WO2012081634A1 - 混合液体の分離方法 - Google Patents

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WO2012081634A1
WO2012081634A1 PCT/JP2011/078947 JP2011078947W WO2012081634A1 WO 2012081634 A1 WO2012081634 A1 WO 2012081634A1 JP 2011078947 W JP2011078947 W JP 2011078947W WO 2012081634 A1 WO2012081634 A1 WO 2012081634A1
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WO
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liquid
mixed
gas
container
separating
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/078947
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English (en)
French (fr)
Inventor
大月　正珠
暁 奥村
政　孝浩
Original Assignee
株式会社ブリヂストン
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Publication date
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Priority to CN201180067585.3A priority patent/CN103370114B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14—Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/14—Evaporating with heated gases or vapours or liquids in contact with the liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating a mixed liquid used for separating a mixed liquid.
  • a method using distillation or a permeable membrane has been mainly used.
  • the heating surface and the evaporation surface are different, and there is energy loss such as the occurrence of convection in the heated liquid, which means that the conversion efficiency from heating energy to evaporation energy is excellent. I can't say that.
  • the concentration of the target substance in the mixed liquid is preferably about 10%.
  • Patent Document 1 Chinese Patent Application Publication No. 101224933
  • the composition mass concentration of the initial ionic liquid (the first recovered product) is not sufficient at about 30%, and a predetermined liquid can be recovered from the mixed liquid more efficiently. There is a need for a separation method.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and has an object to provide a method for separating a mixed liquid having excellent separation accuracy and capable of separating the mixed liquid with low energy and high efficiency.
  • the liquid separation method of the present invention is a liquid separation method for separating one liquid from a liquid mixture including at least a first liquid and a second liquid having a boiling point higher than that of the first liquid.
  • the mixed liquid is contained in a container having a discharge port through which heated gas having a temperature higher than the boiling point of at least one of the first liquid and the second liquid is supplied from the heated gas supply means and discharges at least the gas.
  • the liquid droplets of the mixed liquid can be reduced to about 20 ⁇ m by spraying the mixed liquid with a spraying means.
  • the surface area is about 3000 cm 2 when converted to 1 liter of liquid.
  • the mixed liquid formed into droplets by the spraying step is brought into contact with a heated gas having a boiling point higher than at least one of the first liquid and the second liquid in the container. At least the first liquid can be vaporized at low energy and in a short time. Thereby, the separation of the first liquid and the second liquid can be easily performed in the separation step.
  • the separation efficiency does not depend on the liquid content, for example, a very small amount of the first liquid is contained in the first liquid. Even when two liquids are contained, the second liquid can be recovered with high efficiency.
  • the mixed liquid separation method of the present invention is configured such that the temperature of the heating gas in the heating gas supply means is higher than the boiling point of the first liquid and lower than the boiling point of the second liquid. Can do.
  • the heated gas having a temperature higher than the boiling point of the first liquid and lower than the boiling point of the second liquid is brought into contact with the mixed liquid formed into droplets by the spraying process.
  • the first liquid and the second liquid can be more efficiently separated while vaporizing the first liquid with low energy and in a short time.
  • the temperature of the mixed gas at the outlet of the container (hereinafter sometimes referred to as “outlet temperature”) can be set so that the first liquid can be kept in a vaporized state. .
  • outlet temperature can be set as appropriate depending on the boiling points of the first and second liquids and the gas flow velocity in the vicinity of the discharge port. For example, the outlet temperature is higher than the boiling point of the first liquid and the second liquid. It can also be set to be lower than the boiling point.
  • the mixed liquid separation method of the present invention may include a liquid-gas separation step of separating the liquid from the mixed gas by bringing the mixed gas discharged from the container into contact with a cooling means as the separation step. .
  • the second liquid that remains in the liquid state and the mixed gas containing the vaporized first liquid are simultaneously discharged from the container.
  • the mixed gas and the second liquid can be separated.
  • At least one of the first liquid and the second liquid may be an inorganic solvent or an organic solvent.
  • solvents having different boiling points are used.
  • the mixed liquid of the first solvent / second solvent can be separated into the first solvent and the second solvent.
  • one of the first liquid and the second liquid can be an organic solvent and the other can be water.
  • the liquid mixture of organic solvent / water can be separated into water and organic solvent.
  • the organic solvent can be an ionic liquid.
  • a mixed liquid of ionic liquid / water can be separated into ionic liquid and water.
  • the method for separating a mixed liquid according to the present invention is a method for separating one liquid from a mixed liquid containing at least a first liquid and a second liquid having a boiling point different from that of the first liquid,
  • the mixed liquid is sprayed into a container having a discharge port through which at least a heated gas having a temperature higher than the boiling point of either the first liquid or the second liquid is supplied from the heated gas supply means and discharges at least the gas.
  • a spraying step of spraying the mixed liquid from the spraying means, a vaporizing step of bringing the mixed liquid sprayed into the container into contact with the heated gas to vaporize the first liquid, and at least vaporizing in the vaporizing step A discharge step of discharging the mixed gas containing the first liquid from the discharge port of the container, and a separation step of separating the liquid from the mixed gas.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining the flow of the mixed liquid separation method of the present invention.
  • the method for separating a mixed liquid of the present invention includes at least a spraying process, a vaporizing process, a discharging process, and a separating process (a gas-liquid separating process in FIG. 1).
  • the spraying step is a step of spraying a mixed liquid containing at least the first liquid and the first liquid and the second liquid having a different boiling point from the spraying means into the container. Further, the inside of the container to which the mixed liquid is sprayed is filled with the heated gas supplied from the heated gas supply means. Further, the container is provided with a discharge port through which the mixed gas containing the vaporized first liquid is discharged.
  • the first liquid and the second liquid contained in the mixed liquid are liquids having different boiling points.
  • a liquid having a boiling point lower than that of the second liquid is selected as the first liquid.
  • the first liquid and the second liquid can be efficiently separated by separating only the first liquid from the mixed liquid in a vaporized state.
  • “liquid” means a compound in a liquid state having a constant volume at 1 atm and 25 ° C. and having fluidity, and details are shown in Fire Hazard No.
  • the “boiling point” means a boiling point at 1 atm, and specifically means a boiling point measured by a method defined in JISK2233: 1984.
  • the “decomposition point” is used herein as a “boiling point” for convenience and used as a reference for the heating temperature or the like.
  • “boiling point” includes the “decomposition point” of the liquid in the case of a liquid having no boiling point.
  • the “decomposition point” is a temperature at which the molecular weight of the liquid is changed and the weight of the liquid is reduced by 10% when the temperature rising rate is measured at 10 ° C./min using a thermogravimetric measuring device (TGA) Point to.
  • TGA thermogravimetric measuring device
  • “gas” is one of the states of a substance, and means a state that has the property of spreading itself, and therefore does not have a certain shape or volume, but has the property of spreading throughout the container.
  • the combination of the first liquid and the second liquid is not particularly limited as long as the liquids have different boiling points.
  • a solvent may be used for at least one of the first liquid and the second liquid. Both may be used as a solvent. When both the first and second liquids are used as solvents, solvents having different boiling points are used.
  • the solvent may be an inorganic solvent or an organic solvent.
  • combinations of the first and second liquids include organic solvents, inorganic solvents, or a combination of an organic solvent and an inorganic solvent, specifically, a combination of an organic solvent and water, an organic solvent and an ion.
  • the combination with a liquid, the combination of water and an ionic liquid, the combination of ionic liquids, etc. are mentioned.
  • the “ionic liquid” is a chemical substance composed of a salt and means an organic compound in a liquid state at 1 atm and 25 ° C., and does not include water (H 2 O).
