KR20150132555A - 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

Abstract

일단 세분화된 원료 유체의 혼합물을 다시 단독의 원료 유체로 분리하는 시간을 단축화함으로써 효율적인 화학적 조작을 가능하게 하는 처리 장치(1) 및 처리 방법이 제공된다. 처리 장치(1)는, 비중이 다른 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 서로 접촉시켜, 양 원료 유체가 접촉된 부분에서 화학적인 조작을 행하는 것이며, 상하로 분리된 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 수용하는 분리조(5)와, 분리조(5)의 내부에 배치되고 상층의 원료 유체(2a)와 하층의 원료 유체(2b)를 접촉시키기 위한 복수의 미세 유로(7)를 형성하는 유로 형성 부재(6)를 구비한다. 각 미세 유로(7)는, 유로 형성 부재(6)를 상하로 관통하여 유로 형성 부재(6)의 하측의 제2 원료 유체(2b)를 유로 형성 부재(6)의 상측으로 안내하는 제1 유로(9)와, 상층의 제1 원료 유체(2a)를 제1 유로(9) 내로 도입시키도록 당해 제1 유로(9)와 연결되는 제2 유로(10)를 구비한다.

Description

처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING DEVICE AND PROCESSING METHOD}

본 발명은, 서로 비중이 다른 제1 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시켜 당해 제1 및 제2 원료 유체 사이에서 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 조작을 행하는 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유기 화합물의 합성 등의 경우, 합성 후에 용매 중에 포함되는 추출 대상의 성분을, 「액액 추출 조작」을 이용하여 추출하는 것이 행해진다. 이 「액액 추출 조작」은, 예를 들어 서로 용해되지 않는 용매끼리를 혼합하여, 한쪽의 용매로부터 다른 쪽의 용매를 향해 추출 대상인 물질을 이동시키는 것이다. 이 액액 추출 조작에는, 믹서 세틀러형이라 불리는 추출 장치가 사용된다.

예를 들어, 비특허문헌 1에는, 대표적인 믹서 세틀러형의 추출 장치가 개시되어 있다. 이 추출 장치는, 원료의 용액을 저류시킴과 함께, 당해 용액을 교반하는 교반 날개를 갖는 믹서조(槽)와, 이 믹서조에서 교반되어 분리된 원료 유체를 정치에 의해 재분리하는 세틀러조를 구비하고 있다. 구체적으로, 상기 믹서조는, 경액과 중액을 교반에 의해 미세한 입적(粒滴)으로까지 세분화하고, 이 세분화에 의해 경액과 중액이 서로 접촉되는 접촉 면적을 크게 함으로써 추출이나 분리 등의 조작을 단시간에 행하는 것을 가능하게 한다.

그런데, 상술한 믹서 세틀러형의 추출 장치에서, 추출 속도를 더욱 높이기 위해서는, 믹서조에서의 교반 날개의 회전 속도를 크게 하여 원료 유체를 더욱 강하게 교반하여, 경액과 중액의 세분화를 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 경액과 중액의 접촉 면적은 더욱 커져, 한쪽의 원료 유체로부터 다른 쪽의 원료 유체를 향하는 추출 대상인 물질의 이동이 더욱 촉진되어, 추출 속도가 향상된다고 생각된다.

단, 과잉의 교반에 의해 경액과 중액의 세분화가 과도하게 진행되면, 경액과 중액이 지나치게 미세한 액적으로까지 분산되어, 다시 세틀러조에서 추출 후의 원료 유체(원액)를 2개의 단일 물질로 분리할 때에 불필요한 시간이 걸려, 분리의 작업성이 극히 나빠질 가능성이 높다. 즉, 상술한 추출 장치에서는, 교반을 지나치게 강하게 해도, 추출에 걸리는 시간은 전체적으로 그다지 짧아지지 않는다. 따라서, 생산성을 향상시키는 데에도 자연히 한계가 있다.

또한, 상술한 추출 장치에서는, 액-액의 경계면을 통해 행해지는 화학적 조작은 추출 조작이지만, 액-액 계면에서 화학 반응을 행하게 하는 경우 등에도, 마찬가지의 문제가 발생한다.

아이하라 히로시, 『그것이 알고 싶다 화학의 이야기 「분리 기술」』, 일본공업신문사, 2008년 6월 28일, 초판 1쇄 발행, p.100-101

본 발명은, 서로 비중이 다른 제1 및 제2 원료 유체가 서로 접촉되는 경계면을 통해 물질을 이동시킴으로써, 추출, 분리, 반응과 같은 화학적인 조작을 행하는 경우의 효율을 높일 수 있는 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 비중이 다른 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시켜, 당해 제1 및 제2 원료 유체가 서로 접촉된 부분에서 화학적인 조작을 행하기 위한 처리 장치를 제공한다. 이 처리 장치는, 상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 각각 상층 및 하층으로 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와, 상기 분리조의 내부에 배치됨과 함께, 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 접촉시키는 복수의 미세 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비한다. 상기 복수의 미세 유로의 각각은, 상기 유로 형성 부재를 상하로 관통하여, 당해 유로 형성 부재의 하측에 있는 상기 제2 원료 유체를 당해 유로 형성 부재의 상측으로 안내하는 제1 유로와, 상기 상층의 제1 원료 유체를 받아들여 상기 제1 유로 내로 도입시키도록 상기 제1 유로와 연결되는 제2 유로를 포함한다.

