JP5246907B2 - 溶液の分離方法とこの方法に使用される分離装置 - Google Patents

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Description

本発明は、２種以上の物質を含む混合物から目的物質の濃度の高い高濃度な溶液を分離し、あるいは溶液に含まれる目的物質を分離する方法と装置に関し、とくに、バイオマスアルコール、酒、酒原料等のアルコール溶液から、さらに高濃度のアルコールを分離し、あるいは石油から目的物質の濃度の高い溶液を分離するのに最適な方法と装置に関する。
近年、ガソリンにアルコールを添加する燃料が使用されることから、アルコール濃度を高くする技術が切望されている。アルコールは、コーン等の有機物を発酵させて安価に製造できる。ただ、この方法で製造さるバイオマスアルコールは濃度が低いので、水を分離して高濃度に処理する必要がある。アルコールから水を分離して高濃度にするために、蒸留による方法が使用される。ただ、この方法は、エネルギー消費が大きくなる欠点がある。アルコールを高濃度に処理するために多量のエネルギーを消費すると、これをガソリンに添加して燃焼させても、トータルではガソリン消費を節約できなくなる。
本発明者は、少ないエネルギー消費で、アルコール濃度を高くする分離装置を開発した。（特許文献１参照）
特開２００１−３１４７２４号公報
この分離装置は、アルコール溶液を閉鎖構造の霧化室に充填し、この霧化室のアルコール溶液を超音波振動子で超音波振動させてミストに霧化し、霧化されたミストを凝集させて回収して高濃度のアルコール溶液を分離する。この分離装置が目的物質として高濃度のアルコールを分離できるのは、以下の動作による。
アルコールは水よりも溶液の表面に移行しやすく、表面の溶液はアルコールの濃度が高くなっている。この状態で超音波振動させると、高濃度なアルコールが超音波振動のエネルギーで空気中にミストとなって微細な粒子で放出される。空気中に放出されたミストはアルコール濃度が高くなっている。アルコール濃度の高い表面の溶液がミストとなりやすいからである。また、アルコールが水よりも気化しやすいことも、ミストのアルコール濃度を高くする。それは、アルコール水溶液のミストからアルコールが水よりも多く気化して、搬送気体に含まれるアルコール濃度を高くするからである。したがって、搬送気体に含まれる霧化されたミストと、ミストから気化された成分、すなわちミスト成分を搬送気体から回収すると、高濃度のアルコール溶液が分離される。この方法は、溶液を加熱しないで高濃度のアルコール溶液を分離できる。このため、少ないエネルギー消費で高濃度に目的物質を分離できる。また、加熱しないので目的物質を変質させることなく分離できる特長もある。
ただ、以上の分離装置は、アルコール水溶液の濃度を極めて高く、たとえば９０％以上の高濃度にできない欠点がある。このため、たとえばアルコール濃度を９０％以上の高濃度とするためには、何回も繰り返して分離装置でアルコール水溶液を分離して濃度を高くする必要がある。しかしながら、何回も繰り返し分離すると、トータルのエネルギー消費が大きくなる欠点がある。
本発明は、この欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、１回の処理で極めて高濃度の溶液が得られる溶液の分離方法と装置とを提供することにある。
本発明の溶液の分離方法は、溶液を搬送気体中にミストに霧化して、霧化されたミストを含む搬送気体を回収部３に移送し、回収部３において、霧化されたミスト成分から特定の目的物質を分離して回収する。溶液の分離方法は、搬送気体に含まれるミストを凝集して回収した後、搬送気体を介して、ミスト成分を分子ふるい作用のある分子ふるい吸着剤４に接触させて、ミスト成分に含まれる吸着成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させてミスト成分から吸着成分を分離する吸着工程と、吸着工程で吸着成分の分離された搬送気体に含まれるミスト成分から、分子ふるい吸着剤４に吸着されない非吸着成分を分離する分離工程とで、搬送気体から目的物質を分離する。
本発明の溶液の分離方法は、溶液を超音波振動させて搬送気体中にミストに霧化することができる。また、本発明の溶液の分離方法は、溶液を噴霧ノズル１５から噴霧して搬送気体中にミストに霧化することができる。
本発明の溶液の分離方法は、分子ふるい吸着剤４として、合成ゼオライトのモレキュラーシーブを使用することができる。
本発明の溶液の分離方法は、溶液をアルコール水溶液とし、分離される目的物質を溶液よりも高濃度のアルコールとして、分子ふるい吸着剤４でミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着し、分子ふるい吸着剤４に吸着されない非吸着成分を目的物質のアルコールとすることができる。この分離方法は、吸着工程では、吸着成分の水を吸着してミスト成分から分離し、分離工程では水の分離されたミスト成分から非吸着成分の目的物質であるアルコールを分離することができる。
本発明の溶液の分離方法は、吸着工程で吸着成分を分離されたミスト成分に含まれる非吸着成分を、分離工程において非吸着成分を吸着する第２の吸着剤７に吸着させて搬送気体から分離する。
本発明の溶液の分離方法は、搬送気体を冷却部１９で冷却した後、分子ふるい吸着剤４に接触させて、吸着成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させることができる。
本発明の溶液の分離装置は、溶液を搬送気体中に霧化する霧化室１と、この霧化室１の搬送気体中に溶液をミストに霧化する霧化機構２と、霧化機構２で霧化されて搬送気体で移送されるミスト成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させて搬送気体から分離する回収部３とを備える。回収部３は、吸着回収部５と分離回収部６とを備える。吸着回収部５は、搬送気体に含まれるミストを凝集して回収する冷却部１９と、搬送気体のミスト成分に含まれる吸着成分を、分子ふるい作用のある分子ふるい吸着剤４に吸着させると共に、吸着した吸着成分を分子ふるい吸着剤４から放出させて、ミスト成分から分離する。分離回収部６は、吸着回収部５から排出されるミスト成分を含む搬送気体から、吸着回収部５で吸着れないミスト成分に含まれる非吸着成分を分離する。分離装置は、吸着回収部５でミスト成分の吸着成分を吸着して搬送気体から分離し、分離回収部６でミスト成分の非吸着成分を吸着して分離する。
