DE112004000222T5

DE112004000222T5 - Gerät und Verfahren zur Klassierung von Emulsionen und Verfahren zum Dismulgieren von Emulsionen

Info

Publication number: DE112004000222T5
Application number: DE112004000222T
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Ibaraki Okubo; Taisuke Maki; Masaaki Kashihara Toma; Kazuhiro Mae
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2006-01-19
Also published as: TWI310696B; KR20050098278A; TW200418559A; WO2004067182A2; KR101128119B1; US20060113239A1; WO2004067182A3

Abstract

Vorrichtung zum Klassieren von Emulsionen, die einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite aufweist, die kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, worin mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Klassierungsgerät und ein Klassierungsverfahren zum Erhalt nur winziger Flüssigkeitströpfchen durch Klassierung einer Emulsion, die auf die Weise durchgeführt wird, dass große Flüssigkeitspartikel (Flüssigkeitströpfchen) einer Emulsion, die Flüssigkeitströpfchen mit verschiedenen Partikeldurchmessern (Tröpfchendurchmesser) enthält, miteinander koaguliert werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Klassierungsgerät und ein Klassierungsverfahren, das es ermöglicht, Flüssigkeitströpfen zu einer kontinuierlichen Phase zu dismulgieren, indem die Emulsion klassiert wird, um Flüssigkeitströpfchen zu erhalten die einen so kleinen Durchmesser haben, dass sie mit bloßem Auge nicht wahrgenommen werden können.

Eine Flüssig-Flüssig-Extraktion, die auf die Weise durchgeführt wird, dass eine verwertbare Substanz, die in einer wäßrigen Phase gelöst ist, in eine Ölphase extrahiert wird, oder nachdem Salz und eine andere Substanz in einer Ölphase gelöst wurden, in eine wäßrigen Phase extrahiert werden, wobei die verwertbare Substanz und das Salz durch Trennung in die wäßrige Phase und die Ölphase extrahiert werden, ist ein weit verbreitetes Verfahren in der Industrie, wie in der Umweltindustrie zur Abwasserverwertung, in der pharmazeutischen oder landwirtschaftlichen chemischen Industrie, in der chemischen Industrie, und der Nahrungsmittelindustrie. Die Flüssig-Flüssig-Extraktion ist zum Beispiel ein Verfahren, um eine verwertbare Substanz und Salz, das in einer wäßrigen Phase gelöst ist, aus einer Ölphase in eine andere flüssige Phase zu überführen.

Um die Wirksamkeit der Flüssig-Flüssig-Extraktion zu verstärken, wird im Allgemeinen eine Phasentrennung durchgeführt, nachdem noch andere Flüssigkeitströpfchen in einer flüssigen Phase durch Rühren dispergiert werden oder desgleichen, um eine Emulsion herzustellen. Das heißt, ein Anstieg in einem Bereich einer Grenzfläche (Grenzflächenbereich) zwischen sich gegenseitig abstoßenden Phasen verstärkt die Wirksamkeit der Flüssig-Flüssig-Extraktion. Genauer, es ist allgemein bekannt, dass Flüssigkeitströpfchen mit einem kleineren Durchmesser die in einer Emulsion enthalten sind, den Grenzflächenbereich in den verschiedenen Phasen erhöhen, was eine schnelle Extraktion einer verwertbaren Substanz und eines Salzes bewirkt (zum Beispiel Nicht-Patentdokument 1).

Es gab übrigens eine Nachfrage nach einer schnelleren Flüssig-Flüssig-Extraktion, die erforderlich ist, um sich mit dem Problem des Zerfalls einer verwertbaren Substanz durch Reaktion mit einer Phase und des Zerfalls einer verwertbaren Substanz bei Temperaturen, die für die Extraktion erforderlich sind, zu befassen. Vor kurzem wurde in dem Nicht-Patentdokument 2 eine Methode vorgeschlagen unter Verwendung einer Emulsion, die Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser unterhalb eines Mikrometers enthält, die in einem Gerät namens „Mikromixer" hergestellt werden, um eine verwertbare Substanz (Phenol) schnell aus einer wäßrigen Phase in eine Ölphase (Dodecan-Phase) zu extrahieren.

Dennoch waren beispielsweise in der Emulsion, die nach dem Verfahren in dem Nichtpatentdokument 2 offenbart wurde, und einer Emulsion die einen Emulgator enthält, die Flüssigkeitsteilchen, die in den Emulsionen enthalten waren, stabil, ohne miteinander zu koagulieren. Folglich können diese Emulsionen für eine lange Zeit stabil bleiben. Somit dauert es, wenn eine solche stabile Emulsion benutzt wird, zum Beispiel, wenn die Dismulgierung nicht sofort erfolgt, lange Zeit, um die Emulsion in zwei Flüssigkeiten zu trennen, selbst wenn die Extraktion schnell durchgeführt wird.

Die Patentdokumente 1 und 2 offenbaren zum Beispiel ein Verfahren um ein derartiges Problem zu lösen.

Genauer wird in dem Verfahren, das in den Patentdokumenten offenbart ist, eine Emulsion in Öl und Wasser auf die Weise getrennt, dass die Emulsion durch einen Filter geführt wird, der aus einem Stoff besteht, dessen Löcher einen sehr kleinen Durchmesser haben. Im Verfahren, das in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart ist, sammelt der Filter Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, während die Emulsion durch den Filter läuft. Dann, wenn sich diese Flüssigkeitströpfchen zusammenschließen, um einen großes Tröpfchen zu bilden, wird dieser aus dem Filter abgeschieden.

[Nicht-Patentdokument 1]

„Theory and Calculation of the Chemical Machine", 2^nd ed., p.288, Saburoh Kamet, Sangyotosho Corp. (1975).

[Nicht-Patentdokument 2]

Preprint G216 of 35^th Autum Annual Meeting by the Society of Chemical Engineers, Japan, Maki Mae et al. (2002)

[Patentdokument 1]

Japanese Patent No. 2572068 (eingetragen am 24.Oktober, 1996)

[Patentdokument 2]

Offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 2000/288303 (veröffentlicht am 17. Oktober 2000)

Im Übrigen wird in den Anordnungen, die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart wurden, die Trennung einer Emulsion in Öl und Wasser unter Verwendung von Filtern durchgeführt. Diese Filter, die aus Stoff sind, haben Körner mit zufälligen Öffnungsdurchmessern. Deshalb fließt, wenn ein Flüssigkeitströpfchen durch den Filter fließt, das beispielsweise kleiner ist als die Öffnungsdurchmesser in einem Bereich mit relativ großem Öffnungsdurchmesser, dieses Flüssigkeitströpfchen gerade durch die relativ große Öffnung des Filters, ohne sich mit einem anderen Flüssigkeitströpfchen zu vereinigen. Mit anderen Worten, Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, können sich, abhängig von den Bereichen des Strömungswegs durch den eine Emulsion fließt, nicht miteinander vereinigen.

Folglich kann die Anordnung im Patentdokument 1 die Öffnungsdurchmesser eines Strömungswegs durch den Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind und die in den Filter fließen, nicht anpassen, um einheitliche Öffnungsdurchmesser herzustellen; daher ist es unmöglich, Flüssigkeitströpfchen zu klassieren, die durch den Filter fließen, um Flüssigkeitströpfchen mit einem gewünschten Durchmesser oder kleiner zu erhalten.

Weiterhin können die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Anordnungen den Strömungsweg von Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, nicht einstellen. Dies erfordert es, die Flussrate einer Emulsion, die durch den Strömungsweg fließen soll, genau einzustellen, um eine effiziente Trennung in Öl und Wasser zu bewirken. Mit anderen Worten, in den Anordnungen die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbart wurden, vereinigen sich die Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, nicht, wenn die Flussrate der Emulsion schnell oder langsam ist, und ergeben keine kontinuierliche Phase. Dies bewirkt, dass die Emulsion austritt ohne dismulgiert zu sein.

Ferner können die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Anordnungen keine einheitlichen Öffnungsdurchmesser in der Filterkörnung bereitstellen. Zusätzlich wird es schwieriger, eine einheitliche Verteilung der Öffnungsdurchmesser herzustellen, wenn der Öffnungsdurchmesser der Filterkörnung kleiner wird. Beispielsweise ist es sehr schwer, eine Emulsion zu klassieren, die Flüssigkeitströpfchen mit extrem kleinen Durchmessern aufweist, die durch die Verwendung des Mikromixers hergestellt wurde, der im Nichtpatentdokument 2 offenbart wurde.

Nebenbei, in einem Fall in dem die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Filter verwendet wurden, quellen diese allmählich aufgrund der Langzeit-Trennung in Öl und Wasser. Dies erhöht den Flüssigkeitsdurchtritts-Widerstand der Filter. Daher ist es sehr schwierig für die Filter eine konstante Leistung bei der Trennung in Öl und Wasser zu erhalten.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Probleme gemacht, und ein Gegenstand der Erfindung ist es, ein Gerät und ein Verfahren zur leichteren Klassierung von Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, bereitzustellen, um Flüssigkeitströpfchen eines gewünschten Durchmessers oder kleiner zu erhalten.

Ein erfindungsgemäßes Gerät zu Klassierung hat, um die oben genannten Probleme zu lösen, einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite, die kleiner ist als der größte Durchmesser in der Emulsion enthaltener Flüssigkeitströpfchen, worin mindestens ein Teil des Strömungswegs aus einem Material mit Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen besteht.

Wenn die Emulsion den Strömungsweg passiert, verformen sich von den Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, die Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die gewünschte Tiefe oder Breite (im folgenden als die kleinste Länge bezeichnet), die kleiner ist als der größte Durchmesser der in der Emulsion im Strömungsweg enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, so, dass sie sich der kleinsten Länge anpassen, und das Material mit einer Affinität für Flüssigkeitströpfchen (im Folgenden auch als tröpfchenaffines Material bezeichnet) wird mit den Flüssigkeitströpfchen benetzt. Dann, wenn die Emulsion dem Strömungsweg kontinuierlich zugeführt wird, entsteht ein Unterschied in der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Dispersionsmedium, das durch den Strömungsweg fließt, und den Flüssigkeitströpfchen.

Der Grund dafür ist, dass die Flüssigkeitströpfchen das tröpfchenaffine Material benetzen, und das Dispersionsmedium einem Benetzen des tröpfchenaffinen Material widersteht. Falls die Flüssigkeitströpfchen auf der Stromaufwärtsseite des Strömungswegs kleiner sind als die Flüssigkeitströpfchen auf der Stromabwärtsseite des Strömungswegs, dann holen die Flüssigkeitströpfchen stromaufwärts die Flüssigkeitströpfchen stromabwärts ein. In diesem Augenblick benetzen die Flüssigkeitströpfchen das tröpfchenaffine Material und koagulieren daher mit anderen Flüssigkeitströpfchen, indem sie ihre Oberfläche verkleinern, um ihre Stabilität zu erhöhen. Dies bewirkt ein Koagulieren von Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge des Strömungswegs, da sie den Strömungsweg passieren. Dagegen passieren Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die kleinste Länge des Strömungswegs, ohne eine Benetzung des tröpfchenaffinen Materials und koagulieren daher nicht mit anderen Flüssigkeitströpfchen. Somit behalten die Flüssigkeitströpfchen ihre Form auch dann, wenn sie den Strömungsweg passiert haben.

Entsprechend der obigen Anordnung können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge, dadurch zu einem größeren Flüssigkeitströpfchen geformt werden (zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden), dass die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht werden, den Strömungsweg mit der kleinsten Länge zu passieren, genauer, werden die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht, den Strömungsweg zu passieren, während sie ihn benetzen. Damit können die Flüssigkeitströpfchen miteinander koagulieren, um eine kontinuierliche Phase zu bilden, und sich dann von der Emulsion trennen. Ferner bleiben Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die kleinste Länge, unverändert.

Das heißt, mit der obigen Anordnung ist es möglich, die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen zuverlässig durch den Strömungsweg mit der geringsten Länge strömen zu lassen. Somit können die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen klassiert werden, um Flüssigkeitströpfchen mit dem gewünschten Durchmesser oder kleiner zu erhalten.

Um oben genannte Probleme zu lösen, schließt das Verfahren zur Klassierung einer Emulsion der vorliegenden Erfindung ein, dass eine Emulsion durch einen Strömungsweg eines Geräts zur Klassierung einer Emulsion fließt, wobei das Gerät einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite hat, die kleiner ist als der größte Durchmesser in Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und worin mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen hat.

Entsprechend der obigen Anordnung können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge, dadurch zu einem größeren Flüssigkeitströpfchen geformt werden (zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden), dass die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht werden, den Strömungsweg mit der kleinsten Länge zu passieren, genauer werden die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht, den Strömungsweg zu passieren, während sie ihn benetzen. Ferner bleiben die Flüssigkeitströpfchen, die kleiner als die kleinste Länge sind, wie sie sind.

