸方向に対する吐出部分123e,123’eの傾斜角は同一であっても異なっていてもよい。
The
吸液部分の下端には1つの吸液口124eが設けられており、吸液口124aの形状は特に限定されない。吸液口124eの形状の例としては、円形、楕円形、三角形、矩形、およびその他の多角形が挙げられる。なお、本考案において吸液部分122eは、下端から上端にかけて、内径が一定であってもよく、緩やかにまたは段階的に縮径するものであってもよく、緩やかにまたは段階的に拡径するものであってもよい。また、図7において吸液部分122eの内径は、吐出部分123e,123’eの内径よりも大きく記載されているが、特にこの大きさに限定されない。吸液部分122eの内径は、吐出部分123e,123’eの内径よりも小さくてもよく、あるいは吸液部分122e、および吐出部分123e,123’eの各内径は互いに略同一であってもよい。
One
図7に示す実施形態では、回転軸121の回転により1本の吸液部分122eが回転することにより、例えば図1に示すような場合と比較して、回転する吸液部分122eの周囲で処理液の乱流が生じることが低減され得る。その結果、処理液は比較的静かに撹拌されながら、吸液部125eを通じて吸液され、吐出部分123e,123’eの吐出口125,125’eから吐出される。これにより、吸液された処理液を静かな状態で混合および/または撹拌することが可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 7, one liquid suction portion 122e rotates due to the rotation of the
図8は、本考案の散液デバイスの別の例を示す概略図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of the liquid dispersion device of the present invention.
図8に示す散液デバイス100fは、図1に示す散液デバイス100を構成する吸液部分122,122’を極端に短くした場合の吸液部分122f,122’fを備える点を除き、その他の構成は図1に示すものと同様である。
The
図8に示す散液デバイス100fにおいても、吸液部分122f,122’fの吸液口124f,124’fから吸液された処理液は、それぞれの上端に連通された吐出部分123,123’を通り、吐出口125,125’から吐出可能である。
Also in the
本考案の散液デバイスを構成する上記散液部材および固定具はいずれも十分な強度を有し、かつ処理液に対して適切な耐久性を有する材料から構成されている。散液部材および固定具を構成し得る材料としては、必ずしも限定されないが、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの金属およびこれらの組合せでなる材料から構成されている。これらは、耐薬品性を高めるために、テフロン(登録商標)やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。 The above-mentioned liquid dispersion member and fixing device constituting the liquid dispersion device of the present invention are both made of a material that has sufficient strength and has appropriate durability against the processing liquid. Materials that can be used to construct the liquid dispersion member and fixture are, but are not necessarily limited to, metals such as iron, stainless steel, hastelloy, titanium, and combinations thereof. These may be provided with a coating known in the art, such as Teflon (registered trademark), glass lining, or rubber lining, to increase chemical resistance.
(散液装置)
図9は、図1に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置の一例を示す概略図である。図9では、散液装置200が、処理液116として油相116aおよび水相116bで構成される二相系反応液が使用される反応装置として使用される場合を用いて説明する。
(Sprinkling device)
FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion apparatus in which the liquid dispersion device shown in FIG. 1 is incorporated. In FIG. 9, a case will be described in which the
本考案の散液装置200は、処理液を有用するための処理槽110と、処理槽110内に配置された図1に示す散液デバイス100と、散液デバイス100が装着された回転軸121とを備える。
The
処理槽110は、処理液116を収容して撹拌することができる密閉可能な槽であり、例えば、平底、丸底、円錐底または下方に向かって傾斜する底部109を有する。
The
処理槽110の大きさ(容量)は、散液装置200の用途(例えば、これを用いて行われる反応や蒸留等の操作の種類)や、処理液の処理量などによって適宜設定されるため、必ずしも限定されないが、例えば、0.1リットル~1,000,000リットルである。
The size (capacity) of the
1つの実施形態では、処理槽110はまた、処理液供給口112および生成物等出口114を備える。処理液供給口112は、処理槽110内に処理液116を新たに供給するための入口である。処理液供給口112は、例えば処理槽110の上方(例えば、上蓋)に設けられている。あるいは、処理液供給口112は、処理槽110の側面部に設けられていてもよい。処理槽110に設けられる処理液供給口112の数は1個に限定されない。例えば、複数個の処理液供給口が処理槽110に設けられていてもよい。
In one embodiment, the
生成物等出口114は、処理槽110内で得られた生成物や濃縮物(本明細書では、これらをまとめて「生成物等」という)を処理槽110から取り出すための出口である。生成物等出口114は、生成物等に加えて反応残渣や廃液等も排出可能であり、当該排出は、例えば生成物等出口114の下流側に設けられたバルブ115の開閉によって調節され得る。生成物等出口114はまた、例えば処理槽110内の底部109の中央に連通して設けられている。
The product etc.