  • organic solvent examples include N-methylmorpholine oxide (NMMO), dimethylacetamide (DMAc), ethanol, isopropyl alcohol, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc), 1-ethyl-3-methylimidazolium.
  • NMMO N-methylmorpholine oxide
  • DMAc dimethylacetamide
  • ethanol isopropyl alcohol
  • C2mimAc 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate
  • C2mimAc 1-ethyl-3-methylimidazolium.
  • C2mimDEP Diethyl phosphate
  • AmimCl 1-allyl-3-methylimidazolium chloride
  • AmimCl 1-ethylpyridinium chloride
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • THF tetrahydrofuran
  • dioxane dioxane
  • PEG polyethylene glycol
  • DMF dimethylformamide
  • 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate C2mimAc
  • 1-ethyl-3-methylimidazolium diethylphosphate C2mimDEP
  • 1-allyl-3-methylimidazolium chloride AmimCl
  • 1-ethylpyridinium chloride and 1-ethyl-3-methylimidazolium methylsulfonate correspond to the ionic liquid.
  • the inorganic solvent for example, it can be used water (H 2 O) and molten salts.
  • a specific combination of the first liquid and the second liquid is not particularly limited.
  • a combination of water and C2mimDEP (boiling point (decomposition point) about 255 ° C), a combination of water and AmiCl (boiling point (decomposition point) about 245 ° C), a combination of water and NMMO (boiling point 120 ° C), water and THF (Boiling point of about 66 ° C.), water and pyridine (boiling point of about 115.2 ° C.), water and polyethylene glycol (boiling point of about 250 ° C. or more), water and DMSO (boiling point of about 189 ° C.) And a combination of water and DMF (boiling point: about 153 ° C.).
  • a liquid having a high boiling point corresponds to the second liquid.
  • the method for separating a mixed liquid of the present invention can achieve high separation efficiency without being affected by the content ratio of the first liquid and the second liquid. For example, even when the content of the second liquid is 1% by mass or less, the second liquid can be separated and recovered with high efficiency.
  • the combination of the first liquid and the second liquid is preferably a combination that does not form an azeotropic mixture when mixed.
  • the combination of liquids constituting the azeotrope includes a combination of water and ethanol, a combination of water and isopropyl alcohol, and the like.
  • azeotropic refers to a phenomenon in which a liquid phase and a gas phase have the same composition when boiling from a liquid mixture.
  • the difference in boiling point between the first liquid and the second liquid is not particularly limited.
  • the difference in boiling point between the first liquid and the second liquid is preferably 20 to 200 ° C., and preferably 100 to 200 ° C. Is more preferable.
  • the mixed liquid is formed into droplets by the spraying means and sprayed.
  • the particle size of the mixed liquid droplets is not particularly limited, but is preferably 20 to 700 ⁇ m, more preferably 400 to 500 ⁇ m.
  • the nozzle diameter of the spraying means, the spraying pressure, etc. can be appropriately set based on the particle diameter of the liquid droplets of the mixed liquid.
  • a step of removing impurities and solids in the liquid mixture with a filter or the like can be provided before spraying the liquid mixture from the spraying means.
  • the container (chamber) used in the method for separating a mixed liquid according to the present invention is not particularly limited.
  • the container (chamber) has a strength that can withstand a predetermined process, is made of a material that exhibits the strength, and is hollow. Can be used as appropriate.
  • the volume of the container is appropriately selected according to the processing amount of the mixed liquid.
  • the internal pressure of the container is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 0.15 MPa, and more preferably 0.08 to 0.10 MPa.
  • it is preferable that the temperature in the container is maintained at a temperature higher than the first boiling point and lower than the second boiling point by the heated gas.
  • the container is filled with a heating gas supplied from the heating gas supply means.
  • the heating gas can be used without particular limitation as long as the gas temperature is higher than the boiling point of at least one of the liquids at the time of supply. However, it is preferable to use a gas that is less reactive with the mixed liquid. For example, air, nitrogen gas, inert gas, or the like can be used.
  • the supply amount and supply speed of the heated gas to the container are not particularly limited, but the flow rate is such that the pressure applied in the container can be maintained at a desired level, exceeding 0 m 3 / min to 1.0 m. It is preferably 3 / min or less, more preferably 0.1 m 3 / min to 0.7 m 3 / min.
  • the heating gas supply port is not limited to one, and may flow in from a plurality of locations, and the inflow location is not particularly limited.
  • the temperature of the heated gas is, for example, the temperature of the heated gas when supplied to the container (hereinafter sometimes referred to as “inlet temperature”) at both the inlet temperature and the outlet temperature.
  • a heating means such as a heater
  • the inlet temperature of the heated gas can be controlled by, for example, providing a temperature sensor in the vicinity of the heated gas supply means and the outlet of the container and monitoring each temperature. For example, when separating a mixed liquid containing water and another liquid, the outlet temperature can be set based on the boiling point of water.
  • the vaporization step is a step of vaporizing at least the first liquid by bringing the mixed liquid sprayed into the container into contact with the heated gas.
  • the spraying process and the vaporizing process are performed almost simultaneously.
  • the vaporization step is performed simultaneously with the spraying step.
  • the vaporized first liquid and the second liquid that is gas or liquid are mixed with the heating gas in the container to become a mixed gas.
  • the heating gas supply means may be a mode in which the heating gas is supplied from the outside of the container, or a mode in which the mixed gas is supplied by heating the gas in the container with a heater provided in the container. It can also be.
  • the discharge step is a step of discharging the mixed gas containing the first liquid vaporized in the vaporization step from the discharge port of the container.
  • an apparatus may be configured so that the mixed gas in the container can be discharged from the discharge port by blowing (supplying) heated gas or the like from the inlet side of the container, or a blower or the like on the discharge port side. May be configured so that the mixed gas in the container can be sucked and the mixed gas can be discharged from the discharge port, or these may be combined.
  • the discharging step for example, when only the first liquid is vaporized, the liquid droplet-like second liquid is mixed with the mixed gas containing the vaporized first liquid and discharged from the outlet to the outside of the container.
  • the apparatus may be configured to be discharged, or the apparatus may be configured so that the second liquid can be collected from another discharge port, for example, the lower part of the container, using a mass difference. In this case, the discharge process and the separation process are performed almost simultaneously.
  • the separation step is a step of separating the second liquid from the mixed gas, and examples thereof include a liquid-gas separation step using a cooling unit as shown in FIG.
  • a means for separating the liquid from the mixed gas is not particularly limited, and a known method can be appropriately used.
  • the liquid can be separated from the mixed gas by using a centrifugal force generated by an air flow.
  • a cooling means is provided in the separator, and the mixed gas is brought into contact with the cooling means to form the second liquid.
  • a liquid-gas separation step may be performed in which the liquid is agglomerated and separated from the mixed gas.
  • a step of removing the solid or the like from the recovered second liquid by a filter or the like may be provided.
  • the separation process in the present invention is not limited to the aspect performed after the discharging process.
  • the apparatus when only the first liquid is vaporized, the apparatus is configured so that the droplet-like second liquid can be separated from the mixed gas in the container and recovered from, for example, the lower part of the container.
  • the discharging step and the separation step are performed in parallel.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an apparatus for realizing the mixed liquid separation method of the present invention.
  • the separation device 100 includes a spray nozzle (spraying means) 8, a blower 10, a chamber (container) 12, a heated gas supply path 14, a heater 15, a separator 16, a recovery container 18, It is comprised including.
  • a supply pipe 3 for supplying a mixed liquid from the sample container 2 to the spray nozzle 8 is connected to the spray nozzle 8 via a mixer 9.
  • a liquid pump 4 is provided.
  • the supply pipe 3 may be provided with a filter for removing impurities and solids in the mixed liquid.
