专利名称：溶液的超声波分离方法及在该方法中使用的超声波分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从含有2种以上物质的混合物中分离目标物质浓度高的高浓度溶液、或者分离溶液中所含的目标物质的方法和装置，特别是涉及最适于从酒或酒原料等乙醇溶液中进一步分离高浓度的乙醇、或从石油中分离目标物质浓度高的溶液的方法和装置。
背景技术：
本发明人开发了从乙醇中分离高浓度乙醇的装置。(参照专利文献1)专利文献1日本特开2001-314724号公报该分离装置将乙醇溶液填充到封闭结构的超声波雾化室中，利用超声波振子使该超声波雾化室的乙醇溶液发生超声波振动以雾化成烟雾，使雾化了的烟雾凝集、回收，从而分离高纯度的乙醇溶液。该分离装置能够分离作为目标物质的高浓度乙醇，其是通过以下动作实现的。
乙醇比水更易移动到溶液的表面，从而表面溶液的乙醇浓度变高。如果在该状态下发生超声波振动，则高浓度的乙醇由于超声波振动的能量而在空气中变为烟雾，以微细的粒子释放。释放到空气中的烟雾的乙醇浓度变高。这是由于乙醇浓度高的表面溶液易于变为烟雾。因此，如果凝集烟雾并回收，则高浓度的乙醇溶液被分离。该方法可以在不加热溶液的情况下分离高浓度的乙醇溶液。因此，以少量的能量消耗即可高浓度地分离目标物质。另外，由于不进行加热，还具有在不会使目标物质变质的情况下即可分离的优点。
图1为使溶液发生超声波振动变为烟雾、利用回收部使其凝集以回收的装置的模块图。该图的超声波分离装置利用回收部105将超声波雾化室104内产生的烟雾凝集、回收。使用该装置分离高浓度乙醇时，烟雾的乙醇浓度发生变化。烟雾的乙醇浓度在超声波雾化室104内刚产生时较高，之后逐渐降低，被移送至回收部105中。这是由于，在由超声波雾化室104移送至回收部105的过程中，烟雾中所含的乙醇发生气化而成为蒸气。乙醇和水均从烟雾中气化而成为蒸气。但是乙醇比水更易成为蒸气。因而，一旦烟雾被气化，乙醇比水更多地被气化，烟雾的乙醇浓度降低。因此，在超声波雾化室104内产生的烟雾的乙醇浓度逐渐降低，同时被移送至回收部105中。
由于被移送的烟雾的乙醇被气化成为蒸气，因此供给至回收部105的乙醇成为作为微细液滴的烟雾状态和被气化的蒸气状态。以烟雾状态被供给的乙醇在回收部105处凝集被回收，蒸气的乙醇通过冷却运送气体使其结露而回收。乙醇蒸气可以使其结露而回收，但能够结露回收的乙醇量很有限。这是由于被冷却的运送气体可以以气体的状态含有一定的乙醇和水。图2为空气可以以蒸气状态含有水的饱和水蒸气量曲线。换句话说，图2是表示处于湿度100％的饱和状态的空气中含有的水的总量和温度的关系的曲线图。该图表示空气中所含的水的量，但空气中所能含有的水和乙醇的总量如该图所示，随着温度而改变，温度增高则总量增加，温度降低则总量减少。
由该图可知，作为运送气体使用的空气由于温度变低则能够含有的水的量减少，因此如果冷却空气，则过饱和的水和乙醇由气体变为液体，发生结露。但是，由该曲线图可知，即便空气温度为0℃，由于可以以蒸气的状态含有水，因此不能使所有的乙醇结露、回收。
非常困难的是，由烟雾被气化、且含有在运送气体中的乙醇和水一旦发生结露、回收，则水比乙醇更易结露、回收。即，水比乙醇更易从烟雾中气化，气化后，水比乙醇更易结露。因此，运送气体中所含的乙醇浓度在冷却运送气体以回收乙醇和水之后，变得更高。这是由于乙醇易于气化，难以结露。例如，在超声波雾化室内产生的烟雾的乙醇的摩尔浓度低至30摩尔、供给至回收部的烟雾的乙醇浓度低至25摩尔，但运送气体中所含的蒸气的乙醇的摩尔浓度在供给至回收部的状态下高达50摩尔、在由回收部排出的状态下高达70摩尔。由此可知，不能在超声波雾化室中一边使高浓度乙醇变为烟雾，一边将其有效地回收。该弊端可以通过例如降低冷却运送气体的温度、更加高效地使乙醇和水结露并回收来消除。但是，如果降低运送气体的温度，则用于冷却所消耗的能量变大，设备运转成本变高。如果向超声波雾化室中供给低温的运送气体，则显著地降低溶液变为烟雾的效率，因此低温的运送气体有必要在加热后供至超声波雾化室。此时，具有运送气体的温度越低、用于加热的所需的能量越大的缺点。
因而，以往的超声波分离装置具有难以一边在超声波雾化室中产生乙醇浓度高的烟雾、一边高效、有效地将其回收的缺点。
发明内容
本发明是为了解决上述缺点而开发的。本发明的第1重要目的在于提供能够将由溶液产生的烟雾中所含的目标物质高效地回收的溶液的超声波分离方法和超声波分离装置。
另外，本发明的第2目的在于提供可以高效地使烟雾中含有的烟雾成分吸附在吸附剂上并回收的溶液的超声波分离方法和装置。
本发明的溶液的超声波分离方法为在超声波雾化室4中使溶液发生超声波振动，从而在运送气体中雾化为烟雾，将含有雾化了的烟雾的运送气体移送至回收部5，在回收部5中将从溶液变为烟雾而被雾化了的烟雾成分从运送气体中分离出来并回收。超声波分离方法通过在回收部5中使含有烟雾成分的运送气体与吸附剂15接触而使烟雾成分吸附在吸附剂15上的吸附工序、和将通过吸附工序吸附在吸附剂15上的烟雾成分从吸附剂15上分离出来并回收的分离工序，从而在从运送气体中分离烟雾成分的同时，使分离工序的压力低于吸附工序的压力，从运送气体中分离烟雾成分。
本发明的溶液的超声波分离方法可以在回收部5中利用冷却器12将运送气体冷却后分离烟雾成分，之后使运送气体与吸附剂15接触，利用吸附剂15吸附烟雾成分。
