JP3367677B2 - 濃ガスおよび多孔膜を使用して流体から溶質を抽出する方法および装置 - Google Patents
濃ガスおよび多孔膜を使用して流体から溶質を抽出する方法および装置Info
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- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
- Medicines Containing Plant Substances (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は流体の抽出に係わり、特に少なくとも一つの
流体が濃ガスである場合の中空繊維膜モジュールを使用
した溶質の抽出に関する。
流体が濃ガスである場合の中空繊維膜モジュールを使用
した溶質の抽出に関する。
発明の背景
溶質を抽出する一つの方法は、伝統的に、抽出塔内に
パッキングのような接触装置を使用して行われる平衡を
基本とした液体−液体式抽出処理である。この抽出法の
一つの例がシュルツ氏の米国特許第3477856号に記載さ
れている。この米国特許第3477856号は、香味含有材料
から香味を分離する処理法を教示しており、この処理に
は抽出塔を使用して液体二酸化炭素で香味を抽出する段
階を伴う。この典型的な差において、水溶液は抽出塔の
頂部に導入される。同時に、液体CO2が抽出塔の下方位
置から流入する。濃度が相違するために、水溶液は抽出
塔内を下方向へ移動する一方、液体CO2は上方向へ移動
して、液体CO2が有機溶質とともに溶液を形成する。こ
の液体CO2−香味の状態相はその後抽出容器の頂部から
回転部材へ移動され、有機溶質は二酸化炭素を蒸発させ
ることで分離される。
パッキングのような接触装置を使用して行われる平衡を
基本とした液体−液体式抽出処理である。この抽出法の
一つの例がシュルツ氏の米国特許第3477856号に記載さ
れている。この米国特許第3477856号は、香味含有材料
から香味を分離する処理法を教示しており、この処理に
は抽出塔を使用して液体二酸化炭素で香味を抽出する段
階を伴う。この典型的な差において、水溶液は抽出塔の
頂部に導入される。同時に、液体CO2が抽出塔の下方位
置から流入する。濃度が相違するために、水溶液は抽出
塔内を下方向へ移動する一方、液体CO2は上方向へ移動
して、液体CO2が有機溶質とともに溶液を形成する。こ
の液体CO2−香味の状態相はその後抽出容器の頂部から
回転部材へ移動され、有機溶質は二酸化炭素を蒸発させ
ることで分離される。
従来の平衡を基本とした抽出における制限の一つは、
装置が分散を基本とする重力依存のものである理由か
ら、異なる濃度の溶液を使用しなければならないことで
ある。従来の液体−液体式抽出法における他の制限は、
安定した乳濁液すなわちエマルジョンが形成される可能
性（潜在性）であり、エマルジョンが生じた場合には抽
出は行われない。さらに、抽出器の内部の接触表面積が
チャネリング（channeling）によって減少されることに
なる。２つの状態相が互いに分散し合うとき、それらの
状態相は抽出塔の内部に最小抵抗の通路を形成してその
通路に沿って移動を生じることになり易い。パッキング
が緊密でないと、２つの状態相の分散、したがって物質
移動効率、は損われることになる。
装置が分散を基本とする重力依存のものである理由か
ら、異なる濃度の溶液を使用しなければならないことで
ある。従来の液体−液体式抽出法における他の制限は、
安定した乳濁液すなわちエマルジョンが形成される可能
性（潜在性）であり、エマルジョンが生じた場合には抽
出は行われない。さらに、抽出器の内部の接触表面積が
チャネリング（channeling）によって減少されることに
なる。２つの状態相が互いに分散し合うとき、それらの
状態相は抽出塔の内部に最小抵抗の通路を形成してその
通路に沿って移動を生じることになり易い。パッキング
が緊密でないと、２つの状態相の分散、したがって物質
移動効率、は損われることになる。
液体−液体式抽出法における他のさらに最新の開発さ
れた方法は、微孔性中空繊維膜を使用している。この膜
抽出器では、多数の繊維が互いにパックされて繊維束を
形成し、この繊維束が外側シェルの内部に収容される。
典型的に、一つの液体が繊維の管腔を通って移動され、
他方の液体は繊維のシェルの側面に沿って移動されて、
溶質移動は多孔性繊維膜を横断して行われる。この膜抽
出は分散自由な作用であるから、この装置は状態相の間
に濃度差を必要としない。さらに、エマルジョンが形成
される可能性は減少される。何故なら、膜が２つの状態
相の間の境界面を安定化させるからである。セイベルト
氏他の「商業規模の膜抽出器の水力学および物質移動効
率」、分離の科学および技術（セパレーション・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー）（Separation Science
and Technology）、28（１−３）、第343〜359頁（1
993）。
れた方法は、微孔性中空繊維膜を使用している。この膜
抽出器では、多数の繊維が互いにパックされて繊維束を
形成し、この繊維束が外側シェルの内部に収容される。
典型的に、一つの液体が繊維の管腔を通って移動され、
他方の液体は繊維のシェルの側面に沿って移動されて、
溶質移動は多孔性繊維膜を横断して行われる。この膜抽
出は分散自由な作用であるから、この装置は状態相の間
に濃度差を必要としない。さらに、エマルジョンが形成
される可能性は減少される。何故なら、膜が２つの状態
相の間の境界面を安定化させるからである。セイベルト
氏他の「商業規模の膜抽出器の水力学および物質移動効
率」、分離の科学および技術（セパレーション・サイエ
ンス・アンド・テクノロジー）（Separation Science
and Technology）、28（１−３）、第343〜359頁（1
993）。
しかしながら、中空繊維膜モジュールを使用して遂行
される抽出は、成功に限界のあることを見出した。これ
らのモジュールの物質移動効率は、重大なシェル側の繊
維バイパス流れに大いに原因して、予想されるよりも低
い。このシェル側の繊維バイパス流れとは、モジュール
における繊維のかなりの部分をシェル側流体がバイパス
する現象である。この結果、全繊維の表面積の一部分だ
けが使用されることになり、モジュールを比較的に低い
効率となす。この現象は膜表面積の70％〜90％ほどを無
効にすることになる。
される抽出は、成功に限界のあることを見出した。これ
らのモジュールの物質移動効率は、重大なシェル側の繊
維バイパス流れに大いに原因して、予想されるよりも低
い。このシェル側の繊維バイパス流れとは、モジュール
における繊維のかなりの部分をシェル側流体がバイパス
する現象である。この結果、全繊維の表面積の一部分だ
けが使用されることになり、モジュールを比較的に低い
効率となす。この現象は膜表面積の70％〜90％ほどを無
効にすることになる。
幾つかのモジュールは、シェル側の流体をさらに良好
に膜表面積と接触させるように矯正するバッフルをモジ
ュール内部に形成することによって、このバイパス流れ
の問題点を軽減するように試みてきた。しかしながら、
この技術はシェル側の繊維バイパス流れを解決すること
はできず、モジュールに製造費を加算することにもなっ
ている。それ故に、多孔性の中空繊維膜を使用して溶質
を流体から抽出する方法および装置であって、シェル側
の繊維バイパス流れが減少され、物質移動効率を向上さ
れた抽出方法および装置を得ることが望ましい。
に膜表面積と接触させるように矯正するバッフルをモジ
ュール内部に形成することによって、このバイパス流れ
の問題点を軽減するように試みてきた。しかしながら、
この技術はシェル側の繊維バイパス流れを解決すること
はできず、モジュールに製造費を加算することにもなっ
ている。それ故に、多孔性の中空繊維膜を使用して溶質
を流体から抽出する方法および装置であって、シェル側
の繊維バイパス流れが減少され、物質移動効率を向上さ
れた抽出方法および装置を得ることが望ましい。