  • a spray gas supply pipe 7 provided with a needle valve 6 is connected to the spray nozzle 8 via a mixer 9, and pressurized air supplied from a compressor or the like is mixed with a mixed liquid supplied from the sample container 2.
  • the spray nozzle 8 can be supplied.
  • the diameter (nozzle diameter) of the tip 8A of the spray nozzle is not particularly limited, but can be appropriately selected according to the desired droplet diameter.
  • the nozzle diameter is preferably, for example, 400 to 700 ⁇ m, and more preferably 500 to 700 ⁇ m.
  • a spray nozzle 8 is provided on the mixed liquid supply side of the chamber 12 (hereinafter may be simply referred to as “inlet side”), and a tip end portion 14A of the heated gas supply path 14 is connected thereto. Further, the tip end portion 14A of the heated gas supply path 14 is configured to allow the heated gas to flow around the spray nozzle 8 and is temperature-controlled by a heater 15 provided in the heated gas supply path 14. The heated gas can be supplied into the chamber 12 via the tip portion 14A.
  • the heater 15 (heating means) is not particularly limited as long as it is a device that can heat the heating gas to a desired temperature, and for example, a known heating wire or the like can be used.
  • the heating gas supply path 14 is provided with a temperature sensor 20, and the temperature (inlet temperature) of the heating gas when supplied in the chamber 12 in the heating gas supply path 14 heated by the heater 15. Can be monitored. Furthermore, the mixed liquid which has flowed to the spray nozzle 8 can transmit heat from the heated gas to the mixed liquid through a heat transfer body such as a metal constituting the nozzle, and the mixed liquid is supplied to the mixed liquid at the tip of the spray nozzle 8. It is possible to heat up to the required temperature before reaching the inlet side, which is the side.
  • the chamber 12 is a container for bringing the mixed liquid sprayed therein and the heated gas supplied separately.
  • the spray nozzle 8 and the heating gas supply path 14 are connected to the inlet side of the chamber 12 so that the mixed liquid can be sprayed into the container and the heating gas can be supplied.
  • a discharge port 12 ⁇ / b> A for discharging the mixed gas to the outside of the chamber is provided on the discharge side (hereinafter, simply referred to as “exit side”) of the chamber 12.
  • the second liquid droplet is designed to be discharged from the chamber together with the mixed gas.
  • the chamber 12 can be used as a recovery container for recovering the second liquid existing as a liquid without being a mixed gas, and can be placed at any place (for example, the bottom) of the chamber 12 as required.
  • a second outlet for discharging the second liquid can also be provided.
  • a temperature sensor 22 is provided around the chamber outlet 12A, and the temperature of the mixed gas (exit temperature) when being discharged from the chamber 12 can be monitored.
  • a separator 16 is connected to the chamber outlet 12A.
  • the temperature monitored by the temperature sensor 22 may be fed back to the temperature of the heating gas so that the heating temperature can be controlled in the heater 15 or the like so that the inlet temperature and the outlet temperature are kept constant.
  • the temperature of the mixed gas (exit temperature) at the outlet of the container can be set to such an extent that the first liquid can be kept vaporized. By setting the outlet temperature in this way, the state in which the first liquid is vaporized can be maintained when the mixed gas is discharged from the container.
  • the outlet temperature can be set as appropriate depending on the boiling points of the first and second liquids and the gas flow velocity in the vicinity of the discharge port. For example, the outlet temperature is higher than the boiling point of the first liquid and the second liquid. It can also be set to be lower than the boiling point.
  • the separator 16 is used to separate the mixed gas and the second liquid.
  • the separator 16 includes a connecting portion 16A, a separating portion 16B that separates the mixed gas, and a discharge pipe 16C.
  • the separator 16 is connected to the discharge port 12A of the chamber at the connecting portion 16A, and is configured such that the mixed gas discharged from the chamber 12 is supplied to the separator 16.
  • the inside of the separation part 16B of the separator 16 is formed so that the airflow swirls spirally, and a cyclone of the airflow is generated by the suction of the blower 10, so that the second liquid can be separated from the mixed gas by centrifugal force. It is configured.
  • a recovery container 18 is connected to the lower side in the gravity direction of the separator 16 ⁇ / b> B so that the second liquid separated from the mixed gas can be recovered.
  • a discharge pipe 16C to which the blower 10 is connected is connected to the upper side of the separator 16 in the gravity direction, and the mixed gas separated from the second liquid is discharged by suction by the blower 10. ing. Further, since the temperature of the mixed gas is reduced by the suction by the blower 10, the liquid can be recovered more efficiently.
  • a cooler 16 ⁇ / b> D is installed inside the separation unit 16 ⁇ / b> B of the liquid separator 16.
  • the cooler 16D has a configuration in which a refrigerant is circulated in the pipe, and the separation (recovery) efficiency of the second liquid can be increased by cooling the mixed gas.
  • Installation of the cooler 16D is optional, and in addition, it is possible to provide an agglomeration means that promotes the agglomeration of the second liquid by providing a part in the separator 16 where the contact area with the mixed gas increases. Liquid recovery is possible.
  • the mixed liquid in the sample container 2 is sent to the spray nozzle 8 by the liquid feed pump 4.
  • pressurized air from a compressor or the like is supplied to the spray nozzle 8 while the pressure is adjusted by the needle valve 6.
  • the mixed liquid and pressurized air supplied to the spray nozzle 8 are mixed by the mixer 9 connected to the spray nozzle 8 and sprayed into the chamber 12 from the tip 8A.
  • the spraying conditions are appropriately determined while monitoring the outlet temperature.
  • the spraying pressure is 0.08 MPa to 0.1 MPa
  • the liquid feeding speed is about 8 to 10 g / min.
  • the inside of the chamber 12 is already filled with the heated gas kept near the normal pressure.
  • the heater 15 heats gas (for example, nitrogen gas) sucked from the outside by suction from the blower 10. At this time, the temperature of the heated gas is monitored by the temperature sensor 20 and heated to a desired inlet temperature by the heater 15 disposed in the heated gas supply path 14.
  • the heated gas heated by the heater 15 is supplied into the chamber 12 via the distal end portion 14A of the heated gas supply path. At this time, the inlet temperature of the heated gas is about 220 ° C.
  • the spray nozzle 8 is configured to be heated by the tip portion 14A of the heated gas supply path 14, and can heat the mixed liquid in the spray nozzle 8. Thereby, the viscosity of the liquid mixture in the spray nozzle can be lowered, and the liquid can be fed efficiently.
  • the mixed liquid sprayed into the chamber 12 becomes droplets having a particle size of about 20 ⁇ m.
  • the first liquid (water) in the mixed liquid is evaporated and vaporized.
  • the contact area between the mixed liquid formed into droplets and the heated gas is very large due to the spraying of the mixed liquid, the first liquid is vaporized in a very short time.
  • the first liquid (water) vaporized in the chamber 12 is mixed with a heated gas or a gas used for spraying to become a mixed gas.
  • the mixed gas in the chamber 12 is discharged from the discharge port 12A by suction of the blower 10, but the second liquid (C2mimAc) that has been dropletized is not vaporized but is mixed as fine droplets. And discharged together from the discharge port 12A.
  • the temperature (exit temperature) of the mixed gas in the discharge port 12A is monitored by the temperature sensor 22, and the gas temperature (exit temperature) is the first liquid (water) and the second liquid (C2mimAc). It is controlled to be between the boiling points of.
  • the outlet temperature can be set to 60 to 110 ° C., for example, but is preferably about 100 ° C. when the first liquid is water.
  • the outlet temperature is controlled by, for example, measuring how much the temperature of the heated gas supplied to the chamber 12 is lowered from the inlet temperature in the chamber, and using this as a reference, the heater 15 sets the inlet temperature of the heated gas. It is possible to control the outlet temperature to be a desired temperature by setting the temperature somewhat higher.