또한 본 발명은, 비중이 다른 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시킴으로써, 이들 제1 및 제2 원료 유체가 접촉된 부분에서 화학적인 처리를 행하는 처리 방법을 제공한다. 이 처리 방법은, 상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 상층 및 하층으로 각각 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 2상류 상태에서 접촉시키기 위한 복수의 미세 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 준비하는 것과, 상기 분리조 내에서 상기 하층으로서 분리된 상기 제2 원료 유체를, 상기 각 미세 유로를 따라 분리조의 상층을 향해 상방으로 안내하는 것과, 당해 미세 유로 내를 흐르는 상기 제2 원료 유체에, 상기 상층으로서 분리된 상기 제1 원료 유체를 접촉시킴으로써, 상기 화학적인 조작을 행하는 것을 포함한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 처리 장치의 사시도이다.
도 2는 상기 제1 실시 형태의 처리 장치에 있어서의 원료 유체의 흐름을 도시한 사시도이다.
도 3은 상기 제1 실시 형태의 처리 장치에 있어서의 유로 형성 부재를 확대하여 도시한 도면이다.
도 4a는 상기 유로 형성 부재의 평면도이다.
도 4b는 상기 유로 형성 부재의 정면도이다.
도 4c는 상기 유로 형성 부재의 측면도이다.
도 4d는 상기 유로 형성 부재의 저면도이다.
도 5는 상기 유로 형성 부재를 구성하는 각 단판 부재를 도시하는 분해 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 기초로 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 처리 장치(1)를 도시한다. 이 처리 장치(1)는, 서로 혼합되는 일이 없고, 또한, 비중이 다른 제1 원료 유체(2a) 및 제2 원료 유체(2b)를 서로 접촉시켜, 양 원료 유체(2a, 2b)가 접촉된 계면을 통해 물질을 이동시키거나 반응시키거나 하는 화학적인 조작을 행하는 것이다. 이 화학적인 조작에는, 추출, 분리, 반응과 같은 조작이 포함된다.

예를 들어, 화학적인 조작으로서 추출을 예로 들면, 상술한 화학적인 조작에는 이하에 도시하는 바와 같은 것이 포함된다. 즉, 서로 혼합되는 일이 없는 제1 및 제2 원료 유체로서, 물과 같은 중액(제2 원료 유체)과, 중액보다 비중이 작은 기름과 같은 경액(제1 원료 유체)을, 서로 접촉시키고, 계면의 상측에 위치하는 경액(기름)에 포함되는 추출 대상인 물질을 당해 계면의 하측에 위치하는 중액(물)으로 이동시켜, 추출 대상인 물질이 용해된 물을 취출하도록 하는 조작이 포함된다. 이러한 조작을 행하기 위한 장치는, 일반적으로 「액액 추출 장치」라 칭해지고 있다. 상기 처리 장치(1)는, 이러한 액액 추출 장치 외에, 액액 계면에서 화학 합성 등 화학 반응을 행하게 하는 장치인 액액 반응 장치에도 적용될 수 있다. 이후의 설명에서는, 액액 추출 방식으로 추출을 행하는 추출 장치를 예로 들어, 상기 처리 장치(1)를 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태의 처리 장치(1)인 추출 장치는, 분리조(5)와, 유로 형성 부재(6)와, 펌프(4)를 구비한다. 상기 분리조(5)는, 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 상층 및 하층으로 각각 분리시킨 상태에서 수용한다. 상기 유로 형성 부재(6)는, 상기 분리조(5)의 내부에 수용되고, 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)에 침지됨과 함께, 당해 유로 형성 부재(6)의 내부에서 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 서로 접촉시켜 상기 추출을 가능하게 한다.

구체적으로, 상기 유로 형성 부재(6)는, 그 내부에 복수의 미세 유로(7)를 형성한다. 이들 미세 유로(7)는, 분리조(5)의 상층의 제1 원료 유체(2a)와 하층의 제2 원료 유체(2b)를 받아들이고, 그 받아들인 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 당해 미세 유로(7) 내에서 서로 접촉시켜, 한쪽의 원료 유체로부터 다른 쪽의 원료 유체로 추출 대상인 물질을 이동시켜, 물질의 이동이 종료된 원료 유체를 혼합 상태에서 분리조(5)로 귀환시키는 것을 가능하게 하도록, 형성되어 있다.

상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)에는, 서로 혼합되는 일이 없는 유체, 즉 서로 상용성이 없는 유체이며, 또한, 비중이 다른 2종류의 유체가 사용된다. 예를 들어, 유기 용제와 물이다. 이러한 원료 유체(2a, 2b)는, 그 추출 후에 다시 각각이 단일의 물질로 되도록 서로 분리하는 것이 가능하다. 따라서, 추출 대상인 물질을 당해 물질이 원료 유체에 용해된 상태에서 간단하게 취출하는 것이 가능해진다.