上述した技術の背景および一般的な技術状態に鑑み
て、溶質を抽出するための方法および装置に改良の必要
性がある。
て、溶質を抽出するための方法および装置に改良の必要
性がある。
発明の概要
本発明は、流体または濃ガスから溶質を抽出する方
法、およびこの本発明の方法を実施する装置に関する。
この方法は、加圧されたモジュール内に反対両面を配し
た多孔性膜を使用し、この膜は溶質に対して選択性がな
く、流体および濃ガスの間の境界隔膜として作用する。
濃ガスは膜の片側にてモジュールに導入され、流体は膜
の反対側に導入される。流体および濃ガスの少なくとも
一方は抽出すべき溶質を含有し、他方は抽出媒体として
作用する。濃ガスは少なくとも約0.5g/ccの濃度を有
し、流体に対して本質的に非混和性で２つの状態相を形
成する。処理は、モジュール内の膜の両側の圧力が本質
的に同じ状態で行われ、また溶質は、流体および濃ガス
の間の溶質の濃度勾配によって駆動されるように、膜を
横断して抽出される。望まれるならば、この方法は、膜
の反対側に流体を与える段階に先立って、濃ガスで膜を
乾燥させる段階も含むことができる。
法、およびこの本発明の方法を実施する装置に関する。
この方法は、加圧されたモジュール内に反対両面を配し
た多孔性膜を使用し、この膜は溶質に対して選択性がな
く、流体および濃ガスの間の境界隔膜として作用する。
濃ガスは膜の片側にてモジュールに導入され、流体は膜
の反対側に導入される。流体および濃ガスの少なくとも
一方は抽出すべき溶質を含有し、他方は抽出媒体として
作用する。濃ガスは少なくとも約0.5g/ccの濃度を有
し、流体に対して本質的に非混和性で２つの状態相を形
成する。処理は、モジュール内の膜の両側の圧力が本質
的に同じ状態で行われ、また溶質は、流体および濃ガス
の間の溶質の濃度勾配によって駆動されるように、膜を
横断して抽出される。望まれるならば、この方法は、膜
の反対側に流体を与える段階に先立って、濃ガスで膜を
乾燥させる段階も含むことができる。
濃ガスおよび流体は膜の両側で移動されることが好ま
しく、濃ガスおよび流体が膜の両側で反対方向へ（向流
状態で）移動されることが特に好ましい。静的装置は速
やかに平衡状態に達する一方、流体および濃ガスの移動
は時間の経過にわたって濃度勾配を保持するのであり、
向流流れはこの勾配を改善する。
しく、濃ガスおよび流体が膜の両側で反対方向へ（向流
状態で）移動されることが特に好ましい。静的装置は速
やかに平衡状態に達する一方、流体および濃ガスの移動
は時間の経過にわたって濃度勾配を保持するのであり、
向流流れはこの勾配を改善する。
濃ガスは多数の異なるガスの中から選択することがで
きるが、二酸化炭素が好ましい。安価且つ入手が容易で
あることに加えて、二酸化炭素は無毒、不炎性、および
比較的に不活性であり、抽出生成物に残留しない。他の
濃ガスの例として、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ン、イソブタン、エテン、プロペン、テトラフルオロメ
タン、クロロジフルオロメタン、一二酸化窒素、サルフ
ァーヘキサフルオライド、アンモニア、塩化メチル、お
よびハイドロフルオロカーボンが含まれる。ハイドロフ
ルオロカーボンは、フルオロメタン、トリフルオロメタ
ン、テトラフルオロメタン（一般にHFC−134aとして知
られている）、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパ
ン（一般にP227として知られている）、HFC−143aおよ
びHFC−125、およびそれらの混合物のような、部分的に
弗素結合（fluorinated）されたメタン、エタンおよび
プロパンが含まれる。
きるが、二酸化炭素が好ましい。安価且つ入手が容易で
あることに加えて、二酸化炭素は無毒、不炎性、および
比較的に不活性であり、抽出生成物に残留しない。他の
濃ガスの例として、メタン、エタン、プロパン、ブタ
ン、イソブタン、エテン、プロペン、テトラフルオロメ
タン、クロロジフルオロメタン、一二酸化窒素、サルフ
ァーヘキサフルオライド、アンモニア、塩化メチル、お
よびハイドロフルオロカーボンが含まれる。ハイドロフ
ルオロカーボンは、フルオロメタン、トリフルオロメタ
ン、テトラフルオロメタン（一般にHFC−134aとして知
られている）、1,1,1,2,3,3,3−ヘプタフルオロプロパ
ン（一般にP227として知られている）、HFC−143aおよ
びHFC−125、およびそれらの混合物のような、部分的に
弗素結合（fluorinated）されたメタン、エタンおよび
プロパンが含まれる。
流体はいずれかの数の異なる流体、例えば果物ジュー
ス、果物プューレ、野菜ジュース、野菜プューレ、水に
オイルを混ぜ合せたエマルジョン、生体細胞発酵肉汁
（live cell fermentor broth）および発酵肉汁（enzym
e broth）とされ得る。望まれるならば、流体は少なく
とも約0.5g/ccの濃度を有する第２の濃ガスとされるこ
とができる。抽出すべき溶質は、流体および濃ガスの両
方に幾分かの溶解度を有する溶質とされ、典型的には香
味、芳香、医薬、またはキレート化金属（chelated met
al）である。
ス、果物プューレ、野菜ジュース、野菜プューレ、水に
オイルを混ぜ合せたエマルジョン、生体細胞発酵肉汁
（live cell fermentor broth）および発酵肉汁（enzym
e broth）とされ得る。望まれるならば、流体は少なく
とも約0.5g/ccの濃度を有する第２の濃ガスとされるこ
とができる。抽出すべき溶質は、流体および濃ガスの両
方に幾分かの溶解度を有する溶質とされ、典型的には香
味、芳香、医薬、またはキレート化金属（chelated met
al）である。
この方法は、約−10℃〜約200℃の温度範囲、および
水２バール〜約700バールの圧力範囲において実施され
る。この温度範囲は、水に係わる生物系（aqueous biol
ogical systems）の全てを包含し、また圧力範囲は分析
装置および商業規模の装置の両方の作動圧力を包含す
る。
水２バール〜約700バールの圧力範囲において実施され
る。この温度範囲は、水に係わる生物系（aqueous biol
ogical systems）の全てを包含し、また圧力範囲は分析
装置および商業規模の装置の両方の作動圧力を包含す
る。
本発明の基本にしたがって流体または濃ガスから溶質
を抽出する装置は、濃ガス供給源と、流体供給源と、上
述で説明した加圧可能なモジュールとを含み、このモジ
ュールは濃ガス供給源および流体供給源に作動連結され
る。この装置は、濃ガスおよび流体を膜の反対両側に送
る手段、および濃ガスおよび流体がモジュールに導入さ
れる前に濃ガスおよび流体の圧力を実質的に等しくする
手段をさらに含む。望まれるならば、加圧モジュール内
で抽出されるより前に圧力平衡手段において溶質が実質
的に抽出されるのを防止するための手段を、圧力平衡手
段は含むことができる。さらに、この装置は濃ガス、流
体および移動される溶質量を監視する手段、ならびに溶
質を抽出した後にガスおよび流体を濃ガス供給源および
流体供給源へ戻す手段を含むことができる。
を抽出する装置は、濃ガス供給源と、流体供給源と、上
述で説明した加圧可能なモジュールとを含み、このモジ
ュールは濃ガス供給源および流体供給源に作動連結され
る。この装置は、濃ガスおよび流体を膜の反対両側に送
る手段、および濃ガスおよび流体がモジュールに導入さ
れる前に濃ガスおよび流体の圧力を実質的に等しくする
手段をさらに含む。望まれるならば、加圧モジュール内
で抽出されるより前に圧力平衡手段において溶質が実質
的に抽出されるのを防止するための手段を、圧力平衡手
段は含むことができる。さらに、この装置は濃ガス、流
体および移動される溶質量を監視する手段、ならびに溶
質を抽出した後にガスおよび流体を濃ガス供給源および
流体供給源へ戻す手段を含むことができる。
多孔性膜に関しては、この膜は中空繊維膜、またはそ
の束、であるのが好ましい。中空繊維膜の使用は、与え
られたモジュール内の接触面積を大きくできる。望まれ
るならば、他の形式の膜が使用でき、例えば螺旋状に巻
