JP3161734B2 - 反応装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、二相又は三相系用の反応装置に関するもの
である。
である。
本発明の特定の用途は、好気性細菌の溶出の場合にお
いて必要とされるように、鉱物粒子のスラリーを含有す
る流体を、空気又は他の好適な酸素含有気体によってエ
アレーションすることである。しかし、本発明はこの用
途には限定されず、あらゆる気体／液体、気体／液体／
固体、又は気体／液体／固体／微生物系のエアレーショ
ンに拡張できる。
いて必要とされるように、鉱物粒子のスラリーを含有す
る流体を、空気又は他の好適な酸素含有気体によってエ
アレーションすることである。しかし、本発明はこの用
途には限定されず、あらゆる気体／液体、気体／液体／
固体、又は気体／液体／固体／微生物系のエアレーショ
ンに拡張できる。
本発明の備える利点は、流体を気体によって、低いエ
ネルギーを使用して及び気体利用率の観点で高効率でエ
アレーションできることである。
ネルギーを使用して及び気体利用率の観点で高効率でエ
アレーションできることである。
この「エアレーション」という用語は、ここでは、流
体内に一種又は複数種の気体を導入することを意味する
ものと理解される。
体内に一種又は複数種の気体を導入することを意味する
ものと理解される。
発明の背景 スラリーをエアレーションする反応装置が、鉱業にお
いて長年使用されてきている。この反応装置の二つの主
要な型は、パチューカ（又は空気攪拌反応装置）及び機
械的攪拌反応装置である。
いて長年使用されてきている。この反応装置の二つの主
要な型は、パチューカ（又は空気攪拌反応装置）及び機
械的攪拌反応装置である。
このパチューカ反応装置は、構成及び操作が単純なの
で、初期には好まれていたが、反応装置の寸法が増大す
るのにつれて徐々に支持を失った。このように支持を失
ったのは、良好な鉱物懸濁液を得るために必要な圧縮空
気の量が多いことによる。また、パチューカ反応装置内
での空気の保持時間が、効率的な質量移動には短かす
ぎ、パチューカ反応装置は空気のチャネリングが生じ易
い。一般には、空気の攪拌が非能率であるのは、効率的
な攪拌に応じた泡の寸法が、効率的な質量移動のために
は大きすぎるからである。
で、初期には好まれていたが、反応装置の寸法が増大す
るのにつれて徐々に支持を失った。このように支持を失
ったのは、良好な鉱物懸濁液を得るために必要な圧縮空
気の量が多いことによる。また、パチューカ反応装置内
での空気の保持時間が、効率的な質量移動には短かす
ぎ、パチューカ反応装置は空気のチャネリングが生じ易
い。一般には、空気の攪拌が非能率であるのは、効率的
な攪拌に応じた泡の寸法が、効率的な質量移動のために
は大きすぎるからである。
機械的攪拌は、とりわけ大型の反応装置において、イ
ンペラーの設計が一層効率的になるのにつれて、一層広
汎に使用されてきており、余分の投資コストも、攪拌に
必要なエネルギーが相対的に低いことによって補償され
ておつりがきたことが、明らかになった。
ンペラーの設計が一層効率的になるのにつれて、一層広
汎に使用されてきており、余分の投資コストも、攪拌に
必要なエネルギーが相対的に低いことによって補償され
ておつりがきたことが、明らかになった。
空気を溶液へと効率的に質量移動させるためには、良
く混合された系中に微細に分散された泡を得、この泡が
反応装置中で長い保持時間を有することが必要である。
実際には、空気を高剪断タービンインペラーに通過させ
るか、又は空気を膜又は多孔質ディフューザーを通して
導入することによって、この状態を得てきた。これらの
方法はいずれもエネルギー集中的である。なぜなら、空
気を充分な過圧力で導入し、注入点での液体の圧力を克
服し、この注入孔、膜又はディフューザーを横切る時の
圧力降下を克服しなければならないからである。通常、
この注入点は反応装置の底にあり、とりわけ、大型の容
器をエアレーションする場合には、主要なコストの一つ
が、注入に必要な圧力まで空気を圧縮するための投資及
び稼働エネルギーのコストである。もしこのタンクが約
10mよりも深い場合には、空気ブロアよりもむしろ、高
価で高圧のコンプレッサーを装備する必要がある。更
に、スラリー用の反応装置において、多孔質ディフュー
ザー又は多孔分散管を使用すると、これらのディフュー
ザーの障害物を除去するために稼働時間の損失がもたら
されうる。
く混合された系中に微細に分散された泡を得、この泡が
反応装置中で長い保持時間を有することが必要である。
