JP4248396B2 - Draft tube and bubble tower - Google Patents
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Description
【0001】
【技術分野】
【0002】
本発明は、ドラフトチューブ及び気泡塔に関する。
【従来の技術】
【0003】
従来、通気攪拌槽やドラフトチューブを設けた気泡塔が、ガス吸収、微生物の培養等に利用されている。
【0004】
しかし、従来の通気攪拌槽は、槽上部に攪拌用のモーター(図示せず)を設置し、槽内に攪拌機を設置しているために、溶液を収容する塔(缶体)の壁面を厚くして強度を持たせる必要があり、攪拌機の軸受けが必要であり、また、微生物の培養に使用する場合は攪拌軸部分の無菌性を維持する設備が必要であるなど、設備費用が高くなるという問題がある。
【0005】
気泡塔としては、例えば、図21に示すようなタイプのものが既に提案されている。
【0006】
気泡塔が、通気攪拌槽と大きく異なる点は、溶液を収容する塔(缶体)内に収容した溶液の攪拌混合を通気によって生じる液流れに依存している点にある。
【0007】
例えば、図21に示す気泡塔301は、溶液を収容する塔(缶体)302と、塔(缶体)302内に設けられたドラフトチューブ303と、塔(缶体)302のドラフトチューブ303の下方位置に設けられたスパージャー304とを備え、スパージャー304に設けられた複数の貫通孔304h・・・から塔(缶体)302内に収容された溶液に気泡を送り込んで、塔(缶体)302内に収容した溶液を攪拌混合している。
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、一般に、気泡塔では、通気に伴う蒸発や、運転中の溶液の添加等の操作によって、運転中に塔(缶体)内の液面の高さ(液面レベル)が変動することがある。
【0009】
図21に示す気泡塔301のように、溶液を収容する塔(缶体)302内にドラフトチューブ303を設けたものの場合には、塔(缶体)302内の溶液量が減少して液面レベルがドラフトチューブ303の上端より下になると、ドラフトチューブ303の内側と外側との液の循環が阻害されるので、液の混合が悪化するという問題がある。
【0010】
この問題を解決する気泡塔としては、図22に示す気泡塔401のようなものが存在する。
【0011】
この気泡塔401では、溶液を収容する塔(缶体)302内に設けたドラフトチューブ403の上方位置に貫通孔403hを形成している。
【0012】
しかしながら、この気泡塔401の場合も、混合性を保つためには、液レベルを貫通孔403hより上にする必要がある。
【0013】
また、図23の気泡塔501では、ドラフトチューブ503を複数の板503A・・・を用いて構成しており、複数の板503A・・・の各々の間の空隙により、塔(缶体)302内に収容した溶液の液面レベルに変化が生じても液の循環による混合攪拌が可能である。しかしながら、このドラフトチューブ503は、実際には、溶接部分を多数必要とし、構造が複雑であるので、製作費用が高くなるといった問題や、微生物の培養に使用する場合には、無菌性の保持が困難になるといった問題や、メンテナンスに手間を要する等の問題がある。
【0014】
また、一般に、気泡塔を使用する場合は、発熱反応や吸熱反応を伴うことが多く、冷却装置もしくは加熱装置を気泡塔の塔(缶体)内もしくは、気泡塔の塔(缶体)外に設けることで熱交換を行い、温度コントロールを行なっている。
【0015】
しかしながら、一般に、気泡塔自体が大きくなると、温度コントロールのための熱交換装置の単位容積あたりの伝熱面積が取りにくくなる。
【0016】
このため、大型の気泡塔では、大きな発熱や大きな吸熱を伴う発酵や化学反応を行う場合に伝熱面積が確保できなくなるという問題があり、気泡塔を大型化する場合の制約原因の一つとなっている。
【0017】
このような理由から、気泡塔の塔(缶体)外部に冷却用ジャケットを設置する方法では、気泡塔の塔(缶体)の大きさは数m3程度の容量が限界であった。
【0018】
そこで、図24に示す気泡塔601のように、塔(缶体)302の外部に熱交換装置602を設け、塔(缶体)302内の溶液を熱交換装置602に流通循環し、塔(缶体)302に収容されている溶液の温度を一定に保つ工夫がなされているが、このような気泡塔601のような気泡塔では、塔(缶体)302内の温度が不均一になるといった問題がある。
【0019】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なえるドラフトチューブ及びそのようなドラフトチューブを用いた気泡塔を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0020】
請求の範囲第1項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、側周面全面に空隙を有するドラフトチューブである。
【0021】
このドラフトチューブは、側周全面に空隙を有するので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に取り付ければ、塔内に収容される溶液の量がどのような量であっても、ドラフトチューブの側面全面に設けられている空隙を通じて、ドラフトチューブ内の溶液と、ドラフトチューブの外側に存在する溶液とを流通循環させることができる。
【0022】
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
【0023】
また、このドラフトチューブは、中空パイプにより形成されているので、中空パイプ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を所定の温度に効率良く制御することができる。
【0024】
請求の範囲第2項に記載のドラフトチューブは、横断面形状が、円形形状、楕円形形状または角形形状である、請求の範囲第1項に記載のドラフトチューブである。
【0025】
ここに、本明細書で用いる用語、「横断面形状」は、ドラフトチューブの中心軸に対し、ドラフトチューブをその中心軸に対して直交する方向に切断したドラフトチューブの切断面の形状を意味する。
【0026】
横断面形状としては、ドラフトチューブとして機能する形状であればいかなる形状でもよい。
【0027】
横断面形状としては、例えば、円形形状、楕円形形状、または、三角形状、四角角形その他の多角形状を含む種々の角形形状をあげることができる。
【0028】
請求の範囲第3項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成される、請求の範囲第1項又は第2項に記載のドラフトチューブである。
【0029】
このドラフトチューブは、コイル状に巻回りされた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
【0030】
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
【0031】
更に、このドラフトチューブは、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの巻き線数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
【0032】
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプの下端から上端に向けて、熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができる。
【0033】
請求の範囲第4項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、ジグザグに折り曲げられて形成される、請求の範囲第1項又は第2項に記載のドラフトチューブである。
【0034】
このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
【0035】
更に、このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの折れ曲がり数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
【0036】
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプ内に熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を所望の温度に制御することができる。
【0037】
請求の範囲第5項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されるドラフトチューブである。
【0038】
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニットの各々に、熱交換媒体を流通して、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率よく所望の温度に制御することができる。この場合、熱交換効率を考慮して、熱交換媒体は、複数個のドラフトチューブユニットの各々を形成する中空パイプの下端から上端に向けて流通することが好ましい。
【0039】
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
【0040】
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
【0041】
請求の範囲第6項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されているドラフトチューブである。
【0042】
このドラフトチューブでは、ジグザグに折り曲げられた形状の中空パイプにより形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層され、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
【0043】
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
【0044】
請求の範囲第7項に記載のドラフトチューブは、ドラフトチューブの側周面の空隙率が、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、1%以上99%以下の範囲内にある、請求の範囲第1項〜第6項のいずれかに記載のドラフトチューブである。
【0045】
ドラフトチューブの側周面の空隙率は、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、10%以上90%以下の範囲内にあることが、より好ましく、25%以上50%以下であることがさらに好ましい。
【0046】
尚、空隙率は以下の式で求めることができる。
【0047】
空隙率(%)=ドラフトチューブの側周面において、ドラフトチューブを構成する中空パイプと中空パイプの隙間により形成される空隙が占める面積/ドラフトチューブの側周面の面積×100
また、空隙率は、気泡塔の塔の大きさ、塔内に収容する溶液の量、溶液の流通循環方法等によって、種々の値に設定することができる。
【0048】
しかしながら、空隙率を、極端に低くする、例えば、0%とすると、ドラフトチューブの側周面を介した、溶液のドラフトチューブ内外の流通循環が完全に損なわれてしまうので好ましくない。
【0049】
一方、空隙率を、極端に大きくすると、ドラフトチューブの存在が希薄となり、ドラフトチューブを塔内に設けていない気泡塔と同様の効果しか奏し得なくなるため、好ましくない。
【0050】
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブの側周面の空隙率は、上記の範囲内にあることが好ましい。
【0051】
このドラフトチューブでは、ドラフトチューブの側周面の空隙率を、塔内に収容した溶液のドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を通じてのドラフトチューブ内外の流通循環との双方の効果が得られる範囲にしているので、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルにいかなる変動があっても、塔内に収容した溶液の流通循環を行なわせることができる。
【0052】
また、上記した請求の範囲第1項〜第7項に記載のドラフトチューブは、構造が簡単であることから、該ドラフトチューブを作業員が入ることのできる大型の気泡塔に用いる場合には、ドラフトチューブを構成している中空パイプの全てが作業員の手の届く範囲に配置することができるので、従来の気泡塔におけるドラフトチューブよりもより容易にメンテナンス作業を行うことができる。
【0053】
ここでいうメンテナンス作業とは、中空パイプにピンホールが生じた場合のピンホールの溶接補修や、コイルを解体して、気泡塔上部に設けられているマンホールから取り出し、新しいコイルを挿入し、溶接して接続するといったコイルの更新作業をいう。
メンテナンスの容易性を考慮した場合、ドラフトチューブを構成する中空パイプの隙間の間隔は、少なくとも、作業者の指手をドラフトチューブの隙間に差し入れることができる程度の間隔にすることが好ましい。
【0054】
具体的には、作業者等(通常は、成人)の指の厚さ以上の間隔(具体的には2cm以上)、より好ましくは手の甲の厚さ以上の間隔(具体的には、4cm以上)であることが好ましい。
【0055】
ただし、気泡塔の塔内に作業員が入り、作業を行うことが困難な大きさの気泡塔に本発明のドラフトチューブを用いる場合は、空隙の間隔はこの限りではない。
【0056】
請求の範囲第8項に記載の気泡塔は、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載のドラフトチューブを、溶液を収容する塔内に設けた気泡塔である。
【0057】
この気泡塔では、塔内に、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載のドラフトチューブを設けているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となる。
【0058】
また、この気泡塔を微生物の培養に用いる場合にあっては、ドラフトチューブ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した培養液を微生物を培養するための最適な温度に制御することができ、また、この気泡塔をガス吸収操作に用いる場合には、ガスをガス吸収液に吸収させる際に発生する反応熱が発熱の場合であっても吸熱の場合であっても、塔内に収容したガス吸収液の温度を所望の温度に制御することができる。