本発明の溶液の分離装置は、霧化機構２が、霧化室１の溶液を超音波振動で搬送気体中にミストに霧化して飛散させる超音波振動子１１と、この超音波振動子１１に接続されて超音波振動子１１に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源１２とを備えることができる。
本発明の溶液の分離装置は、霧化機構２が、霧化室１に溶液をミストに噴霧して霧化させる噴霧ノズル１５と、この噴霧ノズル１５に溶液を加圧して供給する加圧ポンプ１６とを備えることができる。
本発明の溶液の分離装置は、吸着成分を吸着する分子ふるい吸着剤４を、合成ゼオライトのモレキュラーシーブとすることができる。
本発明の溶液の分離装置は、溶液をアルコール水溶液として、吸着回収部５の分子ふるい吸着剤４を、ミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着するモレキュラーシーブとすることができる。
本発明の溶液の分離装置は、分離回収部６が、吸着回収部５の分子ふるい吸着剤４で吸着成分を分離したミスト成分に含まれる非吸着成分を吸着して分離する第２の吸着剤７を備え、この第２の吸着剤７で非吸着成分を吸着して搬送気体から分離する。
本発明の溶液の分離装置は、溶液をアルコール水溶液として、吸着回収部５の分子ふるい吸着剤４を、ミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着するモレキュラーシーブとし、分離回収部６の第２の吸着剤７を、アルコールを吸着する吸着剤とすることができる。
本発明の溶液の分離装置は、吸着回収部５が、密閉室２０に分子ふるい吸着剤４を充填すると共に、この密閉室２０に真空ポンプ２２を連結して、真空ポンプ２２で密閉室２０から排気して、分子ふるい吸着剤４から吸着成分を放出させることができる。
本発明の溶液の分離装置は、密閉室２０を、開閉弁２１を介して霧化室１に連結し、開閉弁２１を開いて霧化室１からミスト成分を含む搬送気体に密閉室２０に供給して吸着成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させ、開閉弁２１を閉じて密閉室２０を減圧して、分子ふるい吸着剤４からミスト成分を放出させることができる。
本発明の溶液の分離装置は、一対の密閉室２０に分子ふるい吸着剤４を充填し、一対の密閉室２０を開閉弁２１を介して霧化室１に連結することができる。この分離装置は、一方の開閉弁２１を開いて密閉室２０にミスト成分を含む搬送気体を供給して、吸着成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させ、他方の開閉弁２１を閉じて密閉室２０から排気して分子ふるい吸着剤４から吸着成分を放出させ、開閉弁２１を交互に開閉して搬送気体から吸着成分を分離することができる。
本発明の溶液の分離装置は、吸着回収部５が温度制御部２６を備えることができる。この温度制御部２６は、搬送気体の吸着成分を吸着する分子ふるい吸着剤４の温度を、吸着成分を放出させる分子ふるい吸着剤４の温度よりも低く制御することができる。
本発明は、１回の処理で、極めて高濃度の溶液が得られる特徴がある。図７は、本発明の方法と装置が、アルコール水溶液を１回の処理で高濃度にできることを示すグラフである。この図は、横軸に処理前のアルコール水溶液の濃度を示し、縦軸に処理後のアルコール水溶液の濃度を示している。このグラフから明らかなように、本発明の方法と装置は、１回の処理で、４０重量％のアルコール水溶液を約９７重量％もの高濃度に濃縮できる。図示しないが、本発明者が先に開発した、特許文献１に記載する方法では、１回の処理で、４０重量％のアルコール水溶液を約６０重量％に、６０重量％のアルコール水溶液を約８０重量％にしか濃縮できず、また、８０重量％のアルコール水溶液については、ほとんど濃縮できない。したがって、このことから、本発明の方法と装置が、アルコール水溶液を１回の処理で高濃度にできることが明らかである。また、本発明の方法は、蒸留による方法に比較して、消費エネルギーを著しく少なくできる特徴も実現する。それは、本発明が、溶液を搬送気体中にミストとして霧化し、霧化されたミスト成分に含まれる吸着成分を分子ふるい吸着剤に吸着させて分離し、分子ふるい吸着剤に吸着されて吸着成分の分離された搬送気体から、分子ふるい吸着剤に吸着されない非吸着成分を吸着して分離するからである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、図２と図４は本発明の実施例にかかるものでなく、参考例として記載する。さらに、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための溶液の分離方法と分離装置を例示するものであって、本発明は溶液の分離方法と分離装置を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
本発明の溶液の分離装置は、少なくとも２種の物質を含む溶液から高濃度の特定溶液を分離する。本発明は、溶液の溶媒と溶質を特定するものではないが、溶媒は、主として水であるが、水以外にもアルコール等の有機溶媒も使用できる。溶液は、例えば以下のものである。
(1) バイオマスアルコール
(2) 清酒、ビール、ワイン、食酢、みりん、スピリッツ、焼酎、ブランデー、ウイスキー、リキュール
(3) ピネン、リナロール、リモネン、ポリフェノール類などの香料、芳香成分ないし香気成分を含む溶液
(4) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合した物質を含む溶液
(5) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をハロゲンによって置き換えた物質を含む溶液
(6) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基を水酸基によって置き換えた物質を含む溶液