구체적인 예를 들면, 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)에는, 페놀과 같이 수용성의 유기 화합물이 용해된 도데칸 등의 무극성 용액과, 물 등의 극성 용액을 사용할 수 있다. 이들 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)는 서로 혼합되는 일이 없고, 비중이 작은 무극성 용액이 경액으로서 분리조(5)의 상측으로 떠오르고, 비중이 큰 극성 용액이 중액으로서 분리조(5)의 하측으로 가라앉는다. 따라서, 액액 사이에서 추출 조작을 간편하게 행하는 것이 가능해진다.

제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)에 사용되는 유체는 액체에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 분리조(5)에 덮개 등을 설치하여 당해 분리조(5) 내의 기밀성을 확보하면, 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)로서 각각 기체와 액체를 선택할 수도 있다.

상기 분리조(5)는, 상방을 향해 개구된 바닥이 있는 원통 형상의 용기이며, 내부에 원료 유체(2a, 2b)를 저류시킬 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 분리조(5) 내에 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 넣으면, 분리조(5)의 하측으로 제2 원료 유체(2b)인 중액이 가라앉고, 분리조(5)의 상측으로 제1 원료 유체(2a)인 경액이 떠오른다. 따라서, 당해 분리조(5)는 당해 경액과 중액을 이들이 상층 및 하층으로 각각 나뉜 상태에서 수용 가능하다.

상기 경액과 상기 중액 사이에는 액액 경계인 경계면(3)이 형성된다. 분리조(5)는, 상기 경계면(3)이 상기 유로 형성 부재(6)의 상하 방향의 중도 부위를 수평하게 가로지르는 위치에 당해 유로 형성 부재(6)를 수용하면서 상기 중액과 상기 경액을 저류시킨다. 그로 인해, 분리조(5)의 내부에서는, 경계면(3)보다도 상방에 상기 유로 형성 부재(6)의 상단부가 위치하고, 경계면(3)의 하방에 상기 유로 형성 부재(6)의 하단부가 위치한다.

상기 유로 형성 부재(6)가 형성하는 상기 복수의 미세 유로(7)의 각각은, 제1 유로(9)와 제2 유로(10)를 포함한다. 제1 유로(9)는, 유로 형성 부재(6)의 하측으로부터 하층의 제2 원료 유체(2b)를 받아들여 유로 형성 부재(6)의 상측으로 안내한다. 제2 유로(10)는, 상층의 제1 원료 유체(2a)를 받아들여 상기 제1 유로(9) 내로 도입시킨다.

다음으로, 상기 유로 형성 부재(6)의 상세에 대해 설명한다.

상기와 같이, 유로 형성 부재(6)는, 중액과 경액을 접촉시켜 추출 대상인 물질의 추출을 행하는 것이며, 도 3 및 도 4a∼도 4d에 도시하는 바와 같이, 상하 방향을 따라 연장되는, 즉 상하 방향으로 긴, 판상의 본체(8)와, 본체(8)의 측면상에 설치된 분류 헤더(11)를 구비하고 있다.

상기 본체(8)는, 상기 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)에 대해 내식성이나 내열성을 구비한 금속, 합성 수지, 또는 세라믹스 등으로 형성되어 있고, 판 두께 방향으로 비교적 큰 두께를 가진 후판 형상의 외관을 구비하고 있다. 당해 본체(8)의 내부에 상기 복수 개의 미세 유로(7)가 형성되어 있고, 각 미세 유로(7)의 내부에서 중액과 경액을 접촉시켜 추출을 행할 수 있다. 구체적으로, 각각의 미세 유로(7) 중 상기 제1 유로(9)가 상기 유로 형성 부재(6)의 본체(8)를 상하로 관통하고, 상기 제2 유로(10)가 당해 본체(8) 내에서 수평 방향으로 연장되어 있다.

도 2 및 도 3에 점선으로 나타내는 바와 같이, 각 제1 유로(9)의 하단부는 제1 도입구(12)를 구성하고, 이 제1 도입구(12)는 상기 본체(8)의 저면에 있어서 반원 형상으로 개구된다. 당해 제1 유로(9)는, 상기 제1 도입구(12)로부터 중액인 하층의 제2 원료 유체(2b)를 받아들여 본체(8)의 내부를 통과시키면서 상방으로 안내하는 것이 가능하다. 제1 유로(9)는, 상술한 경계면(3)을 넘어서 더욱 상방으로 연장되어 있다. 당해 제1 유로(9)의 상단부는, 본체(8)의 상면에 있어서 상기 제1 도입구(12)와 마찬가지로 반원 형상으로 개구되는 취출구(13)를 구성하여, 유로 형성 부재(6)의 상측으로 안내된 중액은 당해 취출구(13)를 통해 상기 분리조(5)의 상측으로 도출되는 것이 가능하다.