【0059】
なお、請求の範囲第1項〜第7項に記載のドラフトチューブの各々の固有の効果に基づく気泡塔の作用効果については、請求の範囲第1項〜第7項に記載のドラフトチューブを気泡塔のドラフトチューブとして用いた場合の作用効果を既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【0060】
請求の範囲第9項に記載の気泡塔は、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているドラフトチューブである。
【0061】
なお、本明細書中で用いる用語、「概ね同心円状」とは、完全な同心円である必要はなく、円の中心は一致している必要はない、の意味で用いている。
【0062】
この気泡塔では、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となるという効果を奏しつつ、複数個配置しているドラフトチューブの各々に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができ、かつ単位容積あたりの伝熱面積を大きく保つことができるという利点がある。
【0063】
請求の範囲第10項に記載の気泡塔は、請求の範囲第8項または請求の範囲第9項に記載の気泡塔において、請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のドラフトチューブが、気泡塔の塔の横断面積に対して10%以上90%以下の横断面積を有するドラフトチューブである、気泡塔である。
【0064】
なお、ドラフトチューブを同心円又は概ね同心円状に複数個配置するに場合にあっては、「ドラフトチューブの横断面積」は、最外殻の位置にあるドラフトチューブの横断面積を意味する。
【0065】
この気泡塔では、塔内に設置するドラフトチューブの内外を、塔内に収容した溶液が効率良く流通循環し、ドラフトチューブに熱交換媒体を流通した場合には、塔内に収容した溶液が効率良く所望の温度に制御できる。したがって、この装置を微生物の培養に用いる場合、最適条件で効率の良い培養を行なうことができ、また、この装置をガス吸収操作に用いる場合には、効率の良いガス交換操作を行なうことができる。
【0066】
請求の範囲第11項に記載の気泡塔は、請求の範囲第8項〜第10項のいずれか1項に記載の気泡塔の、ドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを備える。
【0067】
この気泡塔では、請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1項に記載のドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを設けているので、例えば、スパージャーをドラフトチューブの領域内に設けた場合には、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0068】
これに対し、例えば、スパージャーを、塔内のドラフトチューブの領域外に設けた場合には、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの領域内に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0069】
この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、2つの流通循環、即ち、上記したように、ドラフトチューブの側周面を利用した流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を利用した流通循環とを生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【0070】
また、ドラフトチューブの内側と外側に同時に気泡を供給できるようにスパージャーを配置することもできる。この場合、気泡塔内の循環流は不規則になるが、気液の接触効率を向上させることができる。
【0071】
請求の範囲第12項に記載の気泡塔は、請求の範囲第11項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域内に設けられている気泡塔である。
【0072】
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域内に設けられている」とは、本発明に係るドラフトチューブが、複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、スパージャーの設けられる位置は、最外郭に位置するドラフトチューブの領域内であればいずれでもよく、最内郭に位置するドラフトチューブの領域内であっても、最内郭に位置するドラフトチューブの領域から最外郭に位置するドラフトチューブの領域に至るまでの位置であってもよい、の意味である。
【0073】
スパージャーを設ける垂直方向の位置(高さ)は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのような高さであってもよい。
【0074】
この気泡塔では、スパージャーから、塔内に収容した溶液中、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにしているので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。これにより、塔内に収容した溶液にドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0075】
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0076】
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記の2つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【0077】
請求の範囲第13項に記載の気泡塔は、請求の範囲第11項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域外に設けられている気泡塔である。
【0078】
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域外に設けられている。」とは、本発明に係るドラフトチューブが複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、最外郭に位置するドラフトチューブの領域外に設けられていることを意味する。
【0079】
スパージャーを設ける垂直方向の位置(高さ)は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのようなの高さであってもよい。
【0080】
この気泡塔では、スパージャーによって、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにできるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。
【0081】
これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0082】
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
【0083】
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記した2つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
【発明の実施の形態】
【0084】
以下、本発明に係るドラフトチューブ、スパージャー及びこれらを備える気泡塔の好ましい形態を、図面を参照しながら説明する。
(発明の実施の形態1〜4)
発明の実施の形態1〜4では、塔内に、1本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
(発明の実施の形態1)
図1は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0085】
また、図2は、図1に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【0086】
また、図3は、図1に示す気泡塔を、図1中、III-III線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【0087】
この気泡塔1は、図1に示すように、培養液やガス吸収溶液を収容する塔2と、塔2内に設けられたドラフトチューブ3と、スパージャー4とを備える。スパージャー4は、塔(缶体)2内のドラフトチューブ3の下方に設置される。
【0088】
尚、図1中、2aは、塔(缶体)2の蓋体を示しており、2hは、蓋体2に必要により設けられるガス抜き孔を示している。また、6で示す部材は、排水管を示している。また、5で示す部材は、ドラフトチューブ3を塔2内に取り付けるための支柱を示している。
【0089】
この気泡塔1では、ドラフトチューブ3として、中空パイプにより形成されかつ側周面全面に空隙S3を有するドラフトチューブを用いている。
【0090】
より特定的に説明すると、ドラフトチューブ3として、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成したものを用いている。
【0091】
ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの材質は、通常の気泡塔に取り付けられているドラフトチューブに使用されている材質であれば、特に限定されることはなく、例えば、金属、樹脂等をあげることができる。
【0092】
この気泡塔1を、微生物の培養操作に用いる場合には、培養操作を行う前に、塔2内を殺菌するために、塔2内を蒸煮する。
【0093】
したがって、蒸煮することを考慮した場合には、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの材質は、蒸煮に耐えうる材質であることが好ましく、このようなことを考慮した場合は、特に金属が好ましい。
【0094】
金属としては、ステンレス、アルミニウム、チタン等、通常用いられる金属であればいずれのものでもよいが、ステンレスが好ましく用いられる。
【0095】
また、この気泡塔1を、例えば、ガス交換操作に用いる場合のように、塔2内を蒸煮などの高温条件下に晒す必要が無い場合は、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの材質は樹脂であってもよい。
【0096】
ドラフトチューブ3を形成している中空パイプの直径は、気泡塔1の使用目的、気泡塔1の大きさ等により自由に選択することができるが、通常、5mm以上200mm以下であり、50mm以上100mm以下であることが好ましい。
【0097】
ドラフトチューブ3の横断面の形状は、ドラフトチューブとして機能する限り、通常は、円形形状であるが、円形形状に限定されることはなく、楕円形状であっても、三角形形状であっても、四角形等の多角形形状であってもよい。
【0098】
ドラフトチューブ3は、中空パイプと中空パイプとの間に空隙を有するように形成されている。
【0099】
この中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は、ドラフトチューブとして使用した際に、ドラフトチューブの内側と外側の溶液が互いに往来できれば、ドラフトチューブ全体で一定である必要はない。
【0100】
中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は特に制限されるものではないが、製造設備レベルの気泡塔では、メンテナンスを行える程度の間隔をあけておくと便利である。実験室レベルで研究用途に使用される5〜1000L容量程度のものを除き、通常は作業者の手指が入る程度の間隔、即ち2cm以上あることが好ましい。
【0101】
ドラフトチューブ3の側周面の空隙率は、大きすぎると、ドラフトチューブの内外の溶液の往来の自由度は向上するが、混合性能などのドラフトチューブ3としての効果が低減したり、後に述べるように熱交換装置としても機能するドラフトチューブ3を構成する中空パイプの表面積(伝熱面積)が低下したりする。
【0102】
逆に、ドラフトチューブ3の側周面の空隙率が小さすぎる場合は、中空パイプの表面積(伝熱面積)は増加するが、溶液の往来の自由度が低下する。
【0103】
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブ3の空隙率は、ドラフトチューブの側周面に対して1%以上99%以下の範囲にあればよく、10%以上90%以下が好ましく、25%以上50%以下であることがさらに好ましい。
【0104】
このドラフトチューブ3は、側周面の空隙の存在により、このドラフトチューブ3を塔2内に取り付けた場合、塔2内に収容する溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブ3の内外で溶液の往来を図ることができる。
【0105】
ドラフトチューブ3を構成するコイル状に巻周りしている中空パイプ内には、熱交換媒体を流通させることができるので、ドラフトチューブ3は、熱交換装置としても機能することができる。
【0106】
この例では、ドラフトチューブ3の一端3aから他端3b方向へ、熱交換媒体を流通させる例を示しているが、熱交換媒体は、他端3bから一端3a方向へ流通させてもよい。
【0107】
気泡塔1内に収容した溶液が、気泡塔1を使用した際に発熱するような場合には、ドラフトチューブ3内に冷媒体を通じ、塔2内に収容した溶液が、気泡塔1を使用した際に、吸熱する場合には、熱媒体を通じればよい。熱交換媒体は水が好ましいが、熱交換媒体として通常使用されるものであれば水以外のものであってもよい。
【0108】
次に、この気泡塔1で用いているドラフトチューブ3の構造を更に詳しく説明する。
【0109】
図4は、この気泡塔1で用いているドラフトチューブ3の一部を拡大して模式的に示す図であり、図4(a)は、ドラフトチューブ3を組み立てる工程において、ドラフトチューブ3を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図4(b)は、ドラフトチューブ3を組み立てる工程において、ドラフトチューブ3を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【0110】
