JP2681711B2 - 一定量の流れる液体に一定量の気体を溶解させる方法および装置 - Google Patents
一定量の流れる液体に一定量の気体を溶解させる方法および装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
- B01F25/53—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle in which the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle through a recirculation tube, into which an additional component is introduced
-
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- B01F23/23762—Carbon dioxide
- B01F23/237621—Carbon dioxide in beverages
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項１の前提部に記載された、一定量の
流れる液体に一定量の気体を溶解させる方法、およびこ
の方法を実施するための装置に関するものである。
流れる液体に一定量の気体を溶解させる方法、およびこ
の方法を実施するための装置に関するものである。
冒頭に記載した種類の方法、およびこの方法を実施す
るための配置構成は、WO−Ａ−8802276により公知であ
る。この公知の配置構成に用いられた分離装置は、泡の
ない液体を透過する隔壁を有し、これが循環液体中に泡
を保持する。
るための配置構成は、WO−Ａ−8802276により公知であ
る。この公知の配置構成に用いられた分離装置は、泡の
ない液体を透過する隔壁を有し、これが循環液体中に泡
を保持する。
一定量の液体に一定量の気体を溶解させるための公知
技術を開示したもう１つの配置構成が、たとえばハフマ
ンス社（RDヴェンロ、オランダ）の会社印刷物「ハフマ
ンス二酸化炭素測定・制御プラント」AGM05型の２〜５
ページに記載されている。この印刷物に記載された、前
記の方法を実施するための配置構成においては、炭酸ガ
スとビールを、いわゆるカーボネーション装置で合流さ
せる。炭酸ガス管はビール管の中央で終了し、炭酸ガス
の分布は静的混合部材を通して行われる。カーボネーシ
ョン装置の後段に接続された溶解区間は、別の静的混合
部材によって、目標とする物質交換（液体中に気体を吸
収すること）にとって必要な前提である泡分布が維持さ
れるように配慮する。
技術を開示したもう１つの配置構成が、たとえばハフマ
ンス社（RDヴェンロ、オランダ）の会社印刷物「ハフマ
ンス二酸化炭素測定・制御プラント」AGM05型の２〜５
ページに記載されている。この印刷物に記載された、前
記の方法を実施するための配置構成においては、炭酸ガ
スとビールを、いわゆるカーボネーション装置で合流さ
せる。炭酸ガス管はビール管の中央で終了し、炭酸ガス
の分布は静的混合部材を通して行われる。カーボネーシ
ョン装置の後段に接続された溶解区間は、別の静的混合
部材によって、目標とする物質交換（液体中に気体を吸
収すること）にとって必要な前提である泡分布が維持さ
れるように配慮する。
気体と液体の物質交換のためのプロセス工学上および
流体工学上の諸前提は十分に知られている。気体を液体
に供給して液体中に分散させ、液体が貫流する断面全体
に均質に分布させなければならない。いわゆる平衡曲
線、すなわち気体と液体との溶解平衡は、与えられた管
圧力と与えられた温度のもとで液体に可溶な最大気体量
を提供する。この溶解平衡に基づく気体量は、正確な量
で液体に添加すれば、理論的には無限に長い時間にわた
って液体中に溶解できる。それゆえ、実際には原則とし
て溶解平衡の達成は断念し、可変な運転パラメータの選
択によって、平衡濃度（飽和濃度とも言う）と最終的に
生じる所望の実際濃度との間に十分な濃度勾配が与えら
れるように配慮する。さらに、低圧、高温、溶解すべき
気体の高い目標濃度、および通常は低い流速によって吸
収が困難になることが十分知られている。静的混合器お
よびそれに続く溶解区間内で圧力損失が生じると、流路
全体にわたって静的圧力が、少なくとも徐々に減少し続
け、このことがまた局所的平衡濃度を決定する。この局
所的平衡濃度が減少すると、物質交換に決定的に影響す
る有効濃度勾配も減少する。
流体工学上の諸前提は十分に知られている。気体を液体
に供給して液体中に分散させ、液体が貫流する断面全体
に均質に分布させなければならない。いわゆる平衡曲
線、すなわち気体と液体との溶解平衡は、与えられた管
圧力と与えられた温度のもとで液体に可溶な最大気体量
を提供する。この溶解平衡に基づく気体量は、正確な量
で液体に添加すれば、理論的には無限に長い時間にわた
って液体中に溶解できる。それゆえ、実際には原則とし
て溶解平衡の達成は断念し、可変な運転パラメータの選
択によって、平衡濃度（飽和濃度とも言う）と最終的に
生じる所望の実際濃度との間に十分な濃度勾配が与えら
れるように配慮する。さらに、低圧、高温、溶解すべき
気体の高い目標濃度、および通常は低い流速によって吸
収が困難になることが十分知られている。静的混合器お
よびそれに続く溶解区間内で圧力損失が生じると、流路
全体にわたって静的圧力が、少なくとも徐々に減少し続
け、このことがまた局所的平衡濃度を決定する。この局
所的平衡濃度が減少すると、物質交換に決定的に影響す
る有効濃度勾配も減少する。