処理槽110の上部は、例えば、蓋体またはメンテナンス・ホールのような開閉可能な構造を有していてもよい。さらに、処理槽110の上部には、処理槽110内の圧力を調節するための圧力調節口(図示せず)が設けられていてもよい。さらに、圧力調節口は例えば図示しない減圧ポンプに接続されていてもよい。
The upper part of the
処理槽110に収容される処理液116は、例えば、水溶液、スラリーなどの液体である。散液装置400が例えば後述するエステル交換反応による脂肪酸エステルの製造に使用されるような場合、処理液116は、例えば油相116aおよび水相116bの二相系で構成されており、油相116aおよび水相116bのそれぞれには出発材料などの反応物および溶媒などの媒体が含有されている。
The
処理槽110は、例えば上記散液部材と同様の材料で構成されている。必要に応じて散液部材と同様の表面処理が行われていてもよい。
The
回転軸121は所定の剛性を有するシャフトであり、例えば、円筒状または円柱状の形状を有する。回転軸121は、処理槽110内で、通常、鉛直方向に配置されている。回転軸121の太さは、必ずしも限定されないが、例えば、8mm~200mmである。回転軸121の長さは、使用する処理槽110の大きさ等によって変動し、当業者によって適切な長さが選択され得る。
The
回転軸121の一端は、処理槽110の上部でモータ140などの回転手段に接続されている。例えば、回転軸121の他端は、処理槽110の底部109に接続されておらず、処理槽110の底部109から一定の間隔を開けて配置されている。これにより、回転軸121が反応液116に接触する面積を低減できる。あるいは、回転軸の他端は処理槽の底部109に設けられた所定の軸受に収容されていてもよい。
One end of the
回転軸121は、例えば上記散液部材と同様の材料で構成されている。必要に応じて散液部材と同様の表面処理が行われていてもよい。
The
図9に示す実施形態では、散液デバイス100は、回転軸121の軸周りに直接固定されている。
In the embodiment shown in FIG. 9, the
図9に示す散液装置200によれば、モータ140により回転軸121を回転させることにより、散液デバイス100内の流液部材120,120’が吸液口124,124’から処理液116を吸液する(すなわち、取り込まれる)。吸液された処理液は、当該回転軸121の回転に伴う遠心力により、吸液部分122,122’および吐出部分123,123’内の流路を介して吐出口125,125’まで移動し、当該吐出口125,125’から処理槽110内に、具体的には処理槽110内の処理液116の液面128よりも上方に吐出される。これにより、処理液116は、処理槽110の内壁111や液面128への衝突とともに、処理槽110の底部109から上方への移動が可能となり、処理槽110の高さ方向での処理液116の混ぜ返し(例えば、鉛直方向における撹拌または循環)や内壁111への衝突後の流下を促すことができる。その結果、例えば、処理液として所定の反応液を使用した場合には、散液装置200内で行われる反応生成物の製造をより効果的に進行させることができる。
According to the
本考案の散液装置200では、回転軸121の回転による散液デバイス100からの処理液116の吐出を効率良く行うために、処理槽110内で処理液116が所定量にて収容されていることが好ましい。具体的には、回転軸121の回転有無のいずれの場合においても、処理液116の液面128が、散液デバイス100を構成する吸液部分122,122’と吐出部分123,123’との接合部分、より詳細には、吸液部分122の下端(吸液口124)から、吸液部分122と吐出部分123との接合部分のうち最も下方に位置する部分(すなわち、散液部材120の屈曲点P)よりも上方に位置するように、処理槽110内に処理液116が収容されていることが好ましい。散液デバイス100と処理液116の液面128とがこのような関係を満たす場合、処理液116は吸液部分122,122’とともに吐出部分123,123’の下端方向の一部まで存在することになる。こうした関係において、回転軸121を介して散液デバイス100を回転させると、処理液116は散液デバイス100の回転に伴ってボルテックス(渦流)を形成し、吐出部分123,123’の内部の傾斜した流路を当該回転に基づく遠心力によって吐出口125,125’まで上昇することができる。そして、最終的に上昇した処理液116が吐出口125,125’から散液部材120,120’の外に効果的に吐出することができる。
In the
なお、上記において処理液116が吐出口125,125’から散液部材120,120’の外への吐出が効果的に行われるためには、散液デバイス100の回転に伴って上記ボルテックスが形成されている際も、処理液116の液面(ボルテックス面)が散液部材120の屈曲点Pよりも上方に位置しているが好ましい。
In the above, in order for the
なお、図1および図9において散液デバイス100は2つの散液部材120,120’が回転軸121を介して対称的に配置される例について説明したが、本考案はこのような散液部材の数および配置に特に限定されない。本考案の散液デバイスは1つの散液部材のみで構成されていてもよく、複数(例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ)の散液部材で構成されていてもよい。複数の散液部材を用いる場合は、回転軸が円滑に回転できるようにするために、各散液部材の間の間隔(例えば角度)は略一定に保持されていることが好ましい。
1 and 9, the
図9に示す実施形態では、油相116aよりも水相116bが下方に配置されている場合について説明しているが、本考案の散液装置は、このような油相116aおよび水相116bの配置にのみ限定されない。例えば、水相にメタノールが添加されたような系では、油相と水相との配置が逆転し、水相よりも油相が下方に配置されることがある。本考案の散液装置は、このように配置された油相および水槽を含む二相系反応液についても使用できる。
In the embodiment shown in FIG. 9, a case is described in which the
図10は、図1に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置の他の例を示す概略図である。さらに、図11の(a)は図10に示す散液装置のA-A方向における断面図であり、図11の(b)は図10に示す散液装置のB-B方向における断面図である。 FIG. 10 is a schematic diagram showing another example of a liquid dispersion apparatus in which the liquid dispersion device shown in FIG. 1 is incorporated. Furthermore, FIG. 11(a) is a cross-sectional view of the liquid dispersion device shown in FIG. 10 in the AA direction, and FIG. 11(b) is a cross-sectional view of the liquid dispersion device shown in FIG. 10 in the BB direction. be.
