JPH0330801A - 向流分離方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、向流を分離する方法およびその装置に関する
。

従来技術、および発明が解決しようとする　題多くの分
離処理に於いて、特に薬品や調剤の場合の分離処理に於
いては、高純度の製品を得ることが重要である。このた
めに、又、向流抽出が利用される場合には、最大限の平
衡効率と、最小限の時間および最小限の経費にて所要製
品の最大限の陽的な分離および回収とを行う選択度の高
いステージを備えることもまた重要なことである。

・フィンター■に付与された米国特許明ａａｉ第４゜３
３６．１０６号（１９８２）、ブランッその他に付与さ
れた同第４．７３２，６８５号（１９８８）、ダルスイ
ーに付与された同第３．８９８゜２９１号（１９７５）
、およびデグラモントその他に付与された同第３，４２
７．３５７号（１９７５）の教示から、混合領域および
沈澱領域、例えば反転式機械撹拌又は分流による混合領
域および充填材料又はその他の構造部材による沈澱領域
、の複数の段階即ちステージを多数連続して有するか、
或いは、穿孔トレー構造又は四種構造のステージを多数
連続して有する液体−液体の抽出塔を使用して、該塔を
通る向流の流れの中で２つの別々な相として流れる非混
和性の溶媒が構成する不均質混合液に於ける一方の溶媒
に優先的に抽出させることによって、与えられた溶質を
分離させることが知られている。

Ａ“ットーその他に付与された米国特許明細書箱４．６
３２．８０９号（１９８６）による最近の教示は、上半
分が冷却され且つ下半分が加熱されるようになされてい
るオープンフローの垂直塔内の液体から、与えられた溶
質の温度差による結晶化／分離を行うのに使用される類
似装賀を例示している。この垂直塔は回転するスクレー
パーを備えていて、冷に１されている上半分の塔壁面に
形成された結晶を加熱された液体中に払い落とすように
なっている。

レウィスに付与された米国特許明細書箱２，３６１．７
８０号（１９４４）による以０なの教示によれば、一連
の水平スプレー混合領域および相沈澱領域が連続された
向流の流れ通路は、混和性の液体の混合液と共に所要の
溶質を抽出するように作動される。又、ヴ？ン・デイツ
クに付与された米国特許明細書箱２．２５０．９７６号
（１９４１）によれば、向流塔もまた混和性の液体の混
合液と共に所要の溶質を抽出するように作動される。

しかし、上述の最近の教示と同様に、何れの場合に於い
ても、両液体が連続相と分散（寸法を制御された液Ｗ４
）相とによる２相の不均質混合液としてはっきりと維持
される状態でそれらの装置は作動され、両液体による１
相の均質な（完全に混和された）混合液の状態は決して
形成されることがない。

これらの既知の液体−液体の抽出装置による難点、特に
、高分子量の成分く例えば薬品）を抽出することが望ま
れる場合や、高分子量の不純物を分離することが望まれ
る場合に於ける難点は、効率の悪いことであり、このた
めに溶媒の流れの間に於ける１つ又は複数の溶質の質量
輸送が遅いことである。この問題はバイオテクノロジー
に於いて一層悪くなる。バイオテクノロジーに於いては
、液体−液体抽出処理は製造コストのかなりの部分を占
め、それ故に経済的な大部分を占めるのである。

課題を達成するための手段 本発明によれば、２つの溶媒が選択される。これらの溶
媒は、第１の温度に於いて本質的に完全に混和性（即ち
、１つの均質相を形成することができる）で、且つ又、
第２の温度に於いては完全に不混和性か或いは成る程度
の不混和性（即ち、不均質相を形成する）であるような
溶媒とされるのである。これらの溶媒は、一端から他端
へ向かって一連の混合領域および沈澱領域が交互に配置
された多重ステージの分離通路を通して向流として流さ
れるのであり、この通路には（１）選択的抽出を行うた
めに一方の溶媒に優先的に溶ける溶質が供給されるか、
或いは、（′２Ｊ第１の溶質は一方の溶媒に優先的に溶
ける溶質とされると共に第２の溶質は使方の溶媒に優先
的に溶ける溶質とされたこれらの−組の溶質が供給され
るのである。

各ステージに関しては、温度差が維持されるようになさ
れるのであり、混合領域は前記第１の温度とされて実質
的に均質相を形成するようになされ、又、沈澱領域は前
記第２の温度とされて容易に分離可能な不均質相が形成
されるようになされる。

このようにして、抽出処理の場合には、溶質を豊富に含
有する１つの溶媒が通路の一端から回収される。又、溶
質含有量の希薄な第２溶媒が通路の他端から回収される
。この例として、ペニシリンの発酵汁からのペニシリン
の抽出や、潤滑油からの香料の分離がある。２つの溶質
が存在する場合、存在する第１溶媒は第１の溶質を豊富
に含有するが第２の溶質の含有量は８薄となる。存在す
る第２溶媒に関してはこれと逆が真となる。ここで幾つ
かの例としてトリグリセリドやアミノ酸を個々の成分と
なす分離がある。この実施例に於いては、溶質は一般に
抽出塔の中間位置にて給送されるのである。

