JP2018166482A - Fluid mixing device, gas processing equipment and waste disposal system - Google Patents

Fluid mixing device, gas processing equipment and waste disposal system Download PDF

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JP2018166482A JP2017068718A JP2017068718A JP2018166482A JP 2018166482 A JP2018166482 A JP 2018166482A JP 2017068718 A JP2017068718 A JP 2017068718A JP 2017068718 A JP2017068718 A JP 2017068718A JP 2018166482 A JP2018166482 A JP 2018166482A
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石井 徹哉
Tetsuya Ishii
徹哉 石井
和都 夏山
Kazuto Natsuyama
和都 夏山
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Abstract

To provide a fluid mixing device capable of supplying a second fluid into a device body at high efficiency, regulating a flow of a first fluid in the device body for forming a uniform flow, thereby mixing efficiently and in a uniform manner, the first fluid and second fluid in each part in the device body, and to provide gas processing equipment and waste disposal system comprising the above mentioned fluid mixing device.SOLUTION: A gas fermentation device (fluid mixing device) comprises: a container for storing a culture broth including a gas utilization bacterium; a circulation line connected to the container; and a pump provided in a midway of the circulation line for circulating the culture broth through the circulation line. In the container, plural fluid mixing parts 10 are provided along a vertical direction of the container so as to traverse the flow of teh culture broth. Each of the fluid mixing parts 10 comprises: plural open holes 10a which are formed of plural holes 11a of a plate-shaped part 11 and an inner space 12a of a corresponding cylindrical part 12; and one space 10b defined by the plate-shaped part 11 and the plural cylindrical parts 12.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、流体混合装置、ガス処理装置および廃棄物処理システムに関する。   The present invention relates to a fluid mixing device, a gas processing device, and a waste processing system.

容器内に収納した液体中で、有機物質の合成反応や微生物の培養等が広く行われている。有機物質の合成反応では、液体(触媒を含有する媒体油)中に原料ガスが供給され、触媒の作用により原料ガスから有機物質を合成する(例えば、特許文献1参照)。また、微生物の培養では、液体(培養液)中に微生物の生育に必要なガスが供給され、微生物を増殖させる(例えば、特許文献2)。   Synthetic reactions of organic substances and culturing of microorganisms are widely performed in liquids stored in containers. In the organic substance synthesis reaction, a raw material gas is supplied into a liquid (medium oil containing a catalyst), and the organic substance is synthesized from the raw material gas by the action of the catalyst (see, for example, Patent Document 1). Further, in the culture of microorganisms, a gas necessary for the growth of microorganisms is supplied into a liquid (culture solution) to propagate the microorganisms (for example, Patent Document 2).

有機物質の収率や微生物の増殖率を向上させるためには、液体中にガスを均一に分散させることが重要である。このため、特許文献1では、容器の底部側に配置されたスパージャーを用いて原料ガスをバブルとして液体中に供給することが行われている。さらに、特許文献2では、撹拌翼を用いて、容器内の液体を撹拌することも行われている。   In order to improve the yield of organic substances and the growth rate of microorganisms, it is important to uniformly disperse the gas in the liquid. For this reason, in Patent Document 1, the raw material gas is supplied into the liquid as bubbles using a sparger arranged on the bottom side of the container. Furthermore, in patent document 2, stirring the liquid in a container is also performed using a stirring blade.

しかしながら、容器のサイズ(特に、高さ)を大きくすることを検討した場合、現在行われている撹拌の方法では、容器の水平方向における液体の均一な流れ(一様流)を形成することができない。このため、スパージャーからガスをバブルとして供給しても、容器内の各部において液体中に均一に分散させることが困難である。   However, when considering increasing the size (especially height) of the container, the current stirring method may form a uniform flow (uniform flow) of the liquid in the horizontal direction of the container. Can not. For this reason, even if gas is supplied as a bubble from the sparger, it is difficult to uniformly disperse the liquid in each part in the container.

一方、ガスを容器内に供給(注入)する際には、ガスを加圧する必要があり、加圧エネルギーを要する。特に、圧縮機等によりガスを加圧する場合、加圧によりガスの温度が上昇するため、加熱に利用されたエネルギーは損失になる。また、加圧後のガスの冷却を必要とすることもある。このため、冷却装置の設置に要する費用やその運転に要する費用が嵩む。さらに、ガスの冷却により廃棄される熱エネルギーを無駄に消費することにもなる。   On the other hand, when supplying (injecting) the gas into the container, it is necessary to pressurize the gas, which requires pressurizing energy. In particular, when the gas is pressurized by a compressor or the like, the temperature of the gas rises due to the pressurization, so that the energy used for heating is lost. Moreover, the gas after pressurization may need to be cooled. For this reason, the cost required for installation of the cooling device and the cost required for its operation increase. Furthermore, the heat energy discarded by cooling the gas is wasted.

特開2012−246232号公報JP 2012-246232 A 特開2012−44943号公報JP 2012-44943 A

本発明の目的は、第2の流体を高効率で装置本体内に供給するとともに、装置本体内における第1の流体の流れを整えて一様流を形成することにより、装置本体内の各部において第1の流体と第2の流体とを効率よくかつ均一に混合し得る流体混合装置を提供することにある。また、本発明の目的は、かかる流体混合装置を有するガス処理装置および廃棄物処理システムを提供することにもある。   An object of the present invention is to supply the second fluid into the apparatus main body with high efficiency, and to arrange the flow of the first fluid in the apparatus main body to form a uniform flow, so that each part in the apparatus main body An object of the present invention is to provide a fluid mixing apparatus capable of mixing a first fluid and a second fluid efficiently and uniformly. Another object of the present invention is to provide a gas treatment device and a waste treatment system having such a fluid mixing device.

このような目的は、下記の本発明により達成される。   Such an object is achieved by the present invention described below.

[1]本発明の流体混合装置は、
第1の流体を通過させるか、または収納する装置本体と、
前記装置本体内に前記第1の流体の流れを生成する流れ生成機構と、
前記装置本体内に第2の流体を供給する第2の流体供給機構と、
前記第1の流体の流れを横切るように前記装置本体内に設けられ、前記第2の流体が通過する際に、前記第1の流体と前記第2の流体とを混合する1つ以上の流体混合部と、を有し、
前記流体混合部は、前記第1の流体の流れ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記第1の流体の流れ方向の下流側で閉塞し、前記第2の流体を一時的に貯留可能な貯留空間とを備えることを特徴とする。
[1] The fluid mixing device of the present invention comprises:
An apparatus body for passing or storing the first fluid;
A flow generating mechanism for generating a flow of the first fluid in the apparatus body;
A second fluid supply mechanism for supplying a second fluid into the apparatus body;
One or more fluids provided in the apparatus body so as to cross the flow of the first fluid and mixing the first fluid and the second fluid when the second fluid passes through A mixing section,
The fluid mixing unit is closed at a plurality of through holes penetrating in the flow direction of the first fluid and downstream in the flow direction of the first fluid, and can temporarily store the second fluid. And a storage space.

[2]本発明の流体混合装置では、前記第1の流体は液体であり、前記第2の流体はガスであることが好ましい。   [2] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the first fluid is a liquid and the second fluid is a gas.

[3]本発明の流体混合装置では、前記第1の流体は液体であり、前記第2の流体も液体であることが好ましい。   [3] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the first fluid is a liquid and the second fluid is also a liquid.

[4]本発明の流体混合装置では、前記第1の流体はガスであり、前記第2の流体は液体であることが好ましい。   [4] In the fluid mixing apparatus of the present invention, it is preferable that the first fluid is a gas and the second fluid is a liquid.

[5]本発明の流体混合装置では、前記第1の流体はガスであり、前記第2の流体もガスであることが好ましい。   [5] In the fluid mixing apparatus of the present invention, it is preferable that the first fluid is a gas and the second fluid is also a gas.

[6]本発明の流体混合装置では、前記流体混合部は、前記複数の貫通孔と前記貯留空間とを連通する複数の連通路を備えることが好ましい。   [6] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the fluid mixing unit includes a plurality of communication passages that connect the plurality of through holes and the storage space.

[7]本発明の流体混合装置では、前記貫通孔の平均横断面積をA[mm]とし、前記連通路の平均横断面積をB[mm]としたとき、B/Aが0.01〜0.2であることが好ましい。 [7] In the fluid mixing device of the present invention, when the average cross-sectional area of the through hole is A [mm 2 ] and the average cross-sectional area of the communication path is B [mm 2 ], B / A is 0.01 It is preferable that it is -0.2.

[8]本発明の流体混合装置では、各前記貫通孔は、その横断面積が前記第1の流体の前記流れ方向の下流側から上流側に向かって漸減する部分を備えることが好ましい。   [8] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that each through hole includes a portion whose cross-sectional area gradually decreases from the downstream side in the flow direction of the first fluid toward the upstream side.

[9]本発明の流体混合装置では、隣接する前記貫通孔の前記第1の流体の流れ方向の下流側の開口同士の離間距離は、1mm以下であることが好ましい。   [9] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the distance between the openings on the downstream side in the flow direction of the first fluid in the adjacent through holes is 1 mm or less.

[10]本発明の流体混合装置では、前記貯留空間は、前記流体混合部の前記第1の流体の流れ方向の上流側に開放していることが好ましい。   [10] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the storage space is open upstream of the fluid mixing unit in the flow direction of the first fluid.

[11]本発明の流体混合装置では、前記貯留空間は、前記流体混合部の前記液体の流れ方向の上流側で閉塞していることが好ましい。   [11] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the storage space is closed on the upstream side of the fluid mixing portion in the liquid flow direction.

[12]本発明の流体混合装置では、各前記貫通孔は、その横断面積が前記第1の流体の流れ方向の上流側から下流側に向かって漸減する部分を備えることが好ましい。   [12] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that each through hole includes a portion whose cross-sectional area gradually decreases from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the first fluid.

[13]本発明の流体混合装置では、隣接する前記貫通孔の前記第1の流体の流れ方向の上流側の開口同士の離間距離は、1mm以下であることが好ましい。   [13] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the distance between the openings on the upstream side in the flow direction of the first fluid of the adjacent through holes is 1 mm or less.

[14]本発明の流体混合装置では、前記第2の流体供給機構は、前記第2の流体を前記流体混合部の前記貯留空間に直接供給するように構成されていることが好ましい。   [14] In the fluid mixing apparatus of the present invention, it is preferable that the second fluid supply mechanism is configured to directly supply the second fluid to the storage space of the fluid mixing unit.

[15]本発明の流体混合装置では、前記流体混合部を前記第1の流体の流れ方向の下流側から見たとき、前記複数の貫通孔の前記流体混合部に対する占める割合が1〜50%であることが好ましい。   [15] In the fluid mixing device of the present invention, when the fluid mixing unit is viewed from the downstream side in the flow direction of the first fluid, the ratio of the plurality of through holes to the fluid mixing unit is 1 to 50%. It is preferable that

[16]本発明の流体混合装置では、前記流体混合部を前記第1の流体の流れ方向の上流側から見たとき、前記複数の貫通孔の前記流体混合部に対する占める割合が10〜50%であることが好ましい。   [16] In the fluid mixing device of the present invention, when the fluid mixing section is viewed from the upstream side in the flow direction of the first fluid, the ratio of the plurality of through holes to the fluid mixing section is 10 to 50%. It is preferable that

[17]本発明の流体混合装置では、前記1つ以上の流体混合部は、前記第1の流体の流れ方向に沿って設けられた複数の前記流体混合部を含むことが好ましい。   [17] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the one or more fluid mixing units include a plurality of the fluid mixing units provided along the flow direction of the first fluid.

[18]本発明の流体混合装置では、前記装置本体は、前記第1の流体を通過させる管体で構成されていることが好ましい。   [18] In the fluid mixing apparatus of the present invention, it is preferable that the apparatus main body is formed of a tubular body through which the first fluid passes.

[19]本発明の流体混合装置では、前記装置本体は、前記第1の流体を収納する容器で構成されていることが好ましい。   [19] In the fluid mixing device of the present invention, it is preferable that the device main body is constituted by a container for storing the first fluid.

[20]本発明の流体混合装置では、前記容器は、筒状の胴部と、前記胴部の下端開口を塞ぐ底部と、前記胴部の上端開口を塞ぐ頂部とを備え、
前記流れ生成機構は、前記胴部の上部と前記底部とを接続するラインと、前記ラインの途中に設けられ、前記液体を循環させるポンプとを備え、前記ポンプの作動により、前記容器の下側から上側に向かう前記液体の流れを生成するように構成されていることが好ましい。
[20] In the fluid mixing device of the present invention, the container includes a cylindrical body, a bottom that closes a lower end opening of the body, and a top that closes an upper end opening of the body.
The flow generation mechanism includes a line that connects the upper portion of the body portion and the bottom portion, and a pump that is provided in the middle of the line and that circulates the liquid. It is preferable that the liquid flow toward the upper side is generated.

[21]また、本発明のガス処理装置は、
上記流体混合装置と、
前記流体混合装置の前記容器内に、前記第2の流体として供給されたガスから生成された有機物質を処理する処理部と、を有することを特徴とする。
[21] Further, the gas treatment device of the present invention comprises:
The fluid mixing device;
The container of the fluid mixing apparatus further includes a processing unit that processes an organic substance generated from the gas supplied as the second fluid.

[22]さらに、本発明の廃棄物処理システムは、
上記ガス処理装置と、
前記容器に接続され、廃棄物を処理することにより前記ガスを生成するガス生成部と、を有することを特徴とする。
[22] Further, the waste treatment system of the present invention includes:
The gas treatment device;
A gas generating unit connected to the container and configured to generate the gas by processing waste.

本発明によれば、第2の流体を高効率で装置本体内に供給するとともに、装置本体内における第1の流体の流れを整えて一様流を形成することにより、装置本体内の各部において第1の流体と第2の流体とを効率よくかつ均一に混合し得る。   According to the present invention, the second fluid is supplied into the apparatus main body with high efficiency, and the flow of the first fluid in the apparatus main body is adjusted to form a uniform flow. The first fluid and the second fluid can be mixed efficiently and uniformly.

