JPS621762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は混合物の吸着分離方法に関するもので
ある。なお、本明細書において吸着とは、吸着、
吸収、収着、化合、イオン交換など、その機構の
如何を問わず、固体に流体中の成分が保持される
現象を意味する。 吸着剤を使用して混合物を吸着分離することは
周知であり、工業的にも広く実施されている。工
業的に使用されている吸着分離装置には、大別し
て固定床と移動床とがある。固定床では一般に、
吸着剤を充填した床の上端に原料流体を供給し、
次いで同じ位置から脱着剤流体を供給する。原料
流体中の各成分は、床内を通過する間に相互に分
離され、床の下端から流出する。このような回分
操作方法は、装置は簡単であるが分離の効率は良
好とはいえない。また一般に多量の脱着剤を必要
とする。固定床を用いて連続的に操作する方式に
擬似移動床がある。擬似移動床は一般に分離効率
は良好であるが、装置が複雑で高価である。 本発明者らは先に、第１〜第４の４個の充填床
を直列に接続し且つ第４充填床と第１充填床とを
流体通路で接続して、流体が内部を循環し得るよ
うになつている吸着分離装置を使用して、第３充
填床に原料流体を供給すると共に同充填床から流
出する吸着され難い成分に富む流体を抜出す第１
工程、装置への流体の供給・抜出しを停止して装
置内の流体を下流方向に移動させる第２工程、第
１充填床に脱着剤流体を供給すると共に同充填床
から流出する吸着され易い成分に富む流体を抜出
す第３工程及び第１充填床に脱着剤流体を供給す
ると共に第３充填床から流出する吸着され難い成
分に富む流体を抜出す第４工程の各工程を順次行
なうことにより、原料流体中の成分を効率よく分
離する方法を提案した（特願昭53―135312，特開
昭55―61903号参照）。 また、異性化糖を果糖とぶどう糖に分離する場
合には、第３工程と第４工程との順序を逆にする
ことにより、得られる果糖溶液中のオリゴ糖濃度
を低下させることを提案した（特願昭53―
163720，特開昭55―92700号参照）。 本発明者は、これらの吸着分離方法について更
に検討した結果、これらの吸着分離方法は、原料
流体の供給工程、装置内での各成分毎の分離した
吸着帯の形成工程及び脱着工程の３工程から基本
的に構成されるものであり、各工程の内部におけ
る変更及び補助工程の付加により、各種の混合物
の分離に広範囲に適応し得ることを見出した。ま
た、これらの吸着分離方法は、基本的には３個の
帯域に区画された充填床から成る装置で実施する
ことができ、充填床の数を増すことにより分離方
法に各種の変更を加えることができる。 本発明はこのような知見に基いて達成されたも
ので、上述の既に提案した吸着分離方法を一般化
したものに相当する。 本発明によれば、吸着剤を充填した充填床の前
端と後端とが流体通路で連絡されていて流体が循
環し得るようになつている吸着分離装置の充填床
の中間部に原料流体を供給すると同時にその下流
からいずれかの成分に富む流体を抜出す第１工
程、装置への流体の供給・抜出しを停止して装置
内の流体を下流方向に移動させる第２工程、装置
に脱着剤流体を供給すると同時にその下流からい
ずれかの成分に富む流体を抜出す第３工程の各工
程を順次行なうことを含み、且つ装置からの流体
の抜出しは少くとも２個所から行ない、また第３
工程においては充填床の一部に吸着帯を残存させ
ることにより、原料流体中の吸着剤に吸着され易
い成分と吸着され難い成分とを効率よく分離する
ことができる。 本発明について更に詳細に説明すれば、本発明
では吸着剤を充填した充填床を備えた装置を用い
て物質の分離を行なう。充填床は前端と後端とが
流体通路で連絡されており、その長さ方向の少く
とも２個所に流体供給口が、また同じく少くとも
２個所に流体抜出口が設けられている。そして充
填床はこれらの流体供給口及び流体抜出口により
少くとも３個の帯域に区画されている。換言すれ