(7) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をアミノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(8) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボニル基によって置き換えた物質を含む溶液
(9) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をカルボキシル基によって置き換えた物質を含む溶液
(10) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をニトロ基によって置き換えた物質を含む溶液
(11) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をシアノ基によって置き換えた物質を含む溶液
(12) 飽和炭化水素であるアルカン、シクロアルカン、不飽和炭化水素であるアルケン、シクロアルケン、アルキン、もしくはエーテル、チオエーテルあるいは芳香族炭化水素のうちいずれかに属する有機化合物、もしくはそれらの結合体の少なくとも一つの水素原子もしくは官能基をメルカプト基によって置き換えた物質を含む溶液
(13) 前述の(4)〜(12)の溶液に含まれるいずれか一つ以上の原子を金属イオンによって置換した物質を含む溶液
(14) 先述の(4)〜(12)の溶液に含まれる分子のうち任意の水素原子、炭素原子もしくは官能基を(4)〜(12)の分子のうち任意の分子で置き換えた物質を含む溶液
本発明は、２種以上の物質を含む溶液を、搬送気体中にミストの状態に噴霧して霧化されたミスト成分とする。ミストに霧化するには、溶液を超音波振動させて搬送気体中にミストの状態で噴霧し、あるいは噴霧ノズルから搬送気体中に溶液を微細な粒子の状態で噴霧する。搬送気体中に噴霧されたミスト成分は、特定の吸着成分を、分子ふるい吸着剤に吸着させて搬送気体から分離する。分子ふるい吸着剤は、ミスト成分に含まれる吸着成分を吸着する、分子ふるい作用のある吸着剤である。分子ふるい吸着剤で吸着成分の分離されたミスト成分は、さらに搬送気体から非吸着成分を分離する。
本発明は、たとえば、アルコール水溶液から高濃度のアルコールを分離する。この方法は、分子ふるい吸着剤に吸着させる吸着成分を水、吸着されない非吸着成分をアルコールとして能率よく高濃度のアルコールを分離できる。この方法は、アルコール水溶液を、搬送気体にミストに霧化する。霧化されたミスト成分は、吸着成分の水を分子ふるい吸着剤に吸着させる。吸着成分の水を吸着して分離したミスト成分は、非吸着成分であるアルコール濃度が高くなる。この状態で、非吸着成分の高濃度なアルコールは、搬送気体から分離される。溶液を超音波振動でミストに霧化させる方法は、より効率よく高濃度のアルコールが得られる。それは、超音波振動による霧化は、ミストのアルコール濃度を溶液よりも高くできるからである。
超音波振動によって、霧化されたミストと、ミストにならないで残存する溶液とで含有物質の濃度が異なるようになるひとつの理由は、溶液に含まれる物質が表面に移行して表面過剰となる割合が異なるからである。表面過剰となる物性の強い溶液は表面濃度が高くなるので、これを超音波振動させて表面の溶液をミストにして霧化させると、ミストは表面過剰となりやすい物質の濃度が高くなる。したがって、このミストから、表面過剰の物性が強い物質を回収すると、その濃度が高くなる。すなわち、溶液から高濃度の物質を含むものを分離できる。
さらに、溶液が、噴霧ノズルで搬送気体中にミストの状態で噴霧されても、前に記述した理由で、ミスト成分は気化しやすい成分の濃度が溶液よりも高くなる。このため、アルコール水溶液を噴霧ノズルで搬送気体中に噴霧すると、ミスト成分のアルコール濃度が溶液よりも高くなる。さらにまた、本発明は、溶液の霧化されたミスト成分を、分子ふるい吸着剤で吸着成分と非吸着成分とに分離する。したがって、本発明は、溶液をミストに霧化する方法を、超音波振動に特定しない。たとえば、溶液を噴霧ノズルから搬送気体に微細な粒子で噴霧して、ミストとすることもできる。
以下、溶液をアルコールとして、アルコールから高濃度なアルコールを分離する装置と方法を示す。ただし、本発明は溶液をアルコールには特定しない。ミストに霧化されたミスト成分は、吸着剤で吸着成分と非吸着成分とに分離できるからである。
図１ないし図４に示す分離装置は、溶液を搬送気体中に霧化する霧化室１と、この霧化室１の搬送気体中に溶液をミストに霧化する霧化機構２と、霧化機構２で溶液からミストに霧化されたミスト成分を回収する回収部３と、霧化室１で霧化されたミスト成分を搬送気体と共に回収部３へ移送するブロア８とを備える。
図１と図２の霧化機構２は、溶液を超音波振動させてミストに霧化する。図 ３と図４の霧化機構２は、溶液を加圧ポンプ１６で加圧して噴霧ノズル１５に供給し、噴霧ノズル１５から噴霧してミストに霧化する。
超音波振動で溶液をミストに霧化する霧化機構２は、霧化室１の溶液を超音波振動させてミストに霧化する超音波霧化機１０である。この超音波霧化機１０は、霧化室１の溶液を超音波振動させてミストに霧化する１個または複数の超音波振動子１１と、この超音波振動子１１に接続されて超音波振動子１１に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源１２を備える。これらの図に示す装置は、霧化室１で溶液からミストになって霧化されたミスト成分を、ブロア８でもって搬送気体と共に回収部３に移送している。ただ、分離装置は、図示しないが、静電場や超音波を利用してミストを移送する構造とすることもできる。
霧化室１は、図に示すように、ポンプ１３を介して溶液を蓄えている原液槽１４を連結し、原液槽１４から連続的に溶液を供給することができる。この装置は、霧化室１の溶液を排出しながら、原液槽１４から溶液を供給して、霧化室１の溶液のアルコール等の目的物質濃度が低下するのを防止する。また、図の矢印Ａで示すように、霧化室１の溶液を原液槽１４に循環することなく外部に排出して、原液槽１４に含まれる目的物質の濃度が低下するのを防止することもできる。ただ、霧化室は、目的物質の濃度が低下した後、溶液を新しいものに入れ換えることもできる。この方法は、一定の時間経過すると溶液を新しいものに入れ換える方法、すなわちバッチ式に溶液を交換する。
霧化室１の溶液は、超音波霧化機１０で霧化されてミストとなる。超音波霧化機１０で霧化されたミストは、溶液よりも目的物質の濃度が高い。したがって、超音波霧化機１０で溶液をミストに霧化し、ミストから目的物質を分離して回収することで、高濃度な溶液を効率よく分離できる。