상기 제2 유로(10)는, 분리조(5)의 상측으로부터 받아들여진 경액을, 상기 제1 유로(9)를 흐르는 중액에 합류시키도록 상기 제1 유로(9)와 연결된다. 구체적으로, 각 제2 유로(10)의 외측의 단부는 각각 제2 도입구(14)를 구성하고, 각 제2 도입구(14)는, 상기 본체(8)의 측면 중 그 위에 상기 분액 헤더(11)가 설치되어 있는 영역에 있어서 개구되어 있다. 즉, 각 제2 유로(10)는, 상기 각 제2 도입구(14)로부터 본체(8) 내에 있어서 수평 방향으로 연장되어 있다. 제2 도입구(14)는, 제1 도입구(12)와 마찬가지로 반원 형상으로 개구되어 있고, 상기 분액 헤더(11)의 내부를 향해 개구되어 있어, 이에 의해, 분액 헤더(11)의 내부로 도입된 경액인 상층의 원료 유체(2a)를 제2 유로(10) 내에 받아들이는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 제2 유로(10)의 내측의 단부는 합류구(15)를 구성한다. 이 합류구(15)는, 제1 유로(9)의 상하 방향의 중도의 부위, 정확하게는 상술한 제1 도입구(12)보다도 상방이며 경계면(3)보다도 하방의 부위에 대해 개구되고, 이에 의해, 제2 유로(10)에 받아들여진 경액이 당해 합류구(15)를 통해 제1 유로(9)를 흐르는 중액에 합류되는 것을 가능하게 하고 있다.

상술한 제1 유로(9) 및 제2 유로(10)를 각각 포함하는 상기 복수의 미세 유로(7)는, 예를 들어 다음과 같은 방법에 의해 상기 유로 형성 부재(6)의 내부에 형성될 수 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 수평 방향의 치수인 폭에 비해 상하 방향의 치수인 높이가 큰 직사각형의 복수의 단판 부재(16)가 준비되고, 이들 복수의 단판 부재(16)를 판 두께 방향으로 적층함으로써 유로 형성 부재(6)가 형성된다. 복수의 단판 부재(16)에는, 제1 두께를 갖는 제1 단판 부재(17)와, 제1 두께보다도 작은 제2 두께를 갖는 제2 단판 부재(18)가 포함되고, 제1 단판 부재(17)의 측방에 제2 단판 부재(18)가 인접하고, 이 제2 단판 부재(18)의 측방에 다른 제1 단판 부재(17)가 더욱 인접하도록 하여, 복수의 제1 단판 부재(17)와 복수의 제2 단판 부재(18)가 판 두께 방향으로 교대로 적층됨으로써, 유로 형성 부재(6)가 형성되면 된다.

상기 각 제1 단판 부재(17)는, 겉면(표면)과 이면을 갖고, 그 중 겉면에 복수 조의 제1 홈(19)이 형성되어 있다. 이들 제1 홈(19)은 각각 상기 제1 유로(9)를 구성하는 것이며, 상하 방향을 따라 서로 평행하게 연장되어 있다. 서로 인접하는 제1 홈(19)끼리의 사이에는, 수평 방향으로 소정의 간격이 형성되어 있다. 각 제1 홈(19)은, 반원 형상의 단면을 갖고 있어, 상기 겉면에 있어서 오목해져 있다. 이 오목해진 부분을 통과하도록 하여 상기 제2 원료 유체(2b)인 중액이 상하 방향으로 안내된다.

상기 제1 단판 부재(17)의 이면에는, 복수 조의 제2 홈(20)이 형성되어 있다. 이들 제2 홈(20)은, 각각 상기 각 제2 유로(10)를 구성하는 것이며, 수평 방향을 따라 연장되어 있다. 각 제2 홈(20)은, 상기 제1 홈(19)과 직교하고 있다. 서로 인접하는 제2 홈(20)끼리의 사이에는 소정의 상하 방향의 간격이 형성되어 있다. 각 제2 홈(20)도, 반원 형상의 단면을 갖고, 상기 이면에 있어서 오목 형상으로 오목해져 있다. 이 오목해진 부분을 통과하도록 하여 상기 제1 원료 유체(2a)인 경액이 수평 방향을 따라 안내된다.

상기 제2 홈(20)에 의해 각각 구성되는 제2 유로(10)는, 서로 다른 길이를 갖고, 각 제2 유로(10)에 대응하는 제1 유로(9)에 대해 서로 상하 방향 및 수평 방향으로 다른 위치에서 접속되어 있다. 도 5에 도시하는 예에서는, 상기 제2 유로(10)를 각각 구성하는 제2 홈(20) 중 하측에 위치하는 것은 상측에 위치하는 것보다 짧다. 즉, 상대적으로 하측에 위치하는 제2 홈(20)은 상대적으로 분액 헤더(11)로부터 가까운 위치에 있는 제1 유로(9)에 원료 유체(2a)를 안내하고, 상대적으로 상측에 위치하는 제2 홈(20)은 상대적으로 분액 헤더(11)로부터 먼 위치에 있는 제1 유로(9)에 원료 유체(2a)를 안내한다. 각 제2 홈(20)의 높이에 대해서는, 상기 유로 형성 부재(6)가 내부에 설치된 상기 분리조(5) 내에 상기 제1 원료 유체(2a)(경액) 및 상기 제2 원료 유체(2b)(중액)를 넣은 상태에서, 가장 상측의 제2 홈(20)이 상기 분리조(5)에서의 제2 원료 유체(2b)와 제1 원료 유체(2a)의 경계면(3)보다 항상 하측에 위치하도록, 설정되어 있다. 상기 각 제2 유로(10)의 높이 위치와 길이의 관계는 도 5에 도시하는 관계와 반대여도 된다. 도 2∼도 4에 도시하는 예에서는, 도 5에 도시하는 예와는 반대로, 제2 유로(10) 중 상측에 위치하는 것이 하측에 위치하는 것보다 짧다. 즉, 상대적으로 상측에 위치하는 제2 유로(10)는 상대적으로 분액 헤더(11)로부터 가까운 위치에 있는 제1 유로(9)에 원료 유체(2a)를 안내하고, 상대적으로 하측에 위치하는 제2 유로(10)는 상대적으로 분액 헤더(11)로부터 먼 위치에 있는 제1 유로(9)에 원료 유체(2a)를 안내한다.