ば、充填床はその長さ方向に少くとも３個の帯域
に区画されており、各帯域間には流体供給口およ
び／又は流体抜出口が設けられている。更に、い
ずれかの帯域間には循環ポンプが設けられてい
て、装置内の流体を循環させ得るようになつてい
る。充填床内では流体は一方向、すなわち下流方
向にのみ移動する。各帯域間には、通常、流体の
通過を制御する開閉弁が設けられているが、これ
は本発明の実施態様によつては省略することもで
きる。 本発明では、先ず第１工程として、一個所の流
体供給口から原料流体を装置に供給する。供給さ
れた原料流体は床内を下流方向に移動する。同時
に原料流体中の各成分は、吸着剤との親和力に応
じて、逐次吸着剤に吸着されてゆき、供給口から
下流方向に濃厚な吸着帯が形成される。一方、供
給口から下流の床内に存在していた流体は、原料
流体に押されて更に下流方向に移動する。この移
動により、供給口から下流に存在していた原料流
体中の少くとも一成分の吸着帯が脱着されるの
で、その脱着した成分を含む流体を供給口の下流
の抜出口から抜出す。この抜出量は原料流体の供
給量に等しい。原料流体の供給量が所定量に達し
たならば、原料流体の供給を停止する。原料流体
の１回の供給量は通常、原料流体の供給口と下流
の対応する抜出口との間に存在する流体量よりも
少ない。 第２工程では、床への流体の供給・抜出しを停
止し、循環ポンプを作動させて床内の流体を下流
方向へ移動させる。この移動中に、吸着剤と原料
流体中の各成分との間で吸着―脱離が反復され
る。従つて原料流体中の吸着され難い成分は大き
い速度で移動するが、吸着され易い成分はより小
さい速度で移動し、吸着され難い成分の吸着帯と
吸着され易い成分の吸着帯とが漸次分離してゆ
く。分離の程度は吸着剤に対する各成分の吸着能
の差及び移動距離に依存する。本発明において
は、流体は循環系内を移動するので、循環ポンプ
の作動時間が長過ぎると大きい速度で移動する吸
着され難い成分の吸着帯の先端が、遅い速度で移
動する吸着され易い成分の吸着帯の後端に追いつ
いて、両吸着帯が再び重復するようになる。従つ
て、いつたん各成分の吸着帯が分離したならば、
これらが再び重復しないうちに循環ポンプの作動
を停止する。 第３工程では装置内に脱着剤流体を供給する。
脱着剤流体は下流方向に流れ、その部分に吸着さ
れている成分を脱着させると共に既に床内に存在
している流体を下流方向に押し流す。従つて脱着
剤流体を供給すると同時に下流の適宜の抜出口か
ら床内の流体を抜出す。脱着剤流体の供給位置お
よび抜出流体の抜出位置は、抜出流体が所望の成
分に富んでいるように選択する。例えば或る成分
のみが吸着されている帯域を選択して、その帯域
の上端から脱着剤流体を供給し、その下端から床
内流体を抜出す方法を採用することができる。こ
の方法によれば勿論、当該成分に富む流体を取得
することができる。また別法として、脱着剤流体
の供給口と床からの流体の抜出口との間に複数の
成分の吸着帯が含まれるようにし、脱着剤流体の
供給により各成分の吸着帯を前進させつつ、抜出
口に最も近い吸着帯を脱着させることもできる。
この場合には脱着を続行すると抜出流体の組成が
変化するので、組成に応じて抜出流体を分取する
こともできる。 第３工程では床内に吸着帯が一部残存するよう
に脱着を行なう。何故ならば第２工程で床内に形
成される各成分の吸着帯は、通常、相互に部分的
に重なり合つているので、この部分までも脱着す
ると得られる製品の組成が悪化するからである。
また、原料流体供給口から下流に存在する吸着帯
の一部は、第１工程で脱着されるので、第３工程
で脱着する必要がないからでもある。 第３工程で残存した吸着帯のうち次回の第１工
程で脱着されない部分は、第１工程で供給される
原料流体の吸着帯と一緒になつて一つの吸着帯を
形成する。 本発明は以上のように第１〜第３の各工程から
基本的には構成されているが、もちろん各種の変
形が可能である。例えば原料流体の供給が終つた
ときに、原料供給口又はその上流から脱着剤流体
