JPH0810504A - 異相間物質移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異相間における物質の移動を円滑かつ効率的
に行わせることができる異相間物質移動装置を提供す
る。 【構成】 互いに混合し合わない第一流体と第二流体を
接触させて両流体間における物質の移動を行わせるため
の装置であって、第一流体に対して親和性を有する保持
体１５をケーシング１３内に配置し、保持体１５に対し
て第一流体を供給し、一方、ケーシング１３内に第二流
体を供給する。すると、第一流体は、親和する保持体１
５の表面に保持された状態で上昇していき、周囲の第二
の流体から物質を取り込む。物質を取り込んだ第一流体
は取出し口２３から取り出される。この場合において、
注入孔１９から次々に新しい第一流体が供給されるた
め、異相間における物質の移動を連続的に行わせること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は異相間物質移動装置、特
に互いに混じり合わない複数種類の流体間でそれらに含
まれている物質を、当該複数種類の流体間に形成されて
いる界面を介して相互に移動させるための装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】抽出は物質の精製を行うのに簡易かつ有
効な手段の一つであり、化学の分野では頻繁に用いられ
ている。抽出の要点は、水と油のように互いに混じり合
わない（溶解し合わない）２種類以上の液体を接触さ
せ、それらの界面を介して相互に物質の移動を行わせる
こと、言い換えれば、所定の界面を形成して異相間にお
ける物質の移動を行わせることにある。

【０００３】抽出機器の典型的なものは分液漏斗である
が、これを用いた場合には２種類の液体の入った分液漏
斗を激しく振蘯する必要があり、精製すべき試料が著し
く多い場合や、使用される溶媒が重い場合には作業上の
困難が伴うという問題があった。作業上の困難は精製効
率の低下に直結することから、これを排除するために抽
出操作を連続的に行う連続抽出装置が幾つか考案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、連続抽
出装置は、大型である、小スケールの抽出に使用できな
い、使い勝手が良くない、抽出効率に問題がある等の理
由により、普及率はあまり良くないというのが現状であ
った。また、これまでの連続抽出装置は抽出操作にしか
使用できず、他の異相間物質移動操作、例えば相間移動
触媒を用いた異相間反応にまでそれを適用することはで
きなかった。

【０００５】本発明は以上のような問題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、簡便かつ効率的に、あらゆ
るスケールであらゆる種類の異相間物質移動操作に使用
できる異相間物質移動装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る異相間物質移動装置において
は、第一流体に対して親和性を有する保持体に当該第一
流体を保持させた状態で第一および第二流体を流すこと
により、第一および第二流体間での物質の移動を連続的
に行わせることを特徴とする。

【０００７】即ち、本願の請求項１記載の発明に係る異
相間物質移動装置においては、互いに混じり合わない第
一流体及び第二流体の間でそれらの界面を介して物質を
相互に移動させるための装置であって、内側を流体が流
通するケーシングと、前記ケーシング内に配置され、前
記第一流体に対して親和性を有する一方で前記第二流体
に対しては親和しない部材からなる保持体と、この保持
体に対して前記第一流体を導く第一流体導入装置と、前
記ケーシング内に前記第二流体を供給する第二流体供給
装置と、を備え、前記保持体に前記第一流体が保持され
た状態で前記第一および第二流体を供給して新たな界面
を次々に形成することにより、両流体間における物質の
移動を連続的に行わせることを特徴とする。

【０００８】また、請求項２に係る異相間物質移動装置
においては、請求項１記載の異相間物質移動装置におい
て、前記保持体を振動させる加振機を備え、前記第一流
体が保持された状態で該保持体を振動させながら両流体
間における物質の移動を行わせることを特徴とする。

【０００９】請求項３に係る異相間物質移動装置は、請
求項１記載の異相間物質移動装置において、前記第一流
体に対して所定の電位を付与する手段を備えていること
を特徴とする。

【００１０】請求項４に係る異相間物質移動装置は、請
求項１〜３いずれか記載の異相間物質移動装置におい
て、前記保持体は、繊維の束、軸部とこの軸部の周囲に
取り付けられた螺旋羽根、または、軸部とこの軸部の周
囲に取り付けられたプレートからなることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】以上のようにして構成される本発明に係る異相
間物質移動装置においては、保持体に導かれるた第一流
体は保持体の表面に吸着される一方、第二流体は保持体
の表面には吸着しない。従って、第一流体と第二流体を
供給した場合には、当該保持体の表面に第一流体の層が
形成されることとなる。