実際には、空気を高剪断タービンインペラーに通過させ
るか、又は空気を膜又は多孔質ディフューザーを通して
導入することによって、この状態を得てきた。これらの
方法はいずれもエネルギー集中的である。なぜなら、空
気を充分な過圧力で導入し、注入点での液体の圧力を克
服し、この注入孔、膜又はディフューザーを横切る時の
圧力降下を克服しなければならないからである。通常、
この注入点は反応装置の底にあり、とりわけ、大型の容
器をエアレーションする場合には、主要なコストの一つ
が、注入に必要な圧力まで空気を圧縮するための投資及
び稼働エネルギーのコストである。もしこのタンクが約
10mよりも深い場合には、空気ブロアよりもむしろ、高
価で高圧のコンプレッサーを装備する必要がある。更
に、スラリー用の反応装置において、多孔質ディフュー
ザー又は多孔分散管を使用すると、これらのディフュー
ザーの障害物を除去するために稼働時間の損失がもたら
されうる。
更に、機械的攪拌反応装置は、多量の空気が必要な場
合には、非効率的になる。なぜなら、空気をこの反応装
置中に分散させるために必要な出力が、非常に大きくな
るからである。更に、細菌反応装置の場合には、高速イ
ンペラーの刃先に存在する剪断力が、この細菌に損傷を
与えうる。
合には、非効率的になる。なぜなら、空気をこの反応装
置中に分散させるために必要な出力が、非常に大きくな
るからである。更に、細菌反応装置の場合には、高速イ
ンペラーの刃先に存在する剪断力が、この細菌に損傷を
与えうる。
更に、特に気体／液体／固体系に対しては、この固体
を懸濁液中に維持することが重要であり、この流体をエ
アレーション装置中で循環させるのに要する出力が、顕
著なコスト因子になる。
を懸濁液中に維持することが重要であり、この流体をエ
アレーション装置中で循環させるのに要する出力が、顕
著なコスト因子になる。
発明の要約 本発明により提供する、気体を流体中へと導入するた
めの反応装置は、この流体用の混合タンク；このタンク
を少なくとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの
下部領域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を
流れさせるための区分手段；流体を一方のチャンバ内で
下向きに循環させ、次いで他方のチャンバ内で上向きに
循環させるためのポンプ手段；および前記チャンバ中で
循環する前記流体の主流部分とは別の流路中で、前記チ
ャンバ中で循環する前記流体の一部をエアレーションす
るための手段を備えており、このエアレーション手段
が、（ｉ）前記流体中に圧力減少領域を作りだすための
手段；（ii）この圧力減少領域内で流体中へと気体を導
入し、この流体をエアレーションする手段；及び（ii
i）このエアレーションされた流体を、タンク内で循環
中の流体中へと導入する手段を備えている。
めの反応装置は、この流体用の混合タンク；このタンク
を少なくとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの
下部領域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を
流れさせるための区分手段；流体を一方のチャンバ内で
下向きに循環させ、次いで他方のチャンバ内で上向きに
循環させるためのポンプ手段；および前記チャンバ中で
循環する前記流体の主流部分とは別の流路中で、前記チ
ャンバ中で循環する前記流体の一部をエアレーションす
るための手段を備えており、このエアレーション手段
が、（ｉ）前記流体中に圧力減少領域を作りだすための
手段；（ii）この圧力減少領域内で流体中へと気体を導
入し、この流体をエアレーションする手段；及び（ii
i）このエアレーションされた流体を、タンク内で循環
中の流体中へと導入する手段を備えている。
本発明により提供する、気体を流体中へと導入するた
めの反応装置は、この流体用の混合タンク；このタンク
を少なくとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの
下部領域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を
流れさせるための区分手段；前記チャンバの一つの中に
配置された、流体を一方のチャンバ内で下向きに循環さ
せ、次いで他方のチャンバ内で上向きに循環させるため
のポンプ手段；および前記タンクから分離された流体を
エアレーションするための外部流路を備え、この外部流