本发明的溶液的超声波分离方法可以在分离工序中将吸附剂15配置在密闭室16中，利用真空泵17将该密闭室16的运送气体排气，将密闭室16减压至低于大气压的压力，将烟雾成分从吸附剂15上分离。
另外，本发明的溶液的超声波分离方法可以在吸附工序中将吸附剂15配置在大气压的密闭室16中，使运送气体的烟雾成分吸附在吸附剂15上。
另外，本发明的溶液的超声波分离方法可以在吸附工序中将吸附剂15配置在加压至高于大气压的密闭室16中，使运送气体的烟雾成分吸附在吸附剂上。
本发明的溶液的超声波分离方法可以使吸附工序的吸附剂15的温度降低至低于分离工序的吸附剂15的温度。
本发明的溶液的超声波分离装置具备被供给溶液的超声波雾化室4、通过超声波振动使该超声波雾化室4的溶液在运送气体中雾化至烟雾、从而使其飞散的超声波振子2、与该超声波振子2连接并向超声波振子2供给高频电力以使其发生超声波振动的超声波电源3、使通过超声波振子2雾化后由运送气体移送的烟雾成分吸附在吸附剂15上、从而从运送气体中分离出来的回收部5。回收部5具备使运送气体与吸附剂15接触而使运送气体所含的烟雾成分吸附在吸附剂15上、并将吸附了的烟雾成分从吸附剂15上分离、从而从运送气体中分离烟雾成分的吸附回收部9。该吸附回收部9使从吸附剂15上分离烟雾成分的压力比使运送气体与吸附剂15接触以吸附烟雾成分的压力低，从而从运送气体中分离烟雾成分。
本发明的溶液的超声波分离装置的回收部5具备冷却运送气体后将烟雾成分回收的前段回收部8，通过该前段回收部8，可以将分离了烟雾成分的运送气体供给至吸附回收部9。
本发明的溶液的超声波分离装置的吸附回收部9可以在将吸附剂15填充到密闭室16中的同时，在该密闭室16上连接真空泵17，真空泵17从密闭室16中排气，从而从吸附剂15上分离烟雾成分。
本发明的溶液的超声波分离装置可以介由开关阀18将密闭室16与超声波雾化室4连接，打开开关阀18以将含有烟雾成分的运送气体从超声波雾化室4中供给至密闭室16，使烟雾成分吸附在吸附剂15上，打开开关阀18以对密闭室16进行减压，从而从吸附剂15上分离烟雾成分。
本发明的溶液的超声波分离装置可以在一对密闭室16中填充吸附剂15，介由开关阀18将一对密闭室16与超声波雾化室4连接。该超声波分离装置可以打开一个开关阀18以将含有烟雾成分的运送气体供给至密闭室16中，关闭另一个开关阀18以从密闭室16排气并将烟雾成分从吸附剂15上分离，交替开关开关阀18以将烟雾成分从运送气体中分离。
本发明的溶液的超声波分离装置的吸附回收部9可以具备温度控制部22。温度控制部22可以将吸附运送气体的烟雾成分的吸附剂15的温度控制在低于分离烟雾成分的吸附剂15的温度。
吸附剂15可以使用沸石、活性炭、氧化锂、硅胶中的任一种，或者还可以使用它们的混合物。
本发明具有可以高效地回收由溶液产生的烟雾中所含的目标物质的优点。特别是，本发明具有可以使烟雾中所含的烟雾成分高效地吸附在吸附剂上并回收的优点。这是由于，本发明通过回收部使含有在超声波雾化室中雾化了的烟雾成分的运送气体吸附在吸附剂上，将吸附在吸附剂上的烟雾成分从吸附剂上分离，从而使其从运送气体中分离，使运送气体与吸附剂接触以吸附烟雾成分的压力低于从吸附剂上分离烟雾成分的压力，从而从运送气体中分离烟雾成分。吸附剂如果压力增高，则烟雾成分的吸附量增加，如果压力降低，则烟雾成分的吸附量减少。因此，本发明通过有效地利用吸附剂所具有的该特性，即，通过使分离工序的压力低于吸附工序的压力，可以在吸附工序中使大量的烟雾成分高效地吸附在吸附剂上，在分离工序中减少可以吸附在吸附剂上的烟雾成分的量，从而可以从吸附剂上将烟雾成分分离并高效地回收。
另外，本发明的权利要求6的超声波分离方法和权利要求12的超声波分离装置具有可以使运送气体所含的烟雾成分更高效地吸附在吸附剂上并回收的优点。这是由于，该方法和装置将吸附运送气体的烟雾成分时的吸附剂的温度低于分离烟雾成分时的吸附剂温度。吸附剂的吸附量具有在相同压力下温度增高则减少、温度增高则增加的倾向。因此，利用该特性，通过控制吸附剂的温度，可以高效地分离回收运送气体中所含的烟雾成分。
图1为表示溶液发生超声波振动而在溶液表面形成液柱的状态的概略剖面图。
图2为表示空气可以含有的饱和水蒸气曲线的曲线图。
图3为表示本发明的一个实施例的超声波分离装置的概略构成图。
图4为表示本发明的其它实施例的超声波分离装置的概略构成图。
图5为表示本发明的其它实施例的超声波分离装置的概略构成图。
图6为表示本发明的其它实施例的超声波分离装置的概略构成图。
图7为表示超声波雾化室和超声波雾化机的一个例子的概略剖面图。
图8为表示吸附剂的吸附量在压力和温度下的变化倾向的曲线图。
图9为表示温度控制部的一个例子的概略构成图。
符号说明1、41、51、61超声波雾化机 2、42、52、62超声波振子3、43、53、63超声波电源4、44、54、64超声波雾化室5、45、55、65回收部6、46、56、66移送通道7、47、57、67鼓风机8、48、58、68前段回收部