本発明に於いて使用された各々の溶媒は、１つの混合物
或いは複数の混合物を含むことができることは理解され
ねばならない。複数の混合物が使用される場合には、そ
れらは分離状態の下で単一相を形成し、又、他方の溶媒
と共に混合状態の下で単一相を形成する、ことが基本と
される。

２つ又はそれ以上の数の溶質が向流抽出にて分離される
べき場合には、それらは異なる分配係数を有していなけ
ればならないことは理解されよう。

固溶質の分配係数が近づけば近づくほど、同程度の純度
の分離を達成するためにより一層多数のステージが必要
とされることになるのである。この分離は、固溶質が一
方の溶媒に優先的に溶けるものとされており、キーとな
る要素は分配係数がただ単に相違されているということ
で、即ち、多くのステージが使用されている場合には少
なくとも１％の相違を、又、ステージ数が少ない場合に
は１０％の相違を与えられているような分配係数の場合
ですら、達成されることができるのである。

勿論当然ながら、一方の溶質が一方の溶媒に優先的に溶
は且つ他方の溶質が他方の溶媒に優先的に溶ける場合に
も等しく働くのである。

機械的な撹拌手段を使用している従来の塔構造に比較し
た場合、本発明による作動は極めて重大な利点を与えて
いるのである。即ち、 （１）２つの溶媒が各ステージに於ける混合領域に於い
て単一相を形成する際、これらの２つの流れの間には、
従来の塔の液体−液体の散乱を作り出ｔ′ａ械的混合装
置、例えば撹拌器、に較・べて−層良好な（−層密接な
）接触が達成される。

（２）装置の臨界点の近くでの作動は、２つの溶媒混合
物の一方に於ける溶質の優先的な溶解に関して選択性（
もしくは分配係数に於（プる相違）の増大を助成する（
セット・ルドマー、アール・シンナーおよびヴイ・ヤコ
ットによる“不混和性の臨界点に於ける２種混合液での
溶解度″、＾ＩＣｈＥジャーナル、３３：１１、第１７
７６〜１７９０呉に記載された概念である）。

（３）１相均質混合液と２相不均質との間の転移点（ｔ
ｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ）に於いて２相聞表面
張力はゼロであるので、所要の分離領域では非常に小さ
く、このことが沈澱領域に於番プる速やかな合体を行わ
せるのである。

（４）　　高分子量の溶質が従来の向流式の混合器沈澱
鼎構造にて分離される場合には、関連する拡散と同様に
抽出速度は非常に低く、質量輸送値はそのような材料に
関して非常に小さくなるのであるが、これに対して本発
明によれば、混合を達成するために均質相が形成され、
又、拡散係数に関しては溶質の分子量は重要でなくなる
のである。

（５）本発明による作動を得るだめの取付は構造並びに
デザインが簡単化されているので、妥当なコストにて非
常に多数のステージを備え付けることが可能となると共
に、最小限の時間Ｊ′３よび経費にて高純度な分離溶質
の大生産量を得るための選択度の高い作動が可能となる
。

友１且立ユＪ 臨界点、即ちしばしばプレイポイントと称される点にて
ＷＪ媒混合液を使用することは極く普通のことである。

しかし現在の全ての液体−液体抽出処理はこの臨界点か
ら大きく離れていて、２つの流れの混合物が温度に敏感
でないにうになされる。このような温度では、２つの相
は不混和性の溶媒に対して非常に似た振る舞いをするの
であり、これにより溶媒は安定した界面を形成するよう
になる。不都合なことに、不純物および界面活性化合物
がその界面に吸着される。このことがｔｔａｔ輸送を大
幅に低減させるのである。これは、液滴が安定化され、
又、混合領域にて生じる分散および合体の速度が低減さ
れるからである。

本発明に於いては、沈澱部分に於ける作動はその臨界点
よりもかなり低い温度で生じ、２つの分離相が形成され
るようになされるのである。それ故にこれらの相聞の平
衡分散は一定温度にて作動する装置に於けるのと同じと
なる。しかしながら混合部分に於いては、その温度は臨
界点よりも高いので、安定した界面は形成されず、それ
故に液滴は例え化合物がそれらの表面に吸着されたとし
ても不安定となるのである。混合速度は溶媒の単独の関
数となり、非常に速やかとなるのである。

溶質の拡散係数は、均質相となす完全な混合が達成され
るような速度に対しても何ら影響を及ぼさない。それ故
にこの方法は、低い拡散度を有する化合物（高分子礒化
合物のような化合物）の分離、および界面で吸着される
材料や界面で吸着される不純物を含有する材料の分離に
特に有用である。

本発明の実施に於いて、−度胸質相が達成され、又、２
つの相が再形成されると、これらの２つの相の間には完
全な平衡分配が生じる。この速度制御段階は溶媒自体の
拡散に関する時間とされる。

臨界点よりも高い温度に於いては、２つの溶媒が均質相
を形成する速度は、臨界点よりも低い温度での分散され
た液滴と連続相との間の質量輸送速度よりもかなり速い
のである。全ての実際的な目的のために、＊　Ｉ　（ｔ
ｈｒｏｕｏｈｐｕｔ）は沈澱器に於ける相分離によって
左右されることになる。興味を持てることに、成る程度
況和性の液体が冷却されることによって単一相から２相
となるように相変化を受ける場合、合体の速度は一般に
速くなる。これは、特に大型のユニットの場合に混合器
の中での質量輸送がしばしばステージ効率を決定するよ
うな従来装置と対照的である。従って本発明の処理方法
は、混合器自体に於ける混合の激しさをより一層低くす
ることを必要とするのであり、これは不純物によって乳
化する傾向を見せる装置を操作するときに特に重要とな
るのである。