【００１２】ここで、第一流体の比重が第二流体のそれ
よりも小さい場合には、保持体表面に吸着した第一流体
は、その浮力により上昇する。この場合において、第一
流体は保持体に親和性するため、保持体の表面に形成さ
れた第一流体の層は、その状態（保持体が第一流体をま
とった状態）を崩さずに上昇していく。この状態で新た
な第一流体を保持体の下方から導けば、第一流体の新し
い層を連続的に形成させることができる。第二流体の比
重が第一流体のそれよりも小さい場合には、第二流体の
移動の方向が逆になるが、保持体に第一流体がまとわり
ついた状態でその表面を動くことに変わりはない。

【００１３】例えば、第一流体が油であり、第二流体が
水である場合においては、保持体を親油性の部材で構成
した場合には、油を保持体に導くと当該保持体の表面は
油で覆われることになる。この場合において、親油性の
保持体の表面は水を撥くため、周囲が水で満たされてい
た場合でも油はこれを押し除けて保持体の表面を覆うこ
とができる。結果的に、保持体の表面を油が覆い、その
周囲に水が存在するような状態をとる。そして、油の中
に水溶性物質が含まれていた場合には、水／油界面を介
してその物質が水相に移動することになる。逆に、水中
に親油性物質が含まれている場合には、当該界面を介し
て油の方に移動することになる。

【００１４】そして、このような状態で水と油が連続し
て供給されることにより、水／油の界面が次々に（新た
に）形成されていくこととなり、この新たに形成されて
いく異相間において物質の移動が連続的に行われる（請
求項１）。

【００１５】請求項２に係る異相間物質移動装置におい
ては、保持体を振動させる加振機を備えているため、保
持体が振動しながら両流体間における物質の移動が行わ
れることとなり、物質の移動効率を向上させることがで
きる。

【００１６】請求項３に係る異相間物質移動装置におい
ては、所定の電位が付与されることにより、電荷を帯び
た成分の移動が容易になる、あるいは、金属イオンを還
元して異相間物質移動を行うことができることになる。

【００１７】請求項４に係る異相間物質移動装置におい
ては、保持体が繊維の束、軸部とこの軸部の周囲に取り
付けられた螺旋羽根あるいはプレートからなるため、保
持体の表面積を大きくすることができ、結果的に第一流
体と第二流体の界面を広くとることができ、異相間にお
ける物質の移動効率を向上させることができる。

【００１８】本発明においては、保持体にまとわりつい
た第一流体の表面が第二流体との界面を形成する。即
ち、分液漏斗等による通常の抽出操作では二種類の流体
がそれらの比重差に基づき二層に分離することにより水
平方向に界面が形成されることとなるが、本発明におい
ては保持体の表面の沿って界面が形成される。極端な場
合には、比重の異なる流体であっても、垂直方向に界面
が形成されることもある。異なった方向に形成された界
面を介しての物質の移動の方向はケミカルポテンシャル
に依存する。要するに、本発明においては、通常の従来
の操作とは異なった方向に界面が形成されるのである。
このことは、比重が非常に近い（あるいは殆ど同じ）流
体を用いた場合でも、それらが互いに混合しない限り効
果的に抽出操作が行えることを意味する。即ち、比重が
殆ど等しい流体を用いて分液漏斗で抽出を行った場合に
は、二層に分離しにくくなることから操作に障害が出る
が、本発明に係る異相間物質移動装置を用いた場合には
そのような心配がなく、効果的に抽出操作が行えるので
ある。

【００１９】なお、本明細書に使用されている「互いに
混じり合わない」、「混合しない」、「溶解し合わな
い」という用語は、それぞれ便宜上のものである。即
ち、ある溶媒に対して全く溶解しないというような物質
は存在しないのであるから、上記用語は、通常の当業者
が「互いに混じり合わない」、「混合しない」、「溶解
し合わない」というように認識する複数種類の流体（例
えば、当業者がそのように認識して抽出操作などに使用
する流体）を意味するものである。

【００２０】また、例えば極性溶媒に対しては極性物質
が溶解しやすく非極物質は溶けにくいという事実が周知
であることからも明らかなように、親水性の物質、親油
性の物質、或いは、ある物質に対して親和する物質とい
うものは、通常の当業者が場合に応じて適宜選択し得る
ものである。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図に基
づいて説明する。

【００２２】［第１実施例］第１実施例においては、互
いに混り合わない２種類の流体であって、第一流体が第
二流体よりも比重が小さい場合に使用されるものである
（例として、第一流体がヘキサンで、第二流体が水）。

【００２３】図１は、本発明の第１実施例に係る異相間
物質移動装置１１の構成を示す図である。この第１実施
例に係る異相間物質移動装置１１は、ステンレス製のケ
ーシング１３と、その内部に配置された保持体１５と、
ケーシング１３に第一流体を供給する流入孔１７と、保
持体１５に対して第二流体を供給する注入孔１９と、保
持体１５を加振する加振機２１と、を有している。