9、49、59、69吸附回收部10、410、510、610泵11、411、511、611原液槽12、412、512、612冷却器13、413、513、613热交换管 14冷却管15、415、515、615吸附剂16、416、516、616密闭室16A、416A、516A、616A第1密闭室16B、416B、516B、616B第2密闭室17、417、517、617真空泵18、418、518、618开关阀19、419、519、619吸引通道 20、420、520、620吸引阀21、421、521、621冷却器622温度控制部623热交换器624加热机构625冷却机构626冷冻循环627控制阀 628热水罐629冷水罐 630压缩机631放热器 632凝缩阀633吸热器 104超声波雾化室105回收部 W溶液面P液柱具体实施方式
以下根据
本发明的实施例。以下所示的实施例是示例用于具体体现本发明的技术构思的溶液的超声波分离方法和超声波分离装置，本发明的超声波分离方法和装置并非限定于以下内容。
另外，本说明书为了易于理解权利要求书而将对应于实施例所示部件的符号对“权利要求书”和“发明内容”中所示的部件进行标记。但绝不是将权利要求书所示的部件限定于实施例的部件。
本发明的溶液的超声波分离装置从含有至少2种物质的溶液中将高浓度的特定溶液分离出来。本发明并不限定溶液的溶剂和溶质，溶剂主要是水，但除了水以外，还可以使用乙醇等有机溶剂。溶液例如为以下溶液。
(1)清酒、啤酒、葡萄酒、食醋、调味酒、烈酒、烧酒、白兰地、威斯忌、蒸馏酒(2)含有松油萜、沉香醇、柠檬烯、多酚类等香料、芳香成分或香味成分的溶液(3)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们键合而成的物质的溶液(4)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被卤素取代了的物质的溶液(5)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被羟基取代了的物质的溶液(6)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被氨基取代了的物质的溶液(7)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被羰基取代了的物质的溶液(8)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被羧基取代了的物质的溶液
(9)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被硝基取代了的物质的溶液(10)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被氰基取代了的物质的溶液(11)含有作为饱和烃的烷烃、环烷烃、作为不饱和烃的烯烃、环烯烃、炔烃、或者属于醚、硫醚或芳香族烃中任一种的有机化合物、或者它们的键合体的至少一个氢原子或官能团被巯基取代了的物质的溶液(12)含有上述(3)～(11)的溶液中含有的任何一个以上的原子被金属离子取代了的物质的溶液(13)含有上述(3)～(11)的溶液中含有的分子中任意氢原子、碳原子或官能团被(3)～(11)的分子中的任意分子取代了的物质的溶液使含有2种以上物质的溶液发生超声波振动，从溶液中分离烟雾，将分离的烟雾凝集回收，则在从烟雾回收的溶液和未变为烟雾的残存溶液中，含有物质的浓度不同。例如，如果利用超声波振动使乙醇水溶液雾化为烟雾并回收雾化了的烟雾，则成为比未变为烟雾的残存的乙醇更高浓度的乙醇。凝集烟雾并回收了的溶液的乙醇浓度较高的原因在于，由于超声波振动，乙醇比水更易雾化为烟雾。
在由烟雾回收的溶液和未变为烟雾的溶液中，含有物质的浓度不同的一个理由为，溶液中含有的物质移动至表面，表面过量的比例不同。成为表面过量的物性强的溶液由于表面浓度变高，因此如果使其超声波振动而将表面的溶液雾化成烟雾，则烟雾中易于表面过量的物质的浓度变高。因此，如果凝集该烟雾并回收，则可以增高表面过量的物性强的物质的浓度。即，可以从溶液中将含有高浓度物质的部分分离。
以下说明溶液为乙醇、从乙醇中分离高浓度乙醇的装置和方法。但本发明并不将溶液限定于乙醇。其原因在于，可以用于能雾化为烟雾进行分离的上述溶液或者其它溶液的分离中。
图3～图6所示的超声波分离装置具备具备供给溶液的封闭结构的超声波雾化室4、44、54、64、使该超声波雾化室4、44、54、64的溶液超声波振动并雾化为烟雾的1个或多个超声波振子2、42、52、62、和超声波电源3、43、53、63的超声波雾化机1、41、51、61；在超声波雾化机1、41、51、61中使从溶液变为烟雾的雾化了的烟雾成分凝集并回收的回收部5、45、55、65；将在超声波雾化室4、44、54、64中雾化了的烟雾成分与运送气体一起移送至回收部5、45、55、65中的鼓风机7、47、57、67。这些图示的装置用鼓风机7、47、57、67带着在超声波雾化室4、44、54、64中从溶液变为烟雾的雾化了的烟雾成分，将其与运送气体一起移送到回收部5、45、55、65中。但是，超声波分离装置虽未图示，但也可以是利用静电或超声波来移送烟雾的结构。