霧化室１の溶液は、超音波霧化機１０で超音波振動されて、霧化室１の溶液よりも高濃度なミストとなって溶液面Ｗから飛散する。溶液を超音波振動させると、溶液面Ｗに液柱Ｐができ、この液柱Ｐの表面からミストが発生する。図５に示す超音波霧化機１０は、溶液を充填している霧化室１の底に、超音波霧化機１０の超音波振動子１１を上向きに配設している。超音波振動子１１は、底から溶液面Ｗに向かって上向きに超音波を放射して、溶液面Ｗを超音波振動させて、液柱Ｐを発生させる。超音波振動子１１は、垂直方向に超音波を放射する。
図の超音波霧化機１０は、複数の超音波振動子１１と、これ等の超音波振動子１１を超音波振動させる超音波電源１２とを備える。超音波振動子１１は、霧化室１の底に水密構造に固定される。複数の超音波振動子１１が溶液を超音波振動させる装置は、より効率よく溶液を霧化してミストとする。
超音波振動子１１や超音波電源１２が霧化室１の溶液を加熱すると品質が低下するものがある。熱による弊害は、超音波振動子１１を強制的に冷却して解消できる。さらに、好ましくは超音波電源１２も冷却する。超音波電源１２は直接には溶液を加熱することはないが、周囲を加熱して間接的に溶液を加熱する。超音波振動子１１や超音波電源１２は、図５に示すように、これ等に冷却パイプ１８を熱結合する状態で配設、すなわち、冷却パイプ１８を接触させる状態で配設して冷却できる。冷却パイプ１８は、冷却機で冷却した液体や冷媒、あるいは地下水や水道水等の冷却水を流して超音波振動子１１と超音波電源１２を冷却する。
図３の霧化機構２は、溶液を吸入して加圧する加圧ポンプ１６と、この加圧ポンプ１６から供給される加圧された溶液をミストの状態で噴霧して霧化する噴霧ノズル１５とを備える。噴霧ノズル１５は、霧化室１の搬送気体中に溶液をミストの状態で噴霧して霧化する。
図４の霧化機構２は、噴霧ノズル１５と、この噴霧ノズル１５に加圧された搬送気体を供給する気体の圧縮機１７とを備える。搬送気体は、空気や不活性ガスである。搬送気体を空気とする装置は、圧縮機１７にコンプレッサを使用する。この霧化機構２の噴霧ノズル１５は、溶液と加圧気体を供給して、溶液を微細なミストとして噴霧する２流体ノズルである。この噴霧ノズル１５は、圧縮機１７から供給される加圧気体で、溶液を微細なミストとして噴霧して霧化する。
霧化室１で霧化された溶液のミストは、搬送気体を介して回収部３に流入される。ミストを回収部３に流入させるために、回収部３を移送ダクト９で霧化室１に連結している。図２ないし図４に示す分離装置は、搬送気体をブロア８で回収部３と霧化室１とに循環させる構造としている。これらの分離装置は、霧化室１から回収部３に移送されて、ミスト成分が分離された搬送気体を霧化室１に環流している。これらの分離装置は、好ましくは搬送気体として不活性ガスを霧化室１と回収部３に充填する。この装置は、不活性ガスによって、霧化室１や回収部３における溶液の変質が防止される。このため、より高品質な状態で高濃度の溶液を得ることができる。ただし、搬送気体には空気も使用できる。また、図１に示す分離装置は、霧化室１から回収部３に移送した搬送気体を再び霧化室１に環流することなく、大気中に放出している。これらの分離装置は、搬送気体として空気を使用する。
回収部３は、霧化機１で霧化されたミスト成分を搬送気体から分離して回収する。回収部３は、搬送気体からミスト成分に含まれる吸着成分を回収する吸着回収部５と、吸着回収部５で吸着させないミスト成分に含まれる非吸着成分をミスト成分から分離する分離回収部６とを備える。さらに、図１と図３に示す回収部３は、吸着回収部５に供給される搬送気体を冷却する冷却部１９を備えている。
冷却部１９は、ミスト成分を含む搬送気体を冷却して、吸着剤の吸着効率を向上させる。また、この冷却部１９は、搬送気体に含まれるミストを凝集して、溶液よりも高濃度のアルコール溶液を回収する。冷却部１９で回収されるアルコール溶液は、溶液よりも高濃度であるが、分離回収部６で回収されるアルコール溶液よりも低濃度となる。たとえば、溶液のアルコール濃度を４０〜８０重量％とするとき、冷却部１９で回収されるアルコール溶液の濃度は約５５重量％〜約８５重量％となる。以下に詳述する分離回収部６で回収されるアルコール溶液の濃度は、溶液のアルコール濃度を４０〜８０重量％として、９７重量％以上と極めて高濃度になる。
図に示す冷却部１９は、閉鎖構造のチャンバーに、搬送気体とミストを冷却する冷却器３８を内蔵している。図の冷却器３８は、熱交換パイプにフィン（図示せず）を固定している熱交換器である。この冷却器３８は、熱交換パイプに冷却用の冷媒や冷却水を循環させて冷却する。ただ、冷却器は、ペルチェ素子等を備える電子冷却器とすることもできる。霧化室１で霧化されたミスト成分の一部は、冷却器３８に結露、凝集して回収される。冷却部１９で冷却されたミスト成分を含む搬送気体は、吸着回収部５に移送される。ミストは気体ではないので、必ずしも冷却しないで凝集させて回収できる。ただ、ミストを冷却して速やかに回収できる。
吸着回収部５は、冷却部１９で冷却された搬送気体とミスト成分に含まれる吸着成分の水を、分子ふるい吸着剤４に吸着させて分離する。吸着回収部５は、ミスト成分に含まれる吸着成分の水を、分子ふるい吸着剤４に接触させて吸着させる吸着工程と、吸着工程で分子ふるい吸着剤４に吸着された吸着成分の水を分子ふるい吸着剤４から放出させる放出工程とで、搬送気体のミスト成分から吸着成分の水を分離する。
吸着回収部５は、放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くして、吸着成分の水をミスト成分から分離する。すなわち、吸着回収部５は、吸着成分を吸着させるときの圧力よりも、吸着した吸着成分を放出するときの圧力を低くして、ミスト成分から吸着成分の水を分離する。
放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くするのは、分子ふるい吸着剤４の吸着量が圧力によって変化するからである。分子ふるい吸着剤４が吸着成分の水を吸着する特性は、分子ふるい吸着剤４の種類と、吸着成分の種類によって異なるが、一般には、同じ温度の下では、圧力が高くなると吸着量が増加し、圧力が低くなると吸着量が減少する傾向がある。また、分子ふるい吸着剤４の吸着量は、同じ圧力の下では、温度が高くなると減少し、温度が低くなると増加する傾向がある。