それ故に本発明の方法は、従来の質量輸送が遅い場合に
困難な分離を扱う抽出処理に特に於いて、既存のユニッ
トに於ける流量を大幅に増偵できるようになす能力を有
しているのである。成る種の場合には、しばしば全く低
い値であるステージ効率を向上させるのである。実際問
題として２０ステージの塔はしばしば４〜５段階の理論
ステージと等価とされる。ステージ効率の向上は、より
一層はっきりした分離を可能にするのである。

従来装置に於いては、最大限の質量輸送を得るための唯
一の方法は混合の激しさを増大することであり、これは
沈澱相に於ける乳化およびそれに伴う問題をもたらすの
である。従って本発明に於いては、２相の分離はそれら
の２つの相が冷却によって形成される場合に一層容易と
なる。何故ならば、界面活性材料が界面に濃縮するだけ
の十分な時間が無く、それ故に新しく形成された液滴が
安定しておらずに素早く合体さＶることができるからで
ある。

本発明の他の、特に混合領域が高温度に維持される実施
例は、その混合領域にて単一の均質相の形成を容易とす
るように熱対流を使用するものである。この実施例に於
いては、混合領域の底部又は側部に加熱部材を配置する
ことによって混合領域に熱が供給される。これにより、
この領域に給送される２つの流れは熱対流によって素早
く撹拌され、多くの場合には付加的なエネルギーを必要
としないのである。従って、加熱部材を適当に配置する
だけでこの加熱部材は２つの灘能を果たすことができる
のである。本発明のこの実施例は、処理される材料が従
来の機械的撹拌器による剪断に耐えることができない場
合や、或いは機械的撹拌が乳化を形成し、これが単一相
の形成および弓き続く分離を遅らせることになるような
場合に、特に重要とされる。機械的撹拌の排除は、多数
のステージを備えた抽出処理に於いて最も重要とされる
のである。

当業者に知られている何れかの従来の機械的撹拌装置又
はバッフル構造成いは充填材を本発明の混合領域に組み
入れることができることは理解されよう。既に説明した
ように多くの場合にそれらは必要とされるものではない
が、それらの使用は本発明の装置および方法に調和しな
いものでもない。

本発明の方法は高い選択度を達成するわけではないが、
予期しないほどの良好な質量輸送を与え、それ故に各ス
テージに於いて平衡状態に向かう良好且つ速やかな接近
を与えるのである。従って、与えられた流量にて−Ｈ高
いステージ効率を達成できるのである。

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１ｃ図および第１Ｄ図は２つの
成る程度Ｕ相性の溶媒の濃度の関数としての不混和性の
転移温度を説明しており、様々な混合液に関してモル比
率で表されている。最も普通の形式は第１Ａ図および第
１８図に示されている。それに於いては、上限の臨界溶
解温度υＣ３Ｔおよび下限の臨界溶解温度ＬＣ８Ｔにそ
れぞれ対応する最高温度および最低ａ！度が示されてい
る。

上限の臨界点にて処理する装置に関しては、曲線（間延
曲線）によって示された温度よりも高い温度に迄混合液
を加熱することによって、２つの溶媒液は完全な混和性
となって均質相即ち１相混合液を形成する。これに対し
て、温度を示１その曲線よりも低い温度に迄冷却される
ことによって２相混合液を形成・するのである。下限の
臨界点にて処理する装置に関してはこの逆が真となる。

このような下限臨界点の体、系に於いては、溶媒混合液
をこの間延曲線よりも高い温度に迄加熱することによっ
て、均質相即ち１相溶解体系の混合液は第１Ｂ図に示す
ように不均質相即ち２相混合液に分かれることになる。

第１ｃ図および第１Ｄ図は更に複雑な体系を示している
。これに於いては１つ以上のこのような相転移叩ち間延
曲線がある。

これらは本発明に於いて技術的に適当とされるならば使
用できる。又、上述にて説明した間延曲線の形状および
位置は混合液に１つ又はそれ以上の添加溶媒を溶解させ
ることによって変化させることができる。事実、このよ
うな液体混合液体系に溶解された様々な材料（固体、液
体又は気体）がその間延曲線に影響を及ぼすことが知ら
れている。