路が、 （ａ）この流体中に圧力減少領域を作りだすための手
段、 （ｂ）この圧力減少領域内の流体中へと気体を導入し、
流体をエアレーションするための手段、及び （ｃ）エアレーションされた流体を、タンク内で循環中
の流体中へと導入するための手段を備えている。
めの反応装置は、この流体用の混合タンク；このタンク
を少なくとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの
下部領域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を
流れさせるための区分手段；前記チャンバの一つの中に
配置された、流体を一方のチャンバ内で下向きに循環さ
せ、次いで他方のチャンバ内で上向きに循環させるため
のポンプ手段；および前記タンクから分離された流体を
エアレーションするための外部流路を備え、この外部流
路が、 （ａ）この流体中に圧力減少領域を作りだすための手
段、 （ｂ）この圧力減少領域内の流体中へと気体を導入し、
流体をエアレーションするための手段、及び （ｃ）エアレーションされた流体を、タンク内で循環中
の流体中へと導入するための手段を備えている。
好ましくは、区分手段が、タンク内の流体中に浸漬す
るのに適合した吸い出し管からなり、この吸い出し管
が、開いた上側端部と開いた下側端部とを有する。
るのに適合した吸い出し管からなり、この吸い出し管
が、開いた上側端部と開いた下側端部とを有する。
特に好ましくは、タンクが筒状であり、吸い出し管
が、タンク内の中央に配置され、このタンクを内側チャ
ンバと外側筒状チャンバとに分割する。
が、タンク内の中央に配置され、このタンクを内側チャ
ンバと外側筒状チャンバとに分割する。
好ましくは、ポンプ手段が吸い出し管内に配置され
る。
る。
好ましくは、ポンプ手段が軸流ポンプからなる。
特に好ましくは、この軸流ポンプが、吸い出し管内に
配置されたインペラーを含む。
配置されたインペラーを含む。
特に好ましくは、エアレーションされた流体を、タン
ク内で循環中の流体中へと導入する手段が、このエアレ
ーションされた流体を吸い出し管内へとインペラーの上
流に導入するように設置されている。
ク内で循環中の流体中へと導入する手段が、このエアレ
ーションされた流体を吸い出し管内へとインペラーの上
流に導入するように設置されている。
好ましくは、気体を流体内へと導入する手段が、多孔
質膜、孔、又はジェットからなる。
質膜、孔、又はジェットからなる。
また、本発明により提供する、気体を流体中へと導入
する方法は、この流体をポンプ手段によって混合タンク
内で循環させ、混合タンクが、このタンクの上側及び下
側領域で流通している少なくとも二つのチャンバを備
え、これにより流体が一方のチャンバ内で下向きに流れ
かつ他方のチャンバ内で上向きに流れ；この流体の一部
に圧力減少領域を作りだし；この圧力減少領域内で流体
の前記一部内へと気体を導入して流体をエアレーション
し；及びこのエアレーションされた流体を、タンク内で
循環中の流体中へと導入することを含む。
する方法は、この流体をポンプ手段によって混合タンク
内で循環させ、混合タンクが、このタンクの上側及び下
側領域で流通している少なくとも二つのチャンバを備
え、これにより流体が一方のチャンバ内で下向きに流れ
かつ他方のチャンバ内で上向きに流れ；この流体の一部
に圧力減少領域を作りだし；この圧力減少領域内で流体
の前記一部内へと気体を導入して流体をエアレーション
し；及びこのエアレーションされた流体を、タンク内で
循環中の流体中へと導入することを含む。
図面の説明 添付図面を参照しつつ本発明を更に説明する。ここ
で、 図１は、本発明に従って作製した反応装置の好適例を
模式的に示し； 図２は、図１に示す反応装置で使用するベンチュリ装
置の基本的設計を詳細に模式的に示し； 図３は、図１に示す反応装置で使用するベンチュリ装
置の好適例を詳細に模式的に示し；及び 図４は、図１に示す反応装置と従来の空気攪拌反応装
置についての、酸素摂取及び酸素利用率対空気流を示す
グラフである。
で、 図１は、本発明に従って作製した反応装置の好適例を
模式的に示し； 図２は、図１に示す反応装置で使用するベンチュリ装
置の基本的設計を詳細に模式的に示し； 図３は、図１に示す反応装置で使用するベンチュリ装
置の好適例を詳細に模式的に示し；及び 図４は、図１に示す反応装置と従来の空気攪拌反応装
置についての、酸素摂取及び酸素利用率対空気流を示す
グラフである。
発明の詳細な説明 本発明の反応装置の好適例を、ここでは、鉱物及び水
のスラリーの空気によるエアレーションに関して説明す