を供給し、同時に原料供給口の下流から床内を流
下してくる流体を抜出す補助工程を設けることが
できる。この補助工程は、原料流体中に他の成分
に比して著るしく吸着され難い成分が存在してい
る場合に、当該成分を第２工程で床内を移動させ
る前に床外に抜出してしまうのに有効である。 本発明を図面に基づいて更に詳細に説明する
と、第１図は本発明方法で使用する吸着分離装置
の最も基本的な構成を示すものである。装置は１
〜３の３個の単位充填床が、循環ポンプ５と共に
循環系を構成するように結合されている。各単位
充填床にはそれぞれ吸着剤が充填されている。各
単位充填床の大きさは同一であつても異なつてい
てもよい。単位充填床間には、開閉弁１４，１
５，１８、流体供給弁１２，１６及び流体抜出弁
１３，１７が取り付けられている。 第２図は本発明方法で使用する吸着分離装置の
他の構成を示すもので、第１図の装置において単
位充填床３の下流に、更に単位充填床４とこの単
位充填床からの流体の抜出弁１９，２０と開閉弁
１１とを設け、且つ流体通路に開閉弁２２と単位
充填床３への流体供給弁２１とを設けたものであ
る。従つて第２図の装置では、第１図の装置にお
ける単位充填床３に相当する部分が、単位充填床
３及び単位充填床４の２個の単位充填床から成つ
ている。 第３図も本発明方法で使用する吸着分離装置の
他の構成を示すもので、第１図の装置において単
位充填床３の下流に更に単位充填床を設けたもの
であるが、第２図と異なり単位充填床３及び４の
いずれからでも流体を抜出し得るようになつてい
る。 第１図の装置を用いて本発明を実施する１例を
示すと、第１工程として流体供給弁１６から原料
流体を供給して単位充填床３を流下させ、同時に
供給量に対応する量の流体を流体抜出弁１７から
抜出す。この抜出流体は吸着され難い成分に富ん
でいる。次いで第２工程として装置への流体の供
給・抜出を停止し、循環ポンプ５を作動させて、
装置内の流体を単位充填床１から単位充填床２を
経て単位充填床３の方向へ移動させる。この移動
により原料中の各成分は分離して、床内の所定位
置に吸着帯を形成する。この吸着帯の１例を第４
図Ａに示す。 最後に第３工程として、流体供給弁１２から脱
着剤流体を供給して単位充填床１を流下させ、同
時に供給量に対応する量の流体を流体抜出弁１３
から抜出す。第４図Ｂから明らかなように、この
抜出液は吸着され易い成分に富んでいる。次いで
流体抜出弁１３を閉鎖して、流体抜出弁１７を開
放すると、ここから抜出される流体は吸着され難
い成分に富んでいる。 第３工程の終了時における装置内の吸着帯の１
例を第４図Ｃに示す。単位充填床２の後半および
単位充填床３には吸着され易い成分及び吸着され
難い成分の吸着帯が残存している。以上の第１〜
第３の各工程で一周期が終了する。なお、次の周
期の第１工程で流体供給弁１６から原料流体を供
給すると、単位充填床３の後半部に存在する吸着
され難い成分は脱着されて流体抜出弁１７から流
出し、第１工程の終了時には装置内の吸着帯は第
４図Ｄの如くなる。 なお第３工程は、第２工程で形成された吸着帯
の形状に応じて、各種の変更が可能である。しか
し、前述の理由によりいずれの変形においても床
内の吸着帯を完全に消滅させることはない。 本発明は各種の混合物の分離に適用できる。本
発明によれば、吸着剤に対して強い親和力を示す
物質と、弱い親和力を示す物質との２成分の混合
物を、それぞれの成分に容易に分離することがで
きる。また、この２成分混合物に、吸着剤に対す
る親和力がこれらの各成分とは異なる第３成分が
混入している多成分混合物も分離の対象とするこ
とができる。この場合、当該第３成分は他の２成
分に混在させて装置から抜出すこともでき、また
当該第３成分に富む流体として床から抜出すこと
もできる。 本発明は水を脱着剤として異性化糖を果糖とぶ
どう糖とに分離するのに好適である。この場合、
吸着剤としてはアルカリ土類金属塩形、特にカル
シウム形の強酸性陽イオン交換樹脂が用いられ