公知の配置構成は特定量の流れる液体における所定の
量の気体の溶解を、十分知られている手段によって目指
すものなので、この配置構成によっては当該分野におけ
る公知技術を越えるプロセス工学上または装置上の長所
は得られない。
量の気体の溶解を、十分知られている手段によって目指
すものなので、この配置構成によっては当該分野におけ
る公知技術を越えるプロセス工学上または装置上の長所
は得られない。
前述のカーボネーション装置で後段の溶解区間と組み
合わせて達成可能な物質交換を改善できるような、物質
交換を強化する方法および配置構成を探求する過程で、
当業者は雑誌「Chem.Ing.Tech.64」（1992）No.8、762
ページに、「上方から気体を送入するルーブリアクタの
形成と水力学的パラメータの測定」という題の論文に出
会う。ここには、特に次のように書かれている。
合わせて達成可能な物質交換を改善できるような、物質
交換を強化する方法および配置構成を探求する過程で、
当業者は雑誌「Chem.Ing.Tech.64」（1992）No.8、762
ページに、「上方から気体を送入するルーブリアクタの
形成と水力学的パラメータの測定」という題の論文に出
会う。ここには、特に次のように書かれている。
「低粘度の液体への気体送入のために、化学工業およ
び生物学的廃水浄化において、噴射駆動式のループリア
クタがますます多用されている。リアクタ頭部に配置さ
れている２成分ノズルを通して、気体と液体をコンパク
トリアクタに供給する。このノズルは放射器モードでも
注入器モードでも運転できる。この２成分ノズルを通し
て供給された気体と液体の混合物は、環状室から吸収さ
れた２成分混合物と一緒に、循環パイプ中を下方に流れ
る。リアクタの下端部では、液体の一部が吸収される。
液体の他の部分は、気体と一緒に環状室中を上方に流れ
る。リアクタの上端部で気体の一部が流出するのに対
し、他の部分は流体と一緒に再びリアクタ内の循環に入
る。
び生物学的廃水浄化において、噴射駆動式のループリア
クタがますます多用されている。リアクタ頭部に配置さ
れている２成分ノズルを通して、気体と液体をコンパク
トリアクタに供給する。このノズルは放射器モードでも
注入器モードでも運転できる。この２成分ノズルを通し
て供給された気体と液体の混合物は、環状室から吸収さ
れた２成分混合物と一緒に、循環パイプ中を下方に流れ
る。リアクタの下端部では、液体の一部が吸収される。
液体の他の部分は、気体と一緒に環状室中を上方に流れ
る。リアクタの上端部で気体の一部が流出するのに対
し、他の部分は流体と一緒に再びリアクタ内の循環に入
る。
ループリアクタとは、全体流を包含し明確に案内され
た、液相系または液化系の循環を少なくとも１回行う装
置を意味する。その際、循環流に通過流を重ねることが
でき、そうすることによって「ループ」状の流動状態が
生じる。内部循環を有するループリアクタと、外部循環
を有するループリアクタとがある。
た、液相系または液化系の循環を少なくとも１回行う装
置を意味する。その際、循環流に通過流を重ねることが
でき、そうすることによって「ループ」状の流動状態が
生じる。内部循環を有するループリアクタと、外部循環
を有するループリアクタとがある。
以上略述したループリアクタ原理を、冒頭に記載した
種類の方法に応用することは必ずしも可能ではない。一
方では、供給された気体の完全に除去できない部分がリ
アクタの上端部から流出することが好ましくなく、不都
合であろう。むしろ、供給された気体量が事実上溶解す
ることが追求されるが、そうすることによって物質収支
が極めて簡単に形成される。他方では、ループリアクタ
の幾何学的関係が固定されているので、運転条件の変化
にこの方法を適応させる可能性は制限されている。さら
に、内部循環で運転するか外部循環で運転するかに関係
なく、ループリアクタは、特に食品産業や飲料産業に使
用する場合は、リアクタのあらゆる領域を生物学的に申
し分なく浄化することが極めて重要であり、一方では、
格別清掃しやすい、もしくはCIP（CIPとは“cleaning
in place"の略で「貫流中に適当な場所で清掃可能」と
いった意味である）に適した配置構成ではなく、他方で
は、ループリアクタは、場合により圧力容器に分類さ
れ、特定の安全技術上の要求を満たさねばならないが、
そうすることによって認可または監視を義務づけられる
ことがあり、その結果として最初から技術的コストがか
かり、価格も高くなる。
種類の方法に応用することは必ずしも可能ではない。一
方では、供給された気体の完全に除去できない部分がリ
アクタの上端部から流出することが好ましくなく、不都
合であろう。むしろ、供給された気体量が事実上溶解す
ることが追求されるが、そうすることによって物質収支
が極めて簡単に形成される。他方では、ループリアクタ
の幾何学的関係が固定されているので、運転条件の変化
にこの方法を適応させる可能性は制限されている。さら
に、内部循環で運転するか外部循環で運転するかに関係
なく、ループリアクタは、特に食品産業や飲料産業に使
用する場合は、リアクタのあらゆる領域を生物学的に申
し分なく浄化することが極めて重要であり、一方では、
格別清掃しやすい、もしくはCIP（CIPとは“cleaning
in place"の略で「貫流中に適当な場所で清掃可能」と
いった意味である）に適した配置構成ではなく、他方で
は、ループリアクタは、場合により圧力容器に分類さ
れ、特定の安全技術上の要求を満たさねばならないが、
そうすることによって認可または監視を義務づけられる
ことがあり、その結果として最初から技術的コストがか
かり、価格も高くなる。