第２図に於いては、混合領１４Ｍと沈澱領域Ｓとが介在
面積部分Ｐを含むワイヤーメツシュ又は同様な充填材に
よって分けられて交互に配置された垂直塔が備えられて
いる。これにより、重い溶媒例えば溶媒Ａはライン１を
通して塔頂部に給送され、又、軽い溶媒例えば溶媒Ｂは
ライン２を通して塔底部に給送され、塔を通して向流の
流れを形成するようになっている。２つの溶質を含有す
る給送混合液はライン３を通して塔の中間位置に給送さ
れて分離され、軽い溶媒によって抽出されて第１の溶質
を豊富に含有する軽い溶液即ち抽出液を形成するように
なされる。この抽出液はライン４を通して塔頂部から回
収される。又、重い溶媒即ち第２の溶質をΩ富に含有す
る抽残液はうイン５を通して塔底部から回収される。こ
の給送点の位置決めは２つの溶質の分配係数並びに求め
られる純度の程度に応じて決まるのである。このような
給送点の決定は向流抽出処理に於い−Ｃは通常のことで
ある。各領域は熱交換加熱器ト１と熱交換冷却器Ｃとを
備えている。それらの幾つかが混合領域および沈澱！’
１ｊ４ｔに於ける混合液の独立した且つ直接的な温度制
御を行うために直接に且つ局部的に図示されている。

第２図に於いて、この方法は上限の臨界溶解温度ＵＣ８
Ｔを形成する溶媒を使用しており、それ故に沈澱領域Ｓ
（端部領域を含む）は冷却器Ｃを備え、間合領域Ｍは加
熱器１」を備えている。これと対照的に下限の臨界溶解
湿度ＬＣ８Ｔを有する溶媒を使用する塔に於いては、沈
澱領域Ｓ（端部領域を含む）は加熱器Ｈを備え、混合領
域Ｍは冷却器Ｃを備えている。これは、上限の臨界溶解
温度ＬＪＣ８Ｔを使用する塔に於いては混合液が高い温
度で混合され且つ低い温度で沈澱されるに対して、下限
の臨界溶解温度ＬＣ８Ｔを使用する塔に於いては混合液
は低い温度で混合され且つ高い温度で沈澱されるからで
ある。

第３図は本発明を混合器−沈澱器の抽出装置に応用した
状態を示している。これに於いては各各分離された混合
領域および沈澱領域が使用されている。

この図面に於いて、５個の混合領域の各々は符号Ｍで示
されており、又、沈澱領域の各々は符号Ｓで示されてい
る。重い相および軽い相がそれぞれライン１１および１
２を通して導入され、申開の混合領域に対してライン３
を通して溶質（ｆｅｅｄ）が給送されている。この方法
では、混合領域から出た単一の均質相はタンク底部から
直ぐｒに位置する沈澱領域へと送られる。沈７に！領域
の中に導かれる前に、この混合流れは臨界点以下の温度
に迄冷却されて沈澱領域内部で簡単に２相が形成される
ようになされる。各冷却器は符号Ｃで示されている。各
沈澱領域に於ける軽い相は右隣の混合領域へ圧送される
（最も右側の沈澱領域は別であり、そこでは軽い相は処
理系統から製品として取り出されるのである）。同様に
、重い相は各沈澱領域から左隣の混合領域へとポンプ（
図示せず）によってライン１７を通して圧送される（最
も左側の沈澱領域からはその重い相が抽出処理系統から
の製品として取り出される点で異なる）。混合領域の各
々は加熱器１８および撹拌器１つを備えている。この撹
拌お１９は混合領域での混合並びに熱伝達を良好にする
。又、加熱器１８は液体温度を臨界点以上の温度に迄上
Ｗさせるのである。

第２図および第３図には限られた個数の混合領域−沈澱
領域のみが示されているが、追加ステージを第２図の塔
に追加し、或いは第３図の給送管（溶質）の付加された
混合領域の片側又は両側に追加することができることは
Ｉ！Ｉ！解されよう。当業者には第２図および第３図に
示されているような従来の液体−液体抽出装置が本発明
の特徴を組み込むことによって改修できることは明白と
なろう。

特に、本発明の第１の重要な特徴は２つの溶媒△および
Ｂの混合液を使用することであり、これらの溶媒は成る
程度即ち部分的に混和性であり、又、それらが本質的に
完全に混和性となる少なくとも１つの鋭く且つ良好に定
められた不混和性の転移温度を有しているのである。２
成分混合液の不混和性の臨界温度は第３の成分を溶解す
ることによって大幅に変化できることは良く知られてい
る。第３の成分が２成分混合液に於ける一方の成分に溶
けるものである場合は、上限の臨界溶解温度ＵＣ８Ｔは
上界する。第３の成分が２成分混合液に於ける両方の成
分に溶けるものである場合は、上限の臨界溶解温度ＵＣ
８Ｔは降下する。このようにして、例えば水はメタノー
ル−ヘキサン混合液の上限の臨界溶解温度ｔＪｃｓＴを
上昇させるが、アセトンはメタノールーチクロヘキサン
の上限の臨界溶解温度ＬＪＣ８Ｔを降下（アセトンの溶
解％当り３．５℃だけ）させるのである。

下限の臨界溶解温度ＬＣ８Ｔはこれと反対の影響を及ぼ
す。第３の成分が両方の液体に溶けるものである場合は
、下限の臨界溶解温度Ｌ　ＣＳ　Ｔは上昇する（例えば
条件剤としてのｔ−ブチルアルコールとの水−Ｓ−ブチ
ルアルコールの混合液）。しかしながら、第３の成分が
主として２成分混合液の一方の成分に溶けるものである
場合には、下限の臨界溶解温度ＬＣ８Ｔは降下する（グ
リセロール−水−グアヤコール）。条件剤（第３の成分
）も臨界化合物を変化させることが知られている。両方
の溶媒相が水を含有している場合はしばしば有利とされ
る。非常にしばしば水は塩や有機酸を含有しており、分
配係数を緩和し変化させるのである。

