JPH0638904B2 - 連続移動式充填層装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (1)産業上の利用分野 本願発明は吸着剤、抽出剤、触媒等を収納した充填層ユ
ニットを連続的に上下動させながら吸着、抽出反応等の
操作を行なう装置に関する。

(2)従来技術 従来吸着、抽出等の化学操作において、吸着剤あるいは
抽出剤を収納した充填層を移動させながらそれらの操作
を行なう方法は多く開示されている。

例えばドーナツ状の充填層を水平に回転させる方法とし
て特開昭５４−１３８８６９、特開昭５６−１５８２０
が、あるいはブロック状の充填層を水平に直線状に移動
させる方法として特開昭５９−７４９９３等が挙げられ
る。

さらには垂直方向に充填層を降下させるものとして特開
昭５６−４５７２７が挙げられる。

(3)発明が解決しようとする問題点 しかし前記従来技術において、水平に充填層を移動させ
る方法は多大なるスペースを必要とし、又シール部材が
大型になる等、さらには抽出操作の場合、その抽出剤の
交換手段が開示されていない等実用的には満足すべきも
のではなかった。

又垂直方向に充填層を降下させる例は、吸着ユニットの
入れ換え時に該ユニットを系内より取り出しさらに設置
しなければならず、その都度装置を停止する必要があ
り、非能率的な装置であった。

(4)問題点を解決するための手段 かかる現状に鑑み、本願発明者は、２基の円筒を立設し
その中空部においてブロック状の充填層ユニットを一方
の円柱は上昇専用、他方は下降専用に構成し、それらの
円柱間で充填層ユニットを循環させれば吸着、抽出等の
化学操作を連続的に行なうことができ、又スペースの有
効利用が成されるという知見を得て本願発明を成した。

すなわち本願発明は、少なくとも２基の筒状のカラムよ
り形成されるケーシング、それぞれのカラム内を軸方向
に移動自在に形成された充填層ユニット、前記カラムに
対応して設けられた充填層ユニット駆動装置、及びケー
シングの上部と下部に位置して回転自在に形成され充填
層ユニットをカラムからカラムへ移動させる回転駆動装
置より構成され、前記カラムに連通する少なくとも２個
の開口部を設けたことを特徴とする連続移動式充填層装
置である。

(5)問題点を解決するための手段 まず第１〜４図において、１はケーシングで該ケーシン
グは上下の円板状の基板２，３と、この間の周辺部に立
設介装された２基の円筒状をしたカラム４とから形成さ
れている。上下の基板２，３には各カラム４内と連通す
る円形の開口部５が設けられ、カラム４の配置は第２図
に示す如く相対応して配置されている。なおケーシング
１は架台（図示してない）に固定され不動である。

前記カラム４の中空部７には、抽出剤あるいは吸着剤等
の充填剤８が収納されている円筒状の充填層ユニット９
が軸方向に移動自在に嵌装されている。充填層ユニット
９の上下の開口部にはスクリーン１０，１１がそれぞれ
設置されており、充填層ユニット９の側壁１２及び上下
のスクリーン１０，１１により区画形成された空間部１
３に前記充填剤８が収納される。側壁１２における下部
スクリーン１１の下方には抽出液あるいは脱着液が流通
する通液孔１４が穿設されており、さらに側壁１２の外
周には切欠部１５が刻設され、後述する如くカラム４の
中空部７内に充填層ユニット９を定位させておくために
利用される。

又前記カラム４の最下部には第６図に示す如く充填層ユ
ニット９におけると同様な通液孔１６が穿設されてお
り、カラム４内において最下部に位置する充填層ユニッ
ト９の通液孔１４と連通するよう構成されている。

そして次に１７，１８は充填層ユニット９を公転移動さ
せる回転駆動装置で、ケーシング１を上下方向より挟持
する如く設置されており、１７を上部回転駆動装置、１
８を下部回転駆動装置とそれぞれ称する。