上げられた膜モジュールの形状のフラット膜やプレート
フレームが使用できる。膜自体は、例えばポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
ビニリデンジフルオライド、ナイロン、ポリサルフォネ
ート、ポリカーボネート、ポリエステル、セルロースア
セテート、セルロースニトレート、セルロースおよびア
クリルを含む多数の異なる材料のいずれかで作ることが
できる。
の束、であるのが好ましい。中空繊維膜の使用は、与え
られたモジュール内の接触面積を大きくできる。望まれ
るならば、他の形式の膜が使用でき、例えば螺旋状に巻
上げられた膜モジュールの形状のフラット膜やプレート
フレームが使用できる。膜自体は、例えばポリプロピレ
ン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
ビニリデンジフルオライド、ナイロン、ポリサルフォネ
ート、ポリカーボネート、ポリエステル、セルロースア
セテート、セルロースニトレート、セルロースおよびア
クリルを含む多数の異なる材料のいずれかで作ることが
できる。
孔は本質的に対称的に形成されて、膜がその表面のあ
らゆるピンホール欠陥の影響を最少限にできることが好
ましい。孔の直径は約0.001ミクロン〜約１ミクロンの
桁であるのが好ましく、約0.1ミクロン〜約0.2ミクロン
であるのがさらに好ましい。0.1ミクロン〜0.2ミクロン
の範囲は、孔の対称的構造と組合って流れ特性に最高の
バランスを典型的に与える。膜の厚さは、約0.005mm〜
約3mmの桁であるのが好ましく、約0.2mm〜約0.6mmであ
るのがさらに好ましい。これらの幅は、所望される流れ
特性と組合わされて、膜強度および一体性のますます良
好な釣合を与える。
らゆるピンホール欠陥の影響を最少限にできることが好
ましい。孔の直径は約0.001ミクロン〜約１ミクロンの
桁であるのが好ましく、約0.1ミクロン〜約0.2ミクロン
であるのがさらに好ましい。0.1ミクロン〜0.2ミクロン
の範囲は、孔の対称的構造と組合って流れ特性に最高の
バランスを典型的に与える。膜の厚さは、約0.005mm〜
約3mmの桁であるのが好ましく、約0.2mm〜約0.6mmであ
るのがさらに好ましい。これらの幅は、所望される流れ
特性と組合わされて、膜強度および一体性のますます良
好な釣合を与える。
本発明の方法および装置の利点の一つは、シェル側の
繊維バイパス流れの減少を通じて改良された質量移動効
率にある。伝統的な液体に比べて、濃ガスは一般に小さ
な粘性および大きな拡散係数を有する。これらの特性
は、濃ガスが格段に大きなモジュール内の繊維表面に対
して分散され、浸透するようにして、これにより移動効
率を向上させる。
繊維バイパス流れの減少を通じて改良された質量移動効
率にある。伝統的な液体に比べて、濃ガスは一般に小さ
な粘性および大きな拡散係数を有する。これらの特性
は、濃ガスが格段に大きなモジュール内の繊維表面に対
して分散され、浸透するようにして、これにより移動効
率を向上させる。
他の利点は、流体が導入される前に多孔性膜を濃ガス
が乾燥させ、これにより流体が導入された場合に膜の濡
れる可能性を最少限にして物質移動効率を向上させると
いう、予期しない能力である。
が乾燥させ、これにより流体が導入された場合に膜の濡
れる可能性を最少限にして物質移動効率を向上させると
いう、予期しない能力である。
他の利点は、従来の液体溶媒よりも速い速度で、濃ガ
スをモジュールに通過させることのできる能力である。
流量は移動効率で重要な要因であるが、従来の液体によ
る流量には、悪影響を及ぼす摩擦力と、増大したシェル
側の繊維バイパス流れとのために、制限されている。濃
ガスはモジュール内で僅かしか摩擦力を発生しないか
ら、高速にて通過でき、移動効率を向上させるのであ
る。
スをモジュールに通過させることのできる能力である。
流量は移動効率で重要な要因であるが、従来の液体によ
る流量には、悪影響を及ぼす摩擦力と、増大したシェル
側の繊維バイパス流れとのために、制限されている。濃
ガスはモジュール内で僅かしか摩擦力を発生しないか
ら、高速にて通過でき、移動効率を向上させるのであ
る。
他の利点は、抽出時に膜の孔を濃ガスが占拠し、これ
により抽出が生じる境界層の厚さを減少させ、これによ
り物質移動効率を向上させるという能力である。
により抽出が生じる境界層の厚さを減少させ、これによ
り物質移動効率を向上させるという能力である。
さらに他の利点は、流体がモジュールに導入されて
も、その流体による膜孔の湿潤を濃ガスが妨げることで
ある。それ故に、濃ガスと反対側の膜面側の流体は、濃
ガスを孔から排出させずに高速でモジュールを通過で
き、これにより物質移動効率を向上させる。
も、その流体による膜孔の湿潤を濃ガスが妨げることで
ある。それ故に、濃ガスと反対側の膜面側の流体は、濃
ガスを孔から排出させずに高速でモジュールを通過で
き、これにより物質移動効率を向上させる。
これらおよび他の利点および利益は、以下の図面およ
び説明を参照してさらに理解されよう。
び説明を参照してさらに理解されよう。
図面の簡単な説明
第１図は、濃ガス流れを黒矢印で示し、流体流れを白
矢印で示す、流体から溶質を抽出するための本発明の装
置の好ましい実施例の概略的な流れ系統図。
矢印で示す、流体から溶質を抽出するための本発明の装
置の好ましい実施例の概略的な流れ系統図。
第２図は、第１図の装置の多孔性の中空繊維膜モジュ
ールの、部分的に横断面とした概略斜視図。
ールの、部分的に横断面とした概略斜視図。
第３図は、黒矢印で濃ガス流れを示し、白矢印で流体
流れを示す、他の好ましい実施例の概略的な流れ系統
図。
流れを示す、他の好ましい実施例の概略的な流れ系統
図。
第４図は、濃ガス流れを黒矢印で示し、流体流れを白
矢印で示す、例における実験を実施するのに使用された
装置の概略的な系統図。
矢印で示す、例における実験を実施するのに使用された
装置の概略的な系統図。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の原理により溶質を流体から抽出するための装
置が、第１図に示されている。この装置10は、溶質の抽
出を行う加圧可能なモジュール16に濃ガスおよび流体を
供給するための濃ガス供給源12および流体供給源14を含
んでいる。装置10はＵ字形チューブ分離器18も含んでお
り、この分離器は加圧可能なモジュール16に作動連結さ
れて、抽出溶媒体から抽出された溶質を回収するように
なされている。
置が、第１図に示されている。この装置10は、溶質の抽
出を行う加圧可能なモジュール16に濃ガスおよび流体を
供給するための濃ガス供給源12および流体供給源14を含
んでいる。装置10はＵ字形チューブ分離器18も含んでお
り、この分離器は加圧可能なモジュール16に作動連結さ
れて、抽出溶媒体から抽出された溶質を回収するように
なされている。
濃ガス供給源12はガスタンク20および流量制御ユニッ
ト22を含んでいる。ガスタンク20は70.3kg/cm2（1000プ
サイ）に加圧されたCO2で充満されるタンクのような標
準的なガスタンクである。流量制御ユニット22は圧力、
温度および流量の各制御装置を有するポンプの一体式の
装置であり、ガスを少なくとも約0.5g/ccの濃度を有す
る濃ガスに変換するように、また装置10の残る部分へ流
動する濃ガスのグロス流量制御を行うように適合されて
いる。
ト22を含んでいる。ガスタンク20は70.3kg/cm2（1000プ
サイ）に加圧されたCO2で充満されるタンクのような標
準的なガスタンクである。流量制御ユニット22は圧力、
温度および流量の各制御装置を有するポンプの一体式の
装置であり、ガスを少なくとも約0.5g/ccの濃度を有す
る濃ガスに変換するように、また装置10の残る部分へ流
動する濃ガスのグロス流量制御を行うように適合されて
いる。
流体供給源14は密封可能な開口（図示せず）を有する
加圧可能な貯槽24に収容される。貯槽24は付加的な流体
および（または）溶質を供給するために開口される。こ
の実施例では、加圧可能な貯槽24は濃ガスおよび流体の