DE3920472A1により、気体添加操作が液体の流路の特
定の箇所で、溶解しない泡の融合によって概ね終了す
る、液体に気体を添加する方法が知られている。この溶
解しないで融合した泡は、気体を添加すべき液体の流路
のそれ以降の区間において液体に改めて分散させて混合
させるか、あるいは液体から分離される。このために、
上記の方法を実施する公知の装置は気体添加区間の端部
に分離装置を設けており、回転する液体中で溶解しない
泡を遠心力によって液体から分離できるようになってい
る。この分離装置は、回転する液体が回転放物面体を形
成する容器であり、その自由な表面を通して溶解してい
ない泡が分離される（第４段37〜51行）。上記の事情に
基づき、分離された物質流は純粋な気体流であって、そ
の再利用については言及されていない。
定の箇所で、溶解しない泡の融合によって概ね終了す
る、液体に気体を添加する方法が知られている。この溶
解しないで融合した泡は、気体を添加すべき液体の流路
のそれ以降の区間において液体に改めて分散させて混合
させるか、あるいは液体から分離される。このために、
上記の方法を実施する公知の装置は気体添加区間の端部
に分離装置を設けており、回転する液体中で溶解しない
泡を遠心力によって液体から分離できるようになってい
る。この分離装置は、回転する液体が回転放物面体を形
成する容器であり、その自由な表面を通して溶解してい
ない泡が分離される（第４段37〜51行）。上記の事情に
基づき、分離された物質流は純粋な気体流であって、そ
の再利用については言及されていない。
本発明の目的は、与えられた条件のもとで、液体中に
事実上可溶な気体量を公知の方法よりも増大させること
である。さらに、この方法を実施する装置の構造は単純
でなければならず、貫流中に清掃可能（CIP可能）であ
り、特定の実用上の必要性への適応と制御はできる限り
簡単でなければならない。
事実上可溶な気体量を公知の方法よりも増大させること
である。さらに、この方法を実施する装置の構造は単純
でなければならず、貫流中に清掃可能（CIP可能）であ
り、特定の実用上の必要性への適応と制御はできる限り
簡単でなければならない。
プロセス工学上の目的は、請求項１の特徴部に記載さ
れた特徴を応用することによって達成される。提案され
た方法の好適な態様が、請求項２〜４に記載されてい
る。この方法を実施するための装置は、請求項５の特徴
を応用することによって実現され、提案された装置の好
適な態様がその他の従属請求項に記載されている。
れた特徴を応用することによって達成される。提案され
た方法の好適な態様が、請求項２〜４に記載されてい
る。この方法を実施するための装置は、請求項５の特徴
を応用することによって実現され、提案された装置の好
適な態様がその他の従属請求項に記載されている。
全体流を湾曲した経路に流動的に案内することを通し
て泡のない液体流と２相流として形成された気液流とに
分離することによって、一方では分離箇所から引き続き
運ばれた液体中に制御不可能な気体補給は行われない。
他方では、この分離が部分流の貫流の前提となる。還流
した気液流は循環流として、通過流をなす、供給された
気体未添加もしくは気体添加済みの液体流に重ねられ
る。この還流によって、循環流中に含まれている溶解し
ていない泡を改めて再分散させて、全体流中に均質に分
布させることが可能となる。さらに、通過流と循環流の
合流地点での濃度勾配が増し、そこで２つの流れが重な
ることによって追加的に渦流が発生する。
て泡のない液体流と２相流として形成された気液流とに
分離することによって、一方では分離箇所から引き続き
運ばれた液体中に制御不可能な気体補給は行われない。
他方では、この分離が部分流の貫流の前提となる。還流
した気液流は循環流として、通過流をなす、供給された
気体未添加もしくは気体添加済みの液体流に重ねられ
る。この還流によって、循環流中に含まれている溶解し
ていない泡を改めて再分散させて、全体流中に均質に分
布させることが可能となる。さらに、通過流と循環流の
合流地点での濃度勾配が増し、そこで２つの流れが重な
ることによって追加的に渦流が発生する。
公知の通気法や気体添加法（冒頭に略述したハフマン
スの配置構成を代表とする）がすべて１回の通過で気体
溶解を追求し、したがって溶解すべき気体の達成可能な
実際濃度は比較的低いものにとどまらざるを得ないか、
比較的長く、したがって相当の圧力損失を伴う混合区間
および溶解区間を必要とするのとは異なり、本出願の目
的物においては、「溶解していない気体成分を液体から
分離して還流を繰り返す」という原理が一貫して実現さ
れており、しかも溶解しな気体成分は２相流（気液流）
の形で、特に効果的な分離機構を通して泡のない液体流
から分離される。
スの配置構成を代表とする）がすべて１回の通過で気体
溶解を追求し、したがって溶解すべき気体の達成可能な
実際濃度は比較的低いものにとどまらざるを得ないか、
比較的長く、したがって相当の圧力損失を伴う混合区間
および溶解区間を必要とするのとは異なり、本出願の目
的物においては、「溶解していない気体成分を液体から
分離して還流を繰り返す」という原理が一貫して実現さ
れており、しかも溶解しな気体成分は２相流（気液流）
の形で、特に効果的な分離機構を通して泡のない液体流
から分離される。
本発明の方法の態様に設けられているように、還流す
る気液流に気体流を送入することが、プロセス工学的に
も装置的にも好適であることが分かった。こうすること
によって、一方ではすでに２相流において新たに供給す
べき気体流の分散が行われ、他方では気体流を直接配管
に送入する配置構成に比べて装置のコストを少なくでき