【００２４】実施例において、保持体１５は、軸部１５
ａと、この軸部１５ａの周囲に取り付けられた螺旋羽根
１５ｂとからなる。更に、この保持体１５は、第一流体
であるヘキサンと親和するように、フッ素樹脂でコーテ
ィングしている。

【００２５】ここで、注入孔１９からヘキサンが供給さ
れると、ヘキサンは保持体１５と親和するため、その表
面を濡らすような形で表面を覆い、保持体１５の表面を
上昇していく（図２）。この場合において、水がケーシ
ング１３内に満たされていたとしても、保持体１５と水
がほとんど親和しないため、ヘキサンは保持体１５表面
の水を押し除けてその保持体１５の表面を覆っていくこ
とになる。保持体１５の表面を上昇していったヘキサン
は、最終的には取出し口２３から取り出される。一方、
流入孔１７から供給された水は排出孔２５から排出され
る。

【００２６】吸入孔１７から供給される水溶液は例えば
所定の化学反応を行った後のものであり、ヘキサンに溶
解するもの（油溶性生成物）を含んでいる場合には、ケ
ーシング１３内を流通する過程において、保持体１５に
保持された状態で動くヘキサンに当該物質を受け渡す。
よって、取出し口２３から取り出されたヘキサンには、
反応後の水溶液中に溶解している反応生成物が含まれて
いる。この場合において、新しいヘキサンが次から次へ
と注入孔１９から供給されることとなるため、その一部
分に飽和が生じた場合でも、次に供給される新たなヘキ
サンにその物質が吸収されることとなるため、連続して
反応生成物の抽出を行うことが可能となる。なお、この
実施例においては、螺旋羽根１５ｂが取り付けられてい
るため、ヘキサン／水の界面が広くとれ、抽出効率を向
上させることができる。

【００２７】本実施例においては、保持体１５の軸部１
５ａには加振機２１が接続されている。加振機２１は、
モータ２１ａと変換機２１ｂを含む。変換機２１ｂは、
モータ２１ａの回転力を保持体１５の軸方向の振動に変
換する。加振機２１と保持体１５を接続するシャフト２
７の周囲には、流体漏出防止用のダイヤフラム２９が設
けられている。加振機２１により保持体１５に振動が加
えられると、新たな界面の形成が促進されるため、物質
の移動効率が向上する。

【００２８】以上のようにして、本発明の第１実施例に
おいては、第一流体に対して親和性を有する保持体１５
をケーシング１３内に配置し、保持体１５に対して第一
流体を供給し、一方、ケーシング１３内に第二流体を供
給すると、第一流体は、親和する保持体１５の表面に保
持された状態で上昇していき、周囲の第二の流体から物
質を取り込む。物質を取り込んだ第一流体は取出し口２
３から取り出される。この場合において、注入孔１９か
ら次々に新しい第一流体が供給されるため、異相間にお
ける物質の移動を連続的に行わせることができる。

【００２９】なお、図１に示される実施例では、保持体
１５は螺旋羽根１５ｂを有するものとして構成されてい
るが、保持体の形状はこれに限られるものでなく、流体
を保持できるものであればいかなる形状のものを用いて
もよい。例えば、図３に示されるように、大小のプレー
ト３１が軸部３３に取り付けられたものを保持体として
もよく、図４に示されるように、繊維状の保持体３５を
採用してもよい。いずれにしても、これらの保持体を用
いた場合には、流体が保持された状態でその浮力により
上昇していくことになる。但し、図３に示されるものの
場合は、用いられる流体の種類やプレート３１の大きさ
などによっては、プレート３１（特に大きいプレート）
に開口を設けて流体を通すようにしたほうが良い場合も
ある。

【００３０】［第２実施例］図５は本発明の第２実施例
に係る異相間物質移動装置の構成を示す図である。第１
実施例が浮力の小さい流体を保持体に導くのに対し、第
２実施例に係る装置においては、比重の大きい流体を保
持体１５にまとわりつかせて供給する。なお、第１実施
例と同一の構成要素には同一符号を付しその説明を省略
する。

【００３１】第２実施例において使用される流体は、第
一流体が水銀であり、第二流体は酢酸エチルである。ま
た、本第２実施例の他の特徴として、供給される水銀と
排出される水銀には、電池４１により所定の電荷が付与
されている。電池４１の電圧の大きさは、変圧器４３に
より自由に調節することができる。このような構成によ
れば、注入孔１９から注入された水銀は、電気絶縁性で
かつ水銀に対して親和する保持体１５の表面を保持され
た状態で落下していき、取出し口２３から取り出され
る。このときに、水銀には所定の電荷が付与されている
ため、酢酸エチル中に金属イオンが溶解している場合に
は、それが水銀中に取り込まれ、還元され、アマルガム
を構成して取出し口２３から取り出される。アマルガム
を構成した金属は、水銀を除去することにより精製され
る。