本考案の散液装置300では、処理槽110の内壁111に、処理槽110の底部109から反応液116の液面128を上回る高さにまで延びる複数の邪魔板310が設けられている(図10ならびに図11の(a)および(b)を参照)。図10において、邪魔板310は、例えば静置された処理液116の液面128の近傍に位置するように(すなわち、邪魔板310の上端が散液部材120の屈曲点Pと略同じ高さであるか、またはそれよりも僅かに下方に位置するように)設けられている。
In the
邪魔板310は、回転軸121を介して流液部材120,120’が回転し、それにより処理槽110内の処理液116が追随して一緒に回転運動することを防止する役割を果たす。言い換えれば、邪魔板310は、処理槽110内で処理液116が水平方向に回転する際の障壁となり、ボルテックスの形成を防止または低減できる。その結果、散液部材120,120’が回転する際であっても、処理液116の液面(ボルテックス面)は散液部材の屈曲点Pよりも上方に位置し、結果として散液部材120,120’の吐出部分123,123’に処理液116が充満され易くなり、吐出口125,125’からの処理液116の吐出が一層効果的になる。最終的に、吐出口125,125’から多くの処理液116を吐出することができ、かつ処理槽110内の処理液116を混合かつ撹拌する効率を高めることができる。
The
処理槽110に設けられる邪魔板310の数は必ずしも限定されないが、例えば、処理槽110の内壁111に略等間隔で1つ~8つが設けられている。
Although the number of
図12は、本考案の散液装置に組み込むことができる邪魔板の他の例を模式的に示す図である。 FIG. 12 is a diagram schematically showing another example of a baffle plate that can be incorporated into the liquid dispersion device of the present invention.
本考案の散液装置は、図12の(a)に示すような邪魔板400aを備えていてもよい。
The liquid dispersion device of the present invention may include a
邪魔板400aは二枚の平衡に並べた板402a,404aと、他の二枚の平衡に並べた板406a,408aとを互いに交差角が略90°となるように交差した構造でなるように構成されている。邪魔板400aは、その全体が散液装置の処理槽の底部に設置できる程度の大きさとなるように設計されている。邪魔板400aを構成する材料は特に限定されず、処理液に対する十分な耐久性を有し、所定の強度を有する材料が採用され得る。
The
あるいは、邪魔板は図12の(b)に示すような構造を有していてもよい。 Alternatively, the baffle plate may have a structure as shown in FIG. 12(b).
図12の(b)に示す邪魔板400bは、二枚の板402b,404bが互いに交差角が略90°となるように交差した構造でなるように構成されている。邪魔板400bもまた、その全体が散液装置の処理槽の底部に設置できる程度の大きさとなるように設計されている。邪魔板400bを構成する材料には上記邪魔板400aを構成するものと同様の材料が採用され得る。
The
図13は、図1に示す散液デバイスと図12の(a)に示す邪魔板とが組み込まれた散液装置(反応装置)の一例を示す概略図である。 FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion apparatus (reaction apparatus) in which the liquid dispersion device shown in FIG. 1 and the baffle plate shown in FIG. 12(a) are incorporated.
図13に示す散液装置500aでは、処理槽110の底部109の略中央に邪魔板400aが配置されている。邪魔板400aと散液デバイス100の吸液部124,124’との間には所定の間隙が設けられている。処理槽110の底部109にこのような邪魔板400aが配置されることにより、回転軸121を通じて散液デバイス100を当該回転軸121の軸周りに回転させたとしても、邪魔板400aが処理槽110内で処理液116が自由に回転することを阻止し、結果として大きなボルテックス(渦流)を形成することを防止することができる。
In the
図13に示す散液装置500aについても、散液部材120,120’が回転する際、邪魔板400aの存在によって、処理液116の液面(ボルテックス面)は散液部材の屈曲点Pよりも上方に位置し、結果として散液部材120,120’の吐出部分123,123’に処理液116が充満され易くなり、吐出口125,125’からの処理液116の吐出が一層効果的になる。最終的に、吐出口125,125’から多くの処理液116を吐出することができ、かつ処理槽110内の処理液116を混合かつ撹拌する効率を高めることができる。
Regarding the
図14は、図1に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置の別の例を示す概略図である。 FIG. 14 is a schematic diagram showing another example of a liquid dispersion apparatus in which the liquid dispersion device shown in FIG. 1 is incorporated.
図14に示す散液装置600では、処理槽110の外周に温度調整用のジャケット610が設けられている。図14において、ジャケット610は、例えば中空の材料で構成されており、図示しない管を通じて、ジャケット入口612から例えば水蒸気や水や熱媒油などの熱媒体を導入し、ジャケット出口614から排出することができる。ジャケット610内に導入された熱媒体は、処理槽110の外側から処理液116の加熱を行うことにより、処理槽110内の処理液116に対する温度制御を可能にする。
In the
なお、図14に示す実施形態では、熱媒体として処理槽110内を加熱するための加熱用熱媒体を用いる例について説明したが、本考案はこれに限定されない。当該加熱用熱媒体に代えて、例えば、液化窒素、水、ブライン、ガス冷媒(例えば、二酸化炭素、フロン)のような冷却用熱媒体がジャケット610に導入されてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 14, an example has been described in which a heating medium for heating the inside of the
図15は、図3に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置の一例を示す概略図である。 FIG. 15 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion apparatus in which the liquid dispersion device shown in FIG. 3 is incorporated.
図15に示す散液装置700aでは、散液デバイス100aを構成する散液部材120a,120’aの吸液口124a,124’が鉛直方向において異なる高さに位置している。
In a
このような構成において、処理液116を構成する油相116aおよび水相116bをそれぞれ図16に示すような位置(すなわち、例えば静置状態において、散液部材120aの吸液口124aが油相116a内に配置され、かつ散液部材120’aの吸液口124’が水相116b内に配置されている位置)まで収容し、モータ140を通じて回転軸121を回転させると、(散液デバイス100aの回転により油相116aおよび水相116bの互いの一部が混合することがあるが)散液部材120aの吸液口124aは、油相116a中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液し、散液部材120’aの吸液口124’は、水相116b中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液することができる。そして、吸液口124a,124’からそれぞれ吸液された処理液116は、散液部材120a,120’aの吐出口125,125’から、例えば、それぞれ液面128上や処理槽110の内壁111に向けて吐出される。
In such a configuration, the
ここで、散液部材120a,120’aのある回転により吐出された処理液116は内壁111に当たると、薄膜状になって内壁111を流下する。その後、当該散液部材120a,120’aのさらなる回転により新たに吐出された処理液116もまた内壁111に当たると、薄膜状になって内壁111上を流下する。このように散液部材120a,120’aの回転を続けると、内壁111上には吸液口124a,124’からそれぞれ吸液された互いに成分の組成の異なる処理液116が何重にも重なった薄膜状となって流下する。
Here, when the
その結果、処理槽110内で処理液116を構成する油相116aおよび水相116bを構成する成分を効果的に混合または撹拌することができる。
As a result, the components constituting the
図16は、図4に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置(反応装置)の一例を示す概略図である。 FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of a dispersion apparatus (reaction apparatus) in which the dispersion device shown in FIG. 4 is incorporated.