る。なぜならば、還流すべき気液流を収容する還流管の
公称断面は、気体未添加の液体流を案内する配管部分よ
りも常に小さく形成されているからである。
る気液流に気体流を送入することが、プロセス工学的に
も装置的にも好適であることが分かった。こうすること
によって、一方ではすでに２相流において新たに供給す
べき気体流の分散が行われ、他方では気体流を直接配管
に送入する配置構成に比べて装置のコストを少なくでき
る。なぜならば、還流すべき気液流を収容する還流管の
公称断面は、気体未添加の液体流を案内する配管部分よ
りも常に小さく形成されているからである。
提案された方法のもう１つの好適な態様に従い、供給
された気体未添加もしくは気体添加済みの液体流（通過
流）と合流する前に、還流する気液流中の気体の少なく
とも一部を支持液体に再分散させる。この方策は、物質
交換の一層の改善に寄与する。
された気体未添加もしくは気体添加済みの液体流（通過
流）と合流する前に、還流する気液流中の気体の少なく
とも一部を支持液体に再分散させる。この方策は、物質
交換の一層の改善に寄与する。
泡のない液体流と気液流への分離を強化および促進す
るために、本発明の提案された方法の他の態様において
は、合流した気液混合物を湾曲した経路に流動的に案内
し、これに必要な回転エネルギーを、流れる気液混合物
のエネルギーから得るようにしたが、その結果としてこ
のプロセス工程を比較的単純な装置で実現することがで
きる。
るために、本発明の提案された方法の他の態様において
は、合流した気液混合物を湾曲した経路に流動的に案内
し、これに必要な回転エネルギーを、流れる気液混合物
のエネルギーから得るようにしたが、その結果としてこ
のプロセス工程を比較的単純な装置で実現することがで
きる。
この方法を実施するための配置構成は通過流、全体流
および循環流のいずれの区域においても単純な配管の形
で構成できるので、極めて清掃しやすく、したがってCI
Pに適った流動区域およびプラント区域が生じ、これら
は関連規則に従う圧力容器を含まない。本発明に従う配
置構成の中核は、回転する液体中で溶解しない泡を遠心
力によって液体から分離する分離装置であり、この場合
において、分離装置の入口管に混合装置または溶解区間
が流入し、一方では泡のない液体流に対する配管の継続
した配管部分が分離装置の出口管に接続され、他方では
残っている気液流に対する還流管が分離装置の頭部区域
に接続されている。還流管内に配置された第２の搬送装
置によって、上に提案したプロセス工学的方策に従い、
供給された気体未添加もしくは気体添加済みの液体流と
合流する前に、還流すべき気液流中の気体の少なくとも
一部を支持液体に特に簡単にかつ有効に再分散させ、還
流管断面にわたって均質に分布させることができ、この
ことは物質交換の一層の改善に役立つ。還流管内の第２
の搬送装置によって、提案された配置構成は著しく簡単
に制御できるので、運転条件の変化に適応させることは
非常に簡単である。
および循環流のいずれの区域においても単純な配管の形
で構成できるので、極めて清掃しやすく、したがってCI
Pに適った流動区域およびプラント区域が生じ、これら
は関連規則に従う圧力容器を含まない。本発明に従う配
置構成の中核は、回転する液体中で溶解しない泡を遠心
力によって液体から分離する分離装置であり、この場合
において、分離装置の入口管に混合装置または溶解区間
が流入し、一方では泡のない液体流に対する配管の継続
した配管部分が分離装置の出口管に接続され、他方では
残っている気液流に対する還流管が分離装置の頭部区域
に接続されている。還流管内に配置された第２の搬送装
置によって、上に提案したプロセス工学的方策に従い、
供給された気体未添加もしくは気体添加済みの液体流と
合流する前に、還流すべき気液流中の気体の少なくとも
一部を支持液体に特に簡単にかつ有効に再分散させ、還
流管断面にわたって均質に分布させることができ、この
ことは物質交換の一層の改善に役立つ。還流管内の第２
の搬送装置によって、提案された配置構成は著しく簡単
に制御できるので、運転条件の変化に適応させることは
非常に簡単である。
分離装置を遠心分離機として、しかも提案された配置
構成のもう１つの態様に設けられているように、第１の
実施態様において液体サイクロンとして構成することに
より、泡のない通過流と２相流（気液流）として形成さ
れた通過流とに全体流を分離することが特に簡単に、そ
れにもかかわらず効果的に可能である。その際、還流管
は液体サイクロンの浸漬管に接続される。
構成のもう１つの態様に設けられているように、第１の
実施態様において液体サイクロンとして構成することに
より、泡のない通過流と２相流（気液流）として形成さ
れた通過流とに全体流を分離することが特に簡単に、そ
れにもかかわらず効果的に可能である。その際、還流管
は液体サイクロンの浸漬管に接続される。
分離装置を液体サイクロンとして構成する場合におい
て、特定の運転条件のもとでいわゆる「竜巻」を生じる
が、そうすることによって渦中心に集まる気体の一部は
分離装置内に同心に配置された出口管に運ばれる。この
場合、液体に気体が少なくとも一定程度添加されるまで
は気体を分離装置内に保持し、２相流（気液流）の排出
に用いられる浸漬管のみを通して流出できるように、特
別の構造的な予防策が出口管に必要である。
て、特定の運転条件のもとでいわゆる「竜巻」を生じる
が、そうすることによって渦中心に集まる気体の一部は
分離装置内に同心に配置された出口管に運ばれる。この
場合、液体に気体が少なくとも一定程度添加されるまで
は気体を分離装置内に保持し、２相流（気液流）の排出