この気泡塔1で用いる、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ3の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ3の作製は、困難なものとなる。
【0111】
この気泡塔1では、図4に示すように、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプp3・・・同士を互いに溶接により接続している。
【0112】
更に、この気泡塔1の、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間(より特定的に説明すると、作業者等(通常は、成人)の手指の厚さ程度の間隔(より具体的には、2cm以上の間隔)さらに好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔(より具体的には、4cm以上の間隔)に設定すれば、ドラフトチューブ3を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合、ピンホール部分の修復を容易に行うことができる。
【0113】
次に、スパージャー4の構成について説明する。
【0114】
この気泡塔1では、スパージャー4として、幹管4aと幹管4aから枝分かれするように設けられた複数の枝管4b・・・とを備えるものを用いている。
【0115】
尚、図1中、4cは、ガス供給口を示している。
【0116】
幹管4a及び複数の枝管4b・・・の各々の上面には、複数の貫通孔が形成されている。
【0117】
この気泡塔1では、溶液を収容する塔2を平面視した場合、スパージャー4を構成する幹管4a及び複数の枝管4b・・・を、ドラフトチューブ3の領域内に設けている。
【0118】
次に、この気泡塔1の使用方法及び動作について説明する。
【0119】
この気泡塔1を用いて、微生物の培養を行う際には、塔2内に、培養する微生物と培養液とを収容し、スパージャー4から空気等のガスを塔2内に送り込む。
【0120】
塔2内において、微生物を培養している際に、醗酵熱により、塔2内に収容した溶液が微生物の培養に適した温度以上に過度に加熱されるような場合にあっては、ドラフトチューブ3を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、冷却水等の冷媒体を流通し、塔2内に収容されている溶液の温度を、該微生物の培養に適した温度に調整する。
【0121】
また、塔2内において、微生物を培養する際に、塔2内に収容した溶液の温度が、該微生物を培養するためには低すぎるような場合には、ドラフトチューブ3を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、塔2内に収容した溶液の温度を塔2内に収容する微生物の培養に適した温度に調整する。
【0122】
また、この気泡塔1を用いて、ガス吸収作業を行う際には、塔2内に、目的とするガスを吸収するためガス吸収用の溶液を収容し、スパージャー4から、塔2内に収容したガス吸収用の溶液に吸収されるガスを含んだガスを供給する。
【0123】
スパージャー4から塔2内に収容したガス吸収用の溶液に供給するガス中のある成分を該ガス吸収用の溶液に吸収させる際に、吸熱する場合には、ドラフトチューブ3を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、これとは逆に、発熱するような場合にあっては、塔2内に収容したガス吸収用の溶液を冷却するために、ドラフトチューブ3を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に冷却水等の冷媒体を流通し、塔2内に収容されている溶液の温度を冷却する。
【0124】
この気泡塔1では、塔2内に設けるドラフトチューブ3として、中空パイプをコイル状に巻周りしたものを用いているので、塔2内に溶液を収容した場合、コイル状に巻周りされた中空パイプの隙間を介して、塔2内に収容した溶液が、ドラフトチューブの内外で流通循環できる。
【0125】
これにより、この気泡塔1を用いれば、塔2内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
【0126】
このように、この気泡塔1では、塔2内に、中空パイプをコイル状に巻周りしたドラフトチューブ3を設けているので、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプ内に熱交換媒体(冷媒体又は熱媒体)を流通することで、塔内に収容した溶液を、効率良く、最適な温度に維持することができる。
【0127】
のみならず、このドラフトチューブ3では、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの全て又は概ね全ての外周側面が、塔2内に収容した溶液に接するようになるため、伝熱面積を大きくとることができる。したがって、ドラフトチューブ3は、熱交換媒体(冷媒体又は熱媒体)を流通した場合、熱交換媒体と、塔内に収容した溶液との間の熱交換能力に優れている。
【0128】
更に、この例では、スパージャー4の噴出ノズルをドラフトチューブ3を平面視した場合に、ドラフトチューブ3の領域内に配設しているので(図3を参照)、スパージャー4から空気等のガスを塔2内に送り込むと、ドラフトチューブ3の内側に存在する溶液に対し、ドラフトチューブ3を平面視した場合に、ドラフトチューブ3の外側と塔2との間に存在する溶液に比べ、沢山の気泡が一様に供給される。
【0129】
これにより、ドラフトチューブ3の内側に存在する溶液の見かけの比重が、ドラフトチューブ3の外側と塔2との間に存在する溶液の見かけの比重に比べて小さくなり、ドラフトチューブ3の内側に存在する溶液には、塔2内を下方から上方に向かう液の流れが形成され、ドラフトチューブ3の外側と塔2との間に存在する溶液については、塔2内を上方から下方に向かう液の流れが形成される。
【0130】
また、この気泡塔1では、上述した塔に対して垂直方向の流れの他に、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプの隙間を通じて、気泡を含んだ溶液が、ドラフトチューブ3の内側からドラフトチューブ3の外側へ移動するという水平方向の溶液の流れが発生する。この垂直方向の流れと水平方向の流れが渾然一体となった溶液の流れが発生するため、例えば、図21に示す、円筒形状のドラフトチューブ303を塔302内に設けた従来の気泡塔301に比べ、収容した溶液を十分に混合することができる。
【0131】
この結果、この気泡塔1を用いれば、従来の円筒形状のドラフトチューブ303を塔3 02内に設けた気泡塔301を用いた場合に比べ、微生物の培養を効率良く行うことができ、また、塔2内に収容した溶液への酸素等の供給能力も向上する。
このように、この気泡塔1は、構造が簡単であること、熱交換装置としてのドラフトチューブの伝熱面積を大きくとることができるので、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
(発明の実施の形態2)
図5は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0132】
また、図6は、図7に示す気泡塔の動作を模式的に示す説明図である。
【0133】
この気泡塔21は、以下の構成を除けば、図1に示した気泡塔1と同様であるので、気泡塔21中、気泡塔1を構成する部材装置と同一部材装置については、図1に示した気泡塔1の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【0134】
この気泡塔21は、気泡塔1とは、ドラフトチューブの構成が異なる以外は、気泡塔1と同様の構成を備えているので、以下の説明は、この気泡塔21で採用しているドラフトチューブの構成を中心に説明する。
【0135】
この気泡塔21では、ドラフトチューブ23として、コイル状に巻周りした、複数個のドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3を、塔2内に、縦方向に積層したものを用いている。
【0136】
コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3の各々の構成は、図1に示す気泡塔1で用いているドラフトチューブ3と同様の構成を備える。
この気泡塔21では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができる。
【0137】
即ち、ドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3は、熱交換媒体が、ドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3の下方の熱交換媒体供給口3aから供給され、ドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3の上方の熱交換媒体排出口3bから排出されるようになっている。
【0138】
このように、この気泡塔21では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3を、塔2内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット23U1、23U2、23U3の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔2内に1台のドラフトチューブ3のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ3の下方の熱交換媒体供給口3aから供給し、ドラフトチューブ3の上方の熱交換媒体排出口3bから排出されるようにしている気泡塔1に比べて、塔内の溶液に温度ムラが生じにくいメリットがある。
【0139】
なお、この気泡塔21は、上述したように、ドラフトチューブ23の構成が、気泡塔1で用いているドラフトチューブ3の構成と異なっている以外は、同様であり、上記以外は、気泡塔1と同様の作用効果を有しているので、ここでは、説明を容易とするため、気泡塔21の作用効果であって気泡塔1と同様の作用効果についての説明は省略する。
【0140】
この気泡塔21は、気泡塔1と同様に、特にその規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
(発明の実施の形態3)
図7は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0141】
この気泡塔41は、ドラフトチューブ43の構成が、図1に示す気泡塔で用いているドラフトチューブ3の構成と異なる以外は、図1に示す気泡塔1で用いているドラフトチューブ3の構成と同様であるので、この気泡塔41を構成する部材装置中、図1に示す気泡塔1を構成する部材装置と同様の部材装置については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
【0142】
この気泡塔41では、ドラフトチューブ43として、塔2に対して、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプを用いており、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【0143】
この気泡塔41では、塔2内に設けるドラフトチューブ43として、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたものを用いているので、塔2内に溶液を収容した場合、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にされた中空パイプの隙間を介して、塔2内に収容した溶液が、ドラフトチューブ43の内外で流通循環できる。
【0144】
これにより、この気泡塔41を用いれば、塔2内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、気泡塔41を用いて、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
【0145】
なお、上記気泡塔1および21と同様に、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたドラフトチューブ43の空隙率は、ドラフトチューブ3の側周面の全面に対して、1%以上99%であることが好ましく、10%以上90%以下であることがさらに好ましく、20%以上50%以下であることがとくに好ましい。
【0146】
その他、気泡塔41の作用効果は、発明の実施の形態1で述べた気泡塔1の効果と同様であるので説明は省略する。
【0147】
図8は、この気泡塔41で用いているドラフトチューブ43の一部を拡大して模式的に示す図であり、図8(a)は、ドラフトチューブ43を組み立てる工程において、ドラフトチューブ43を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図8(b)は、ドラフトチューブ43を組み立てる工程において、ドラフトチューブ43を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【0148】
この気泡塔41で用いる、ドラフトチューブ43を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ43の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ43の作製は、困難なものとなる。
【0149】
このような場合には、複数の中空パイプp43を溶接により接続するのが好ましい。
更に、中空パイプp43の各々が、複数のいずれかの支柱5に、少なくとも、一箇所において、溶接等の手段により固定されるようにすれば、ドラフトチューブ43を構成する中空パイプp43のいずれかを交換する際に、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプp43の中から、交換する必要がある中空パイプを取り出しても、ドラフトチューブ43の残りの部分が支柱5にしっかりと固定されているために、ドラフトチューブ43の残りの部分が崩れることがない。これにより、交換作業が必要な中空パイプのみを簡単にドラフトチューブ43から取り出して、新たな中空パイプをその部分に容易に取り付けることができるので、この気泡塔41には、メンテナンスを極めて簡単な作業で完了することができる、という長所がある。
