JPS5922603A - 2相混合液分離方法および装置 - Google Patents

2相混合液分離方法および装置

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JPS5922603A
JPS5922603A JP13078282A JP13078282A JPS5922603A JP S5922603 A JPS5922603 A JP S5922603A JP 13078282 A JP13078282 A JP 13078282A JP 13078282 A JP13078282 A JP 13078282A JP S5922603 A JPS5922603 A JP S5922603A
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JP
Japan
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phase
separation
oily phase
aqueous phase
membrane
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JP13078282A
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English (en)
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Hideo Yasui
安井 英夫
Toragorou Mitani
三谷 寅五郎
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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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】 本発明は、2相混合液分離方法および装置に関し、更に
詳しくは、多孔性合成樹脂膜を用いて水性相と油性相と
を分離する方法および装置に関する。
水性相と油性相との混合液から油相を分離する方法とし
て、両相の比重差を利用する静止分離、遠心分離などに
よる方法が一般的に行われている。
これらの方法においては、二層か分離するまでの静置に
時間がかかること、完全な分離が難しいこと、分液作業
が難しいことなどの欠点がある。この為に、多くの場合
回分式の分離方式を採らざるを得す、大規模な工業的目
的には装置が極めて大きくなる。また、分離に時間がか
かることにより、両相間の化学反応を制御しなければな
らない時には極めて大きな困難が生じる。
本発明者らは、従来の比重差による分離ではなく、二相
の分離膜に対する親和性の差を利用して分離する方法に
ついて研究を重ねた結果、一定の臨界表面張力を有する
素材から成り、一定の孔径の連続微細孔を有する多孔性
合成樹脂膜を用いることにより混合液から油性相を効果
的に分離しうろことを見い出し、本発明を完成するに至
った。
すなわち、本発明の一要旨は、水性相と油性相とか分散
または乳濁状態にある混合液より油性相を分離する方法
において、素材の臨界表面張力が25 dyn+ /C
mまたはそれ以下でかっ孔径0.4−60μmの連続微
細孔を有する多孔性合成樹脂膜を用いて、2相の界面張
力の差が15 dyn /cynまたはそれ以上の互い
に相分離を起こす水性相と油性相とを分離することを特
徴とする分離方法に存する。
本発明の方法により分離される混合液は水性相と油性相
とが分散または乳濁状態にあるものであり、O/W型も
しくはW2O型のいずれであってもよい。
水性相とは、水自体の他、無機化合物、有機化合物など
の溶質を含む水溶液も包含する。油性相とは、水性相に
完全溶解せず、相分離するものをいい、液状非水溶性化
合物、たとえは、鎖状、分校状または環状の飽和または
不飽和炭化水素類、あるいは異項環化合物類もしくはこ
れらに各種置換基を有するものなどを包含する。
本発明の方法では、2相混合液中に、後に詳述する多孔
性合成樹脂膜を設置することにより、親和力の大きい油
性相を膜の孔を通して分離回収するとともに、親和力の
小さい水性相は膜の撥液作用により膜の孔を通過させな
い。
混合液がO/W型の場合、連続相の水性相が膜を通過で
きない状態に保たれており、油性相は膜と接触すると同
時に膜の孔を通過する。一方、W2O型の場合は済過と