に用いられる浸漬管のみを通して流出できるように、特
別の構造的な予防策が出口管に必要である。
本発明に従うもう一つの好適な装置に設けられている
ように、分離装置が容器として形成されており、この容
器では入口管が接線方向に流入して、出口管が流動方向
の延長上で接線方向に流出しており、この出口管の出口
側端面の境界面を越えて、浸漬管が軸線方向に、かつ容
器の外套面と同心的に一部容器内部に進入していて、浸
漬管が他方では還流管に接続されていると、分離性能
は、液体に極端に多量の気体が添加された状態でも、分
離装置を液体サイクロンとして構成した場合に比べて改
善される。この態様においては、出口管も入口管も容器
の外套区域に配置されており、このように構成すること
によって、この区域で回転する脱気液体を排出できるこ
とが好都合である。中央部、すなわち容器軸線の区域で
回転し、かつ気体を多量に添加した液体は、２相流（気
液流）として浸漬管を通して分離装置から出ることが可
能である。この場合に本質的なのは、泡を容器の外套区
域から軸線区域に分離するのに必要な滞留時間が、容器
を貫流する気液混合物に提供されるように、浸漬管が分
離装置の出口側区域に配置されていることである。
ように、分離装置が容器として形成されており、この容
器では入口管が接線方向に流入して、出口管が流動方向
の延長上で接線方向に流出しており、この出口管の出口
側端面の境界面を越えて、浸漬管が軸線方向に、かつ容
器の外套面と同心的に一部容器内部に進入していて、浸
漬管が他方では還流管に接続されていると、分離性能
は、液体に極端に多量の気体が添加された状態でも、分
離装置を液体サイクロンとして構成した場合に比べて改
善される。この態様においては、出口管も入口管も容器
の外套区域に配置されており、このように構成すること
によって、この区域で回転する脱気液体を排出できるこ
とが好都合である。中央部、すなわち容器軸線の区域で
回転し、かつ気体を多量に添加した液体は、２相流（気
液流）として浸漬管を通して分離装置から出ることが可
能である。この場合に本質的なのは、泡を容器の外套区
域から軸線区域に分離するのに必要な滞留時間が、容器
を貫流する気液混合物に提供されるように、浸漬管が分
離装置の出口側区域に配置されていることである。
容器が細長い円筒として形成されており、その外套の
高さＨが直径Ｄより著しく大きく、好ましくはH/D＝３
〜６であるならば、非常に単純で高性能の分離装置が得
られる。
高さＨが直径Ｄより著しく大きく、好ましくはH/D＝３
〜６であるならば、非常に単純で高性能の分離装置が得
られる。
提案された装置のもう１つの態様で設けられているよ
うに、第２の搬送装置が自動吸入式回転ポンプ、好まし
くはバイパスポンプとして形成されていると、まだ溶解
していない泡を還流すべき気液流に再分散させ、かつ均
質に分布させる点で特に効果的であることが分かった。
自動吸入式回転ポンプは、構造が比較的単純なポンプ
で、２相混合物も純粋な気体も搬送でき、自浄作用があ
り、摩耗せず、したがって保守コストは低くてすむ。
うに、第２の搬送装置が自動吸入式回転ポンプ、好まし
くはバイパスポンプとして形成されていると、まだ溶解
していない泡を還流すべき気液流に再分散させ、かつ均
質に分布させる点で特に効果的であることが分かった。
自動吸入式回転ポンプは、構造が比較的単純なポンプ
で、２相混合物も純粋な気体も搬送でき、自浄作用があ
り、摩耗せず、したがって保守コストは低くてすむ。
提案された装置のもう１つの好適な態様に従い、第２
の搬送装置の後方で還流管に気体流を送入することによ
って、泡の再分散に好都合に影響する性質を、新たに供
給された気体流に対しても利用できる。さらに、上述し
たように、この実施態様においては、気体流を直接還流
管に送入するようにした装置の態様に比べて装置コスト
は減少する。
の搬送装置の後方で還流管に気体流を送入することによ
って、泡の再分散に好都合に影響する性質を、新たに供
給された気体流に対しても利用できる。さらに、上述し
たように、この実施態様においては、気体流を直接還流
管に送入するようにした装置の態様に比べて装置コスト
は減少する。
以下、提案された方法を実施するための装置の実施例
を図面に基づいて簡単に説明する。
を図面に基づいて簡単に説明する。
図１は、液体サイクロンとして構成された分離装置を
有する、本発明の方法を実施するための装置の第１の実
施例の概念図である。
有する、本発明の方法を実施するための装置の第１の実
施例の概念図である。
図２は、本発明の方法を実施するための装置の第２の
実施例であり、分離装置は本発明の特に好適な実施態様
に従って構成されている。
実施例であり、分離装置は本発明の特に好適な実施態様
に従って構成されている。
図2aは、入口管、出口管および浸漬管に対する接続部
を有する、図２に従う分離装置の平面図である。
を有する、図２に従う分離装置の平面図である。
装置（図１）は配管１からなり、これは配管部分1aお
よび1bからなる。配管部分1aは、静的混合装置５に流入
し、場合によってはこれに溶解区間5aが続く。混合・溶
解装置全体が、溶解区間5aのみからなることも可能であ
る。静的混合装置５は、若干の静的混合器もしくは混合
部材または相前後して接続した数個の混合器によって構
成できる。以下、静的混合装置は「静的混合器５」と呼
ぶ。静的混合器５もしくは溶解区間5aは、分離装置６の
入口管6aに接続されており、この分離装置において本発
明に従って気液流と泡のない液体流への気液混合物の分
離が行われる。配管１は、分離装置６の後方ではその流
動区域内に配置された出口管6bを通して配管部分1bにつ