る。しかし、本発明がこの用途には制限されず、懸濁固
体を有する又は有しないあらゆる流体のエアレーション
に拡張されることに留意すべきである。
のスラリーの空気によるエアレーションに関して説明す
る。しかし、本発明がこの用途には制限されず、懸濁固
体を有する又は有しないあらゆる流体のエアレーション
に拡張されることに留意すべきである。
図１に示す反応装置11が備える混合タンク12にスラリ
ーが収容され、垂直吸出し管13がこのスラリー中に浸漬
され、モーター駆動軸流インペラー14が、この吸出し管
13中にその頂部付近に配置されている。このタンク12
は、あらゆる適当な寸法のものであってよい。この吸出
し管13は、開いた上側及び下側端部16、18を備えてお
り、混合タンク12中に中央に配置され、この混合タンク
12を内側チャンバ21及び外側筒状チャンバ23に分割して
いる。使用時には、インペラー14が、吸出し管13中で下
向きにスラリー流を生じさせ、次いで外側筒状チャンバ
23中で上向きに生じさせる。このスラリー流は、懸濁液
中に鉱物粒子が保持されるように、制御される。
ーが収容され、垂直吸出し管13がこのスラリー中に浸漬
され、モーター駆動軸流インペラー14が、この吸出し管
13中にその頂部付近に配置されている。このタンク12
は、あらゆる適当な寸法のものであってよい。この吸出
し管13は、開いた上側及び下側端部16、18を備えてお
り、混合タンク12中に中央に配置され、この混合タンク
12を内側チャンバ21及び外側筒状チャンバ23に分割して
いる。使用時には、インペラー14が、吸出し管13中で下
向きにスラリー流を生じさせ、次いで外側筒状チャンバ
23中で上向きに生じさせる。このスラリー流は、懸濁液
中に鉱物粒子が保持されるように、制御される。
更に、この反応装置11が備える外部回路が、スラリー
の一部分を混合タンク12から引出し、このスラリーをエ
アレーションし、こうして空気に富んだスラリーを混合
タンク12へと戻す。この外部回路は、再循環ライン６、
外部回路を回るようにスラリーを押し出すためのポンプ
15、及びスラリーをエアレーションするベンチュリ装置
17を備えている。この外部回路は、スラリーを混合タン
ク12の上部から引出し、空気に富んだスラリーを吸出し
管13内でインペラー14の上の位置に戻すように配置され
ており、この空気に富んだスラリーの、混合タンク12内
を循環するスラリーとの混合を最適化している。この外
部回路が備える少なくとも一つの再導入ノズル19が、空
気に富んだスラリーを吸出し管13の下方に向けるように
配置されている。
の一部分を混合タンク12から引出し、このスラリーをエ
アレーションし、こうして空気に富んだスラリーを混合
タンク12へと戻す。この外部回路は、再循環ライン６、
外部回路を回るようにスラリーを押し出すためのポンプ
15、及びスラリーをエアレーションするベンチュリ装置
17を備えている。この外部回路は、スラリーを混合タン
ク12の上部から引出し、空気に富んだスラリーを吸出し
管13内でインペラー14の上の位置に戻すように配置され
ており、この空気に富んだスラリーの、混合タンク12内
を循環するスラリーとの混合を最適化している。この外
部回路が備える少なくとも一つの再導入ノズル19が、空
気に富んだスラリーを吸出し管13の下方に向けるように
配置されている。
図２は、ベンチュリ装置17の基本的設計の特徴を示
す。この図面を参照すると、ベンチュリ装置17が備える
筒状体25が、入口端部41、出口端部43、及び、断面が狭
い領域を輪郭付ける中間喉部３を備えており、この領域
内に、スラリーと混合させるための空気を導入する孔２
がある。このスラリーが、筒状体25を通って矢印Ａで示
す方向に流れるとき、スラリーが喉部３に入るのに従っ
てその流速が増大し、これにより、ベルヌーイの等式に
従って圧力が減少する領域が生ずる。この結果、圧力減
少領域に空気を導入するために、空気を高圧にする必要
がなく、空気を低圧で又は自然吸引によって導入でき
る。スラリーが喉部３から流れるのにつれて、断面積が
増大する領域５へとスラリーが入り、ここで流体速度が
減少し、その圧力が増大する。
す。この図面を参照すると、ベンチュリ装置17が備える
筒状体25が、入口端部41、出口端部43、及び、断面が狭
い領域を輪郭付ける中間喉部３を備えており、この領域
内に、スラリーと混合させるための空気を導入する孔２
がある。このスラリーが、筒状体25を通って矢印Ａで示
す方向に流れるとき、スラリーが喉部３に入るのに従っ
てその流速が増大し、これにより、ベルヌーイの等式に