本発明の流体混合装置を用いたガス発酵器を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the gas fermenter using the fluid mixing apparatus of this invention. 図1のガス発酵器が備える流体混合部の一構成例を示す部分断面斜視図である。It is a fragmentary sectional perspective view which shows one structural example of the fluid mixing part with which the gas fermenter of FIG. 1 is provided. 図2の流体混合部を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the fluid mixing part of FIG. 流体混合部の他の構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing other examples of composition of a fluid mixing part. 流体混合部の他の構成例を示す部分断面斜視図である。It is a fragmentary sectional perspective view which shows the other structural example of a fluid mixing part. 図5の流体混合部を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the fluid mixing part of FIG. 流体混合部の他の構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing other examples of composition of a fluid mixing part. 本発明の廃棄物処理システムの実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram showing an embodiment of a waste disposal system of the present invention. 図8の廃棄物処理システムが有する乾燥部、ガス化炉、熱交換器および蒸留器の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the drying part, gasifier, heat exchanger, and distiller which the waste disposal system of FIG. 8 has. 実施例でシミュレーションを行うために、図7に示す流体混合部の断面を模式的に示した図である。FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a cross section of the fluid mixing unit illustrated in FIG. 7 in order to perform simulation in the example. 比較例でシミュレーションを行うための構成を示す図である。It is a figure which shows the structure for performing a simulation with a comparative example.

以下、本発明の流体混合装置、ガス処理装置および廃棄物処理システムについて、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<ガス発酵器>
まず、本発明の流体混合装置を用いたガス発酵器について説明する。
Hereinafter, a fluid mixing device, a gas treatment device, and a waste treatment system of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<Gas fermenter>
First, a gas fermenter using the fluid mixing apparatus of the present invention will be described.

図1は、本発明の流体混合装置を用いたガス発酵器を模式的に示す側面図、図2は、図1のガス発酵器が備える流体混合部の一構成例を示す部分断面斜視図、図3は、図2の流体混合部を示す部分断面図、図4は、流体混合部の他の構成例を示す部分断面図、図5は、流体混合部の他の構成例を示す部分断面斜視図、図6は、図5の流体混合部を示す部分断面図、図7は、流体混合部の他の構成例を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a side view schematically showing a gas fermenter using the fluid mixing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing one configuration example of a fluid mixing unit provided in the gas fermenter of FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the fluid mixing section of FIG. 2, FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing another configuration example of the fluid mixing section, and FIG. 5 is a partial cross-section showing another configuration example of the fluid mixing section. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the fluid mixing unit in FIG. 5, and FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing another configuration example of the fluid mixing unit.

なお、図3、図4、図6および図7では、流体混合部におけるバブルの生成状態を示している。また、図2〜図7では、図面が見難くならないように、断面を示すハッチングを省略している。   In addition, in FIG.3, FIG.4, FIG.6 and FIG. 7, the production | generation state of the bubble in a fluid mixing part is shown. Moreover, in FIG. 2 to FIG. 7, hatching indicating a cross section is omitted so as not to make it difficult to see the drawings.

図1に示すガス発酵器(培養容器)6は、ガス資化性細菌(微生物)を含む培養液(第1の流体)を収納する容器(装置本体)61と、容器61に接続された循環ライン62と、循環ライン62の途中に設けられ、循環ライン62を介して培養液を循環させるポンプ63とを有している。すなわち、ガス発酵器6は、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの発酵器である。   A gas fermenter (culture container) 6 shown in FIG. 1 includes a container (device main body) 61 that stores a culture solution (first fluid) containing gas-assimilating bacteria (microorganisms), and a circulation connected to the container 61. A line 62 and a pump 63 provided in the middle of the circulation line 62 for circulating the culture solution through the circulation line 62 are provided. That is, the gas fermenter 6 is a type of fermenter that stirs the culture solution by circulating the culture solution itself.

容器61は、長手方向を鉛直方向として配置された円筒状の胴部611と、胴部611の下端開口を塞ぐ底部612と、胴部611の上端開口を塞ぐ頂部613とを備えている。循環ライン62は、胴部611の上部と底部612とに接続されている。ポンプ63の作動により、容器61内には、底部側(下側)から頂部側(上側)に向かう培養液の流れが生成される。したがって、本実施形態では、循環ライン62とポンプ63とにより、容器61内に培養液(液体)の流れを生成する流れ生成機構が構成されている。   The container 61 includes a cylindrical body 611 arranged with the longitudinal direction as a vertical direction, a bottom 612 that closes the lower end opening of the body 611, and a top 613 that closes the upper end opening of the body 611. The circulation line 62 is connected to the upper portion and the bottom portion 612 of the trunk portion 611. By the operation of the pump 63, a culture fluid flow is generated in the container 61 from the bottom side (lower side) to the top side (upper side). Accordingly, in this embodiment, the circulation line 62 and the pump 63 constitute a flow generation mechanism that generates a flow of the culture solution (liquid) in the container 61.

容器61には、図示しない培養液およびガス資化性細菌をそれぞれ供給するラインと、後述するような培養液中(容器61内)にガスを供給するガスライン202およびガス資化性細菌を培養した後の培養液を排出する液体ライン301とが接続されている。したがって、本実施形態では、ガスライン202とガスライン202の途中に設けられたポンプ(図示せず)とにより、容器61内にガス(第2の流体)を供給するガス供給機構(第2の流体供給機構)が構成されている。   The container 61 is provided with a line for supplying a culture solution and gas-assimilating bacteria (not shown), a gas line 202 for supplying gas into the culture solution (inside the container 61), and a gas-assimilating bacterium, as described later. A liquid line 301 for discharging the culture solution after the operation is connected. Therefore, in the present embodiment, a gas supply mechanism (second fluid) for supplying gas (second fluid) into the container 61 by the gas line 202 and a pump (not shown) provided in the middle of the gas line 202. Fluid supply mechanism).

このようなガス発酵器6では、容器61内に培養液とガス資化性細菌とを供給して収容する。次いで、ポンプ63を作動させることにより、容器61内に下側から上側に向かう培養液の流れを生成して培養液を撹拌する。この状態を維持しつつ、容器61内にガスライン202を介してガス(原料ガス)を供給する。これにより、培養液中でガス資化性細菌を培養して、その発酵作用によりガスから有機物質を生成する。   In such a gas fermenter 6, the culture solution and the gas-assimilating bacteria are supplied and stored in the container 61. Next, by operating the pump 63, a flow of the culture solution from the lower side to the upper side is generated in the container 61 to stir the culture solution. While maintaining this state, gas (raw material gas) is supplied into the container 61 via the gas line 202. Thereby, gas-assimilating bacteria are cultured in a culture solution, and an organic substance is produced | generated from gas by the fermentation action.

本実施形態では、培養液の流れ方向は、容器61の下側から上側に向かう方向である。したがって、「培養液の流れ方向の上流側」が容器61の下側に相当し、「培養液の流れ方向の下流側」が容器61の上側に相当する。   In the present embodiment, the flow direction of the culture solution is a direction from the lower side to the upper side of the container 61. Accordingly, “upstream side in the flow direction of the culture medium” corresponds to the lower side of the container 61, and “downstream side in the flow direction of the culture liquid” corresponds to the upper side of the container 61.

容器61(胴部611)内には、容器61の上下方向(培養液の流れ方向)に沿って、かつ、培養液の流れを横切るように、複数の流体混合部10が設けられている。各流体混合部10は、図2に示すように、複数の孔11aを備える板状部11と、各孔11aを囲むように、板状部11の下側面に設けられた複数の筒状部12とを備えている。   In the container 61 (body 611), a plurality of fluid mixing units 10 are provided along the vertical direction of the container 61 (flow direction of the culture solution) and across the flow of the culture solution. As shown in FIG. 2, each fluid mixing part 10 includes a plate-like part 11 having a plurality of holes 11a and a plurality of cylindrical parts provided on the lower surface of the plate-like part 11 so as to surround each hole 11a. 12.

このような構成により、各流体混合部10は、複数の孔11aと対応する筒状部12の内部空間12aとにより構成される複数の貫通孔10aを備えている。したがって、各貫通孔10aは、流体混合部10の上下方向(培養液の流れ方向)に貫通している。   With such a configuration, each fluid mixing unit 10 includes a plurality of through holes 10a configured by the plurality of holes 11a and the corresponding internal space 12a of the cylindrical portion 12. Therefore, each through hole 10a penetrates in the vertical direction of the fluid mixing unit 10 (the flow direction of the culture solution).

また、流体混合部10は、板状部11と複数の筒状部12とで画成された1つの空間10bを備えている。したがって、空間10bは、流体混合部10の上側で閉塞し、下側に開放している。この空間10bは、容器61内に供給されたガスを一時的に貯留する貯留空間として機能する。   The fluid mixing unit 10 includes a single space 10 b defined by the plate-like part 11 and the plurality of cylindrical parts 12. Therefore, the space 10b is closed on the upper side of the fluid mixing unit 10 and opened on the lower side. This space 10 b functions as a storage space for temporarily storing the gas supplied into the container 61.

図3に示すように、培養液は、流体混合部10を通過する際に、細長い貫通孔10aを通過する必要があるが、この際、培養液には通過抵抗が生じて、その流れが整えられる(整流される)。これにより、容器61内の水平方向において、均一な培養液の流れ(一様流)が生成される。   As shown in FIG. 3, when the culture solution passes through the fluid mixing unit 10, it is necessary to pass through the elongated through hole 10a. At this time, the culture solution has a passage resistance, and its flow is adjusted. (Rectified). As a result, a uniform culture fluid flow (uniform flow) is generated in the horizontal direction in the container 61.

通過抵抗はポンプ63の負荷を増大させるが、この負荷の増大分は、培養液(第1の流体)の粘性により熱に変化することも、流体混合部10との摩擦により熱に変化することも、気体を巻き込んで流体混合部10でバブルを生成する際に使用されることも、流体混合部10を通過した後に、流体混合部10の下側で渦流を発生させるのに使用されることも、低圧のガスを高圧の培養液側へ導くのに使用されることもある。   The passage resistance increases the load of the pump 63, and the increase in the load can be changed to heat due to the viscosity of the culture solution (first fluid) or to heat due to friction with the fluid mixing unit 10. In addition, it is used when bubbles are generated in the fluid mixing unit 10 by entraining gas, and is used to generate a vortex under the fluid mixing unit 10 after passing through the fluid mixing unit 10. Alternatively, it may be used to guide low pressure gas to the high pressure medium side.

一方で、容器61内に供給されたガスは、空間10b受容され、流体混合部10の面方向(水平方向)に広がって貯留される。そして、空間10bの容積を上回る量のガスが空間10b内に貯留されると、ガスは、培養液による剪断力を受けて、空間10b内から少量ずつバルブとして培養液中に放出される。   On the other hand, the gas supplied into the container 61 is received in the space 10b and spreads in the surface direction (horizontal direction) of the fluid mixing unit 10 and stored. When an amount of gas exceeding the volume of the space 10b is stored in the space 10b, the gas receives a shearing force from the culture solution and is gradually released from the space 10b into the culture solution as a valve.

生成されたガスのバブル(以下、単に「バブル」と言う。)は、整流された培養液の流れ(一様流)に乗って、各貫通孔10aを通過して、容器61の上側に向かって移動する。すなわち、ガスは、流体混合部10を通過する際にバブルとなって、培養液に分散(混合)される。   The generated gas bubbles (hereinafter simply referred to as “bubbles”) ride on the flow of the rectified culture solution (uniform flow), pass through each through-hole 10a, and move upward toward the container 61. Move. That is, the gas becomes bubbles when passing through the fluid mixing unit 10 and is dispersed (mixed) in the culture solution.

このような流体混合部10を用いることにより、容器6の水平方向においてバブルを均一に分散させることができる。また、複数の流体混合部10を用いることにより、バブルの一部が容器6の上側に向かって移動する際に合体(凝集)するようなことがあっても、上側に位置する流体混合部10で、上記のような作用により合体により粗大化したバブルを、再度、微小なバブルに分断することができる。   By using such a fluid mixing unit 10, the bubbles can be uniformly dispersed in the horizontal direction of the container 6. In addition, by using a plurality of fluid mixing units 10, even when some of the bubbles move together toward the upper side of the container 6, the fluid mixing units 10 located on the upper side may be combined. Thus, the bubbles that are coarsened by coalescence due to the above-described action can be divided again into fine bubbles.

これにより、容器6内の各部において培養液中にバブルを均一に分散させることができる。また、微小なバブルは、培養液に溶解し易い。このようなことから、ガス資化性細菌は、効率よくガスを利用して、ガスから有機物質を生成することができる。   Thereby, it is possible to uniformly disperse the bubbles in the culture solution in each part in the container 6. Moreover, microbubbles are easy to dissolve in the culture solution. For this reason, the gas-assimilating bacterium can efficiently generate gas from the gas using the gas.

ここで、生成されるバブルの平均径は、100〜1,500μm程度であることが好ましく、300〜1,000μm程度であることがより好ましい。なお、バブルの径は、例えば、貫通孔10aの平均横断面積、各貫通孔10aの形状、供給するガスの圧力、培養液の流速(循環速度)等を適宜設定することにより制御することができる。   Here, the average diameter of the generated bubbles is preferably about 100 to 1,500 μm, and more preferably about 300 to 1,000 μm. The diameter of the bubble can be controlled by appropriately setting, for example, the average cross-sectional area of the through-holes 10a, the shape of each through-hole 10a, the pressure of the supplied gas, the flow rate (circulation speed) of the culture solution, and the like. .

本実施形態では、容器61の胴部611には、流体混合部10に対応する位置に、胴部611を貫通する供給路611aが形成されている。この供給路611aに連通するように、ガスライン202が容器61に接続され、ガスを流体混合部10の空間10bに直接供給するように構成されている。   In the present embodiment, a supply path 611 a that penetrates the body 611 is formed in the body 611 of the container 61 at a position corresponding to the fluid mixing unit 10. A gas line 202 is connected to the container 61 so as to communicate with the supply path 611a, and the gas is directly supplied to the space 10b of the fluid mixing unit 10.