ながっている。分離装置６の頭部には還流管７が接続さ
れていて、浸漬管6cを通して分離装置６の内部に進入
し、他方では第２の送入部９で配管部分1aに流入してい
る。
よび1bからなる。配管部分1aは、静的混合装置５に流入
し、場合によってはこれに溶解区間5aが続く。混合・溶
解装置全体が、溶解区間5aのみからなることも可能であ
る。静的混合装置５は、若干の静的混合器もしくは混合
部材または相前後して接続した数個の混合器によって構
成できる。以下、静的混合装置は「静的混合器５」と呼
ぶ。静的混合器５もしくは溶解区間5aは、分離装置６の
入口管6aに接続されており、この分離装置において本発
明に従って気液流と泡のない液体流への気液混合物の分
離が行われる。配管１は、分離装置６の後方ではその流
動区域内に配置された出口管6bを通して配管部分1bにつ
ながっている。分離装置６の頭部には還流管７が接続さ
れていて、浸漬管6cを通して分離装置６の内部に進入
し、他方では第２の送入部９で配管部分1aに流入してい
る。
装置的に特に単純なために非常に好適な本発明の第１
の態様において、配量装置10を通して案内された、気体
供給Ｇに用いられる気体管３は、還流管内に配置された
第２の搬送装置８の後方で、送入部４を通して還流管７
に流入する。送入部４は、本発明に従う配置構成の別の
態様に設けられているように、配管１内の流動方向を基
準にして第２の送入部９の箇所に、あるいはその前方も
しくは後方に配置することもできる（送入部４で流入す
る気体管３の破線で示した部分）。
の態様において、配量装置10を通して案内された、気体
供給Ｇに用いられる気体管３は、還流管内に配置された
第２の搬送装置８の後方で、送入部４を通して還流管７
に流入する。送入部４は、本発明に従う配置構成の別の
態様に設けられているように、配管１内の流動方向を基
準にして第２の送入部９の箇所に、あるいはその前方も
しくは後方に配置することもできる（送入部４で流入す
る気体管３の破線で示した部分）。
円筒形容器として構成された分離装置６（図２）は、
接線方向に流入する入口管6aと、流動方向の延長上で接
線方向に流出する出口管6bを有している。このことは、
分離装置６（図2a）の平面図から明らかである。分離装
置６の動作にとって、入口管6aと出口管6bが互いにどの
ような包囲角（容器断面で見て）をなすかは重要ではな
い。決定的なのは、容器内で回転流に衝撃がなく、した
がって必然的に流動方向において出口管6bに到達できる
点である。さらに、分離装置６が容器軸線を基準にして
垂直、水平または空間中の任意の傾斜位置に配置されて
いるかは、分離装置の動作にとっては重要ではない。し
かしながら、本質的なのは、浸漬管6cが分離装置６の容
器の出口側端面の境界面を越えて、軸線方向に、かつ容
器の外套面と同心的に一部容器内部に進入していて、他
方では還流管７に接続されていることである。分離装置
６の入口管6aと出口管6bは、すでに図１に従う装置に関
連して説明したのと同じ仕方で全配置構成に組み込まれ
ている。
接線方向に流入する入口管6aと、流動方向の延長上で接
線方向に流出する出口管6bを有している。このことは、
分離装置６（図2a）の平面図から明らかである。分離装
置６の動作にとって、入口管6aと出口管6bが互いにどの
ような包囲角（容器断面で見て）をなすかは重要ではな
い。決定的なのは、容器内で回転流に衝撃がなく、した
がって必然的に流動方向において出口管6bに到達できる
点である。さらに、分離装置６が容器軸線を基準にして
垂直、水平または空間中の任意の傾斜位置に配置されて
いるかは、分離装置の動作にとっては重要ではない。し
かしながら、本質的なのは、浸漬管6cが分離装置６の容
器の出口側端面の境界面を越えて、軸線方向に、かつ容
器の外套面と同心的に一部容器内部に進入していて、他
方では還流管７に接続されていることである。分離装置
６の入口管6aと出口管6bは、すでに図１に従う装置に関
連して説明したのと同じ仕方で全配置構成に組み込まれ
ている。
気体未添加の液体量L1（液相）が、配管部分1aを通し
て供給され（図１、２および2a参照）、回転ポンプであ
ることができる第１の搬送装置２によって装置内を運ば
れ、その際に、液体量L1はいわゆる通過流をなしてい
る。気体管３を通して、気体量Ｇ（気相）の供給が行わ
れる。原則として絞り弁および制御弁として構成された
配量装置10によって、気体流Ｇを調整できる。気体管３
が還流管７に流入する送入部４では、２相流として形成
された気液流Ｇ＊/L2と気体流Ｇとの合流が行われ、そ
の際に、全気体成分Ｇ＋Ｇ＊はその延長上で還流管７を
通して少なくとも一部はすでに支持液体L2に再分散させ
ることができる。第２の送入部９では、配管部分1a内の
気体未添加の液体流L1が、還流管７内の気液流（Ｇ＋Ｇ
＊/L2と合流し、それから２つの流れは、その延長上で
静的混合器５および場合によっては接続される溶解区間
5aを通してそれぞれ所望の物質交換に入る。
て供給され（図１、２および2a参照）、回転ポンプであ
ることができる第１の搬送装置２によって装置内を運ば
れ、その際に、液体量L1はいわゆる通過流をなしてい
る。気体管３を通して、気体量Ｇ（気相）の供給が行わ
れる。原則として絞り弁および制御弁として構成された
配量装置10によって、気体流Ｇを調整できる。気体管３
が還流管７に流入する送入部４では、２相流として形成
された気液流Ｇ＊/L2と気体流Ｇとの合流が行われ、そ
の際に、全気体成分Ｇ＋Ｇ＊はその延長上で還流管７を
通して少なくとも一部はすでに支持液体L2に再分散させ
ることができる。第２の送入部９では、配管部分1a内の