本発明の分離方法と装置は、この特性を利用して、ミスト成分に含まれる吸着成分を分離して、より高濃度なアルコール等の目的物質を回収する。すなわち、放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くすることによって、吸着工程では多量の吸着成分を分子ふるい吸着剤４に吸着させ、放出工程では分子ふるい吸着剤４に吸着できる吸着成分の量を少なくして、分子ふるい吸着剤４から吸着成分を放出させる。
吸着回収部５は、分子ふるい吸着剤４が充填される密閉室２０と、この密閉室２０に流入され、あるいは密閉室２０から排出される搬送気体の通過を制御する開閉弁２１と、密閉室２０に連結されて、密閉室２０から排気する真空ポンプ２２とを備える。
密閉室２０は、閉塞されたチャンバーで、内部に分子ふるい吸着剤４を充填している。分子ふるい吸着剤４は、合成ゼオライトのモレキュラーシーブである。モレキュラーシーブは、吸着成分の水を吸着する有効細孔径のもの、たとえば有効細孔径を３オングストロームとするものを使用する。分子ふるい吸着剤４は、吸着成分によって有効細孔径が異なる。たとえば、有効細孔径を５オングストロームとするモレキュラーシーブは、炭素数を３以上とするノルマルパラフィンを吸着して、イソパラフィン、ベンゼン、トルエン等を吸着しない。このため、この有効細孔径のモレキュラーシーブを使用して、イソパラフィン、ベンゼン、トルエン等から、炭素数が３以上であるノルマルパラフィンを吸着して分離できる。
密閉室２０は、移送ダクト９を介して冷却部１９の排出側に連結される。冷却部１９から流入されるミスト成分を含む搬送気体は、密閉室２０を通過するときに、分子ふるい吸着剤４に吸着成分を吸着させる。密閉室２０は、排出側を分離回収部６に連結して、吸着成分の水を吸着した搬送気体を分離回収部６に供給する。
さらに、図１ないし図４に示す密閉室２０は、排出側を移送ダクト９を介して分離回収部６に連結している。密閉室２０の流入側と排出側に連結される移送ダクト９には、開閉弁２１を設けている。吸着回収部５は、開閉弁２１を開く状態でミスト成分を含む搬送気体が密閉室２０に供給されて、搬送気体に含まれるミスト成分が分子ふるい吸着剤４に吸着される。
さらに、密閉室２０は、吸引ダクト２３を介して真空ポンプ２２の吸入側に連結される。吸引ダクト２３には、吸引弁２４を設けている。真空ポンプ２２は、密閉室２０から強制的に排気して密閉室２０を減圧する。分子ふるい吸着剤４は、減圧されると、吸着した吸着成分を放出する。真空ポンプ２２は、分子ふるい吸着剤４から放出された吸着成分を強制的に排気する。図１と図３の装置は、真空ポンプ２２の排出側に、冷却器２５を連結している。冷却器２５は、分子ふるい吸着剤４から放出された吸着成分を冷却して、結露させ、あるいは凝集して液体の水として回収する。したがって、冷却器２５は、分子ふるい吸着剤４に吸着された吸着成分である水を排出する。ただ、図２と図４に示すように、この冷却器は必ずしも必要でない。吸着成分を水とする装置は、分子ふるい吸着剤から放出される吸着成分の水を廃棄できるからである。
図３に示す分離装置は、ブロア８を冷却部１９と吸着回収部５の間に配設している。この分離装置は、ブロア８で循環される搬送気体を、加圧状態で吸着回収部５と分離回収部６に供給する。ブロア８は、たとえば、大気圧よりも高圧に加圧された搬送気体を吸着回収部５と分離回収部６に供給することができる。吸着回収部５と分離回収部６に供給する搬送気体を加圧状態とする分離装置は、吸着工程における吸着量を増加できる特長がある。このため、効率よく搬送気体から吸着成分と非吸着成分を分離できる。ただ、吸着回収部５は、密閉室２０の吸入側に連結される開閉弁２１と、密閉室２０の排出側に連結される開閉弁２１とを別々に制御して、密閉室２０に供給される搬送気体の圧力を調整することもできる。さらに、分離装置は、必ずしも供給される搬送気体を大気圧よりも高圧とする必要はなく、大気圧とすることもできる。
さらに、図に示す吸着回収部５は、第１密閉室２０Ａと第２密閉室２０Ｂとからなる一対の密閉室２０を備える。この構造の吸着回収部５は、一対の密閉室２０を吸着工程と放出工程とに切り換えながら一対の密閉室２０で効率よく吸着成分の水を分離できる特長がある。この構造の吸着回収部５は、以下のようにして、搬送気体から吸着成分を分離する。
(1) 第１密閉室２０Ａの開閉弁２１を開いて、第２密閉室２０Ｂの開閉弁２１と第１密閉室２０Ａの吸引弁２４を閉じる。この状態で冷却部１９から供給される搬送気体は、第１密閉室２０Ａ内に流入されて、第１密閉室２０Ａに充填された分子ふるい吸着剤４に吸着成分の水を吸着させる。
(2) 所定の時間経過後、第１密閉室２０Ａの開閉弁２１と第２密閉室２０Ｂの吸引弁２４を閉じて、第２密閉室２０Ｂの開閉弁２１を開く。この状態で冷却部１９から供給される搬送気体は、第１密閉室２０Ａに流入されることなく、第２密閉室２０Ｂ内に流入されて、第２密閉室２０Ｂに充填された分子ふるい吸着剤４に吸着成分の水を吸着させる。
(3) 第１密閉室２０Ａの吸引弁２４を開いて、真空ポンプ２２で第１密閉室２０Ａから排気する。第１密閉室２０Ａは減圧されて、分子ふるい吸着剤４から吸着成分の水が分離される。
(4) 第１密閉室２０Ａの分子ふるい吸着剤４から分離された吸着成分の水は、第１密閉室２０Ａから排出されて冷却器２５に流入され、冷却器２５で冷却されて凝結し、凝集されて回収される。吸着成分は、冷却器で冷却することなく、真空ポンプから外部に排気することもできる。
(5) さらに、所定の時間経過後、第１密閉室２０Ａの開閉弁２１を開いて、第２密閉室２０Ｂの開閉弁２１と第１密閉室２０Ａの吸引弁２４を閉じる。この状態で冷却部１９から供給される搬送気体は、第２密閉室２０Ｂ内に流入されることなく、第１密閉室２０Ａ内に流入されて、第１密閉室２０Ａに充填された分子ふるい吸着剤４に吸着成分の水を吸着させる。
(6) 第２密閉室２０Ｂの吸引弁２４を開いて、真空ポンプ２２で第２密閉室２０Ｂから排気する。第２密閉室２０Ｂは減圧されて、分子ふるい吸着剤４から吸着成分の水が分離される。
(7) 第２密閉室２０Ｂの分子ふるい吸着剤４から分離された吸着成分は、第２密閉室２０Ｂから排出されて冷却器２５に流入され、冷却器２５で冷却されて凝結し、凝集されて回収される。この吸着成分も、真空ポンプから外部に排気することができる。