図16に示す散液装置700bでは、散液デバイス100bを構成する散液部材120b,120’bの吸液口124b,124’bが鉛直方向において異なる高さに位置している。さらに、散液デバイス100bを構成する散液部材120b,120’bの吐出口125b,125’bもまた、鉛直方向において異なる高さに位置している。
In the
このような構成において、処理液116を構成する油相116aおよび水相116bをそれぞれ図16に示すような位置(すなわち、例えば静置状態において、散液部材120bの吸液口124bが油相116a内に配置され、かつ散液部材120’bの吸液口124’bが水相116b内に配置されている位置)まで収容し、モータ140を通じて回転軸121を回転させると、(散液デバイス100bの回転により油相116aおよび水相116bの互いの一部が混合することがあるが)散液部材120bの吸液口124bは、油相116a中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液し、散液部材120’bの吸液口124’bは、水相116b中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液することができる。そして、吸液口124b,124’bからそれぞれ吸液された処理液116は、散液部材120b,120’bの吐出口125b,125’bから、例えば、それぞれ液面128上や処理槽110の内壁111に向けて吐出することができる。
In such a configuration, the
図17は、図5に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置(反応装置)の一例を示す概略図である。 FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of a dispersion apparatus (reaction apparatus) in which the dispersion device shown in FIG. 5 is incorporated.
図17に示す散液装置700cでは、散液デバイス100cを構成する散液部材120c,120’cの吸液口124c,124’cが鉛直方向において異なる高さに位置している。さらに、散液デバイス100cを構成する散液部材120c,120’cの吐出口125c,125’cもまた、鉛直方向において異なる高さに位置している。
In a
このような構成において、処理液116を構成する油相116aおよび水相116bをそれぞれ図17に示すような位置(すなわち、例えば静置状態において、散液部材120cの吸液口124cが油相116a内に配置され、かつ散液部材120’cの吸液口124’cが水相116b内に配置されている位置)まで収容し、モータ140を通じて回転軸121を回転させると、(散液デバイス100bの回転により油相116aおよび水相116bの互いの一部が混合することがあるが)散液部材120cの吸液口124cは、油相116a中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液し、散液部材120’cの吸液口124’cは、水相116b中の成分をほとんどまたはそれを多く含む処理液116を吸液することができる。そして、吸液口124c,124’cからそれぞれ吸液された処理液116は、散液部材120c,120’cの吐出口125c,125’cから、例えば、それぞれ液面128上や処理槽110の内壁111に向けて吐出することができる。
In such a configuration, the
図18は、図6に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置の一例を示す概略図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion apparatus in which the liquid dispersion device shown in FIG. 6 is incorporated.
図18に示す散液装置700dでは、散液デバイス100dを構成する散液部材120d,120’dの吸液口124d,124’dが鉛直方向において異なる高さに位置し、かつ当該散液部材120d,120’dの吐出口125d,125’dもまた鉛直方向において異なる高さに位置している。
In a
図18に示す実施形態では、散液部材120dの吸液口124dは水相116b内に配置されており、散液部材120’dの吸液口124’dは、油相116a内に配置されている。このような状態で回転軸121を回転させると、散液部材120dの吸液口124dは水相116bの構成成分または水相116bの構成成分を豊富に含む成分(以下、これらを水相116bの成分等という)を優先的に吸液し、散液部材120’dの吸液口124’dは油相116aの構成成分または油相116aを豊富に含む成分(以下、これらを油相116aの成分等という)を優先的に吸液することができる。
In the embodiment shown in FIG. 18, the
また、散液部材120’dの吐出口125’dは、散液部材120dの吐出口125dよりも上方で開口されているため、吐出口125’dからの油相116aの成分等は、吐出口125dからの水相116bの成分等よりも、処理槽110の内壁111に向けて上方に排出される。そして、内壁111に衝突した油相116aの成分等は、同様に内壁111に衝突した水相116bの成分等よりも液面128までの距離を長く流下する。これにより、油相116aの成分等と水相116bの成分等との間の流下の距離が相違し、内壁111および液面128付近において、油相116aの成分等と水相116bの成分等とはより複雑に混合する機会が提供される。
Furthermore, since the
図19は、図7に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置(反応装置)の一例を示す概略図である。 FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of a liquid dispersion apparatus (reaction apparatus) in which the liquid dispersion device shown in FIG. 7 is incorporated.
図19に示す散液装置700eでは、散液デバイス100eを構成する散液部材120eの吸液口124eが撹拌槽110の底部109側に指向している。図19において、散液部材120eの吸液口124eは、処理液116の油相116aと水相116bとの界面付近に配置されているが、特にこのような配置に限定されない。処理液116の静置状態において、散液部材120eの吸液口124eは、油相116a側または水相116b側のいずれに配置されていてもよい。
In a
このような構成において、モータ140を通じて回転軸121を回転させると、散液デバイス100eの回転により油相116aおよび水相116bが混合した状態で散液部材120eの吸液口124eから吸液される。吸液口124eから吸液された処理液116は、散液部材120eの吐出口125e,125’eから、例えば、それぞれ液面128上や処理槽110の内壁111に向けて吐出することができる。
In such a configuration, when the
図20は、図8に示す散液デバイスが組み込まれた散液装置(反応装置)の一例を示す概略図である。 FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of a dispersion apparatus (reaction apparatus) in which the dispersion device shown in FIG. 8 is incorporated.
