超音波霧化分離とは

超音波霧化分離とは?

ミスト発生
数ミリ秒の内にナノサイズのミストを非加熱で発生させます。(同志社大学土屋教授の撮影による)

超音波霧化分離とは、超音波を液体(溶液)に照射することで霧を発生させ、霧状になりやすい物質となりにくい物質があることを利用して、液体を分離・濃縮する技術です。

従来の液体を加熱して分離・濃縮する蒸留法に比べ、大幅にエネルギー消費量を削減できます。

超音波霧化の現象自体は既に19世紀末より知られており、現在ではネブライザーや加湿器、塗装など多岐にわたって用いられる一般的な技術です。

超音波霧化による分離・濃縮技術は、弊社代表取締役の松浦一雄らにより1995年に報告されて以降、研究が進んできました。

蒸留との違い

蒸留による物質の分離
蒸留はすべてバラバラに
熱というコストをかけて、すべての物質のつながりをバラバラにする。

超音波霧化による物質の分離
霧化は物質の種類ごとに
霧化しやすい物質同士はもともと固まって存在している。同じ物質同士のつながりはそのままに、霧状になりやすい物質の固まりと、霧状になりにくい物質の固まりのつながりだけを絶つため最低限のコストで済む。

液体を分離するには、そもそもすべてをバラバラにする必要などなかったのです。もともと同じ性質の物質同士はかたまって存在しており、そのかたまりの単位で分けてやれば良かったのです。これは多くの人が見落としていた盲点です。

超音波霧化分離装置の仕組み

霧化分離装置の分離原理

液体には、霧状になりやすい液体と、なりにくい液体があり、それぞれミストの大きさ(粒径)とミスト生成速度が異なります。その差を利用して液体を分離・濃縮します。

ミストが分離装置であるサイクロンを通過する際、重いミストは落下しますが、軽いミストはコンデンサーへ移動し、冷却され再び液体化します。

超音波霧化分離のメリット

エネルギー源は少量の電気のみ

少量の電力で稼働

従来の蒸留法では大量の化石燃料が必要でした。超音波霧化分離装置は、蒸留装置を使用した場合に比べ、使用エネルギーを約3~7割、CO2排出量を約4~8割削減できるケースが多いです。

従来の蒸留装置や蒸発缶は、装置単体のコストだけでなく、ボイラーの取得コストやメンテナンスコストが必要でしたが、超音波霧化分離装置はシンプルに電気のみで稼働します。

環境にやさしい技術

省エネルギー

省エネルギーで液体の濃縮・分離・精製・リサイクルが可能です。超音波霧化分離は廃棄物削減にもつながりる技術です。

蒸留法と比較した場合、蒸留が液体(溶液)を加熱して気化させるエネルギーが必要なのに対して、超音波霧化分離は液体を同じ液体である霧(液滴)に変化させるだけであり、そもそも必要なエネルギー量が圧倒的に少なく済みます。

分離が困難とされた液体も分離できる

濃縮還元ジュース

従来技術では分離が難しいとされた液体でも分離・濃縮ができる場合があります。

超音波霧化分離は、気液平衡に依存しないため、共沸混合液の分離が容易に行えます。

また低温で分離するため、食品や香料などの熱に弱い液体や、重合を避けなければいけない場合でも分離・濃縮が可能です。

低温運転なので安全

手で触れても熱くない

装置表面は手で触れることができる温度なので安全です。病院など高温稼働が好ましくない場所にも設置することができます。

設備の運用がラク

並列運用の霧化槽ユニット

ユニットを並列運用させる場合、運転しながらの部品交換が可能であり、メンテナンスが容易です。

また、電気で稼働するため、オンラインで装置の監視が出来、稼働状況やエネルギー使用量の把握がスムーズです。

稼働開始が早い

スイッチONですぐ稼働

スイッチONで、瞬時に霧化が始まります。スタートアップ時間が短く、動かしたい時だけ稼働させることができます。
※従来の蒸留法における蒸留塔では、焚きっぱなしが常識でした。

導入後のアップグレードが容易

廃水処理用の大規模装置の例

霧化槽がモジュール構造なので、モジュールの追加により導入後の能力アップが容易です。

実験用の小型サイズから、中規模、大規模まで対応可能です。

超音波霧化分離の実用化試験

超音波振動子
超音波振動子1.6MHzと2.4MHzがあります。表面をステンレス薄膜で被覆してありますから、耐食性にも優れています。

水よりも低粘度の液体(溶液)であれば、蒸留法の蒸発潜熱(蒸発エンタルピー)の1/5以下もしくはそれより小さい所用エネルギーで霧化が実現します。

お客様がお考えの混合液について、超音波霧化が有効であるかどうかは、弊社にお持ち込み頂くことであらかじめ調べることが可能です。

まず弊社の超音波霧化分離装置で分離特性と霧化速度の測定試験を行います。結果が良好であれば実用化を検討できます。超音波振動子ユニットの数を簡単に増やせますので、中規模・大規模な装置も実現できます。

また、ミストの回収方法も、混合液の成分によって異なりますので、液の種類によって最適な回収方法をご提案させて頂きます。(有料にて試験を承っております。お気軽にご相談下さい。

霧化効率は溶液の粘度と温度で決まる

グラフ 超音波tention
超音波霧化現象は、溶液の表面張力と粘度に大きく影響を受けます。したがって、霧化速度は液種や溶液温度に影響を受けます。

グラフ 超音波viscosity
霧化所要エネルギーは、超音波振動回路に投入した電気エネルギーを単位時間あたりの霧化速度で割ったものになります。