(8) (2)〜(7)の工程を繰り返して、すなわち、開閉弁２１を交互に開閉して、一対の密閉室２０でミスト成分から吸着成分を分離する。
さらに、吸着回収部５は、吸着工程における分子ふるい吸着剤４の温度を、放出工程における分子ふるい吸着剤４の温度よりも低くして、より効率よく搬送気体の吸着成分を回収できる。それは、前述のように、分子ふるい吸着剤４の吸着量が温度によっても変化するからである。吸着回収部５は、たとえば、吸着工程において、分子ふるい吸着剤４を冷却して吸着量を増加できる。
図１と図３に示す回収部３は、冷却部１９で搬送気体とミスト成分を冷却して、吸着回収部５に供給する。この装置は、吸着工程における吸着成分の吸着量が増加して、ミスト成分に含まれる吸着成分を多量に吸着する。ただ、回収部は、必ずしも冷却部を設ける必要はなく、ミスト成分を含む搬送気体を冷却部で冷却することなく、吸着回収部に供給することもできる。
さらに、吸着回収部５は、放出工程において分子ふるい吸着剤４を加温することもできる。加温される分子ふるい吸着剤４は、吸着できる吸着成分の量が減少するので、吸着された吸着成分を効率よく分離できる。この吸着回収部は、図示しないが、分子ふるい吸着剤を加温する温度制御部を備える。この温度制御部は、たとえば加温器で、密閉室の内部に配設されて、分子ふるい吸着剤を加温する。加温器には、加熱用熱交換器やヒータが使用できる。
さらに、図２と図４の吸着回収部５は、密閉室２０に充填された分子ふるい吸着剤４の温度を制御するために、温度制御部２６を備える。この温度制御部２６は、密閉室２０に充填された分子ふるい吸着剤４を冷却及び加温できる構造としている。
温度制御部２６を図６に示す。この図に示す温度制御部２６は、各密閉室２０に配設される熱交換器２７と、一方の密閉室２０の熱交換器２７に温水を循環させる加温機構２８と、他方の密閉室２０に冷水を循環させる冷却機構２９と、各密閉室２０に循環させる温水と冷水とを切り換える制御弁３０と、加温機構２８の温水タンク３１を加熱すると共に、冷却機構２９の冷水タンク３２を冷却する冷凍サイクル３３とを備える。
熱交換器２７は、密閉室２０の内部に配設されている。熱交換器２７は、内部に温水が循環される状態では分子ふるい吸着剤４を加温し、内部に冷水が循環される状態では分子ふるい吸着剤４を冷却する。加温機構２８は、温水タンク３１の内部に冷凍サイクル３３の放熱器３４を配設しており、放熱器３４で加温された温水を循環路に循環させて密閉室２０を加温する。冷却機構２９は、冷水タンク３２の内部に冷凍サイクル３３の吸熱器３５を配設しており、吸熱器３５で冷却された冷水を循環路に循環させて密閉室２０を冷却する。ただ、加温機構と冷却機構は、水以外の冷媒を循環させることもできる。
冷凍サイクル３３は、気化された冷媒を加圧するコンプレッサー３６と、このコンプレッサー３６で加圧された冷媒を液化させる放熱器３４と、液化された冷媒の気化熱で強制的に冷却する吸熱器３５と、放熱器３４と吸熱器３５との間に接続している膨張弁３７とを備える。膨張弁３７は、加圧・冷却して液化された冷媒を吸熱器３５の内部で断熱膨張させて、吸熱器３５を冷媒の気化熱で強制的に冷却する。この冷凍サイクル３３は、放熱器３４と吸熱器３５の温度を設定温度とするように、膨張弁３７の開度とコンプレッサー３６の出力を調整する。
以上の構造の温度制御部２６は、制御弁３０を切り換えて、一方の密閉室２０の熱交換器２７に温水を循環させて加温し、他方の密閉室２０の熱交換器２７に冷水を循環させて冷却する。この構造の温度制御部２６は、ひとつの冷凍サイクル３３で、一対の密閉室２０を加温及び冷却できるので、一対の密閉室２０に充填される分子ふるい吸着剤４を効率よく温度制御できる。一対の密閉室２０を備える吸着回収部５は、一方の密閉室２０が吸着工程にある状態では、他方の密閉室２０が放出工程にある。したがって、この温度制御部２６は、吸着工程にある密閉室２０を冷却して分子ふるい吸着剤４に効率よく吸着成分を吸着できると共に、放出工程にある密閉室２０を加温して、分子ふるい吸着剤４に吸着された吸着成分を効率よく分離できる。
分離回収部６は、吸着回収部５で吸着成分の水を分離して、非吸着成分のアルコール濃度を高くしたミスト成分を回収する。この分離回収部６は、非吸着成分のアルコールを第２の吸着剤７に吸着させて分離する。分離回収部６は、ミスト成分に含まれる非吸着成分のアルコールを、第２の吸着剤７に接触させて吸着させる吸着工程と、吸着工程で第２の吸着剤７に吸着された非吸着成分のアルコールを第２の吸着剤７から放出させる放出工程とで、搬送気体のミスト成分から非吸着成分のアルコールを分離する。
分離回収部６は、吸着回収部５と同じように、放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くして、非吸着成分のアルコールをミスト成分から分離する。
放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くするのは、第２の吸着剤７の吸着量が、分子ふるい吸着剤４と同じように、圧力によって変化するからである。また、第２の吸着剤７の吸着量は、同じ圧力の下では、温度が高くなると減少し、温度が低くなると増加する傾向がある。
分離回収部６の第２の吸着剤７は、ミスト成分に含まれる非吸着成分を吸着して、より高濃度なアルコール等の目的物質を回収する。すなわち、放出工程における圧力を吸着工程における圧力よりも低くすることによって、吸着工程では多量の非吸着成分を第２の吸着剤７に吸着させ、放出工程では第２の吸着剤７に吸着できる非吸着成分の量を少なくして、第２の吸着剤７から非吸着成分を放出させる。
分離回収部９は、吸着回収部５と同じように、第２の吸着剤７を充填する密閉室４０と、この密閉室４０に流入され、あるいは密閉室４０から排出される搬送気体の通過を制御する開閉弁４１と、密閉室４０に連結されて、密閉室４０から排気する真空ポンプ４２とを備える。
密閉室４０は、閉塞されたチャンバーで、内部に第２の吸着剤７を充填している。第２の吸着剤７は、分子ふるい吸着剤４に吸着されない非吸着成分のアルコールを吸着する合成ゼオライトのモレキュラーシーブである。モレキュラーシーブは、非吸着成分のアルコールを吸着する有効細孔径のもの、たとえば有効細孔径を５オングストロームとするものを使用する。第２の吸着剤７は、分子ふるい吸着剤４で吸着成分の分離されたミスト成分を吸着できる全てのもの、たとえば、ゼオライト、活性炭、酸化リチウム、シリカゲルのいずれか、もしくはこれらの混合物も使用できる。