【0150】
更に、この気泡塔41の、ドラフトチューブ43を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間(より特定的に説明すると、作業者等(通常は、成人)の手指の厚さ程度の間隔(より具体的には、2cm以上の間隔)、好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔(より具体的には、4cm以上の間隔)に設定すれば、ドラフトチューブ43を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合の修復も容易である。
(発明の実施の形態4)
図9は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0151】
この気泡塔61は、以下の構成を除けば、図5に示した気泡塔21と同様であるので、気泡塔61中、気泡塔21を構成する部材装置と同一部材装置については、図6に示した気泡塔21の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【0152】
この気泡塔61では、気泡塔21で用いているドラフトチューブ23の代わりに、図7に示した気泡塔41で用いているドラフトチューブ43を、複数個のユニット63U1、63U2、63U3として、塔に対して縦方向に積層したもの63を用いている。
【0153】
各ドラフトチューブユニットには、必要に応じて、熱交換媒体を通じることができる。
【0154】
この気泡塔61も気泡塔1や気泡塔41と同様の効果を奏するが、この気泡塔61では、複数個のユニット63U1、63U2、63U3を塔2内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット63U1、63U2、63U3の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔2内に1台のドラフトチューブ3または43のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ3または43の下方の熱交換媒体供給口3aから供給し、ドラフトチューブ3の上方の熱交換媒体排出口3bから排出されるようにしている気泡塔1または気泡塔41に比べて、塔2内の溶液に温度ムラが生じにくいというメリットがある。
【0155】
この気泡塔61は、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
(発明の実施の形態5〜8)
発明の実施の形態5〜8では、塔内に、2本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
(発明の実施の形態5)
図10は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0156】
また、図11は、図10に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【0157】
また、図12は、図10に示す気泡塔を、図10中、XVII−XVII線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【0158】
この気泡塔71は、以下の構成を除けば、図1に示す気泡塔1と同様であるので、この気泡塔71の構成部材中、気泡塔1の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔1の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【0159】
この気泡塔71は、2本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブ3A、3Bを備える点で、気泡塔1と異なっている。
【0160】
2本のドラフトチューブ3A、3Bは、同心円又は概ね同心円状に配置される。
【0161】
また、ドラフトチューブ3A、3Bの各々には必要に応じて冷媒体や熱媒体等の熱交換媒体を通じることができる。
【0162】
スパージャー4は、2本のドラフトチューブ3A、3Bの中、内側のドラフトチューブ3Bの内側に、気泡を供給するようになっている。
【0163】
気泡塔71の使用方法及び動作は、気泡塔1とほぼ同様であるので説明は省略するが、気泡塔71では、2本のドラフトチューブ3A、3Bが用いられているので、熱交換媒体を通じた場合、気泡塔1に比較して、塔2内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【0164】
なお、ドラフトチューブ3A、3Bの巻き線方向は、ドラフトチューブ3A、3Bの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
(発明の実施の形態6)
図13は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0165】
また、図14は、図13に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【0166】
この気泡塔81は、以下の構成を除けば、図5に示す気泡塔21と同様であるので、この気泡塔81の構成部材中、気泡塔1の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔21の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【0167】
この気泡塔81は、6本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブユニット23AU1、23AU2、23AU3、23BU1、23BU2、23BU3を備える点で、気泡塔21と異なっている。
【0168】
6本のドラフトチューブユニット23AU1、23AU2、23AU3、23BU1、23BU2、23BU3中、ドラフトチューブユニット23AU1、23AU2、23AU3は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ23Aを形成しており、ドラフトチューブユニット23BU1、23BU2、23BU3は、ドラフトチューブ23Aの内側で、縦方向に積層されてドラフトチューブ23Bを形成している。
【0169】
ドラフトチューブ23A、23Bは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。
【0170】
尚、ドラフトチューブユニット23A、23Bの各々には、気泡塔21と同様に、必要に応じて熱交換媒体を流通することができる。
【0171】
また、スパージャー4は、2本のドラフトチューブ23A、23Bの中、内側のドラフトチューブ23Bの内側に、気泡を供給することができる。
【0172】
気泡塔81の使用方法及び動作は気泡塔21とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔81では、同心円又は概ね同心円状に配置された2本のドラフトチューブ23A、23Bが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔21に比較して、塔2内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【0173】
なお、ドラフトチューブ3A、3Bの巻き線方向は、ドラフトチューブ3A、3Bの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
(発明の実施の形態7)
図15は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0174】
この気泡塔91は、以下の構成を除けば、図7に示す気泡塔41と同様であるので、この気泡塔91を構成部材中、気泡塔41の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔41の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【0175】
この気泡塔91は、2本の、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプにより形成されたドラフトチューブ43A、43Bを備える点で、気泡塔41と異なっている。
2本のドラフトチューブ43A、43Bは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【0176】
また、スパージャー4は、2本のドラフトチューブ43A、43Bの中、内側のドラフトチューブ43Bの内側に、気泡を供給することができる。
【0177】
気泡塔91の使用方法及び動作は気泡塔41とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔91では、同心円又は概ね同心円状に配置された2本のドラフトチューブ43A、43Bが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔41に比較して、塔2内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
(発明の実施の形態8)
図16は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【0178】
この気泡塔101は、以下の構成を除けば、図9に示す気泡塔61と同様であるので、この気泡塔101を構成部材中、気泡塔61の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔61の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
【0179】
この気泡塔101は、6本の、中空パイプを上下に交互にジグザグに折り曲げて形成したドラフトチューブユニット63AU1、63AU2、63AU3、63BU1、63BU2、63BU3を備える点で、気泡塔61と異なっている。
【0180】
6本のドラフトチューブユニット63AU1、63AU2、63AU3、63BU1、63BU2、63BU3中、ドラフトチューブユニット63AU1、63AU2、63AU3は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ63Aを形成しており、ドラフトチューブユニット63BU1、63BU2、63BU3は、ドラフトチューブ63Aの内側で、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ63Bを形成している。
2本のドラフトチューブ63A、63Bは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
【0181】
また、スパージャー4は、2本のドラフトチューブ63A、63Bの中、内側のドラフトチューブ63Bの内側に、気泡を供給することができる。
【0182】
気泡塔101の使用方法及び動作は、気泡塔61とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔101では、同心円又は概ね同心円状に配置された2本のドラフトチューブ63A、63Bが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔61に比較して、塔2内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
【0183】
次に、実験例に基づいて、本発明について説明する。
【0184】
(実験例1)
図1に示した気泡塔1を用い、塔2内に、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)溶液を収容し、スパージャー4から塔2内に収容した、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中に、所定の酸素濃度を有するガスを供給し、塔2から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液の単位容積当たりに吸収された酸素濃度を測定するという実験を行った。
【0185】
この実験では、塔2として、その内径が、1000mmで、その高さが、2395mmの円筒形状のものを用いた。
【0186】
また、ドラフトチューブ3を構成する中空パイプとして、管3/8B(外形=17.3mm)のものを用いた。
【0187】
この実験では、上記した中空パイプ(管3/8B)(外形=17.3mm)をコイル状に巻き上げて作製したドラフトチューブ3を用いた。
【0188】
このドラフトチューブ3の内径は、715mmであり、高さは、1430mmであった。
【0189】
また、該ドラフトチューブ3を形成する中空パイプ同士の間隔(隙間)は、10.2mmとした。このドラフトチューブ3の側周面の空隙率は、37%であった。
【0190】
このドラフトチューブ3を、塔2内に、塔2の底面から、ドラフトチューブ3の下端が、205mmになる位置に取り付けた。
【0191】
塔2内に収容する溶液(硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液)としては、0.0001モル(mol)/リットルの硫酸銅を含む、0.4モル(mol)/リットルの亜硫酸ナトリウムの水溶液を用いた。
【0192】
まず、気泡塔1の塔2内に、上記した硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液を所定量収容した。
【0193】
次に、塔2内に収容した硫酸銅を含む亜硫酸ソーダ溶液中に、スパージャー4から所定の酸素濃度を有するガスを供給した。
【0194】
供給するガスの酸素濃度は一定とし、ガスの通気量を変化させた。測定は、溶液量0.6KL、0.7KL、1.0KLおよび1.2KLの場合についてそれぞれ行った。塔底から液面までの距離(液深)は溶液量が0.6KLの場合は760mm、0.7KLの場合は1,020mm、1.0KLの場合は1,280mm、1.2KLの場合は1,550mmであり、いずれの場合もドラフトチューブの上端と下端の間に液面があった。
それぞれの場合について、塔2から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、供給した酸素濃度と排出された酸素濃度の差を求め、この差から溶液の単位容積当たりの酸素吸収速度を算出した。
各通気速度および溶液量での酸素吸収速度を調べた結果を、図17に示す。
【0195】