상기 제1 단판 부재(17)의 내부에는, 겉면의 제1 홈(19)과 이면의 제2 홈(20)을 각각 연결하는 복수의 관통 구멍(21)이 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(21)은, 당해 관통 구멍(21)을 통해, 상기 제2 홈(20)을 흐르는 원료 유체(2a)가 제1 홈(19)으로 합류되는 것을 허용한다. 즉, 제1 홈(19)에 있어서의 상기 관통 구멍(21)의 개구가, 상술한 「제1 유로(9)에 대한 제2 유로(10)의 합류구(15)」에 상당한다.

한편, 상기 각 제2 단판 부재(18)는, 겉면 및 이면을 갖지만 어느 면에도 홈이 형성되어 있지 않은 평판이다. 이들 제2 단판 부재(18)는, 제1 단판 부재(17)의 겉면이나 이면에 적층됨으로써 당해 제1 단판 부재(17)에 형성되어 있는 제1 홈(19) 또는 제2 홈(20)을 판 두께 방향으로 폐쇄하여, 상술한 제1 유로(9)나 제2 유로(10)를 형성한다. 구체적으로, 제2 단판 부재(18)는, 제1 단판 부재(17)의 겉면에 적층됨으로써 제1 홈(19)을 판 두께 방향으로 폐쇄하고, 이에 의해, 당해 제1 홈(19)을 제1 유로(9)로서 이용하는 것을 가능하게 한다. 마찬가지로, 제2 단판 부재(18)는, 제1 단판 부재(17)의 이면에 적층됨으로써 제2 홈(20)을 판 두께 방향으로 폐쇄하고, 이에 의해, 제2 홈(20)을 제2 유로(10)로서 이용하는 것을 가능하게 한다. 그로 인해, 제1 단판 부재(17)와 제2 단판 부재(18)를 판 두께 방향으로 교대로 적층하면, 제1 단판 부재(17)와 제2 단판 부재(18)의 접합 부분에 각각 복수의 제1 유로(9) 및 제2 유로(10)가 형성된 유로 형성 부재(6)를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.

상기 분액 헤더(11)는, 상술한 본체(8)에 비해 상하 방향의 치수인 높이가 작은 하우징 형상의 부재이며, 본체(8)의 측면을 따르도록 설치되어 있다. 구체적으로, 분액 헤더(11)는, 당해 분액 헤더(11)의 하면의 높이 위치가 본체(8)의 하면의 높이 위치와 합치되도록, 본체(8)의 측면 중 하측 부분에 설치되어 있다. 분액 헤더(11)는 중공이며, 후술하는 바와 같이 상기 펌프(4)에 의해 받아들여진 경액을 수용하는 것이 가능하도록 되어 있다.

분액 헤더(11) 중 본체(8)에 면하는 측은 크게 개구되어 있고 벽을 갖지 않는다. 그리고, 이 개구된 분액 헤더(11)의 측면에 대응한 본체(8)의 측면의 영역 내에, 상술한 복수의 제2 도입구(14)가 형성되어 있다. 그로 인해, 분액 헤더(11)에 일시적으로 저류된 경액인 상기 제1 원료 유체(2a)는, 당해 분액 헤더(11)로부터 복수의 상기 제2 도입구(14)를 통해 당해 제2 도입구(14)로 통하는 각 제1 유로(9)에 대략 균등하게 분배된다.

상기 분액 헤더(11)의 측면 중, 당해 분액 헤더(11)의 중심을 사이에 두고 상기한 바와 같이 개구된 측과 반대측의 측면에는, 상기 펌프(4)를 사용하여 받아들여진 경액을 분액 헤더(11) 내에 받아들이기 위한 공급구(22)가 형성되어 있다.