従って圧力が減少する領域が生ずる。この結果、圧力減
少領域に空気を導入するために、空気を高圧にする必要
がなく、空気を低圧で又は自然吸引によって導入でき
る。スラリーが喉部３から流れるのにつれて、断面積が
増大する領域５へとスラリーが入り、ここで流体速度が
減少し、その圧力が増大する。
断面積が増大する領域５は、空気に富んだスラリーが
喉部３から流れる時にそれが膨張する時に、エネルギー
の回収を最大にできるように成形されている。更に、ベ
ンチュリ装置17の設計及び稼働パラメーターは、気泡か
らスラリーへの効率的な酸素の質量移動に最適な寸法の
気泡を形成できるように、選択する。この結果、空気の
必要量が最小になり、これにより稼働コストが下がる。
この設計及び稼働パラメーターには、スラリーの流速、
空気圧、及びスラリー中への空気注入手段が含まれる。
喉部３から流れる時にそれが膨張する時に、エネルギー
の回収を最大にできるように成形されている。更に、ベ
ンチュリ装置17の設計及び稼働パラメーターは、気泡か
らスラリーへの効率的な酸素の質量移動に最適な寸法の
気泡を形成できるように、選択する。この結果、空気の
必要量が最小になり、これにより稼働コストが下がる。
この設計及び稼働パラメーターには、スラリーの流速、
空気圧、及びスラリー中への空気注入手段が含まれる。
図３に示す好適例のベンチュリ装置17は、容量3000リ
ットルの混合タンク12及び直径75mmの再循環ライン６と
共に使用される。ベンチュリ装置17の喉部３は、25゜の
入口円錐部45と７゜の出口円錐部47とを備えている。喉
部３の直径は25mmであり、入口及び出口端部41、43の直
径は75mmである。孔２は、喉部３の出口円錐部47内に位
置し、間隔が5mm離れた３つの周縁列に配置され、各列
が24×1mmの孔を有する。
ットルの混合タンク12及び直径75mmの再循環ライン６と
共に使用される。ベンチュリ装置17の喉部３は、25゜の
入口円錐部45と７゜の出口円錐部47とを備えている。喉
部３の直径は25mmであり、入口及び出口端部41、43の直
径は75mmである。孔２は、喉部３の出口円錐部47内に位
置し、間隔が5mm離れた３つの周縁列に配置され、各列
が24×1mmの孔を有する。
本発明の一般的側面は、ここで上記した特定の詳細に
は限定されないことが明確に理解される。
は限定されないことが明確に理解される。
ここで、本発明を、次の実施例を参照して説明する。
軸流インペラーによって攪拌される3000リットルの混
合タンクを備え、このインペラーの下方に装備された1m
m穿孔環状多孔分散管を通して空気注入を行う従来の反
応装置、及び、吸出し管内に位置する軸流インペラーに
よって攪拌される3000リットルの混合タンクを備え、エ
アレーションされたスラリーをこの軸流インペラーの上
の位置に戻すベンチュリ装置を有する図１に示す本発明
の好適例の反応装置について、一連の実験を実施した。
合タンクを備え、このインペラーの下方に装備された1m
m穿孔環状多孔分散管を通して空気注入を行う従来の反
応装置、及び、吸出し管内に位置する軸流インペラーに
よって攪拌される3000リットルの混合タンクを備え、エ
アレーションされたスラリーをこの軸流インペラーの上
の位置に戻すベンチュリ装置を有する図１に示す本発明
の好適例の反応装置について、一連の実験を実施した。
このタンクは、チオバチルス フェロオキシダンス
（Thiobacillus ferrooxidans）によって細菌溶出され
た黄鉄鉱／磁硫鉄鉱（pyrite/pyrhotite）テールの８％
w/vスラリーを含有していた。
（Thiobacillus ferrooxidans）によって細菌溶出され
た黄鉄鉱／磁硫鉄鉱（pyrite/pyrhotite）テールの８％
w/vスラリーを含有していた。
各タンクのエアレーション性能を評価し、これらの結
果を図４に示した。
果を図４に示した。
図４は、 （ａ）スラリー中の酸素摂取と、従来の反応装置及び好
適例の反応装置中への空気流との間の関係；及び （ｂ）酸素利用率と、従来の反応装置及び好適例の反応
装置中への空気流との間の関係を示す。
適例の反応装置中への空気流との間の関係；及び （ｂ）酸素利用率と、従来の反応装置及び好適例の反応
装置中への空気流との間の関係を示す。
「酸素摂取」という用語は、液体へと移動する酸素の
量を示し、従ってエアレーションの程度を示す直接の物
差しである。「酸素利用率」という用語は、液体へと移
動する酸素の量の、反応装置内に導入される全酸素量に