Das heißt, es ist möglich, mit der oben genannten Anordnung die Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, verläßlich durch den Strömungsweg mit der kleinsten Länge fließen zu lassen. Deshalb können die Flüssigkeitströpfchen, die größer als die kleinste Länge sind, miteinander koagulieren, um eine kontinuierliche Phase zu bilden, und dann von der Emulsion getrennt werden. Daher ist es möglich, die Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, zu klassieren, um Flüssigkeitströpfchen mit einem gewünschten Durchmesser oder kleiner zu erhalten.

Das Verfahren zum Dismulgieren einer Emulsion gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Passage einer Emulsion durch einen Strömungsweg in einem Gerät zur Klassierung einer Emulsion und eine Phasentrennung der durchgeflossenen Flüssigkeit ein, wobei das Gerät einen Strömungsweg aufweist, der eine gewünschte Tiefe oder Breite besitzt, die kleiner ist als der größte Durchmesser in den Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, und wobei mindestens ein Teil der den Strömungsweg bildenden Wände aus einem Material ist, das Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen hat.

Gemäß der obigen Anordnung können die Flüssigkeitströpfchen, die größer als die kleinste Länge sind, in größere Flüssigkeitströpfchen auf die Weise umgeformt werden (sie werden miteinander koaguliert), dass die in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen durch den Strömungsweg bewegt werden, der die kleinste Länge hat, genauer, die in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, werden durch den Strömungsweg bewegt, während sie ihn benetzen. Daher ist es möglich, auf einfache Weise eine Phasentrennung der Emulsion zum Dismulgieren durchzuführen.