本発明の方法の簡単な応用は、従来装置に対して加熱器
および冷却器を装備し、これによって分離効率を高める
ことであると理解されよう。従って必要な混合の激しさ
を軽減することができるのである。しかしながら、機械
的な撹拌を完全に無くすことが更に望ましい。何故なら
ば、熱対流を利用する本発明によって効率の良い混合が
達成されるからである。明らかなように、この結果とし
て塔デザインが一層簡単化され、経済的に多数のステー
ジを構成することが可能となる。この後者の利点は特に
重要である。何故ならば、これ迄は一括方式にて研究所
的な小ざな器具によってのみ行われてきた分離をその利
点によって産業規模で行なえるようになるからである。

本発明による方法および装置の特徴は従来技術とは全く
別物である。例えば、第２図に示した取付は状態と類似
の典型的な従来からの多段ステージの向流分離装置（例
えばシェイケルの抽出装置）を考えると、１１　ｂｌｉ
　ＳおよびＭに対応する各ステージに於いて２つの溶媒
が機械的な撹拌器によって見境もなく混合され、しかる
後に液体分散状態は沈澱器に於いて分離されている。こ
の撹拌は不連続相を微細な液滴状態に粉砕して、２つの
相の間の接触面積を大きくするために必要である。これ
を行わないと、相聞の１つ又は複数の溶質の質量輸送は
著しく低く、抽出処理が無効となってしまう。

従来の塔に於いては、撹拌器がしばしば簡単に備えられ
ていた。例えば回転可能な垂直撹拌シャフトが塔を通し
て延在され、混合領域に於いて該シャフトに撹拌羽根基
が備えられていた。（更に詳しくは、化学エンジニアリ
ングのための分離技術のハンドブック、フィリップ・ニ
ー・シュヴフイツァー編集長、マッグロウ−ヒル　ブッ
クカンパニー　１９７９．１−３０８〜１−３１０頁を
参照されたい）抽出に於いては、分離されるべき溶質は
一方の溶媒と一緒に給送される。２つの成分く溶質）が
分離されるべき場合には、それらは別々の流れとして塔
の中間部分に給送される。

不都合なことに、従来の装置では多段ステージは達成困
難とされており、構造の複雑さおよびその作動並びに維
持のための費用の点で高価となる。

一方、本発明によれば機械的な撹拌手段は不要となり、
この代わりに加熱器および冷却器が混合領域および沈澱
領域に状況に応じて備えられるのである。塔内の可動部
材は、あったとしても液体に向流流れを発生させるため
の、例えば望まれる場合に使用液体の比重差によって生
じる重力流れを助成するための任意配備のポンプだけで
ある。

交互の混合領域および沈澱領域で表される加熱部分およ
び６１４１部分はメツシュのような適当な充填材料で充
満された介在部分によって別々に離隔されている。これ
は通常の機械的撹拌器を備えた塔の場合に不均質装置に
於ける２つの相の最大限の面接触露出を目的とするもの
ではない。しかし、その代わりに沈澱領域に於ける相分
離を容易にすると同様に混合液の制御されていない頂部
から底部へ向かう循環を速やかに阻止することを目的と
する。

従来の液体−液体塔抽出作動と同様に、本発明の向流処
理は２つの溶媒を使用し、これらの溶媒は段階的に密接
な接触状態およびしかる後の分離を各スデージ毎に行わ
れるのである。各々の場合に於ける抽出分離は与えられ
た１つの溶質の分配係数又は２つの溶媒ＡおよびＢの間
の２つの溶質の分配係数に依存する。（２つの不混和性
の液体と接触し且つ両方の溶媒に溶ける溶質は固定比率
にて２つの液体中に溶解し、モル即ち電離は生じない。

従って、各液体中のその濃度比は一定となり、この比が
溶質の分配比率もしくは分配係数と呼ばれているのであ
る。） このようにして、例えば１つの溶質が第１および第２の
溶媒Ｂおよび八に７５　：　２５の比率で溶けることが
できるならば、６４部の溶質（例えば溶媒ＢおよびＡは
互いに固定比率で向流状態で流れている）に関して、（
ｉｔ第１の抽出ステージにて溶媒Ｂには溶質の４８部が
溶解されると共に溶媒Ａには溶質の１６部が溶解され、
１ｉｉ）　１６部の溶質を含有する溶媒Ａの部分の第２
の抽出ステージに於いて、続く溶媒Ｂの部分には１２部
が溶解し、溶ＩＭＡには４部が残され、（ｉｉｌ　４部
の溶質を含有する溶媒Ａの部分の第３の抽出ステージに
於いて、次の連続する溶媒Ｂの部分には３部が溶解して
溶媒Ａには１部の溶質が残される・・・・・・、となさ
れるのである。

都合の良いことに、１つの溶質が抽出されるべき場合に
は、その溶質は塔の一端にて給送され、優先的な溶媒は
他端から給送されるのである。この作動が２つ又はそれ
以上の溶質を期待する場合、それらの溶質は組み合わせ
た流れとして塔の中間位置に給送される。明白なように
、ステージ数が増大すれば、部分的に混和性の溶媒装置
を構成する一対の向流溶媒の費用にて、優先的に溶ける
溶媒中の所要の溶質の選択度および純度も増大する。