溶液是用泵10、410、510、610供给至超声波雾化室4、44、54、64中的。超声波雾化室4、44、54、64不会将所有供给的溶液雾化为烟雾。这是由于，如果将所有溶液雾化并利用回收部5、45、55、65回收，则供给至超声波雾化室4、44、54、64的溶液与通过回收部5、45、55、65回收的溶液的乙醇等目标物质的浓度变得相同。供给至超声波雾化室4、44、54、64的溶液随着雾化为烟雾后容量减少，目标物质的浓度降低。因此，烟雾中含有的目标物质的浓度也逐渐降低。超声波雾化室4、44、54、64的溶液在目标物质浓度降低时，更换为新的溶液。
超声波雾化室4、44、54、64例如将目标物质浓度为10～50重量％的溶液雾化，在目标物质的浓度降低后，将溶液更新。经过一定时间后更换为新溶液的方法、即分批式地交换溶液。但是，也可以介由泵10、410、510、610将储存溶液的原液槽11、411、511、611与超声波雾化室4、44、54、64连接，从而由原液槽11、411、511、611连续地提供溶液。该装置一边将超声波雾化室4、44、54、64的溶液排出，一边从原液槽11、411、511、611供给溶液，从而防止超声波雾化室4、44、54、64的溶液的乙醇等目标物质浓度降低。另外，如图3的箭头A所示，不将超声波雾化室4、44、54、64的溶液循环到原液槽11、411、511、611中而是排出到外部，也可以防止原液槽11、411、511、611中所含的目标物质浓度降低。
超声波雾化室4、44、54、64的溶液通过超声波雾化机1、41、51、61雾化成烟雾。被超声波雾化机1、41、51、61雾化了的烟雾与溶液相比，目标物质的浓度更高。因此，通过利用超声波雾化机1、41、51、61将溶液雾化成烟雾，并将烟雾凝集、回收，可以高效地分离高浓度的溶液。
超声波雾化室4、44、54、64的溶液通过超声波雾化机1、41、51、61发生超声波振动，成为比超声波雾化室4、44、54、64的溶液更高浓度的烟雾，并从溶液面W飞散。如果使溶液发生超声波振动，则在溶液面W上形成液柱P，由该液柱P的表面产生烟雾。图7所示的超声波雾化机1在填充溶液的超声波雾化室4的底部上朝上配置有超声波雾化机1的超声波振子2。超声波振子2由底部朝向溶液面W向上放射超声波，使溶液面W发生超声波振动，产生液柱P。超声波振子2在垂直方向上放射超声波。
图中的超声波雾化机1具备多个超声波振子2和使这些超声波振子2发生超声波振动的超声波电源3。超声波振子2以水密结构固定在超声波雾化室4的底部。多个超声波振子2使溶液发生超声波振动的装置高效地将溶液雾化为烟雾。
如果超声波振子2或超声波电源3加热超声波雾化室4的溶液，则溶液的品质降低。此弊端可以通过强制地冷却超声波振子2来消除。另外，优选也冷却超声波电源3。超声波电源3并非直接加热溶液，而是加热周围从而间接地加热溶液。超声波振子2或超声波电源3如图7所示，可以在其上以热结合的状态配置冷却管14，即可以以接触的状态配置冷却管14以进行冷却。冷却管14中流过通过冷却机冷却了的液体、制冷剂或者地下水或自来水等的冷却水，从而冷却超声波振子2和超声波电源3。
在超声波雾化室4、44、54、64内雾化了的溶液的烟雾介由运送气体流入到回收部5、45、55、65中。为了使烟雾流入到回收部5、45、55、65中，利用移送通道6、46、56、66将回收部5、45、55、65与超声波雾化室4、44、54、64连接。图3和图6所示的超声波分离装置具有利用鼓风机7、67使运送气体在回收部5、65和超声波雾化室4、64中循环的结构。这些超声波分离装置将从超声波雾化室4、64移送至回收部5、65且烟雾成分被分离了的运送气体回流至超声波雾化室4、64中。这些超声波分离装置优选将惰性气体作为运送气体填充在超声波雾化室4、64和回收部5、65中。该装置通过惰性气体，可以防止超声波雾化室4、64或回收部5、65中的溶液变质。因此，能够以更高品质的状态获得高浓度的溶液。但是，运送气体也可以使用空气。另外，图4和图5所示的超声波分离装置不将从超声波雾化室44、54移送到回收部45、55的运送气体再次回流至超声波雾化室44、54中，而是释放到大气中。这些超声波分离装置使用空气作为运送气体。
回收部5、45、55、65将被超声波雾化机1、41、51、61雾化了的烟雾成分从运送气体中分离出来并回收。回收部5、45、55、65具备冷却运送气体并将烟雾成分回收的前段回收部8、48、58、68、和将在前段回收部8、48、58、68中分离了烟雾成分的运送气体中残留的烟雾成分回收的吸附回收部9、49、59、69。
前段回收部8、48、58、68使微细的烟雾凝集并以高浓度的乙醇溶液的形式回收。图示的前段回收部8、48、58、68在封闭结构的腔内装有用于冷却烟雾以使其凝集的冷却器12、412、512、612。图中的冷却器12、412、512、612是在热交换管13、413、513、613中固定有散热片(未图示)的热交换器。该冷却器12、412、512、612通过在热交换管13、413、513、613中循环冷却用的制冷剂或冷却水来进行冷却。但是，冷却器也可以是具备珀尔贴元件等的电子冷却器。在超声波雾化室4、44、54、64中雾化了的烟雾成分中一部分气化成为气体，气体被前段回收部8、48、58、68的冷却器12、412、512、612冷却，结露而凝集，并被回收。与运送气体一起流入到前段回收部8、48、58、68中的烟雾成分冲撞于冷却器12、412、512、612或者相互冲撞，发生剧烈的凝集，或者与冷却器12、412、512、612的散热片等冲撞而剧烈地凝集，以溶液的形式被回收。利用前段回收部8、48、58、68凝集烟雾和气体并回收了的运送气体被移送至吸附回收部9、49、59、69中。由于烟雾并非气体，因此可以不必冷却即可使其凝集并回收。但是，冷却烟雾可以迅速地回收。