気体未添加の液体流L1が、還流管７内の気液流（Ｇ＋Ｇ
＊/L2と合流し、それから２つの流れは、その延長上で
静的混合器５および場合によっては接続される溶解区間
5aを通してそれぞれ所望の物質交換に入る。
静的混合器５および場合によって設けられる溶解区間
5aには、液体流L1（通過流）に加えて、還流管７内に発
生する流れが送られる。分離装置６を本発明に従って構
成することにより、還流管７内には２相流として形成さ
れた気液流Ｇ＊/L2が存在する。後者はいわゆる循環流
をなし、第２の送入部９と分離装置６との間の配管１内
部通過流L1に重ねられる。配管部分1bと連通した、分離
装置６の出口間6bを通して、泡のない液体流L1＊（液
相）が排出される。第２の搬送装置８は、ある運転条件
のもとでは、２相流Ｇ＊/L2のほかに、泡のない液体L2
と純粋な気体Ｇ＊を搬送しなければならないので、自動
吸入式回転ポンプ、好ましくはバイパスポンプとして構
成されている。第２の搬送装置８が、要求された搬送特
性を有する限り、他のポンプ、たとえば回転式排水形ポ
ンプ、特にベーンポンプまたは噴射ポンプで置き換える
ことができるのは言うまでもない。
5aには、液体流L1（通過流）に加えて、還流管７内に発
生する流れが送られる。分離装置６を本発明に従って構
成することにより、還流管７内には２相流として形成さ
れた気液流Ｇ＊/L2が存在する。後者はいわゆる循環流
をなし、第２の送入部９と分離装置６との間の配管１内
部通過流L1に重ねられる。配管部分1bと連通した、分離
装置６の出口間6bを通して、泡のない液体流L1＊（液
相）が排出される。第２の搬送装置８は、ある運転条件
のもとでは、２相流Ｇ＊/L2のほかに、泡のない液体L2
と純粋な気体Ｇ＊を搬送しなければならないので、自動
吸入式回転ポンプ、好ましくはバイパスポンプとして構
成されている。第２の搬送装置８が、要求された搬送特
性を有する限り、他のポンプ、たとえば回転式排水形ポ
ンプ、特にベーンポンプまたは噴射ポンプで置き換える
ことができるのは言うまでもない。
図１〜2aに示す、提案された方法を実施するための装
置は、いわゆるビールのカーボネーションに特に適して
いる。ビールのカーボネーションとは、ビールの炭酸ガ
スを濃縮することを言う。この場合、今日の醸造技術
は、特定量のビールに所定量の炭酸ガスが完全に溶解す
ることを要求する。それゆえ、この種類のカーボネーシ
ョンプラントの設計基準は、ビール中に一定の炭酸ガス
濃度を確保することと、これを完全に、したがって泡な
しに溶解させることである。
置は、いわゆるビールのカーボネーションに特に適して
いる。ビールのカーボネーションとは、ビールの炭酸ガ
スを濃縮することを言う。この場合、今日の醸造技術
は、特定量のビールに所定量の炭酸ガスが完全に溶解す
ることを要求する。それゆえ、この種類のカーボネーシ
ョンプラントの設計基準は、ビール中に一定の炭酸ガス
濃度を確保することと、これを完全に、したがって泡な
しに溶解させることである。
同様なカーボネーションの課題は、食品産業および飲
料産業の他の分野で、液体に極めて特定量の炭酸ガスを
付加する必要のある（たとえばレモナード、ソフトドリ
ンク）場合に増大している。
料産業の他の分野で、液体に極めて特定量の炭酸ガスを
付加する必要のある（たとえばレモナード、ソフトドリ
ンク）場合に増大している。
提案された方法の基礎をなし、実際に泡なしで溶解可
能なガス量をある程度高める作用メカニズムについて
は、すでに冒頭で説明した。
能なガス量をある程度高める作用メカニズムについて
は、すでに冒頭で説明した。
Claims (16)
- 【請求項１】液体流（L1）と気体流（Ｇ）とを供給及び
合流させ、気体を液体中に分散させて液体と混合するこ
とにより気体の一部を液体に溶解させて気液混合物を生
成し、該気液混合物を湾曲した分離用経路に流動的に案
内し、該分離用経路で気液混合物が回転して生じる遠心
力により、該気液混合物を泡のない液体流（L1＊）と２
相流の気液流（Ｇ＊/L2）とに分離し、該分離された気
液流（Ｇ＊/L2）を還流させて、供給された気体未添加
または気体添加済みの液体流（L1もしくはL1/G）と合流
させて、前記気液混合物に泡を再分散させることを特徴
とする、一定量の流れる液体に一定量の気体を溶解させ
る方法。 - 【請求項２】前記気体流（Ｇ）を還流する気液流（Ｇ＊
/L2）に送入することを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】供給された気体未添加もしくは気体添加済
みの液体流（L1;L1/G）と合流する前に、還流する気液
流（Ｇ＊/L2もしくは（Ｇ＋Ｇ＊）/L2）中の気体
（Ｇ＊;G＋Ｇ＊）を、少なくとも一部は支持液体（L2）
に再分散させることを特徴とする請求項１または２に記
載の方法。 - 【請求項４】湾曲した経路上に流動的に案内するために
必要な回転エネルギーを、流れる気液混合物のエネルギ
ーから得ることを特徴とする請求項１から３のいずれか
１項に記載の方法。 - 【請求項５】配管（１）内を流れる液体（L1）に気体
（Ｇ）を送る送入部（４）と、配管（１）の配管部分
（1a）内の第１の搬送装置（２）と、その後段に配置さ
れた混合装置（５）と、該混合装置（５）の後方で配管
（１）から分岐して第２の送入部（９）で配管部分（1
a）に流入する還流管（７）と、該還流管（７）内に設
けられた第２の搬送装置（８）と、を具備する装置にお
いて、回転する液体中で溶解しない泡を遠心力によって
液体から分離させる分離装置（６）が設けられており、
この分離装置（６）の入口管（6a）に混合装置（５）が