なお、ガスは、流体混合部10の空間10bに直接供給することなく、流体混合部10の下側であって流体混合部10から離間した位置に供給するようにしてよい。ただし、ガスを流体混合部10の空間10bに直接供給する構成とすることにより、容器61の上側に向かって流れる培養液による剪断力を利用し易くなり、バブルをより効率よく生成することができる。   The gas may be supplied to a position below the fluid mixing unit 10 and away from the fluid mixing unit 10 without being supplied directly to the space 10 b of the fluid mixing unit 10. However, by adopting a configuration in which the gas is directly supplied to the space 10b of the fluid mixing unit 10, it becomes easier to use the shearing force generated by the culture solution flowing toward the upper side of the container 61, and bubbles can be generated more efficiently. .

本実施形態では、板状部11と各筒状部12との境界部が丸みを帯びている。すなわち、各貫通孔10aは、その上端部に横断面積(水平方向における断面積)が上側から下側に向かって漸減する部分(横断面積漸減部)を備えている。これにより、各貫通孔10aの上端開口付近における培養液の流れがスムースになる。   In the present embodiment, the boundary between the plate-like portion 11 and each cylindrical portion 12 is rounded. That is, each through-hole 10a has a portion (cross-sectional area gradually decreasing portion) where the cross-sectional area (cross-sectional area in the horizontal direction) gradually decreases from the upper side to the lower side at the upper end portion thereof. Thereby, the flow of the culture solution in the vicinity of the upper end opening of each through hole 10a becomes smooth.

さらに、隣接する2つの筒状部12および板状部11にかけて流線型をなしていること(図7参照)がより好ましい。これにより、流体混合部10の上側において培養液の通過抵抗が殆ど生じなくすることができ、渦流の発生を防止または抑制することができる。なお、板状部11と筒状部12との境界部は、丸みを帯びず、角張っていてもよい。   Furthermore, it is more preferable that the two cylindrical portions 12 and the plate-like portions 11 are streamlined (see FIG. 7). Thereby, almost no passage resistance of the culture solution can be generated on the upper side of the fluid mixing unit 10, and the generation of the vortex can be prevented or suppressed. In addition, the boundary part of the plate-shaped part 11 and the cylindrical part 12 may not be round, but may be angular.

また、流体混合部10を上側から見たとき、複数の貫通孔10aの流体混合部10に対する占める割合(占有割合)は、特に限定されないが、1〜50%程度であることが好ましく、10〜50%程度であることがより好ましく、20〜40%程度であることがさらに好ましい。占有割合を前記範囲とすることにより、流体混合部10の構成材料によらず、流体混合部10の機械的強度を十分に確保しつつ、バブルの生成効率および培養液中への均一分散性を高めることができる。   Moreover, when the fluid mixing part 10 is seen from the upper side, the ratio (occupancy ratio) of the plurality of through holes 10a to the fluid mixing part 10 is not particularly limited, but is preferably about 1 to 50%, More preferably, it is about 50%, and more preferably about 20-40%. By setting the occupation ratio within the above range, regardless of the constituent material of the fluid mixing unit 10, the mechanical strength of the fluid mixing unit 10 is sufficiently ensured, while the bubble generation efficiency and the uniform dispersibility in the culture medium are increased. Can be increased.

各貫通孔10aの形状(上側または下側から見た形状)は、特に限定されないが、例えば、円形状、楕円形状、三角形状、四角形状、六角形状のような多角形状、星形状のような異形状等とすることができる。なお、各貫通孔10aの形状は、同一であっても異なっていてもよい。   The shape of each through-hole 10a (the shape seen from the upper side or the lower side) is not particularly limited. For example, a circular shape, an elliptical shape, a triangular shape, a quadrangular shape, a hexagonal shape such as a hexagonal shape, a star shape, etc. It can be an irregular shape or the like. In addition, the shape of each through-hole 10a may be the same, or may differ.

また、貫通孔10aの平均横断面積(水平方向における断面積の平均値)は、特に限定されないが、50〜1,000mm程度であることが好ましく、100〜800mm程度であることがより好ましい。貫通孔10aの平均横断面積を前記範囲に設定することにより、流体混合部10に対する培養液の通過抵抗が不要に高くなるのを防止して、培養液が激しく泡立つことを阻止することができる。 The average cross-sectional area of the through hole 10a (the average value of the cross-sectional area in the horizontal direction) is not particularly limited, is preferably from about 2 50~1,000Mm, and more preferably about 2 100~800mm . By setting the average cross-sectional area of the through-hole 10a within the above range, it is possible to prevent the culture solution from passing through the fluid mixing unit 10 from becoming unnecessarily high and to prevent the culture solution from foaming vigorously.

また、各貫通孔10aの長さ(流体混合部10の厚さ)は、流体混合部10の構成材料にもよるが、1〜100mm程度であることが好ましく、5〜75mm程度であることがより好ましい。各貫通孔10aの長さを前記範囲に設定することにより、バブルの生成効率を十分に高めることができる。   Moreover, although the length of each through-hole 10a (thickness of the fluid mixing part 10) is based also on the constituent material of the fluid mixing part 10, it is preferable that it is about 1-100 mm, and it is about 5-75 mm. More preferred. By setting the length of each through-hole 10a within the above range, the bubble generation efficiency can be sufficiently increased.

流体混合部10の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金のような金属材料、アルミナのようなセラミックス材料、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニールのようなプラスチック材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、上記金属材料は、耐腐食性を有する観点から好ましいが、培養液(第1の流体)が還元性を有する液体(酸化還元電位が小さい液体)である場合、他の金属材料を用いることもできる。   Examples of the constituent material of the fluid mixing unit 10 include metal materials such as stainless steel, aluminum alloy, and titanium alloy, ceramic materials such as alumina, and plastic materials such as polycarbonate, polyethylene, polypropylene, and vinyl chloride. These can be used alone or in combination of two or more. In addition, although the said metal material is preferable from a viewpoint which has corrosion resistance, when a culture solution (1st fluid) is a liquid which has reducibility (liquid with a small oxidation-reduction potential), another metal material is used. You can also.

また、流体混合部10は、例えば、鍛造法、鋳造法、圧粉成形法、押出成形法、圧縮成形法、射出成形法等のうちの1つの方法を単独でまたは2つ以上の方法を組み合わせて製造することができる。   In addition, the fluid mixing unit 10 is, for example, one of a forging method, a casting method, a compacting method, an extrusion molding method, a compression molding method, an injection molding method, etc. alone or in combination of two or more methods. Can be manufactured.

なお、図示の構成では、板状部11と筒状部12とは一体的に形成されているが、これらの部材はそれぞれ別体として製造し、例えば溶接、ろう接、融着、接着等により互いに接合するようにしてもよい。   In the configuration shown in the figure, the plate-like portion 11 and the cylindrical portion 12 are integrally formed. However, these members are manufactured as separate bodies, for example, by welding, brazing, fusion, adhesion, or the like. You may make it join mutually.

なお、流体混合部10をプラスチックの成形品(削り出し品でなく、型抜き品)で構成することにより、流体混合部10の製造コストを低減することができる。このとき、流体混合部10を対称面で2分割した半体(部品)で構成し、それぞれの半体を型抜きにより製造してもよい。これにより、流体混合部10をより安価に型抜きにより製造可能となる。   In addition, the manufacturing cost of the fluid mixing unit 10 can be reduced by configuring the fluid mixing unit 10 with a plastic molded product (not a machined product but a die-cut product). At this time, the fluid mixing unit 10 may be configured by a half (part) divided into two on the plane of symmetry, and each half may be manufactured by die cutting. Thereby, the fluid mixing part 10 can be manufactured by die cutting at a lower cost.

また、この場合、2つの半体を接着により接合してもよいが、嵌合(はめ込み)により接合してもよく、突き合わせること(単に2つの半体が接触しているだけの状態とすること)により組み立ててもよい。2つの半体を突き合せにより組み立てる場合、半体を製造する型(金型)は1種類のみ用意すればよいので、流体混合部10の製造設備への投資が少なくて済む。   Further, in this case, the two halves may be joined by bonding, but may be joined by fitting (inserting), and abutting (the two halves are simply in contact with each other). May be assembled. When assembling the two halves by butting, only one type of mold (die) for producing the halves needs to be prepared, so investment in the production facility for the fluid mixing unit 10 can be reduced.

特に、後述する図4、図6および図7に示す構成の流体混合部10を製造する場合には、ガスを放出するための連通路121を設けるため、密着性の高い接着により2つの半体を接合しなくとも、嵌合による接合や突き合わせによる組み立てで、流体混合部10はその機能を充分に発揮することができる。   In particular, when the fluid mixing unit 10 having the configuration shown in FIGS. 4, 6, and 7 to be described later is manufactured, since the communication passage 121 for releasing the gas is provided, the two halves are bonded with high adhesion. Even if not joined, the fluid mixing part 10 can fully exhibit its function by joining by fitting or assembly by butting.

以上のような構成のガス発酵器6において、流体混合部10の設置数は、容器61の大きさに応じて適宜設定されるため、特に限定されないが、容器61の長手方向の長さ(本実施形態では、高さ)1m当り、1〜5個程度であることが好ましく、1〜3個程度であることがより好ましい。これにより、培養液の整流作用とバブルの培養液中への均一分散性との双方が十分に発揮される。   In the gas fermenter 6 having the above-described configuration, the number of the fluid mixing units 10 is appropriately set according to the size of the container 61 and is not particularly limited. In the embodiment, the height is preferably about 1 to 5 pieces per 1 m, and more preferably about 1 to 3 pieces. Thereby, both the rectifying action of the culture solution and the uniform dispersibility of the bubbles in the culture solution are sufficiently exhibited.

また、容器61の容量は、特に限定されないが、1×10−2〜1×10程度であることが好ましく、5×10−1〜5×10程度であることがより好ましい。特に、容器61の高さは、1〜30m程度であることが好ましく、5〜20m程度であることがより好ましい。本発明のガス生成装置は、このような大型の容器61を備えるガス発酵器6に特に好ましく用いることができる。 The capacity of the container 61 is not particularly limited, but is preferably about 1 × 10 −2 to 1 × 10 4 m 3 , and more preferably about 5 × 10 −1 to 5 × 10 2 m 3. preferable. In particular, the height of the container 61 is preferably about 1 to 30 m, and more preferably about 5 to 20 m. The gas production | generation apparatus of this invention can be used especially preferably for the gas fermenter 6 provided with such a large sized container 61. FIG.

なお、本実施形態では、最も下側に位置する流体混合部10にガスを供給するように構成されているが、最も下側に位置する流体混合部10に加え、任意の位置の流体混合部10にガスを供給するように構成してもよく、全ての流体混合部10にガスを供給するように構成してもよい。また、流体混合部10は、必要に応じて、複数設ければよく、1つのみ設けるようにしてもよい。   In the present embodiment, gas is supplied to the fluid mixing unit 10 located on the lowermost side, but in addition to the fluid mixing unit 10 located on the lowermost side, the fluid mixing unit at an arbitrary position 10 may be configured to supply gas, or may be configured to supply gas to all the fluid mixing units 10. Moreover, what is necessary is just to provide multiple fluid mixing parts 10 as needed, and you may make it provide only one.

<<流体混合部の他の構成例>>
各流体混合部10は、図2および図3に示す構成に代えて、図4〜図7に示す構成とすることもできる。以下、流体混合部10の他の構成例について説明する。
<< Other structural examples of fluid mixing section >>
Each fluid mixing unit 10 may be configured as shown in FIGS. 4 to 7 instead of the configuration shown in FIGS. 2 and 3. Hereinafter, another configuration example of the fluid mixing unit 10 will be described.

図4に示す流体混合部10は、複数の貫通孔10aと空間10bと連通する連通路(ピンホール)121を備えること以外は、図2および図3に示す流体混合部10と同様である。各連通路121は、各筒状部12を厚さ方向(水平方向)に貫通して形成されている。   The fluid mixing unit 10 illustrated in FIG. 4 is the same as the fluid mixing unit 10 illustrated in FIGS. 2 and 3 except that the fluid mixing unit 10 includes a communication path (pinhole) 121 communicating with the plurality of through holes 10a and the space 10b. Each communication path 121 is formed so as to penetrate each cylindrical portion 12 in the thickness direction (horizontal direction).

ここで、培養液の流れの速度(流速)は、筒状部12の中心軸またはその近傍より内面近傍で速い。このため、筒状部12内の圧力は、筒状部12の中心軸またはその近傍より内面近傍で低くなる。したがって、筒状部12を厚さ方向に貫通する連通路121を設けることにより、空間12b内に貯留されたガスをバブルとして、連通路121を介して貫通孔10aにより効率よく放出することができる。   Here, the flow rate (flow velocity) of the culture solution is faster near the inner surface than the central axis of the cylindrical portion 12 or the vicinity thereof. For this reason, the pressure in the cylindrical part 12 becomes lower near the inner surface than the central axis of the cylindrical part 12 or the vicinity thereof. Therefore, by providing the communication path 121 that penetrates the cylindrical portion 12 in the thickness direction, the gas stored in the space 12b can be efficiently discharged as bubbles through the through hole 10a via the communication path 121. .

このため、ガスライン202から容器61内に供給するガスの圧力を低下させることができる。すなわち、ガスの圧縮に要するコストを低減することができる。したがって、ガス資化性細菌の培養(有機物質の生成)に要するコスト全体も低く抑えることができる。   For this reason, the pressure of the gas supplied into the container 61 from the gas line 202 can be reduced. That is, the cost required for gas compression can be reduced. Therefore, the overall cost required for culturing gas-utilizing bacteria (producing organic substances) can also be kept low.