図17中、横軸は、通気線速Ug[m/秒]を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度[kgmol−O2/m3/時間]を示している。
【0196】
また、図17中、ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が0.6KL、0.7KL、1.0KLおよび1.2KLの場合の結果を示している。なお、通気中液量が1.2KLの場合は液面はすべてドラフトチューブの上端を超えており、液量が1.0KLの場合でも通気線束が0.08m/秒および0.10m/秒の場合には同様にドラフトチューブの上端を越えていた。
【0197】
図17の結果から明らかなように、本発明に係る気泡塔1では、スパージャー4から塔2内に収容する溶液へのガス供給量が一定であれば、塔2内に収容する溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度は、塔2内に収容する溶液の量が、広範囲に変動しても、ほぼ一定に保たれる。すなわち、溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を使用することができる。
なお、上記した発明の実施の形態1〜8では、幹管4aと幹管4aから枝分かれするように設けられた複数の枝管4b・・・とを備えるスパージャー4を備える気泡塔1、21、41、61、71、81、91、101について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、スパージャーとしては、例えば、図18、図19及び図20に示す気泡塔111に用いられているスパージャ24のように、中空リング体24aの所定の位置に、気泡噴霧ノズル24b・・・をドラフトチューブ3A、3Bの中心方向に向けて設けたものの他、図21に示す従来公知の中空リング体304の上面に複数の貫通孔304h・・・を有するものも用いることができる。
また、上記した発明の実施の形態1〜8では、スパージャー4から気泡を、主として、ドラフトチューブ3、23、43、63、3B、23B、43Bおよび63Bの内側に供給するようにした気泡塔について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、本発明に係る気泡塔には、スパージャーとして、塔2の内径よりも小さくかつドラフトチューブ3、23、43、63、3A、23A、43Aおよび63Aの外径よりも大きい、リング形状のスパージャー(例えば、図23中に示すスパージャ304を参照)を用い、このスパージャーから塔2内に収容した溶液に気泡を送り込み、塔2内に収容した溶液中、ドラフトチューブ3、23、43、63、3A、23A、43Aおよび63Aの外側と塔2内との間に存在する溶液については、塔2の下方から上方に向かう流れを形成し、ドラフトチューブ3、23、43、63、3B、23B、43Bおよび63Bの内側に存在する溶液については、塔2の上方から下方に向かう流れを形成するとともに、ドラフトチューブ3、23、43、63、(3A、3B)、(23A、23B)、(43A、43B)、(63A、63B)を構成する中空パイプの隙間を介して、ドラフトチューブ3、23、43、63、3A、23A、43Aおよび63Aの外側と塔2内との間に存在する溶液については、ドラフトチューブ3、23、43、63、3A、23A、43Aおよび63Aの外側から内側に向かう流れを形成するように構成したものも含まれることを付記しておく。
【発明の効果】
【0198】
以上、詳細に説明したように、請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なうことができる。
【0199】
また、請求の範囲第8項〜第13項に係る気泡塔では、請求の範囲第1項〜第7項のいずれかに記載のドラフトチューブを用いているので、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップの容易な気泡塔を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図2】 図1に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図3】 図1に示す気泡塔を、図1中、III−III線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図4】 図1に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図4(a)は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブ3を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図4(b)は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【図5】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図6】 図5に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図7】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図8】 図7に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図8(a)は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図8(b)は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
【図9】 発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図10】 本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図11】 図10に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図12】 図10に示す気泡塔を、図10中、XVII−XVII線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図13】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図14】 図13に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図15】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図16】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図17】 本発明に係る気泡塔の機能を確認するための実験データであって、塔内に収容した溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度と、塔内に収容する溶液の量の変化との相関関係を示している。
横軸は、通気線速Ug[m/秒]を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度[kgmol−O2/m3/時間]を示している
ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が0.6KL、0.7KL、1.0KLおよび1.2KLの場合の結果を示している。
【図18】 本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
【図19】 図18に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
【図20】 図18に示す気泡塔を、図18中、XX−XX線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
【図21】 従来の気泡塔の一例を概略的に示す斜視図である。
【図22】 従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図23】 従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図24】 従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
1、21、41、61、71、81、91、101、111 気泡塔
2 塔(缶体)
3、23、43、63 ドラフトチューブ
4、24 スパージャ
4h 貫通孔
5 支柱
4a 幹管
4b 枝管[0001]
【Technical field】
[0002]
The present invention relates to a draft tube and a bubble column.
[Prior art]
[0003]
Conventionally, a bubble column provided with an aeration and stirring tank and a draft tube has been used for gas absorption, microorganism culture, and the like.
[0004]
However, since a conventional agitating tank is equipped with a stirring motor (not shown) at the top of the tank and a stirrer is installed in the tank, the wall of the tower (can) containing the solution is thickened. It is necessary to provide strength, and a bearing for a stirrer is required. Also, when used for culturing microorganisms, equipment for maintaining the sterility of the stirring shaft is necessary, which increases equipment costs. There's a problem.
[0005]
As the bubble column, for example, a type as shown in FIG. 21 has already been proposed.
[0006]
The bubble tower differs greatly from the aeration and stirring tank in that the stirring and mixing of the solution contained in the tower (can) containing the solution depends on the liquid flow generated by aeration.
[0007]
For example, a
[Problems to be solved by the invention]
[0008]
By the way, in general, in the bubble column, the liquid level (liquid level) in the column (can body) may fluctuate during operation due to operations such as evaporation accompanying ventilation and addition of a solution during operation. is there.
[0009]
In the case where a
[0010]
As a bubble column that solves this problem, there is a bubble column 401 shown in FIG.
[0011]
In the bubble column 401, a
[0012]
However, also in the case of the bubble column 401, the liquid level needs to be higher than the through
[0013]
23, the
[0014]
In general, when a bubble column is used, it often involves an exothermic reaction or an endothermic reaction, and the cooling device or heating device is placed inside the bubble column tower (can body) or outside the bubble column tower (can body). Heat exchange is performed by providing the temperature control.
[0015]
However, generally, when the bubble column itself becomes large, it becomes difficult to obtain a heat transfer area per unit volume of a heat exchange device for temperature control.
[0016]
For this reason, the large bubble column has a problem that a heat transfer area cannot be secured when performing fermentation or chemical reaction with large heat generation or large endotherm, which is one of the limiting factors when the bubble column is enlarged. ing.
[0017]
For this reason, in the method of installing a cooling jacket outside the bubble tower (can), the size of the bubble tower (can) is several meters.3The capacity of the degree was the limit.