流入していて、一方では泡のない液体流（L1＊）に対す
る配管（１）の継続した配管部分（1b）が分離装置
（６）の出口管（6b）に接続され、他方では残っている
気液流（Ｇ＊/L2）に対する還流管（７）が分離装置
（６）の頭部区域に接続されていることを特徴とする、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法を実施する
ための装置。 - 【請求項６】前記分離装置（６）が液体サイクロンとし
て構成されていて、前記還流管（７）が浸漬管（6c）に
接続されていることを特徴とする請求項５に記載の装
置。 - 【請求項７】前記分離装置（６）が容器として形成され
ており、この容器では入口管（6a）が接線方向に流入し
て、出口管（6b）が流動方向の延長上で接線方向に流出
しており、この出口管の出口側端面の境界面を越えて、
浸漬管（6c）が軸線方向に、かつ前記容器の外套面と同
心的に一部容器内部に進入していて、前記浸漬管（6c）
が他方では還流管（７）に接続されていることを特徴と
する請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】前記容器が円筒形に形成されており、その
外套の高さ（Ｈ）が直径（Ｄ）より著しく大きいことを
特徴とする請求項７に記載の装置。 - 【請求項９】第２の搬送装置（８）が自動吸入式回転ポ
ンプとして形成されていることを特徴とする請求項５か
ら８のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１０】第２の搬送装置（８）が回転式排水型ポ
ンプとして形成されていることを特徴とする請求項５か
ら８のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１１】還流管（７）内の前記送入部（４）が第
２の搬送装置（８）の後方または配管部分（1a）に、し
かも第２の送入部（９）の箇所に、あるいはその前方も
しくは後方に配置されていることを特徴とする請求項５
から10のいずれか１項に記載の装置。 - 【請求項１２】前記液体流（L1）はビールであり、前記
気体流（Ｇ）は炭酸ガスであることを特徴とする請求項
１に記載の方法。 - 【請求項１３】前記混合装置（５）と前記入口管（6a）
との間に溶解区間（5a）が設けられていることを特徴と
する請求項５に記載の装置。 - 【請求項１４】前記外套の高さ（Ｈ）を直径（Ｄ）で割
った値（H/D）が３〜６であることを特徴とする請求項
８に記載の装置。 - 【請求項１５】前記自動吸入式回転ポンプはバイパスポ
ンプであることを特徴とする請求項９に記載の装置。 - 【請求項１６】前記回転式排水型ポンプはベーンポンプ
であることを特徴とする請求項10に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4238971A DE4238971C2 (de) | 1992-11-19 | 1992-11-19 | Verfahren und Anordnung zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge |
| DE4238971.2 | 1992-11-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07509181A JPH07509181A (ja) | 1995-10-12 |
| JP2681711B2 true JP2681711B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=6473225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6511628A Expired - Fee Related JP2681711B2 (ja) | 1992-11-19 | 1993-09-18 | 一定量の流れる液体に一定量の気体を溶解させる方法および装置 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5762687A (ja) |
| EP (1) | EP0669852B1 (ja) |
| JP (1) | JP2681711B2 (ja) |
| BR (1) | BR9307485A (ja) |
| CA (1) | CA2149775A1 (ja) |
| DE (2) | DE4238971C2 (ja) |
| DK (1) | DK0669852T3 (ja) |
| ES (1) | ES2091034T3 (ja) |
| WO (1) | WO1994011097A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19801695C1 (de) * | 1997-04-21 | 1999-05-27 | Tuchenhagen Gmbh | Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-Line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid |
| DE19716447C1 (de) * | 1997-04-21 | 1998-05-07 | Tuchenhagen Gmbh | Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid |
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