まず上部回転駆動装置１７の構成であるが、円板状をし
た基板１９、カラム４と同形で円筒状をしたカラム２０
及び該基板１９の中心に串差し状に固定された軸２１よ
り成り、該軸２１の下方突出し部２２は上部基板２の中
心に埋設されたベアリング２３に軸支され、上部基板２
と基板１９は密着しつつ上部基板２の中心を軸として回
転自在に構成されており、駆動は軸２１に連結されてい
るモーター２４により成される。

そして基板１９には、上部基板２に設けてある開口部５
と対応する位置に第３図に示す如く２個の開口部２５が
設けられており、前記カラム２０はその中空部２６と該
開口部２５を連通させて基板１９に固定され、その上部
はカバー２７にて覆われ少なくとも１個の充填層ユニッ
ト９が収納される中空部２６を形成する。カバー２７の
中央部には抽出液あるいは脱着液が流通する通液孔２８
が開口されており、ロータリージョイント２９を介して
流体源に連通される。

一方下部回転駆動装置１８の構成であるが、前記上部回
転駆動装置１７と同様円板状をした基板３０、カラム４
と同形で円筒状をしたカラム３１及び該基板３０の中心
に串差し状に固定された軸３２より成り、該軸３２の上
方突出し部３３は下部基板３の中心に埋設されたベアリ
ング３４に軸支され、下部基板３と基板３０は密着しつ
つ下部基板３の中心を軸として回転自在に構成されてお
り、駆動は軸３２に連結されているモーター３５により
成される。

そして基板３０には、下部基板３に設けてある開口部５
と対応する位置に第４図に示す如く２個の開口部３６が
設けられており、前記カラム３１はその中空部３７と該
開口部３６を連通させて基板３０に固定され、その下部
は底板３８にて覆われ少なくとも１個の充填層ユニット
９が収納される中空部３７を形成する。ここにおいてそ
れぞれ連通されたカラム４の中空部７、カラム２０の中
空部２６、カラム３１の中空部３７で充填層移動空間部
を形成する。

カラム３１の中空部３７には円板状をした充填層ユニッ
ト支持板３９が上下動自在に設置されており、該支持板
３９の下面には連結杆４０が突設され、底板３８に穿設
されている挿通孔４１を通って外部へ延設されている。
そして該連結杆４０に対応して充填層ユニット駆動装置
例えばシリンダー４２が設けられており、連結杆４０及
び支持板３９を介して充填層ユニット９を上下動させる
べく構成されている。

又下部基板３上でカラム４の下部周辺には充填層ユニッ
ト９をカラム４内に留めておく充填層ユニット支持装置
が設置されており、一例として本実施例ではシリンダー
４３による手段を示す。シリンダー４３は１基のカラム
４に１対ずつ合計４個設置されており、シリンダー４３
のロッド４４はカラム４の下部に設けられた挿通孔４５
を通って充填層ユニット９の切欠部１５と係合し、多段
に積層されている充填層ユニット９をカラム４内に留ま
るよう構成されている。この場合後述する如く上下部の
回転駆動装置１７，１８の回転を可能にするため、上部
基板２の上面とカラム４内において最上部に位置する充
填層ユニット９の上面、及び同様に下部基板３の下面と
最下部に位置する充填層ユニット９の下面がそれぞれほ
ぼ一致するようにする。すなわちカラム４の高さは充填
層ユニット９の整数倍ということになる。

４７はコントローラーで、軸２１，３２を駆動するモー
ター２４，３５、及びシリンダー４２，４３の作動方向
を操作する方向切換弁４５ａ，４５ｂはそれぞれ目的に
そって制御する装置である。５０はＯリングで外部との
気密保持のため設置されている。

次に第７ａ〜７ｅ図をもとに充填層ユニット９のカラム
４内における昇降手段について述べる。

ます第７ａ，７ｅ図は第２図においてカラム４の中心線
を円周方向に沿って展開した図で、以後の説明上第２図
において右側を４Ｒ、左側を４Ｌとし、第７ａ〜７ｅ図
においてそれぞれ対応させるものとする。又上部回転駆
動装置１７のカラム２０も第７ａ図にて右側のカラムを
２０Ｒ、左側のカラムを２０Ｌとし以後上部回転駆動装
置１７が回転しても本名称は固定する。一方下部回転駆
動装置１８についても同様に右側を３１Ｒ、左側を３１
Ｌとそれぞれ称し、下部回転駆動装置１８が回転しても
本名称は固定する。又カラム３１内に収納されている充
填層ユニット支持板３９についてもカラム３１に順じて
３９Ｒ，３９Ｌとそれぞれ称する。