貫通孔10aの平均横断面積をA[mm]とし、連通路121の平均横断面積(上下方向における断面積の平均値)をB[mm]としたとき、B/Aが0.01〜0.2程度であることが好ましく、0.05〜0.15程度であることがより好ましい。これにより、連通路121を介した貫通孔10aへのガスの放出効率を高めて、バブルの生成効率をより向上させることができる。 When the average cross-sectional area of the through hole 10a is A [mm 2 ] and the average cross-sectional area of the communication passage 121 (average value of the cross-sectional area in the vertical direction) is B [mm 2 ], B / A is 0.01 to It is preferably about 0.2, more preferably about 0.05 to 0.15. Thereby, the discharge efficiency of the gas to the through-hole 10a via the communicating path 121 can be improved, and the bubble generation efficiency can be further improved.

連通路121の平均横断面積Bの具体的な値は、特に限定されないが、0.1〜50mm程度であることが好ましく、1〜30mm程度であることがより好ましい。連通路121の平均横断面積Bを前記範囲とすることにより、連通路121を介した貫通孔10aへのガスの放出効率をより高めることができる。 Specific values of the average cross-sectional area B of the communication passage 121 is not particularly limited, is preferably from about 2 0.1 to 50 mm, and more preferably 2 about 1 to 30 mm. By setting the average cross-sectional area B of the communication passage 121 within the above range, the efficiency of gas discharge to the through hole 10a via the communication passage 121 can be further increased.

図5および図6に示す流体混合部10は、さらに複数の孔13aを有する板状部13を備えること以外は、図4に示す流体混合部10と同様である。板状部13は、各孔13aが板状部11の各孔11aと対応するように、板状部11と対向して配置されている。   The fluid mixing unit 10 shown in FIGS. 5 and 6 is the same as the fluid mixing unit 10 shown in FIG. 4 except that it further includes a plate-like part 13 having a plurality of holes 13a. The plate-like portion 13 is disposed so as to face the plate-like portion 11 so that each hole 13 a corresponds to each hole 11 a of the plate-like portion 11.

なお、図示の構成では、板状部11と筒状部12と板状部13とは一体的に形成されているが、これらの部材はそれぞれ別体として製造し、例えば溶接、ろう接、融着、接着等により互いに接合するようにしてもよい。   In the configuration shown in the figure, the plate-like portion 11, the cylindrical portion 12 and the plate-like portion 13 are integrally formed. However, these members are manufactured as separate bodies, for example, welding, brazing, and melting. You may make it mutually join by adhesion | attachment, adhesion | attachment, etc.

したがって、本実施形態では、各貫通孔10aは、板状部11の孔11aと、筒状部12の内部空間12aと、板状部13の孔13aとにより構成されている。また、空間10bは、流体混合部10の下側で閉塞している。   Therefore, in this embodiment, each through-hole 10a is comprised by the hole 11a of the plate-shaped part 11, the internal space 12a of the cylindrical part 12, and the hole 13a of the plate-shaped part 13. FIG. In addition, the space 10 b is closed below the fluid mixing unit 10.

かかる構成により、培養液によって流体混合部10の下側から空間12b内のガスに圧力が付与されることがない。このため、ガスを容器61(空間10b)内に供給するのに必要な圧力を大幅に低減することができる。   With this configuration, no pressure is applied to the gas in the space 12b from below the fluid mixing unit 10 by the culture solution. For this reason, the pressure required to supply the gas into the container 61 (space 10b) can be greatly reduced.

本実施形態では、板状部13と筒状部12との境界部も丸みを帯びている。すなわち、各貫通孔10aは、その下端部に横断面積が下側から上側に向かって漸減する部分(横断面積漸減部)を備えている。これにより、各貫通孔10a内へ培養液の流れ込みがスムースになる。なお、板状部13と筒状部12との境界部は、丸みを帯びず、角張っていてもよい。   In the present embodiment, the boundary portion between the plate-like portion 13 and the tubular portion 12 is also rounded. That is, each through-hole 10a has a portion (cross-sectional area gradually decreasing portion) where the cross-sectional area gradually decreases from the lower side toward the upper side at the lower end thereof. Thereby, the flow of the culture solution into each through hole 10a becomes smooth. In addition, the boundary part of the plate-shaped part 13 and the cylindrical part 12 may not be round, but may be angular.

また、流体混合部10を下側から見たとき、複数の貫通孔10aの流体混合部10に対する占める割合(占有割合)は、特に限定されないが、10〜50%程度であることが好ましく、20〜40%程度であることがより好ましい。占有割合を前記範囲とすることにより、流体混合部10の構成材料によらず、流体混合部10の機械的強度を十分に確保しつつ、培養液を流体混合部10の下側から上側に向かって円滑に通過させることができる。   Further, when the fluid mixing unit 10 is viewed from the lower side, the ratio (occupation ratio) of the plurality of through holes 10a to the fluid mixing unit 10 is not particularly limited, but is preferably about 10 to 50%, More preferably, it is about ˜40%. By setting the occupation ratio within the above range, regardless of the constituent material of the fluid mixing unit 10, the culture solution is directed from the lower side to the upper side while sufficiently securing the mechanical strength of the fluid mixing unit 10. Can pass smoothly.

なお、流体混合部10を下側から見たときの貫通孔10aの占有割合は、流体混合部10を上側から見たときの貫通孔10aの占有割合と同じであってもよく、異なってもよい。例えば、流体混合部10を下側から見たときの貫通孔10aの占有割合を、流体混合部10を上側から見たときの貫通孔10aの占有割合より大きくすることにより、流体混合部10を通過する培養液の速度を高めることができる。   The occupation ratio of the through holes 10a when the fluid mixing section 10 is viewed from the lower side may be the same as or different from the occupation ratio of the through holes 10a when the fluid mixing section 10 is viewed from the upper side. Good. For example, by making the occupation ratio of the through hole 10a when the fluid mixing section 10 is viewed from the lower side larger than the occupation ratio of the through hole 10a when the fluid mixing section 10 is viewed from the upper side, the fluid mixing section 10 is The speed of the culture solution passing through can be increased.

図7に示す流体混合部10は、筒状部12と板状部11、13との境界部の曲率半径が異なること以外は、図5および図6に示す流体混合部10と同様である。
具体的には、図7に示すように、流体混合部10の空間10bを規定する部分の縦断面形状(上下方向における断面の形状)が、上側および下側のそれぞれにおいて流線形をなしている。
The fluid mixing unit 10 shown in FIG. 7 is the same as the fluid mixing unit 10 shown in FIGS. 5 and 6 except that the radius of curvature of the boundary between the cylindrical part 12 and the plate-like parts 11 and 13 is different.
Specifically, as shown in FIG. 7, the vertical cross-sectional shape (the cross-sectional shape in the vertical direction) of the portion that defines the space 10b of the fluid mixing unit 10 is streamlined on the upper side and the lower side, respectively. .

かかる構成において連通路121を介してガスを培養液中に供給しない場合、上記流線形の影響により、培養液が貫通孔10aを通過する際の通過抵抗が極端に低くなり、培養液の整流作用が期待できない。しかしながら、本実施形態では、連通路121を介してガスを培養液に供給するため、培養液がガスに対して仕事をすることにより、培養液の貫通孔10aの通過抵抗が上昇して整流作用が生じる。   In such a configuration, when no gas is supplied into the culture solution via the communication path 121, the flow resistance when the culture solution passes through the through hole 10a becomes extremely low due to the above streamline effect, and the rectification action of the culture solution. I can not expect. However, in this embodiment, since the gas is supplied to the culture solution via the communication path 121, the culture solution works on the gas, thereby increasing the passage resistance of the through-hole 10a of the culture solution and rectifying action. Occurs.

特に、本実施形態では、上記流線形の影響を受け、隣接する貫通孔10aの上側の開口同士の間において、培養液の渦流が生じないか、あるいは非常に生じ難くなる。このため、生成したバブル同士の合体を防止することができる。また、隣接する貫通孔10aの下側の開口同士の間においても、培養液の渦流が生じ難くなる。このため、培養液の流れに乱れが生じることを防止することができる。   In particular, in this embodiment, under the influence of the streamline, the vortex of the culture solution does not occur or is very unlikely to occur between the upper openings of the adjacent through holes 10a. For this reason, coalescence of the generated bubbles can be prevented. In addition, the vortex of the culture solution is hardly generated between the openings on the lower side of the adjacent through holes 10a. For this reason, it is possible to prevent a disturbance in the flow of the culture solution.

この場合、隣接する貫通孔10aの上側の開口同士の離間距離は、1mm以下(0mmを含む)であることが好ましく、0.8mm以下であることがより好ましい。これにより、ガスのバブル同士の合体を確実に防止することができる。   In this case, the separation distance between the upper openings of the adjacent through-holes 10a is preferably 1 mm or less (including 0 mm), and more preferably 0.8 mm or less. Thereby, coalescence of gas bubbles can be reliably prevented.

同様に、隣接する貫通孔10aの下側の開口同士の離間距離は、1mm以下(0mmを含む)であることが好ましく、0.8mm以下であることがより好ましい。これにより、培養液の流れに乱れが生じるのを好適に防止することができる。   Similarly, the separation distance between the lower openings of adjacent through holes 10a is preferably 1 mm or less (including 0 mm), and more preferably 0.8 mm or less. Thereby, it can prevent suitably that disorder arises in the flow of a culture solution.

本実施形態では、流体混合部10の空間10bを規定する部分の縦断面形状が、上側(下流側)および下側(上流側)のそれぞれにおいて流線形をなしているが、いずれか一方のみが流線形をなしていてもよい。上側および下側のいずれか一方のみを流線形とする場合、前述したような理由から、特に上側を流線形とすることが効果的である。   In the present embodiment, the vertical cross-sectional shape of the portion defining the space 10b of the fluid mixing unit 10 is streamlined on the upper side (downstream side) and the lower side (upstream side), but only one of them is It may be streamlined. When only one of the upper side and the lower side is streamlined, it is particularly effective to make the upper side streamlined for the reasons described above.

なお、ガス発酵器6は、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの発酵器に代えて、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの発酵器、供給されるガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの発酵器等としてもよい。   In addition, the gas fermenter 6 is replaced with the fermenter of the type which stirs a culture solution by circulating the culture solution itself, For example, the fermenter of the type which stirs a culture solution with a stirring plate, Aeration of supplied gas It is good also as a fermenter etc. of the type which stirs a culture solution with the water flow accompanying a bubble flow produced in 1).

<ガス処理装置および廃棄物処理システム>
次に、上述したようなガス発酵器6を有するガス処理装置および廃棄物処理システムについて説明する。
図8は、本発明の廃棄物処理システムの実施形態を示すブロック図、図9は、図8の廃棄物処理システムが有する乾燥部、ガス化炉、熱交換器および蒸留器の構成を模式的に示す図である。
<Gas treatment equipment and waste treatment system>
Next, a gas processing apparatus and a waste processing system having the gas fermenter 6 as described above will be described.
FIG. 8 is a block diagram showing an embodiment of the waste treatment system of the present invention, and FIG. 9 is a schematic diagram of the configuration of the drying section, gasification furnace, heat exchanger, and distiller included in the waste treatment system of FIG. FIG.

図8に示す廃棄物処理システム1は、廃棄物処理装置と、この廃棄物処理装置に接続されたガス処理装置とを有している。本実施形態では、廃棄物処理装置は、乾燥部2と、ガス化炉3とを備えている。また、ガス処理装置は、熱交換器4と、ガス精製部5と、図1に示すガス発酵器6と、蒸留器7と、オフガス燃焼炉8と、廃液発酵器9とを備えている。   A waste treatment system 1 shown in FIG. 8 includes a waste treatment apparatus and a gas treatment apparatus connected to the waste treatment apparatus. In the present embodiment, the waste disposal apparatus includes a drying unit 2 and a gasification furnace 3. The gas processing apparatus includes a heat exchanger 4, a gas purification unit 5, a gas fermenter 6 shown in FIG. 1, a distiller 7, an offgas combustion furnace 8, and a waste liquid fermenter 9.

乾燥部2は、水を含む廃棄物(以下、「含水廃棄物」とも言う。)を乾燥する装置であり、図9に示すように、乾燥室21と、乾燥室21内に設けられ、含水廃棄物をガス化炉3に向けて搬送するコンベア(搬送機構)22とを備えている。   The drying unit 2 is an apparatus for drying waste containing water (hereinafter also referred to as “hydrated waste”), and is provided in the drying chamber 21 and the drying chamber 21 as shown in FIG. A conveyor (conveying mechanism) 22 that conveys waste toward the gasification furnace 3 is provided.

ここで、廃棄物としては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物(MSW)、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物等が挙げられ、これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。   Here, examples of the waste include plastic waste, garbage, municipal waste (MSW), waste tires, biomass waste, and the like. One of these is used alone or two or more are combined. Can be used.

ガス化炉(ガス生成部)3は、乾燥部2において乾燥された後の廃棄物(以下、「乾燥廃棄物」とも言う。)を処理する炉である。このガス化炉3において乾燥廃棄物(炭素源)を部分酸化(不完全燃焼)させることにより、一酸化炭素を主成分として含有するガス(合成ガス)が生成する。   The gasification furnace (gas generation unit) 3 is a furnace that processes waste (hereinafter also referred to as “dry waste”) after being dried in the drying unit 2. In this gasification furnace 3, dry waste (carbon source) is partially oxidized (incomplete combustion) to generate a gas (synthetic gas) containing carbon monoxide as a main component.

なお、生成されるガスは、一酸化炭素の他、例えば、水素、水蒸気、二酸化炭素、窒素、酸素のような他のガス成分を含有してもよい。このような組成のガスは、前述したような廃棄物を部分酸化させることにより、容易に生成する。   The generated gas may contain other gas components such as hydrogen, water vapor, carbon dioxide, nitrogen, and oxygen in addition to carbon monoxide. A gas having such a composition is easily generated by partially oxidizing the waste as described above.

また、ガス化炉3における乾燥廃棄物の部分酸化は、空気を供給しつつ行われてもよいが、空気よりも酸素濃度が高いガス(高酸素濃度ガス)を供給しつつ行われることが好ましい。高酸素濃度ガスを用いることにより、乾燥廃棄物の部分酸化により生成されるガスの温度をより高めることができ、熱交換器4でより高温の過熱蒸気を生成することができる。   The partial oxidation of the dry waste in the gasification furnace 3 may be performed while supplying air, but is preferably performed while supplying a gas having a higher oxygen concentration than that of air (high oxygen concentration gas). . By using the high oxygen concentration gas, the temperature of the gas generated by the partial oxidation of the dry waste can be further increased, and higher-temperature superheated steam can be generated by the heat exchanger 4.