図20に示す散液装置700fでは、散液デバイス100fを構成する散液部材120f,120’fの吸液口124f,124’fが鉛直方向において略同じ高さに位置している。さらに、散液デバイス100fを構成する散液部材120f,120’fの吐出口125,125’もまた、鉛直方向において異なる高さに位置している。
In the liquid dispersion device 700f shown in FIG. 20, the
上述の通り、散液デバイス100fでは、散液部材120f,120’fを構成する吸液部分122f,122’fが比較的短いため、本考案の散液装置700fは、例えば、処理液116が比較的少量の場合(すなわち油相116aおよび水相116bを構成する各液量が少ない場合)でも、回転軸121の回転を通じて吸液部124f,124’fから処理液116を吸液し、かつ吐出口125f,125’fから当該処理液をそれぞれ液面128上や処理槽110の内壁111に向けて吐出することができる。
As described above, in the
例えば本考案の散液装置が反応装置として使用される場合、当該装置は反応液(反応物)の撹拌が所望される種々の反応生成物の製造において有用である。特に、油相と水相とで構成されるような二相系(不均一反応系)や、多相(例えば2相)の化学物質から構成される反応系において、従来の撹拌機を用いる場合よりも効果的に反応生成物を得ることができる。例えば二相系の例としては、脂肪酸エステルを製造するためのエステル交換反応が挙げられる。 For example, when the liquid dispersion apparatus of the present invention is used as a reaction apparatus, the apparatus is useful in the production of various reaction products in which stirring of the reaction liquid (reactant) is desired. In particular, when using a conventional stirrer in a two-phase system (heterogeneous reaction system) such as an oil phase and an aqueous phase, or a reaction system consisting of multi-phase (e.g. two-phase) chemical substances. The reaction product can be obtained more effectively than the conventional method. For example, two-phase systems include transesterification reactions to produce fatty acid esters.
本考案において、散液デバイスを構成する散液部材の吸液部分が鉛直方向に延びており、装着された回転軸よって吸液部分は比較的小さい回転半径で回転することができる。一方、吐出部分は所定の角度で傾斜しているため、内部の流路を通過して処理液は回転に伴う遠心力を利用して容易に外部に排出できる。その結果、本考案の散液デバイスは処理液内でより少ないエネルギーで回転できるとともに、効率良く処理液の排出、すなわち処理液の混合や撹拌、反応、蒸発、蒸留などの各種操作を行うことができる。 In the present invention, the liquid-absorbing portion of the liquid-sprinkling member constituting the liquid-sprinkling device extends in the vertical direction, and the liquid-absorbing portion can be rotated with a relatively small rotation radius by the attached rotating shaft. On the other hand, since the discharge portion is inclined at a predetermined angle, the processing liquid can pass through the internal flow path and be easily discharged to the outside by utilizing the centrifugal force accompanying the rotation. As a result, the liquid dispersion device of the present invention can rotate within the processing liquid with less energy, and can efficiently discharge the processing liquid, that is, perform various operations such as mixing, stirring, reaction, evaporation, and distillation of the processing liquid. can.
(反応生成物の製造方法)
次に、本考案の散液デバイスが組み込まれた散液装置を用いて所定の反応生成物を製造する方法について説明する。
(Method for producing reaction product)
Next, a method for producing a predetermined reaction product using a dispersion apparatus incorporating the dispersion device of the present invention will be described.
この製造方法では、上記散液デバイスが組み込まれた散液装置内で処理液を循環させることにより撹拌が行われる。ここで、本明細書において、用語「循環による撹拌」とは、対象となる液体(例えば反応液)に対して、水平方向の回転を加えることによる撹拌と、上記散液装置を用いる場合のように、鉛直方向の当該液体の移動かつ循環を通じて当該液体全体の混ぜ返し(またはミキシング)との両方を包含していう。 In this manufacturing method, stirring is performed by circulating the treatment liquid within a dispersion apparatus incorporating the above-mentioned dispersion device. Here, in this specification, the term "agitation by circulation" refers to agitation by applying rotation in the horizontal direction to a target liquid (for example, a reaction liquid), and agitation by applying rotation in the horizontal direction to a target liquid (for example, a reaction liquid), as well as agitation when using the above-mentioned liquid dispersion device. This includes both vertical movement of the liquid and mixing of the entire liquid through circulation.
用いられる処理液は、無機または有機系の液体媒体を含有し、一般に撹拌機等による撹拌を通じて化学反応を進行させかつ制御され得るものである。例えば処理液は不均一系の反応液である。例えば、油相および水相から構成されている反応液は、上記循環による撹拌を通じて、反応液の乳化を向上かつ促進することができる点で有用である。 The processing liquid used contains an inorganic or organic liquid medium, and generally allows the chemical reaction to proceed and be controlled by stirring with a stirrer or the like. For example, the processing liquid is a heterogeneous reaction liquid. For example, a reaction solution composed of an oil phase and an aqueous phase is useful in that emulsification of the reaction solution can be improved and promoted through stirring by the above-mentioned circulation.
処理液が不均一系の反応液である場合、当該処理液には、例えば原料油脂と、液体酵素と、炭素数1から8を有するアルコール、および水が含有されている。 When the treatment liquid is a heterogeneous reaction liquid, the treatment liquid contains, for example, raw material fats and oils, a liquid enzyme, an alcohol having 1 to 8 carbon atoms, and water.