[0018]
Therefore, like a
[0019]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can operate the bubble column regardless of the liquid level of the solution accommodated in the tower. An object of the present invention is to provide a draft tube that is excellent in gas absorption performance, easily secures a heat transfer area, can be easily maintained and scaled up, and a bubble column using such a draft tube.
[Means for Solving the Problems]
[0020]
The draft tube according to claim 1 is a draft tube installed in a tower of a bubble column, and is a draft tube formed by a hollow pipe and having a void on the entire side surface.
[0021]
Since this draft tube has voids on the entire surface of its side, if this draft tube is installed in the bubble column tower, the side surface of the draft tube can be used regardless of the amount of solution contained in the tower. The solution in the draft tube and the solution existing outside the draft tube can be circulated and circulated through the voids provided on the entire surface.
[0022]
Therefore, the bubble column equipped with this draft tube can be operated regardless of the liquid level of the solution contained in the column.
[0023]
Further, since the draft tube is formed by a hollow pipe, the solution stored in the tower can be efficiently controlled to a predetermined temperature by circulating a heat exchange medium in the hollow pipe.
[0024]
The draft tube according to
[0025]
Here, the term “cross-sectional shape” used in the present specification means the shape of the cut surface of the draft tube obtained by cutting the draft tube in a direction perpendicular to the central axis with respect to the central axis of the draft tube. .
[0026]
The cross-sectional shape may be any shape as long as it functions as a draft tube.
[0027]
Examples of the cross-sectional shape include a circular shape, an elliptical shape, and various square shapes including a triangular shape, a square shape, and other polygonal shapes.
[0028]
The draft tube according to
[0029]
Since this draft tube is formed by a hollow pipe wound in a coil shape, if this draft tube is used in the tower of a bubble tower, the liquid level of the culture solution or gas absorbing solution contained in the tower Whatever the level is, the culture solution or gas absorption solution accommodated in the tower can be circulated in and out of the draft tube through the gap formed on the side surface of the draft tube.
[0030]
Therefore, the bubble column equipped with this draft tube can be operated regardless of the liquid level of the solution contained in the column.
[0031]
Further, since this draft tube is formed by winding a hollow pipe in a coil shape, the opening ratio of the side of the draft tube is desired based on the number of windings of the hollow pipe per unit length. It is easy to design and adjust.
[0032]
Moreover, if this draft tube is accommodated in the bubble column tower and the heat exchange medium is circulated from the lower end to the upper end of the hollow pipe, the solution contained in the bubble column tower can be efficiently controlled to a desired temperature. can do.
[0033]
The draft tube according to
[0034]
Since this draft tube is formed by a hollow pipe bent zigzag, if this draft tube is used in the tower of a bubble tower, the liquid level of the culture solution or gas absorbing solution contained in the tower can be reduced. Whatever the level, the culture solution or the gas absorbing solution accommodated in the tower can be circulated inside and outside the draft tube through the gap formed on the side surface of the draft tube.
[0035]
Furthermore, since this draft tube is formed by a hollow pipe bent zigzag, the opening ratio of the side surface of the draft tube is designed to a desired opening ratio based on the number of bent hollow pipes per unit length. And easy to adjust.
[0036]
Moreover, if this draft tube is accommodated in the bubble column tower and a heat exchange medium is circulated in the hollow pipe, the solution accommodated in the bubble column tower can be controlled to a desired temperature.
[0037]
The draft tube according to
[0038]
In this draft tube, the heat exchange medium is circulated through each of the plurality of draft tube units, and the solution stored in the bubble column can be efficiently controlled to a desired temperature. In this case, in consideration of heat exchange efficiency, the heat exchange medium is preferably distributed from the lower end to the upper end of the hollow pipe forming each of the plurality of draft tube units.
[0039]
In this draft tube, the heat exchange medium can be distributed for each of the plurality of draft tube units. Therefore, if the supply conditions of the heat exchange medium distributed to each of the plurality of draft tube units are the same, a plurality of The heat exchange efficiency of each draft tube unit can be set to the same condition.
[0040]
Therefore, if the draft tube units are stacked, the heat exchange tubes can be uniformly arranged in the vertical direction in the tower, so that the temperature unevenness in the solution in the tower is less likely to occur. Moreover, since the quantity of a heat exchange medium can be increased by using a some draft tube, heat exchange capability can be raised.
[0041]
The draft tube according to
[0042]
In this draft tube, a plurality of draft tube units formed by hollow pipes having a zigzag shape are stacked, and a heat exchange medium can be distributed to each of the plurality of draft tube units. If the supply conditions of the heat exchange medium flowing through each of the tube units are the same, the heat exchange efficiency of each of the plurality of draft tube units can be set to the same condition.
[0043]
Therefore, if the draft tube units are stacked, the heat exchange tubes can be uniformly arranged in the vertical direction in the tower, so that the temperature unevenness in the solution in the tower is less likely to occur. Moreover, since the quantity of a heat exchange medium can be increased by using a some draft tube, heat exchange capability can be raised.
[0044]
The draft tube according to
[0045]
The porosity of the side peripheral surface of the draft tube is preferably in the range of 10% to 90% with respect to the entire surface of the side peripheral surface of the draft tube, more preferably 25% to 50%. Further preferred.
[0046]
In addition, the porosity can be calculated | required with the following formula | equation.
[0047]
Porosity (%) = the area occupied by the gap formed by the gap between the hollow pipe constituting the draft tube and the hollow pipe on the side peripheral surface of the draft tube / the area of the side peripheral surface of the draft tube × 100
The porosity can be set to various values depending on the size of the bubble column, the amount of the solution accommodated in the column, the solution circulation method, and the like.
[0048]
However, if the porosity is extremely low, for example, 0%, the circulation circulation of the solution inside and outside the draft tube through the side peripheral surface of the draft tube is completely impaired.
[0049]
On the other hand, if the porosity is extremely large, the presence of the draft tube becomes dilute, and only the same effect as that of the bubble column in which the draft tube is not provided in the column can be obtained.
[0050]
In consideration of this, the porosity of the side peripheral surface of the draft tube is preferably within the above range.
[0051]
In this draft tube, the porosity of the side peripheral surface of the draft tube is provided on the circulation inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube of the solution contained in the tower, and on the side peripheral surface of the draft tube. Therefore, the bubble column equipped with this draft tube can be used regardless of any fluctuations in the liquid level of the solution contained in the column. The circulation of the solution stored in the tower can be performed.
[0052]
In addition, since the structure of the draft tube according to claims 1 to 7 described above is simple, when the draft tube is used for a large bubble column where an operator can enter, Since all of the hollow pipes constituting the draft tube can be disposed within the reach of workers, maintenance work can be performed more easily than the draft tube in the conventional bubble column.
[0053]
Maintenance work here means pinhole welding repair when a pinhole occurs in a hollow pipe, dismantling the coil, removing it from the manhole provided at the top of the bubble tower, inserting a new coil, and welding This is the coil renewal work such as connecting them.
In consideration of the ease of maintenance, it is preferable that the gap between the hollow pipes constituting the draft tube be at least an interval at which the operator's finger can be inserted into the gap between the draft tubes.
[0054]
Specifically, an interval greater than the thickness of the finger of an operator (usually an adult) (specifically 2 cm or more), more preferably an interval greater than the thickness of the back of the hand (specifically, 4 cm or more) It is preferable that
[0055]
However, when the draft tube of the present invention is used in a bubble column having a size that makes it difficult for an operator to enter the bubble column, the gap interval is not limited to this.
[0056]
The bubble column according to claim 8 is a bubble column in which the draft tube according to any one of claims 1 to 7 is provided in a column containing a solution.
[0057]
In this bubble column, since the draft tube according to any one of claims 1 to 7 is provided in the column, the bubble column can be operated efficiently regardless of the liquid level of the solution. Is possible.
[0058]
In addition, when this bubble column is used for culturing microorganisms, a culture medium accommodated in the column is controlled to an optimum temperature for culturing microorganisms by circulating a heat exchange medium in the draft tube. In addition, when this bubble column is used for gas absorption operation, the reaction heat generated when the gas is absorbed by the gas absorption liquid is exothermic or endothermic. The temperature of the gas absorption liquid accommodated in the inside can be controlled to a desired temperature.
[0059]
In addition, about the effect of the bubble tower based on each intrinsic effect of the draft tube of Claims 1-7, the draft tube of Claims 1-7 is made into a bubble. Since the function and effect when used as a draft tube of a tower have already been described, description thereof is omitted here.
[0060]
The bubble column according to claim 9 is a draft tube in which a plurality of the draft tubes according to any one of claims 1 to 7 are arranged concentrically or substantially concentrically. is there.
[0061]
The term “substantially concentric” used in the present specification is used in the sense that it is not necessary to be a complete concentric circle and the centers of the circles do not have to coincide.