상기 펌프(4)는, 분리조(5)의 상측에 저류된 경액인 제1 원료 유체(2a)를 흡입하여, 상술한 분액 헤더(11)로 당해 경액을 토출한다. 즉, 펌프(4)는 제2 유로(10)에 경액을 공급한다. 구체적으로는, 이 펌프(4)는, 분리조(5)의 상측의 부분과, 분액 헤더(11)의 상기 공급구(22)를 서로 접속하는 흡입 배관(23)에 장착되어 있다. 이 흡입 배관(23)은, 상기 분액 헤더(11)의 공급구(22)로부터 상기 분리조(5)의 외측을 통해 당해 분리조(5)의 상단부 부근까지 연장되고, 분리조(5)의 상단부 부근에서 하방을 향해 역U자 형상으로 구부러져 있다. 이 구부러져 있는 측의 선단은 분리조(5)의 내부에 위치하고, 상측의 원료 유체(2a)(경액)에 침지되어 있다. 상기 펌프(4)는, 상기 흡입 배관(23)의 경로 도중에 설치되고, 상측의 제1 원료 유체(2a)인 경액을 흡입 배관(23)으로 흡입하여 분액 헤더(11)로 압송하도록 구동된다. 이와 같이 펌프(4)를 사용하여 상측의 제1 원료 유체(2a)를 분액 헤더(11)에 공급함으로써, 당해 제1 원료 유체(2a)를 제1 유로(9)에 흐르는 하측의 제2 원료 유체(2b)에 합류시킬 수 있다.

다음으로, 상술한 추출 장치인 처리 장치(1)를 사용하여 추출 조작을 행하는 방법, 바꾸어 말하면 본 발명의 처리 방법에 상당하는 추출 방법에 대해 설명한다.

여기서는, 예로서, 분리조(5)의 하측에 중액으로서 물이 저류되어 있고, 분리조(5)의 상측에 경액으로서 유기 용제의 도데칸이 저류되어 있어, 경액의 도데칸에 포함되는 수용성의 페놀을 중액으로 이동시킴으로써 추출하는 경우에 대해 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 우선 분리조(5)의 내부에 유로 형성 부재(6)가 수용된다. 이 유로 형성 부재(6)는, 제1 유로(9)가 상하 방향을 향하고, 그 제1 도입구(12)가 분리조(5)의 하측에 위치함과 함께 취출구(13)가 분리조(5)의 상측에 위치하도록, 분리조(5)의 내부에 배치된다.

이와 같이 유로 형성 부재(6)가 수용된 분리조(5)의 내부에, 경액의 도데칸과, 중액의 물이 유입된다. 이때, 비중이 작은 도데칸은 분리조(5)의 상측으로 떠오르고, 비중이 큰 물은 분리조(5)의 하측으로 가라앉는다. 그로 인해, 도데칸과 물은, 분리조(5)의 내부에서 상층 및 하층으로 각각 나뉜 상태에서 저류된다. 이와 같이 2층으로 나뉜 도데칸과 물 사이에는, 당해 도데칸 및 물인 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)를 이격시키는 경계면(3)이 형성된다. 이 경계면(3)의 높이가 상술한 유로 형성 부재(6)의 합류구(15)보다도 상방에 위치하도록, 분리조(5)의 내부에 경액과 중액인 상기 도데칸 및 물이 유입된다.

이 상태에서, 상술한 펌프(4)가 구동된다. 이 펌프(4)는, 상측의 도데칸을 흡입 배관(23)으로 흡입하고, 흡입 배관(23) 내를 경유하여 분액 헤더(11)로 보낸다. 당해 도데칸은 분액 헤더(11)에 있어서 각각의 제2 유로(10)에 분배되고, 각각의 합류구(15)를 통해, 제1 유로(9)를 흐르는 물에 합류된다. 이와 같이 하여, 각각의 미세 유로(7) 내에서 경액의 도데칸과 중액의 물이 2상류 상태에서 서로 접촉된다.

구체적으로는, 합류구(15)보다 상방의 제1 유로(9) 내에서는, 경액의 도데칸과 중액의 물이 각각 작은 용적의 액적으로 나뉘고, 도데칸의 액적과 물의 액적이 상하 방향으로 교대로 배열되어 배관 내를 상방으로 이동한다. 이 상방 이동시에 경액의 도데칸으로부터 중액의 물로 페놀이 이동한다. 이와 같이 하여, 물로의 페놀의 추출이 행해진다.