Die folgende Beschreibung wird ausreichend weitere Gegenstände, Charakteristika und ausgezeichnete Punkte der vorliegenden Erfindung verdeutlichen. Ferner werden Vorteile der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines Geräts zur Klassierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer oberen Platte in dem Gerät zur Klassierung nach 1 darstellt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer mittleren Platte darstellt, die einen hohlen Abschnitt aufweist, der als Strömungsweg dient, durch den eine Emulsion fließt, und der einen Plattenabstand (kleinste Länge) zwischen der oberen und der unteren Platte in dem Gerät zur Klassifikation nach 1 herstellt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer unteren Platte in dem Gerät zur Klassierung nach 1 darstellt.
5(a) ist eine Frontansicht, die darstellt, wie der dynamische Ausbreitungswinkel gemessen wird, und 5(b) ist eine Frontansicht, die darstellt wie der dynamische Rückzugswinkel gemessen wird.
6(a) bis 6(c) sind Querschnittsansichten, die einen Klassierungsmechanismus einer Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser zeigen, die durch den Strömungsweg fließt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Durchflussmechanismus einer Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser darstellt die durch den Strömungsweg fließt.
8 ist eine Querschnittsansicht die das Verhalten einer Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser darstellt, wenn sie durch einen Strömungsweg fließt, der nur aus Glas ist.
9 ist eine Frontansicht, die ein beispielhaftes Gerät darstellt, das mit dem Gerät zur Klassierung verbunden ist.
10 ist eine Frontansicht die ein anderes beispielhaftes Gerät darstellt, dass mit dem Gerät zur Klassierung verbunden ist.
11 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Tröpfchendurchmessern von (a) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor dem Klassieren zeigt und (b) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen nach dem Klassieren in Beispiel 5 zeigt.
12 ist eine Darstellung, die eine Mikroskopaufnahme mit der Beschaffenheit einer Emulsion vor der Klassierung in Beispiel 5 zeigt.
13 ist eine Darstellung, die eine Mikroskopaufnahme mit der Beschaffenheit einer Emulsion nach der Klassierung in Beispiel 5 zeigt.
14 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Tröpfchendurchmessern von (a) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor dem Klassieren zeigt und (b) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen nach dem Klassieren in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 zeigt.
15 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Tröpfchendurchmessern von (a) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, vor dem Klassieren zeigt und (b) in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, nach dem Klassieren in den Vergleichsbeispielen 10 und 11 zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein erfindungsgemäßes Gerät zur Klassierung hat einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite, die kleiner ist, als der größte Durchmesser in einer Emulsion enthaltener Flüssigkeitströpfchen, wobei der Strömungsweg die gewünschte Tiefe oder Breite hat, die es einer Emulsion ermöglicht, diesen zu passieren, und wobei mindestens ein Teil der den Strömungsweg bildenden Wände aus einem Material gefertigt sind, das Affinität zu den in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen aufweist.
Genauer schließen Beispiele für das Gerät zur Klassierung gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Gerät ein, das eine Struktur (Strömungsweg) aufweist, durch die eine Emulsion fließt, wobei der Strömungsweg zwischen mindestens zwei Platten angeordnet ist, die durch eine Entfernung getrennt sind, die kleiner ist als der größte Durchmesser von in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen.
Die oben genannte Anordnung ermöglicht einer Emulsion einen Strömungsweg zu passieren. Dies bewirkt eine Koagulation von Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Tiefe oder Breite des Strömungswegs, und somit eine Trennung in (a) große Flüssigkeitströpfchen, die durch Koagulation an Größe zugenommen haben, und (b) winzige Flüssigkeitströpfchen die nicht koagulieren.
Die großen Flüssigkeitströpfchen koagulieren zur Bildung einer kontinuierlichen Phase ausreichend miteinander. Dann wird die Emulsion gewöhnlich in zwei Phasen getrennt und ausgetragen. Die zwei Phasen zum Dismulgieren der Emulsion sind (i) eine kontinuierliche Phase, die von den Flüssigkeitströpfchen herrührt, und (ii) eine kontinuierliche Phase, die von dem Dispersionsmedium der Emulsion herrührt. Zusätzlich erlaubt die oben genannte Anordnung ein schnelles Klassieren (Dismulgieren) einer Emulsion, die Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich enthält, die mittels eines Geräts wie zum Beispiel dem „Mikromixer" hergestellt wurde, und einer Emulsion, die einen Emulgator (Tensid) enthält. Dies wird unten beschrieben.
Zunächst wird im Folgenden eine Emulsion beschrieben, die mit dem Gerät zur Klassierung gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels klassifiziert werden soll.
Eine Emulsion gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist (a) eine Flüssigkeit (Dispersionsmedium) und (b) eine andere Art von Flüssigkeit auf, worin Partikel der Flüssigkeit (b) in Form von kolloidalen Partikeln oder Partikeln, die größer als kolloidale Partikel sind, in der Flüssigkeit (a) dispergiert sind. In der folgenden Beschreibung werden die Partikel der Flüssigkeit Flüssigkeitströpfchen genannt.
Ein in einer Emulsion enthaltenes Flüssigkeitströpfchen, das durch das Gerät zur Klassierung gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels klassiert (dismulgiert) werden soll, weist bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 1 μm bis 100 μm auf, stärker bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 10 μm bis 50 μm.
Gewöhnlich ist eine Emulsion ein dispergiertes System aus Wasser und einer organischen Phase, d.h., ein System in dem Flüssigkeitströpfchen in einer anderen Flüssigkeit dispergiert sind, die diese nicht lösen kann. Genauer, Beispiele einer Emulsion schließen ein: eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser (Ö/W, in der eine organische Phase (Flüssigkeitströpfchen) in Wasser (Dispersionsmedium) dispergiert sind, und eine Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl, in der Wasser (Flüssigkeitströpfchen) in einer organischen Phase (Dispersionsmedium) dispergiert sind.
Beispiele für organische Lösungsmittel, die die organische Phase bilden, schließen ein: aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol und Xylol; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Heptan, Hexan, Heptan, Oktan, Nonan, Dodecan, und Tridecan; alizyklische Kohlenwasserstoffe, wie Cyclopentan und Cyclohexan; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Methylenchlorid, Chloroform und Chlorbenzol; Ether, wie Dimethylether, Diethylether, Ethylenglykoldimethylether, Propylenglycol Dibutylether und Tetrahydrofuran; Alkohole mit ungefähr 6-20 Kohlenstoffatomen (die Alkohole können aus jedem Typ von Kohlenwasserstoffradikalen zusammengesetzt sein, wie geradkettige, verzweigte und zyklische Kohlenwasserstoffradikale): wie Hexanol, Heptanol, Oktanol, Decanol und Dodecanol; Methyl-isobutylketon; und Butylacetat.
Unter den exemplarischen organischen Lösungsmitteln werden aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe, alizyklische Kohlenwasserstoffe und Alkohole vorzugsweise verwendet, weil sie einen hohen Verteilungskoeffizienten (Ölphase/Wasserphase) in Bezug auf einen gelösten Stoff (organische Verbindungen) haben und es dem gelösten Stoff ermöglichen, in einem hohen Anteil in der Ölphase verteilt vorzuliegen. Deshalb kann, wenn aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe, alizyklische Kohlenwasserstoffe und Alkohole als organische Lösungsmittel verwendet werden, ein Gerät zur Klassierung gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen eine Emulsion, die durch Extraktion eines gelösten Stoffs aus einer wässrigen Phase hergestellt wurde, einfach dismulgieren und einen gelösten Stoff schnell in eine Ölphase extrahieren.
Ferner kann die vorher genannte Emulsion einen Emulgator, wie ein Tensid und ein Schutzkolloid, zur Stabilisierung der Emulsion enthalten.
Beispiele für Tenside schließen ein: anionische Tenside, wie Alkylsulfatsulfonat, Alkylbenzolsulfonat, Alkylsulfosuccinat, Alkyldiphenyletherdisulfonat, Polyoxyethylenalkalisulfat und Polyoxyethylenalkylphosphat; nicht-ionische Tenside, wie Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockcopolymer, Polyoxyethylenalkylether, Polyoxyethylenalkylphenolether, Polyoxyethylenfettsäureester, Sorbitanfettsäureester, Polyoxyethylensorbitanfettsäureester, Polyoxyethylenalkylamin, und Glyzerinfettsäureester; kationische Tenside wie Alkylaminsalze und quarternärne Ammoniumsalze einschließlich Tetraalkylammoniumhalogenid und Benzyltrialkylammoniumhalogenid.
Beispiele für Schutzkolloide schließen ein: Polyvinylalkohole, wie teilweise verseifter Polyvinylalkohol, vollständig verseifter Polyvinylalkohol, Sulfonat-modifizerter Polyvinylalkohol, Carboxyl-modifizierter Polyvinylalkohol, Silanol-modifizierter Polyvinylalkohol; und Zellulosederivate, wie Hydroxyethylzellulose, Methylzellulose und Carboxymethylzellulose.
Ferner kann der Emulgator eine Kombination verschiedener Emulgatortypen sein, wie Tensid und Schutzkolloid.
Zum Beispiel wird eine Emulsion durch Waschen einer organischen Phase, die durch eine organische Synthesereaktion erhalten wurde, hergestellt, wenn ein Tensid (insbesondere, z.B. Tetraalkylammoniumsalz und Benzyltrialkylammoniumsalz) als Phasen-Transfer-Katalysator verwendet wird, oder wenn ein Substrat und ein Reaktionsprodukt in der organischen Synthesereaktion Ammoniumsalz und Carboxylatsalz sind. In einer Emulsion enthaltene Flüssigkeitströpfchen haben einen Durchmesser von etwa 10 μm bis 50 μm. Deshalb ist es möglich, eine günstigere Klassierung (Dismulgierung) der Emulsion unter Verwendung des Geräts zur Klassierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu verwirklichen.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Struktur eines Geräts zur Klassierung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Wie in der 1 erläutert, weist das Gerät zur Klassierung 1 eine Struktur auf in der eine mittlere Platte 3 (siehe 3) einen Hohlraum bzw. eine Aussparung aufweist, der bzw. die als Strömungsweg dient, durch den eine Emulsion fließt, wobei diese zwischen einer oberen Platte (Plattenteil) 2 und einer unteren Platte (Plattenteil) 4 (siehe 4) eingebettet ist. Das heißt, wie in 3 erläutert, dass der zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4, die beide durch eine mittlere Platte 3 getrennt werden, gebildete Hohlraum den Strömungsweg darstellt, durch den eine Emulsion fließt. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist die obere Platte 2 mit einer Einlassöffnung 5 ausgestattet, die die Emulsion eintreten läßt, und einem Auslass 6, der eine klassierte (dismulgierte) Flüssigkeit austrägt.
Die kleinste Länge (Abstand Platte-Platte) zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4 in dem Gerät zur Klassierung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, d.h., die Dicke der mittleren Platte 3, ist als gleich oder kleiner festgelegt als der größte Durchmesser in Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind, die durchfließen soll, und ist gleich oder kleiner als eine gewünschte Klassierungslänge, d.h., einem gewünschten Durchmesser von Flüssigkeitströpfchen, die in der zu klassierenden Emulsion enthalten sind. Vorzugsweise ist sie gleich oder kleiner als ein volumengemittelter Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser, in der Flüssigkeitströpfchen, bei denen es sich um Öltröpfchen mit einem maximalen Durchmesser von 10 μm handelt, in einer wässrigen Phase dispergiert sind, in eine Ölphase als kontinuierliche Phase getrennt wird, die durch Koagulieren von Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser von über 10 μm entsteht, die kleinste Länge, d.h. die Dicke der Zwischenplatte 3, auf gleich oder kleiner 10 μm festgelegt.
Insbesondere liegt die kleinste Länge, die sich abhängig vom Typ der Emulsion, die klassiert (dismulgiert) werden soll, unterscheidet, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 100 μm. Mit der kleinsten Länge in diesem Bereich tendiert die Verweildauer, die für die Flüssig-Trennung erforderlich ist, dazu, kürzer zu werden. Besonders in einem Fall, wenn eine Emulsion verwendet wird, die winzige Flüssigkeitströpfchen aufweist, die eine schnelle Extraktion derselben erlauben, wie in einer Emulsion, die in einem Mikromixer hergestellt wurde, liegt die kleinste Länge vorzugsweise in einem Bereich von 50-100 μm. Man beachte, dass der „Strömungsweg" sich hierbei auf einen Bereich bezieht, der eine Tiefe oder Breite in dem Bereich des Geräts zur Klassierung 1, in dem die Emulsion fließt, aufweist, die kleiner ist als der größte Durchmesser in den Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, die durchfließen soll. Die Verwendung eines Geräts zur Klassierung der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht eine gewünschte Klassierung in Flüssigkeitströpfchen, die einen Flüssigkeitströpfchendurchmesser (ein volumengemittelter Durchmesser von Flüssigkeitströpfchen) in einem Bereich von etwa 1 bis 100 μm aufweisen, im Besonderen in einem Bereich von 10 bis 50 μm.
Das heißt, die Dicke der mittleren Platte 3, d.h., die kleinste Breite oder Tiefe (kleinste Länge) des Strömungswegs ist kleiner festgelegt als der größte Durchmesser von Flüssigkeitströpfchen, die in einer zu klassierenden Emulsion enthalten sind, und hat eine Länge in dem oben genannten Längenbereich, die der Anwender wünscht. Mit anderen Worten, bei einer gewünschte Länge, durch den Anwender festgelegt, in einem Bereich der oben genannte Bedingungen erfüllt, koagulieren die meisten Flüssigkeitströpfchen, die einen Durchmesser haben, der größer als die festgelegte Länge ist, zu einer kontinuierlichen Phase während sie durch den Strömungsweg fließen.
In dem Gerät zur Klassierung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist der Zwischenraum zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4 ein Strömungsweg durch den eine Emulsion fließt. Im Querschnitt des Strömungswegs ist die Länge einer Seite von der Platte an der Stelle, wo sie in Kontakt mit der Emulsion in einer Richtung rechtwinklig zum Strömungsweg (Länge der oberen Platte 2 oder der unteren Platte 4 in ihrer verlängerten Richtung des Strömungswegs) kommt, bevorzugt 10mal oder mehr als 10mal so groß wie die kleinste Länge zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4, stärker bevorzugt 100mal oder mehr als 100mal größer als die kleinste Länge zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4. Mit anderen Worten, wenn die Form des Querschnitts des Strömungswegs rechteckig ist, und die Tiefe des Strömungswegs die kleinste Länge ist, ist eine Richtung orthogonal zur Tiefe, d.h., eine Breite, bevorzugt 10mal oder mehr als 10mal größer als die Tiefe, ferner bevorzugt 100mal oder mehr als 100mal. Zum Beispiel, bezogen auf 3, wenn die Pfeile Flussrichtungen der Emulsion angeben, dann ist die Länge (Entfernung) einer Breite (in lateraler Richtung) ein einer Ebene rechtwinklig zur Flussrichtung bevorzugt 10mal oder mehr als 10mal so groß wie die Länge (Entfernung) k der Tiefe (in der rechtwinkligen Richtung) d, ferner bevorzugt 100mal oder mehr als 100mal.