同様の現象となる。
単−相の場合、膜の通過速度は、孔径の4乗および膜間
差圧に比例し、液の粘度および膜厚に反比例する(ポア
ズイユの式)。、一方、同一孔径の膜を通過するのに必
要な膜間差圧は、液の膜面における接触角(θ)によっ
て決まり、cosθに比例するものといわれている。そ
れ故、θが小さい液程、つまり膜をぬらしゃすい液程、
膜を通過しやすい。従って、これを2相混合液に適用す
ると、2相の表面張力の差が大きい程、分離が容易とな
る。加えて、一般的に膜の孔径は完全に均一ではなく、
ある程度の分布を有しているから、2相間の表面張力の
差が小さくなると、2相の分離が不完全となる。また、
たとえ完全な分離ができたとしても通過速度を大きくと
れなくなるので、実用的ではなくなる。本発明者らは、
実際の膜に対する液の通過性は、単に表面張力に依存し
ているのではないことを実験により確認しているが、こ
こでは、膜に対する親和力を表面張力に置き換えて表現
することにする。そうすると、°2相の表面張力の差が
15dyn/αまたはそれ以上、好ましくは40dyn
/αまたはそれ以上であると、後述の多孔性合成樹脂膜
により効果的に分離される。
2相混合液の場合、0/W型もしくはW2O型のいずれ
であるかを問わず、通過速度は水性相と油性相との容積
比によって大きく影響される。つまり、油性相の割合が
増加する程、通過速度は大きくなる。これは、容積比に
よって膜面に接している油性相の膜面積が変化すること
による。また、同一容積比においても、油性相の通過速
度は、単一液体のごとく膜間差圧に比列しないことも確
がめられている。つまり、油性相の通過速度が大きくな
るにつれて分離される水性相の量が増加するので、膜面
から大量の水性相が流出している状態と等しくなり、従
って、膜面近傍における油性相の割合が減少することに
なる。
さらに、混合液が0/W型の場合、水性相単独ならば膜
を通過する条件下でも、混合液となると水性相は通過し
にくくなることが見い出された。
たとえば、膜がテトラフルオロエチレン製の場合、孔径
10μの孔を通過させるには、膜間差圧225mmH2
Oでよく、孔径45μのものでは50m1120でよい
が、n−ペンタン/水の乳濁混合液を分離しようとする
と、前者の孔径では1000m100O、後者の孔径で
は400 mm H2Oの膜間差圧を与えても水の通過
は認められない。従って、0/W型の乳濁液から油性相
を分離する場合、孔径を大きく選べるから、迅速かつ大
容量の分離が可能となる。この現象は、混合液がW2O
型の場合にも認められる。
この分離能力は、一般的には水性相と油性相との間の表
面裏方の差が大きい程両者の膜通過限界径が開くことに
なり、大きくなる。従って、油性相成分が水性相に大量
に溶解する場合や、水性相が乳化剤水溶液の場合などに
おいては、通常水性相の表面張力が低下して油性相のそ
れに近づくことになるから、本発明の方法の対象として
は好ましくない。
多孔性合成樹脂膜の材質は、通常その臨界表面張力・(
γC)が小さい程分離には好ましいがら、25dyn 
7cm以下の臨界表面張力を有するものから選ばれ、具
体的にはポリトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオ
ロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、パーフルオロラウ
リン酸単分子層を素杓上に被覆した材料、繰り返し単位
ニ ア15 から成る重合体などが挙げられ、就中、ポリテトラフル
オロエチレンが好ましい。
膜の孔径は、油性相および水性相の膜材質に対する親和
力により選択され、通常0.4〜60μm。
好ましくは1〜40μmである。孔径が小さくなれば、
膜通過量が級数的に減少し、一方、孔径を大きく選定し
すぎると、水性相の同伴通過が発生する。
膜の厚さは、厚くなると膜通過速度を比例的に減少させ
るので、薄い方が好ましいが、一方では膜間差圧に対す
る物理的強度を保持できる厚さが必要となる。この為、
膜の設置方法も膜の厚さに重要な影響を与えるが、膜面
積が増加すれば、格子状、スリット状などの膜支持体を
用いることになるので、通常、膜厚は50〜500μm
の範囲から選択される。
膜間差圧は、水性相と油性相との表面張力の差、膜の臨
界表面張力、孔径、厚さなどに依存して定められるが、
通常100〜2000 mmH2Oである。
本発明の方法を実施する場合、−膜処理で十分な分離が
達成されるが、表面張力の差が小さくなって分離能力が