[0062]
In this bubble column, since the plurality of draft tubes according to any one of claims 1 to 7 are arranged concentrically or substantially concentrically, efficiency is improved regardless of the liquid level of the solution. It is possible to efficiently control the solution stored in the tower to the desired temperature by distributing the heat exchange medium to each of the plurality of draft tubes while producing the effect of enabling the operation of a good bubble tower. There is an advantage that the heat transfer area per unit volume can be kept large.
[0063]
The bubble column according to
[0064]
In the case where a plurality of draft tubes are arranged concentrically or substantially concentrically, the “cross-sectional area of the draft tube” means the cross-sectional area of the draft tube at the position of the outermost shell.
[0065]
In this bubble column, when the solution stored in the tower circulates efficiently inside and outside the draft tube installed in the tower, and the heat exchange medium flows through the draft tube, the solution stored in the tower is efficient. The desired temperature can be controlled well. Therefore, when this apparatus is used for culturing microorganisms, efficient culture can be performed under optimum conditions, and when this apparatus is used for gas absorption operation, efficient gas exchange operation can be performed. .
[0066]
The bubble column according to claim 11 is provided with a sparger at a position below the draft tube of the bubble column according to any one of claims 8 to 10.
[0067]
In this bubble column, since the sparger is provided at a lower position than the draft tube according to any one of claims 1 to 7, for example, the sparger is placed in the region of the draft tube. If provided, a larger amount of bubbles can be supplied in the solution existing inside the draft tube than in the solution existing between the outside of the draft tube and the tower, so the solution existing inside the draft tube In this case, a liquid flow from the bottom to the top is generated in the tower, and a liquid flow from the top to the bottom in the tower is generated in the solution existing between the outside of the draft tube and the tower. Thus, circulation circulation inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube can be caused in the solution accommodated in the tower. In addition, circulation circulation inside and outside the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
[0068]
On the other hand, for example, when the sparger is provided outside the draft tube region in the tower, the solution present in the draft tube region in the solution existing between the outside of the draft tube and the tower. Since many bubbles can be supplied compared to the inside, the solution existing between the outside of the draft tube and the tower creates a liquid flow from the bottom to the top, and exists inside the draft tube. The solution can cause a liquid flow from the upper side to the lower side in the tower, thereby causing the circulation of the solution contained in the tower inside and outside the draft tube using the side surface of the draft tube. Can be made. In addition, circulation circulation inside and outside the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
[0069]
In this bubble column, the solution contained in the tower is divided into two circulations, that is, as described above, circulation using the side peripheral surface of the draft tube, and the gap provided on the side peripheral surface of the draft tube. Therefore, the solution accommodated in the tower can be stirred no matter how the liquid level of the solution accommodated in the tower changes.
[0070]
Moreover, a sparger can also be arrange | positioned so that a bubble can be simultaneously supplied to the inner side and the outer side of a draft tube. In this case, the circulation flow in the bubble column becomes irregular, but the gas-liquid contact efficiency can be improved.
[0071]
The bubble column according to claim 12 is the bubble column according to claim 11, wherein the bubbler sparger according to claim 11 is a plan view of the column containing the solution. It is a bubble column provided in the area | region of the draft tube in any one of.
[0072]
Here, “the sparger is provided in the area of the draft tube when the tower containing the solution is viewed in plan view” means that a plurality of draft tubes according to the present invention are provided concentrically or substantially concentrically. If the tower containing the solution is viewed in plan, the position where the sparger is provided may be any as long as it is within the area of the draft tube located at the outermost wall. This means that it may be in the area of the draft tube or the position from the area of the draft tube located in the innermost area to the area of the draft tube located in the outermost outline.
[0073]
The vertical position (height) for providing the sparger may be any height as long as it is lower than the upper end of the provided draft tube.
[0074]
In this bubble column, more bubbles are supplied from the sparger into the solution contained in the column and into the solution inside the draft tube than in the solution between the outside of the draft tube and the column. Therefore, the solution existing inside the draft tube causes a flow of liquid from the bottom to the top in the tower, and the solution existing between the outside of the draft tube and the tower A liquid flow from the top to the bottom can be generated. Thereby, circulation circulation inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube can be generated in the solution stored in the tower.
[0075]
In addition, circulation circulation inside and outside the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
[0076]
Therefore, in this bubble column, since the above two circulations can be generated in the solution stored in the column, no matter how the liquid level of the solution stored in the column changes, The solution contained in the can be stirred.
[0077]
The bubble column according to claim 13 is the bubble column according to claim 11, wherein the bubble column sparger according to claim 11 is a plan view of the column containing the solution. The bubble column provided outside the region of the draft tube according to any one of the above.
[0078]
Here, “the sparger is provided outside the area of the draft tube when the tower containing the solution is viewed in plan view” means that a plurality of draft tubes according to the present invention are provided concentrically or substantially concentrically. In this case, when the tower containing the solution is viewed in plan, it means that the tower is provided outside the region of the draft tube located in the outermost shell.
[0079]
The vertical position (height) where the sparger is provided may be any height as long as it is lower than the upper end of the provided draft tube.
[0080]
In this bubble column, the sparger can supply more bubbles in the solution existing between the outside of the draft tube and the column than in the solution existing inside the draft tube. The solution existing between the outside of the column and the column causes a flow of liquid from the bottom to the top, and the solution existing inside the draft tube has a liquid flow from the top to the bottom. A flow can be generated.
[0081]
Thereby, circulation circulation inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube can be caused in the solution stored in the tower.
[0082]
In addition, circulation circulation inside and outside the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
[0083]
Therefore, in this bubble column, since the two circulations described above can be generated in the solution stored in the column, no matter how the liquid level of the solution stored in the column changes, The solution contained in the can be stirred.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0084]
Hereinafter, preferred modes of a draft tube, a sparger, and a bubble column including these according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiments 1 to 4 of the invention)
In the first to fourth embodiments of the present invention, an example in which one draft tube is provided in the tower will be described.
(Embodiment 1 of the invention)
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
[0085]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
[0086]
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 1 is cut along the line III-III in FIG.
[0087]
As shown in FIG. 1, the bubble column 1 includes a
[0088]
In FIG. 1, 2 a indicates a lid body of the tower (can body) 2, and 2 h indicates a gas vent hole provided in the
[0089]
In the bubble column 1, a draft tube that is formed of a hollow pipe and has a space S <b> 3 on the entire side surface is used as the
[0090]
More specifically, the
[0091]
The material of the hollow pipe constituting the
[0092]
When the bubble column 1 is used for culturing a microorganism, the inside of the
[0093]
Therefore, in consideration of steaming, the material of the hollow pipe that constitutes the
[0094]
As the metal, any metal such as stainless steel, aluminum, titanium and the like can be used, but stainless steel is preferably used.
[0095]
Further, when it is not necessary to expose the inside of the
[0096]
The diameter of the hollow pipe forming the
[0097]
The shape of the cross section of the
[0098]
The
[0099]
The space between the hollow pipe and the hollow pipe does not need to be constant throughout the draft tube as long as the solution inside and outside the draft tube can come and go when the draft tube is used.
[0100]
Although the space | interval of the space | gap between a hollow pipe and a hollow pipe is not restrict | limited in particular, in the bubble column of a manufacturing equipment level, it is convenient to leave the space | interval which can be maintained. Except for those having a capacity of about 5 to 1000 L used for research purposes at the laboratory level, it is usually preferable that there is an interval at which the operator's fingers can enter, that is, 2 cm or more.
[0101]
If the porosity of the side peripheral surface of the
[0102]
On the contrary, when the porosity of the side peripheral surface of the
[0103]
Considering this, the porosity of the
[0104]
When this
[0105]
Since the heat exchange medium can be circulated in the hollow pipe that is wound around the coil constituting the
[0106]
In this example, the heat exchange medium is circulated from the one
[0107]
When the solution stored in the bubble column 1 generates heat when the bubble column 1 is used, the solution stored in the
[0108]
Next, the structure of the
[0109]
FIG. 4 is a diagram schematically showing an enlarged part of the
[0110]
The hollow pipe constituting the
[0111]
In the bubble column 1, as shown in FIG. 4, the hollow pipes p3... Constituting the
[0112]
Furthermore, the gap between the hollow pipes constituting the
[0113]
Next, the configuration of the
[0114]
In this bubble column 1, a
[0115]
In FIG. 1,
[0116]
A plurality of through holes are formed in the upper surfaces of the
[0117]
In the bubble column 1, the
[0118]
Next, the usage method and operation | movement of this bubble column 1 are demonstrated.
[0119]
When microorganisms are cultured using the bubble column 1, the microorganisms to be cultured and the culture solution are accommodated in the
[0120]
When culturing microorganisms in the
[0121]
Further, when the temperature of the solution accommodated in the
[0122]
Further, when gas absorption work is performed using the bubble column 1, a gas absorption solution is stored in the
[0123]
When absorbing a certain component in the gas supplied from the
[0124]
In this bubble column 1, a hollow pipe wound in a coil shape is used as the
[0125]
Thereby, if this bubble column 1 is used, even if the liquid level of the solution accommodated in the
[0126]
As described above, in the bubble column 1, the
[0127]
In addition, in this
[0128]
Further, in this example, since the ejection nozzle of the
[0129]
As a result, the apparent specific gravity of the solution existing inside the
[0130]
In the bubble column 1, in addition to the flow in the direction perpendicular to the above-described column, the solution containing bubbles passes through the gap between the hollow pipes constituting the
[0131]
As a result, if this bubble column 1 is used, a conventional
Thus, since the bubble column 1 has a simple structure and can take a large heat transfer area of the draft tube as a heat exchange device, in particular, a large scale whose scale is scaled up, that is, It can be suitably used as a high bubble column.