【００３２】なお、比重が大きい第一流体を使用した場
合には、この他の組み合わせも採用することができる。
例えば、第一流体としてクロロホルム、第二流体として
水を採用した場合には、電荷の付与を行うことなく、第
１実施例と同様の操作により抽出等を行えばよい。ま
た、第一流体として水、第二流体としてヘキサンを採用
し、保持体１５を親水性にした場合には、第１実施例と
全く逆の操作を、第２実施例に係る異相間物質移動装置
で行わせることができる。

【００３３】また、第２実施例に係る異相間物質移動装
置においても、大小からなる円形のプレートを用いたも
の（図３）、あるいは、繊維を用いたもの（図４）を採
用することができる。

【００３４】［異相間反応］第１実施例及び第２実施例
に係る装置は、抽出反応ばかりでなく、異相間反応にも
用いることができる。

【００３５】異相間反応は、近年多用されているが、相
間移動反応でも異相間における物質の移動がカギとな
る。例えば、単純に混合しただけでは反応しないＮａＣ
ＮとＯｃｔ -Ｂｒ（Ｏｃｔ -は、オクチル基）を反応さ
せるためには、第１実施例に係る装置を採用し、第二流
体としてＮａＣＮの水溶液、第一流体としてＯｃｔ -Ｂ
ｒを有機溶媒に溶かしたものを用い、ここにＮＨ₄ Ｃｌ
を相間移動触媒として添加する。すると、Ｏｃｔ -Ｂｒ
を含む第一流体が保持体１５にまとわりつく。そして、
水相（第二流体）にてＮａＣＮとＮＨ₄ Ｃｌとがアニオ
ン置換して生成したＮＨ₄ ＣＮが、この保持体１５にま
とわりついた第一流体に移動し、そこでＯｃｔ -Ｂｒと
反応してＯｃｔ -ＣＮとＮＨ₄ Ｂｒを生ずる。この内、
Ｏｃｔ -ＣＮは第一流体中に止まるが、ＮＨ₄ Ｂｒは第
二流体に移動する。そして、このＮＨ₄ Ｂｒは、再び第
二流体中にてＮａＣＮとアニオン置換してＮＨ₄ ＣＮを
生成し、上記反応が繰り返される。第１実施例に係る装
置を採用した場合には、原料のＯｃｔ -Ｂｒ及びＮａＣ
Ｎが連続して供給される一方で、生成物のＯｃｔ -ＣＮ
及びＮａＢｒが連続的に排除されるため、スムーズに相
間移動反応を行わせることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る異相
間物質移動装置においては、異相間における物質の移動
を効率良く行うことができ、かつその操作を連続して行
うことができるので、異相間における物質の移動を円滑
かつ効率的に行うことが可能となる。特に、従来と比較
して、比重差が小さい流体間で物質の移動を行う場合に
有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る異相間物質移動装置
の構成を示す図である。

【図２】本実施例に係る異相間物質移動装置の動作を説
明するための図である。

【図３】保持体の他の実施例を示す図である。

【図４】保持体の他の実施例を示す図である。

【図５】第２実施例に係る異相間物質移動装置の構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１１，４０ 異相間物質移動装置 １３ ケーシング １５ 保持体 １７ 流入孔 １９ 注入孔 ２１ 加振機 ４１ 電池 ４３ 変圧器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに混じり合わない第一流体及び第二
   流体の間でそれらの界面を介して物質を相互に移動させ
   るための装置であって、 内側を流体が流通するケーシングと、 前記ケーシング内に配置され、前記第一流体に対して親
   和性を有する一方で前記第二流体に対しては親和しない
   部材からなる保持体と、 この保持体に対して前記第一流体を導く第一流体導入装
   置と、 前記ケーシング内に前記第二流体を供給する第二流体供
   給装置と、 を備え、 前記保持体に前記第一流体が保持された状態で前記第一
   および第二流体を供給して新たな界面を次々に形成する
   ことにより、両流体間における物質の移動を連続的に行
   わせることを特徴とする異相間物質移動装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の異相間物質移動装置にお
   いて、 前記保持体を振動させる加振機を備え、前記第一流体が
   保持された状態で該保持体を振動させながら両流体間に
   おける物質の移動を行わせることを特徴とする異相間物
   質移動装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の異相間物質移動装置にお
   いて、 前記第一流体に対して所定の電位を付与する手段を備え
   ていることを特徴とする異相間物質移動装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか記載の異相間物質
   移動装置において、 前記保持体は、繊維の束、軸部とこの軸部の周囲に取り
   付けられた螺旋羽根、または、軸部とこの軸部の周囲に
   取り付けられたプレートからなることを特徴とする異相
   間物質移動装置。