密閉室４０は、移送ダクト９を介して吸着回収部５の排出側に連結される。さらに、図１と図３の装置は、冷却部４７を介して分離回収部６の密閉室４０を吸着回収部５に連結している。この分離回収部６は、冷却部４７で冷却された搬送気体から非吸着成分のアルコールを第２の吸着剤７に吸着させて分離する。
さらに、図２ないし図４に示す密閉室４０は、排出側を移送ダクト９を介して霧化室１に連結し、図１の密閉室４０は、搬送気体の排出側を大気中に開放している。密閉室４０の流入側と排出側に連結される移送ダクト９には、開閉弁４１を設けている。分離回収部６は、開閉弁４１を開く状態でミスト成分を含む搬送気体を密閉室４０に供給し、搬送気体に含まれるミスト成分の非吸着成分を第２の吸着剤７に吸着させる。
さらに、密閉室４０は、吸引ダクト４３を介して真空ポンプ４２の吸入側に連結される。吸引ダクト４３には、吸引弁４４を設けている。真空ポンプ４２は、密閉室４０から強制的に排気して密閉室４０を減圧する。第２の吸着剤７は、減圧されると、吸着した非吸着成分を放出する。真空ポンプ４２は、第２の吸着剤７から放出された非吸着成分を強制的に排気する。図の装置は、真空ポンプ４２の排出側に冷却器４５を連結している。
冷却器４５は、第２の吸着剤７から放出された非吸着成分を冷却して、結露させ、あるいは凝集して高濃度のアルコールを回収する。したがって、冷却器４５からは、第２の吸着剤７に吸着された非吸着成分である高濃度のアルコールが排出される。
分離装置は、図３の鎖線で示すように、吸着回収部５と分離回収部６との間にブロア８を連結することができる。このブロア８は、吸着回収部５から排出される搬送気体を、加圧状態で分離回収部６に供給する。このブロア８は、たとえば、高圧に加圧された搬送気体を分離回収部６に供給して、吸着工程における非吸着成分の吸着量を増加できる。ただ、分離装置は、吸着回収部と分離回収部との間に、必ずしもブロアを連結する必要はない。
さらに、図に示す分離回収部６は、吸着回収部５と同じように、第１密閉室４０Ａと第２密閉室４０Ｂとからなる一対の密閉室４０を備える。この構造の分離回収部６は、一対の密閉室４０を吸着工程と放出工程とに切り換えながら一対の密閉室４０で効率よく非吸着成分のアルコールを分離できる特長がある。
この構造の分離回収部６は、以下のようにして、搬送気体から非吸着成分を分離する。
(1) 第１密閉室４０Ａの開閉弁４１を開いて、第２密閉室４０Ｂの開閉弁４１と第１密閉室４０Ａの吸引弁４０を閉じる。この状態で吸着回収部５から供給される搬送気体は、第１密閉室４０Ａ内に流入されて、第１密閉室４０Ａに充填された第２の吸着剤７に非吸着成分のアルコールを吸着させる。
(2) 所定の時間経過後、第１密閉室４０Ａの開閉弁４１と第２密閉室４０Ｂの吸引弁４０を閉じて、第２密閉室４０Ｂの開閉弁４１を開く。この状態で冷却部１９から供給される搬送気体は、第１密閉室４０Ａに流入されることなく、第２密閉室４０Ｂ内に流入されて、第２密閉室４０Ｂに充填された第２の吸着剤７に非吸着成分のアルコールを吸着させる。
(3) 第１密閉室４０Ａの吸引弁４０を開いて、真空ポンプ４２で第１密閉室４０Ａから排気する。第１密閉室４０Ａは減圧されて、第２の吸着剤７から非吸着成分のアルコールが分離される。
(4) 第１密閉室４０Ａの第２の吸着剤７から分離された非吸着成分のアルコールは、第１密閉室４０Ａから排出されて冷却器４５に流入され、冷却器４５で冷却されて凝結し、凝集されて高濃度のアルコールとして回収される。
(5) さらに、所定の時間経過後、第１密閉室４０Ａの開閉弁４１を開いて、第２密閉室４０Ｂの開閉弁４１と第１密閉室４０Ａの吸引弁４０を閉じる。この状態で冷却部１９から供給される搬送気体は、第２密閉室４０Ｂ内に流入されることなく、第１密閉室４０Ａ内に流入されて、第１密閉室４０Ａに充填された第２の吸着剤７に非吸着成分のアルコールを吸着させる。
(6) 第２密閉室４０Ｂの吸引弁４０を開いて、真空ポンプ４２で第２密閉室４０Ｂから排気する。第２密閉室４０Ｂは減圧されて、第２の吸着剤７から非吸着成分のアルコールが高濃度な状態で分離される。
(7) 第２密閉室４０Ｂの第２の吸着剤７から分離された非吸着成分は、第２密閉室４０Ｂから排出されて冷却器４５に流入され、冷却器４５で冷却されて凝結し、凝集されて回収される。
(8) (2)〜(7)の工程を繰り返して、すなわち、開閉弁４１を交互に開閉して、一対の密閉室４０でミスト成分から非吸着成分である高濃度なアルコールを分離する。
さらに、分離回収部６は、吸着回収部５と同じように、吸着工程における第２の吸着剤７の温度を、放出工程における第２の吸着剤７の温度よりも低くして、より効率よく搬送気体の非吸着成分を回収できる。
図１と図３に示す回収部３は、冷却部４７で搬送気体とミスト成分を冷却して、分離回収部６に供給する。この装置は、分離工程における非吸着成分の吸着量が増加して、ミスト成分に含まれる非吸着成分を多量に吸着する。ただ、回収部は、必ずしもこの冷却部を設ける必要はなく、ミスト成分を含む搬送気体を冷却することなく、分離回収部に供給することもできる。
さらに、分離回収部は、吸着回収部と同じように、放出工程において第２の吸着剤を加温して、吸着された非吸着成分を効率よく分離できる。この分離回収部は、第２の吸着剤を温度制御部で加温する。温度制御部は、たとえば加温器で、密閉室の内部に配設されて、第２の吸着剤を加温する。加温器には、加熱用熱交換器やヒータが使用できる。
さらに、図２と図４の分離回収部６は、吸着回収部５と同じように、密閉室４０に充填された第２の吸着剤７の温度を制御する、温度制御部４６を備える。この温度制御部４６は、図６に示す吸着回収部５の温度制御部２６と同じ構造として、密閉室４０に充填された第２の吸着剤７を冷却及び加温できる。
さらに、温度制御部４６が第２の吸着剤７を加温する分離回収部６は、分離回収部６から霧化室１に循環させる搬送気体を加温して、霧化室１で能率よくミストを発生できる特長がある。霧化室１において溶液がミストに霧化される程度は、溶液と搬送気体の温度によって変化し、搬送気体と溶液の温度が高くなるとミストの発生量が増加するからである。温度制御部４６は、搬送気体を２５〜３０℃に加温する。ただし、温度制御部４６は、搬送気体を１５〜４０℃に加温して霧化室１に供給することもできる。霧化室１に供給される搬送気体の温度が高くなるとミストの発生量は多くなるが、温度が高すぎると、アルコール等の目的物質を変質させる。反対に温度が低いと目的物質をミストにする効率が低下する傾向がある。