(
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
[0132]
Moreover, FIG. 6 is explanatory drawing which shows typically operation | movement of the bubble column shown in FIG.
[0133]
Since the
[0134]
Since the
[0135]
In the
[0136]
Each configuration of the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3 wound around in a coil shape has the same configuration as the
In the
[0137]
That is, in the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3, the heat exchange medium is supplied from the heat exchange
[0138]
Thus, in this
[0139]
In addition, as described above, the
[0140]
Like the bubble column 1, the
(
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
[0141]
The
[0142]
In the
[0143]
In the
[0144]
Thereby, if this
[0145]
As with the bubble towers 1 and 21, the porosity of the
[0146]
In addition, since the effect of the
[0147]
FIG. 8 is a schematic enlarged view of a part of the
[0148]
The hollow pipe constituting the
[0149]
In such a case, it is preferable to connect a plurality of hollow pipes p43 by welding.
Furthermore, if each of the hollow pipes p43 is fixed to any one of the plurality of
[0150]
Further, the gap between the hollow pipes constituting the
(
FIG. 9 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
[0151]
The bubble column 61 is the same as the
[0152]
In this bubble column 61, instead of the
[0153]
Each draft tube unit can be passed through a heat exchange medium as required.
[0154]
The bubble column 61 also has the same effect as the bubble column 1 and the
[0155]
In particular, the bubble column 61 can be suitably used as a large-sized bubble column whose scale is scaled up, that is, a high bubble column.
(
In the fifth to eighth embodiments of the present invention, examples in which two draft tubes are provided in the tower will be described.
(
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
[0156]
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
[0157]
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 10 is cut along the line XVII-XVII in FIG.
[0158]
Since the
[0159]
The
[0160]
The two
[0161]
In addition, a heat exchange medium such as a refrigerant or a heat medium can be passed through each of the
[0162]
The
[0163]
The use method and operation of the
[0164]
Note that the winding direction of the
FIG. 13 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
[0165]
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
[0166]
Since the
[0167]
The
[0168]
Among the six draft tube units 23AU1, 23AU2, 23AU3, 23BU1, 23BU2, and 23BU3, the draft tube units 23AU1, 23AU2, and 23AU3 are stacked in the vertical direction to form the
[0169]
The
[0170]
Note that a heat exchange medium can be circulated in each of the
[0171]
Further, the
[0172]
Since the use method and operation of the
[0173]
Note that the winding direction of the
FIG. 15 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
[0174]
Since the bubble column 91 is the same as the
[0175]
The bubble column 91 is different from the
The two draft tubes 43A and 43B are arranged concentrically or substantially concentrically. Each draft tube can be passed through a heat exchange medium as required.
[0176]
Moreover, the
[0177]
Since the use method and operation of the bubble column 91 are substantially the same as those of the
(Embodiment 8 of the invention)
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
[0178]
Since the
[0179]
The
[0180]
Among the six draft tube units 63AU1, 63AU2, 63AU3, 63BU1, 63BU2, and 63BU3, the draft tube units 63AU1, 63AU2, and 63AU3 are stacked in the vertical direction to form the draft tube 63A, and the draft tube unit 63BU1, 63BU2 and 63BU3 are laminated in the vertical direction inside the draft tube 63A to form a
The two
[0181]
Further, the
[0182]
Since the use method and operation of the
[0183]
Next, the present invention will be described based on experimental examples.
[0184]
(Experimental example 1)
Using the bubble column 1 shown in FIG. 1, sodium sulfite (Na2SO3) Oxygen contained in the gas discharged from the
[0185]
In this experiment, a cylindrical column having an inner diameter of 1000 mm and a height of 2395 mm was used as the
[0186]
In addition, as a hollow pipe constituting the
[0187]
In this experiment, the
[0188]
The
[0189]
The interval (gap) between the hollow pipes forming the
[0190]
This
[0191]
As a solution (sodium sulfite solution containing copper sulfate) contained in the
[0192]
First, a predetermined amount of the sodium sulfite solution containing copper sulfate described above was accommodated in the
[0193]
Next, a gas having a predetermined oxygen concentration was supplied from a
[0194]
The oxygen concentration of the supplied gas was constant, and the gas flow rate was changed. The measurement was performed for each of the solution amounts of 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL, and 1.2 KL. The distance (liquid depth) from the bottom of the column to the liquid level is 760 mm when the solution volume is 0.6 KL, 1,020 mm when the solution is 0.7 KL, 1,280 mm when it is 1.0 KL, and 280 mm when it is 1.2 KL In each case, there was a liquid level between the upper end and the lower end of the draft tube.
In each case, the oxygen concentration contained in the gas discharged from the
The results of examining the oxygen absorption rate at each aeration rate and amount of solution are shown in FIG.
[0195]
In FIG. 17, the horizontal axis represents the air line velocity Ug [m / second], and the vertical axis represents the oxygen absorption rate per unit volume into the sodium sulfite solution containing copper sulfate [kg mol-O.2/ M3/ Hour].
[0196]
In FIG. 17, the zigzag bars, black squares, black triangles, and black circle symbols are for liquid amounts of 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL, and 1.2 KL, respectively. Shows the results. When the liquid volume during ventilation was 1.2 KL, all the liquid levels exceeded the upper end of the draft tube. Even when the liquid volume was 1.0 KL, the ventilation line bundle was 0.08 m / sec and 0.10 m / sec. In some cases, the upper end of the draft tube was similarly exceeded.
[0197]
As apparent from the results of FIG. 17, in the bubble column 1 according to the present invention, if the gas supply amount from the
In the first to eighth embodiments of the present invention, the bubble towers 1 and 21 including the
In the first to eighth embodiments of the present invention, the bubble tower is configured to supply bubbles from the
【The invention's effect】
[0198]
As described above in detail, the draft tube according to any one of claims 1 to 7 can operate the bubble column regardless of the liquid level of the solution contained in the bubble column. In addition, it is excellent in the mixing property of the solution stored in the tower and gas absorption performance, it is easy to secure a heat transfer area, and maintenance and scale-up can be easily performed.
[0199]
Moreover, in the bubble tower which concerns on Claims 8-13, since the draft tube in any one of Claims 1-7 is used, it accommodates in the tower of a bubble tower. The bubble column can be operated regardless of the liquid level of the solution, has excellent mixing and gas absorption performance of the solution contained in the column, easily secures the heat transfer area, and is easy to maintain and scale up. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
3 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 1 is cut along line III-III in FIG.
4 is an enlarged view schematically showing a part of the draft tube used in the bubble column shown in FIG. 1. FIG. 4 (a) shows the
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
8 is an enlarged schematic view of a part of the draft tube used in the bubble column shown in FIG. 7. FIG. 8A shows the draft tube in the process of assembling the draft tube. FIG. 8 is a perspective view schematically showing a state before a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe, and FIG. 8B shows a certain hollow that constitutes the draft tube in the process of assembling the draft tube. It is a perspective view which shows typically the state after connecting a pipe to another certain hollow pipe.
FIG. 9 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the invention.
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble column according to the present invention.
11 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
12 is a transverse cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 10 is cut along the line XVII-XVII in FIG.
FIG. 13 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
14 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 15 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 17 is experimental data for confirming the function of the bubble column according to the present invention, in which the oxygen absorption rate per unit volume of the solution stored in the column and the amount of the solution stored in the column are changed. The correlation is shown.
The abscissa indicates the ventilation linear velocity Ug [m / sec], and the ordinate indicates the oxygen absorption rate per unit volume [kgmol-O per unit volume of sodium sulfate containing copper sulfate].2/ M3/ Hour]
The zigzag bar, black square, black triangle, and black circle indicate the results when the liquid volume is 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL, and 1.2 KL, respectively. .
FIG. 18 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
19 is a cross-sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
20 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 18 is cut in accordance with the line XX-XX in FIG. 18 and viewed from above to below.
FIG. 21 is a perspective view schematically showing an example of a conventional bubble column.
FIG. 22 is a perspective view schematically showing another example of a conventional bubble column.
FIG. 23 is a perspective view schematically showing another example of a conventional bubble column.
FIG. 24 is a diagram schematically showing another example of a conventional bubble column.
[Explanation of symbols]
1, 2, 41, 61, 71, 81, 91, 101, 111
2 towers (can body)
3, 23, 43, 63 Draft tube
4, 24 Sparja
4h Through hole
5 props
4a trunk
4b Branch pipe
Claims (14)
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