低下する場合、二段またはそれ以上の多段処理が採用さ
れる。つまり、第1段で少量の水性相の同伴通過を敢え
て行ない、濃縮することにより第2段以降の分離能力を
高める。
本発明の方法は、油性相と水性相とを混合接触させ、油
性相中の成分を水性相で抽出する装置に有利に採用され
る。
即ち、水性相と油性相とを混合する混合部および水性相
と油性相とを分離する分離部を有して成る連続抽出分離
装置において、水性相と油性相とが分散または乳濁状態
にある混合液より油性相を分離する為に、上述の多孔性
合成樹脂膜を備えたことを特徴とする連続抽出分離装置
、あるいは上記分離部で分離された水性相を混合部へ循
環供給して連続抽出を行う連続抽出分離装置等に好適に
採用し得る。
本発明の装置において、多孔性合成樹脂膜は、上端また
は下端が閉塞されたチューブ状、もしくは平膜状で分離
部内に設置される。循環使用する抽出液である水性相が
油性相より重い場合には膜は分離部の上部に設置し、逆
の場合には下部に設置する。
好ましい態様では、分離部はサイクロン状の分離槽であ
って、核種は直胴部、それと同心円状の内筒および直胴
部に続く円錐状部を有して成る。
混合部で混合された2和解合液は直胴部の外周に沿って
接線方向に供給されるのが好ましい。
次に、添付図面を参照して本発明の装置の好ましい一態
様について説明する。
第1図は水性相が油性相より重い場合に用いる装置の例
であり、分離槽(1)は、直胴部(2)、内筒(3)お
よび円錐状部(4)から成っており、内筒(3)内に多
孔性合成樹脂膜(5)を有している。
装置の運転は、まず抽出液となる水性相を予め分離槽(
1)内に、その液面が分離槽(1)内の内筒(3)の下
端位置よりも低くなる量だけ入れておき、次に水性相と
油性相のポンプ(6)および(10)をほぼ同時にスタ
ートさせ、水性相貯槽(15)および原料槽(9)とか
ら水性相および油性相をそれぞれ流量計(7)および(
11)を介して混合部(8)に供給する。
混合部(8)で混合された液は、次に分離槽(1)に送
られる。分離槽(1)は、分離槽上端近傍に設置した混
合液供給管(12)を含む横断面を示す第2図に示され
ている同心円構造を有しており、混合液は直胴部(2)
の外周壁に接線方向(矢印の方向)で供給される。混合
液は、直胴部(2)と内筒(3)の間の空間を回転流動
し、この間に油性相中の被抽出成分の水性相への移行が
完了し、遠心力により直胴部外周内壁に押しつけられて
二相の分離が促進される。
次いで、混合液は内筒(3)の下端から内筒内部に入り
、多孔性合成樹脂膜(5)に接する。膜(5)が内筒内
に設置されている為、膜部分における油性相と水性相と
の容積比が増加し、かつ分散液滴が大きくなり、分離速
度が大きくなる。
分離された油性相は、膜内から管03)により取り出さ
れ、一方、水性相は、円錐状部(4)の下部から管(1
41を通じて取り出される。
第3図には更に別の態様を示す。
即ち、抽出液となる水性相を循環し使用し得る場合、分
離槽(1)の円錐状部(4)から取り出された水性相を
再循環ライン(16)を通してポンプ(6)により再び
油性相との混合に使用する装置である。
以上の説明は、油性相が水性相よりも軽く、油性相が分
離槽上部に集まる場合について説明したが、油性相が水
性相より重い場合には、分離槽を上下逆の構造とするだ
けで、同様に2和解合液の分離が行える。
次に実施例を示し、本発明の方法を具体的に説明する。
実施例1 n−ペンタンと水との分離ニー ポリテトラフルオロエチレン製多孔性膜(膜厚100μ
m、開孔率80%)の各種孔径(平均孔径1μm、10
μmおよび45μm)のものを直径10馴、高さ約50
mmの円筒状チューブにして分離槽上部に設置した。n
−ペンタンと水を容積比1;1になるように循環液量を
調節した。混合部には250FI!/攪拌槽を用い、連
続分離を行った。
膜間差圧と分離量を下表に示す。
平均孔径1μm 膜間差圧(rrfnH20)   分離it (ml 
/ win ・aJ )250        10、
1 626        25.1 940        35.2 219        72.3 250        80.0 313        97.8 188        69.2 実施例2 ブタジェン中に溶解した【−ブチルカテコール(TBC
)70PPmを15%水酸化ナトリウム水溶液で抽出除
去した。
ブタジェンの表面張力は13.9 dyn/n(20℃