Es ist bevorzugt, dass eine Seite der Platte, an der Stelle wo sie in Kontakt mit der Emulsion kommt, eine bevorzugte Länge (Breite) hat, die 10mal oder mehr als 10 mal so groß ist wie die kleinste Länge, die einen exzellenten Klassierungseffekt (Dismulgierung) mit sich bringt. Das heißt, in der Anordnung, in der der Querschnitt des Strömungswegs die größte Länge aufweist, die 10mal oder mehr als 10mal so groß ist wie die kleinste Breite des Querschnitts, deformieren sich Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind im Strömungsweg so, dass sie in die kleinste Breite passen und sich ein der Richtung der größten Länge verteilen können. Diese Anordnung erlaubt eine leichtere Zufuhr der Emulsion, was es ermöglicht eine Druckabnahme zu vermindern, die auftritt, wenn die Emulsion in das Gerät zur Klassierung 1 einfließt. Genauer, wie es in 1 dargestellt wird, schließen Beispiele für Verfahren zur Trennung der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4 voneinander, d.h., ein Verfahren zur Bildung des Strömungswegs ein: (a) ein Verfahren zur Einbettung der mittleren Platte 3, die einen Hohlraum aufweist der ein Strömungsweg für eine Emulsion zwischen der unteren Platte 2 und der oberen Platte 4 ist; (b) eine Methode den Hohlraum (Strömungsweg) durch Schleifen einer inneren Oberfläche von mindestens einer der zwei Platten (obere Platte 2 und untere Platte 4) zu bilden; und (c) ein Verfahren um mindestens eine von zwei Platten mit einem beständigen Material zu beschichten, Ätzen eines Teils des beständigen Materials entsprechend zu dem Strömungsweg, Aushärten des beständigen Materials und Befestigen der zwei Platten derart, dass der Strömungsweg darin gebildet wird.
In dem Gerät zur Klassierung 1 in der vorliegenden Erfindung ist die Länge des Strömungswegs, durch den die Emulsion fließt, nicht im Besonderen begrenzt, insofern als die Länge diejenige ist, die eine ausreichende Verweildauer zur Klassierung (Dismulgierung) der Emulsion herstellt, mit Ausnahme von Beschränkungen durch die Struktur des Geräts, z.B. strukturelle Bedingungen für eine ausreichende Festlegung der kleinsten Länge.
Die Länge des Strömungswegs (Strömungsweglänge) ist bevorzugt die Länge, die es ermöglicht, dass sich mindestens zwei Tröpfchen die in der Emulsion enthalten sind im Strömungsweg befinden, ferner bevorzugt mehr als die Länge die es ermöglicht, dass sich mindestens zwei Tröpfchen die in der Emulsion enthalten sind im Strömungsweg befinden. Die oben genannte Strömungsweglänge verwirklicht verläßlicheres Koagulieren von Flüssigkeitströpfchen die in der Emulsion enthalten sind und sich im Strömungsweg befinden. Man beachte, dass ein Mechanismus zur Koagulation von zwei Flüssigkeitströpfchen später beschrieben wird.
Insbesondere ist die Länge des Strömungswegs bevorzugt in einem Bereich von 2 mm bis 5 cm. Eine Strömungsweglänge die kürzer ist als 1 mm könnte Schwierigkeiten in der Herstellung des Geräts zur Klassierung bereiten und eine nicht ausreichende Klassierung von Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion enthalten sind bewirken. Andererseits könnte eine Strömungsweglänge von mehr als 10 cm einen Druckverlust erhöhen, der auftritt, wenn die Emulsion durch den Strömungsweg geflossen ist, was in Insuffizienz resultiert.
Bezug nehmend auf 3 wird im Folgenden die Strömungsweglänge des Strömungswegs, durch den eine Emulsion fließt, beschrieben. Die Strömungsweglänge des Strömungswegs entspricht einer Entfernung in der Emulsionsflussrichtung (Länge „l" in 3) in einem Bereich der mittleren Platte 3, wo der Hohlraum gebildet wird. Man beachte, dass in 3 die kürzeste Strömungsweglänge des Strömungswegs der Entfernung von der Einlassöffnung 5 zum Auslass 6 entspricht, die beide in der oberen Platte 2 enthalten sind.
In dem Gerät zur Klassierung in der vorliegenden Ausführungsform ist mindestens ein Teil des Strömungswegs aus einem Material hergestellt, das eine höhere Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen hat die in der Emulsion enthalten sind (tröpfchenaffines Material). Die Affinität zu Flüssigkeitströpfchen ist eine Eigenschaft, die es ermöglicht die Flüssigkeitströpfchen die in der Emulsion enthalten sind zu benetzen. Auf der anderen Seite ist die fehlende Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen eine Eigenschaft, die Flüssigkeitströpfchen die in der Emulsion enthalten sind abzuweisen. Wenn zum Beispiel die vorhergehende Emulsion eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser (Ö/W) ist, weist das tröpfchenaffine Material Lipophilie auf, während das Material, das keine Affinität hat Hydrophilie aufweist. Andererseits, wenn die vorhergehende Emulsion eine Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl (W/Ö) ist, weist das tröpfchenaffine Material Hydrophilie auf, während das Material, das keine Affinität hat Lipophilie aufweist.
Insbesondere können in dem Gerät zur Klassierung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Oberflächen der Platten (obere Platte 2 und untere Platte 4) hydrophil oder lipophil (hydrophob) sein, aber mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, ist aus Material mit Tröpfchenaffinität. Insbesondere, um eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser zu klassieren, d.h., um die Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser durch den Strömungsweg des Geräts zur Klassierung fließen zu lassen, hat mindestens eine der Platten, die obere Platte 2 und die untere Platte 4, die in Kontakt mit der Emulsion kommen, möglichst eine lipophile Oberfläche. Andererseits, um eine Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl zu klassieren und um die Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl durch den Strömungsweg des Geräts zur Klassierung fließen zu lassen, hat eine der Platten, die obere Platte 2 und die untere Platte 4, die in Kontakt mit der Emulsion kommen möglichst eine hydrophile Oberfläche.
Hier ist Hydrophilie die Eigenschaft, Affinität zu Wasser zu haben. Material mit Hydrophilie (hydrophiles Material) bezeichnet ein Material, das einen dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von weniger als 90 Grad hat. Die freie Energie der Oberfläche des hydrophilen Materials ist bevorzugt 70 mN/m (70 Dyn/cm), oder mehr, was eine Affinität zu Wasser aufweist.
Insbesondere schließen Beispiele für das hydrophile Material ein: Glas, Zellulose, Ionenaustauschharz, Poval und Metall. Besonders Glas und Metall sind bevorzugt als hydrophiles Material.
Indessen ist Lipophilie (Hydrophobie) eine Eigenschaft der Affinität zu organischen Lösungsmitteln. Material, das Lipophilie aufweist (lipophiles Material), hat einen dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von 90 Grad oder mehr. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das lipophile Material ein Material ist, dass eine freie Oberflächenenergie von 65 mN/m (65 Dyn/cm) oder weniger aufweist. Ein derartiges lipophiles Material tendiert zu einer Affinität für ein organisches Lösemittel. Ferner ist es bevorzugt, dass das lipophile Material eine freie Oberflächenenergie in einem Bereich von 1 bis 50 mN/m (1 bis 50 Dyn/cm) aufweist. Insbesondere schließen Beispiele für lipophiles Material ein: Fluorharz wie Polytetrafluorethylen, Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymer, und Polyvinylidenfluorid; Olefinharz, wie Polyethylen, Polypropylen, Ethylen/Propylen-Copolymer, Polystyrol und Polyvinylchlorid; und Polydimethylsiloxan. Insbesondere sind Fluorharze, die eine exzellente chemische Beständigkeit aufweisen, als lipophiles Material bevorzugt.
Bezug nehmend auf die 5(a) und 5(b) wird im folgenden der dynamische Kontaktwinkel von Wasser in Öl beschrieben, Man beachte, dass „Öl" von „Wasser-in-Öl" dasselbe Material bezeichnet, das die Flüssigkeitströpfchen der vorhergehenden Emulsion bildet (organisches Lösungsmittel).
Der dynamische Kontaktwinkel wird mit Hilfe eines Dynamischen Kontaktwinkelmessgeräts gemessen. Dann wird „Öl" als organisches Lösungsmittel (organische Phase) verwendet, das in der Emulsion enthalten ist. Ein statischer Kontaktwinkel, ein dynamischer Kontaktwinkel, und ein dynamischer Rückzugswinkel von Wasser in dem Öl (z.B. Dodecan oder Oktanol) auf dem hydrophilen Material oder lipophilen Material (Glas oder Fluorharz) werden gemessen. Genauer wird die Messung des dynamischen Kontaktwinkels, wie in 5(a) dargestellt, wie folgt durchgeführt: Ein Kontaktwinkel (dynamischer Kontaktwinkel) von Wassertropfen (Wasser) wird gemessen, wie sie benetzen und verteilt werden, wenn sie dazu gezwungen werden, von einer Nadelspitze zu tropfen. Weiterhin wird, wie in 5(b) dargestellt, ein Kontaktwinkel (dynamischer Kontaktwinkel). des Flüssigkeitströpfchens gemessen, das von der Nadelspitze hoch gezogen wird. Es sollte angemerkt werden, dass ein dynamischer Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad bedeutet, dass der dynamische Rückzugswinkel und der dynamische Ausbreitungswinkel beide kleiner sind als 90 Grad. Ein dynamischer Kontaktwinkel von 90 Grad oder mehr bedeutet, dass der dynamische Rückzugswinkel und der dynamische Ausbreitungswinkel beide größer als 90 Grad sind.
Als nächstes wird im Folgenden der Koaglutationsmechanismus der Flüssigkeitströpfchen beschrieben, wenn die Emulsion mit Hilfe des Geräts zur Klassierung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel klassiert wird. Die folgende Beschreibung wird als konkretes Beispiel basierend auf einem Fall gegeben, bei dem die Emulsion in Wasser (Dispersionsmedium) dispergierte Öltröpfchen enthält, die durch den Strömungsweg fließen, der aus Glas und Fluorharz hergestellt ist. Man beachte, dass Glas ein hydrophiles Material mit einem dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von weniger als 90 Grad ist. Ferner ist Fluorharz ein lipophiles Material mit einem dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von 90 Grad oder mehr.
Bedingung (i): Strömungswegtiefe (kleinste Länge) < Durchmesser eines Öltröpfchens (Flüssigkeitströpfchens), das in der Emulsion enthalten ist.
Die 6(a) bis 6(c) sind Querschnittsansichten, die einen Klassierungsmechanismus für eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser darstellen, die durch einen Strömungsweg fließt. Wie in 6(a) gezeigt, wenn ein Öltröpfchen (nachfolgend als Flüssigkeitströpfchen bezeichnet), das in einer Emulsion enthalten ist, einen Durchmesser größer als die kleinste Länge (Strömungswegtiefe) im Querschnitt des Geräts zur Klassierung 1 aufweist, deformiert sich dieses Flüssigkeitströpfchen, sobald es in den Strömungsweg eintritt (Mikrokanal). Dies vergrößert die Oberfläche des Flüssigkeitströpfchens und bewirkt eine instabile Grenzfläche des Flüssigkeitströpfchens. Genauer, die Affinität zwischen dem Flüssigkeitströpfchen und dem Material, das die Wände des Strömungsweges bildet, bewirkt, dass die Oberfläche des Fluorharzes von den Flüssigkeitströpfchen benetzt wird. Andererseits benetzt, da Wasser in der Emulsion enthalten ist, das eine hohe Affinität zu Glas hat (mit einem dynamischen Kontaktwinkel von 0 Grad bezogen auf das Glas), das Wasser jederzeit die Oberfläche des Glases und wird verteilt.
Das heißt, wie es in 6(a) dargestellt wird, dass Wasser von dem Fluorharz (PTFE) abperlt, das einen dynamischen Ausbreitungswinkel von 90 Grad oder mehr hat (θ2 in 6(a). und einen dynamischen Rückzugswinkel von 90 Grad oder mehr (θ4 in 6(a)) von Wasser in Öl. Dies ruft einen Überzug aus Wasser entlang des Wasserstroms hervor. Andererseits benetzt und verteilt sich das Flüssigkeitströpfchen auf dem Fluorharz, perlt jedoch von der Glasoberfläche ab (θ1 und θ03 in 6(a). Dieser Unterschied in der Benetzbarkeit zwischen Wasser und dem Flüssigkeitströpfchen auf dem Fluorharz bewirkt einen Unterschied in der Geschwindigkeit im Strömungsweg zwischen dem Wasser und dem Flüssigkeitströpfchen. Genauer, das Wasser fließt schneller durch den Strömungsweg als das Flüssigkeitströpfchen.
Als nächstes, wie in 6(b) dargestellt, tritt ein kleines Flüssigkeitströpfchen (dessen Durchmesser größer als die Tiefe des Strömungswegs ist), das kleiner als das Flüssigkeitströpfchen ist, das im Strömungsweg verbleibt, in den Strömungsweg ein, wobei sich das kleine Flüssigkeitströpfchen in derselben Weise verformt wie das oben genannte Flüssigkeitströpfchen. Die Form des kleinen Flüssigkeitströpfchens entspricht in diesem Moment der Form des großen Flüssigkeitströpfchens. Dann fließen das große Flüssigkeitströpfchen und das kleine Flüssigkeitströpfchen durch den Strömungsweg. Während sie durch den Strömungsweg fließen, unterliegt das kleine Flüssigkeitströpfchen einer kleineren Kraft in Gegenrichtung des Wasserstroms von den Wandoberflächen, als das große Flüssigkeitströpfchen. Deshalb hat das kleine Flüssigkeitströpfchen eine relativ große Geschwindigkeit im Strömungsweg gegenüber dem großen Flüssigkeitströpfchen. Daher holt das kleine Flüssigkeitströpfchen das große Flüssigkeitströpfchen ein. Dies wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Beispielsweise weist eine Emulsion unmittelbar nachdem sie von einem Mikromixer erzeugt wurde, eine Durchmesserverteilung der Flüssigkeitströpfchen auf. Wenn die Emulsion in den Strömungsweg eintritt, wird die Kraft F, die auf ein Flüssigkeitströpfchen wirkt, das in der Emulsion enthalten ist, durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt: F = F1 + F2 + F3 (1)wobei F1 eine Kraft ist, die der Wasserstrom (Wasserstrom) auf das Flüssigkeitsteilchen ausübt, F2 eine Kraft ist, die die Oberfläche des Fluorharzes auf das Flüssigkeitströpfchen entgegengesetzt zum Wasserstrom ausübt, und F3 eine Kraft ist, die eine Glasoberfläche auf das Flüssigkeitströpfchen entgegengesetzt zum Wasserstrom ausübt.
Hier ist in der Emulsion das Volumen eines beliebig großen Flüssigkeitströpfchens auf VL gesetzt, und die eines kleinen Flüssigkeitströpfchens ist auf VS gesetzt. Die Kräfte, die von den Wandoberflächen auf das große Flüssigkeitströpfchen und auf das kleine Flüssigkeitströpfchen ausgeübt werden, werden durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt: F2 = –K2A2; F3 = –K3A3 (2)
Hier ist A2 eine Kontaktfläche zwischen einem Flüssigkeitströpfchen und dem Fluorharz, A3 ist eine Kontaktfläche zwischen einem Flüssigkeitströpfchen und der Glasoberfläche, und K2 und K3 sind Porportionalitätskonstanten.
Ferner werden die Kontaktflächen zwischen dem Flüssigkeitströpfchen und den Wandflächen durch die folgenden Gleichungen (3) ausgedrückt: A2 ∝ V; A3 ∝ V (3)
Wenn F2,L eeine Kraft ist, die eine Fluorharz-Oberfläche auf ein großes Flüssigkeitströpfchen ausübt, F3,L deeineie Kraft ist, die eine Glasoberfläche auf ein großes Flüssigkeitströpfchen ausübt, F2,S eeine Kraft ist, die eine Fluorharz-Oberfläche auf ein kleines Flüssigkeitströpfchen ausübt und F3,S eeine Kraft ist, die eine Glasoberfläche auf ein kleines Flüssigkeitströpfchen ausübt, werden die folgenden Gleichungen (4) formuliert: (F2,L)/(F2,S) = VL/VS; (F3,L)/(F3,S) = VL/VS (4)
Die Kraft F1, die vom Wasser auf das Flüssigkeitströpfchen ausgeübt wird, ist proportional zur relativen Geschwindigkeit in Bezug auf das Wasser und eine Projektionsfläche S des Flüssigkeitströpfchens in Strömungsrichtung. Hier wird die Projektionsfläche S durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt: S ∝ V0,5 (5)