原料油脂は、例えばバイオディーゼル燃料用の脂肪酸エステルの製造において使用され得る油脂である。原料油脂は、予め精製された油脂、または不純物を含む未精製油脂のいずれであってもよい。原料油脂の例としては、食用油脂およびその廃食用油脂、原油、および他の廃棄物系油脂、ならびにそれらの組合せが挙げられる。食用油脂およびその廃食用油脂の例としては、植物油脂、動物油脂、魚油、微生物生産油脂、およびこれらの廃油、ならびにこれらの混合物(混合油脂)が挙げられる。植物油脂の例としては、必ずしも限定されないが、大豆油、菜種油、パーム油、およびオリーブ油が挙げられる。動物油脂の例としては、必ずしも限定されないが、牛脂、豚脂、鶏脂、鯨油、および羊脂が挙げられる。魚油としては、必ずしも限定されないが、イワシ油、マグロ油、およびイカ油が挙げられる。微生物生産油脂の例としては、必ずしも限定されないが、モルティエレラ属(Mortierella)またはシゾキトリウム属(Schizochytrium)などの微生物によって生産される油脂が挙げられる。 The raw material oil is an oil that can be used, for example, in the production of fatty acid ester for biodiesel fuel. The raw material fat may be either a previously refined fat or oil or an unrefined fat containing impurities. Examples of feedstock fats and oils include edible fats and their waste edible fats, crude oil, and other waste-based fats and oils, and combinations thereof. Examples of edible fats and fats and their waste edible fats include vegetable oils, animal fats, fish oils, microbially produced fats and oils, these waste oils, and mixtures thereof (mixed fats and oils). Examples of vegetable oils include, but are not necessarily limited to, soybean oil, rapeseed oil, palm oil, and olive oil. Examples of animal fats and oils include, but are not necessarily limited to, beef tallow, pork fat, chicken fat, whale oil, and mutton fat. Fish oils include, but are not necessarily limited to, sardine oil, tuna oil, and squid oil. Examples of microbially produced fats and oils include, but are not necessarily limited to, fats and oils produced by microorganisms such as Mortierella or Schizochytrium.
原油は、例えば、従来の食用油脂の搾油工程から得られる未精製または未加工の油脂であり、例えば、リン脂質および/またはタンパク質などのガム状不純物、遊離脂肪酸、色素、微量金属および他の炭化水素系の油可溶性不純物、ならびにこれらの組合せを含有し得る。原油に含まれる当該不純物の含有量は特に限定されない。 Crude oil is an unrefined or unprocessed fat obtained, for example, from a conventional edible oil extraction process, free of gummy impurities such as phospholipids and/or proteins, free fatty acids, pigments, trace metals and other chars. It may contain hydrogen-based oil-soluble impurities, as well as combinations thereof. The content of the impurity contained in crude oil is not particularly limited.
廃棄物系油脂としては、例えば、食品油脂の製造過程で生じる粗油をアルカリの存在下で精製することにより得られる油滓、熱処理油、プレス油、および圧延油、ならびにこれらの組合せが挙げられる。 Examples of waste oils and fats include soapstock, heat-treated oil, press oil, and rolling oil obtained by refining crude oil produced in the process of producing food oils and fats in the presence of an alkali, and combinations thereof. .
原料油脂は、油脂本来の性質を阻害しない範囲において任意の量の水分を含有していてもよい。さらに、原料油脂は、別途脂肪酸エステルの生成反応において使用した溶液中に残存する未反応の油脂を用いてもよい。 The raw material oil or fat may contain any amount of water within a range that does not impede the inherent properties of the oil or fat. Furthermore, as the raw material oil or fat, unreacted oil or fat remaining in a solution used in a separate fatty acid ester production reaction may be used.
液体酵素としては、脂肪酸エステルの生成反応に使用され得る任意の酵素触媒のうち、室温において液体の性状を有するものが挙げられる。液体酵素の例としては、リパーゼ、クチナーゼ、およびそれらの組合せが挙げられる。ここで、本明細書中に用いられる用語「リパーゼ」とは、グリセリド(アシルグリセロールともいう)に作用して、当該グリセリドをグリセリンまたは部分グリセリドと脂肪酸とに分解する能力を有し、かつ直鎖低級アルコールの存在下ではエステル交換により脂肪酸エステルを生成する能力を有する酵素を言う。 Examples of liquid enzymes include those that have liquid properties at room temperature among any enzyme catalysts that can be used in the fatty acid ester production reaction. Examples of liquid enzymes include lipase, cutinase, and combinations thereof. Here, the term "lipase" as used herein refers to a linear enzyme that has the ability to act on glycerides (also referred to as acylglycerols) and decompose the glycerides into glycerin or partial glycerides and fatty acids, and An enzyme that has the ability to generate fatty acid esters by transesterification in the presence of lower alcohols.