  • the mixed gas discharged from the discharge port 12A of the chamber and the droplet-like second liquid are supplied to the separator 16 through the connecting portion 16A by suction of the blower 10. Since the separator 16 is formed in the separator 16 so that the airflow swirls spirally, a cyclone of the airflow is generated.
  • the second liquid (C2mimAc) can be separated from the mixed gas by aggregating the second liquid by the centrifugal force generated by the cyclone of the airflow and the cooling action in the cooler 16D.
  • the separated second liquid (C2mimAc) is then collected in a collection container 18 provided on the lower side of the separator 16 in the direction of gravity.
  • the collection container 18 may be provided with a filter that removes solids and the like from the second liquid.
  • the mixed gas from which the second liquid has been separated is discharged out of the apparatus through the discharge pipe 16C while containing the vaporized first liquid (water). Moreover, these processes are continuously performed for a desired amount of the mixed liquid.
  • C2mimAc can be recovered from an aqueous solution containing about 0.4% of C2mimAc in a short time with low energy, and the composition mass concentration of the recovered C2mimAc is also as high as about 90% or more. It can be recovered efficiently.
  • the inlet temperature of the heating gas is set to be a temperature between the boiling point of the first liquid (water) and the decomposition point of the second liquid (C2mimAc).
  • the method for separating the mixed liquid is not limited to this, and it is sufficient that the outlet temperature is configured to be a temperature at which the first liquid can be kept in a vaporized state, and the inlet temperature of the heated gas is equal to the boiling point of the second liquid. It may be exceeded.
  • the mixed gas containing the first liquid is discharged to the outside of the apparatus.
  • a means for collecting the first liquid such as a collecting container may be provided separately.
  • the recovery means sets the temperature of the recovery container to a temperature lower than the boiling point of the first liquid (in the case of the above example, about 30 ° C.), or provides a cooler to bring it into contact therewith.
  • the first liquid can be recovered from the mixed gas, and the recovered mixed gas can be discharged out of the apparatus.
  • a liquid other than water for example, an organic solvent
  • the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to this.
  • the separation method of the present invention was applied to the mixed liquids shown in Table 1 below using “Spray Dryer ADL311-A” manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd. Each apparatus condition is shown in Table 1.
  • the mixed liquid F used in Comparative Example 3 is a mixed liquid of water and ethanol having an azeotropic relationship.
  • 100 ml of mixed liquid A was placed in a 300 ml Erlenmeyer flask and heated to 105 ° C. in an oil bath under normal pressure for distillation.
  • the mixed liquid A was subjected to a reverse osmosis (RO) membrane and concentrated.
  • Concentration conditions in the RO membrane are as follows: a 230 ml liquid mixture is placed in a concentrator equipped with an RO membrane (“Spin Flow Cell” manufactured by Tritech), and high pressure air is connected to the concentrator and pressurized at 4 MPa. Then, water through the RO membrane was discharged out of the apparatus to obtain a concentrated solution.
  • Table 1 below, when the temperature is described before and after “ ⁇ ” at the inlet temperature and the outlet temperature, the temperature described before “ ⁇ ” means the temperature from the start-up of the device to the stability. Further, the temperature after “ ⁇ ” means a temperature at which the spraying process is actually performed after the apparatus is stabilized.
  • Recovery rate (%) (recovered amount of second liquid x recovered composition mass concentration) / amount of sprayed second liquid (spray amount in table x concentration of second liquid in mixed liquid) * 2: “Recovered composition mass concentration” in the table is the recovered liquid from the remaining amount of the second liquid after heating the recovered liquid at 100 ° C. for 30 minutes using SDT (“Q600” manufactured by TA Instruments). The concentration of the second liquid inside was calculated.
