Ｕ字管型マイクロ向流気泡塔

【課題】既存のマイクロガス吸収装置では、気体と液体を同じ方向（並流）に流すことはできるが、互いに逆方向（向流）に流すことは困難である。そのため既存のマイクロ装置では、気液の接触部を長く取っても、一理論平衡段の抽出効果しか期待できないという欠点がある。
【解決手段】本発明では、中空糸膜の内側をガス、外側を液が流れる気泡塔を考案した。気液の流れを分断することにより、細管内で気液を向流に流すことが可能になった。気液の接触は、ガスが流れている中空糸膜の内側で行なわれるが、液は中空糸膜の内と外を自由に行き来できるので、吸収された物質も液本体の中に溶け込んでいくことが出来る。
さらに装置をＵ字型にして液のホールドアップを一定に保ちながら、溢れた液が流出できるような構造にした。このことにより、液のホールドアップを一定に保つための制御バルブ等を、液の出口部に設置する必要がなくなった。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細管内での気液の向流の流れを可能にしたＵ字管型マイクロ気泡塔を製作したことに関する。
このマイクロ気泡塔は、気泡塔としてばかりでなく、マイクロ向流液液抽出装置としても使用可能である。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ化学プロセスは、小規模生産に向いた化学プロセスであり、実用化はまだ始まったばかりである。今後、医薬品や医薬品中間体の製造や、研究室規模での有機化合物の合成等に用いられることが期待されている。マイクロ化学プロセスは、マイクロリアクター、マイクロ分離装置（マイクロ蒸留塔、マイクロ抽出装置、マイクロガス吸収装置等）、マイクロミキサーやマイクロポンプ等から構成されている。
マイクロ装置では、細い管内に流体を流すので、単位体積あたりの表面積が大きいという特を有する。しかしながら、通常のマイクロ装置では、二流体を同じ方向に流すこと（並流方向）は可能であるが、互いに逆方向に流すこと（向流方向）は困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
細管内で気体と液体を並流方向に流しただけでは、たとえ装置を長くして、気液の十分な接触時間を取っても、気液が互いに平衡に達するだけで、一理論段の効果しか期待できないと云う問題がある。そのため工業的規模の装置では、ほとんどの場合、気液を向流に流す装置が用いられている。
本発明では、気液を向流に流すことが可能なマイクロ気泡塔を開発することをめざした。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では、図１のようなＵ字型マイクロ気泡塔を考案した。
この塔の本体部は、（ガラス製の）長い細管内に、管より外径が細い中空糸膜（筒状の膜）が挿入された構造になっている。気体は中空糸膜の中を下から上へ流れ、逆に液は、主に中空糸膜の外側を、上から下へ流れる。気液間の物質移動は、中空糸膜内で行われる。また液は中空糸膜内を自由に通過できるようになっている。
液の流れに応じて、液受器の高さ調節して、本体部の液面の高さが一定水準になるようにする。すなわち液流量の大小に応じて、（本体部の液面の高さ）と（液出口チューブの先端の高さ）のヘッド差を調整する。液はサイフォンの原理により流れる。ヘッド差が大きいほど、液は流れやすくなる。
【発明の効果】
【０００５】
本装置の製作により、向流マイクロガス吸収（または放散）の操作を連続的に行うことが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明の実施形態を示す。図２のような装置を作成して、アンモニアの放散実験を行った。外径８ｍｍ、内径３．６ｍｍのガラス管を有する本体部を作成した。この本体部の全長は３５０ｍｍである。そして、このガラス管の中に、外径２ｍｍ、内径１ｍｍの中空糸膜（１μｍの孔径を有するテフロン製の多孔質膜）を挿入した。
シリジポンプで１Ｎアンモニア水溶液を２〜６ｍＬ／ｈ（＝０．１１〜０．３３ｍｏｌ／ｈ）の流量で塔頂部から送った。窒素ガスを２０〜６０ｍＬ／ｍｉｎ（＝００５３〜０．１６ｍｏｌ／ｈ）の流量で塔の下部から中空糸膜内に送った。液面の基準点からの高さ３００ｍｍになるようにして、気液ともに１２０分間送り続けた。ヘッド差は２０〜６０ｍｍであった。この実験中、本体部での気泡の発生は見られなかったので、ガスは中空糸膜から外の液の方には出なかったことがわかる。
出口ガス中のアンモニアの濃度は、０．１Ｎ塩酸で吸収させて後、塩酸の減少量をカセイソーダ溶液で滴定して決定した。液中のアンモニア濃度は、ガスクロマトグラフにより分析した。ＨＯＧは、ほぼ０．１ｍであった。すなわち１０ｃｍが１理論段に相当することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】Ｕ字管型マイクロ気泡塔の略図。
【図２】Ｕ字管型マイクロ気泡塔の実施例。この図のような装置を組み立ててアンモニアの放散実験を行った。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明は、Ｕ字管型マイクロ向流気泡塔を製作したことを特徴とする。
本装置には以下の特徴がある。
（１）本装置では、ガスは（細管中の）中空糸膜の内側を流れ、液は主に中空糸膜の外側を流れる。
（２）本装置では、気液間の物質移動は中空糸膜の内部で行われるが、液は中空糸膜を自由に出入りできる。
（３）本装置では、Ｕ字管内の液の入口部と出口部のヘッド差により、菅内液量（ホールドアップ）を一定に保ちながら、溢れた液が流出するようになっている。したがって液量が変化してもヘッド差を変えることにより、管内液量（ホールドアップ）を一定に保つことが出来る。本装置では、管液（ホールドアップ）を一定量に保つための制御バルブ等は要らない。
（４）本装置では、気泡塔としてだけでなく、マイクロ向流液液抽出装置としても使用可能である。

【図１】