この場合、高酸素濃度ガスは、後述する分岐ガスライン204aに接続されたガスラインから供給してもよいし、分岐ガスライン204aと異なるガス化炉3に直接接続された他のガスラインから供給するようにしてもよい。   In this case, the high oxygen concentration gas may be supplied from a gas line connected to a branch gas line 204a, which will be described later, or supplied from another gas line directly connected to the gasification furnace 3 different from the branch gas line 204a. You may make it do.

熱交換器(過熱蒸気生成部)4は、ガス化炉3において廃棄物を部分酸化させる際に発生する熱を利用して、過熱蒸気を生成する装置である。図9に示す熱交換器4は、ガス化炉3内に配置されたコイル状の配管41で構成され、この配管41を通過する蒸気がガス化炉3内の熱により加熱されて過熱蒸気となる。   The heat exchanger (superheated steam generation unit) 4 is an apparatus that generates superheated steam using heat generated when the waste is partially oxidized in the gasification furnace 3. The heat exchanger 4 shown in FIG. 9 includes a coiled pipe 41 disposed in the gasification furnace 3, and the steam passing through the pipe 41 is heated by the heat in the gasification furnace 3 to generate superheated steam. Become.

かかる熱交換器4によれば、簡単な構成で過熱蒸気を容易かつ効率よく生成することができる。なお、過熱蒸気は、好ましくは水蒸気を主成分として含有する過熱水蒸気(HOガス)であるが、他のガス成分を含有していてもよい。 According to this heat exchanger 4, superheated steam can be generated easily and efficiently with a simple configuration. The superheated steam is preferably superheated steam (H 2 O gas) containing water vapor as a main component, but may contain other gas components.

また、熱交換器4は、ガス化炉3から独立して設けられるタイプの熱交換器であってもよい。このタイプの熱交換器としては、例えば、ジャケット式熱交換器、侵漬コイル式熱交換器、二重管式熱交換器、トロンボン式熱交換器、シェル&チューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、バヨネット式熱交換器等が挙げられる。   Further, the heat exchanger 4 may be a type of heat exchanger provided independently from the gasification furnace 3. As this type of heat exchanger, for example, jacket type heat exchanger, immersion coil type heat exchanger, double tube type heat exchanger, thrombon type heat exchanger, shell and tube type heat exchanger, plate type heat exchanger Examples include exchangers, bayonet heat exchangers, and the like.

このような熱交換器4の蒸気排出口(配管41の下端部(一端部))は、蒸気ライン101を介して、乾燥室21の蒸気供給口に接続されている。熱交換器4で生成された過熱蒸気は、図示しないポンプにより、乾燥室21内に供給され、コンベア22で搬送される含水廃棄物に直接接触する。これにより、含水廃棄物に含まれる水(水分)が蒸発して、含水廃棄物が乾燥する。   The steam discharge port (the lower end portion (one end portion) of the pipe 41) of the heat exchanger 4 is connected to the steam supply port of the drying chamber 21 via the steam line 101. The superheated steam generated in the heat exchanger 4 is supplied into the drying chamber 21 by a pump (not shown) and directly contacts the hydrated waste conveyed by the conveyor 22. Thereby, the water (water | moisture content) contained in a hydrous waste evaporates, and a hydrous waste dries.

ここで、過熱蒸気は、伝熱性が高いため、熱風(加熱した空気)を用いる場合と比べて、含水廃棄物を効率よく乾燥することができる。また、過熱蒸気を用いれば、含水廃棄物の乾燥時に塩化水素等の発生を抑制することができるため、過熱蒸気が通過する廃棄物処理システム1の各部に対する表面腐食等の悪影響を低減することもできる。   Here, since the superheated steam has high heat conductivity, it is possible to efficiently dry the hydrated waste as compared with the case where hot air (heated air) is used. In addition, if superheated steam is used, generation of hydrogen chloride or the like can be suppressed during the drying of hydrous waste, so that adverse effects such as surface corrosion on each part of the waste treatment system 1 through which superheated steam passes can be reduced. it can.

また、含水廃棄物の乾燥に使用する過熱蒸気の温度は、特に限定されないが、120〜800℃程度であることが好ましく、200〜400℃程度であることがより好ましい。上記温度範囲の過熱蒸気を用いることにより、含水廃棄物の乾燥効率をより高めることができるとともに、廃棄物処理システム1の各部に悪影響を及ぼす塩化水素等の発生量をより低減することもできる。   Moreover, the temperature of the superheated steam used for drying the hydrous waste is not particularly limited, but is preferably about 120 to 800 ° C, and more preferably about 200 to 400 ° C. By using the superheated steam in the above temperature range, the drying efficiency of the hydrated waste can be further increased, and the generation amount of hydrogen chloride or the like that adversely affects each part of the waste treatment system 1 can be further reduced.

なお、過熱蒸気の温度は、含水廃棄物の含水量等により前記温度範囲内で適宜設定することができる。すなわち、含水廃棄物の含水量が多い場合、過熱蒸気の温度は比較的高温に設定し、含水廃棄物の含水量が少ない場合、過熱蒸気の温度は比較的低温に設定することができる。   The temperature of the superheated steam can be appropriately set within the above temperature range depending on the water content of the water-containing waste. That is, when the water content of the hydrous waste is high, the temperature of the superheated steam can be set to a relatively high temperature, and when the water content of the hydrous waste is low, the temperature of the superheated steam can be set to a relatively low temperature.

このとき、含水廃棄物の乾燥に使用された過熱蒸気は、温度が低下して、より温度の低い低温蒸気となる。また、低温蒸気は、含水廃棄物から除去された水(水蒸気)を含むようになり、過熱蒸気に比べて飽和状態に近くなる。なお、含水廃棄物の含水量が極めて多く、含水廃棄物を完全に乾燥させることなく、ガス化炉3に搬送する場合、低温蒸気は、ほぼ飽和状態になる。また、このときの低温蒸気の温度は、通常、100〜200℃程度である。   At this time, the temperature of the superheated steam used for drying the hydrated waste is reduced to a low temperature steam having a lower temperature. Moreover, low temperature steam comes to contain the water (water vapor | steam) removed from the water-containing waste, and becomes near a saturated state compared with superheated steam. It should be noted that the water content of the hydrous waste is extremely large, and the low temperature steam is almost saturated when it is transported to the gasification furnace 3 without completely drying the hydrous waste. Moreover, the temperature of the low temperature steam at this time is about 100-200 degreeC normally.

乾燥室21の蒸気排出口は、蒸気ライン102を介して、蒸留器7の蒸気供給口に接続されている。また、蒸気ライン102の途中から分岐した蒸気ライン103は、熱交換器4の蒸気供給口(配管41の上端部(他端部))に接続されている。これにより、低温蒸気の一部が蒸留器7に供給され、その熱が蒸留に利用される。一方、低温蒸気の残部は、熱交換器4(配管41)に供給され、過熱蒸気を生成するために再利用される。   A steam discharge port of the drying chamber 21 is connected to a steam supply port of the distiller 7 via a steam line 102. The steam line 103 branched from the middle of the steam line 102 is connected to the steam supply port of the heat exchanger 4 (the upper end portion (the other end portion) of the pipe 41). Thereby, a part of low temperature steam is supplied to the distiller 7, and the heat is utilized for distillation. On the other hand, the remainder of the low-temperature steam is supplied to the heat exchanger 4 (pipe 41) and reused to generate superheated steam.

なお、蒸気ライン102と蒸気ライン103との分岐部またはその近傍には、図示しないバルブが設けられており、低温蒸気の蒸留器7および熱交換器4への供給量を調整し得るようになっている。   Note that a valve (not shown) is provided at or near the branch portion between the steam line 102 and the steam line 103 so that the supply amount of the low-temperature steam to the distiller 7 and the heat exchanger 4 can be adjusted. ing.

前述したガス化炉3のガス排出口は、ガスライン201を介して、ガス精製部5のガス供給口に接続され、さらに、ガス精製部5のガス排出口は、ガスライン202を介して、ガス発酵器6のガス供給口に接続されている。ガス化炉3で生成されたガスは、図示しないポンプにより、ガス精製部5を通過した後、図1に示すようなガス発酵器6に供給される。   The gas exhaust port of the gasification furnace 3 described above is connected to the gas supply port of the gas purification unit 5 through the gas line 201, and the gas exhaust port of the gas purification unit 5 is further connected through the gas line 202. It is connected to the gas supply port of the gas fermenter 6. The gas generated in the gasification furnace 3 is supplied to a gas fermenter 6 as shown in FIG. 1 after passing through a gas purification unit 5 by a pump (not shown).

このガス発酵器(有機物質生成部)6では、前述したようにして、培養液中でガス資化性細菌を培養して、その発酵作用によりガスから有機物質を生成する。
培養液は、主成分の水と、この水に溶解または分散された栄養分(例えば、ビタミン、リン酸等)とを含有する液体である。このような培養液の組成は、ガス資化性細菌が良好に発育し得るように調製される。
In the gas fermenter (organic substance generation unit) 6, as described above, the gas assimilating bacteria are cultured in the culture solution, and an organic substance is generated from the gas by the fermentation action.
The culture solution is a liquid containing main component water and nutrients (for example, vitamins, phosphoric acid, etc.) dissolved or dispersed in the water. The composition of such a culture solution is prepared so that gas-assimilating bacteria can grow well.

有機物質としては、例えば、エタノール、2,3−ブタンジオール、酢酸、乳酸、イソプレン等が挙げられるが、エタノールを含む有機物質が好ましい。高濃度(99.5vol%以上)のエタノールは、燃料エタノールとして用いることができる他、例えば、化粧品、飲料、化学物質、燃料(ジェット燃料)等の原材料、食品等の添加物として用いることができ、汎用性が極めて高い。   Examples of the organic substance include ethanol, 2,3-butanediol, acetic acid, lactic acid, isoprene and the like, and an organic substance containing ethanol is preferable. Ethanol with high concentration (99.5 vol% or more) can be used as fuel ethanol, and can be used as an additive for raw materials such as cosmetics, beverages, chemical substances, fuel (jet fuel), foods, etc. The versatility is extremely high.

ガス資化性細菌としては、例えば、クロストリジウム(Clostridium)属細菌、ムーレラ(Moorella)属細菌、アセトバクテリウム(Acetobacterium)属細菌、カルボキシドセラ(Carboxydocella)属細菌、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属細菌、ユーバクテリウム(Eubacterium)属細菌、ブチリバクテリウム(Butyribacterium)属細菌、オリゴトロファ(Oligotropha)属細菌、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属細菌、好気性水素酸化細菌であるラルソトニア(Ralsotonia)属細菌等が挙げられる。
以上のようなガス資化性細菌の中から、目的とする有機物質の生成能の高い細菌が選択されて用いられる。
Examples of the gas-assimilating bacteria include Clostridium bacteria, Moorella bacteria, Acetobacterium bacteria, Carboxydocella bacteria, Rhodopseudomonas bacteria, Eubacterium, Butyribacterium, Oligotropha, Bradyrhizobium, aerobic hydrogen-oxidizing bacteria such as Ralsotonia Can be mentioned.
Among the gas-assimilating bacteria as described above, a bacterium having a high ability to produce a target organic substance is selected and used.

例えば、エタノール生成能の高いガス資化性細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)等が挙げられる。   For example, gas-assimilating bacteria with high ethanol-producing ability include Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Clostridium aceticum, Clostridium carboxidivorans , Moorella thermoacetica, Acetobacterium woodii and the like.

培養液の温度(培養温度)は、好ましくは30〜45℃程度、より好ましくは33〜42℃程度とすることができる。さらに好ましくは36.5〜37.5℃程度である。また、培養時間は、好ましくは連続培養で24時間〜300日程度、より好ましくは連続培養で5日〜300日程度とすることができる。   The temperature of the culture solution (culture temperature) is preferably about 30 to 45 ° C, more preferably about 33 to 42 ° C. More preferably, it is about 36.5-37.5 degreeC. The culture time can be preferably about 24 hours to 300 days in continuous culture, more preferably about 5 days to 300 days in continuous culture.

また、ガス発酵器6内の圧力は、常圧であってもよいが、好ましくは10〜300kPa(ゲージ圧)程度、より好ましくは20〜200kPa(ゲージ圧)程度とすることができる。ガス発酵器6内の圧力を上記範囲とすることにより、過剰圧力負荷による設備コストの増大を抑制しつつ、ガス資化性細菌の反応性をより高めることができる。   Moreover, although the normal pressure may be sufficient as the pressure in the gas fermenter 6, Preferably it is about 10-300 kPa (gauge pressure), More preferably, it can be about 20-200 kPa (gauge pressure). By setting the pressure in the gas fermenter 6 within the above range, it is possible to further increase the reactivity of the gas-assimilating bacteria while suppressing an increase in equipment cost due to excessive pressure load.

本実施形態では、ガス発酵器6の前段(上流側)にガス精製部5が設けられている。ガス精製部5は、ガス中に含まれるガス資化性細菌の発育に必要な成分の量を高める処理、ガス資化性細菌に悪影響を与える成分を除去する処理、加湿処理、乾燥処理等を行う装置である。
ガス発酵器6において、ガス精製部5を通過したガスを用いることにより、ガス資化性細菌による有機物質の生成効率をより向上させることができる。
In the present embodiment, the gas purification unit 5 is provided in the previous stage (upstream side) of the gas fermenter 6. The gas purification unit 5 performs a process for increasing the amount of components necessary for the growth of gas-utilizing bacteria contained in the gas, a process for removing components that adversely affect the gas-utilizing bacteria, a humidification process, a drying process, and the like. It is a device to perform.
By using the gas that has passed through the gas refining unit 5 in the gas fermenter 6, it is possible to further improve the production efficiency of the organic substance by the gas assimilating bacteria.