  • Liquid mixture A water / ionic liquid (0.4% by mass: 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc); decomposition point 210 ° C.)
  • Mixed liquid B water / ionic liquid (70% by mass: 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc); decomposition point 210 ° C.)
  • Mixed liquid C water / ionic liquid (0.3% by mass: 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate (C2mimAc); decomposition point 210 ° C.) / Organic solvent (0.1% by mass: dimethylacetamide (DMAc) ; Boiling point 165 ° C)
  • Liquid mixture D water / organic solvent (4% by mass: N-methylmorpholine oxide (NMMO): boiling point 120 ° C.)
  • Liquid mixture E water / ionic liquid (0.4% by mass: 1-ethyl-3-

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Abstract

　優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供する。　少なくとも第１の液体と前記第１の液体と沸点の異なる第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体を噴霧する噴霧手段から前記混合液体を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて前記第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、前記混合ガスから液体を分離する分離工程と、を含む。

Description

混合液体の分離方法
　本発明は、混合液体の分離に用いられる混合液体の分離方法に関する。
　従来、混合液体から一方の液体を回収するための液－液分離方法としては、蒸留や浸透膜を用いた方法が中心であった。しかし、例えば蒸留の場合には、加熱面と蒸発面とが異なり、また、加熱される液体中で対流が生じるなどエネルギーロスがあり、加熱エネルギーから蒸発エネルギーへの変換効率に優れているとはいえない。また、一般的に蒸留で目的物質を分離するためには、混合液体中の目的物質の濃度が１０％程度であることが望ましい。さらに浸透膜を用いての目的物質の抽出では高濃度溶液を得ることが難しく、更なる工程が必要となる。このため、これら液－液分離方法は、エネルギー単位量当たりの効率が悪く時間を要する上、分離精度が低いといった問題があった。また、更に大きな設備を必要とすることも多いといった難点があった。
［特許文献１］中国特許出願公開第１０１２２４９３３号明細書
　例えば、一方の液体に対して他方の液体が極微量含まれている場合、上述の問題に加えて、蒸留等においては分離作業自体が困難な場合も多い。このような場合に、例えば、ナノ濾過部材等を用い、濃縮・乾燥等をおこなって、濃度９５～９９％程度のイオン液体の濃縮液を回収する方法が提案されている（前記特許文献１（中国特許出願公開第１０１２２４９３３号明細書）参照）。
　しかし、このような回収方法であっても、当初イオン液体（第１回目の回収物）の組成質量濃度が３０％程度と十分ではなく、より効率的に混合液体中から所定の液体を回収できる分離方法が求められている。
　本発明は、前記問題を解決すべく成されたもので、優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供することを目的とする。
　本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体を噴霧する噴霧手段から前記混合液体を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、前記混合ガスから前記第２の液体を分離する分離工程を含む。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記混合液体を噴霧手段によって噴霧することで、例えば、混合液体の液滴を２０μｍ程度にすることができる。液滴の粒径が２０μｍ程度であると、１リットルの液体に換算した場合には、その表面積はおおよそ３０００ｃｍ２程度となる。このため、本発明によれば、噴霧工程によって液滴化された混合液体を、容器内で少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い加熱ガスと接触させることで低エネルギー且つ短時間で少なくとも第１の液体を気化させることができる。これにより、分離工程において第１の液体と第２の液体との分離を容易に行うことができる。また、本発明の混合液体の分離方法によれば、噴霧工程によって混合液体を液滴化するため液体の含有量に分離効率が依存することなく、例えば、第１の液体中に極少量の第２の液体が含まれている場合であっても、高い効率で第２の液体を回収することができる。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記加熱ガス供給手段における前記加熱ガスの温度を、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低くなるように構成することができる。
　本発明の混合液体の分離方法によれば、噴霧工程によって液滴化された混合液体に、第１の液体の沸点よりも高く且つ第２の液体の沸点よりも低い温度の加熱ガスを接触させることで低エネルギー且つ短時間で第１の液体を気化させつつ、更に、効率良く第１の液体と第２の液体とを分離させることができる。
　また、前記容器の排出口における混合ガスの温度（以下、「出口温度」と称することがある。）を、前記第１の液体を気化された状態に保つことが出来るように設定することができる。このように出口温度を設定することで、前記混合ガスが容器から排出される際に、第１の液体を気化された状態で維持することができる。当該出口温度は、第１及び第２の液体の沸点や排出口付近におけるガスの流速によって適宜設定することができるが、例えば、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低いように設定することもできる。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記分離工程として、前記容器内から排出された前記混合ガスを冷却手段に接触させて前記混合ガスから液体を分離する液－気分離工程を含むことができる。
　このように、混合ガスから液体を分離する液－気分離工程を設けることで、例えば、液体状態のままの第２の液体と気化した第１の液体を含む混合ガスとが同時に容器から排出された際に、前記混合ガスと前記第２の液体とを分離させることができる。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記第１の液体及び前記第２の液体の少なくとも一方が無機溶媒および有機溶媒のいずれか一方の溶媒であってもよい。第１の液体及び第２の液体の両者を溶媒とする際には、それぞれ沸点の異なる溶媒を用いることとなる。これにより、例えば、第１の溶媒／第２の溶媒の混合液体を、第１の溶媒と第２の溶媒とに分離することができる。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記第１の液体及び前記第２の液体を、一方が有機溶媒であり、他方を水とすることができる。これにより、有機溶媒／水の混合液体を水と有機溶媒とに分離することができる。
　本発明の混合液体の分離方法は、前記有機溶媒をイオン液体とすることができる。これにより、例えば、イオン液体／水の混合液体をイオン液体と水とに分離することができる。
　以上説明したように、本発明によれば、優れた分離精度を有し、低エネルギー且つ高効率で混合液体を分離可能な混合液体の分離方法を提供することができる。
本発明の混合液体の分離方法の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の混合液体の分離方法を実現するための装置を説明するための説明図である。
　本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも第１の液体と前記第１の液体と沸点の異なる第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、少なくとも第１の液体および第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体を噴霧する噴霧手段から前記混合液体を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて前記第１の液体を気化させる気化工程と、少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、前記混合ガスから液体を分離する分離工程と、を含む。
　図１を用いて本発明の混合液体の分離方法の流れについて説明する。図１は、本発明の混合液体の分離方法の流れを説明するためのフローチャートである。