圧力を実質的に平衡させる手段としても作用し、また貯
槽24はモジュール16の前に配置されているので、濃ガス
および流体はモジュール16を通過するときは実質的に同
じ圧力となる。加圧可能な貯槽24は、流体と濃ガスとの
間に配置された浮動ダイヤフラム26を含んでいる。この
ダイヤフラム26は貯槽24の内径に近い直径を有してお
り、加圧可能な貯槽24の内部でのあらゆる溶質の抽出が
生じるのを実質的に防止する。溶質は流体および濃ガス
の両方に対して溶解性を有するので、モジュール16で抽
出が行われる前に、加圧可能な貯槽24内の２つの状態相
の境界面を横断して幾分かの抽出が生じ得る。それ故
に、貯槽24内での抽出を実質的に防止するために、浮動
ダイヤフラム26が使用されているのである。
加圧可能な貯槽24に収容される。貯槽24は付加的な流体
および（または）溶質を供給するために開口される。こ
の実施例では、加圧可能な貯槽24は濃ガスおよび流体の
圧力を実質的に平衡させる手段としても作用し、また貯
槽24はモジュール16の前に配置されているので、濃ガス
および流体はモジュール16を通過するときは実質的に同
じ圧力となる。加圧可能な貯槽24は、流体と濃ガスとの
間に配置された浮動ダイヤフラム26を含んでいる。この
ダイヤフラム26は貯槽24の内径に近い直径を有してお
り、加圧可能な貯槽24の内部でのあらゆる溶質の抽出が
生じるのを実質的に防止する。溶質は流体および濃ガス
の両方に対して溶解性を有するので、モジュール16で抽
出が行われる前に、加圧可能な貯槽24内の２つの状態相
の境界面を横断して幾分かの抽出が生じ得る。それ故
に、貯槽24内での抽出を実質的に防止するために、浮動
ダイヤフラム26が使用されているのである。
加圧可能なモジュール16は、第２図に非常に詳細に示
されている。簡単化された形態で示されるモジュール16
は、その内部を長手方向に延在する４つの多孔性中空繊
維膜28の束30を含む。しかしながら、市販用の実施例で
は束30は多くの膜28を含むようになされる。各々の中空
繊維膜28は、モジュール16の反対両側に位置される埋込
み用部材（potting member）31の内部で終端している。
束30はシェル32で囲まれ、各埋込み用部材31はシェル32
のそれぞれの端部に密封されている。シェル32はさらに
ハウジング34に収納され、ブナＮ（Buna Ｎ）のＯ−リ
ング56を使用してシェルをハウジング34内に固定してい
る。
されている。簡単化された形態で示されるモジュール16
は、その内部を長手方向に延在する４つの多孔性中空繊
維膜28の束30を含む。しかしながら、市販用の実施例で
は束30は多くの膜28を含むようになされる。各々の中空
繊維膜28は、モジュール16の反対両側に位置される埋込
み用部材（potting member）31の内部で終端している。
束30はシェル32で囲まれ、各埋込み用部材31はシェル32
のそれぞれの端部に密封されている。シェル32はさらに
ハウジング34に収納され、ブナＮ（Buna Ｎ）のＯ−リ
ング56を使用してシェルをハウジング34内に固定してい
る。
ハウジング34は典型的にステンレス鋼で作られている
が、望まれるならば、この装置圧力で作動可能な他の金
属または材料が使用できる。膜28、埋込み用部材31およ
びシェル32は典型的にポリプロピレンで作られるが、例
えばポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
ビニリデンジフルオライド、ナイロン、ポリサルフォネ
ート、ポリカーボネート、ポリエステル、セルロースア
セテート、セルロースニトレート、セルロースおよびア
クリルのような多くの他の材料のいずれかで作ることも
できる。
が、望まれるならば、この装置圧力で作動可能な他の金
属または材料が使用できる。膜28、埋込み用部材31およ
びシェル32は典型的にポリプロピレンで作られるが、例
えばポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
ビニリデンジフルオライド、ナイロン、ポリサルフォネ
ート、ポリカーボネート、ポリエステル、セルロースア
セテート、セルロースニトレート、セルロースおよびア
クリルのような多くの他の材料のいずれかで作ることも
できる。
膜材料は、疎水性または親水性のいずれが望まれるか
に基づいて選択されることができる。例えば、水の流体
がモジュール16を通過されるならば、疎水性の膜28が望
ましい。疎水性の膜28は水の流体を膜孔から追出し、流
体が孔から濃ガスを排出させることなく高速でモジュー
ル16を通過できるようにさせる。この代りに、オイルや
他の疎水性流体が使用されるばあいには、親水性の膜28
が同じ理由で望まれる。いずれの場合も、質量移動効率
は向上される。
に基づいて選択されることができる。例えば、水の流体
がモジュール16を通過されるならば、疎水性の膜28が望
ましい。疎水性の膜28は水の流体を膜孔から追出し、流
体が孔から濃ガスを排出させることなく高速でモジュー
ル16を通過できるようにさせる。この代りに、オイルや
他の疎水性流体が使用されるばあいには、親水性の膜28
が同じ理由で望まれる。いずれの場合も、質量移動効率
は向上される。
モジュール16は流体入口ポート36および流体出口ポー
ト38を備えており、これらはモジュール16に作動連結さ
れて、流体が多孔性の中空繊維膜28の管腔側44にて流体
がモジュール16を通過するようになされる。モジュール
16はまた濃ガス入口ポート40および濃ガス出口ポート42
を備えており、これらは膜28のシェル側46に作動連結さ
れている。このようにして、抽出は多孔性の中空繊維膜
28を横断して濃度勾配に沿って行われ、溶質は管腔側44
の流体から膜28を横断してシェル側46の濃ガスへ移動す
る。望まれるならば、濃ガス供給ライン48および流体供
給ライン50、ならびに濃ガスおよび流体の出口ライン5
2,54は、流体がモジュール16を通ってシェル側46を流
れ、濃ガスが管腔側44を通って流れるように、モジュー
ル16に連結されることができる。望まれるならば、加圧
可能なモジュールは、ロビンソン氏の米国特許第501558
5号の構造技術および原理によって作られることができ
るのであり、この特許は参照することで本明細書に組入
れられる。
ト38を備えており、これらはモジュール16に作動連結さ
れて、流体が多孔性の中空繊維膜28の管腔側44にて流体
がモジュール16を通過するようになされる。モジュール
16はまた濃ガス入口ポート40および濃ガス出口ポート42
を備えており、これらは膜28のシェル側46に作動連結さ
れている。このようにして、抽出は多孔性の中空繊維膜
28を横断して濃度勾配に沿って行われ、溶質は管腔側44
の流体から膜28を横断してシェル側46の濃ガスへ移動す
る。望まれるならば、濃ガス供給ライン48および流体供
給ライン50、ならびに濃ガスおよび流体の出口ライン5
2,54は、流体がモジュール16を通ってシェル側46を流
れ、濃ガスが管腔側44を通って流れるように、モジュー
ル16に連結されることができる。望まれるならば、加圧
可能なモジュールは、ロビンソン氏の米国特許第501558
5号の構造技術および原理によって作られることができ
るのであり、この特許は参照することで本明細書に組入
れられる。
Ｕ字形チューブ分離器18は濃ガス出口ライン52を経て
濃ガス出口ポート42に連結される。溶質を含有する濃ガ
スが分離器18を通過するとき、ガスは膨張され、抽出さ
れた溶質が分離器18で回収される。望まれるならば、こ
の装置は溶質が濃ガスから流体へ抽出されるように構成
できる。この場合、生成物回収ユニットが流体出口ライ
ン54を経て流体出口ポート38に連結されて、上流などの
多くの周知の分離技術を使用することで、溶質が流体か
ら回収できるようにされる。
濃ガス出口ポート42に連結される。溶質を含有する濃ガ
スが分離器18を通過するとき、ガスは膨張され、抽出さ
れた溶質が分離器18で回収される。望まれるならば、こ
の装置は溶質が濃ガスから流体へ抽出されるように構成
できる。この場合、生成物回収ユニットが流体出口ライ