占めるパーセンテージを示し、従ってエアレーションの
効率を示す直接の物差しである。
量を示し、従ってエアレーションの程度を示す直接の物
差しである。「酸素利用率」という用語は、液体へと移
動する酸素の量の、反応装置内に導入される全酸素量に
占めるパーセンテージを示し、従ってエアレーションの
効率を示す直接の物差しである。
図４を参照すると、「空気多孔分散管」という用語
は、従来の反応装置を示し、「ベンチュリエアレーショ
ン装置」という用語は、好適例の反応装置を示す。
は、従来の反応装置を示し、「ベンチュリエアレーショ
ン装置」という用語は、好適例の反応装置を示す。
図４の結果が示す所では、好適例の反応装置のエアレ
ーション性能は、従来の反応装置のエアレーション性能
よりも顕著に良い。好適例の反応装置を用いた特定例に
よると、60l/分の空気流及び50％の酸素利用率におい
て、150mgのO2/スラリー１リットル／時間でスラリーを
エアレーションすることができ、一方従来の反応装置を
用いると、150l/分の顕著に高い空気流速及び20％の顕
著に低い酸素利用率において、150mgのO2/スラリー１リ
ットル／時間でスラリーをエアレーションできたのみで
あった。
ーション性能は、従来の反応装置のエアレーション性能
よりも顕著に良い。好適例の反応装置を用いた特定例に
よると、60l/分の空気流及び50％の酸素利用率におい
て、150mgのO2/スラリー１リットル／時間でスラリーを
エアレーションすることができ、一方従来の反応装置を
用いると、150l/分の顕著に高い空気流速及び20％の顕
著に低い酸素利用率において、150mgのO2/スラリー１リ
ットル／時間でスラリーをエアレーションできたのみで
あった。
所定容量の空気で各型の反応装置をエアレーションす
るために必要な出力を監視し、1000m3のタンク内でのエ
アレーションに必要と予期される出力を示す値へとスケ
ールアップした。これらの結果を表１に示す。
るために必要な出力を監視し、1000m3のタンク内でのエ
アレーションに必要と予期される出力を示す値へとスケ
ールアップした。これらの結果を表１に示す。
これらの結果が示すように、好適例の反応装置を用い
ると、従来の反応装置にくらべて、顕著に出力を低減で
きる。特に、これらの結果が示すところでは、供給され
た空気の1m3あたりに必要なエネルギーが、好適例の反
応装置に対しては、従来の反応装置に対するよりも４倍
低かった。上で議論した150mgのO2/スラリー１リットル
／時間のO2摂取を達成するためのエネルギー利用率の結
果に基づくと、酸素移動1m3あたりに必要なエネルギー
は、好適例の反応装置に対しては、従来の反応装置に対
するよりも、９倍低かった。
ると、従来の反応装置にくらべて、顕著に出力を低減で
きる。特に、これらの結果が示すところでは、供給され
た空気の1m3あたりに必要なエネルギーが、好適例の反
応装置に対しては、従来の反応装置に対するよりも４倍
低かった。上で議論した150mgのO2/スラリー１リットル
／時間のO2摂取を達成するためのエネルギー利用率の結
果に基づくと、酸素移動1m3あたりに必要なエネルギー
は、好適例の反応装置に対しては、従来の反応装置に対
するよりも、９倍低かった。
本発明の好適例の反応装置は、従来の反応装置に対し
て次の利点を有する。
て次の利点を有する。
（１）気体が低圧で又は自然吸引によって供給され、従
って高価な高圧気体コンプレッサーの必要がなくなり、
反応装置に必要な出力が低減される。特に、攪拌機を、
鉱物粒子を懸濁させ、エアレーションされたスラリーを
循環させるためだけに使用できる。
って高価な高圧気体コンプレッサーの必要がなくなり、
反応装置に必要な出力が低減される。特に、攪拌機を、
鉱物粒子を懸濁させ、エアレーションされたスラリーを
循環させるためだけに使用できる。
（２）この気体は、ベンチュリ装置内で、流体速度が高
い点で注入又は自然吸引される。これは非常に小さな泡
を作りだし、従って酸素の溶液内への質量移動を増進さ
せる。この結果、反応装置に必要な空気が最小になるの
で、その稼働コストが低くなる。
い点で注入又は自然吸引される。これは非常に小さな泡
を作りだし、従って酸素の溶液内への質量移動を増進さ
せる。この結果、反応装置に必要な空気が最小になるの
で、その稼働コストが低くなる。
（３）エアレーションされたスラリーが、混合タンクへ
とインペラーの上へ吸出し管の中央部内に低圧で戻され
る。この結果、スラリーを循環させるのに必要なポンプ
の出力が最小になるので、稼働コストが低くなる。
とインペラーの上へ吸出し管の中央部内に低圧で戻され