次に充填層ユニット９であるが、第１図あるいは第７ａ
図に示す如くカラム４Ｒ，４Ｌに４個ずつ、又カラム２
０Ｒ，２０Ｌに１個ずつ収納された状態で抽出、吸着、
触媒反応等の操作が行なわれ、以後順次カラム間で充填
層ユニット９の循環が成される。そして充填層ユニット
９について第７ａ図の状態でカラム２０Ｒに収納されて
いる充填層ユニットを９Ａとし、以下順次下方に向かっ
て９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅとし、又カラム４Ｌの最下端
にある充填層ユニットを９Ｆとし、以下順次上方に向か
って９Ｇ，９Ｈ，９Ｉ，９Ｊとそれぞれ称する。

シリンダー４は固定されているが説明の都合上カラム４
Ｒ，４Ｌに対応させて４２Ｒ，４２Ｌとそれぞれ称し、
シリンダー４３についても同様とする。

まずシリンダー４２Ｒを作動させて充填層ユニット支
持板３９Ｒを連結杆４０を介してカラム３１Ｒ内を上昇
させ、充填層ユニット９Ｅの底面に当接させる。（第７
ｂ図） シリンダー４３Ｒのロッド４４を後退させた後、シリ
ンダー４２Ｒの作用により充填層ユニット１個分降下さ
せた充填層ユニット９Ｅをカラム３１Ｒに収納させる。
（第７ｃ図） シリンダー４３Ｒのロッド４４を前進させ充填層ユニ
ット９Ｄの切欠部１５と係合させ、シリンダー４３Ｒに
て充填層ユニット９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄを支持する。
次いでシリンダー４２Ｒを降下させ充填層ユニット９Ｅ
をカラム３１Ｒの最下部に位置させた後、シリンダー４
２Ｒをさらに降下させ連結杆４０とシリンダー４２Ｒを
離間させる。（第７ｄ図）。

下部回転駆動板３０を１８０゜回転させ、カラム４Ｒ
とカラム３１Ｌ、カラム４Ｌとカラム３１Ｒをそれぞれ
連通させる。

同時に上部回転駆動板１７も１８０゜回転させカラム４
Ｌとカラム２０Ｒ，カラム４Ｒとカラム２０Ｌをそれぞ
れ連通させる。（第７ｅ図）。

そして次に、、の工程を逆に操作し、カラム４
Ｌ，２０Ｒ内の所定の位置に充填層ユニット９を定位さ
せる。本工程は充填層ユニット９の位置的ずれはある
が、第７ａ図に相当する。以下〜の繰返しにより充
填層ユニット９の循環が行なわれる。

前述の充填層ユニット９の循環工程において、第５図に
示す如く下部回転駆動装置１８のカラム３１が描く回転
半径の任意の位置に開口部３６と同形の開口部３６ａを
設けておけば、充填層ユニット９を外部に開放させて該
充填層ユニット９を入れ換えることができ、特に抽出操
作における充填物の入れ換えに有効である。又開口部３
６ａは充填層ユニット９の装置内への投入口として利用
してもよく、その投入、排出手段として第１図に示すシ
リンダー４２を開口部３６ａに対応して設置すること
が、一例として挙げられる。

次に第８図に示す実施例は、通液孔４８をカラム４の上
端部に設けた例で、該通液孔４８は第１図に通液孔２８
に変わるものであって、本実施例によりロータリージョ
イント２９が不要となる。なお本実施例の場合、充填層
ユニット９における通液孔１４を通液孔４８に対応させ
て充填層ユニット９の上部に追加する必要がある。

次に第９〜１４図に充填層ユニット９の他の実施例を示
す。第９図は側壁１２にＯリング４９を設けた例で、本
実施例により抽出液等のショートパスが防止される。

第１０図は充填層ユニット９を丸鋼等で格子状に構成
し、その内部に網状の袋を収納させて充填層ユニット９
を形成するもので、本実施例により充填層ユニット９の
構造が簡略化される。