ン54を経て流体出口ポート38に連結されて、上流などの
多くの周知の分離技術を使用することで、溶質が流体か
ら回収できるようにされる。
第１図に示された抽出装置は、同様に他の要素を含ん
でいる。流体ポンプ70が流体供給ライン50に配置され、
加圧可能なモジュール16を通して流体を積極的に送るの
に使用される。さらに、ポンプ70は各種の流量に設定さ
れ、これにより使用者は、新しい流体がモジュール16を
通過される流量を制御するようになされることができ
る。装置10は、モジュール16を通過される前および後の
流体および濃ガスを制御する幾つかの流量制御装置を含
む。濃ガス入口バルブ72は濃ガス供給ライン48に対する
濃ガスの導入量を制御し、また加圧可能な貯槽24の底部
に備えられた流体入口バルブ74は流体供給源14からの流
体流量を制御する。装置10を通る濃ガスの流れもまた、
濃ガス出口ポート42とＵ字形チューブ分離器18との間の
濃ガス出口ライン52に沿って配置された濃ガス流量制御
バルブ76で制御される。
でいる。流体ポンプ70が流体供給ライン50に配置され、
加圧可能なモジュール16を通して流体を積極的に送るの
に使用される。さらに、ポンプ70は各種の流量に設定さ
れ、これにより使用者は、新しい流体がモジュール16を
通過される流量を制御するようになされることができ
る。装置10は、モジュール16を通過される前および後の
流体および濃ガスを制御する幾つかの流量制御装置を含
む。濃ガス入口バルブ72は濃ガス供給ライン48に対する
濃ガスの導入量を制御し、また加圧可能な貯槽24の底部
に備えられた流体入口バルブ74は流体供給源14からの流
体流量を制御する。装置10を通る濃ガスの流れもまた、
濃ガス出口ポート42とＵ字形チューブ分離器18との間の
濃ガス出口ライン52に沿って配置された濃ガス流量制御
バルブ76で制御される。
この装置10は流体および濃ガスの流量を監視する幾つ
かの監視装置を含む。流体サンプルバルブ78および濃ガ
スサンプルバルブ80は、使用者が選択的にモジュール16
をバイパスさせることを可能にし、抽出せずに流体およ
び（または）濃ガスを装置10の残る部分に通して給送す
る。流体および濃ガスが装置10を通って流れる流量を測
定するために、装置10は流体流量計82および濃ガス流量
計86を含んでいる。装置10はまた、装置10を通して流れ
る流体および濃ガスの全体積を測定するために流体積算
器84および濃ガス積算器88も含んでいる。
かの監視装置を含む。流体サンプルバルブ78および濃ガ
スサンプルバルブ80は、使用者が選択的にモジュール16
をバイパスさせることを可能にし、抽出せずに流体およ
び（または）濃ガスを装置10の残る部分に通して給送す
る。流体および濃ガスが装置10を通って流れる流量を測
定するために、装置10は流体流量計82および濃ガス流量
計86を含んでいる。装置10はまた、装置10を通して流れ
る流体および濃ガスの全体積を測定するために流体積算
器84および濃ガス積算器88も含んでいる。
溶質の抽出は、光吸収検出器90を使用して測定され
る。検出器90は多位置バルブ96により濃ガスおよび流体
の出口ライン52,54に連結されて、使用者が濃ガスまた
は流体のサンプルを選択的に検出器90に通して流すこと
ができるようにしている。さらに、キャリヤ流体ポンプ
94がキャリヤ流体をキャリヤ流体ライン92および多位置
バルブ96に通して検出器90へ圧送する。キャリヤ流体は
検出器90により測定される濃ガスまたは流体を希釈する
必要のあるときに使用され、このキャリヤ流体は紫外線
を吸収することのない、また流体および濃ガスの溶媒の
両方を分解できるものでなければならない。例えば、メ
タノールは水および濃縮CO2が使用される場合の適当な
キャリヤ流体である。
る。検出器90は多位置バルブ96により濃ガスおよび流体
の出口ライン52,54に連結されて、使用者が濃ガスまた
は流体のサンプルを選択的に検出器90に通して流すこと
ができるようにしている。さらに、キャリヤ流体ポンプ
94がキャリヤ流体をキャリヤ流体ライン92および多位置
バルブ96に通して検出器90へ圧送する。キャリヤ流体は
検出器90により測定される濃ガスまたは流体を希釈する
必要のあるときに使用され、このキャリヤ流体は紫外線
を吸収することのない、また流体および濃ガスの溶媒の
両方を分解できるものでなければならない。例えば、メ
タノールは水および濃縮CO2が使用される場合の適当な
キャリヤ流体である。
光吸収検出器90にサンプル採取されなかった流体は、
多位置バルブ96を経て流体戻りライン98へ移動して加圧
可能な貯槽24へ戻される。一方、サンプル採取されなか
った濃ガスは、濃ガス出口ライン52に連結されている濃
ガス体積膨張ユニット100を通った後、大気圧にて大気
中へ排出される。望まれるならば、装置10は濃ガス出口
ライン52から流量制御ユニット22へガスをリサイクルさ
せて、再加圧およびガス戻りライン（図示せず）を経て
再使用するように適合できる。
多位置バルブ96を経て流体戻りライン98へ移動して加圧
可能な貯槽24へ戻される。一方、サンプル採取されなか
った濃ガスは、濃ガス出口ライン52に連結されている濃
ガス体積膨張ユニット100を通った後、大気圧にて大気
中へ排出される。望まれるならば、装置10は濃ガス出口
ライン52から流量制御ユニット22へガスをリサイクルさ
せて、再加圧およびガス戻りライン（図示せず）を経て
再使用するように適合できる。
さらに、装置10は濃ガス供給ライン48および流体出口
ライン54に連結された圧力保持ライン102を有してい
る。このライン102は一方向チェックバルブ104を有し、
また装置10の圧力を保持する付加的手段を与える。流体
出口ライン54の一方向チェックバルブ106もまた圧力の
安定化を助ける。さらに、質量流量センサー112および
熱交換器110がモジュール16に通じる流体供給ライン50
に沿って備えられる。
ライン54に連結された圧力保持ライン102を有してい
る。このライン102は一方向チェックバルブ104を有し、
また装置10の圧力を保持する付加的手段を与える。流体
出口ライン54の一方向チェックバルブ106もまた圧力の
安定化を助ける。さらに、質量流量センサー112および
熱交換器110がモジュール16に通じる流体供給ライン50
に沿って備えられる。
作動において、抽出すべき溶質を含有する流体が加圧
可能な貯槽24の内部に配置された後、この貯槽は密封さ
れる。中空繊維膜28が乾燥され、装置10は濃ガス入口バ
ルブ72をゆっくりと開いて加圧されるのであり、濃ガス
流量制御バルブ76はこの始動時期には閉じられている。
この加圧段階の後に、中空繊維モジュール16の管腔側44
およびシェル側46の両方が選択された処理圧力の濃ガス
を含む。濃ガスはまた加圧可能な貯槽24の上部空間を充
満し、これにより装置10内の濃ガスおよび流体の圧力を
平衡化させる。
可能な貯槽24の内部に配置された後、この貯槽は密封さ
れる。中空繊維膜28が乾燥され、装置10は濃ガス入口バ
ルブ72をゆっくりと開いて加圧されるのであり、濃ガス
流量制御バルブ76はこの始動時期には閉じられている。
この加圧段階の後に、中空繊維モジュール16の管腔側44
およびシェル側46の両方が選択された処理圧力の濃ガス
を含む。濃ガスはまた加圧可能な貯槽24の上部空間を充
満し、これにより装置10内の濃ガスおよび流体の圧力を
平衡化させる。
次ぎに、流体は流体入口バルブ74を開き、ポンプ70の
所望されるストローク設定を選択して、モジュール16内
に圧送される。同時に、濃ガス流量制御バルブ76は開か
れて、濃ガス流量計86に示されるように所望される濃ガ
ス流量を与える。
所望されるストローク設定を選択して、モジュール16内
に圧送される。同時に、濃ガス流量制御バルブ76は開か
れて、濃ガス流量計86に示されるように所望される濃ガ
ス流量を与える。
この点で、流体は多孔性の中空繊維膜28の片側にてモ
ジュール16を通過し、濃ガスは該膜28の反対側にて対向
する流れとしてモジュール16を通過する。流体は管腔側
44を流れる一方、濃ガスはシェル側46を流れるのが好ま
