JP6016706B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、2種類の原料流体が接触し合う境界面を介して物質を移動させることにより、抽出、分離、反応といった化学的な操作を行う場合の効率を高めることができる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明の処理装置は、比重が異なる2種類の原料流体を接触させて、両原料流体が接触した部分で化学的な操作を行う処理装置であって、前記2種類の原料流体を上下2層に分離させた状態で収容する分離槽と、前記分離槽の内部に配備されると共に、該分離槽の上層の原料流体と下層の原料流体とを接触させる微細流路を複数備えた多流路部材と、を有しており、前記微細流路は、前記多流路部材を上下に貫通するように形成されると共に、多流路部材の下側から取り入れた下層の原料流体を、多流路部材の上側に案内する第1流路と、前記第1流路に合流すると共に、前記上層の原料流体を取り入れて第1流路内へ導入させる第2流路と、を備えていることを特徴とする。
なお、好ましくは、前記多流路部材は、複数の単板部材を板厚方向に積層して形成されており、前記複数の単板部材の表面及び/又は裏面に、前記微細流路が形成されているとよい。
なお、好ましくは、前記分離槽内の上層の原料流体と下層の原料流体との間には、原料流体を分離する境界面が形成されており、前記第1流路は、前記境界面の下側から取り入れた下層の原料流体を、前記境界面の上側から取り出す構成とされており、前記第2流路は、前記境界面の下側で前記第1流路に合流する構成とされているとよい。
図1に示すように、本実施形態の処理装置1は、互いに混じり合うことがなく、且つ、比重が異なる2種類の原料流体2a、2bを接触させて、両原料流体2a、2bが接触した界面を介して物質を移動させたり反応させたりして化学的な操作を行うものである。この化学的な操作には、抽出、分離、反応といった操作が含まれる。
図1及び図2に示すように、第1実施形態の抽出装置1(処理装置1)は、2種類の原料流体2a、2bを上下2層に分離させた状態で収容する分離槽5を備えている。この分離槽5の内部には多流路部材6が原料流体2a、2bに浸漬した状態で収容されており、多流路部材6の内部で2種類の原料流体2a、2bを接触させて抽出を行う構成となっている。
、取り入れた2種類の原料流体2a、2bを流路内で互いに接触させて、一方の原料流体から他方の原料流体に抽出対象の物質を移動させ、物質の移動が終了した原料流体を混合状態で分離槽5に帰還させる構成となっている。
分離槽5は、上方に向かって開口した有底円筒状の容器であり、内部に原料流体2a、2bを貯留できるようになっている。具体的には、分離槽5内に2種類の原料流体2a、2bを入れると、分離槽5の下側に重液が沈み、分離槽5の上側に軽液が浮かび上がって、軽液と重液とを2層に分かれた状態で収容可能となっている。
図3及び図4に示すように、多流路部材6は、重液と軽液とを接触させて抽出対象の物質の抽出を行うものであり、上下方向に沿って長尺な板状の本体8と、本体8の側面に設けられた分流ヘッダ11とを備えている。
多流路部材6の本体8は、原料流体2a、2bに対して耐食性や耐熱性を備えた金属、合成樹脂、またはセラミックスなどで形成されており、板厚方向に厚みを持った厚板形状の外観を備えている。多流路部材6の本体8の内部には、この本体8を上下方向または水平方向に貫通するように複数本の微細流路7が形成されており、微細流路7の内部で重液と軽液とを接触させて抽出を行うことができる構成となっている。具体的には、それぞれの微細流路7は、多流路部材6の本体8を上下に貫通するように形成された第1流路9と、本体8内を水平方向に伸びる第2流路10とを組み合わせたものとなっている。
と同様に半円状に開口した取出口13を備えており、多流路部材6の上側に案内された重液を分離槽5の上側に導出している。
すなわち、図5に示すように、水平方向の幅に比べて上下方向の高さの方が大きい長方形の単板部材16を複数枚用意し、複数の単板部材16を板厚方向に積層して多流路部材6を形成する。具体的には、複数の単板部材16には、厚みがやや厚い第1単板部材17と、厚みが薄い第2単板部材18とがあり、第1単板部材17の側方に隣接して第2単板部材18、さらに第2単板部材18の側方に隣接して第1単板部材17というように、第1単板部材17と第2単板部材18とを板厚方向に交互に積層して多流路部材6を形成するとよい。
上述した構成を備える第1単板部材17に対して、第2単板部材18は、おもて面とも裏面とも溝が形成されていない平板であり、第1単板部材17のおもて面や裏面に積層されることで溝の開口を閉鎖して上述した第1流路9や第2流路10を形成できるようになっている。つまり、第1単板部材17のおもて面に第2単板部材18を積層すれば、第2単板部材18により第1溝19の開口が閉鎖され、第1溝19を第1流路9として利用できるようになる。また、第1単板部材17の裏面に第2単板部材18を積層すれば、第2単板部材18により第2溝20の開口が閉鎖され、第2溝20を第2流路10として利用できるようになる。それゆえ、第1単板部材17と第2単板部材18とを板厚方向に交互に積層すれば、第1単板部材17と第2単板部材18との貼り合わせ部分に第1流路9や
第2流路10が複数設けられた多流路部材6を容易に形成することが可能となる。