Wenn F1,L eine Kraft ist, die von dem Wasserstrom auf ein großes Flüssigkeitströpfchen ausgeübt wird, und F1,S eine Kraft ist, die von dem Wasserstrom auf ein kleines Flüssigkeitströpfchen ausgeübt wird, wird die folgende Gleichung (6) formuliert: (F1,L)/(F1,S) = (VL/VS)0,5 (6)
Wenn die Kraft, die auf ein großes Flüssigkeitströpfchen wirkt, mit der Kraft verglichen wird, die auf ein kleines Flüssigkeitströpfchen wirkt, wird aus den Gleichungen (1), (4) und (6) die folgende Gleichung (7) erhalten: (FL/FS) < (VL/VS) (7)
Hier wird eine Bewegungsgleichung für die Flüssigkeitströpfchen durch die folgenden Gleichungen (8) und (9) ausgedrückt: F = m·a (8) und (mL/mS) = (Vl/VS) (9)wobei mL die Masse eines großen Flüssigkeitströpfchens ist und mS die Masse eines kleinen Flüssigkeitströpfchens.
Wenn nun aL die Beschleunigung ist, die auf das große Flüssigkeitströpfchen wirkt, und aS die Beschleunigung ist, die auf das kleine Flüssigkeitströpfchen wirkt, wird die folgende Gleichung (10) erhalten: aL < aS (10)
Hier sind sowohl aL als auch aS Beschleunigungen, die entgegengesetzt zum Strom des Wassers wirken und negative Werte haben.
Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitströpfchen unmittelbar nach dem Eintritt in den Strömungsweg ist gleich der Geschwindigkeit des Wasserstroms (vO), unabhängig von der Größe der Flüssigkeitströpfchen. Wenn t die Zeit ist, die vergeht, seit die Flüssigkeitströpfchen in den Strömungsweg gelangen, vL die Geschwindigkeit des großen Flüssigkeitströpfchens im Strömungsweg ist, und vS die Geschwindigkeit des kleinen Flüssigkeitströpfchens im Strömungsweg ist, dann werden vL und vS jeweils durch die folgenden Gleichungen (11) und (12) ausgedrückt: vL = v0 + aL × t (11) und vS = v0 + aS × t (12)
Aus den Gleichungen (8) bis (12) wird vL > vS erhalten. Das heißt, wenn die Flüssigkeitströpfchen in den Strömungsweg eintreten, kommt es zu einem Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem großen Flüssigkeitströpfchen und dem kleinen Flüssigkeitströpfchen aufgrund eines Unterschieds in der Größe der Kräfte, die von den Wandoberflächen auf die Flüssigkeitströpfchen wirken. Auf diese Weise holen die kleinen Flüssigkeitströpfchen, wie in 6(b) dargestellt, die großen Flüssigkeitströpfchen ein.
Wenn das kleine Flüssigkeitströpfchen das große Flüssigkeitströpfchen einholt, wie in 6(c) dargestellt, benetzen die beiden Tröpfen die Oberfläche des Fluorharzes und breiten sich darauf aus und koagulieren miteinander zu einem Flüssigkeitströpfchen.
Bedingung (ii): Strömungswegtiefe (kleinste Länge) > Durchmesser des in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchens.
Wie in 7 dargestellt, werden die Flüssigkeitströpfchen aus dem Auslass des Strömungsweges mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Wasser ausgetragen, ohne von den Wandoberflächen der Klassiervorrichtung 1 beeinflusst zu werden. Anders ausgedrückt, wenn der Durchmesser des Flüssigkeitströpfchens, das in der Emulsion enthalten ist, kleiner ist als die Strömungswegtiefe, passiert das Tröpfchen, ohne das Fluorharz zu benetzen, d.h. das Tröpfchen wird mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Wasser ausgetragen, da es nicht von dem Material, welches den Strömungsweg bildet, beeinflusst wird. Daher kommt es in diesem Fall zu einer Tröpfchenkoagulation, die eine Folge des Einflusses der Wandoberflächen des Strömungsweges ist. Es kann jedoch aufgrund einer trägheitsbedingten Kollision zwischen Tröpfchen zu einer Tröpfchenkoagulation kommen.
Wie in 8 dargestellt, kommt es ferner, wenn eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser durch einen Strömungsweg fließt, der nur aus Glas besteht, nicht zu einer Tröpfchenkoagulation aufgrund des Einflusses der Wandoberflächen des Strömungswegs, da die Flüssigkeitströpfchen die Glasoberfläche nicht benetzen, und zwar unabhängig von den Durchmessern der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind. Selbst wenn zwei Flüssigkeitströpfchen miteinander im Strömungsweg in Kontakt kommen, widerstehen ferner beide einer Koagulation, da sie die Wandoberflächen nicht benetzen.
Wie oben beschrieben, sind für eine Koagulation von Flüssigkeitströpfchen im Strömungsweg die folgenden Bedingungen notwendig: (i) das Flüssigkeitströpfchen weist einen Durchmesser auf, der größer ist als die Tiefe des Strömungswegs; und (ii) die Flüssigkeitströpfchen benetzen zumindest einen Teil des Materials, welches den Strömungsweg bildet.
Es sei darauf hingewiesen, daß die obige Beschreibung auf der Grundlage eines Koagulationsmechanismus von Flüssigkeitströpfchen, die in einer Öl-in-Wasser-Emulsion enthalten sind, abgegeben worden ist. Auch in einer Wasser-in-Öl-Emulsion koagulieren Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, auf ähnliche Weise wie oben beschrieben miteinander.
Im Folgenden wird nun ein Klassierungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Um eine Emulsion zu klassieren (dismulgieren), wird die Emulsion von der Einlassöffnung 5 der Klassiervorrichtung 1 aus zugeführt, so dass sie den Strömungsweg passieren kann. Anders ausgedrückt, die Emulsion wird von der Einlassöffnung 5 aus zugeführt, fließt durch den Strömungsweg, wird im Strömungsweg klassiert (dismulgiert) und aus dem Auslass 6 ausgetragen.
Die Verweilzeit der Emulsion im Strömungsweg wird auf eine Zeit gesetzt, die zum Klassieren (Dismulgieren) der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen ausreicht. Es ist stärker bevorzugt, dass die Verweilzeit auf einen Bereich von 0,001 bis 10 Sekunden gesetzt wird.
Die Verweilzeit der Emulsion liegt vorzugsweise nicht unter 0,001 Sekunden, was die Herstellung der Vorrichtung tendenziell vereinfacht. Die Verweilzeit der Emulsion liegt außerdem vorzugsweise nicht über 10 Sekunden, wodurch die Vorrichtung tendenziell verkleinert werden kann. Eine Verweilzeit der Emulsion von unter 0,001 Sekunden kann eine nicht ausreichende Phasentrennung der Emulsion bewirken, so dass in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen ausgetragen werden, bevor sie miteinander koagulieren.
Die Strömungsrate einer Emulsion, die durch den Strömungsweg in der Klassiervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform strömt (Emulsions-Zufuhrrate), unterscheidet sich je nach Art der Emulsion. Für eine Emulsion mit einer hervorragenden Phasentrenntung, wie eine Wasser/Dodecan-Emulsion, die eine Phasentrennungsrate von nicht unter 1 m/min bei einer stationären Phasentrennung aufweist, liegt die Strömungsrate der Emulsion, die durch den Strömungsweg fließt, nicht unter 1 m/min, vorzugsweise bei etwa 2 bis 10 m/min. Eine solche Strömungsrate ermöglicht eine ausreichende Klassierung. Für eine Emulsion mit einer schlechteren Phasentrennung, die eine Phasentrennungsrate von unter 1 m/min bei einer stationären Phasentrennung zeigt, kann die Klassierung versagen, wenn die Strömungsrate der Emulsion, die durch den Strömungsweg fließt, nicht unter 1 m/min liegt, selbst wenn die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Bei einer stabilen Emulsion, die nicht in einem Tag getrennt wird, wie eine Wasser/Dodecan-Emulsion, die ein Tensid enthält, koagulieren Flüssigkeitströpfchen in der Emulsion zum Klassieren miteinander, und zwar unter der Bedingung, daß die Strömungsrate der Emulsion, die durch den Strömungsweg fließt, auf einen Bereich von etwa 0,01 m/s bis 1 m/s eingestellt wird.
Das heißt, die Emulsion wird dem Strömungsweg so zugeführt, dass die Emulsion für eine Verweilzeit im obigen Bereich im Strömungsweg bleibt.
Wie oben beschrieben, handelt es sich bei einer Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine Klassiervorrichtung, die einen Strömungsweg aufweist, der eine gewünschte Tiefe oder Breite hat, die kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, wobei wenigstens ein Teil der den Strömungsweg bildenden Wände aus einem Material mit einer Affinität für die Flüssigkeitströpfchen hergestellt ist.
Bei dieser Anordnung verformen sich Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die gewünschte Tiefe oder Breite, die kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen im Strömungsweg, beim Passieren des Strömungswegs, was einen instabile Flüssigkeit/Flüssigkeit-Grenzfläche ergibt. Wenn instabile Flüssigkeitströpfchen dann mit einander in einem Bereich (Zustand) in Kontakt kommen, wo die Flüssigkeitströpfchen das tröpfchenaffine Material benetzen, koagulieren sie miteinander, um einen stabilen Zustand zu erreichen.
Das heißt, beim Passieren des Strömungswegs koaguliert ein Flüssigkeitströpfchen, das größer ist als die gewünschte Tiefe oder Breite wahrscheinlicher mit anderen Flüssigkeitströpfchen. Ein Flüssigkeitströpfchen, das kleiner ist als die gewünschte Tiefe oder Breite, passiert dagegen den Flüssigkeitsweg, ohne einer Kraft von den Wandoberflächen des Strömungswegs ausgesetzt zu werden. Daher koaguliert ein Flüssigkeitströpfchen, das kleiner ist als die gewünschte Tiefe oder Breite, kaum mit anderen Flüssigkeitströpfchen im Strömungsweg.
Mit dieser Anordnung wird unter der Bedingung, dass die kleinste Länge des Strömungswegs auf einen gewünschten Wert gesetzt wird, ein Flüssigkeitströpfchen, das kleiner ist als die kleinste Länge, direkt aus dem Strömungsweg ausgetragen, ohne zu koagulieren. Ein Flüssigkeitströpfchen, das größer ist als die kleinste Länge, koaguliert dagegen mit anderen Flüssigkeitströpfchen, um ein größeres Flüssigkeitströpfchen zu bilden, und das größere Flüssigkeitströpfchen wird dann ausgetragen. Nach dem Austragen koaguliert das größere Flüssigkeitströpfchen mit anderen größeren Flüssigkeitströpfchen, um eine Phase (eine kontinuierliche Phase) zu bilden. Ferner bleibt ein Flüssigkeitströpfchen, das kleiner ist als die kleinste Länge, im Zustand eines kleinen Flüssigkeitströpfchens, auch wenn es aus dem Strömungsweg ausgetragen wurde. Daher werden mit der obigen Anordnung Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, so klassiert, dass nur Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die gewünschte Größe, erhalten werden können.
Ferner besteht zumindest ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, vorzugsweise aus einem nicht-tröpfchenaffinen Material, das eine Reduzierung des Druckabfalls erreichen kann, der während der Zufuhr der Emulsion entsteht.
Genauer ist es bevorzugt, dass zwei Wände, die den Strömungsweg bilden, von zwei Plattenelementen gebildet werden, die um einen Abstand voneinander entfernt sind, der kleiner ist als der größte Durchmesser der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, und dass die Plattenelemente aus jeweils zwei Blättern aus Plattenmaterial, tröpfchenaffinem Material und nicht-tröpfchenaffinem Material gebildet sind.
Wenn Flüssigkeitspartikel (Flüssigkeitströpfchen) in der Emulsion Wassertröpfchen sind, handelt es sich hierbei bei dem tröpfchenaffinen Material um ein hydrophiles Material, und bei dem nicht-tröpfchenaffinen Material um ein lipophiles Material. Wenn dagegen die Flüssigkeitströpfchen in der Emulsion Öltröpfchen sind, handelt es sich bei dem tröpfchenaffinen Material um ein lipophiles Material, und bei dem nicht-tröpfchenaffinen Material um ein hydrophiles Material.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung der Klassiervorrichtung 1, in der der Strömungsweg von drei Platten – der oberen Platte 2, der mittleren Platte 3 mit einem Hohlraum und der unteren Platte 4 – gebildet wird, es ermöglicht, dass der Strömungsweg eine beliebige Tiefe (Breite) aufweist, indem lediglich die Dicke der mittleren Platte 3 verändert wird. Daher wird die Klassiervorrichtung 1 im Vergleich mit einer herkömmlichen Klassiervorrichtung zu sehr niedrigen Kosten mit einfacher Wartung und ohne die Notwendigkeit einer Mikrofabrikation hergestellt.
Ferner passiert in der Klassiervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Emulsion zuverlässig den Strömungsweg, der so eingestellt wurde, dass er die gewünschte Breite und Tiefe im Querschnitt aufweist. Bei dieser Anordnung kann der Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die aus dem Strömungsweg ausgetragen werden, so eingestellt werden, dass er nicht über einem bestimmten Durchmesser liegt. Darüber hinaus kann die Anordnung der Klassiervorrichtung 1 im Vergleich zu einer herkömmlichen Klassiervorrichtung Flüssigkeitströpfchen erzielen, die einen engeren Verteilungsbereich der Tröpfchendurchmesser aufweisen. Anders ausgedrückt kann die Anordnung der Klassiervorrichtung 1 im Vergleich mit einer herkömmlichen Anordnung Flüssigkeitströpfchen mit gleichmäßigeren Durchmessern erzielen.
Ferner ändert die Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, die den Strömungsweg passiert, zu instabilen Formen, was die Koagulation der Flüssigkeitströpfchen miteinander erleichtert. Das heißt, wenn zwei Flüssigkeitströpfchen, die im Strömungsweg aufgenommen sind, an Stellen miteinander in Kontakt kommen, wo sie das tröpfchenaffine Material benetzen, koagulieren sie miteinander, um stabiler zu werden (mit einer spontan wirkenden Kraft, die ihre Oberflächen verkleinert). Daher kann im Vergleich zu der herkömmlichen Anordnung die Anordnung der Klassiervorrichtung 1 selbst in einer Situation, wo die Strömungsrate (die zugeführte Menge) der Emulsion, die der Klassiervorrichtung 1 zugeführt wird, in einem gewissem Maß geändert wird, eine vorteilhafte Klassierung durchführen, solange die Strömungsrate eine Strömungsrate ist, bei der Flüssigkeitströpfchen (Flüssigkeitströpfchen mit instabilen Formen) miteinander im Strömungsweg in Kontakt kommen können.
Man beachte, daß die Platten (die obere Platte 2 und die untere Platte 4), die in der Klassiervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zumindest hydrophile und/oder hydrophobe Oberflächen aufweisen. Genauer schließen Beispiele für die Platten Platten ein, die aus hydrophilem Material bestehen, Platten, die aus hydrophobem Material bestehen, und Platten, die auf ihren Oberflächen mit hydrophilem Material und/oder hydrophobem Material beschichtet sind, die mit einer Emulsion in Kontakt kommen, die aus einem bestimmten Material besteht. Das heißt, die Platten, die in der Klassiervorrichtung 1 der vorliegenden Auführungsform verwendet werden, zeigen nur auf den Oberflächen, die mit der Emulsion in Kontakt kommen, Hydrophilizität oder Lipophilizität. Die Platten können beispielsweise anhand des folgenden Verfahrens erhalten werden: ein Glassubstrat oder dergleichen wird einer Fluorharz-Behandlung oder dergleichen unterzogen, um ein Glassubstrat mit Lipophilizität auf der Oberfläche zu erhalten.
Die obigen Platten sind zumindest in einem Teil um einen Abstand voneinander getrennt, der kleiner ist als der größte Durchmesser von Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind. Die Platten können beispielsweise in einem Bereich gebogen sein. Man beachte, dass in diesem Fall der „Strömungsweg" die Fläche ist, deren Breite kleiner ist als der größte Durchmesser der Tröpfchen.
Die Einlassöffnung 5 der Klassiervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung kann mit einem Mikromixer verbunden sein, der eine Emulsion mit winzigen Flüssigkeitströpfchen erzeugen kann. Das heißt, wie in 9 dargestellt, kann die Einlassöffnung 5 der Klassiervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung so angeordnet sein, dass die Emulsion, die von dem Mikromixer erzeugt wird, direkt in den Strömungsweg eingebracht wird. Hier handelt es sich bei dem Mikromixer um eine Vorrichtung, die Flüssigkeitströpfchen im Submikrometer-Bereich erzeugen kann. Beispiele für den Mikromixer schließen den Mikromixer ein, der in „Utilization of Micromixer for Extraction Processes" (Kurt Benz und sieben andere, Chem. Eng. Technol., 24, 1, 2001, S. 11-17) beschrieben ist. Man beachte, dass bei der obigen Anordnung die Gesamtmenge an wässriger Phase (Wasser) und Ölphase (organisches Lösemittel), die dem Mikromixer zugeführt wird, die Menge (Rate) der Emulsion bestimmt, die der Klassiervorrichtung 1 zugeführt wird.