る。また、交換性陽イオンがアンモニウム、ナト
リウム、カリウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウム等で置換されたゼオライトＹを用い
ることもできる。 また本発明はアルカリ金属形の強酸性陽イオン
交換樹脂を吸着剤とし、水を脱着剤として、糖蜜
を蔗糖と還元糖に分離するのにも好適である。こ
の場合、糖蜜中に存在する灰分は蔗糖と還元糖に
混入させて装置から抜出すこともでき、また灰分
に富む水溶液として、蔗糖又は還元糖に富む水溶
液とは別個に抜出すこともできる。なお糖蜜は予
じめ精製してカルシウム含有量を低減させておく
のが好ましい。 更に本発明はカルシウム形の強酸性陽イオン交
換樹脂を吸着剤とし、水を脱着剤として、グルコ
ースとマンノースの混合物をそれぞれの成分に分
離するのに好適である。 次に実施例により本発明を更に具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実
施例に限定されるものではない。 実施例 １ 第２図に示した装置を用いて、糖蜜水溶液（固
形分60％、固形分組成は蔗糖41.3％、還元糖38.0
％、灰分9.2％、その他有機非糖分11.5％）を、
蔗糖水溶液、還元糖水溶液、及び灰分水溶液に分
離した。吸着剤としてはナトリウム形の強酸性陽
イオン交換樹脂（ダイヤイオンFRK―11、ダイ
ヤイオンは三菱化成工業(株)の登録商標）を用い、
脱着剤には水を用いた。 第２図において、各単位充填床は内径5.35cm、
高さ380cmの円筒で吸着剤が8.5充填されてい
る。各単位充填床は内径３mmの管で接続されてお
り、前の単位充填床の充填層の下端から次の単位
充填床の充填層の上端の間の容積（非充填容積）
は450mlである。装置全体は60℃に保温されてい
る。 各段階の操作は下記の通りである。 第１段階：糖蜜水溶液貯槽７から糖蜜を単位充填
床３に供給し、同時に単位充填床４から蔗糖水
溶液を蔗糖水溶液貯槽１０に抜出す。 第２段階：水貯槽８から水を単位充填床１に供給
し、同時に単位充填床４から灰分水溶液を灰分
水溶液貯槽２３に抜出す。 第３段階：装置への液の供給、抜出しを停止し、
装置内の液を単位充填床１から２，３を経て単
位充填床４の方向へ移動させる。 第４段階：水貯槽８から水を単位充填床１に供給
し、同時に同充填床から還元糖水溶液を還元糖
水溶液貯槽９に抜出す。 第５段階：水貯槽８から水を単位充填床３に供給
し、同時に単位充填床４から灰分水溶液を硫酸
灰分水溶液貯槽２３に抜出す。 段６段階：水貯槽８から水を単位充填床３に供給
し、同時に単位充填床４から蔗糖水溶液を蔗糖
水溶液貯槽１０に抜出す。 各段階の操作時間と、弁の開閉は第１表の通り
である。また各段階における液の容積流速は12.1
／時で一定とした。定常状態における各製品貯
槽の液組成は第２表の通りであつた。

【表】 ○：開 ×：閉

【表】 実施例 ２〜４ 第３図に示した装置を用いて異性化糖水溶液を
果糖水溶液とぶどう糖水溶液に分離した。吸着剤
としてはカルシウム形の強酸性陽イオン交換樹脂
（ダイヤイオンFRK―01）を用い、脱着剤には水
を用いた。 第３図において、各単位充填床は内径7.7cm、
高さ60cmの円筒で、吸着剤が2.8充填されてお
り、全体が60℃に保温されている。 各段階の操作は下記の通りである。 第１段階：異性化糖水溶液貯槽７から異性化糖を
単位充填床３に供給し、同時に単位充填床３又
は４からぶどう糖水溶液をぶどう糖水溶液貯槽
１０又は２３に抜出す。 第２段階：装置への液の供給、抜出しを停止し、
装置内の液を単位充填床１から２，３を経て単
位充填床４の方向へ移動させる。 第３段階：水貯槽８から水を単位充填床１に供給
し、同時に同充填床から果糖水溶液を果糖水溶
液貯槽９に抜出す。 第４段階：水貯槽８から水を単位充填床１に供給
し、同時に単位充填床３又は４からぶどう糖水
溶液をぶどう糖水溶液貯槽２３又は１０に抜出