　図１に示すように、本発明の混合液体の分離方法は、少なくとも、噴霧工程と、気化工程と、排出工程と、分離工程（図１では気－液分離工程）とを含む。
　前記噴霧工程は、少なくとも第１の液体と第１の液体と沸点の異なる第２の液体とを含む混合液体を噴霧手段から容器内に噴霧する工程である。また、混合液体が噴霧される容器内は、前記加熱ガス供給手段から供給される加熱ガスで満たされている。また、前記容器には、気化された第１の液体を含む混合ガスが排出される排出口が備えられている。
　前記混合液体に含まれる第１の液体及び第２の液体は沸点の異なる液体である。また、第１の液体には、第２の液体よりも沸点の低い液体が選択される。本発明の混合液体の分離方法によれば、前記混合液体から第１の液体のみを気化させた状態で分離することで、効率よく第１の液体と第２の液体とを分離することができる。ここで、「液体」とは、１気圧・２５℃において一定の体積を持ち、流動性を有している液体状態の化合物を意味し、詳細には、消防危第１１号に示された、消防法の危険物の規制に関する政令等の一部を改正する政令（危険物の試験及び性状に係る部分）並びに危険物の試験及び性状に関する省令（平成元年２月公布）において別添２で示された方法に記載される手順に従って確認されるものを意味する。また、「沸点」とは、１気圧における沸点を意味し、詳細には、ＪＩＳＫ２２３３：１９８４に規定される方法で測定される沸点を意味する。なお、「沸点」を有しない液体（例えばイオン液体）の場合には、ここでは便宜上「分解点」を「沸点」として加熱温度等の基準として使用する。即ち、本発明において「沸点」には、沸点を有さない液体の場合における当該液体の「分解点」が含まれる。ここで「分解点」とは熱重量測定装置（ＴＧＡ）を用いて昇温速度を１０℃／分で測定を行う際に、液体の分子構造が変化して液体の重量が１０％減少する温度を指す。更に、「気体」とは、物質の状態の一つで、自ら広がろうとする性質を持ち、従って一定の形や体積を持たず、容器全体に広がろうとする性質を持つ状態を意味する。
　第１の液体と第２の液体との組合せは、沸点が異なる液体同士であれば特に限定はないが、例えば、少なくとも一方に溶媒を用いてもよく、第１の液体及び第２の液体の両者を溶媒としてもよい。第１及び第２の液体の両者を溶媒とした場合には、それぞれ沸点の異なる溶媒を用いることとなる。また、前記溶媒は無機溶媒もしくは有機溶媒のいずれであってもよい。このため、第１及び第２の液体の組合せとしては、有機溶媒同士、無機溶媒同士若しくは有機溶媒と無機溶媒との組合せや、具体的には、有機溶媒と水との組合せ、有機溶媒とイオン液体との組合せ、水とイオン液体との組合せ、イオン液体同士の組合せ等が挙げられる。この際、沸点の低いものが第１の液体となる。ここで、「イオン液体」とは、塩より構成される化学物質であって１気圧・２５℃において液体状態の有機化合物を意味し、水（Ｈ２Ｏ）は含まない。
　前記有機溶媒としては、Ｎ－メチルモルフォリンオキシド（ＮＭＭＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、エタノール、イソプロピルアルコール、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェイト（Ｃ２ｍｉｍＤＥＰ）、１－アリル－３－メチルイミダゾリウム塩化物（ＡｍｉｍＣｌ）、１－エチルピリジニウム塩化物、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）、ピリジン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムメチルスルフォネート、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）が挙げられる。
　また、このうち、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェイト（Ｃ２ｍｉｍＤＥＰ）、１－アリル－３－メチルイミダゾリウム塩化物（ＡｍｉｍＣｌ）、１－エチルピリジニウム塩化物、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムメチルスルフォネートが前記イオン液体に該当する。
　また、前記無機溶媒としては、例えば、水（Ｈ２Ｏ）や溶融塩等を用いることができる。
　具体的な第１の液体と第２の液体との組合せは特に限定されるものではないが、例えば、水（沸点：約１００℃）とＣ２ｍｉｍＡｃ（沸点（分解点）約２１０℃）との組合せ、水とＣ２ｍｉｍＤＥＰ（沸点（分解点）約２５５℃）との組合せ、水とＡｍｉｍＣｌ（沸点（分解点）約２４５℃）との組合せ、水とＮＭＭＯ（沸点１２０℃）との組合せ、水とＴＨＦ（沸点約６６℃）との組合せ、水とピリジン（沸点約１１５．２℃）との組合せ、水とポリエチレングリコール（沸点約２５０℃以上）との組合せ、水とＤＭＳＯ（沸点約１８９℃）との組合せ、水とＤＭＦ（沸点約１５３℃）との組合せ等が挙げられる。
　尚、以上の組合せにおいては沸点（分解点）の高い液体が第２の液体に該当する。
　本発明の混合液体の分離方法は、第１の液体及び第２の液体の含有比率に影響されず、高い分離効率を達成することができる。例えば、第２の液体の含有量が１質量％以下の場合であっても、高い効率で第２の液体を分離・回収することができる。
　また、前記第１の液体と第２の液体との組合せとしては、混合した際に共沸混合物を構成しない組合せが好ましい。例えば、共沸混合物を構成する液体の組合せとしては水とエタノールとの組合せや、水とイソプロピルアルコールとの組合せなどが挙げられる。ここで「共沸」とは、液体の混合物から沸騰する際に液相と気相とが同じ組成になる現象を言う。
　第１の液体及び第２の液体間の沸点の差は特に限定されないが、例えば、第１の液体と第２の液体とは沸点の差が２０～２００℃のものが好ましく、１００～２００℃が更に好ましい。
　噴霧工程においては、混合液体が噴霧手段によって液滴化され噴霧される。混合液体の液滴の粒径としては、特に限定はないが、２０～７００μｍが好ましく、４００～５００μｍが更に好ましい。この際、噴霧手段のノズル径や噴霧圧力などは、前記混合液体の液滴の粒径を基準に適宜設定することができる。また、ノズルの目詰まりや噴霧効率を高めるために、噴霧手段から混合液体を噴霧する前にフィルター等によって混合液体中の不純物や固形物を除去する工程を設けることもできる。
　本発明の混合液体の分離方法に用いられる容器（チャンバー）は特に限定はないが、所定の工程に耐えうる程度の強度を有し、当該強度を発揮する材質で構成され、中空のものであれば適宜用いることができる。また、容器の容積は、混合液体の処理量に応じて適宜選択される。また、容器の内圧も特に限定されるものではないが、例えば、０．０５～０．１５ＭＰａ程度が好ましく、０．０８～０．１０ＭＰａが更に好ましい。また、容器内の温度は、加熱ガスによって、第１の沸点よりも高く、且つ、第２の沸点よりも低い温度に維持されることが好ましい。
　前記容器は、前記加熱ガス供給手段から供給される加熱ガスで満たされている。加熱ガスはそのガス温度が供給時点で少なくとも一方の液体の沸点よりも高いものであれば特に限定なく用いることができる。但し、混合液体に対して反応性の少ないガスを用いることが好ましく、例えば、空気、窒素ガス、又は、不活性ガス等を用いることができる。また、前記容器に対する加熱ガスの供給量及び供給速度は特に限定はないが、前記容器内にかかる圧力を所望の程度に保つことができる程度の流量として、０ｍ３／ｍｉｎを超えて１．０ｍ３／ｍｉｎ以下であることが好ましく、さらに０．１ｍ３／ｍｉｎ以上０．７ｍ３／ｍｉｎ以下であることがさらに好ましい。また、加熱ガスの供給口は１つに限らず、複数箇所からの流入でも良く、流入場所についても特に制限は無い。
　加熱ガスの温度は、例えば、容器に供給される際の加熱ガスの温度（以下、「入口温度」と称する場合がある。）を、入口温度及び出口温度の両者において、ガス温度（容器内の温度）が少なくともいずれかの液体の沸点よりも高いように（好ましくは、第１の液体の沸点よりも高く且つ第２の液体の沸点よりも低いように）加熱手段（例えばヒータ等）を用いて制御することもできる。前記加熱ガスの入口温度の制御は、例えば、容器の加熱ガス供給手段及び排出口の付近に温度センサを設けて、各温度をモニタリングすることで行うことができる。例えば、水と他の液体とを含む混合液体を分離する場合には、出口温度を水の沸点を基準に設定することができる。
　次いで、前記気化工程は、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる工程である。実際には、噴霧工程において噴霧された混合液体は噴霧と同時に加熱ガスと接触するため、前記噴霧工程と気化工程とはほぼ同時に行われることとなる。また、前記混合液体は噴霧時に必要な温度まで加温されている場合には、噴霧工程と同時に気化工程が行われることとなる。前記気化工程において、気化された第１の液体、および、気体又は液体のままの第２の液体は、容器内で加熱ガスと混合されて混合ガスとなる。加熱ガス供給手段は、加熱ガスを容器外部から供給するような態様であってもよいし、または、容器内に備えられた加熱機によって容器内の気体を加温して混合ガスを供給する態様とすることもできる。
　前記排出工程は、前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する工程である。前記排出工程においては、例えば、容器の入口側からの加熱ガス等の送風（供給）によって容器内の混合ガスを排出口から排出できるよう装置を構成してもよいし、排出口側にブロワ等を接続して容器内の混合ガスを吸引して混合ガスを排出口から排出できるように装置を構成してもよく、更にこれらを組み合わせてもよい。前記排出工程においては、例えば、第１の液体のみが気化している場合には、液滴状の第２の液体が気化された第１の液体を含む混合ガスと共に、排出口から容器外に排出されるように装置を構成してもよいし、質量差を利用して前記第２の液体が別の排出口、たとえば容器下部から回収できるように装置を構成してもよい。この場合、排出工程と分離工程とがほぼ同時に行われることとなる。