これにより、溶質に関する優先的な溶媒（第１溶媒）は
高純度の溶質を豊富に含有する製品として向流通路の一
端から回収される。一方、他方の溶媒（第２溶媒）は溶
質含有量の非常に希薄な製品として該通路の他端から回
収されるのである。

勿論、本発明の基本原理が第２図および第３図に示す構
造によって十分に図示されているが、与えられた装置が
部分的混和性の溶媒を使用し且つそれらの溶媒が溶解の
臨界点を有する混合液を形成すると共に、その臨界温度
にまたがる個々のステージの作動が混合領域および沈澱
領域でそれぞれ１相均質混合液と２相不均質混合液との
間で変化させることが観察される限りに於いては、同様
な結果が類似構造によって達成されるのである。

一般に混合領域では１相部分して温度を維持することが
望ましいが、成る種の実施例では臨界温度よりも数℃（
例えば３℃）低い温度でｂ本発明の利点を達成すること
ができるのである。何故ならば、この部分では２つの相
の間の組成の差は非常に小さいからである。

各混合領域での熱伝達を容易にするために機械的撹拌器
の使用が望まれる場合があるが、１相又は２相の混合液
の臨界点にまたがる生成は、上述のような根本的な速い
流れおよび成分が密接に接触する利点を依然として与え
るのである。

本発明によるこの装置は臨界点で正確に運転される必要
はない。この代わりに、この運転は溶媒の混合液によっ
て行われ、溶媒は加熱および冷却を繰り返されることに
よって単一な均質相と２つ又はそれ以上の数の相との間
で転移を生じる、ということが基本とされるのである。

非常に多数の分離処理が、臨界点を有する本発明の溶媒
装置に使用できる。第１表には代表的な、しかし限定す
るものではない表が掲載されている。

第１ｂ表 溶媒　Ａ 第　　１　ａ　　表 ２成分装置に　ける 溶媒　Ｂ 上限臨界 溶解温度 （ＵＣ３Ｔ） ℃ 下限臨界 溶解温度 （ＬＣ３Ｔ） 一℃− （０，３０）＊ 水 水 ヘキサン 水 パーフルオロ メチル−シ クロヘキサン 水 アセトニト リル ルチダイン メタノール フェノール ｎ−オクタ ン ジエチル カルピノ− ０，４ ４ ６ １ ０ ４ （０，２０）＊ （０，４６）＊＊　　（０，１６Ｃ！：＊ル これらの幾つかの混合液はヘキサン−メタノールやアセ
トニトリル−水のように２成分だけで構成されているこ
とが注目される。その他は一層複雑な溶媒混合液を使用
している。従って、片側にプロパツールを有するブタノ
ールと第２の溶媒としての水との混合液は２つの相を形
成し、その一方は２つのアルコールを豊富に含有し、他
方は水を豊富に含有する。又、この溶媒装置の臨界点は
０℃〜６０℃の範囲にわたって変化することができるの
である。生物学的な成分の大量の分離に於いては、水の
相は十分に緩和されて特定のＩ）Ｈを維持するようにな
される。このｌ）Ｈはプロティンの変性を防止するのに
必要とされるのである。

約２５℃の臨界点を有する本発明に有用なその他の装置
は、ポリエチレングリコールおよび水であり、これは低
温にて２相を形成する。又、これは向流抽出もしくは分
離処理に使用することができる。

本発明の利点は、コレステロールとエルゴステロールと
の等モル混合液をヘキサン−メタノール溶媒装置を使用
して分離することを考慮することによって明白となろう
。この２つの溶媒に関する一不混和性曲線が第４図に与
えられている。ヘキサンを豊富に含有する相とメタノー
ルを豊富に含有する相との間の分配係数は、０℃に於い
て、エルゴステロールに関しては０．９５であり、コレ
ステロールに関しては１．１２である。第２図に示され
たような向流塔に於いては、コレステ［］−ルは頂部か
ら離れる方向に流れる高い部分のヘキサンの豊富な高い
流れに豊富に含有され、エルゴステロールは底部から離
れる方向へ流れるメタンの豊富な流れに豊富に含有され
るのである。メタノールに対するヘキサンのモル流量比
は１：１と推定され、ヘキサンに対する給送量のモル流
量比は０．１：１と推定される。

第５図は理論ステージに段数の関数としての分離成分の
純度を示しており、これに於いて抽出は０℃にて実施さ
れた。］レステ０−ルの純度は給送トレー位置よりも上
方のステージ数にのみ依存し、これに対してニルゴスト
ロールの純度は給送トレー位置よりも下方のステージ数
に依存する。

かなり多数の全体的なステージ数がかなり良好な分離を
行うために必要であることが明白となる（９５％の純度
を達成するためには、コレステロールでは約３０、ニル
ゴストロールでは約５５のステージ数となる）。これよ
りも多いステージ数が実際に必要とされるのである。何
故ならば１００％の効率は得られないからである。この
ように多数のステージ数が、機械的撹拌器を各ステージ
に必要とする従来の塔を構成するのを困難にしていたの
である。