ポンプ4は、分離槽5の上側に貯留された軽液を吸い込んで、上述した分液ヘッダ11に軽液を吐出するものであり、第2流路10に軽液を供給している。具体的には、このポンプ4は、分離槽5の上側と、分液ヘッダ11の供給口22との間を連結する吸込配管23に取り付けられている。この吸込配管23は、分液ヘッダ11の供給口22から分離槽5の外側を通って分離槽5の上端付近まで伸び、分離槽5の上端付近で下方に向かって逆U字状に曲がり、曲げられた先端が分離槽5の内部に位置するように設けられていて、上側の原料流体2a(軽液)に先端を浸漬した状態で配備されている。また、吸込配管23の経路途中には原料流体を圧送するポンプ4が設けられており、ポンプ4を駆動させれば上側の原料流体2a(軽液)を吸込配管23に吸い込んで、上側の原料流体2aを分液ヘッダ11に送ることができるようになっている。
次に、上述した抽出装置(処理装置1)を用いて抽出操作を行う方法、言い換えれば本発明の抽出方法(処理方法)について説明する。
図1に示すように、まず分離槽5の内部に多流路部材6を収容する。この多流路部材6は、第1流路9が上下方向を向くように分離槽5の内部に配備されており、第1流路9の第1取入口12が分離槽5の下側に位置すると共に、第1流路9の取出口13が分離槽5の上側に位置している。
また、2層に分かれたドデカンと水との間には、両原料流体2a、2bを隔てる境界面3が形成される。この境界面3の高さが上述した多流路部材6の合流口15よりも上方に位置するように、分離槽5の内部に軽液と重液とを流し入れる。
それぞれ小さな容積の液滴に分かれ、ドデカンの液滴と水の液滴とが上下方向に交互に並んで配管内を上方に移動するため、上方移動の際に軽液のドデカンから重液の水にフェノールが移動して、水へのフェノールの抽出が行われる。
また、この液滴に分かれた状態では、第1流路9の内部と外部の密度差により軽液のドデカンに上方に向かって大きな浮力が作用する。それゆえ、軽液のドデカンが第1流路9内を上方に向かって勢いよく上昇し、この軽液の上昇に合わせて比重が大きな重液の水も上昇しやすくなる。それゆえ、液滴に分かれた状態では、微細流路7内で2種類の原料流体2a、2bが停滞することが全くなく、微細流路7を短時間で通過させて抽出操作を効率的に進めることが可能となる。
また、合流口15より下側の第1流路9の流路径が大きいと、合流口15から合流した第2流路10の軽液が下方に向かって逆流する可能性がある。このような場合は、合流口15より下側の第1流路9に、上層の原料流体2aが下方に逆流することを防止する逆流防止手段を設けるのが好ましい。このような逆流防止手段には逆止弁を用いても良いし、合流口15より上側の第1流路9の流路径に比して、合流口15より下側の第1流路9の流路径を小さく形成して、原料流体2aの逆流を防止しても良い。
2a 上側の原料流体
2b 下側の原料流体
3 境界面
4 ポンプ
5 分離槽
6 多流路部材
7 微細流路
8 多流路部材の本体
9 第1流路
10 第2流路
11 分流ヘッダ
12 第1取入口
13 取出口
14 第2取入口
15 合流口
16 単板部材
17 第1単板部材
18 第2単板部材
19 第1溝
20 第2溝
21 貫通孔
22 供給口
23 吸込配管
Claims (6)
- 比重が異なる2種類の原料流体を接触させて、両原料流体が接触した部分で化学的な操作を行う処理装置であって、
前記2種類の原料流体を上下2層に分離させた状態で収容する分離槽と、
前記分離槽の内部に配備されると共に、該分離槽の上層の原料流体と下層の原料流体とを接触させる微細流路を複数備えた多流路部材と、を有しており、
前記微細流路は、
前記多流路部材を上下に貫通するように形成されると共に、多流路部材の下側から取り入れた下層の原料流体を、多流路部材の上側に案内する第1流路と、
前記第1流路に合流すると共に、前記上層の原料流体を取り入れて第1流路内へ導入させる第2流路と、
を備えていることを特徴とする処理装置。 - 前記分離槽の上層の原料流体を前記第2流路に送るポンプが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
- 前記多流路部材は、複数の単板部材を板厚方向に積層して形成されており、
前記複数の単板部材の表面及び/又は裏面に、前記微細流路が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の処理装置。 - 前記第1流路の上下方向の中途側に、前記第2流路が合流する合流部が形成されており、
前記合流部より下側の第1流路に、前記上層の原料流体が下方に逆流することを防止する逆流防止手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の処理装置。 - 前記分離槽内の上層の原料流体と下層の原料流体との間には、原料流体を分離する境界面が形成されており、
前記第1流路は、前記境界面の下側から取り入れた下層の原料流体を、前記境界面の上側から取り出す構成とされており、
前記第2流路は、前記境界面の下側で前記第1流路に合流する構成とされていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の処理装置。 - 比重が異なる2種類の原料流体を接触させることで、両原料流体が接触した部分で化学的な操作を行うに際しては、
前記2種類の原料流体を上下2層に分離させた状態で収容する分離槽と、該分離槽の上層の原料流体と下層の原料流体とを2相流状態で接触させる微細流路を複数備えた多流路部材とを設けておき、
前記分離槽の中で下層に分離された原料流体を、前記微細流路に沿って分離槽の上層に向かって上方に案内すると共に、
前記上方に案内される微細流路内の原料流体に、上層に分離された原料流体を接触させることにより、前記化学的な操作を行うことを特徴とする処理方法。
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