Als Alternative kann beispielsweise wie in 10 dargestellt die vom Mikromixer erzeugte Emulsion der Klassiervorrichtung 1 durch eine andere Zufuhrvorrichtung (Mikrospritze) oder dergleichen, zugeführt werden. Man beachte, dass bei dieser Anordnung die Menge (Rate) der Emulsion, die der Klassiervorrichtung 1 zugeführt wird, willkürlich bestimmt werden kann, unabhängig von der wässrigen Phase und der Ölphase, die dem Mikromixer zugeführt werden.
Um eine Lösung, die aus dem Auslass 6 der Klassiervorrichtung 1 ausgetragen wird, kontinuierlich und schnell zu trennen, kann eine Flüssigkeitstrennvorrichtung, ein sogenannter Absetzer, mit dem Auslass 6 der Klassiervorrichtung 1 verbunden werden.
Was die Positionen der Einlassöffnung 5 und des Auslasses 6 betrifft, so können zusätzlich zu den in den 1 und 2 dargestellten Positionen die Einlassöffnung 5 und der Auslass 6 in Aufwärtsrichtung, in Abwärtsrichtung und in Seitenrichtung angeordnet werden. Genauer können, wenn beispielsweise die Klassiervorrichtung 1 aus drei Platten besteht – der oberen Platte 2, der mittleren Platte 3 und der unteren Platte 4 – die Einlassöffnung 5 und/oder der Auslass 6 an der oberen Platte 2, der mittleren Platte 3 und der unteren Platte 4 angebracht sein.
Die Zahl der Einlassöffnungen 5 und der Auslässe 5 kann jeweils eins sein. Alternativ kann die Zahl der Einlassöffnungen 5 und der Auslässe 6 mehr als eins sein.
In 2 ist der Strömungsweg (der Hohlraum) rechtwinklig geformt. Die Form des Strömungswegs, den die Emulsion passiert, kann jedoch auch beispielsweise eine Form sein, die einen engeren Bereich an der Seite einschließt, wo die Einlassöffnung 5 vorgesehen ist, und einen breiten Bereich an der Seite, wo der Auslass 6 vorgesehen ist, und umgekehrt.
In 1 weist die Klassiervorrichtung einen Strömungsweg auf. Die Zahl der Strömungswege kann mehr als eins sein.
Genauer schließen Beispiele für die Klassiervorrichtung 1 folgendes ein: (i) eine Vorrichtung wie in 1 dargestellt; (ii) eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Vorrichtungen von 1, die in allen Richtungen angeordnet sind, wobei eine gemeinsame Einlassöffnung 5 und eine Vielzahl von Auslässen 6 vorgesehen sind; (iii) eine Vorrichtung mit scheibenförmigen Platten (obere Platte 2, mittlere Platte 3 und untere Platte 4), wobei eine Emulsion von der Mitte der scheibenförmigen Platte aus zugeführt und von deren Umfangsabschnitt aus abgegeben werden; und (iv) eine Vorrichtung mit einer alternierend und wiederholend laminierten Struktur, wobei die obere Platte 2, die untere Platte 4 und die mittlere Platte 3 einen Strömungsweg aufweisen.
Ferner ist in der obigen Beschreibung der Strömungsweg der Klassiervorrichtung 1 durch Platten (obere Platte 2, mittlere Platte 3 und untere Platte 4) verwirklicht. Alternativ kann der Strömungsweg beispielsweise mittels eines Rohrs verwirklicht sein.
Unter Verwendung der Klassiervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann selbst eine stabile Emulsion, die beispielsweise ein Tensid (einen Emulgator) enthält, klassiert werden.
Eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann so aufgebaut sein, dass eine Emulsion zwischen mindestens zwei Platten fließen kann, die einen Abstand voneinander aufweisen, der kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Auführungsform so beschaffen sein, dass die geringste Länge zwischen den Platten 1 μm bis 100 μm beträgt.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so beschaffen sein, dass im Querschnitt einer emulsionsleitenden Struktur die Seite der Platte, wo diese mit einer Emulsion senkrecht zur Strömungsrichtung in Kontakt kommt, eine Länge von mindestens dem Zehnfachen des Abstands von Platte zu Platte (kleinste Länge) aufweist.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so beschaffen sein, dass mindestens eine der Platten, die mit einer Emulsion in Kontakt kommen, eine hydrophobe Oberfläche aufweist.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt sein, dass die hydrophobe Oberfläche aus einem Fluorharz oder Polyolefinharz besteht.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt sein, dass die Emulsion eine ist, die durch Mischen von Emulsionsmaterialien in einem Mikromixer erhalten wird.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt sein, dass eine Absetzvorrichtung mit dem Auslass verbunden ist.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt sein, dass sie eine Klassiervorrichtung zum Klassieren einer Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser ist, die einen Strömungsweg einschließt, dessen Durchlass enger ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Öl-in-Wasser-Emulsion enthalten sind, wobei mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das einen dynamischen Ausbreitungs-Kontaktwinkel und einen dynamischen Rückzugswinkel von Wasser in Öl von jeweils 90 Grad oder mehr aufweist.
Ferner kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform so ausgelegt sein, dass sie eine Klassiervorrichtung zum Klassieren einer Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl ist, die einen Strömungsweg einschließt, der einen Abstand aufweist, der kleiner ist als der größte Durchmesser von Flüssigkeitströpfchen, die in der Wasser-in-Öl-Emulsion enthalten sind, wobei mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das einen dynamischen Ausbreitungswinkel und einen dynamischen Rückzugswinkel von Wasser in Öl von jeweils 90 Grad aufweist.
Ferner kann unter Verwendung der Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel auch eine Emulsion, die durch Extraktion eines aus einer organischen Verbindung gelösten Stoffs in eine wässrige Phase erzeugt wurde, ohne weiteres dismulgiert werden. Somit kann die Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft Aufgaben erfüllen wie das Reinigen von gelösten Stoffen, die in Wasser instabil sind, und das Extrahieren von Ausflüssen aus wässrigen Phasen.
Ferner ist es unter Verwendung der Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Emulsion zu erzeugen, die zum Beispiel nur aus Flüssigkeitströpfchen besteht, die einen submikroskopischen Durchmesser aufweisen. Dann wird die unter Verwendung dieser Klassiervorrichtung erzeugte Emulsion, die nur aus Flüssigkeitströpfchen besteht, die einen submikroskopischen Durchmesser aufweisen, in verschiedenen Industriezweigen, wie in der Lebensmittelindustrie, der Agrarindustrie und der pharmazeutischen Industrie, vorteilhaft verwendet, um Produkte herzustellen, die schneller vom Körper absorbiert werden, da ihre Flüssigkeitströpfchen einen kleineren Durchmesser aufweisen.
[Beispiele]
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich mit Bezug auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
(Durchmesser der in einer Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen)
Der Durchmesser der in einer gerade erzeugten Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen wurde mit einem Laserdiffraktionierungs-/streuungsgerät zum Analysieren der Partikelgrößenverteilung (HORIBA LA-920) gemessen.
Genauer wurden die Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen gemessen, nachdem die Flüssigkeitströpfchen, die in der gerade erzeugten Emulsion enthalten waren, in einer 0,5gew.-%igen wässrigen Natriumdodecylsulfat-Lösung stabilisiert worden waren.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Untersuchungsergebnis, das durch Untersuchen von Flüssigkeitsströpfchen, die in der gerade erzeugten Emulsion enthalten waren, mit einem digitalen Mikroskop (VH-8000; Hersteller Keyence Corporation) erhalten wurde, etwa dem Messergebnis gleich war, das durch eine Messung mit dem Laserdiffraktions-/streuungsgerät zum Analysieren der Teilchengrößenverteilung (HORIBA LA-920) erhalten wurde.
(Klassiervorrichtung)
Im folgenden wird eine Klassiervorrichtung beschrieben, die in den nachstehenden Beispielen 1 bis 4 verwendet wird.
Für die Klassiervorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist, wurde eine Klassiervorrichtung verwendet, die folgendes einschließt: eine obere Platte 2, die mit einer Einlassöffnung 5 und einem Auslass für eine Emulsion ausgestattet ist; eine mittlere Platte 3 mit einer Hohlraum; und eine untere Platte 4, wobei die mittlere Platte 3 zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4 angeordnet ist.
Genauer ist die mittlere Platte 3 mit einem Hohlraum als Emulsionsströmungsweg versehen, welcher folgendes aufweist: (a) einen Strömungsweg, durch den eine Emulsion fließt, wobei der Strömungsweg eine Länge von 5 cm aufweist (Emulsionsstromlänge 5 cm; in 3 mit „l" bezeichnet); und (b) eine Breite von 1 cm (Länge orthogonal zur kleinsten Länge im Querschnitt des Emulsionsströmungswegs; in 3 mit „k" bezeichnet). Genauer wurde, um dem Abstand zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 4 (kleinste Länge) den gewünschten Wert zu geben, eine mittlere Platte 3 aus Aluminiumfolie verwendet, die eine Dicke (d) von 12 μm aufweist, was dem gewünschten Wert entspricht (Hersteller Sun Aluminium Ind., Ltd.) (siehe 2).
Dann wurde die Klassiervorrichtung 1 durch Laminieren der oberen Platte 2 (siehe 2), der mittleren Platte, welche den Emulsionsströmungsweg bereitstellt (siehe 3), und der unteren Platte (4) (siehe 4) in dieser Reihenfolge und durch anschließendes Einschließen der mittleren Platte zwischen der oberen Platte und der unteren Platte 4 durch Versiegeln ihrer Seitenflächen hergestellt (siehe 1).
Es sei darauf hingewiesen, dass die Platten, die als obere Platte 2 und untere Platte 4 verwendet werden, wie folgt beschaffen sind (sie werden nicht speziell oberflächenbehandelt):
Glas: Glas für Präparat (2 mm dick; Quarzglas; Hersteller Eikoh Co., Ltd.)
PE: Polyethylenplatte (6 mm dick; Produktname: SUNFRIC (allgemeiner Abriebbeständigkeitsgrad: UE550); Hersteller Kyodo Co., Ltd.
PP: Polypropylenplatte (6 mm dick; Produktname: Kobe Polysheet PP; Hersteller Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd.)
PTFE: Polytetrafluorethylen-Platte (2 mm dick; Produktname: PTFE sheet; Yodogawa Hu-Tech Co., Ltd.)
[Beispiel 1]
Um eine Emulsion zu erzeugen, wurden Wasser und Dodecan in einen Mikromixer (Hersteller IMM GmbH; Einzelmischer) mit einer Rate von 2,7 ml/min bzw. 0,3 ml/min gegeben. Dann wurden die Durchmesser der in der gerade erzeugten Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen mit dem Laserdiffraktions-/streuungsgerät zum Analysieren der Teilchengrößenverteilung (HORIBA LA-920) gemessen.
Dann wurde der Auslass des Mikromixers mit der Auslassöffnung 5 der Klassiervorrichtung verbunden, welche eine obere Platte 2 aus Glas und eine unter Platte 4 aus PE aufwies, und die Emulsion wurde der Klassiervorrichtung mit einer Rate von 3 ml/min zugeführt. Dann wurden die aus dem Auslass 6 der Klassiervorrichtung ausgetragenen Flüssigkeiten in einem Messzylinder (7 mm Durchmesser) aufgefangen. Von den wässrigen und öligen Phasenteilen wurde der wässrige Phasenteil untersucht. Wenn der wässrige Phasenteil trüb war, wird ein Versagen der Dismulgierung der Emulsion mit x angezeigt. Wenn dagegen der wässrige Phasenteil klar war, wird kein Versagen der Dismulgierung der Emulsion mit O angezeigt. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Beispiel 2]
Abgesehen von der Verwendung einer Klassiervorrichtung, die eine obere Platte 2 aus Glas und eine untere Platte 4 aus PP aufwies, wurden die erhaltenen Flüssigkeiten untersucht wie in Beispiel 1. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
[Beispiel 3]
Abgesehen von der Verwendung einer Klassiervorrichtung, die eine obere Platte 2 aus Glas und eine untere Platte 4 aus PTFE aufwies, wurden die erhaltenen Flüssig keiten wie in Beispiel 1 untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
[Beispiel 4]
Abgesehen von der Verwendung einer Klassiervorrichtung, welche eine obere Platte 2 aus PTFE und eine untere Platte 4 aus PTFE aufwies, wurden die erhaltenen Flüssigkeiten wie in Beispiel 1 untersucht. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
[Tabelle 1]
[Vergleichsbeispiel 1]
Die in Beispiel 1 verwendete Emulsion wurde in einem Messzylinder (7 mm Durchmesser) eine Stunde lang stehen gelassen. Danach wurde die Emulsion untersucht. Als Ergebnis der Untersuchung zeigte sich eine weißliche Phase an der Grenzfläche zwischen dem wässrigen Phasenteil und dem öligen Phasenteil.
(Klassiervorrichtung)
Im folgenden wird eine Klassiervorrichtung beschrieben, die in den nachstehenden Beispielen 5 bis 9 verwendet wurde.
Es wurde eine Klassiervorrichtung verwendet, die eine obere Platte aus dem oben genannten Glas und eine untere Platte aus dem oben genannten PTFE aufwies. Genauer wurde für die mittlere Platte eine 12 μm dicke Aluminiumfolie mit einem 10 mal 10 mm-Hohlraum verwendet. Darüber hinaus wurde der Abstand zwischen einer Einlassöffnung und einem Auslass, der in der oberen Platte vorgesehen war, auf 5 mm eingestellt (Emulsionsstromlänge 5 mm; in 3 mit „l" bezeichnet. Dann wurde die Klassiervorrichtung auf die gleiche Weise hergerichtet wie die Klassiervorrichtung, die in Beispiel 1 verwendet worden war.
In der in Beispiel 9 verwendeten Klassiervorrichtung beträgt die Dicke der Aluminiumfolie (Hersteller Nilaco Corporation) 5 μm. In der in Beispiel 10 verwendeten Klassiervorrichtung beträgt die Dicke der Aluminiumfolie 12 μm. In der in Beispiel 11 verwendeten Klassiervorrichtung beträgt die Dicke der Aluminiumfolie 24 μm. Abgesehen von der Dicke der Aluminiumfolie sind die Klassiervorrichtungen genauso ausgelegt wie die in Beispiel 5 verwendete Klassiervorrichtung.
In den Klassiervorrichtungen, die in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 verwendet wurden, wurde das oben genannte Glas für deren untere Platten verwendet. Abgesehen vom Material für die untere Platte sind sie genauso ausgelegt wird die Klassiervorrichtung von Beispiel 5.
In den Klassiervorrichtungen, die in Beispiel 7 und in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 verwendet wurden, wurde ein Mikromixer direkt mit der Einlassöffnung der Klassiervorrichtung verbunden. In den Beispielen 8 bis 11 wurde eine von einem Mikromixer erzeugte Emulsion in eine Spritze gegeben und danach wurde die Emulsion aus der Spritze in die Klassiervorrichtung eingebracht.
(Dynamischer Kontaktwinkel)
Was Wasser betrifft, so wurden auf Glas und PTFE in einem Öl (Dodecan oder Octanol; organisches Lösemittel in der zu vermessenden Emulsion enthalten) der statische Kontaktwinkel, der dynamische Kontaktwinkel und der dynamische Rückzugswinkel (der dynamische Kontaktwinkel) mit einem Kontaktwinkel-Messgerät (Hersteller Kyowa Interface Science Co., Ltd.; CA-V) gemessen. Die Messungen des dynamischen Kontaktwinkels wurden wie folgt durchgeführt: Wie in den 5(a) und 5(b) dargestellt, wurden Bilder von (i) dem Kontaktwinkel einer Flüssigkeit, der ausgebracht und ausgebreitet wurde, wenn die Flüssigkeit in Tropfen aus einer Nadelspitze getrieben wurde (dynamischer Kontaktwinkel) und von (ii) dem Kontaktwinkel einer Flüssigkeit, die von einer Nadelspitze aufgezogen wurde (dynamischer Rückzugswinkel) in zeitlicher Folge geschossen, und dann wurde eine Analyse durchgeführt. Das Ergebnis der Analyse ist in Tabelle 2 dargestellt. [Tabelle 2]