なお、ガス精製部5は、必要に応じて設けるようにすればよく、省略してもよい。すなわち、ガス化炉3のガス排出口をガスライン201を介して、直接ガス発酵器6のガス供給口に接続するようにしてもよい。   In addition, the gas purification part 5 should just be provided as needed, and may be abbreviate | omitted. That is, the gas discharge port of the gasification furnace 3 may be directly connected to the gas supply port of the gas fermenter 6 via the gas line 201.

また、ガス発酵器6の設置数は、1つに限定されることなく、2つ以上(多段(直列)または並列)であってもよい。2つ以上のガス発酵器6を多段(直列)に接続することにより、前段(上流側)のガス発酵器6で残存するガスを、さらに後段(下流側)のガス発酵器6で有機物質の生成に使用することができる。この場合、前段のガス発酵器6で生成される有機物質と後段のガス発酵器6で生成される有機物質とは、同一であっても異なっていてもよい。   The number of gas fermenters 6 installed is not limited to one, but may be two or more (multistage (series) or parallel). By connecting two or more gas fermenters 6 in multiple stages (in series), the gas remaining in the upstream (upstream side) gas fermenter 6 is further converted into organic substances in the downstream (downstream side) gas fermenter 6. Can be used for generation. In this case, the organic material generated in the preceding gas fermenter 6 and the organic material generated in the subsequent gas fermenter 6 may be the same or different.

なお、2つ以上のガス発酵器6を直列に接続する場合、I:培養液の流れを直列かつガスの流れを並列とする設計と、II:培養液の流れを並列かつガスの流れも並列とする設計と、III:培養液の流れおよびガスの流れの双方を直列とする設計とがある。また、設計IIIの場合、培養液の流れとガスの流れとを逆方向(対向流)としてもよいし、培養液の流れとガスの流れとを同方向(並流)としてもよい。   When two or more gas fermenters 6 are connected in series, I: a design in which the culture fluid flow is in series and the gas flow is parallel, and II: the culture fluid flow in parallel and the gas flow in parallel. And III: a design in which both the culture fluid flow and the gas flow are in series. In the case of design III, the culture fluid flow and the gas flow may be in opposite directions (opposite flow), or the culture fluid flow and the gas flow may be in the same direction (parallel flow).

ガス発酵器6のガス排出口は、ガスライン203を介して、オフガス燃焼炉8のガス供給口に接続されている。ガス発酵器6で残存する排ガス(主に、窒素)は、図示しないポンプまたは圧力勾配により、オフガス燃焼炉8に供給される。   A gas discharge port of the gas fermenter 6 is connected to a gas supply port of the off-gas combustion furnace 8 through a gas line 203. The exhaust gas (mainly nitrogen) remaining in the gas fermenter 6 is supplied to the off-gas combustion furnace 8 by a pump or pressure gradient (not shown).

オフガス燃焼炉8は、排ガスを燃焼させる装置である。オフガス燃焼炉8で燃焼された後の排ガスは、例えば、所定のフィルターを通過させた後、大気中に排出(放出)される。なお、オフガス燃焼炉8も、必要に応じて設けるようにすればよく、省略してもよい。また、オフガス燃焼炉8の廃熱により、過熱蒸気を生成するようにしてもよい。   The off-gas combustion furnace 8 is a device that burns exhaust gas. The exhaust gas after being burned in the off-gas combustion furnace 8 is discharged (released) into the atmosphere after passing through a predetermined filter, for example. The off-gas combustion furnace 8 may be provided as necessary and may be omitted. Further, superheated steam may be generated by the waste heat of the off-gas combustion furnace 8.

また、ガス発酵器6の液体排出口は、液体ライン301を介して、蒸留器(濃縮部)7の液体供給口に接続されている。ガス発酵器6では、ガスから有機物質が培養液中に生成されるが、この有機物質を含有する培養液が、図示しないポンプにより、蒸留器7に供給される。   The liquid discharge port of the gas fermenter 6 is connected to the liquid supply port of the distiller (concentration unit) 7 via the liquid line 301. In the gas fermenter 6, an organic substance is generated from the gas in the culture solution, and the culture solution containing the organic substance is supplied to the distiller 7 by a pump (not shown).

なお、液体ライン301の途中には、例えば、培養液からガス資化性細菌を除去する固液分離部を設けるようにしてもよい。かかる固液分離部は、例えば、セラミック膜フィルター、多重板波動フィルターのようなフィルター、スクリュープレス機、ローラープレス機、ベルトスクリーン機、振動ふるい機、真空脱水機、加圧脱水機(フィルタープレス機)、ベルトプレス機、スクリュープレス機、遠心濃縮脱水機(スクリューデカンタ機)、多重円板脱水機等で構成することができる。   In addition, you may make it provide the solid-liquid separation part which removes gas utilization bacteria from a culture solution in the middle of the liquid line 301, for example. Such a solid-liquid separation unit includes, for example, a filter such as a ceramic membrane filter, a multi-plate wave filter, a screw press machine, a roller press machine, a belt screen machine, a vibration sieve machine, a vacuum dehydrator, a pressure dehydrator (filter press machine). ), Belt press machine, screw press machine, centrifugal concentration dehydrator (screw decanter machine), multiple disk dehydrator, and the like.

蒸留器7は、有機物質の沸点と他の成分の沸点との差を利用して、有機物質を蒸留して濃縮する装置である。本実施形態の蒸留器7は、図9に示すように、容器71と、容器71内に設けられた複数のトレイ(多孔板)72およびコイル状の配管73と、容器71外に設けられたコンデンサ74とを備えている。   The distiller 7 is an apparatus that distills and concentrates an organic substance by utilizing the difference between the boiling point of the organic substance and the boiling points of other components. As shown in FIG. 9, the distiller 7 of the present embodiment is provided outside the container 71, a plurality of trays (perforated plates) 72 and a coiled pipe 73 provided in the container 71, and the container 71. And a capacitor 74.

容器71の底部には、還流液710が収容され、この還流液710に浸るように配管73が配置されている。また、配管73の下端部(一端部)には、蒸気ライン102が接続されており、低温蒸気が配管73に供給される。このとき、配管73を通過する低温蒸気の熱を利用して還流液710を加熱する。これにより、還流液710が蒸発して蒸気となる。   A reflux liquid 710 is accommodated at the bottom of the container 71, and a pipe 73 is disposed so as to be immersed in the reflux liquid 710. Further, a steam line 102 is connected to the lower end (one end) of the pipe 73, and low-temperature steam is supplied to the pipe 73. At this time, the reflux liquid 710 is heated using the heat of low-temperature steam passing through the pipe 73. Thereby, the reflux liquid 710 evaporates and becomes a vapor | steam.

また、配管73の上端部(他端部)には、蒸気ライン104が接続されている。配管73および蒸気ライン104を通過した低温蒸気は、例えば、所定のフィルターを通過させた後、大気中に排出(放出)される。
なお、還流液710には、有機物質の沸点より高い沸点の液体(例えば、水)を用いることができる。
A steam line 104 is connected to the upper end (other end) of the pipe 73. The low temperature steam that has passed through the pipe 73 and the steam line 104 is discharged (released) into the atmosphere after passing through a predetermined filter, for example.
Note that a liquid having a boiling point higher than that of the organic substance (eg, water) can be used for the reflux liquid 710.

複数のトレイ72は、容器71の上下方向(高さ方向)に沿って、ほぼ等間隔で配置されている。また、容器71の上下方向の途中に設けられた液体供給口には、液体ライン301が接続されており、ガス発酵器6から培養液が容器71内に供給される。容器71内に供給された培養液は、トレイ72に沿って流下する際に、還流液710の蒸気と接触して、培養液中の有機物質を含む成分も蒸発するようになる。   The plurality of trays 72 are arranged at substantially equal intervals along the vertical direction (height direction) of the container 71. Further, a liquid line 301 is connected to a liquid supply port provided in the middle of the container 71 in the vertical direction, and a culture solution is supplied from the gas fermenter 6 into the container 71. When the culture solution supplied into the container 71 flows down along the tray 72, it comes into contact with the vapor of the reflux solution 710, and the components including the organic substance in the culture solution also evaporate.

容器71の頂部に設けられた蒸気排出口は、回収ライン741を介して、コンデンサ74に接続されている。コンデンサ74は、容器71内の蒸気(特に、有機物質の蒸気)を回収して冷却する装置である。コンデンサ74により有機物質の蒸気が回収および冷却されて、有機物質の濃縮液が得られる。   A steam outlet provided at the top of the container 71 is connected to the condenser 74 via a recovery line 741. The condenser 74 is a device that recovers and cools the vapor (particularly, vapor of the organic substance) in the container 71. The condenser 74 collects and cools the vapor of the organic substance, and a concentrated liquid of the organic substance is obtained.

この有機物質の蒸留時における蒸留器7(容器71)内の温度は、特に限定されないが、100℃以下であることが好ましく、70〜95℃程度であることがより好ましい。蒸留器7内の温度を前記範囲に設定することにより、必要な有機物質とその他の成分との分離、すなわち有機物質の蒸留をより確実に行うことができる。   Although the temperature in the still 7 (container 71) at the time of distillation of this organic substance is not specifically limited, It is preferable that it is 100 degrees C or less, and it is more preferable that it is about 70-95 degreeC. By setting the temperature in the distiller 7 within the above range, it is possible to more reliably separate the necessary organic material from other components, that is, distillation of the organic material.

また、有機物質の蒸留時における蒸留器7(容器71)内の圧力は、常圧であってもよいが、大気圧未満であることが好ましく、60〜95kPa(ゲージ圧)程度であることがより好ましい。蒸留器7内の圧力を前記範囲に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させること、ひいては有機物質の濃縮液の収率を向上させることができる。   Further, the pressure in the distiller 7 (container 71) during distillation of the organic substance may be normal pressure, but is preferably less than atmospheric pressure, and is about 60 to 95 kPa (gauge pressure). More preferred. By setting the pressure in the distiller 7 within the above range, it is possible to improve the separation efficiency of the organic substance, and thus improve the yield of the concentrated liquid of the organic substance.

また、コンデンサ74の液体排出口は、還流ライン742を介して、容器71の上部に設けられた液体供給口に接続されている。さらに、還流ライン742の途中には、還流ライン742から分岐する液体ライン302が接続されている。   The liquid discharge port of the condenser 74 is connected to a liquid supply port provided in the upper part of the container 71 through a reflux line 742. Further, a liquid line 302 branched from the reflux line 742 is connected to the reflux line 742.

かかる構成により、図示しないポンプにより、濃縮液の一部が容器71内に戻され、濃縮液の残部が最終製品として回収される。濃縮液の一部を容器71内に戻して、濃縮液も還流液710の一部として蒸留に使用することにより、濃縮液中の有機物質の濃度をより高めることができる。   With this configuration, a part of the concentrate is returned into the container 71 by a pump (not shown), and the remaining part of the concentrate is recovered as a final product. By returning a part of the concentrated liquid into the container 71 and using the concentrated liquid as a part of the reflux liquid 710 for distillation, the concentration of the organic substance in the concentrated liquid can be further increased.

なお、還流ライン742と液体ライン302との分岐部またはその近傍には、図示しないバルブが設けられており、濃縮液の容器71への戻し量と濃縮液の回収量とを調整し得るようになっている。   A valve (not shown) is provided at or near the branch portion between the reflux line 742 and the liquid line 302 so that the amount of the concentrated liquid returned to the container 71 and the amount of the concentrated liquid recovered can be adjusted. It has become.

また、コンデンサ74のガス排出口には、ガスライン204が接続されている。ガスライン204は、途中で2つの分岐ガスライン204a、204bに分岐し、一方の分岐ガスライン204aは、ガス化炉3のガス供給口に接続され、他方の分岐ガスライン204bは、ガスライン203の途中に接続されている。   A gas line 204 is connected to the gas discharge port of the capacitor 74. The gas line 204 is branched into two branch gas lines 204a and 204b on the way, one branch gas line 204a is connected to the gas supply port of the gasification furnace 3, and the other branch gas line 204b is connected to the gas line 203. Connected in the middle of

ここで、有機物質の蒸留時には、培養液中に溶存する酸素や空気等を含むガスが生成される。かかるガスを排ガスとしてガス化炉3およびオフガス燃焼炉8に供給することにより、蒸留器7で生成される排ガスを、廃棄物の部分酸化およびガス発酵器6で生成される排ガスの燃焼に有効利用することができる。   Here, when the organic substance is distilled, a gas containing oxygen or air dissolved in the culture solution is generated. By supplying such gas as exhaust gas to the gasification furnace 3 and the off-gas combustion furnace 8, the exhaust gas generated by the distiller 7 is effectively used for partial oxidation of waste and combustion of the exhaust gas generated by the gas fermenter 6. can do.

なお、本実施形態では、濃縮部(有機物質を処理する処理部)は、蒸留器7で構成されているが、この蒸留器7に代えてまたは蒸留器7とともに、他の処理器を備えていてもよい。濃縮部が蒸留器7とともに他の処理器を備える場合、他の処理器は、例えば、蒸留器7の後段(下流側、すなわち液体ライン302の途中)に設けられる。蒸留器7とともに他の処理器を備える濃縮部を用いることにより、濃縮液中の有機物の濃度をさらに高めることができる。   In the present embodiment, the concentrating unit (processing unit for processing the organic substance) is configured by the distiller 7, but is provided with another processing unit instead of or together with the distiller 7. May be. In the case where the concentrating unit includes another processor together with the distiller 7, the other processor is provided, for example, downstream of the distiller 7 (downstream side, that is, in the middle of the liquid line 302). By using a concentration unit including another processor together with the distiller 7, the concentration of organic matter in the concentrate can be further increased.

かかる処理器としては、例えば、ゼオライト脱水膜を含む処理器、有機物質より沸点の低い低沸点物質を除去する処理器、有機物質より沸点の高い高沸点物質を除去する処理器、イオン交換膜を含む処理器等が挙げられ、これらのうちの1つを単独でまたは2つ以上を組み合わせて用いることができる。   Examples of such a treatment device include a treatment device including a zeolite dehydration membrane, a treatment device that removes a low-boiling substance having a lower boiling point than an organic material, a treatment device that removes a high-boiling material having a higher boiling point than an organic material, and an ion exchange membrane. The processor etc. which contain are mentioned, One of these can be used individually or in combination of 2 or more.