本発明の実施に於いて、混合領域に於ける温度は４５℃
に維持され、分離器に於ける温度は２０℃に維持された
。このような温度はそれらの温度から変化されて第５図
に示した曲線の展開のために使用されたので、必要なス
テージ数は図示したものよりは僅かに多くなった。しか
しながらこのような処理に於ける混合および分離の改良
により、多数の有効ステージを備えた向流塔に於いて現
実的な流量並びにデずインおよび構造で、しかも納得で
きる経費にて、高いステージ効率を生み出すのである。

溶媒の有効な熱攪拌は０．１５ａｍｌ、Ｏｏ−段の液体
−液体抽出器によって立証された。この塔は、底端部に
電気的加熱部材と、内部湿度を測定するサーモメーター
とを備えた透明な中央の混合部分を含んで構成されてい
る。上側および下側の沈澱部分はその混合部分の上およ
び下に配置されている。沈澱部分の各々はジャケットを
備えており、このジャケットは鍼水（ｂｒｉｎｅ　）を
流すための入口および出口が備えられている。溶媒を導
入し流し出すための上側および下側の入口−出口部分は
、それぞれ沈澱部分に取付けられている。

流量を測定するために、入口ラインは流量計を備えてい
る。

着色したメタノールの豊富な重い相およびヘキサンの豊
富な軽い相がそれぞれ上側および下側の人口−出口部分
に導かれる。加熱部分は４０℃に維持され、冷却部分は
２５℃に維持される。溶媒の流量は５ミリリットル／分
とされる。

材料は熱対流のみによって有効に撹拌され、加熱部分に
流入すると速やかに単一相を形成する。

対照的に、塔が加熱されたり冷却されていない場合には
、両相は本質的に混合されないままとなり、加熱領域を
通過する際に層流を形成するものと推測される。

健 本発明の利点は垂直向流抽出塔を使用して図解すること
ができる。例えば、２４段階のステージの抽出塔が使用
され、給送位置の上に１０段のステージが、又、給送位
置の下に１４段のステージが存在するような位置にて給
送混合液が導入される。

溶剤はそれぞれヘキサン豊富な軽い相とメタノール豊富
な重い相とされ、２０℃に於けるメタノールおよびヘキ
サンの等容積の平衡混合液から得られた。これらの重い
相および軽い相はそれぞれ塔の頂部および底部に導かれ
、流量は５ミリリットル／分とされた。コレステロール
とエルゴステロールの等モル混合液の１１当り２ｇの濃
度の給送剤が０．５ミリリットル／分の流量で塔内に給
送された。混合ステージでの浦留時間は５分である。第
５図に示したデータに基づいて、論理的ステージと仮定
すれば、コレステロールとエルゴステロールの各々に関
して約７０％の純度が得られるのである。

従来技術によって、即ち全体を通して大気温度で且つ各
混合ステージには機械的撹拌器を備えて抽出が行われる
場合、ステージに於ける効率が悪いので純度は５５〜６
０％が予測される。

本発明を立証するために、比較できる垂直塔が第２図に
示すように構成される。機械的撹拌器は使用されない。

加熱部分は４０℃に維持され、冷却部分は２０℃に維持
されるべきである。加熱コイルは加熱領域の底部配置さ
れ、熱対流によって溶剤の混合を行うようになされなけ
ればならない。