リパーゼは1,3-特異的であっても、非特異的であってもよい。脂肪酸の直鎖低級アルコールエステルを製造することができるという点においては、当該リパーゼは、非特異的であることが好ましい。リパーゼの例としては、リゾムコール属(リゾムコール・ミーハエ(Rhizomucor miehei))、ムコール属、アスペルギルス属、リゾプス属、ペニシリウム属などに属する糸状菌に由来するリパーゼ;キャンディダ属(カンジダ・アンタルシティカ(Candida antarcitica),カンジダ・ルゴサ(Candida rugosa),カンジダ・シリンドラセア(Candida cylindracea))、ピヒア(Pichia)などに属する酵母に由来するリパーゼ;シュードモナス属、セラチア属などに属する細菌に由来するリパーゼ;および豚膵臓などの動物に由来するリパーゼが挙げられる。液体リパーゼは、例えば、これらの微生物が産生したリパーゼを含む該微生物の培養液を濃縮かつ精製することによって、あるいは粉末化したリパーゼを水に溶解することによって得ることができる。市販の液体リパーゼもまた用いられ得る。 Lipases can be 1,3-specific or non-specific. The lipase is preferably non-specific in that it can produce linear lower alcohol esters of fatty acids. Examples of lipases include lipases derived from filamentous fungi belonging to the genus Rhizomucor (Rhizomucor miehei), Mucor, Aspergillus, Rhizopus, Penicillium, etc.; lipase derived from yeast belonging to the genus Pseudomonas, Candida rugosa, Candida cylindracea, Pichia, etc.; lipase derived from bacteria belonging to the genus Pseudomonas, Serratia, etc.; and porcine pancreas Examples include lipases derived from animals such as. Liquid lipase can be obtained, for example, by concentrating and purifying a culture solution of these microorganisms containing lipase produced by these microorganisms, or by dissolving powdered lipase in water. Commercially available liquid lipases may also be used.
上記液体酵素の使用量は、例えば、原料油脂の種類および/または量によって変動するため必ずしも限定されないが、使用する原料油脂100質量部に対し、好ましくは0.1質量部~50質量部、好ましくは0.2質量部~30質量部である。液体酵素の使用量が0.1質量部を下回ると、効果的なエステル交換反応を触媒することができず、所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率を低下させるおそれがある。液体酵素の使用量が50質量部を上回ると、もはやエステル交換反応を通じて得られる所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率に変化が見られず、むしろ製造効率を低下させるおそれがある。 The amount of the liquid enzyme used is not necessarily limited, as it varies depending on the type and/or amount of the raw material fat, for example, but is preferably 0.1 parts by mass to 50 parts by mass, preferably 0.1 parts by mass to 100 parts by mass of raw material fats and oils used. is 0.2 parts by mass to 30 parts by mass. If the amount of the liquid enzyme used is less than 0.1 part by mass, it may not be possible to catalyze the transesterification reaction effectively, which may reduce the yield and/or yield of the desired fatty acid ester. When the amount of liquid enzyme used exceeds 50 parts by mass, no change is observed in the yield and/or yield of the desired fatty acid ester obtained through the transesterification reaction, and there is a possibility that the production efficiency may be reduced.
アルコールは、直鎖または分岐鎖の低級アルコール(例えば、炭素数1~8のアルコール、好ましくは炭素数1~4のアルコール)である。直鎖の低級アルコールが好ましい。直鎖の低級アルコールの例としては、必ずしも限定されないが、メタノール、エタノール、n-プロパノール、およびn-ブタノール、ならびにこれらの組合せが挙げられる。 The alcohol is a linear or branched lower alcohol (for example, an alcohol having 1 to 8 carbon atoms, preferably an alcohol having 1 to 4 carbon atoms). Straight chain lower alcohols are preferred. Examples of straight chain lower alcohols include, but are not necessarily limited to, methanol, ethanol, n-propanol, and n-butanol, and combinations thereof.
上記アルコールの使用量は、例えば、使用する原料油脂の種類および/または量によって変動するため必ずしも限定されないが、原料油脂100質量部に対し、好ましくは5質量部~100質量部、好ましくは10質量部~30質量部である。アルコールの使用量が5質量部を下回ると、効果的なエステル交換反応を行うことができず、所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率を低下させるおそれがある。アルコールの使用量が100質量部を上回ると、もはやエステル交換反応を通じて得られる所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率に変化が見られず、むしろ製造効率を低下させるおそれがある。 The amount of the alcohol used is not necessarily limited as it varies depending on the type and/or amount of the raw material fat or oil, for example, but is preferably 5 parts by mass to 100 parts by mass, preferably 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the raw material fat or oil. parts to 30 parts by mass. If the amount of alcohol used is less than 5 parts by mass, an effective transesterification reaction cannot be carried out, and there is a possibility that the yield and/or yield of the desired fatty acid ester may be reduced. When the amount of alcohol used exceeds 100 parts by mass, there is no longer any change in the yield and/or yield of the desired fatty acid ester obtained through the transesterification reaction, and there is a possibility that the production efficiency may be reduced.
用いられる水は、蒸留水、イオン交換水、水道水、純水のいずれであってもよい。当該水の使用量は、例えば、使用する原料油脂の種類および/または量によって変動するため必ずしも限定されないが、原料油脂100質量部に対し、好ましくは0.1質量部~50質量部、好ましくは2質量部~30質量部である。水の使用量が0.1質量部を下回ると、反応系内に形成される水層の量が不足し、上記原料油脂、液体酵素およびアルコールによる効果的なエステル交換反応を行うことができず、所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率を低下させるおそれがある。水の使用量が50質量部を上回ると、もはやエステル交換反応を通じて得られる所望の脂肪酸エステルの収量および/または収率に変化が見られず、むしろ製造効率を低下させるおそれがある。 The water used may be distilled water, ion exchange water, tap water, or pure water. The amount of water to be used is not necessarily limited as it varies depending on the type and/or amount of the raw material fat and oil, for example, but is preferably 0.1 parts by mass to 50 parts by mass, preferably 0.1 parts by mass to 100 parts by mass of raw material fats and oils. The amount is 2 parts by mass to 30 parts by mass. If the amount of water used is less than 0.1 part by mass, the amount of water layer formed in the reaction system will be insufficient, making it impossible to carry out an effective transesterification reaction using the raw material oil, liquid enzyme, and alcohol. , the yield and/or yield of the desired fatty acid ester may be reduced. When the amount of water used exceeds 50 parts by mass, there is no longer any change in the yield and/or yield of the desired fatty acid ester obtained through the transesterification reaction, and there is a possibility that the production efficiency may be reduced.