前段回收部虽未图示，但可以在内部配置多张挡板。挡板在相邻的板之间设置可以通过烟雾的空隙，以垂直的姿势配置。垂直的挡板可以使烟雾冲撞于表面、从而使附着的溶液自然地流下并回收。挡板按照表面为凹凸面、可以更为高效地接触烟雾并回收的方式设置。
另外，前段回收部虽未图示，但可以设置强制送出运送气体并进行搅拌的风扇。风扇将回收部的运送气体送出，并搅拌烟雾和蒸气。被搅拌的烟雾相互冲撞而凝集，或者冲撞于挡板的表面上而凝集。凝集的烟雾迅速地落下而被回收。
另外，前段回收部虽未图示，但还可以设置使烟雾振动以提高冲撞效率的烟雾振动器。烟雾振动器具备使回收部的运送气体发生振动的电振动-机械振动转换器、驱动该电振动-机械振动转换器的振动电源。电振动-机械振动转换器是放射可听频率的声音的扬声器或者放射高于可听频率的超声波的超声波振子等。电振动-机械振动转换器为了高效地使烟雾振动，在前段回收部处使由电振动-机械振动转换器放射的振动发生共振。为了实现该目的，电振动-机械振动转换器在前段回收部处以共振的频率振动。换句话说，将前段回收部设计为与由电振动-机械振动转换器放射的振动发生共振的形状。
超声波是超出人类可听频率的高频率，因此耳朵是听不到的。因而，放射超声波的烟雾振动器使前段回收部的气体剧烈地振动，换句话说，极大地增加电振动-机械振动转换器的功率也不会对人类造成噪音。因此，超声波具有可以剧烈地振动烟雾、高效地使其冲撞并迅速地回收的优点。
以上的前段回收部由于配置有高效地使烟雾凝集的装置，因此可以更为迅速地凝集烟雾，从而制成高浓度的溶液。另外，虽未图示，但前段回收部内装有将溶液喷雾的喷嘴和搅拌烟雾的风扇、以及使烟雾振动的振动器，可以高效地凝集烟雾。另外，还可以内装两个用于凝集烟雾的装置，从而高效地使烟雾凝集。
吸附回收部9、49、59、69使在前段回收部8、48、58、68中烟雾成分分离后的运送气体中残存的烟雾成分吸附在吸附剂15、415、515、615上并回收。吸附回收部9、49、59、69通过使含有烟雾成分的运送气体与吸附剂15、415、515、615接触、从而使烟雾成分吸附在吸附剂15、415、515、615上的吸附工序；和将在吸附工序中被吸附剂15、415、515、615吸附的烟雾成分从吸附剂15、415、515、615上分离回收的分离工序，由此将烟雾成分从运送气体中分离。另外，吸附回收部9、49、59、69使分离工序的压力低于吸附工序的压力，从而从运送气体中将烟雾成分分离。即，吸附回收部9、49、59、69使从吸附剂15、415、515、615上分离烟雾成分的压力小于使运送气体与吸附剂15、415、515、615接触以吸附烟雾成分的压力，从而从运送气体中分离烟雾成分。
使分离工序的压力低于吸附工序的压力的原因在于，吸附剂15、415、515、615的吸附量随着压力而改变。图8为表示吸附剂吸附烟雾成分的吸附量在压力和温度下发生改变的倾向的曲线图。吸附剂吸附烟雾成分的特性随着吸附剂的种类、目标物质的烟雾成分的种类的不同而不同，通常具有该曲线图所示的倾向。即，吸附剂的吸附量在相同温度下具有压力变高则增加、压力降低则减少的倾向。另外，吸附剂的吸附量在相同压力下具有温度增高则减少、温度增高则增加的倾向。本发明的超声波分离方法和装置利用该特性高效地分离运送气体所含的烟雾成分并回收。即，通过使分离工序的压力低于吸附工序的压力，在吸附工序中使大量的烟雾成分吸附在吸附剂上，在分离工序中减少能够吸附在吸附剂上的烟雾成分的量，从而将烟雾成分从吸附剂上分离并回收。
吸附回收部9、49、59、69具备填充吸附剂15、415、515、615的密闭室16、416、516、616，控制运送气体流入到该密闭室16、416、516、616或者从密闭室16、416、516、616中排出的开关阀18、418、518、618，与密闭室16、416、516、616连接并从密闭室16、416、516、616排气的真空泵17、417、517、617。
密闭室16、416、516、616是封闭的腔，在内部填充有吸附剂15、415、515、615。吸附剂15、415、515、615例如可以使用沸石、活性炭、氧化锂、硅胶中的任一种或者它们的混合物。密闭室16、416、516、616介由移送通道6、46、56、66与前段回收部8、48、58、68的排出侧连接，使从前段回收部8、48、58、68流入的运送气体通过吸附剂15、415、515、615，从而使运送气体中含有的烟雾成分吸附在吸附剂15、415、515、615上。另外，图3和图6所示的密闭室16、616介由移送通道6、66将运送气体的排出侧与超声波雾化室4、64连接，图4的密闭室416介由运送气体的排出侧向大气中开放。连接密闭室16、416、516、616的流入侧和排出侧的移送通道6、46、56、66上设置有开关阀18、418、518、618。吸附回收部9、49、59、69在打开开关阀18、418、518、618的状态下将含有烟雾成分的运送气体供给至密闭室16、416、516、616中，使运送气体所含的烟雾成分吸附在吸附剂15、415、515、615上。