しい。しかしながら、これらは様々な供給ラインおよび
出口ラインの配置を逆転させることで逆転することがで
きる。モジュール16内で、溶質の抽出は濃度勾配によっ
て駆動される。加圧可能な貯槽24は濃ガスと流体との間
の圧力を実質的に平衡化させるので、膜28を横断する圧
力差は最少限となる。
ジュール16を通過し、濃ガスは該膜28の反対側にて対向
する流れとしてモジュール16を通過する。流体は管腔側
44を流れる一方、濃ガスはシェル側46を流れるのが好ま
しい。しかしながら、これらは様々な供給ラインおよび
出口ラインの配置を逆転させることで逆転することがで
きる。モジュール16内で、溶質の抽出は濃度勾配によっ
て駆動される。加圧可能な貯槽24は濃ガスと流体との間
の圧力を実質的に平衡化させるので、膜28を横断する圧
力差は最少限となる。
第１図に示されるように、溶質を含有する濃ガスは、
濃ガス出口ポート42を通して濃ガス出口ライン52に流入
する。濃ガスは引続き多位置バルブ96および濃ガス流量
制御バルブ76を通過してＵ字形チューブ分離器18に至
り、そこで溶質はガスから回収され、ガスは大気中に排
出される。一方、溶質を除去された流体は流体出口ポー
ト38を通して流体出口ライン54に流入し、流体サンプル
バルブ78および多位置バルブ96を通過する。この流体は
その後流体戻りライン98を経て加圧可能な貯槽24へ流動
して戻される。使用者は、濃ガスまたは流体のサンプル
を光吸収検出器90に通過させることで、抽出された溶質
を測定できる。望まれるならば、装置は溶質が濃ガスか
ら流体へ抽出されるように構成できる。この場合、蒸留
質などの生成物の回収ユニットは流体出口ライン54に配
置され、溶質が流体から回収できるようにされる。
濃ガス出口ポート42を通して濃ガス出口ライン52に流入
する。濃ガスは引続き多位置バルブ96および濃ガス流量
制御バルブ76を通過してＵ字形チューブ分離器18に至
り、そこで溶質はガスから回収され、ガスは大気中に排
出される。一方、溶質を除去された流体は流体出口ポー
ト38を通して流体出口ライン54に流入し、流体サンプル
バルブ78および多位置バルブ96を通過する。この流体は
その後流体戻りライン98を経て加圧可能な貯槽24へ流動
して戻される。使用者は、濃ガスまたは流体のサンプル
を光吸収検出器90に通過させることで、抽出された溶質
を測定できる。望まれるならば、装置は溶質が濃ガスか
ら流体へ抽出されるように構成できる。この場合、蒸留
質などの生成物の回収ユニットは流体出口ライン54に配
置され、溶質が流体から回収できるようにされる。
本発明の原理による多の好ましい実施例は、第３図に
全体的に示されている。この実施例は連続装置であり、
濃ガスはモジュールを通過された後装置へ戻されてリサ
イクルされる。この代替実施例は、僅かに異なるが第１
図の装置と原理的に同じである。主な相違点は、溶質回
収ユニット120からガス流量制御ユニット22へガスを運
ぶガス戻りライン126が追加されていることであり、ガ
ス流量制御ユニット22においてガスは装置での連続的な
使用のために濃ガスへ再変換される。さらに、流体供給
源14は圧力平衡化部材から分離されている。この流体供
給源は密封可能な充填ポート（図示せず）を有してお
り、また流体に圧力を加える流体流量制御ユニットに連
結される。加圧された流体および濃ガスはそれぞれの流
量制御ユニット118,22から流体供給ライン50および濃ガ
ス供給ライン48へ流入され、そこでのそれぞれの圧力は
この２つの供給ラインに連結されている圧力均衡チャン
バ122により実質的に均衡化される。チャンバ122は第１
図のダイヤフラムと同様な浮動ダイヤフラム26を有す
る。しかしながら第１図の装置10とは相違して、この実
施例は流体ポンプ70を有していない。さらに、流体流量
制御バルブ124は、使用者が流体出口ライン54から抽出
された流体ライン98および抽出流体集合器128へ流れる
流量を制御できるようにする。望まれるならば、この実
施例は上述した様々な制御装置および監視装置を含むこ
とができる。
全体的に示されている。この実施例は連続装置であり、
濃ガスはモジュールを通過された後装置へ戻されてリサ
イクルされる。この代替実施例は、僅かに異なるが第１
図の装置と原理的に同じである。主な相違点は、溶質回
収ユニット120からガス流量制御ユニット22へガスを運
ぶガス戻りライン126が追加されていることであり、ガ
ス流量制御ユニット22においてガスは装置での連続的な
使用のために濃ガスへ再変換される。さらに、流体供給
源14は圧力平衡化部材から分離されている。この流体供
給源は密封可能な充填ポート（図示せず）を有してお
り、また流体に圧力を加える流体流量制御ユニットに連
結される。加圧された流体および濃ガスはそれぞれの流
量制御ユニット118,22から流体供給ライン50および濃ガ
ス供給ライン48へ流入され、そこでのそれぞれの圧力は
この２つの供給ラインに連結されている圧力均衡チャン
バ122により実質的に均衡化される。チャンバ122は第１
図のダイヤフラムと同様な浮動ダイヤフラム26を有す
る。しかしながら第１図の装置10とは相違して、この実
施例は流体ポンプ70を有していない。さらに、流体流量
制御バルブ124は、使用者が流体出口ライン54から抽出
された流体ライン98および抽出流体集合器128へ流れる
流量を制御できるようにする。望まれるならば、この実
施例は上述した様々な制御装置および監視装置を含むこ
とができる。
例
この例は、本発明の方法および装置の原理により、濃
縮CO2を抽出媒体として使用した、水からのカフェイン
の抽出を示している。この例に使用した抽出装置は第４
図に示されており、上述した第１図に示される装置の単
純な変形例である。
縮CO2を抽出媒体として使用した、水からのカフェイン
の抽出を示している。この例に使用した抽出装置は第４
図に示されており、上述した第１図に示される装置の単
純な変形例である。
抽出は、70.3kg/cm2（1000プサイ）の圧力にてCO2を
含有する標準的なガスタンクと、300ccの加圧可能な貯
槽24とを使用して実施された。ポンプ70は、サファイヤ
プランジャーを備え、100％ストローク設定において7.5
cc/分の流量を有するLDCブランドの容積式可変ストロー
クポンプであった。貯槽24に使用された材料はNo.316の
ステンレス鋼であり、各種要素を連結するチューブは3.
18mm（1/8インチ）のステンレス鋼であった。
含有する標準的なガスタンクと、300ccの加圧可能な貯
槽24とを使用して実施された。ポンプ70は、サファイヤ
プランジャーを備え、100％ストローク設定において7.5
cc/分の流量を有するLDCブランドの容積式可変ストロー
クポンプであった。貯槽24に使用された材料はNo.316の
ステンレス鋼であり、各種要素を連結するチューブは3.
18mm（1/8インチ）のステンレス鋼であった。
例で使用された加圧可能なモジュール16は、ポリプロ
ピレンおよびステンレス鋼で構成された。ポリプロピレ
ンは多孔性の中空繊維膜28、シェル32および埋込みよう
部材31に使用された。シェルを囲むハウジングは、壁厚
が2.77mm（0.109インチ）であるNo.316ステンレス鋼製
の25.4mm（１インチ）チューブで作られ、シェルはこの
ハウジング内部にブナＮ（Buna Ｎ）のＯ−リング56を
使用して固定された。
ピレンおよびステンレス鋼で構成された。ポリプロピレ
ンは多孔性の中空繊維膜28、シェル32および埋込みよう
部材31に使用された。シェルを囲むハウジングは、壁厚
が2.77mm（0.109インチ）であるNo.316ステンレス鋼製
の25.4mm（１インチ）チューブで作られ、シェルはこの
ハウジング内部にブナＮ（Buna Ｎ）のＯ−リング56を
使用して固定された。
ポリプロピレン製シェル32は406.4mm（16インチ）の
長さおよび2.22mm（0.7/8インチ）の外径を有してい
た。このモジュールは３つの多孔性の中空繊維膜28を収
容しており、各膜は406.4mm（16インチ）の長さを有し
ていた。さらに、各膜は0.6mmの内径、1.0mmの外径、0.