또한, 이 액적으로 나뉜 상태에서는, 제1 유로(9)의 내부와 외부의 밀도 차에 의해 경액의 도데칸에 큰 부력이 작용한다. 그로 인해, 경액의 도데칸이 제1 유로(9) 내를 세차게 상승하고, 이 경액의 상승에 맞추어 비중이 큰 중액의 물도 상승하기 쉬워진다. 그로 인해, 액적으로 나뉜 상태에서는, 미세 유로(7) 내에서 상기 도데칸 및 물, 즉, 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)가 정체하는 일이 없이, 미세 유로(7)를 단시간에 통과한다. 이것은, 추출 조작을 효율적으로 진행시키는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 제1 유로(9)나 제2 유로(10)의 내부에, 공기나 불활성 가스 등의 기포를 의도적으로 발생시키면, 미세 유로(7) 내의 액적 상태의 원료 유체(2a, 2b)의 상승 속도를 더욱 높이는 것이 가능해진다. 그로 인해, 제1 유로(9)나 제2 유로(10)에, 예를 들어, 공기나 불활성 가스 등의 기포를 발생시키는 부재(버블 발생기 등)를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 합류구(15)보다 하측의 제1 유로(9)의 유로 직경이 크면, 합류구(15)로부터 합류된 제2 유로(10)의 경액이 하방을 향해 역류될 가능성이 있다. 이러한 경우에는, 합류구(15)보다 하측의 제1 유로(9)에, 상층의 제1 원료 유체(2a)가 하방으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 설치하는 것이 바람직하다. 이 역류 방지부는, 역지 밸브여도 되고, 제1 유로(9)의 형상을 이용하여 상기 역류를 방지하는 것이어도 된다. 예를 들어, 제1 유로(9) 중 합류구(15)보다 하측의 제1 유로(9)의 부분에, 합류구(15)보다 상측의 부분의 유로 직경에 비해 작은 유로 직경을 갖는 소경부를 형성하고, 이에 의해 원료 유체(2a)의 역류를 방지하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 하여 제1 유로(9)를 따라 경액과 중액을 액적 상태에서 상승시키면서 서로 접촉시키면, 경액에 포함되는 페놀을 중액으로 효율적으로 이동시킬 수 있다. 그리고, 페놀이 제거된 경액의 도데칸은, 제1 유로(9)의 취출구(13)로부터 분리조(5)의 상측으로 배출되어, 분리조(5)의 상측에 위치하는 도데칸의 액층으로 귀환한다. 그로 인해, 펌프(4)를 사용하여 연속해서 경액을 미세 유로(7) 내에 순환시키면서 처리를 행하면, 도데칸으로부터 페놀을 단시간에 확실하게 제거하는 것이 가능해진다.

한편, 미세 유로(7) 내에서 상기 페놀을 수취한 물은, 제1 유로(9)의 취출구(13)로부터 분리조(5)의 상측으로 배출된다. 그러나, 당해 물은, 도데칸에 비해 비중이 크기 때문에, 도데칸의 액층보다 하방으로 침강하여, 상층 및 하층으로 각각 나뉜 도데칸 및 물인 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b) 중 하측의 물의 액층으로 귀환한다. 그로 인해, 펌프(4)를 사용하여 연속해서 중액을 미세 유로(7) 내에 순환시키면, 추출 대상인 페놀을 미세 유로(7) 내에서 도데칸으로부터 이동시켜 수용 상태에서 취출하는 것이 가능해진다.

예를 들어, 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)의 모두를 교반 날개 등을 사용하여 혼합하는 믹서 세틀러형의 추출 장치에서는, 교반을 강하게 하면 원료 유체(2a, 2b)끼리의 세분화가 과도하게 진행되어 추출 등의 화학적 조작의 효율을 높일 수 없다. 그러나, 상술한 유로 형성 부재(6)를 사용한 추출 장치[처리 장치(1)]라면, 제1 및 제2 원료 유체(2a, 2b)의 일부를 각각 미세 유로(7)로 도입시켜 미세 유로(7) 내에서 추출 등의 조작을 행할 수 있다. 즉, 모든 원료 유체(2a, 2b)를 혼합할 필요는 없고, 대부분의 원료 유체(2a, 2b)는 단일 물질로서 분리한 상태 그대로 상기 추출을 행하는 것이 가능하다. 그로 인해, 종래의 장치라면 세틀러조 등에서 행해지는 분리 조작, 즉 일단 혼합된 원료 유체를 다시 단독의 원료 유체로 분리하는 조작에 많은 시간을 필요로 하는 일이 없어, 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 조작을 극히 단시간에 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어, 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은, 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니며, 통상의 당업자라면, 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, 서로 비중이 다른 제1 및 제2 원료 유체가 서로 접촉되는 경계면을 통해 물질을 이동시킴으로써, 추출, 분리, 반응과 같은 화학적인 조작을 행하는 경우의 효율을 높일 수 있는 처리 장치 및 처리 방법이 제공된다.

본 발명은, 비중이 다른 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시켜, 당해 제1 및 제2 원료 유체가 서로 접촉된 부분에서 화학적인 조작을 행하기 위한 처리 장치를 제공한다. 이 처리 장치는, 상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 상층 및 하층으로 각각 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와, 상기 분리조의 내부에 배치됨과 함께, 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 접촉시키기 위한 복수의 미세 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비한다. 상기 복수의 미세 유로의 각각은, 상기 유로 형성 부재를 상하로 관통하여, 당해 유로 형성 부재의 하측에 있는 상기 제2 원료 유체를 당해 유로 형성 부재의 상측으로 안내하는 제1 유로와, 상기 상층의 제1 원료 유체를 받아들여 상기 제1 유로 내로 도입시키도록 상기 제1 유로에 연결되는 제2 유로를 포함한다.

또한 본 발명은, 비중이 다른 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시킴으로써, 이들 제1 및 제2 원료 유체가 접촉된 부분에서 화학적인 처리를 행하는 처리 방법을 제공한다. 이 처리 방법은, 상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 상하로 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 2상류 상태에서 접촉시키기 위한 복수의 미세 유로를 갖는 유로 형성 부재를 준비하는 것과, 상기 분리조 내에서 상기 하층으로서 분리된 상기 제2 원료 유체를 상기 각 미세 유로를 따라 분리조의 상층을 향해 상방으로 안내하는 것과, 당해 미세 유로 내의 상기 제2 원료 유체에, 상기 상층으로서 분리된 상기 제1 원료 유체를 접촉시킴으로써, 상기 화학적인 조작을 행하는 것을 포함한다.