θ:: Statischer Kontaktwinkel
θ ausbr.:: Dynamischer Ausbreitungs-Kontaktwinkel
θ rück.:: Dynamischer Rückzugswinkel

[Beispiel 5]
Zum Herstellen einer Emulsion wurde Wasser, das 1 Gew.-% Natriumdodecylsulfat und Dodecan enthielt, dem Mikromixer von Beispiel 1 jeweils mit einer Rate von 2 ml/min zugeführt. Dann wurde für die Klassierung unter einer Mikrospritzenpumpe der Klassiervorrichtung 1, die eine obere Platte 2 aus Glas, eine untere Platte 4 aus PTFE und eine mittlere Platte 3, die vier laminierte Blätter aus Aluminiumfolie aufwies, die einen 48 μm breiten Strömungsweg bildeten, (Typ 2), eine vorbereitete Emulsion mit einer Rate von 0,3 ml/min zugeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
[Beispiel 6]
Abgesehen von der mittleren Platte 3, die sechs Blätter aus Aluminiumfolie aufwies, die einen 72 μm breiten Strömungsweg bildeten, wurde die Klassierung wie in Beispiel 5 durchgeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
[Beispiel 7]
Um eine Emulsion zu erzeugen, wurden dem in Beispiel 1 verwendeten Mikromixer Wasser und Dodecan mit Raten von 2,7 ml/min bzw. 0,3 ml/min zugeführt.
Dann wurde der Auslass des Mikromixers über ein Siliciumrohr mit der Einlassöffnung der Klassiervorrichtung verbunden. Dann wurde zum Klassieren die Emulsion mit einer Rate von 3,0 ml/min aus der Einlassöffnung in die Klassiervorrichtung eingebracht (Typ 1). Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 gezeigt.
Der Graph von 11 zeigt Tröpfchendurchmesser-Verteilungen von (a) in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor der Klassierung und von (b) in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen nach der Klassierung. In 11 ist die Tröpfchendurchmesser-Verteilung nach der Klassierung durch eine Punktlinie dargestellt, und die Tröpfchendurchmesser-Veteilung vor der Klassierung ist von einer durchgezogenen Linie dargestellt.
12 zeigt ein Mikroskopbild des Zustands einer Emulsion vor der Klassierung. 13 zeigt ein Mikroskopbild des Zustands einer Emulsion nach der Klassierung.
[Beispiel 8]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden Wasser und Octanol einem Mikromixer (Hersteller Yamatake Corporation; YM-1) mit Raten von 20,0 ml/min bzw. 5,0 ml/min zugeführt. Danach wurde die erzeugte Emulsion in eine Spritze aufgezogen. Dann wurde die Emulsion mit einer Rate von 0,3 ml/min mit einer Pumpe zugeführt. Abgesehen von diesen Bedingungen wurde die Klassierung der Emulsion wie in Beispiel 7 durchgeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
[Vergleichsbeispiel 2]
Abgesehen von der Verwendung einer Klassiervorrichtung, die eine untere Platte aus einem anderen Material enthält (untere Platte: Glas, obere Platte: Glas), wurde die Klassierung der Emulsion durchgeführt wie in Beispiel 7. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Der Graph von 14 zeigt Tröpfchendurchmesser-Verteilungen von (a) in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor der Klassierung und von (b) in der Emulsion enthaltenden Flüssigkeitströpfchen nach der Klassierung. In 14 ist die Tröpfchendurchmesser-Verteilung nach der Klassierung von einer Punktlinie dargestellt, und die Tröpfchendurchmesser-Verteilung vor der Klassierung ist von einer durchgezogenen Linie dargestellt.
[Vergleichsbeispiel 3]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden Wasser und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen wie dem Mikromixer, der in Beispiel 7 verwendet wurde) mit Raten von 5,4 ml/min bzw. 0,6 ml/min zugeführt. Danach wurde die erzeugte Emulsion mit einer Rate von 6,0 ml/min der Klassiervorrichtung zugeführt. Abgesehen von diesen Bedingungen wurde die Klassierung der Emulsion durchgeführt wie in Vergleichsbeispiel 2. Das Ergebnis ist in den Tabellen 3 und 4 gezeigt.
Der Graph von 14 zeigt die Tröpfchendurchmesser-Verteilungen von (a) in der Flüssigkeit enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor dem Klassieren und von (b) in der Flüssigkeit enthaltenen Flüssigkeitströpfchen nach Klassierung. In 14 ist die Tröpfchendurchmesser-Verteilung nach der Klassierung von einer Punktlinie dargestellt, und die Tröpfchendurchmesser-Verteilung vor der Klassierung ist von einer durchgezogenen Linie dargestellt.
[Beispiel 9]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden eine 1,0gew.-%ige wässrige Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen wie dem Mikromixer, der in Beispiel 7 verwendet worden war) mit einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde die Emulsion zum Klassieren mit einer Rate von 0,3 ml/min der Klassiervorrichtung zugeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
[Beispiel 10]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden eine wässrige 1,0gew.-%ige Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen Mikromixer, wie er in Beispiel 7 verwendet worden war) mit einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde die erzeugte Emulsion zum Klassieren einer Klassiervorrichtung, die der in Beispiel 7 verwendeten Klassiervorrichtung gleich ist, mit einer Rate von 0,3 ml/min zugeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Beispielen 3 und 4 dargestellt.
Man beachte, dass der Graph von 15 Tröpfchendurchmesser-Verteilungen von (a) in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen vor der Klassierung darstellt, und von (b) in einer Flüssigkeit enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, die erhalten wurden, nachdem die Emulsion Klassiervorrichtungen zugeführt worden war, die jeweils einen 5 μm tiefen Strömungsweg (Beispiel 9) und einen 12 μm tiefen Strömungsweg (Beispiel 10) aufwiesen (nach der Klassierung).
[Beispiel 11]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden eine 1,0gew.-%ige wässrige Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen Mikromixer wie er in Beispiel 7 verwendet wurde) mit einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde die erzeugte Emulsion zum Klassieren mit einer Rate von 0,3 ml/min der Klassiervorrichtung (mit einem 24 μm tiefen Strömungsweg) zugeführt. Das Ergebnis der Klassierung ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
[Tabelle 4]
Aus den obigen Ergebnissen, die in den Tabellen 3 und 4 dargestellt sind, zeigt Tabelle 5 die Ergebnisse einer Klassierung, die auf solche Weise durchgeführt wurde, dass die Emulsionen, die durch Zufuhr von wässriger 1,0gew.-%iger Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan in einen Mikromixer (dem gleichen wie dem in Beispiel 7 verwendeten Mikromixer) bei einer Rate von jeweils 2,0 ml/min erzeugt wurden, Klassiervorrichtungen mit verschiedenen Strömungswegtiefen jeweils bei einer Rate von 0,3 ml/min zugeführt wurden.
Tabelle 5
[Beispiel 12]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden 1,0gew.-%ige wässrige Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen wie dem in Beispiel 7 verwendeten Mikromixer) bei einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde zum Klassieren der erzeugten Emulsion die Emulsion mit einer Rate von 1,0 ml/min der Klassiervorrichtung zugeführt, die in Beispiel 10 verwendet worden war.
[Beispiel 13]
Zum Erzeugen einer Emulsion wurden 1,0gew.-%ige wässrige Natriumdodecylsulfat-Lösung und Dodecan einem Mikromixer (dem gleichen Mikromixer, wie er in Beispiel 7 verwendet worden war) mit einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde zum Klassieren der erzeugten Emulsion die Emulsion der in Beispiel 10 verwendeten Klassiervorrichtung mit einer Rate von jeweils 2,0 ml/min zugeführt. Danach wurde zum Klassieren der erzeugten Emulsion die Emulsion mit einer Rate von 0,6 ml/min der in Beispiel 10 verwendeten Klassiervorrichtung zugeführt.
Die Ergebnisse der Klassierungen (Beispiele 10, 12 und 13), die unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, abgesehen von der Zufuhrrate, sind in Tabelle 6 dargestellt.
[Tabelle 6]
Aus den obigen Ergebnissen wird klar, dass die Klassierung vorteilhaft in einer Anordnung durchgeführt werden kann, wo die Strömungswegtiefe kleiner ist als der größte Durchmesser der in der Emulsion erhaltenen Flüssigkeitströpfchen und wobei mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem tröpfchenaffinen Material mit Affinität zu Flüssigkeitströpfchen gebildet ist.
Selbst wenn eine Emulsion verwendet wird, die ein Tensid enthält, kann eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung deren Flüssigkeitströpfchen vorteilhaft klassieren.
Wie oben beschrieben, weist eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite unter dem größten Durchmesser der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen auf, wobei mindestens ein Teil des Störmungswegs aus einem Material besteht, das eine Affinität für die Flüssigkeitströpfchen besitzt.
Wenn die Emulsion den Strömungsweg passiert, verformen sich von den Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, die Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die gewünschte Tiefe oder Breite (im folgenden als die kleinste Länge bezeichnet), die kleiner ist als der größte Durchmesser der in der Emulsion im Strömungsweg enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, so, dass sie sich der kleinsten Länge anpassen, und das Material mit einer Affinität für Flüssigkeitströpfchen (im Folgenden auch als tröpfchenaffines Material bezeichnet) wird mit den Flüssigkeitströpfchen benetzt. Dann, wenn die Emulsion dem Strömungsweg kontinuierlicher zugeführt wird, entsteht ein Unterschied in der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Dispersionsmedium, das durch den Strömungsweg fließt, und den Flüssigkeitströpfchen. Der Grund dafür ist, dass die Flüssigkeitströpfchen das tröpfchenaffine Material benetzen, und das Dispersionsmedium einem Benetzen des tröpfchenaffinen Materials widersteht. Falls die Flüssigkeitströpfchen auf der Stromaufwärtsseite des Strömungswegs kleiner sind als die Flüssigkeitströpfchen auf der Stromabwärtsseite des Strömungswegs, holen dann die Flüssigkeitströpfchen stromaufwärts die Flüssigkeitströpfchen stromabwärts ein. In diesem Augenblick benetzen die Flüssigkeitströpfchen das tröpfchenaffine Material und koagulieren daher mit anderen Flüssigkeitströpfchen, indem sie ihre Oberfläche verkleinern, um ihre Stabilität zu erhöhen. Dies bewirkt ein Koagulieren von Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge des Strömungswegs, da sie den Strömungsweg passieren. Dagegen passieren Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die kleinste Länge des Strömungswegs, ohne eine Benetzung des tröpfchenaffinen Materials und koagulieren daher nicht mit anderen Flüssigkeitströpfchen. Somit behalten die Flüssigkeitströpfchen ihre Form auch dann, wenn sie den Strömungsweg passiert haben.
Entsprechend der obigen Anordnung können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge, dadurch zu einem größeren Flüssigkeitströpfchen geformt werden (zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden), dass die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht werden, den Strömungsweg mit der kleinsten Länge zu passieren, genauer werden die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht, den Strömungsweg zu passieren, während sie ihn benetzen. Damit können die Flüssigkeitströpfchen miteinander koagulieren, um eine kontinuierliche Phase zu bilden, und sich dann von der Emulsion trennen. Ferner bleiben Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die kleinste Länge, unverändert.
Das heißt, mit der obigen Anordnung ist es möglich, die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen zuverlässig durch den Strömungsweg mit der geringsten Länge strömen zu lassen. Somit können die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen klassiert werden, um Flüssigkeitströpfchen mit dem gewünschten Durchmesser oder kleiner zu erhalten.
Ferner ist eine Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt, bei der die Tiefe oder Breite dem mittleren Volumendurchmesser der in der Emulsion enthaltenen Tröpfchen gleich ist oder unter diesem liegt.
Entsprechend der obigen Anordnung ist es möglich, eine Verteilung der Flüssigkeitströpfchen-Durchmesser zu erhalten, die gleichmäßiger ist, indem man die Tiefe oder Breite gleich oder kleiner macht als den mittleren Volumendurchmesser der in der Emulsion enthaltenen Tröpfchen.
Ferner ist eine Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt, bei der der Strömungsweg einer ist, dessen Länge in der Lage ist, im Strömungsweg mindestens zwei der in der Emulsion enthaltenen Tröpfchen aufzunehmen.
Entsprechend der vorliegenden Anordnung können mindestens zwei in der Emulsion enthaltene Tröpfchen im Strömungsweg aufgenommen werden. Somit können die Flüssigkeitströpfchen im Strömungsweg zuverlässiger zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden.
Ferner ist eine Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt, bei der ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, ferner aus einem Material besteht, das eine stärkere Affinität zum Dispersionsmedium aufweist (im Folgenden auch als nicht-tröpfchenaffines Material bezeichnet), als zu den in der Emulsion enthaltenen Tröpfchen.
Das nicht-tröpfchenaffine Material ist ein Material, welches durch das Dispersionsmedium der Emulsion eher benetzt wird. Mit der obigen Anordnung kann ein Teil des Strömungswegs, der aus dem nicht-tröpfchenaffinen Material besteht, das eher mit dem Dispersionsmedium der Emulsion benetzt wird, einen Druckabfall, der entsteht, wenn die Emulsion dem Strömungsweg zugeführt wird, senken.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass die Emulsion eine Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser ist, und wobei das tröpfchenaffine Material ein Material ist, das eine Affinität zu Öl besitzt und das einen dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von 90 Grad oder mehr aufweist.
Entsprechend der obigen Anordnung wird als tröpfchenaffines Material ein lipophiles Material mit einem dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von 90 Grad oder mehr verwendet. Daher können in dem Fall, dass eine Öl-in-Wasser-Emulsion als Emulsion verwendet wird, die in der Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dieses zuverlässig benetzen. Dies kann eine bessere Klassierung der Öl-in-Wasser-Emulsion erreichen. Man beachte, dass „Öl" das gleiche ist wie die Komponente (organisches Lösemittel) aus Öltröpfchen (Flüssigkeitströpfchen), die in der vorherigen Emulsion enthalten sind.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so, dass das ölaffine Material ein Fluorharz ist.
Fluorharz hat eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit. Daher ist es entsprechend der obigen Anordnung unter Verwendung von Fluorharz als dem lipophilen Material möglich, selbst eine Emulsion mit einer hohen Reaktivität in Bezug auf beispielsweise das Material, aus dem der Strömungsweg besteht, vorteilhaft zu klassieren.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass die Emulsion eine Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl ist, und wobei das tröpfchenaffine Material ein Material mit einem dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von weniger als 90 Grad aufweist.
Entsprechend der vorliegenden Anordnung wird als tröpfchenaffines Material ein lipophiles Material mit einem dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von unter 90 Grad verwendet. Daher können in dem Fall, dass eine Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl als Emulsion verwendet wird, die in der Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, die im Strömungsweg fließen, diesen zuverlässig benetzen. Dies kann eine bessere Klassierung der Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser erreichen. Man beachte, dass „Öl" das gleiche ist wie die Komponente (organisches Lösemittel) der Flüssigkeiten, aus denen die vorherige Emulsion besteht.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so, dass die Form des Querschnitts des Strömungswegs rechteckig ist, und die kleinste Länge des Querschnitts kleiner ist als der größte Durchmesser der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen und dass die größte Länge des Querschnitts mindestens zehnmal so groß ist wie die kleinste Länge des Querschnitts.
Entsprechend der obigen Anordnung ist die Form des Querschnitts des Strömungswegs rechteckig, und die kleinste (kürzeste) Länge (Tiefe oder Breite) im Querschnitt ist kleiner als der größte Durchmesser der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen. Darüber hinaus ist die größte Länge des Querschnitts mindestens zehnmal so groß wie die kleinste Länge des Querschnitts. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, leichter zu verformen, wenn die Flüssigkeitströpfchen den Strömungsweg passieren. Das heißt, der obige Strömungsweg ermöglicht es den in der Emulsionen enthaltenen Flüssigkeitströpfchen, sich leichter zu verformen, um sich der kleinsten Länge des Strömungswegs anzupassen, und in einen weiten Raum auszuweichen, anders als in einem Strömungsweg, dessen Querschnitt kreisförmig ist und dessen Durchmesser gleich oder kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen. Dadurch kann ein geringerer Druckabfall erreicht werden, der auftritt, wenn die Emulsion dem Strömungsweg zugeführt wird. Im Vergleich zu einem Strömungsweg mit kreisförmigem Querschnitt kann der obige Strömungsweg eine größere Querschnittsfläche aufweisen, wodurch mehr Emulsion durch den Strömungsweg fließt. Dies erhöht die Produktivität.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass die Wände, die den Strömungsweg bilden, mindestens zwei Blätter aus Plattenmaterialien enthalten und die beiden Blätter um weniger als den kleinsten Durchmesser der in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen voneinander entfernt sind.
Entsprechend der obigen Anordnung ist ein Teil der Wände, welche den Strömungsweg bilden, mit Plattenmaterialien verwirklicht. Somit kann der Strömungsweg leichter gebildet werden.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass die Emulsion eine ist, die durch Mischen von Emulsionsmaterialien in einem Mikromixer erhalten wird.
Die durch Mischen des obigen Materials mit einem Mikromixer erzeugte Emulsion enthält extrem kleine Tröpfchen. Generell wird angenommen, dass es schwierig ist, extrem kleine Flüssigkeitströpfchen zum Koagulieren zu bringen, da sie sehr stabil sind. Die obige Anordnung kann jedoch auch dann eine vorteilhafte Koagulierung erreichen, wenn Emulsionen verwendet werden, die extrem kleine Flüssigkeitströpfchen enthalten, die von einem Mikromixer erzeugt werden.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass der Strömungsweg einen Auslass aufweist, aus dem die Emulsion ausgetragen wird, und dass ein Flüssigkeitsabscheider mit dem Auslass verbunden ist.
Entsprechend der obigen Ausführungsform ist der Flüssigkeitsabscheider (Absetzvorrichtung) am Emulsionsauslass des Strömungswegs vorgesehen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche und rasche Trennung der klassierten Emulsion.
Ferner ist die Klassiervorrichtung der vorliegenden Erfindung stärker bevorzugt so beschaffen, dass die Vorrichtung mindestens zwei Strömungswege aufweist.
Entsprechend der obigen Anordnung weist die Vorrichtung mindestens zwei Strömungswege auf. Dies ermöglicht die Klassierung von mehr Emulsion auf einmal.
Wie oben beschrieben, schließt das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Emulsionsklassieren das Passieren lassen der Emulsion durch einen Strömungsweg in einer Vorrichtung zum Emulsionsklassieren ein, wobei die Vorrichtung einen Strömungsweg aufweist, dessen gewünschte Tiefe oder Breite kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und wobei mindestens eine Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material bestehen, das eine Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen aufweist.
Entsprechend der obigen Anordnung können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge, zu einem größeren Flüssigkeitstropfen gebildet werden (zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden), und zwar so, dass die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht werden, den Strömungsweg mit der geringsten Länge zu passieren, genauer werden die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht, den Strömungsweg zu passieren, während sie ihn benetzen. Ferner bleiben Flüssigkeitströpfchen, die kleiner sind als die kleinste Länge, unverändert.
Das heißt, mit der obigen Anordnung ist es möglich, die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen zuverlässig durch den Strömungsweg mit der geringsten Länge strömen zu lassen. Daher können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Stecke, miteinander koagulieren, um eine kontinuierliche Phase zu bilden, und sich dann von der Emulsion trennen. Somit ist es möglich, die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen zu klassieren, um Flüssigkeitströpfchen zu erhalten, die den gewünschten oder einen kleineren Durchmesser aufweisen.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Klassieren von Emulsionen ist stärker bevorzugt so, dass die Verweildauer der Emulsion im Strömungsweg im Bereich von 0,001 bis 10 Sekunden liegt.
Die obige Anordnung ermöglicht eine zuverlässigere Klassierung der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Dismulgieren von Emulsionen schließt das Passieren lassen der Emulsion durch einen Strömungsweg in einer Vorrichtung zum Klassieren von Emulsionen und eine Phasentrennung der passierten Flüssigkeit ein, wobei die Vorrichtung einen Strömungsweg aufweist, dessen gewünschte Tiefe oder Breite kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und wobei mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das eine Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen aufweist.
Entsprechend der obigen Ausführungsform können Flüssigkeitströpfchen, die größer sind als die kleinste Länge, so zu einem größeren Flüssigkeitstropfen geformt werden (können zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden) dass die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht werden, den Strömungsweg mit der geringsten Länge zu passieren, genauer werden die in der Emulsion enthaltenen Flüssigkeitströpfchen dazu gebracht, den Strömungsweg zu passieren, während sie ihn benetzen. Somit ist es möglich, die Emulsion zur Dismulgierung leicht in Phasen aufzutrennen.
Spezielle Ausführungsformen oder Beispiele, die in die Beschreibung der besten Auführungsformen der Erfindung aufgenommen wurden, zeigen lediglich technische Merkmale der vorliegenden Erfindung und sollen den Bereich der Erfindung nicht beschränken. Es können innerhalb des Gedankens der vorliegenden Erfindung und des Bereichs der folgenden Ansprüche Variationen vorgenommen werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Eine Klassiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten auf, einschließlich des Erhaltens von winzigen Flüssigkeitströpfchen durch eine Klassierung, die so durchgeführt wird, dass die großen Flüssigkeitströpfchen, die in einer Emulsion mit flüssigen Partikeln (flüssigen Tröpfchen) ent halten sind, die verschiedene Partikeldurchmesser (Tröpfchendurchmesser) hat, zum gegenseitigen Koagulieren gebracht werden.
Zusammenfassung
Eine Vorrichtung zum Klassieren (1) mit einem Strömungsweg (Struktur), durch den eine Emulsion fließt. Der Strömungsweg wird zwischen mindestens zwei Platten (obere Platte (2) und untere Platte (4)) vorgesehen, die durch eine Entfernung getrennt sind, die kleiner ist als der größte Durchmesser eines Flüssigkeitströpfchens, das in der Emulsion enthalten ist. Die Emulsion wird durch eine Einlassöffnung zugeführt, die in der oberen Platte (2) enthalten ist, und kann während des Passierens des Strömungswegs klassiert werden.