2μｍの孔径、および75％の多孔率を有していた。３つ
の膜28で与えられる全表面積は40cm2であった。モジュ
ールの滞留容積は液体に関して0.33mlで、濃縮CO2に関
しては5.1mlであった。流量計86はロータメーターで、
積算器88は通常の流量積算／乾燥試験メーターであっ
た。
長さおよび2.22mm（0.7/8インチ）の外径を有してい
た。このモジュールは３つの多孔性の中空繊維膜28を収
容しており、各膜は406.4mm（16インチ）の長さを有し
ていた。さらに、各膜は0.6mmの内径、1.0mmの外径、0.
2μｍの孔径、および75％の多孔率を有していた。３つ
の膜28で与えられる全表面積は40cm2であった。モジュ
ールの滞留容積は液体に関して0.33mlで、濃縮CO2に関
しては5.1mlであった。流量計86はロータメーターで、
積算器88は通常の流量積算／乾燥試験メーターであっ
た。
この例に使用された装置は、僅かな付加的要素も含ん
でいた。濃ガス供給ライン48は加湿器134を有し、導入
される濃ガスを水で飽和させるようになされていた。加
湿器134は3mmのガラスビードおよび15ccの水を装填され
た100ccのシリンダであった。濃ガス出口ライン52は加
熱膨張バルブ130を含み、これがＵ字形分離器18に流入
する前の濃ガスを暖めた。流体出口ライン54は、流体サ
ンプル採取バルブ136を備えた流体サンプルライン138を
含み、使用者がモジュール16を通過した後の流体のサン
プルを抜出すことができるようにされた。さらに、流体
戻りライン98が一方向チェックバルブ132を含んでい
た。
でいた。濃ガス供給ライン48は加湿器134を有し、導入
される濃ガスを水で飽和させるようになされていた。加
湿器134は3mmのガラスビードおよび15ccの水を装填され
た100ccのシリンダであった。濃ガス出口ライン52は加
熱膨張バルブ130を含み、これがＵ字形分離器18に流入
する前の濃ガスを暖めた。流体出口ライン54は、流体サ
ンプル採取バルブ136を備えた流体サンプルライン138を
含み、使用者がモジュール16を通過した後の流体のサン
プルを抜出すことができるようにされた。さらに、流体
戻りライン98が一方向チェックバルブ132を含んでい
た。
10回の実験運転が、第４図に示される装置を使用して
行われた。各運転は特定圧力および温度で設定時間にわ
たり行われ、特別なCO2の流量および水溶液（水に溶け
たカフェイン）の流量は第１表に示される通りである。
各運転に関して、１重量％ほどのカフェイン含有蒸留水
の150gが加圧可能な貯槽24に封入された。膨張バルブ13
0が「オフ」位置とされた状態で、濃ガス入口バルブ72
をゆっくりと開いて装置全体が加圧された。装置を加圧
した後、モジュール16における管腔側44およびシェル側
46の両方とも実験圧力の濃縮CO2を収容した。この濃縮C
O2は加圧可能な貯槽24の上部空間も充満し、これにより
濃縮CO2および水溶液の圧力が実質的に均衡された。
行われた。各運転は特定圧力および温度で設定時間にわ
たり行われ、特別なCO2の流量および水溶液（水に溶け
たカフェイン）の流量は第１表に示される通りである。
各運転に関して、１重量％ほどのカフェイン含有蒸留水
の150gが加圧可能な貯槽24に封入された。膨張バルブ13
0が「オフ」位置とされた状態で、濃ガス入口バルブ72
をゆっくりと開いて装置全体が加圧された。装置を加圧
した後、モジュール16における管腔側44およびシェル側
46の両方とも実験圧力の濃縮CO2を収容した。この濃縮C
O2は加圧可能な貯槽24の上部空間も充満し、これにより
濃縮CO2および水溶液の圧力が実質的に均衡された。
時刻ゼロに流体ポンプ70が30％または100％のストロ
ーク設定を用いて始動され、これは第１表に示される2.
25cc/分または7.5cc/分に相当している。同時に、加熱
膨張バルブ130を開いて、流量計86に示されるように選
択されたCO2の流量を与えるようになされた。選定され
た抽出時間（第１表に示されている）の終りに、濃ガス
および流体が停止された。使用されたCO2の全量は或る
大気温度で積算器88にリットルで表示された。この体積
は第１表に表示するためにCO2のグラム数に変換され
た。
ーク設定を用いて始動され、これは第１表に示される2.
25cc/分または7.5cc/分に相当している。同時に、加熱
膨張バルブ130を開いて、流量計86に示されるように選
択されたCO2の流量を与えるようになされた。選定され
た抽出時間（第１表に示されている）の終りに、濃ガス
および流体が停止された。使用されたCO2の全量は或る
大気温度で積算器88にリットルで表示された。この体積
は第１表に表示するためにCO2のグラム数に変換され
た。
全ての実験において温度は大気温度であり、それ故に
CO2は臨界未満であった。しかしながら、使用された圧
力、すなわち98.5、211および281kg/cm2（1400、3000お
よび4000プサイ）では、それぞれ約0.8、0.9および0.95
g/ccの密度を有していた。８、９および10回目の実験で
は、濃縮CO2は加湿器134を通過されると0.1〜0.2％のH2
Oで飽和した。
CO2は臨界未満であった。しかしながら、使用された圧
力、すなわち98.5、211および281kg/cm2（1400、3000お
よび4000プサイ）では、それぞれ約0.8、0.9および0.95
g/ccの密度を有していた。８、９および10回目の実験で
は、濃縮CO2は加湿器134を通過されると0.1〜0.2％のH2
Oで飽和した。
Ｕ字形分離器18において回収された材料は、水にカフ
ェインが溶けた濃縮溶液であった。分離器18はアセトン
で洗浄され、加熱膨張バルブ130に残留するアセトン洗
浄液と合わされた。皿上で蒸発させた後、カフェイン結
晶が0.1mgまで計量された。各実験で回収されたカフェ
インは第１表に示されている。
ェインが溶けた濃縮溶液であった。分離器18はアセトン
で洗浄され、加熱膨張バルブ130に残留するアセトン洗
浄液と合わされた。皿上で蒸発させた後、カフェイン結
晶が0.1mgまで計量された。各実験で回収されたカフェ
インは第１表に示されている。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(73)特許権者 999999999
マーク シムズ エス．エフ．イー.
アメリカ合衆国94710 カリフォルニア
州，バークレイ，グレイソン ストリー
ト 1012，スウィート エイ
(73)特許権者 999999999
ロビンソン，ジェームズ，アール.
アメリカ合衆国94550 カリフォルニア
州，リバーモアー，ダイアー ロード
3326
(73)特許権者 999999999
シムズ，マーク，ジェイ.
アメリカ合衆国94795 カリフォルニア
州，バークレイ，ザ プラザ ドライブ
80
(72)発明者 ロビンソン，ジェームズ，アール.
アメリカ合衆国94550 カリフォルニア
州，リバーモアー，ダイアー ロード
3326
(72)発明者 シムズ，マーク，ジェイ.