第１１図は充填層ユニット９を充填部６１と通液孔部６
２に分割した例を示す。

第１２〜１３図は車輪状のフレーム６３を中心軸６４で
一体化し、該フレーム６３にスクリーン１０，１１を固
定して、さらに側面をテフロン等のシート６５で覆い充
填層ユニット９を構成する。本実施例においては側面の
シート６５がシール兼潤滑の作用を成す。

第１４図は充填層ユニット９として第１１図の実施例に
おける充填部６１のみを用いた例で、本実施例により充
填層ユニット９における空間部１３を大にすることがで
きる。

そして本実施例においては通液口６７を下部回転駆動装
置１８におけるカラム３１の底板３８に設け、充填層ユ
ニット支持板３９に設けられた送液口６６を介して抽出
液等は排出される。

次に第１５図にカラムを多数例えば６本設けた実施例を
示す。本実施例においては上部回転駆動装置１７及び下
部回転駆動装置１８を６０゜ずつ回転させて、充填層ユ
ニット９を循環させるものであるが、該駆動装置１７，
１８を同方向に回転させれば充填層ユニット９は順送り
すなわちカラム内を上下動しながら回転移送される。

一方該駆動板１７，１８を相対的に反対方向に回転させ
れば、充填層ユニット９は２カラムずつにブロック化さ
れそれらの間で循環することになる。

本実施例により反応面積が大になり、さらに１装置で多
数の操作を同時に行なうこともできる。

第１６図にロータリージョイントの他の実施例を示す。
本ロータリージョイントは円板状をした上部バルブ５０
と下部バルブ５１より成り、それぞれのバルブには２本
の通液孔５２，５３及び５４，５５が穿設されており、
それぞれが図に示す如く連通されている。そしてどちか
一方が回転自在に構成されていて、１８０゜回転後はそ
れぞれ違った通液孔と連通する。

本実施例のロータリージョイントを使うことにより、左
側のカラムと右側のカラムに異なった液を流通させるこ
とができる。

第１７図に充填層ユニット駆動装置４２の他の実施例を
示す。本実施例は下部駆動装置１８のカラム３１内にピ
ストン５６を配置し、該カラムの底部に設けられた開口
部５７に液圧回路５８を連結してなるもので、コントロ
ーラ４７で該回路５８に連通するバルブ５９を操作し、
ピストン５６を介して充填層ユニット９の上下動を行な
う例である。

第１８図に示す実施例は充填層ユニット駆動装置４２を
充填層ユニット９が上昇するカラム４Ｌでは下方に、一
方下降するカラム４Ｒでは上方にそれぞれ設置した例を
示す。本実施例は例えば装置が小型で充填層ユニット９
として第９図に示すものを用いた場合Ｏリング４９の摩
擦により自重では下降しないような時に有効である。

又充填層ユニット９の自重により該充填層ユニット９が
ゆるやかに下降するような場合は、第１図に示す充填層
ユニット支持装置４３を必要に応じ本実施例に応用すれ
ばよい。なお本実施例における充填層ユニット９の移動
は、第７ａ〜ｅに示すのと同様である。

第１９図に実施例は、上部回転駆動装置１７の軸２１と
下部回転駆動装置１８の軸３２とを一体化した例であ
り、本実施例は第１８図の如く本願装置が小型の場合有
効で、構造が簡素化される。

次に第２０図以下に本願装置を吸着、抽出、酵素反応等
の各操作に応用した例を示す。

まず第２０図に示す例は吸着操作の例で、充填層ユニッ
ト９に活性炭素、イオン交換体等の吸着剤を収納し、第
７ａ〜７ｅ図で示したサイクルで該充填層ユニット９を
矢印６０の如く循環させる。そして第２０図において左
側のカラムで吸着操作を行ない、右側のカラムで脱着操
作を行なうものとし、原液を第１図において上部回転駆
動装置１７の左側に位置するカラム２０の通液孔２８よ
り供給する。供給された原液は吸着剤と接触し、目的と
する成分が該吸着剤に吸収され、ケーシング１における
左側のカラム４の通液孔４６より非吸着液として排出さ
れる。