Claims

Vorrichtung zum Klassieren von Emulsionen, die einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite aufweist, die kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, worin mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material besteht, das Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tiefe oder Breite gleich oder kleiner ist als ein volumengemittelter Durchmesser der Tröpfchen, die in der Emulsion enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg einer mit einer Länge hat, die es ermöglicht, dass sich mindestens zwei Tröpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, im Strömungsweg befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, ferner aus einem Material gemacht sind, das höhere Affinität zum Dispersionsmedium hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emulsion vom Typ Öl-in-Wasser ist und wobei das Material, das Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen aufweist, ein Material ist, das Affinität zu Öl und einen dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von 90 Grad oder mehr aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Material mit Affinität zu Öl Fluorharz ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emulsion vom Typ Wasser-in-Öl ist, und wobei das Material mit Affinität zu den Flüssigkeitströpfen ein Material ist, das einen dynamischen Kontaktwinkel von Wasser in Öl von weniger als 90 Grad aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Form des Querschnitts des Strömungswegs rechteckig ist, und worin die kleinste Länge im Querschnitt kleiner ist als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und die größte Länge im Querschnitt 10mal oder mehr als 10mal so groß ist wie die kleinste Länge im Querschnitt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wände, die den Strömungsweg bilden, mindestens zwei Blätter aus Plattenmaterialien enthalten und die zwei Blätter kürzer voneinander entfernt sind als der größte Durchmesser der Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emulsion durch Mischen von Emulsionsmaterialien in einem Mikromixer erhalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsweg einen Auslass hat, der die Emulsion austrägt, und ein Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten, die mit dem Auslass verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Strömungswege aufweist.
Verfahren zum Klassieren einer Emulsion, das ein Passieren einer Emulsion durch einen Strömungsweg in einer Vorrichtung zum Klassieren von Emulsionen umfasst, wobei die Vorrichtung einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite aufweist, die kleiner ist als der größte Durchmesser in den Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und worin mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material mit Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verweildauer der genannten Emulsion im Strömungsweg zwischen 0,001 und 10 Sekunden liegt.
Verfahren zum Dismulgieren von Emulsionen, das ein Passieren einer Emulsion durch einen Strömungsweg in einer Vorrichtung zum Klassieren von Emulsionen umfasst und die Phasentrennung der passierten Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung einen Strömungsweg mit einer gewünschten Tiefe oder Breite hat, die kleiner ist als der größte Durchmesser in den Flüssigkeitströpfchen, die in der Emulsion enthalten sind, und worin mindestens ein Teil der Wände, die den Strömungsweg bilden, aus einem Material mit Affinität zu den Flüssigkeitströpfchen besteht.