)、15%水酸化ナトリウム水溶液の表面張力はB 5
.2 dyn/cmであるが、TBCが水酸化ナトリウ
ム水溶液中に溶解すると急激な表面張力の低下が起り、
水酸化ナトリウム水溶液中にO11%TBCが溶解する
と37. Odyn/αとなる。
この2相庇合液を平均孔径10μmの膜を用い、実施例
1と同様に処理した。結果は次の通りである。
膜間差圧(rrnH20)  処理量(ml / th
in ・oJ )145        48.3 280        62.0 625       133.5 960       156.6 処理中、水酸化ナトリウム水溶液の通過は認められず、
またブタジェン中のTBCは完全に除去できた。
比較例1 実施例2と同様の処理を、ポリエチレン製多孔膜(膜厚
200μm1開孔率70%、rc−31dym/ff1
)を用いて行った。
平均孔径5μmの膜では、膜間差圧150naH20に
おいて水酸化ナトリウム水溶液の通過が起こり、分離で
きなかった。
平均孔径1μmの膜では、膜間差圧200rtvnH2
0が水酸化ナトリウム水溶液不通過の限界であり、この
時の処理量7゜2 ml / grin−(7)が最大
処理量となるから、極端に処理能力が低下することが理
解される。
この結果、必要分離膜面積が大きくなることに加え、低
差圧を正確に制御しなければ分離が不可能となるので、
実用的に不利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の装置の一態様を模式的に示す図、 第2図は、第1図の装置の中の分離槽の横断面図、およ
び 第3図は、本発明の装置の別の態様を示す図である。 1・・・分離槽、2・・・直胴部、3・・・内筒、4・
・・円錐状部、5・・・膜、6・・・ポンプ、7・・・
流量計、8・・・混合部、9・・・原料槽、10・・・
ポンプ、11・・・流量計、15・・・水性相貯槽。 特許出願人 鐘淵fヒ学工業株式会社 代 理 人 弁理士 青白 葆(外2名)第1図 第2II! 2 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、水性相と油性相とが分散または乳濁状態にある混合
    液より油性相を分離する方法において、素材の臨界表面
    張力が25 dyn/αまたはそれ以下でかつ孔径0.
    4〜60μmの連続微細孔を有する多孔性合成樹脂膜を
    用いて、2相の界面張力の差が15 dYn/C1Mま
    たはそれ以上の互いに相分離を起こす水性相と油性相と
    を分離することを特徴とする分離方法。 2、合成樹脂膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂製で
    ある第1項記載の方法。 3、水性相と油性相とを混合する混合部および水性相と
    油性相とを分離する分離部を有して成る連続抽出分離装
    置において、水性相と油性相とが分散または乳濁状態に
    ある混合液より油性相を分離する為に、分離部内部に素
    材の臨界表面張力が25dyn/anまたはそれ以下で
    かつ孔径0.4〜60μmの連続微細孔を有する多孔性
    合成樹脂膜を備えたことを特徴とする連続抽出分離装置
    。 4、水性相と油性相とを混合する混合部、水性相と油性
    相とを分離する分離部および分離された水性相を混合部
    へ循環供給する装置を有して成る連続抽出分離装置にお
    いて、水性相と油性相とが分散または乳濁状態にある混
    合液より油性相を分離する為に、分離部内部に素材の臨
    界表面張力が25dyn・7cmまたはそれ以下でかつ
    孔径0.4−60μmの連続微細孔を有する多孔性合成
    樹脂膜を備えたことを特徴とする連続抽出分離装置。 5、合成樹脂膜が、上端または下端が閉塞されたチュー
    ブ状もしくは平膜状である第4項記載の装置。 6、合成樹脂膜がポリテトラフルオロエチレン樹脂製で
    ある第4項または第5項記載の装置。 7、分離部が、直胴部、それと同心円状の内筒および直
    胴部に続く円錐状部を有して成るサイクロン状形状をし
    ており、内筒の内側に設置された該合成樹脂膜内より油
    性相を取り出す管、円錐状部の先端部より水性相を取り
    出す管および直胴部の外周上接線力向に被分離液を供給
    する管を有する第4項記載の装置。
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