이들 처리 장치 및 처리 방법에 따르면, 일단 세분화된 원료 유체의 혼합물을 다시 단독의 원료 유체로 분리하는 데 시간을 필요로 하는 일 없이, 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 조작을 효율적으로 행할 수 있다.

상기 처리 장치는, 바람직하게는, 상기 분리조의 상층의 제1 원료 유체를 상기 제2 유로로 보내는 펌프를 더 구비하는 것이 좋다. 이 펌프는, 제1 원료 유체를, 제1 유로를 흐르는 제2 원료 유체에 효율적으로 합류시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 유로 형성 부재는, 표면 및 이면을 갖고 서로 판 두께 방향으로 적층되는 복수의 단판 부재를 갖고, 이들 단판 부재 중 적어도 일부의 단판 부재의 표면 및 이면 중 적어도 한쪽 면에, 상기 미세 유로가 형성되어 있으면 좋다. 상기 복수의 단판 부재는, 서로 적층됨으로써, 간단한 구조로, 상기 복수의 미세 유로를 갖는 유로 형성 부재를 구성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유로 형성 부재는, 상기 제1 유로의 상하 방향의 중도 부위에 있고 상기 제2 유로로부터의 상기 제1 원료 유체의 합류를 허용하는 합류부와, 상기 제1 유로 중 상기 합류부보다 하측의 부위에 있고 상기 상층의 제1 원료 유체가 하방으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 갖으면 좋다.

상기 유로 형성 부재는, 바람직하게는, 상기 분리조 내의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체 사이에 형성된 경계면의 하측으로부터 받아들인 하층의 제2 원료 유체를 상기 제1 유로를 통해 상기 경계면의 상측으로 유도하고, 또한 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 서로 연결되는 부위를 상기 경계면의 하측에 위치시키도록, 상기 분리조 내에 배치되어 있으면 좋다.

Claims (6)

1. 비중이 다른 제1 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시켜, 당해 제1 및 제2 원료 유체가 접촉된 부분에서 화학적인 조작을 행하는 처리 장치이며,
   상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 상층 및 하층으로 각각 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와,
   상기 분리조의 내부에 배치됨과 함께, 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 접촉시키는 복수의 미세 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 구비하고,
   상기 복수의 미세 유로의 각각은, 상기 유로 형성 부재를 상하로 관통하여, 상기 유로 형성 부재의 하측에 있는 상기 제2 원료 유체를 당해 유로 형성 부재의 상측으로 안내하는 제1 유로와, 상기 상층의 상기 제1 원료 유체를 받아들여 상기 제1 유로 내로 도입시키도록 상기 제1 유로와 연결되는 제2 유로를 포함하는, 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체를 상기 제2 유로로 보내는 펌프를 더 구비하는, 처리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유로 형성 부재는, 표면 및 이면을 갖고 서로 판 두께 방향으로 적층되는 복수의 단판 부재를 갖고, 상기 복수의 단판 부재 중 적어도 일부의 단판 부재의 표면 및 이면 중 적어도 한쪽의 면에, 상기 미세 유로가 형성되어 있는, 처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유로 형성 부재는, 상기 제1 유로의 상하 방향의 중도 부위에 있고 상기 제2 유로로부터의 상기 제1 원료 유체의 합류를 허용하는 합류부와, 상기 제1 유로 중 상기 합류부보다 하측의 부위에 있고 상기 상층의 원료 유체가 하방으로 역류되는 것을 방지하는 역류 방지부를 갖는, 처리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 유로 형성 부재는, 상기 분리조 내의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체 사이에 형성되는 경계면의 하측으로부터 받아들인 하층의 상기 제2 원료 유체를 상기 제1 유로를 통해 상기 경계면의 상측으로 유도하고, 또한, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로가 서로 연결되는 부위를 상기 경계면의 하측에 위치시키도록, 상기 분리조 내에 배치되어 있는, 처리 장치.
6. 비중이 다른 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 서로 접촉시킴으로써, 당해 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체가 접촉된 부분에서 화학적인 처리를 행하는 처리 방법이며,
   상기 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 상층 및 하층으로 각각 분리시킨 상태에서 수용하는 분리조와, 상기 분리조의 상층의 상기 제1 원료 유체와 하층의 상기 제2 원료 유체를 2상류 상태에서 접촉시키기 위한 복수의 미세 유로를 형성하는 유로 형성 부재를 준비하는 것과,
   상기 분리조 내에서 상기 하층으로서 분리된 상기 제2 원료 유체를, 상기 각 미세 유로를 따라 상기 분리조의 상층을 향해 상방으로 안내하는 것과,
   당해 미세 유로 내를 흐르는 상기 제2 원료 유체에, 상기 상층으로서 분리된 상기 제1 원료 유체를 접촉시킴으로써, 상기 화학적인 조작을 행하는 것을 포함하는, 처리 방법.

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