る。この結果、スラリーを循環させるのに必要なポンプ
の出力が最小になるので、稼働コストが低くなる。
（４）混合タンク内の内部部品が少ないので、反応装置
の投資コストを最小にできる。更に、大きな反応装置を
建設でき、規模の点で経済的である。
の投資コストを最小にできる。更に、大きな反応装置を
建設でき、規模の点で経済的である。
（５）混合タンクの内側で働かなくなる部品が少ないの
で、維持コスト及び休止時間を最小にできる。単一のエ
アレーション装置を、反応装置全体の性能に影響するこ
となしに、処理のために閉鎖することができるので、外
部部品の処理は簡単である。ブロックされたエアレーシ
ョン装置を置き換えるのは、プロセスの阻害を最小にし
て迅速に実施できる。
で、維持コスト及び休止時間を最小にできる。単一のエ
アレーション装置を、反応装置全体の性能に影響するこ
となしに、処理のために閉鎖することができるので、外
部部品の処理は簡単である。ブロックされたエアレーシ
ョン装置を置き換えるのは、プロセスの阻害を最小にし
て迅速に実施できる。
（６）本発明は、気体−液体−固体系内の効率的な気体
供給及び固体の懸濁に適しており、又は気体−液体系へ
の効率的な気体供給に適している。本発明の適用例は、
細菌浸出におけるように、鉱物粒子の反応中のスラリー
を懸濁させること及びエアレーションすることである。
他の用途には、合成ガスの生メタン化法、下水又は他の
スラッジの好気性消化及びベッヒャープロセスにおける
ような合成ルチルの製造を含む。しかし、この用途は、
これらの分野に限定されない。
供給及び固体の懸濁に適しており、又は気体−液体系へ
の効率的な気体供給に適している。本発明の適用例は、
細菌浸出におけるように、鉱物粒子の反応中のスラリー
を懸濁させること及びエアレーションすることである。
他の用途には、合成ガスの生メタン化法、下水又は他の
スラッジの好気性消化及びベッヒャープロセスにおける
ような合成ルチルの製造を含む。しかし、この用途は、
これらの分野に限定されない。
ここに記載した反応装置の好適例に対し、本発明の思
想及び範囲からは離れることなく、多くの変更を行うこ
とができる。
想及び範囲からは離れることなく、多くの変更を行うこ
とができる。
例えば、好適例では吸出し管13の頂部付近にインペラ
ー14が位置しているが、本発明は、こうした装置には限
定されず、インペラー14は、吸出し管13の長さ方向に沿
ったあらゆる適宜の位置に位置していてもよい。
ー14が位置しているが、本発明は、こうした装置には限
定されず、インペラー14は、吸出し管13の長さ方向に沿
ったあらゆる適宜の位置に位置していてもよい。
フロントページの続き (72)発明者 カトシカラス ニコラス オーストラリア国 ビクトリア 3084 ハイデルベルク アンダーソン ストリ ート ４／９ (56)参考文献 特開 昭50−23071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−46565（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56193（ＪＰ，Ａ) 特公 昭27−4312（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許4000227（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 3/04,5/04
Claims (19)
- 【請求項１】気体を流体中へと導入するための反応装置
であって、この流体用の混合タンク；このタンクを少な
くとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの下部領
域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を流れさ
せるための区分手段；流体を一方のチャンバ内で下向き
に循環させ、次いで他方のチャンバ内で上向きに循環さ
せるためのポンプ手段；および前記チャンバ内で循環す
る前記流体の主流部分とは別の流路中で、前記チャンバ
中で循環する前記流体の一部をエアレーションするため
の手段を備えており、このエアレーション手段が、
（ｉ）前記流体中に圧力減少領域を作りだすための手
段；（ii）この圧力減少領域内で流体中へと気体を導入
し、この流体をエアレーションする手段；及び（iii）
このエアレーションされた流体を、タンク内で循環中の
流体中へと導入する手段を備えている、反応装置。 - 【請求項２】前記区分手段が、タンク内の流体中に浸漬