另外，图示的密闭室16、416、516、616介由吸引通道19、419、519、619将运送气体的排出侧与真空泵17、417、517、617连接。真空泵17、417、517、617从密闭室16、416、516、616强制性地排气，将密闭室16、416、516、616减压。吸附剂15、415、515、615如果被减压，则可以吸附的烟雾成分变少，因此不能吸附的烟雾成分从吸附剂15、415、515、615被分离而排出。吸引密闭室16、416、516、616的真空泵17、417、517、617将从吸附剂15、415、515、615分离的烟雾成分从吸附剂15、415、515、615上分离并进行排气。被真空泵17、417、517、617吸引的气体被冷却器21、421、521、621冷却。在密闭室16、416、516、616和真空泵17、417、517、617之间介由吸引阀20、420、520、620连接有冷却器21、421、521、621。被真空泵17、417、517、617吸引且从密闭室16、416、516、616中排出的气体流入到冷却器21、421、521、621中。冷却器21、421、521、621将从密闭室16、416、516、616的吸附剂15、415、515、615上分离排出的吸引气体冷却，从而将含有的烟雾成分凝结或者凝集，以液体的形式回收。
超声波分离装置虽未图示，但还可以利用一个冷却用冷风装置来冷却将回收气体冷却的冷却器和将运送气体冷却的前段回收部的冷却器。该结构可以利用一个冷却用冷风装置来冷却两个冷却器，因此可以简化整体结构。
图5所示的超声波分离装置在前段回收部58和吸附回收部59之间配置有鼓风机56。该超声波分离装置在加压状态下将通过鼓风机56循环的运送气体供给至吸附回收部59。鼓风机56例如可以将加压至高于大气压的运送气体供给至吸附回收部59。使供给到吸附回收部59的运送气体成为加压状态的超声波分离装置具有可以增加吸附工序的吸附剂515的吸附量的优点。因此，可以更高效地从运送气体中分离烟雾成分。但是，吸附回收部还可以分别控制与密闭室的吸入侧连接的开关阀、和与密闭室的排出侧连接的开关阀，从而调整供给至密闭室的运送气体的压力。而且，超声波分离装置并非一定使所供给的运送气体成为高于大气压的高压，还可以是大气压。
另外，图示的吸附回收部9、419、519、619具备由第1密闭室16A、416A、516A、616A和第2密闭室16B、416B、516B、616B构成的一对密闭室16、416、516、616。该结构的吸附回收部9、49、59、69具有可以一边在吸附工序和分离工序之间切换一对密闭室16、416、516、616、一边在一对密闭室16、416、516、616中高效地将烟雾成分分离的优点。该结构的吸附回收部9、49、59、69如下所示从运送气体中分离烟雾成分。
(1)打开第1密闭室16A、416A、516A、616A的开关阀18、418、518、618，关闭第2密闭室16B、416B、516B、616B的开关阀18、418、518、618和第1密闭室16A、416A、516A、616A的吸引阀20、420、520、620。在此状态下，由前段回收部8、48、58、68供给的运送气体流入到第1密闭室16A、416A、516A、616A中，吸附在填充于第1密闭室16A、416A、516A、616A中的吸附剂15、415、515、615上。
(2)经过规定时间后，关闭第1密闭室16A、416A、516A、616A的开关阀18、418、518、618和第2密闭室16B、416B、516B、616B的吸引阀20、420、520、620，打开第2密闭室16B、416B、516B、616B的开关阀18、418、518、618。在此状态下，由前段回收部8、48、58、68供给的运送气体不流入到第1密闭室16A、416A、516A、616A中，而是流入到第2密闭室16B、416B、516B、616B中，吸附在填充于第2密闭室16B、416B、516B、616B中的吸附剂15、415、515、615上。
(3)打开第1密闭室16A、416A、516A、616A的吸引阀20、420、520、620，利用真空泵17、417、517、617从第1密闭室16A、416A、516A、616A排气。第1密闭室16A、416A、516A、616A被减压，烟雾成分从吸附剂15、415、515、615上被分离。
(4)从第1密闭室16A、416A、516A、616A的吸附剂15、415、515、615上分离的烟雾成分从第1密闭室16A、416A、516A、616A排出，流入到冷却器21、421、521、621中，被冷却器21、421、521、621冷却而凝结、凝集并回收。
(5)经过规定时间后，打开第1密闭室16A、416A、516A、616A的开关阀18、418、518、618，关闭第2密闭室16B、416B、516B、616B的开关阀18、418、518、618和第1密闭室16A、416A、516A、616A的吸引阀20、420、520、620。在此状态下，由前段回收部8、48、58、68供给的运送气体不流入到第2密闭室16B、416B、516B、616B中，而是流入到第1密闭室16A、416A、516A、616A中，吸附在填充于第1密闭室16A、416A、516A、616A中的吸附剂15、415、515、615上。