　また、前記排出工程において、液滴状の第２の液体を前記混合ガスと共に容器の排出口から排出する場合、本発明の混合液体の分離方法では、前記容器内から排出された前記混合ガスから液体（第２の液体）を分離する分離工程が施される。分離工程とは、混合ガスから第２の液体を分離する工程であり、例えば、図１に示すように冷却手段を用いた液－気分離工程等が挙げられる。分離工程において、混合ガスから液体を分離する手段は特に限定なく公知の方法を適宜使用することができるが、例えば、気流による遠心力を利用して混合ガスから液体を分離することができる。さらには、前記排出工程で排出された混合ガスを第１の液体と第２の液体とに分離する分離工程として、分離器中に冷却手段を設け、混合ガスを冷却手段に接触させて第２の液体を凝集させて混合ガスから分離させる分離液－気分離工程を施してもよい。また、回収した第２の液体中に固形物等が含まれるおそれがある場合には、フィルター等によって分離工程後に回収した第２の液体中から固形物等を除去する工程を設けてもよい。
　尚、上記では排出工程の後に分離工程が施される態様について説明したが、本願発明において分離工程は排出工程の後に行われる態様に限定されない。上述のように、第１の液体のみが気化している場合には、液滴状の第２の液体を前記容器中で混合ガスと分離し、例えば容器下部から回収できるように装置を構成した場合には、排出工程と分離工程とが並行して行われることとなる。
　次に図２を用いて、本発明の混合液体の分離方法に用いられる装置及び本発明の混合液体の分離方法の流れについて説明する。図２は、本発明の混合液体の分離方法を実現するための装置を説明するための説明図である。図２において、分離装置１００は、噴霧ノズル（噴霧手段）８と、ブロワ１０と、チャンバ（容器）１２と、加熱ガス供給路１４と、ヒータ１５と、分離器１６と、回収容器１８と、を含んで構成されている。
　図２に示すように、噴霧ノズル８には、試料容器２から混合液体を噴霧ノズル８に供給するための供給管３が混合器９を介して接続されており、該供給管３には送液ポンプ４が備えられている。供給管３には、混合液体中の不純物や固形物を除去するためのフィルターを設けることもできる。更に、噴霧ノズル８にはニードル弁６が備えられた噴霧気体供給管７が混合器９を介して接続されており、コンプレッサ等から供給される圧力空気を試料容器２から供給される混合液体と共に噴霧ノズル８に供給できるように構成されている。噴霧ノズルの先端部８Ａの径（ノズル径）は特に限定はないが、所望の液滴の粒径に合わせて適宜選択することができる。前記ノズル径としては、例えば、４００～７００μｍが好ましく、５００～７００μｍが更に好ましい。
　チャンバ１２の混合液体供給側（以下、単に「入口側」と称する場合がある。）には、噴霧ノズル８が備えられると共に、加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａが接続されている。また、加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａは、噴霧ノズル８を中心としてその周りを加熱ガスが流通できるように構成されており、加熱ガス供給路１４中に備えられたヒータ１５で温度制御された加熱ガスが先端部１４Ａを介してチャンバ１２内に供給できるように構成されている。ヒータ１５（加熱手段）は、加熱ガスを所望の温度にまで加熱できる装置であれば特に限定されず、例えば、公知の電熱線等を用いることができる。また、加熱ガス供給路１４には、温度センサ２０が備えられており、ヒータ１５で加熱された加熱ガス供給路１４中のチャンバ１２内の供給される際の加熱ガスの温度（入口温度）をモニタリングすることができる。さらには噴霧ノズル８に流通した混合液体は、ノズルを構成する金属等の伝熱体を介して加熱ガスからの熱を混合液体に伝えることができ、混合液体を噴霧ノズル８先端の混合液体供給側である入口側に達するまでの間に必要な温度まで加熱することができる。
　チャンバ１２は、その内部に噴霧された混合液体と別に供給される加熱ガスとを接触させるための容器である。上述のように、チャンバ１２の入口側には、噴霧ノズル８と加熱ガス供給路１４とが接続されており、容器内に混合液体を噴霧し、更に加熱ガスを供給できるように構成されている。また、チャンバ１２のガス等の排出側（以下、単に「出口側」と称することがある。）には、混合ガスをチャンバ外に排出するための排出口１２Ａが設けられている。本装置においては、第２の液体の液滴が混合ガスと共にチャンバから排出されるように設計されている。
　また、チャンバ１２は混合ガスとならず液体のままで存在している第２の液体を回収するための回収容器としても使用でき、必要に応じてチャンバ１２の任意の場所（例えば底部）に第２の液体を排出するための第２の排出口を設けることもできる。
　更に、チャンバ排出口１２Ａの周辺には、温度センサ２２が備えられており、チャンバ１２内から排出される際の混合ガスの温度（出口温度）をモニタリングすることができる。また、チャンバの排出口１２Ａには、分離器１６が接続されている。
　この際、前記温度センサ２２でモニタリングした温度を加熱ガスの温度へフィードバックして、入口温度と出口温度とが一定に保たれるようにヒータ１５等において加熱温度を制御できるよう構成してもよい。また、前記容器の排出口における混合ガスの温度（出口温度）は、前記第１の液体が気化された状態を保つことが出来る程度に設定することができる。このように出口温度を設定することで、前記混合ガスが容器から排出される際に、第１の液体が気化された状態を維持することができる。当該出口温度は、第１及び第２の液体の沸点や排出口付近におけるガスの流速によって適宜設定することができるが、例えば、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低いように設定することもできる。
　分離器１６は、混合ガスと第２の液体とを分離するために用いられる。分離器１６は、連結部１６Ａと混合ガスの分離を行う分離部１６Ｂと排出管１６Ｃとから構成されている。分離器１６は連結部１６Ａにおいてチャンバの排出口１２Ａと連結されており、チャンバ１２から排出された混合ガス等が分離器１６に供給されるように構成されている。分離器１６の分離部１６Ｂ内部は、螺旋状に気流が旋回するように形成されており、ブロワ１０の吸引によって気流のサイクロンが生じ、遠心力によって混合ガスから第２の液体を分離できるように構成されている。分離器１６において、分離部１６Ｂの重力方向下側には回収容器１８が接続されており、混合ガスから分離された第２の液体を回収できるように構成されている。更に、分離器１６の重力方向上側にはブロワ１０が接続された排出管１６Ｃが接続されており、ブロワ１０による吸引によって、第２の液体と分離された混合ガスが排出されるように構成されている。さらに、ブロア１０による吸引によって、混合ガスの温度が低下するため液体をより効率よく回収することができる。
　また、図２においては液体の分離器１６の分離部１６Ｂ内部に冷却器１６Ｄが設置されている。冷却器１６Ｄは、配管内に冷媒を循環させた構成を有しており、混合ガスを冷却することで第２の液体の分離（回収）効率を高めることができる。上記冷却器１６Ｄの設置は任意であり、他にも分離器１６内に混合ガスとの接触面積が増加する部位を設けて第２の液体の凝集を促す凝集手段を設けることもでき、より効率的な液体の回収を行うことが可能である。
　次に、分離装置１００を用いた本発明の混合液体の分離方法の流れについて、図２を用いて説明する。以下の例においては、水（沸点約１００℃：第１の液体）中に１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）（分解点：２１０℃：第２の液体）を約０．４％含む混合液体を用いた例について説明するが、本発明はこの態様に限定されるものではない。
　まず、試料容器２中の混合液体が、送液ポンプ４によって噴霧ノズル８に送流される。また、同時にコンプレッサ等から加圧空気がニードル弁６によって圧力を調整されながら噴霧ノズル８に供給される。噴霧ノズル８に供給された混合液体と加圧空気とは、噴霧ノズル８に接続された混合器９にて混合され、先端部８Ａからチャンバ１２内に噴霧される。この際、噴霧条件とは、出口温度を監視しながら適宜決定され、例えば、噴霧圧力は０．０８ＭＰａ～０．１ＭＰａ、送液速度は８～１０ｇ／ｍｉｎ程度である。
　前記混合液体が噴霧される際、チャンバ１２内は既に常圧付近に保たれた加熱ガスで満たされている。ヒータ１５は、ブロワ１０からの吸引によって外部から吸引したガス（例えば、窒素ガス）を加熱する。この際、加熱ガスの温度は温度センサ２０によって監視されており、加熱ガス供給路１４中に配設されたヒータ１５にて所望の入口温度にまで加熱される。ヒータ１５にて加熱された加熱ガスは、加熱ガス供給路の先端部１４Ａを介してチャンバ１２内に供給される。この際、加熱ガスの入口温度は、おおよそ２２０℃程度である。また、噴霧ノズル８は加熱ガス供給路１４の先端部１４Ａによって加熱可能なように構成されており、噴霧ノズル８中の混合液体を加熱することができる。これにより噴霧ノズル中の混合液体の粘度を低くすることができ、効率良く送液を行うことができる。
　チャンバ１２内に噴霧された混合液体は、粒径２０μｍ程度の液滴となる。液滴化した混合液体が、チャンバ１２内に供給された加熱ガスと接触すると、混合液体中の第１の液体（水）が蒸発して気化する。この際、混合液体の噴霧によって、液滴化した混合液体と加熱ガスとの接触面積は非常に大きくなっているため、極めて短い時間で第１の液体は気化する。