一方右側のカラム４の通液孔４６からは脱着液が供給さ
れ、吸着剤に吸着された成分を脱着液と接触させること
により脱着して、上部回転駆動装置１７における右側に
位置するカラム４の通液孔２８より排出させる。そして
吸着した成分を脱着された吸着剤は再び左側のカラムに
移送され、原液と接触し吸着操作が行なわれ、以後この
サイクルが繰り返される。

本実施例により原液からある成分を除去すること、ある
いは脱着液に原液から除去した成分を移すこと、さらに
は目的物を含んだ脱着液に蒸留等の手段を加え原液から
除去した成分を分離しその回収をすること等ができ、目
的に応じて適宜選択すればよい。

次に第２１図に示す実施例も吸着操作の例で、特に吸着
におけるクロマト分離的な操作を応用したものである。
原液は吸着剤に対して易吸着成分（第２１図のＡ）と、
それと相対的に吸着し難い難吸着成分（第２１図のＢ）
の２成分あるいは２群か構成される。

本実施例においては、既に系内を循環している原液と新
たに補充された原液がまず左側のカラムの流入し、該カ
ラム内で吸着剤を収納した充填層ユニット９と接触して
易吸着成分は吸着され、難吸着成分はそのまま通過す
る。そこでこの左側のカラムの中段部に液出口を設け、
難吸着成分に富む液を回収する。残りの易吸着成分は原
液が左側のカラムの通液孔１６に到達するまでに吸着剤
に吸着され、易吸着成分は充填層ユニット９の移動とと
もに上方に移動する。

そして左側のカラムの通液孔１６により流出した液が右
側のカラムへ流入するまでに、吸着剤より易吸着成分を
脱着するための脱着液が混入される。この混合液が右側
カラムに通液孔１６を介して流入すると、左側カラムで
易吸着成分を吸着した吸着剤と接触し、該吸着剤に吸着
されていた成分を脱着させ、混合液の流れとともに該成
分すなわち易吸着成分を右側カラムの上部へと運ぶ。

そこで右側カラムの中段部に液出口を設けておけば、こ
れより上方では流速が低下するため易吸着成分は脱着す
るより吸着するものの方が多くなり、充填層ユニット９
の移動とともに易吸着成分は下方に移動する。これによ
り右側カラムの中段部に位置する液出口より易吸着成分
に富む液を回収することができる。本実施例により原液
中に存在していた２成分を分離することができる。

第２２図の実施例は第２０図の改良方法で、脱着液の一
部を原液に混入させ吸着剤の洗浄を行なわせる例であ
る。

第２３図に示す例は抽出操作の例で、充填層ユニット９
にコーヒー豆、茶等の抽出剤を収納し、温水又はアルコ
ール等の抽出剤と接触させて抽出操作を行なう例であ
る。

まず充填層ユニット９は第７ａ〜７ｅで示したサイクル
で循環させるが、前記の吸着操作と異なる点は抽出が終
了した抽出剤は順次新しいものと取り換える必要がある
が、これは第５図に示す開口部３６ａを利用して行なわ
れる。

一方抽出剤は第１図における上部回転駆動板１７の左側
に位置するカラム２０の通液孔２８より供給され、抽出
剤より目的とする成分を抽出し、一旦ケーシング１の左
側のカラム４の通液孔１６より外部へ排出させ、さらに
右側のカラム４の通液孔１６より注入させて再び抽出操
作を行ない、抽出液として上部回転駆動装置１７の右側
に位置するカラム２０の通液孔２８より回収される。

第２４図に示す実施例は反応の例で、充填層ユニット９
に吸着剤あるいは抽出剤に代えて固定化菌体、固定化酵
素、さらには触媒等を収納し、第７ａ〜７ｅ図で示した
サイクルで充填層ユニット９を循環させる。