この方法では、上記処理液に対して所定の電解質が添加されていてもよい。電解質を構成するアニオンとしては、必ずしも限定されないが、例えば、炭酸水素イオン、炭酸イオン、塩化物イオン、水酸化物イオン、クエン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオン、およびリン酸イオンならびにこれらの組合せが挙げられる。電解質を構成するカチオンとしては、例えば、アルカリ金属イオン、およびアルカリ土類金属イオンならびにそれらの組合せが挙げられ、より具体的な例としては、ナトリウムイオン、カリウムイオン、およびカルシウムイオン、ならびにそれらの組合せが挙げられる。電解質の例としては、炭酸水素ナトリウム(重曹)、炭酸ナトリウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、クエン酸三ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、塩化ナトリウム、およびリン酸三ナトリウム、ならびにそれらの組合せが好ましい。汎用性に富み、入手が容易である等の理由から、炭酸水素ナトリウム(重曹)がより好ましい。 In this method, a predetermined electrolyte may be added to the treatment liquid. Anions constituting the electrolyte include, but are not necessarily limited to, bicarbonate ions, carbonate ions, chloride ions, hydroxide ions, citrate ions, hydrogen phosphate ions, dihydrogen phosphate ions, and phosphate ions. and combinations thereof. Examples of cations constituting the electrolyte include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and combinations thereof; more specific examples include sodium ions, potassium ions, calcium ions, and combinations thereof. can be mentioned. Examples of electrolytes include sodium bicarbonate (baking soda), sodium carbonate, calcium chloride, calcium hydroxide, trisodium citrate, sodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate, sodium chloride, and trisodium phosphate; A combination of these is preferred. Sodium hydrogen carbonate (baking soda) is more preferred because it is highly versatile and easily available.
上記原料油脂、触媒、およびアルコール、および水は、例えば図9に示す散液装置200の処理槽110に処理液供給口112を通じて同時または任意の順序で添加され、油相116aおよび水相116bで構成される処理液116が構成される。その後、回転軸121の回転を通じて散液デバイス100の流液部材120,120’を処理槽110内で回転させることにより、上述の通り、流液部材120,120’から処理液116が吸液され、吸液された処理液は吸液部分122,122’および吐出部分123,123’内の各流路を通じて上方に移動し、流液部材120,120’の吐出口125,125’から吐出される。このような処理液116の移動によって処理液116の撹拌が促され、反応生成物である脂肪酸エステルの生成が行われる。処理槽110内に付される温度は、必ずしも限定されないが、例えば、5℃~80℃、好ましくは15℃~80℃、より好ましくは25℃~50℃である。
The raw material oil, catalyst, alcohol, and water are added simultaneously or in any order to the
なお、散液装置200内の回転軸の回転は必ずしも高速(例えば、600rpm以上)で行われなくてもよい。例えば、低速(例えば、80rpm以上300rpm未満)または中速(例えば、300rpm以上600rpm未満)に設定されてもよい。さらに、反応時間は、使用する原料油脂、触媒、アルコール、および水の各量によって変動するため、必ずしも限定されず、任意の時間が当業者によって設定され得る。
Note that the rotation shaft in the
反応の終了後、生成物および反応残渣は散液装置200の処理槽110から取り出され、例えば、当業者に周知の手段を用いて脂肪酸エステルを含む層と、副生成物グリセリンを含む層とに分離される。その後、脂肪酸エステルを含む層はさらに、必要に応じて当業者に周知の方法を用いて脂肪酸エステルが単離かつ精製され得る。
After completion of the reaction, the products and reaction residues are taken out from the
上記のようにして得られた脂肪酸エステルは、例えばバイオディーゼル燃料またはその構成成分として使用され得る。 The fatty acid ester obtained as described above can be used, for example, as a biodiesel fuel or a component thereof.
100,100a,100b,100c,100d,100e,100f 散液デバイス
109 底部
110 処理槽
111 内壁
112 処理液供給口
114 生成物等出口
115 バルブ
116 処理液
116a 油相
116b 水相
120,120’,120a,120’a,120b,120’b,120c,120’c,120d,120’d,120e,120’e,120f,120’f 流液部材
121 回転軸
122,122’,122a,122b,122’b,122c,122’c,122e,122’e,122f,122’f 吸液部分
123,123’, 123b,123’b,123c,123’c,123e,123’e 吐出部分
124,124’,124b,134’b,124c,124’c,124d,124’d,124e, 124f,124’f 吸液口
125,125’,125” 吐出口
128 液面
140 モータ
200,300,500a,600,700a,700b,700c,700d,700e,700f 散液装置
310,400a,400b 邪魔板
610 ジャケット
612 ジャケット入口
614 ジャケット出口
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f
Claims (7)
該流液部材が、
該回転軸に沿って延びかつ下端に吸液口を有する、複数の筒状の吸液部分と、
一端が該吸液部分の上端と連通し、そして他端に吐出口を備えかつ該吸液部分に対して傾斜して延びる、少なくとも1つの吐出部分とを備え、
該吸液部分が、該回転軸の軸方向と略平行に延びる一直線上の管であり、該回転軸に沿って密集して設けられている、散液デバイス。 A liquid dispersion device comprising at least one liquid flow member attachable to a rotating shaft,
The liquid flow member is
a plurality of cylindrical liquid suction portions extending along the rotation axis and having a liquid suction port at the lower end;
at least one discharge portion, one end communicating with the upper end of the liquid suction portion, the other end having a discharge port, and extending obliquely with respect to the liquid suction portion;
A liquid dispersion device, wherein the liquid absorbing portion is a linear tube extending substantially parallel to the axial direction of the rotating shaft, and is densely provided along the rotating shaft.
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