　チャンバ１２内で気化した第１の液体（水）は、加熱ガスや噴霧に用いられたガスと混合され混合ガスとなる。この際、ブロワ１０の吸引によってチャンバ１２内の混合ガスは排出口１２Ａから排出されるが、液滴化された第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）も気化はしていないが微細な液滴として混合ガスに混ざって共に排出口１２Ａから排出される。
　この際、排出口１２Ａにおける混合ガスの温度（出口温度）は、温度センサ２２によって監視されており、ガス温度（出口温度）が、第１の液体（水）と第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）との沸点の間となるように制御される。出口温度は、例えば、６０～１１０℃となるように設定することができるが、第１の液体が水の場合には１００℃前後とすることが好ましい。前記出口温度の制御は、例えば、チャンバ１２に供給される加熱ガスの温度が入口温度からチャンバ内でどの程度下がるかを計測しておき、これを基準としてヒータ１５にて加熱ガスの入口温度をある程度高めに設定して出口温度が所望の温度となるようにコントロールすることができる。
　チャンバの排出口１２Ａから排出された混合ガスと液滴状の第２の液体とはブロワ１０の吸引によって連結部１６Ａを介して分離器１６に供給される。分離器１６内では分離部１６が螺旋状に気流が旋回するように形成されているため、気流のサイクロンが生じている。この気流のサイクロンによって生じる遠心力及び冷却器１６Ｄにおける冷却作用によって第２の液体が凝集することで、混合ガスから第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）を分離することができる。その後分離された第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）は、分離器１６の重力方向下側に設けられた回収容器１８にて捕集される。また、回収容器１８には、第２の液体から固形物等を除去するフィルターを設けてもよい。
　一方、第２の液体を分離した混合ガスは、気化された第１の液体（水）を含んだまま排出管１６Ｃを介して装置外に排出される。
　また、これらの工程は所望量の混合液体について連続的に行われる。
　以上の例によれば、例えば、Ｃ２ｍｉｍＡｃを０．４％程度含む水溶液からＣ２ｍｉｍＡｃを低エネルギー且つ短時間で回収することができ、更に、回収されたＣ２ｍｉｍＡｃの組成質量濃度も約９０％以上と高効率で回収することができる。
　なお、上述の例においては、加熱ガスの入口温度を第１の液体（水）との沸点と第２の液体（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）との分解点の間の温度となるように設定したが、本発明の混合液体の分離方法はこれに限定されず、出口温度が第１の液体が気化状態を保てる温度となるように構成されていればよく、加熱ガスの入口温度が第２の液体の沸点を超えるものであってもよい。
　また、上述の例においては、第１の液体を含む混合ガスを装置外に排出する構成としているが、回収容器など別途第１の液体を回収する手段を設けてもよい。この場合、前記回収手段は、例えば回収容器の温度を第１の液体の沸点以下の温度（上記例の場合には、約３０℃など）としたり、冷却器を設けてこれと接触させることで、混合ガスから第１の液体を回収し、回収後の混合ガスを装置外に排出することができる。特に、第１の液体として、水以外の液体（例えば、有機溶媒等）を用いた場合には、このように第１の液体を回収する回収工程を別途設けることが好ましい。
　以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。
　以下、本発明について実施例を用いてより具体的に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
　実施例及び比較例３について、市販のヤマト科学社製の「スプレードライヤＡＤＬ３１１－Ａ」を用いて、下記表１に記載の混合液体について本発明の分離方法を施した。各装置条件については表１に示す。比較例３で用いた混合液体Ｆは、共沸関係にある水とエタノールとの混合液体である。
　また、比較例１は、３００ｍｌ三角フラスコ内に混合液体Ａを１００ｍｌに入れ、常圧下オイルバス中で１０５℃まで加温し蒸留を行った。
　比較例２は、混合液体Ａを逆浸透（ＲＯ）膜に供して濃縮した。ＲＯ膜での濃縮条件としては、液量２３０ｍｌの混合液体をＲＯ膜が備えられた濃縮装置（トライテック社製「スピンフローセル」）に入れ、高圧空気を濃縮装置に接続し４ＭＰａにて加圧し、ＲＯ膜を介した水を装置外に排出して濃縮液を得た。
　尚、下記表１中、入口温度及び出口温度において「⇒」前後に温度記載されている場合、「⇒」の前に記載される温度は装置の立ち上げから安定までの温度を意味する。また、「⇒」後の温度は、装置が安定した後実際に噴霧処理を行った温度を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
※１：回収率（％）＝（第２の液体の回収量×回収組成質量濃度）／噴霧した第２の液体の量（表中のスプレー量×混合液体中の第２の液体の濃度）
※２：表中、「回収組成質量濃度」は、ＳＤＴ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製『Ｑ６００』）を用い、回収液を１００℃で３０分間加熱した後の第２の液体の残存量から、回収液中の第２の液体の濃度を算出した。
・混合液体Ａ：水／イオン液体（０．４質量％：１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）；分解点２１０℃）
・混合液体Ｂ：水／イオン液体（７０質量％：１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）；分解点２１０℃）
・混合液体Ｃ：水／イオン液体（０．３質量％：１－エチル－３－メチルイミダゾリウムアセテート（Ｃ２ｍｉｍＡｃ）；分解点２１０℃）／有機溶媒（０．１質量％：ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）；沸点１６５℃）
・混合液体Ｄ：水／有機溶媒（４質量％：Ｎ－メチルモルフォリンオキシド（ＮＭＭＯ）：沸点１２０℃）
・混合液体Ｅ：水／イオン液体（０．４質量％：１－エチル－３－メチルイミダゾリウムジエチルフォスフェイト（Ｃ２ｍｉｍＤＥＰ）；分解点２５５℃）
・混合液体Ｆ：水／エタノール（５０質量％：エタノール（ＥｔＯＨ）；沸点７８．４℃）
※水の沸点：１００℃／１ａｔｍ
　尚、前記各混合液体における第１および第２の液体並びに含有量は下記の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
　表１から分かるように、本発明の混合液体の分離方法を用いた実施例において、回収組成物の質量濃度は逆浸透（ＲＯ）膜を用いた比較例２と比べて高いものであった。また、比較例１において、混合溶液１００ｍｌ当たりの分離に要した時間は３５０分間であり、比較例２では７１．７分間であった。
　これに対し、実施例の分離方法によれは、どれも１００ｍｌ当たりの分解に要する時間の平均は比較例に比して短時間であり、エネルギー効率に長けた分離方法であることがわかった。
　一方、実施例と同様の方法において共沸関係を有する水とエタノールとの混合液体Ｆを用いた比較例３においては、第２の液体（エタノール）の回収が困難であった。
　尚、日本特許出願２０１０－２７９２３６の開示は参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
２　試料容器
４　送液ポンプ
３　供給官
６　ニードル弁
７　噴霧気体供給管
８　噴霧ノズル
８Ａ　噴霧ノズルの先端部
９　混合器
１０　ブロワ
１２　チャンバ
１２Ａ　排出口
１４　加熱ガス供給路
１４Ａ　加熱ガス供給路の先端部
１５　ヒータ
１６　分離器
１６Ａ　連結部
１６Ｂ　分離部
１６Ｃ　排出管
１６Ｄ　冷却器
１８　回収容器
２０　温度センサ
２２　温度センサ
１００　分離装置

Claims (6)

  1. 　少なくとも第１の液体と前記第１の液体よりも高い沸点を有する第２の液体とを含む混合液体から一方の液体を分離する混合液体の分離方法であって、
    　少なくとも前記第１の液体および前記第２の液体のいずれか一方の沸点よりも高い温度の加熱ガスが加熱ガス供給手段から供給され且つ少なくとも気体を排出する排出口を有する容器内に、前記混合液体を噴霧する噴霧手段から前記混合液体を噴霧する噴霧工程と、前記容器内に噴霧された前記混合液体を前記加熱ガスと接触させて少なくとも前記第１の液体を気化させる気化工程と、
    　少なくとも前記気化工程において気化された前記第１の液体を含む混合ガスを前記容器の排出口から排出する排出工程と、
    　前記混合ガスから前記第２の液体を分離する分離工程と、
    　を含む混合液体の分離方法。
  2. 　前記加熱ガス供給手段における前記加熱ガスの温度が、前記第１の液体の沸点よりも高く且つ前記第２の液体の沸点よりも低い請求項１に記載の混合液体の分離方法。
  3. 　前記分離工程は、容器内から排出された前記混合ガスを冷却手段に接触させて前記混合ガスから第２の液体を分離する液－気分離工程を含む請求項１または２に記載の混合液体の分離方法。
  4. 　前記第１の液体及び前記第２の液体は、少なくとも一方が、無機溶媒および有機溶媒のいずれか一方の溶媒である請求項１～３のいずれか１項に記載の混合液体の分離方法。
  5. 　前記第１の液体及び前記第２の液体は、一方が有機溶媒であり、他方が水である請求項１～３のいずれか１項に記載の混合液体の分離方法。
  6. 　前記有機溶媒がイオン液体である請求項４または５に記載の混合液体の分離方法。
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