(6)打开第2密闭室16B、416B、516B、616B的吸引阀20、420、520、620，利用真空泵17、417、517、617从第2密闭室16B、416B、516B、616B排气。第2密闭室16B、416B、516B、616B被减压，烟雾成分从吸附剂15、415、515、615上被分离。
(7)从第2密闭室16B、416B、516B、616B的吸附剂15、415、515、615上分离的烟雾成分从第2密闭室16B、416B、516B、616B排出，流入到冷却器21、421、521、621中，被冷却器21、421、521、621冷却而凝结、凝集并回收。
(8)反复(2)～(7)的工序，即交替开关开关阀18、418、518、618，在-对密闭室16、416、516、616内将烟雾成分从运送气体中分离。
另外，吸附回收部9、49、59、69可以使吸附工序的吸附剂温度低于分离工序的吸附剂温度，从而更高效地回收运送气体的烟雾成分。其原因如上所述，是由于吸附剂的吸附量随温度而改变。吸附回收部例如可以在吸附工序中冷却吸附剂以增加吸附量。
如图3～图5所示，将前段回收部8、48、58作为冷却器12、412、512的回收部5、45、55在运送气体通过冷却器12、412、512时使其冷却，因此通过前段回收部8、48、58后流入到吸附回收部9、49、59的运送气体被冷却器12、412、512冷却。供给冷却过的运送气体的密闭室16、416、516通过该运送气体将吸附剂15、415、515冷却，因此吸附工序的烟雾成分的吸附量增加，大量地吸附运送气体所含的烟雾成分。回收部还可以将冷却吸附剂的温度控制部设置在吸附回收部上，通过该温度控制部冷却吸附剂。该温度控制部例如为冷却器，设置在密闭室的内部来冷却吸附剂。冷却器例如还可以使用冷却用热交换器或电子冷却器。
另外，吸附回收部在分离工序中还可以加热吸附剂。被加热的吸附剂由于可以吸附的烟雾成分的量减少，因此可以高效地分离所吸附的烟雾成分。该吸附回收部虽未图示，但具有加热吸附剂的温度控制部。该温度控制部例如为加热器，配置在密闭室的内部来加热吸附剂。加热器可以使用加热用热交换器或加热器。
另外，图6的吸附回收部69为了控制填充在密闭室616内的吸附剂615的温度，具有温度控制部622。该温度控制部622的结构为可以对填充在密闭室616内的吸附剂615进行冷却和加热。该温度控制部622示于图9中。
该图所示的温度控制部622具备配置在各密闭室616中的热交换器623、在一个密闭室616的热交换器623中循环热水的加热机构624、在另一个密闭室616中循环冷水的冷却机构625、切换在各密闭室616中循环的热水和冷水的控制阀627、对加热机构624的热水罐628进行加热、同时对冷却机构625的冷水罐629进行冷却的冷冻循环626。
热交换器623配置在密闭室616的内部。热交换器623在内部循环有热水的状态下加热吸附剂615，在内部循环有冷水的状态下冷却吸附剂615。加热机构624是在热水罐628的内部配置有冷冻循环626的放热器631，使被放热器加热的热水在循环路中循环，从而加热密闭室616。冷却机构625是在冷水罐629的内部配置有冷冻循环626的吸热器633，使被吸热器冷却的冷水在循环路中循环，从而冷却密闭室616。加热机构和冷却机构还可以循环水以外的制冷剂。
冷冻循环626具备对气化了的制冷剂进行加压的压缩机630、使被该压缩机630加压了的制冷剂液化的放热器631、利用被液化的制冷剂的气化热强制地冷却的吸热器633、连接在放热器631和吸热器633之间的膨胀阀632。膨胀阀632使加压、冷却而液化了的制冷剂在吸热器633的内部绝热膨胀，利用制冷剂的气化热强制地冷却吸热器633。该冷冻循环626按照使放热器63 1和吸热器632的温度为设定温度的方式来调整膨胀阀632的张开程度和压缩机630的输出功率。
以上结构的温度控制部622通过切换控制阀627、使热水在一个密闭室616的热交换器623中循环以进行加热，使冷水在另一个密闭室616的热交换器623中循环以进行冷却。该结构的温度控制部622可以通过一个冷却循环626对一对密闭室616进行加热和冷却，因此可以高效地对填充于一对密闭室616中的吸附剂615进行温度控制。具备一对密闭室616的吸附回收部69的一个密闭室616处于吸附工序的状态下，另一个密闭室616处于分离工序。因此，该温度控制部622可以冷却处于吸附工序的密闭室616以高效地使烟雾成分吸附在吸附剂615上，同时可以加热处于分离工序的密闭室616以高效地分离吸附在吸附剂615上的烟雾成分。
另外，温度控制部622加热吸附剂615的吸附回收部69由于可以将由吸附回收部69循环至超声波雾化室64中的运送气体加热，因此具有可以在超声波雾化室64中高效地产生烟雾的优点。这是由于超声波雾化室64中溶液雾化为烟雾的程度随着溶液和运送气体的温度而改变，如果运送气体和溶液的温度增高，则烟雾的产生量增加。温度控制部622将运送气体加热至25～30℃。温度控制部622还可以将运送气体加热至15～40℃后供给至超声波雾化室64中。供给至超声波雾化室64的运送气体的温度如果增高，则烟雾的产生量增多，但如果温度过高，则会使乙醇等目标物质变质。相反，如果温度低，则有将目标物质制成烟雾的效率降低的倾向。