また、容器71の下部に設けられた液体排出口は、液体ライン303を介して、廃液発酵器9に接続されている。容器71内の還流液710の一部は、図示しないポンプにより、廃液として廃液発酵器9に供給される。   Further, the liquid discharge port provided in the lower part of the container 71 is connected to the waste liquid fermenter 9 through the liquid line 303. A part of the reflux liquid 710 in the container 71 is supplied to the waste liquid fermenter 9 as a waste liquid by a pump (not shown).

廃液発酵器(廃液処理部)9は、メタン発酵細菌の発酵作用により、廃液を処理する装置である。具体的には、まず、廃液発酵器8内に、図示しないラインを介して、培養液とメタン発酵細菌とを供給して収容する。この状態で、培養液を撹拌しつつ、廃液発酵器9内に廃液を供給する。これにより、培養液中でメタン発酵細菌を培養して、その発酵作用により廃液中に含まれるガス資化性細菌の死骸やガス資化性細菌が生成した物質(例えば、炭水化物、タンパク質等)から、メタンを主成分として含有するガスを生成する。   The waste liquid fermenter (waste liquid processing part) 9 is an apparatus for processing the waste liquid by the fermentation action of methane fermentation bacteria. Specifically, first, the culture solution and the methane fermentation bacteria are supplied and accommodated in the waste liquid fermenter 8 via a line (not shown). In this state, the waste liquid is supplied into the waste liquid fermenter 9 while stirring the culture liquid. As a result, the methane-fermenting bacteria are cultured in the culture solution, and from the substance (for example, carbohydrate, protein, etc.) generated by the gas-utilizing bacteria dead or gas-utilizing bacteria contained in the waste liquid by the fermentation action. The gas containing methane as a main component is generated.

この廃液発酵器9には、ガス発酵器6と同様の発酵器を用いることができる。
なお、廃液発酵器9で生成されたメタンを主成分として含有するガスは、所定の処理を施すことにより、ガス化炉3において乾燥廃棄物を部分酸化させる際の燃料ガスとして用いることもできる。
As the waste liquid fermenter 9, a fermenter similar to the gas fermenter 6 can be used.
Note that the gas containing methane as a main component produced in the waste liquid fermenter 9 can be used as a fuel gas for partially oxidizing dry waste in the gasification furnace 3 by performing a predetermined treatment.

なお、本実施形態では、廃液処理部は、廃液発酵器9で構成されているが、この廃液発酵器9に代えて他の処理器を備えていてもよい。他の処理器としては、例えば、濾過器、蒸発法により大気中へ水分を放散する放散器、蒸発法により廃液を濃縮する濃縮器等が挙げられる。また、廃液発酵器(廃液処理部)9は、必要に応じて設けるようにすればよく、省略してもよい。   In the present embodiment, the waste liquid processing unit is configured by the waste liquid fermenter 9, but may be provided with another processing device instead of the waste liquid fermenter 9. Examples of other processing devices include a filter, a diffuser that diffuses moisture into the atmosphere by an evaporation method, and a concentrator that concentrates waste liquid by an evaporation method. In addition, the waste liquid fermenter (waste liquid processing unit) 9 may be provided as necessary and may be omitted.

以上説明したような廃棄物処理システム1によれば、ガス化炉3において乾燥廃棄物を部分酸化させる際に発生する熱を利用して、過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気により乾燥部2において含水廃棄物を乾燥するとともに、含水廃棄物の乾燥に使用した後の低温蒸気の熱を、蒸留器7において有機物質の濃縮(蒸留)にも利用する。   According to the waste treatment system 1 as described above, the superheated steam is generated using the heat generated when the dry waste is partially oxidized in the gasification furnace 3, and the superheated steam generates the superheated steam in the drying unit 2. The water-containing waste is dried, and the heat of the low-temperature steam after being used for drying the water-containing waste is also used for concentration (distillation) of the organic substance in the distiller 7.

すなわち、ガス化炉3で発生する熱を、含水廃棄物の乾燥と有機物質の濃縮との双方に利用するため、含水廃棄物の乾燥と有機物質の濃縮とに別の熱源を使用する場合に比べて、必要なエネルギー量を少なくすることができる。   That is, when the heat generated in the gasification furnace 3 is used for both the drying of the hydrous waste and the concentration of the organic substance, when different heat sources are used for the drying of the hydrous waste and the concentration of the organic substance. In comparison, the amount of energy required can be reduced.

また、含水廃棄物の乾燥に熱風(不凝縮ガス)を用いる場合、含水廃棄物から発生する水蒸気は、不凝縮ガスと混合されるので温度を下げても凝縮し難くなる。このため、蒸留器7の熱源として使用することが極めて困難である。これに対して、含水廃棄物の乾燥に過熱蒸気を用いると、含水廃棄物の乾燥に使用した後の低温蒸気は、ほぼ飽和状態となり、その凝縮熱を蒸留器7の熱源として有効利用することができる。   Further, when hot air (non-condensable gas) is used for drying the hydrous waste, the water vapor generated from the hydrous waste is mixed with the non-condensable gas, so that it is difficult to condense even if the temperature is lowered. For this reason, it is extremely difficult to use as a heat source for the still 7. On the other hand, when superheated steam is used to dry the hydrous waste, the low-temperature steam after being used to dry the hydrous waste is almost saturated, and the heat of condensation is effectively used as a heat source for the distiller 7. Can do.

すなわち、過熱蒸気を生成する際に、蒸気を得るために投入した潜熱を無駄なく回収することができるため、熱風を用いて含水廃棄物を乾燥する場合と比べても、必要なエネルギー量が低くなる。   In other words, when generating superheated steam, the latent heat input to obtain the steam can be recovered without waste, so the amount of energy required is lower than when hydrated waste is dried using hot air. Become.

また、通常、含水廃棄物の乾燥は、乾燥室21内を減圧することなく行われる。このため、含水廃棄物の乾燥を乾燥部2において連続して行うことができる。したがって、廃棄物処理システム1は、大量に発生する廃棄物の処理に、特に好ましく使用することができる。   In addition, the water-containing waste is usually dried without reducing the pressure in the drying chamber 21. For this reason, the water-containing waste can be continuously dried in the drying unit 2. Therefore, the waste treatment system 1 can be particularly preferably used for the treatment of waste generated in large quantities.

なお、低温蒸気の熱は、蒸留器7で利用する他、ガス発酵器6で利用するようにしてもよい。
この場合、例えば、容器61の胴部611に螺旋状に配管63を巻回したり、培養液に浸かるように容器61内に配管63を設け、その一端部に、蒸気ライン102または蒸気ライン104が接続される。
In addition, you may make it utilize the heat | fever of low temperature steam with the gas fermenter 6 besides using with the distiller 7. FIG.
In this case, for example, the pipe 63 is spirally wound around the body 611 of the container 61 or the pipe 63 is provided in the container 61 so as to be immersed in the culture solution, and the vapor line 102 or the vapor line 104 is provided at one end thereof. Connected.

蒸気ライン102が接続される場合、配管63には、乾燥部2を通過した後の低温蒸気が供給され、その熱がガス資化性細菌の培養に利用される。また、蒸気ライン104が接続される場合、配管63には、乾燥部2を通過し、さらに蒸留器7を通過した後の低温蒸気が供給され、その残熱がガス資化性細菌の培養に利用される。   When the steam line 102 is connected, the pipe 63 is supplied with the low-temperature steam after passing through the drying unit 2, and the heat is used for culturing gas-assimilating bacteria. When the steam line 104 is connected, the pipe 63 is supplied with low-temperature steam after passing through the drying unit 2 and further passing through the distiller 7, and the residual heat is used for culturing gas-assimilating bacteria. Used.

さらに、低温蒸気の熱は、廃液発酵器9で利用するようにしてもよい。この場合、廃液発酵器9は、上記ガス発酵器6と同様の構成とすることができる。さらに、低温蒸気の熱は、蒸留器7、ガス発酵器6および廃液発酵器9のうちの2つまたは3つにおいて利用するようにしてもよい。   Furthermore, the heat of the low temperature steam may be used in the waste liquid fermenter 9. In this case, the waste liquid fermenter 9 can have the same configuration as the gas fermenter 6. Further, the heat of the low temperature steam may be used in two or three of the distiller 7, the gas fermenter 6 and the waste liquid fermenter 9.

以上、本発明の流体混合装置、ガス処理装置および廃棄物処理システムについて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、本発明の流体混合装置、ガス処理装置および廃棄物処理システムは、それぞれ他の任意の構成を有していてもよいし、同様の機能を発揮する任意の構成と置換されていてよい。   As mentioned above, although the fluid mixing apparatus, gas processing apparatus, and waste disposal system of this invention were demonstrated, this invention is not limited to these. For example, the fluid mixing device, the gas treatment device, and the waste treatment system of the present invention may have other arbitrary configurations, or may be replaced with an arbitrary configuration that exhibits the same function.

本発明の流体混合装置では、上述したような流体混合部のうちの2種以上を組み合わせて用いることができる。例えば、最も下側に位置する流体混合部を図7に示す構成とし、その他の流体混合部を図3、図5または図6に示す構成とすることができる。   In the fluid mixing apparatus of the present invention, two or more of the fluid mixing sections as described above can be used in combination. For example, the lowermost fluid mixing unit can be configured as shown in FIG. 7, and the other fluid mixing unit can be configured as shown in FIG. 3, FIG. 5, or FIG.

また、本発明の流体混合装置では、液体の流れ方向が水平方向であってもよく、上下方向(鉛直方向)に対して傾斜した方向であってもよい。   In the fluid mixing device of the present invention, the flow direction of the liquid may be a horizontal direction or a direction inclined with respect to the vertical direction (vertical direction).

さらに、本発明の流体混合装置は、ガス発酵器の他、触媒の作用によりガスから有機物質を合成する反応器に用いることもできる。この場合、液体には、例えば、金属触媒を含有する媒体油が好適に使用される。   Furthermore, the fluid mixing device of the present invention can be used not only for a gas fermenter but also for a reactor that synthesizes an organic substance from gas by the action of a catalyst. In this case, for example, a medium oil containing a metal catalyst is preferably used as the liquid.

なお、本発明の流体混合装置は、バブルの生成(製造)のみに用いてもよいことは言うまでもない。例えば、糖質やリン脂質等を含有する生理食塩水(液体)を用いて生成されたバブルは、生体内に注入することにより、超音波造影時の造影剤として使用することができる。   In addition, it cannot be overemphasized that the fluid mixing apparatus of this invention may be used only for the production | generation (manufacture) of a bubble. For example, bubbles generated using a physiological saline (liquid) containing carbohydrates, phospholipids, and the like can be used as a contrast agent during ultrasonic contrast by being injected into a living body.

また、本発明の流体混合装置において、装置本体は、第1の流体を収納する容器に代えて、第1の流体を通過させる管体で構成さることもできる。この場合も、前記実施形態と同様の作用・効果が得られる。   Moreover, in the fluid mixing apparatus of the present invention, the apparatus main body can be formed of a tubular body that allows the first fluid to pass therethrough instead of the container that stores the first fluid. In this case, the same operation and effect as in the above embodiment can be obtained.

さらに、前記実施形態では、第1の流体が液体であり、第2の流体が気体(ガス)である組み合わせであったが、これに限らず、第1の流体が液体であり、第2の流体も液体である組み合わせ、第1の流体がガスであり、第2の流体が液体である組み合わせ、第1の流体がガスであり、第2の流体もガスである組み合わせであってもよい。   Furthermore, in the embodiment, the first fluid is a liquid and the second fluid is a gas (gas). However, the present invention is not limited to this, and the first fluid is a liquid. A combination in which the fluid is also a liquid, a combination in which the first fluid is a gas, a combination in which the second fluid is a liquid, a combination in which the first fluid is a gas, and a second fluid is also a gas.

特に、第1の流体と第2の流体として同種の流体を用いる場合、流体混合部は、通過抵抗を変化させ得る整流板としての機能が顕著となる。   In particular, when the same kind of fluid is used as the first fluid and the second fluid, the fluid mixing portion has a remarkable function as a current plate that can change the passage resistance.

次に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明は、以下の具体的実施例に限定されるものではない。   Next, specific examples of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to the following specific examples.

(実施例)
液体(第1の流体)の流量とガス(第2の流体)の流量とを変更することにより、流体混合部を通過する液体の実質的な通過抵抗の変化をシミュレーションした。
図10は、図7に示す流体混合部の断面を模式的に示した図である。図10において、液体は、下方から上方に流れている。
(Example)
By changing the flow rate of the liquid (first fluid) and the flow rate of the gas (second fluid), a change in the substantial passage resistance of the liquid passing through the fluid mixing unit was simulated.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a cross section of the fluid mixing section shown in FIG. In FIG. 10, the liquid is flowing upward from below.

ポート0は、貫通孔10aの下側開口部付近を示し、ポート2は、貫通孔10aの上側開口部付近を示している。また、ポート1は、貫通孔10aが縮径した部分を示し、ポート2は、貫通孔10aと空間10bとを連通する連通路121を示している。なお、通常S=Sであるが、S>Sでもよく、S<Sでもよい。 Port 0 indicates the vicinity of the lower opening of the through hole 10a, and port 2 indicates the vicinity of the upper opening of the through hole 10a. Port 1 indicates a portion where the through hole 10a has a reduced diameter, and port 2 indicates a communication path 121 that connects the through hole 10a and the space 10b. Normally, S 0 = S 2 , but S 0 > S 2 may be satisfied, or S 0 <S 2 may be satisfied.