この装置を使用して本発明による方法を実施することに
よって、かなり良好な効率の達成されることが期待でき
るのである。

本発明の優れた点は、不純物が一方の溶媒流とともに塔
内に導入されるような抽出装置に関連しても立証するこ
とができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図および第１Ｄ図は、様々
な種類の不混和性曲線（相線図）を示すグラフ。 第２図は、上限の臨界溶ｗＩｍ度を有する部分的況和性
の第１および第２の溶剤を使用して本発明による方法を
遂行するための、本発明による向流分離のために有用な
垂直塔の概略図。 第３図は、本発明の実施に有用な一連の別々な混合タン
クおよび沈澱タンクの概略的な図面。 第４図は、ヘキサンおよびメタノール温合液に（資）す
る不混和曲線を示し、メタノールの温度およびモル比に
関して生じる相の数を示しているグラフ。 第５図は、分離に於ける理論ステージ数に対するエルゴ
ステロールおよび」レステＯ−ルの純度を示すグラフ。 Ａ、Ｂ・・・溶媒、Ｃ・・・冷却器、Ｍ・・・混合領域
、Ｐ・・・介在面積部分、Ｓ・・・沈澱領域、１．２．
３．４゜５．１１，１２．１３．１７・・・ライン、１
８・・・加熱器、１９・・−攪拌器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）多重の段階即ちステージを有し、各ステージが混
   合領域および沈澱領域を有して構成されている向流分離
   方法であつて、第１の温度で完全に混和されることがで
   き且つ又第２の温度では２相に分離するような第１溶媒
   および第２溶媒を前記複数の段階を通る向流通路の中に
   流し、前記各段階に於ける混合領域を前記第１の温度に
   且つ沈澱領域を前記第２の温度に維持し、前記第１溶媒
   に優先的に溶ける１つの溶質を含む少なくとも１つの溶
   質を前記通路の中に給送し、そして、前記優先的に溶け
   る溶質を豊富に含有した前記第１溶媒を前記通路の一端
   から回収するとともに該優先的に溶ける溶質の含有量が
   希薄な前記第２溶媒を前記通路の他端から回収する、諸
   段階を含んで構成されたことを特徴とする向流分離方法
   。 （２）請求項１に記載された方法であって、この方法で
   ただ１種の溶質が使用され、又、前記溶質が一方の溶媒
   と一緒に導入されるようになされている、ことを特徴と
   する向流分離方法。 （３）請求項１に記載された方法であって、前記方法に
   複数の溶質が導入され、それらの溶質は前記通路の中間
   位置にて一緒にして導入される、ことを特徴とする向流
   分離方法。（４）請求項１に記載された方法であつて、
   前記第１の温度が加熱手段によつて前記混合領域内に維
   持され、前記第２の温度が冷却手段によつて前記沈澱領
   域内に維持される、ことを特徴とする向流分離方法。 （５）請求項４に記載された方法であって、加熱手段が
   前記混合領域の下部又はその周囲に配置され、該加熱領
   域に進入する第１溶媒および第２溶媒を熱対流によつて
   混合するようになす、ことを特徴とする向流分離方法。 （６）請求項１に記載された方法であつて、各溶媒の分
   配係数が少なくとも１％相違していることを特徴とする
   向流分離方法。 （７）請求項１に記載された方法であつて、各ステージ
   に於ける混合領域が該ステージに於ける沈澱領域の上方
   に連続して配置されており、又、各各のステージは実質
   的に垂直方向に整合されて配置されている、ことを特徴
   とする向流分離方法。 （８）請求項１に記載された方法であって、各ステージ
   に於ける混合領域が沈澱領域の上方に配置されて両領域
   が隔てられており、混合領域から沈澱領域へ材料を運ぶ
   ために導管手段が備えられており、又、前記導体手段お
   よび各混合領域内に熱交換手段が備えられている、こと
   を特徴とする向流分離方法。 （９）請求項１に記載された方法であつて、少なくとも
   １種の溶質が高分子量の材料であることを特徴とする向
   流分離方法。 （１０）請求項１に記載された方法であつて、機械的に
   加えられる局部的な撹拌を伴わずにこの方法が遂行され
   ることを特徴とする向流分離方法。 （１１）請求項１に記載された方法であって、前記第１
   溶媒および第２溶媒が高い臨界溶解温度を有する混合液
   を形成して、前記第１の温度に迄加熱されることによつ
   て本質的に完全に融和できるようになされることを特徴
   とする向流分離方法。 （１２）請求項１に記載された方法であつて、前記第１
   溶媒および第２溶媒が低い臨界溶解温度を有する混合液
   を形成して、前記第２の温度に迄冷却されることによっ
   て本質的に完全に融和できるようになされることを特徴
   とする向流分離方法。 （１３）多段ステージの向流分離装置であつて、この向
   流分離装置に於ける向流通路を形成する一連のステージ
   であつて、各ステージが混合領域と沈澱領域とを備えて
   いるような一連のステージと、 前記通路の一端にて第１溶媒を導入するための入口手段
   と、 前記通路の他端にて第２溶媒を導入するための入口手段
   と、 前記第１溶媒に優先的に溶ける１種の溶質を含む少なく
   とも１つの溶質を両溶媒と接触させて前記通路の中に導
   入するための入口手段と、 各ステージに於ける混合領域を、両溶媒を均質相の状態
   に維持するのに十分な温度である第１の温度に維持する
   ための手段と、 各ステージに於ける沈澱領域を、両溶媒を不均質相の状
   態に維持するようになす第２の温度に維持するための手
   段と、 前記優先的に溶ける溶質を豊富に含有する前記第１溶媒
   を前記通路の前記他端から引き出すための出口手段と、 前記優先的に溶ける溶質の含有量が希薄な前記第２溶媒
   を前記通路の前記一端から引き出すための出口手段と、 を有して構成されたことを特徴とする多段ステージの向
   流分離装置。 （１４）請求項１３に記載された装置であつて、前記通
   路には機械的に加えられる局部的な撹拌手段が備えられ
   ていないことを特徴とする多段ステージの向流分離装置
   。 （１５）請求項１３に記載された装置であつて、沈澱領
   域の熱交換手段が冷却器であり、混合領域の熱交換手段
   が加熱器であることを特徴とする多段ステージの向流分
   離装置。 （１６）請求項１５に記載された装置であって、前記混
   合領域に進入する両溶媒の熱攪拌を引き起こすように加
   熱器が混合領域に対して位置決めされていることを特徴
   とする多段ステージの向流分離装置。 （１７）請求項１６に記載された装置であって、加熱器
   が混合領域の底端又はその周囲付近に配置されているこ
   とを特徴とする多段ステージの向流分離装置。 （１８）請求項１３に記載された装置であつて、沈澱領
   域の熱交換手段が加熱器であり、混合領域の熱交換手段
   が冷却器であることを特徴とする多段ステージの向流分
   離装置。 （１９）請求項１３に記載された装置であつて、両領域
   を通る両溶媒を分散させるために混合領域にバッフルが
   備えられていることを特徴とする多段ステージの向流分
   離装置。