そして一方のカラム例えば左側のカラムにおいてその上
端の通液孔２８より反応液を供給し、下端の通液孔１６
より生成物として回収する。他のカラムすなわち右側の
カラムにおいては、充填層ユニット９内の充填物の活性
化に利用する。つまり右側カラムの下端の通液孔１６よ
り再生液を供給し、充填物を活性化して再度反応に共す
るもので、本実施例により反応操作の連続化が成され
る。

第２５図に示す実施例も反応の例で、本実施例は、固定
化微生物反応、固定化酵素反応等において、基質と接触
する相対的流速が低速ほど高収率で生成物が得られると
いう知見に基づくものである。すなわち図示する如くカ
ラム側面より逐次液を加えることにより、カラム内にお
ける流量は液流れの方向にステップ的に大になる。この
流れと向流的に充填層ユニット９を移動させれば、ある
充填層ユニット９内の充填物からみると基質の流速は次
第に小さくなることになる。

第２６図に示す実施例は、２塔形式の連続移動式充填層
装置を多段式に構成し、原液に含有される多成分（Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ）を連続的に分離する吸着操作の例で、第２
０図の吸着操作を組合わせたものである。ここにおいて
吸着剤に対する吸着の強さはＡ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄの順であ
り、この吸着力の違いを利用して各２塔１組の移動層で
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各成分を群によって順次分割、分離して
ゆき該成分を連続的に分離するものである。

(5)発明の効果 以上詳述した如く、本願装置は充填層ユニットをカラム
内で軸方向に移動させる構成としたので、単位設置面積
当たりの収量を大にできる。又抽出、吸着、反応等の各
操作において連続化が可能で高い生産性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願装置の正面断面図、第２図は第１図の２−
２視断面図、第３図は第１図の３−３視断面図、第４図
は第１図の４−４視断面図、第５図はケーシング構造の
他の実施例図、第６図は第２図の６−６視断面図、第７
ａ〜第７ｅ図は充填層ユニットの移動操作の作動図、第
８図は通液孔設置の他の実施例図、第９〜１２図は充填
層ユニットの他の実施例図、第１３図は第１２図の平面
図、第１４図は充填層ユニットの他の実施例図、第１５
図はカラムを多数設置した実施例図、第１６図はロータ
リージョイントの他の実施例図、第１７図は上下動駆動
装置の他の実施例図、第１８図は上下動駆動装置設置の
他の実施例図、第１９図は軸を一本にした実施例図、第
２０〜２２図は本願装置を吸着操作に応用した系統図、
第２３図は本願装置を抽出操作に応用した系統図、第２
４〜２５図は本願装置を反応操作に応用した系統図、第
２６図は多段式の例を吸着操作に応用した系統図をそれ
ぞれ示す。 なお図面中１はケーシング、４はカラム、９は充填層ユ
ニット、１７は上部回転駆動装置、１８は下部回転駆動
装置、２０，３１はカラム、２１，３２は軸、２４，３
５はモーター、４２は充填層ユニット駆動装置、４３は
充填層ユニット支持装置、４４，４５は方向切換弁、４
７はコントローラーをそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２基の筒状のカラムより形成さ
   れるケーシング、それぞれのカラム内を軸方向に移動自
   在に形成された充填層ユニット、前記カラムに対応して
   設けられた充填層ユニット駆動装置、及びケーシングの
   上部と下部に位置して回転自在に形成された充填層ユニ
   ットをカラムからカラムへ移動させる回転駆動装置によ
   り構成され、前記カラムに連通する少なくとも２個の開
   口部を設けたことを特徴とする連続移動式充填層装置。
2. 【請求項２】少なくとも２基の筒状のカラムより形成さ
   れるケーシング、それぞれのカラム内を軸方向に移動自
   在に形成された充填層ユニット、前記カラムに対応して
   設けられた充填層ユニット駆動装置、ケーシングの上部
   と下部に位置して回転自在に形成され充填層ユニットを
   カラムからカラムへ移動させる回転駆動装置、及びカラ
   ムの下部周辺に設けられ充填層ユニットと係合して該ユ
   ニットを支持する充填層ユニット支持装置より構成さ
   れ、前記カラムに連通する少なくとも２個の開口部を設
   けたことを特徴とする連続移動式充填層装置。