本发明的溶液的超声波分离方法和装置可以用于在如从低浓度的乙醇中分离出高浓度的乙醇那样的从含有2种以上物质的混合物中分离出特定物质的浓度高的高浓度溶液、或者分离出溶液中所含的目标物质。
权利要求
1.一种溶液的超声波分离方法，其包括在超声波雾化室(4)中使溶液发生超声波振动，在运送气体中雾化成烟雾，将含有雾化了的烟雾的运送气体移送到回收部(5)，在回收部(5)中，将从溶液变为烟雾而被雾化了的烟雾成分从运送气体中分离并回收，其中，在回收部(5)中，通过吸附工序和分离工序将烟雾成分从运送气体中分离，同时使分离工序的压力低于吸附工序的压力，将烟雾成分从运送气体中分离；所述吸附工序为使含有烟雾成分的运送气体与吸附剂(15)接触而使烟雾成分吸附在吸附剂(15)上，所述分离工序为将在吸附工序中吸附在吸附剂(15)上的烟雾成分从吸附剂(15)上分离并回收。
2.权利要求1所述的溶液的超声波分离方法，其中，在回收部(5)中，利用冷却器(12)对运送气体进行冷却而分离烟雾成分后，使运送气体与吸附剂(15)接触，从而使烟雾成分吸附在吸附剂(15)上。
3.权利要求1所述的溶液的超声波分离方法，其中，在分离工序中，将吸附剂(15)配置在密闭室(16)中，利用真空泵(17)将该密闭室(16)的运送气体排气，使密闭室(16)的压力减压至小于大气压，从而将烟雾成分从吸附剂(15)上分离。
4.权利要求3所述的溶液的超声波分离方法，其中，在吸附工序中，将吸附剂(15)配置在大气压的密闭室(16)中，使运送气体的烟雾成分吸附在吸附剂(15)上。
5.权利要求1或3所述的溶液的超声波分离方法，其中，在吸附工序中，将吸附剂(15)配置在被加压至高于大气压的密闭室(16)中，使运送气体的烟雾成分吸附在吸附剂(15)上。
6.权利要求1所述的溶液的超声波分离方法，其中，使吸附工序的吸附剂(15)的温度低于分离工序的吸附剂(15)的温度。
7.一种溶液的超声波分离装置，其具备被供给溶液的超声波雾化室(4)、利用超声波振动将该超声波雾化室(4)的溶液在运送气体中雾化成烟雾并使其飞散的超声波振子(2)、与该超声波振子(2)连接并向超声波振子(2)供给高频电力以使其发生超声波振动的超声波电源(3)、使被超声波振子(2)雾化后由运送气体移送的烟雾成分吸附在吸附剂(15)上以从运送气体中分离的回收部(5)；其中，回收部(5)具备使运送气体与吸附剂(15)接触以使运送气体中所含的烟雾成分吸附在吸附剂(15)上、将吸附了的烟雾成分从吸附剂(15)上分离、从而从运送气体中分离烟雾成分的吸附回收部(9)；该吸收回收部(9)使从吸附剂(15)上分离烟雾成分的压力低于使运送气体与吸附剂(15)接触以吸附烟雾成分的压力，从而从运送气体中分离烟雾成分。
8.权利要求7所述的溶液的超声波分离装置，其中，回收部(5)具备对运送气体进行冷却并回收烟雾成分的前段回收部(8)，通过该前段回收部(8)，将分离了烟雾成分的运送气体供给至吸附回收部(9)。
9.权利要求7所述的溶液的超声波分离装置，其中，吸附回收部(9)中，在密闭室(16)中填充有吸附剂(15)，并使真空泵(17)与该密闭室(16)连接，真空泵(17)从密闭室(16)排气，从而从吸附剂(15)上分离烟雾成分。
10.权利要求9所述的溶液的超声波分离装置，其中，密闭室(16)介由开关阀(18)与超声波雾化室(4)连接，打开开关阀(18)以将含有烟雾成分的运送气体由超声波雾化室(4)供给至密闭室(16)中，使烟雾成分吸附在吸附剂(15)上，打开开关阀(18)以将密闭室(16)减压，从而从吸附剂(15)上分离烟雾成分。
11.权利要求10所述的溶液的超声波分离装置，其中，在一对密闭室(16)内填充吸附剂(15)，一对密闭室(16)介由开关阀(18)与超声波雾化室(4)连接，打开一个开关阀(18)以将含有烟雾成分的运送气体供给至密闭室(16)中，关闭另一个开关阀(18)以从密闭室(16)排气并将烟雾成分从吸附剂(15)上分离，交替开关开关阀(18)以将烟雾成分从运送气体中分离。
12.权利要求7所述的溶液的超声波分离装置，其中，吸附回收部(9)具备温度控制部(22)，温度控制部(22)将吸附运送气体的烟雾成分的吸附剂(15)的温度控制在低于分离烟雾成分的吸附剂(15)的温度。
13.权利要求7所述的溶液的超声波分离装置，其特征在于，吸附剂(15)为沸石、活性炭、氧化锂、硅胶中的任一种或者它们的混合物。
全文摘要
溶液的超声波分离方法是在超声波雾化室(4)中使溶液发生超声波振动，在运送气体中雾化成烟雾，将含有雾化了的烟雾的运送气体移送至回收部(5)，在回收部(5)中，将从溶液变为烟雾而被雾化了的烟雾成分从运送气体中分离并回收。超声波分离方法通过在回收部(5)中使含有烟雾成分的运送气体与吸附剂(15)接触而使烟雾成分吸附在吸附剂(15)上的吸附工序、和将在吸附工序中吸附在吸附剂(15)上的烟雾成分从吸附剂(15)上分离并回收的分离工序，由此将烟雾成分从运送气体中分离，同时使分离工序的压力低于吸附工序的压力，从运送气体中分离烟雾成分。
文档编号C12G3/12GK101094711SQ20058004545
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者松浦一雄 申请人:超音波酿造所有限会社