本発明の一実施例にかかる溶液の分離装置を示す概略構成図である。 溶液の分離装置の参考例を示す概略構成図である。 本発明の他の実施例にかかる溶液の分離装置を示す概略構成図である。 溶液の分離装置の参考例を示す概略構成図である。 霧化室と超音波霧化機の一例を示す概略断面図である。 温度制御部の一例を示す概略構成図である。 溶液の分離装置がアルコール水溶液を高濃度にすることを示すグラフである。
１…霧化室
２…霧化機構
３…回収部
４…分子ふるい吸着剤
５…吸着回収部
６…分離回収部
７…第２の吸着剤
８…ブロア
９…移送ダクト
１０…超音波霧化機
１１…超音波振動子
１２…超音波電源
１３…ポンプ
１４…原液槽
１５…噴霧ノズル
１６…加圧ポンプ
１７…圧縮機
１８…冷却パイプ
１９…冷却部
２０…密閉室 ２０Ａ…第１密閉室
２０Ｂ…第２密閉室
２１…開閉弁
２２…真空ポンプ
２３…吸引ダクト
２４…吸引弁
２５…冷却器
２６…温度制御部
２７…熱交換器
２８…加温機構
２９…冷却機構
３０…制御弁
３１…温水タンク
３２…冷水タンク
３３…冷凍サイクル
３４…放熱器
３５…吸熱器
３６…コンプレッサー
３７…膨張弁
３８…冷却器
４０…密閉室 ４０Ａ…第１密閉室
４０Ｂ…第２密閉室
４１…開閉弁
４２…真空ポンプ
４３…吸引ダクト
４４…吸引弁
４５…冷却器
４６…温度制御部
４７…冷却部
Ｗ…溶液面
Ｐ…液柱

Claims (12)

  1. 溶液を搬送気体中に霧化して、霧化されたミストを含む搬送気体を回収部(3)に移送し、回収部(3)において、霧化されたミスト成分から特定の目的物質を分離して回収する溶液の分離方法であって、
    搬送気体に含まれるミストを凝集して回収した後、搬送気体を介して、ミスト成分を分子ふるい作用のある分子ふるい吸着剤(4)に接触させて、ミスト成分に含まれる吸着成分を分子ふるい吸着剤(4)に吸着させてミスト成分から吸着成分を分離する吸着工程と、吸着工程で吸着成分の分離された搬送気体に含まれるミスト成分から、分子ふるい吸着剤(4)に吸着されない非吸着成分を分離する分離工程とで、搬送気体から非吸着成分を含む目的物質を分離すると共に、分離工程において非吸着成分を吸着する第２の吸着剤(7)に吸着させて搬送気体から非吸着成分を含む目的物質を分離する溶液の分離方法。
  2. 溶液を超音波振動させて搬送気体中に霧化する請求項１に記載される溶液の分離方法。
  3. 溶液を噴霧ノズル(15)から噴霧して搬送気体中に霧化する請求項１に記載される溶液の分離方法。
  4. 分子ふるい吸着剤(4)として、合成ゼオライトのモレキュラーシーブを使用する請求項１に記載される溶液の分離方法。
  5. 溶液がアルコール水溶液であって、分離される目的物質が溶液よりも高濃度のアルコールで、分子ふるい吸着剤(4)がミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着し、分子ふるい吸着剤(4)に吸着されない非吸着成分を目的物質のアルコールとして、吸着工程では吸着成分の水を吸着してミスト成分から分離し、分離工程では水の分離されたミスト成分から非吸着成分の目的物質であるアルコールを分離する請求項１に記載される溶液の分離方法。
  6. 溶液を搬送気体中に霧化する霧化室(1)と、この霧化室(1)の搬送気体中に溶液を霧化する霧化機構(2)と、霧化機構(2)で霧化されて搬送気体で移送されるミスト成分を分子ふるい吸着剤(4)に吸着させて搬送気体から分離する回収部(3)とを備え、
    前記回収部(3)が、搬送気体に含まれるミストを凝集して回収する冷却部(19)と、搬送気体のミスト成分に含まれる吸着成分を分子ふるい作用のある分子ふるい吸着剤(4)に吸着させると共に、吸着した吸着成分を分子ふるい吸着剤(4)から放出させてミスト成分から分離する吸着回収部(5)と、この吸着回収部(5)から排出されるミスト成分を含む搬送気体から、吸着回収部(5)で吸着されないミスト成分に含まれる非吸着成分を分離する分離回収部(6)とを備え、
    吸着回収部(5)でミスト成分の吸着成分を吸着して搬送気体から分離し、分離回収部(6)でミスト成分の非吸着成分を吸着して分離すると共に、
    前記分離回収部(6)が、吸着回収部(5)の分子ふるい吸着剤(4)で吸着成分を分離した搬送気体に含まれるミスト成分に含まれる非吸着成分を吸着して分離する第２の吸着剤(7)を備え、この第２の吸着剤(7)が非吸着成分を吸着して搬送気体から分離するようにしてなる溶液の分離装置。
  7. 霧化機構(2)が、霧化室(1)の溶液を超音波振動で搬送気体中に霧化して飛散させる超音波振動子(11)と、この超音波振動子(11)に接続されて超音波振動子(11)に高周波電力を供給して超音波振動させる超音波電源(12)とを備える請求項６に記載される溶液の分離装置。
  8. 霧化機構(2)が、霧化室(1)に溶液をミストに噴霧して霧化させる噴霧ノズル(15)と、この噴霧ノズル(15)に溶液を加圧して供給する加圧ポンプ(16)とを備える請求項６に記載される溶液の分離装置。
  9. 吸着成分を吸着する分子ふるい吸着剤(4)が、合成ゼオライトのモレキュラーシーブである請求項６に記載される溶液の分離装置。
  10. 溶液がアルコール水溶液であって、吸着回収部(5)の分子ふるい吸着剤(4)が、ミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着するモレキュラーシーブである請求項６に記載される溶液の分離装置。
  11. 溶液がアルコール水溶液であって、吸着回収部(5)の分子ふるい吸着剤(4)が、ミスト成分に含まれる水を吸着成分として吸着するモレキュラーシーブで、分離回収部(6)の第２の吸着剤(7)がアルコールを吸着する吸着剤である請求項６に記載される溶液の分離装置。
  12. 吸着回収部(5)が温度制御部(26)を備え、温度制御部(26)は、搬送気体の吸着成分を吸着する分子ふるい吸着剤(4)の温度を、吸着成分を放出させる分子ふるい吸着剤(4)の温度よりも低く制御する請求項６に記載される溶液の分離装置。
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