す。 各段階の操作時間と弁の開閉を第３表に、原料
異性化糖の組成と定常状態における各製品貯槽の
液組成を第４表に示す。なお、各段階における流
量は4.0／時で一定とした。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための吸着分離
装置の概念図である。第２〜３図は、同じく本発
明方法を実施するための吸着分離装置の概念図
で、第１図の装置の変形である。 １〜４：単位充填床、５〜６：ポンプ、７：原
料貯槽、８：脱着剤貯槽、９，１０，２３：製品
貯槽、１１〜２２：弁。 第４図は第１図の装置を用いて本発明方法を実
施したときの各工程の終了時（但し第３工程は途
中で弁の切替があるので、切替前と切替後とをそ
れぞれ別個の工程として取扱う）における充填床
内の吸着帯を模式的に示したものである。１〜３
は各単位充填床を示し、は吸着され易い成分の
吸着曲線を、は吸着され難い成分の吸着曲線を
示す。また矢印はその工程における流体の供給及
び抜出位置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸着剤を充填した充填床の前端と後端とが流
   体通路で連絡されていて流体が循環し得るように
   なつている吸着分離装置を用いて、該吸着剤に吸
   着され易い成分と吸着され難い成分とを含む原料
   流体をこれらの各成分に分離する方法であつて、
   充填床の中間部に原料流体を供給すると同時にそ
   の下流からいずれかの成分に富む流体を抜出す第
   １工程、装置への流体の供給・抜出しを停止して
   装置内の流体を下流方向に移動させる第２工程、
   装置に脱着剤流体を供給すると同時にその下流か
   らいずれかの成分に富む流体を抜出す第３工程の
   各工程を順次行なうことを含み、且つ装置からの
   流体の抜出しは少くとも２個所から行ない、また
   第３工程においては充填床の一部に吸着帯を残存
   させることを特徴とする吸着分離方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の吸着分離方法に
   おいて、第３工程の間、装置への脱着剤流体の供
   給は同一の供給口から行なうが、装置からの流体
   の抜出は、工程の途中で一の抜出口から他の抜出
   口に変更することを特徴とする方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の吸着分離方法に
   おいて、第３工程における装置への脱着剤流体の
   供給は２つの供給口から行なわれ、装置からの流
   体の抜出はそれぞれの供給口の下流の各１個の抜
   出口から行なわれることを特徴とする方法。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の吸着分離方法において、原料流体が異
   性化糖水溶液であり、脱着剤が水であることを特
   徴とする方法。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の吸着分離方法に
   おいて、吸着剤がカルシウム型の強酸性陽イオン
   交換樹脂であることを特徴とする方法。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載の吸着分離方法において、原料流体が糖
   蜜であり、脱着剤が水であることを特徴とする方
   法。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の吸着分離方法に
   おいて、吸着剤がアルカリ金属塩型の強酸性陽イ
   オン交換樹脂であることを特徴とする方法。 ８ 特許請求の範囲第６項記載の吸着分離方法に
   おいて、第１工程と第２工程との間に、原料流体
   供給口ないしその上流から水を装置に供給し、同
   時に原料供給口の下流から灰分に富む流体を抜出
   す付加工程を設けることを特徴とする方法。