アメリカ合衆国94795 カリフォルニア
州，バークレイ，ザ プラザ ドライブ
80
(56)参考文献 特表 平10−501733（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01D 53/22
Claims (32)
- 【請求項１】加圧されたモジュール（16）内に反対両面
を配して、２種の流体の間の境界隔膜として作用する膜
（28）を準備する段階と、一方の流体を膜（28）の片側
（44,46）にてモジュール（16）に導入し、他方の流体
をその反対側（46,44）に導入する段階とを含み、少な
くとも一方の流体は抽出すべき溶質を含有しており、他
方の流体は抽出媒体として作用し、モジュール（16）内
の膜（28）の両側の圧力は本質的に等しくなされてお
り、また流体間の溶質の濃度勾配によって駆動されるよ
うに膜を横断して溶質を抽出する段階を含む流体から溶
質を抽出する方法において、膜（28）は多孔性で溶質に
対して非選択性であり、また一方の流体は濃ガスで、該
濃ガスは少なくとも約0.5g/ccの濃度を有し、流体およ
び濃ガスは互いに本質的に非混和性で２つの状態相を形
成するようになすことを特徴とする抽出方法。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載された方法であっ
て、膜の反対側（46,44）に流体を与える段階の前に、
濃ガスで膜（28）を乾燥させる段階を含む抽出方法。 - 【請求項３】請求の範囲第１項または第２項に記載され
た方法であって、濃ガスおよび流体が膜（28）の反対両
側（44,46）で反対方向へ（向流状態で）移動される抽
出方法。 - 【請求項４】請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
か一項に記載された方法であって、流体が果物ジュー
ル、果物プューレ、野菜ジュース、野菜プューレ、水に
オイルを混合したエマルジョン、生体細胞発酵肉汁（li
ve cell fermentor broth）および発酵肉汁（enzyme br
oth）からなる群から選ばれた抽出方法。 - 【請求項５】請求の範囲第１項から第３項までのいずれ
か一項に記載された方法であって、流体が少なくとも約
0.5g/ccの濃度を有する第２の濃ガスである抽出方法。 - 【請求項６】請求の範囲第１項から第５項までのいずれ
か一項に記載された方法であって、溶質が香味、芳香、
医薬、またはキレート化金属（chelated metal）である
抽出方法。 - 【請求項７】請求の範囲第１項から第６項までのいずれ
か一項に記載された方法であって、処理が約−10℃〜約
200℃の温度範囲において実施される抽出方法。 - 【請求項８】請求の範囲第１項から第７項までのいずれ
か一項に記載された方法であって、処理が約２×105Pa
（２バール）〜約７×107Pa（700バール）の圧力範囲に
おいて実施される抽出方法。 - 【請求項９】請求の範囲第１項に記載された方法であっ
て、溶質が香味または芳香で、膜（28）が香味または芳
香に対して非選択性であり、また濃ガスがCO2であり、
膜の反対両側（44,46）にて反対方向へ流体および濃縮C
O2が移動され、流体および濃縮CO2の少なくとも一方が
抽出する香味または芳香を含有し、他方は抽出媒体とし
て作用する抽出方法。 - 【請求項１０】２つの流体の供給源（12,14）と、膜（2
8）を収容した加圧可能なモジュール（16）とを含み、
モジュールは流体供給源（12,14）と作動連結されて各
流体を膜のそれぞれの側（44,46）に受入れるようにな
されており、膜（28）は流体の間の境界隔壁として作用
し、少なくとも一方の流体は流体間の溶質の濃度勾配に
よって抽出する溶質を含有し、他方の流体は抽出媒体と
して作用しており、また前記抽出した溶質を回収する手
段（18）を含んでいる流体から溶質を抽出する装置にお
いて、膜（28）は多孔性で溶質に対して非選択性であ
り、また一方の供給源（12,14）が少なくとも約0.5g/cc
の濃度を有する濃ガス供給源（12）であることを特徴と
する抽出装置。 - 【請求項１１】請求の範囲第10項に記載された装置（1
0）であって、膜（28）の反対両側（44,46）で濃ガスお
よび流体を移動させる手段（36,38,40,42）を含む抽出
装置。 - 【請求項１２】請求の範囲第11項に記載された装置（1
0）であって、移動させる手段（36,38,40,42）が膜（2
8）の反対両側（44,46）で濃ガスおよび流体を反対方向
へ（向流状態で）移動させるようになされている抽出装
置。 - 【請求項１３】請求の範囲第10項から第12項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、濃ガスおよ
び流体がモジュール（16）に導入される前に濃ガスおよ
び流体の圧力を実質的に均衡させる手段（24）を含む抽
出装置。 - 【請求項１４】請求の範囲第13項に記載された装置（1
0）であって、均衡させる手段（24）がモジュール（1
6）内で抽出が行われる前に、圧力均衡手段内で溶質が
抽出されるのを実質的に防止する手段（26）を含む抽出
装置。 - 【請求項１５】請求の範囲第14項に記載された装置（1
0）であって、抽出防止手段が浮動ダイヤフラム（26）
である抽出装置。 - 【請求項１６】請求の範囲第10項から第15項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、濃ガスおよ
び流体の流量を制御する手段（22,24,70,72,74,76）を
さらに含む抽出装置。 - 【請求項１７】請求の範囲10項から第16項までのいずれ
か一項に記載された装置（10）であって、濃ガスおよび
流体を監視し、溶質移動量を監視する手段をさらに含む
抽出装置。 - 【請求項１８】請求の範囲10項から第17項までのいずれ
か一項に記載された装置（10）であって、溶質を抽出し
た後、濃ガスおよび流体をそれぞれの供給源（12,14）
へ戻す手段（98）をさらに含む抽出装置。 - 【請求項１９】請求の範囲第10項から第18項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、濃ガスがメ
タン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、エテ
ン、プロペン、ハイドロフルオロカーボン、テトラフル
オロメタン、クロロジフルオロメタン、二酸化炭素、一
二酸化窒素、サルファーヘキサフルオライド、アンモニ
アおよび塩化メチルよりなる群から選ばれた抽出装置。 - 【請求項２０】請求の範囲第19項に記載された装置（1
0）であって、ハイドロフルオロカーボンが部分的に弗
素結合（fluorinated）されたメタン、エタンおよびプ
ロパンからなる群から選ばれた抽出装置。 - 【請求項２１】請求の範囲第10項から第20項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、多孔性膜
（28）が中空繊維膜である抽出装置。 - 【請求項２２】請求の範囲第10項から第21項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、膜（28）が
ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエ
チレン、ポリビニリデンジフルオライド、ナイロン、ポ
リサルフォネート、ポリカーボネート、ポリエステル、
セルロースアセテート、セルロースニトレート、セルロ
ースおよびアクリルを含んでなる群から選ばれた材料で
作られている抽出装置。 - 【請求項２３】請求の範囲第10項から第22項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、膜（28）の
孔径が約0.001μｍ〜約１μｍであり、膜（28）の厚さ
が約0.005mm〜約3mmである抽出装置。 - 【請求項２４】請求の範囲第23項に記載された装置（1
0）であって、膜（28）の孔径が約0.1μｍ〜約0.2μｍ
であり、膜（28）の厚さが約0.2mm〜約0.6mmである抽出
装置。 - 【請求項２５】請求の範囲第10項から第24項までのいず
れか一項に記載された装置（10）であって、膜（28）の
孔が本質的に対称である抽出装置。 - 【請求項２６】請求の範囲第１項から第８項までのいず
れか一項に記載された方法であって、濃ガスがメタン、
エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、エテン、プロ
ペン、ハイドロフルオロカーボン、テトラフルオロメタ
ン、クロロジフルオロメタン、二酸化炭素、一二酸化窒
素、サルファーヘキサフルオライド、アンモニアおよび
塩化メチルよりなる群から選ばれた抽出方法。 - 【請求項２７】請求の範囲第26項に記載された方法であ
って、ハイドロフルオロカーボンが部分的に弗素結合
（fluorinated）されたメタン、エタンおよびプロパン
からなる群から選ばれた抽出方法。 - 【請求項２８】請求の範囲第１項から第９項までのいず
れか一項、または第26項または第27項に記載された方法
であって、多孔性膜（28）が中空繊維膜である抽出方
法。 - 【請求項２９】請求の範囲第１項から第９項までのいず
れか一項、第26項から第28項までのいずれか一項に記載
された方法であって、膜（28）がポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデ
ンジフルオライド、ナイロン、ポリサルフォネート、ポ
リカーボネート、ポリエステル、セルロースアセテー
ト、セルロースニトレート、セルロースおよびアクリル
を含んでなる群から選ばれた材料で作られている抽出方
法。 - 【請求項３０】請求の範囲第１項から第９項までのいず
れか一項、または第26項から第29項までのいずれか一項
に記載された方法であって、膜（28）の孔径が約0.001
μｍ〜約１μｍであり、膜（28）の厚さが約0.005mm〜
約3mmである抽出方法。 - 【請求項３１】請求の範囲第30項に記載された方法であ
って、膜（28）の孔径が約0.1μｍ〜約0.2μｍであり、
膜（28）の厚さが約0.2mm〜約0.6mmである抽出方法。 - 【請求項３２】請求の範囲第１項から第９項までのいず
れか一項、または第26項から第31項までのいずれか一項
に記載された方法であって、膜（28）の孔が本質的に対
称である抽出方法。
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