するのに適合した吸い出し管からなり、この吸い出し管
が、開いた上側端部と開いた下側端部とを有する、請求
項１記載の反応装置。 - 【請求項３】前記タンクが筒状であり、前記吸い出し管
が、タンク内の中央に配置され、このタンクを内側チャ
ンバと外側筒状チャンバとに分割している、請求項２に
記載の反応装置。 - 【請求項４】前記ポンプ手段が軸流ポンプからなる、請
求項３記載の反応装置。 - 【請求項５】前記軸流ポンプが吸い出し管内に配置され
ている、請求項４記載の反応装置。 - 【請求項６】前記軸流ポンプがインペラーを備えてい
る、請求項５記載の反応装置。 - 【請求項７】エアレーションされた流体を、タンク内で
循環中の流体中へと導入する手段が、このエアレーショ
ンされた流体を吸い出し管内へとインペラーの上流で導
入するように設置されている、請求項６記載の反応装
置。 - 【請求項８】気体を圧力減少領域内で流体内へと導入す
る手段が、多孔質膜、孔、又はジェットからなる、請求
項１記載の反応装置。 - 【請求項９】タンクからの流体の副流のための外部回路
を更に備えており、この外部回路が、 （ａ）この流体中に圧力減少領域を作りだすための手
段、 （ｂ）この圧力減少領域内の流体中へと気体を導入し、
流体の副流をエアレーションするための手段、及び （ｃ）流体のエアレーションされた副流を、タンク内で
循環中の流体中へと導入する手段を備えている、請求項
１記載の反応装置。 - 【請求項１０】前記流体中に圧力減少領域を作りだすた
めの手段が、断面が狭い領域を有する筒状部材を備え、
この断面が狭い領域が、流体に筒状部材を通過させるベ
ンチュリ作用を付与し、これにより断面が狭い領域内で
流体の速度を増大させ、この流体の圧力を減少させるこ
とを特徴とする、請求項１記載の反応装置。 - 【請求項１１】気体を流体中へと導入するための反応装
置であって、この流体用の混合タンク；このタンクを少
なくとも二つのチャンバへと分割し、このタンクの下部
領域及び上部領域でこれらのチャンバの間で流体を流れ
させるための区分手段；前記チャンバの一つの中に配置
された、流体を一方のチャンバ内で下向きに循環させ、
次いで他方のチャンバ内で上向きに循環させるためのポ
ンプ手段；およびタンクから分離された流体をエアレー
ションするための外部流路を備え、この外部流路が、 （ａ）この流体中に圧力減少領域を作りだすための手
段、 （ｂ）この圧力減少領域内の流体中へと気体を導入し、
流体をエアレーションするための手段、及び （ｃ）エアレーションされた流体を、タンク内で循環中
の流体中へと導入するための手段を備えている、反応装
置。 - 【請求項１２】前記区分手段が、タンク内の流体中に浸
漬するのに適合した吸い出し管からなり、この吸い出し
管が、開いた上側端部と開いた下側端部とを有する、請
求項11記載の反応装置。 - 【請求項１３】前記タンクが筒状であり、前記吸い出し
管が、タンク内の中央に配置され、このタンクを内側チ
ャンバと外側筒状チャンバとに分割している、請求項12
記載の反応装置。 - 【請求項１４】前記ポンプ手段が軸流ポンプからなる、
請求項13記載の反応装置。 - 【請求項１５】前記軸流ポンプが吸い出し管内に配置さ
れている、請求項14記載の反応装置。 - 【請求項１６】前記軸流ポンプがインペラーを備えてい
る、請求項15記載の反応装置。 - 【請求項１７】エアレーションされた流体を、タンク内
で循環中の流体中へと導入する手段が、このエアレーシ
ョンされた流体を吸い出し管内へとインペラーの上流で
導入するように設置されている、請求項16記載の反応装
置。 - 【請求項１８】流体中に圧力減少領域を作りだすための
手段が、断面が狭い領域を有する筒状部材を備え、この
断面が狭い領域が、流体に筒状部材を通過させるベンチ
ュリ作用を付与し、これにより断面が狭い領域内で流体
の速度を増大させかつこの流体の圧力を減少させる、請
求項11記載の反応装置。 - 【請求項１９】気体を圧力減少領域内で流体内へと導入
する手段が、多孔質膜、孔、又はジェットからなる、請
求項11記載の反応装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AUPK009791 | 1991-12-02 | ||
| AU9791 | 1991-12-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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