ここで、各ポートにおける流体の流量は、F=S×V(n=0,1,2,3)で表される。また、各ポートの圧力をP(n=0,1,2,3)で表す。通過抵抗の変化は、S=10cm、S=0.5cm、V=0.1m/sの条件で、ポート0、ポート1およびポート2の圧力を求めることにより計算した。 Here, the flow rate of the fluid in each port is represented by F n = S n × V n (n = 0, 1, 2, 3). Moreover, the pressure of each port is represented by P n (n = 0, 1, 2, 3). The change in the passage resistance was calculated by obtaining the pressures of port 0, port 1 and port 2 under the conditions of S 0 = 10 cm 2 , S 1 = 0.5 cm 2 and V 0 = 0.1 m / s.

表1および表2は、ポート2の圧力Pを基準に、ポート0およびポート1の圧力を示したグラフであり、横軸は、ポート0を流れる液体の流量Fと、ポート3から供給するガスの流量Fとの比率(F/F)を示す。表1は、比率F/Fが小さい場合を、表2は、比率F/Fが大きい場合を示す。なお、圧力変化による体積変化は無視した。
Tables 1 and 2 are graphs showing the pressure of the port 0 and the port 1 based on the pressure P 2 of the port 2, and the horizontal axis represents the flow rate F 0 of the liquid flowing through the port 0 and the supply from the port 3. The ratio (F 3 / F 0 ) with the flow rate F 3 of the gas to be performed is shown. Table 1 shows a case where the ratio F 3 / F 0 is small, and Table 2 shows a case where the ratio F 3 / F 0 is large. The volume change due to the pressure change was ignored.

表1および表2から明らかなように、F/F<0.01の範囲では、P−Pが負の値であり、ガスがポート3からポート1に引き込まれることが判る。また、F/F≧0.01の範囲でも、P−P<P−P(すなわち、P<P)であり、Pよりも低い圧力で、ガスをポート3からポート1に注入可能であることが判る。したがって、図7に示す流体混合部を用いることにより、供給するガスの圧縮エネルギーを低減することができる。 As is apparent from Tables 1 and 2, in the range of F 3 / F 0 <0.01, it can be seen that P 1 -P 2 is a negative value, and gas is drawn from port 3 to port 1. Even in the range of F 3 / F 0 ≧ 0.01, P 1 −P 2 <P 0 −P 2 (that is, P 1 <P 0 ), and the gas is supplied to the port 3 at a pressure lower than P 0. It can be seen that injection into port 1 is possible. Therefore, the compression energy of the supplied gas can be reduced by using the fluid mixing section shown in FIG.

このような流体混合部によれば、複数の貫通孔を設けて、液体に通過抵抗を与えることにより、液体の流れに、その方向に垂直な方向(水平方向)においてムラが生じることを低減し、液体の一様流を形成することができる。このとき、液体の通過抵抗の増大により、液体には、液体混合部を通過させるために追加のエネルギーを付与する必要があるが、この追加のエネルギーは、表1および表2に示すように、ガスの注入エネルギーとして使用されるため、エネルギー損失を抑制することができる。   According to such a fluid mixing unit, by providing a plurality of through holes and giving passage resistance to the liquid, it is possible to reduce unevenness in the flow of the liquid in a direction perpendicular to the direction (horizontal direction). A uniform flow of liquid can be formed. At this time, due to an increase in the passage resistance of the liquid, it is necessary to impart additional energy to the liquid in order to pass through the liquid mixing unit. As shown in Tables 1 and 2, the additional energy is Since it is used as gas injection energy, energy loss can be suppressed.

また、図4および図6に示す流体混合部でも、同様の結果が得られる。なお、図4に示す流体混合部では、エネルギー損失の抑制効果は若干低くなるものの、十分な整流効果は得られる。   Similar results are also obtained in the fluid mixing section shown in FIGS. In addition, in the fluid mixing part shown in FIG. 4, although the suppression effect of energy loss becomes a little low, sufficient rectification effect is acquired.

(比較例)
図11に示すように、2枚の整流板を配置し、下方に位置する整流板の上側近傍にリングスパージャーを配置する構成において、バブルの分布状態をシミュレーションした。
なお、各整流板は、直径5mmの孔がピッチ10mmで三角配置された多孔板とし、リングスパージャーは、直径0.5mmの孔がピッチ5mmで形成されたリング状のチューブとした。
比較例では、図11に示すように、液体の一様流が形成されず、液体中にバブルが均一に分散しない(液体中にバブルが偏在する)。また、エネルギー損失の抑制効果も得られない。
(Comparative example)
As shown in FIG. 11, the bubble distribution state was simulated in a configuration in which two current plates are arranged and a ring sparger is arranged near the upper side of the current plate located below.
Each rectifying plate was a perforated plate in which holes with a diameter of 5 mm were arranged in a triangle with a pitch of 10 mm, and the ring sparger was a ring-shaped tube with holes with a diameter of 0.5 mm formed at a pitch of 5 mm.
In the comparative example, as shown in FIG. 11, a uniform flow of liquid is not formed, and bubbles are not uniformly dispersed in the liquid (bubbles are unevenly distributed in the liquid). Moreover, the effect of suppressing energy loss cannot be obtained.

1 廃棄物処理システム
2 乾燥部
21 乾燥室
22 コンベア
3 ガス化炉
4 熱交換器
41 配管
5 ガス精製部
6 ガス発酵器
61 容器
611 胴部
611a 供給路
612 底部
613 頂部
62 循環ライン
63 ポンプ
7 蒸留器
71 容器
710 還流液
72 トレイ
73 配管
74 コンデンサ
741 回収ライン
742 還流ライン
8 オフガス燃焼炉
9 廃液発酵器
10 流体混合部
10a 貫通孔
10b 空間
11 板状部
11a 孔
12 筒状部
12a 内部空間
13 板状部
13a 孔
101 蒸気ライン
102 蒸気ライン
103 蒸気ライン
104 蒸気ライン
201 ガスライン
202 ガスライン
203 ガスライン
204 ガスライン
204a 分岐ガスライン
204b 分岐ガスライン
301 液体ライン
302 液体ライン
302 液体ライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste disposal system 2 Drying part 21 Drying room 22 Conveyor 3 Gasifier 4 Heat exchanger 41 Piping 5 Gas refinement part 6 Gas fermenter 61 Container 611 Body part 611a Supply path 612 Bottom part 613 Top part 62 Circulation line 63 Pump 7 Distillation Vessel 71 container 710 reflux liquid 72 tray 73 piping 74 condenser 741 recovery line 742 reflux line 8 off-gas combustion furnace 9 waste liquid fermenter 10 fluid mixing part 10a through hole 10b space 11 plate-like part 11a hole 12 cylindrical part 12a internal space 13 plate 13a Hole 101 Steam line 102 Steam line 103 Steam line 104 Steam line 201 Gas line 202 Gas line 203 Gas line 204 Gas line 204a Branch gas line 204b Branch gas line 301 Liquid line 302 Liquid line 302 Liquid line

Claims (22)

第1の流体を通過させるか、または収納する装置本体と、
前記装置本体内に前記第1の流体の流れを生成する流れ生成機構と、
前記装置本体内に第2の流体を供給する第2の流体供給機構と、
前記第1の流体の流れを横切るように前記装置本体内に設けられ、前記第2の流体が通過する際に、前記第1の流体と前記第2の流体とを混合する1つ以上の流体混合部と、を有し、
前記流体混合部は、前記第1の流体の流れ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記第1の流体の流れ方向の下流側で閉塞し、前記第2の流体を一時的に貯留可能な貯留空間とを備えることを特徴とする流体混合装置。
An apparatus body for passing or storing the first fluid;
A flow generating mechanism for generating a flow of the first fluid in the apparatus body;
A second fluid supply mechanism for supplying a second fluid into the apparatus body;
One or more fluids provided in the apparatus body so as to cross the flow of the first fluid and mixing the first fluid and the second fluid when the second fluid passes through A mixing section,
The fluid mixing unit is closed at a plurality of through holes penetrating in the flow direction of the first fluid and downstream in the flow direction of the first fluid, and can temporarily store the second fluid. A fluid mixing device comprising a storage space.
前記第1の流体は液体であり、前記第2の流体はガスである請求項1に記載の流体混合装置。   The fluid mixing apparatus according to claim 1, wherein the first fluid is a liquid and the second fluid is a gas. 前記第1の流体は液体であり、前記第2の流体も液体である請求項1に記載の流体混合装置。   The fluid mixing apparatus according to claim 1, wherein the first fluid is a liquid and the second fluid is also a liquid. 前記第1の流体はガスであり、前記第2の流体は液体である請求項1に記載の流体混合装置。   The fluid mixing apparatus according to claim 1, wherein the first fluid is a gas and the second fluid is a liquid. 前記第1の流体はガスであり、前記第2の流体もガスである請求項1に記載の流体混合装置。   The fluid mixing apparatus according to claim 1, wherein the first fluid is a gas and the second fluid is also a gas. 前記流体混合部は、前記複数の貫通孔と前記貯留空間とを連通する複数の連通路を備える請求項1〜5のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluid mixing unit includes a plurality of communication passages that connect the plurality of through holes and the storage space. 前記貫通孔の平均横断面積をA[mm]とし、前記連通路の平均横断面積をB[mm]としたとき、B/Aが0.01〜0.2である請求項6に記載の流体混合装置。 The B / A is 0.01 to 0.2, where A [mm 2 ] is the average cross-sectional area of the through holes and B [mm 2 ] is the average cross-sectional area of the communication path. Fluid mixing device. 各前記貫通孔は、その横断面積が前記第1の流体の前記流れ方向の下流側から上流側に向かって漸減する部分を備える請求項1〜7のいずれかに記載の流体混合装置。   8. The fluid mixing device according to claim 1, wherein each through hole includes a portion whose cross-sectional area gradually decreases from a downstream side to an upstream side in the flow direction of the first fluid. 隣接する前記貫通孔の前記第1の流体の流れ方向の下流側の開口同士の離間距離は、1mm以下である請求項8に記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to claim 8, wherein a separation distance between openings on the downstream side in the flow direction of the first fluid of the adjacent through holes is 1 mm or less. 前記貯留空間は、前記流体混合部の前記第1の流体の流れ方向の上流側に開放している請求項1〜8のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the storage space is opened upstream of the fluid mixing unit in the flow direction of the first fluid. 前記貯留空間は、前記流体混合部の前記液体の流れ方向の上流側で閉塞している請求項1〜8のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to claim 1, wherein the storage space is closed on an upstream side of the fluid mixing unit in the liquid flow direction. 各前記貫通孔は、その横断面積が前記第1の流体の流れ方向の上流側から下流側に向かって漸減する部分を備える請求項11に記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to claim 11, wherein each of the through holes includes a portion whose cross-sectional area gradually decreases from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the first fluid. 隣接する前記貫通孔の前記第1の流体の流れ方向の上流側の開口同士の離間距離は、1mm以下である請求項12に記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to claim 12, wherein a distance between openings on the upstream side in the flow direction of the first fluid in the adjacent through holes is 1 mm or less. 前記第2の流体供給機構は、前記第2の流体を前記流体混合部の前記貯留空間に直接供給するように構成されている請求項1〜13のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to claim 1, wherein the second fluid supply mechanism is configured to directly supply the second fluid to the storage space of the fluid mixing unit. 前記流体混合部を前記第1の流体の流れ方向の下流側から見たとき、前記複数の貫通孔の前記流体混合部に対する占める割合が1〜50%である請求項1〜14のいずれかに記載の流体混合装置。   The ratio of the plurality of through holes to the fluid mixing part is 1 to 50% when the fluid mixing part is viewed from the downstream side in the flow direction of the first fluid. The fluid mixing device as described. 前記流体混合部を前記第1の流体の流れ方向の上流側から見たとき、前記複数の貫通孔の前記流体混合部に対する占める割合が10〜50%である請求項1〜15のいずれかに記載の流体混合装置。   The ratio of the plurality of through holes to the fluid mixing part is 10 to 50% when the fluid mixing part is viewed from the upstream side in the flow direction of the first fluid. The fluid mixing device as described. 前記1つ以上の流体混合部は、前記第1の流体の流れ方向に沿って設けられた複数の前記流体混合部を含む請求項1〜16のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to any one of claims 1 to 16, wherein the one or more fluid mixing units include a plurality of the fluid mixing units provided along a flow direction of the first fluid. 前記装置本体は、前記第1の流体を通過させる管体で構成されている請求項1〜17のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to any one of claims 1 to 17, wherein the device main body is configured by a tubular body that allows the first fluid to pass therethrough. 前記装置本体は、前記第1の流体を収納する容器で構成されている請求項1〜17のいずれかに記載の流体混合装置。   The fluid mixing device according to any one of claims 1 to 17, wherein the device main body includes a container that stores the first fluid. 前記容器は、筒状の胴部と、前記胴部の下端開口を塞ぐ底部と、前記胴部の上端開口を塞ぐ頂部とを備え、
前記流れ生成機構は、前記胴部の上部と前記底部とを接続するラインと、前記ラインの途中に設けられ、前記液体を循環させるポンプとを備え、前記ポンプの作動により、前記容器の下側から上側に向かう前記液体の流れを生成するように構成されている請求項19に記載の流体混合装置。
The container includes a cylindrical body, a bottom that closes a lower end opening of the body, and a top that closes an upper end opening of the body.
The flow generation mechanism includes a line that connects the upper portion of the body portion and the bottom portion, and a pump that is provided in the middle of the line and that circulates the liquid. The fluid mixing device of claim 19, wherein the fluid mixing device is configured to generate a flow of the liquid from the top to the top.
請求項19または20に記載の流体混合装置と、
前記流体混合装置の前記容器内に、前記第2の流体として供給されたガスから生成された有機物質を処理する処理部と、を有することを特徴とするガス処理装置。
A fluid mixing device according to claim 19 or 20,
A gas processing apparatus comprising: a processing unit configured to process an organic substance generated from the gas supplied as the second fluid in the container of the fluid mixing apparatus.
請求項21に記載のガス処理装置と、
前記容器に接続され、廃棄物を処理することにより前記ガスを生成するガス生成部と、を有することを特徴とする廃棄物処理システム。
A gas treatment device according to claim 21,
A waste treatment system comprising: a gas generation unit that is connected to the container and generates the gas by processing the waste.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021193572A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-30 積水化学工業株式会社 Production method for organic substance and organic substance production device

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