JP5185587B2

JP5185587B2 - 液中の不純分除去装置および方法

Info

Publication number: JP5185587B2
Application number: JP2007257057A
Authority: JP
Inventors: 洋実木山; 樹山内; 欽一坂上; 龍新垣
Original assignee: AIR WATER PLANT & ENGINEERING INC.
Current assignee: AIR WATER PLANT & ENGINEERING INC.
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2009082844A

Description

本発明は、液中の溶存酸素や揮発性物質等の不純分をガスとの気液接触により、ガス側に移動させて液体から分離精製する液中の不純分除去装置および方法に関するものである。

気液接触により液体から不純分を除去する装置としては、例えば、液中のトリクロロエチレン，塩化メチレン，トリハロメタン等の有機ハロゲン系化合物の揮発性物質を気液接触により液体から除去したり、液中の酸素やアンモニア等の溶存気体を窒素等の不活性ガスとの気液接触により除去したり、あるいは燃料油等に含有されている硫黄を水素ガスとの気液接触によって脱硫したりする目的で広く使われている。このような液中の不純分除去装置としては、例えば、下記の特許文献１に示すものが開示されている。

下記の特許文献１に開示された不純分除去装置は、液体および気体が流通する通路管内に、多孔板からなるらせん状の羽根体を取り付けたミキシングエレメントを備えて構成されている。
特開２００１−１７０４７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すような装置では、多孔板をらせん状に形成して羽根体を形成し、そのらせん状の羽根体を通路管内に溶接等で取り付けるという極めて複雑な工作を行なわねばならず、装置自体が非常に高価なものとなっていた。しかも内部構造が複雑で洗浄等のメンテナンスが極めて行い難いという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、簡素な構造で液中の不純分を効率的に除去し、極めて安価でメンテナンス性にも優れた液中の不純分除去装置および方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液中の不純分除去装置は、上方から供給された液体と下方から供給されたガスとを気液接触させて液中の不純分を除去するための気液接触容器を備え、
上記気液接触容器の内部に、網目部がガス通過開口に形成され、それ以外の網部が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材が液体の流下方向と直交するように所定間隔を隔てて複数配置され、
上記メッシュ状の気液接触促進部材は、メッシュ状の網目部が一方向に延びる細長い形状で開口しており、その液流粉砕部は、液流が衝突する上側に、液流の流下方向に対する傾斜方向が反対となるよう設定された第１の傾斜部と第２の傾斜部が設けられ、上記第１の傾斜部と第２の傾斜部によって液流が衝突する上側に峰部が形成されていることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の液中の不純分除去方法は、液体とガスとを気液接触させて液中の不純分を除去するための気液接触容器の内部に、網目部がガス通過開口に形成され、それ以外の網部が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材を液体の流下方向と直交するように所定間隔を隔てて複数配置し、
上記メッシュ状の気液接触促進部材を、メッシュ状の網目部が一方向に延びる細長い形状として開口させ、その液流粉砕部は、液流が衝突する上側に、液流の流下方向に対する傾斜方向が反対となるよう設定した第１の傾斜部と第２の傾斜部を設け、上記第１の傾斜部と第２の傾斜部によって液流が衝突する上側に峰部を形成し、
上記気液接触容器に上方から液体を供給するとともに下方からガスを供給して気液接触させて液中の不純分を除去することを要旨とする。

すなわち、本発明は、上記気液接触容器の内部に、網目部がガス通過開口に形成され、それ以外の網部が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材が液体の流下方向を横切るように複数配置されている。このため、気液接触容器内に上方から供給された液体は、メッシュ状の網部からなる液流粉砕部で効果的に粉砕されて流下し、気液接触容器内に下方から供給されたガスは、メッシュ状の網目部からなるガス通過開口を通って低い圧力損失で上昇する。この際、流下方向に複数配置された気液接触促進部材によって何度も細かく粉砕されながら流下する液体と、上昇するガスとが極めて効果的に気液接触することから、液中の不純分を非常に効率的に除去することができる。そして、従来に比べて極めて簡素な構造で工作も簡単なものであることから、極めて安価でメンテナンス性にも優れている。
また、上記メッシュ状の気液接触促進部材は、メッシュ状の網目部が一方向に延びる細長い形状で開口しており、傾斜方向が異なる第１の傾斜部と第２の傾斜部によって液流が衝突する上側に峰部ができる。これにより、流下する液流が衝突したときに、効果的に液流が粉砕され、気液接触の効率を高めることができる。また、液流が流下する際の抵抗も小さくすることができ、装置を大型化しなくても効率的に気液接触させることができる。

本発明において、上記メッシュ状の気液接触促進部材は、上下に配置される気液接触促進部材同士において、細長い網目の方向が揃わないように配置されている場合には、
網目が揃っていないことから、気液接触容器内を流下する液体が流下方向に複数配置された気液接触促進部材によって効果的に何度も粉砕されながら流下する際に、繰り返し粉砕される液流とガスが接触して気液接触の効率を高めることができる。

本発明では、上記メッシュ状の気液接触促進部材は、開口率が６０〜８０％である構成とすることができる。
本発明では、上記気液接触容器内を減圧する減圧ポンプを備えていない構成とすることができる。
本発明では、気液接触容器内で気液接触させるガスとして窒素ガスを使用する構成とすることができる。
本発明では、気液接触容器の下方から供給されるガスの流量（Ｇ）と気液接触容器の上方から供給される液体の流量（Ｌ）との比（Ｇ／Ｌ）を０．０５〜３に制御する構成とすることができる。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の液中の不純分除去装置を水中の溶存酸素を除去する溶存酸素除去装置に適用した一実施形態を示す図である。

この溶存酸素除去装置は、処理対象の液体である原水と不活性ガスである窒素ガス（Ｎ_２）とを気液接触させて上記原水中の溶存酸素を除去する不純分除去塔としての脱酸素塔１と、上記脱酸素塔１で溶存酸素が除去された処理水を貯留する貯留槽２とを備えて構成されている。

上記脱酸素塔１は、上部に液体供給管としての原水供給管６が連通して上部から原水を供給するようになっている。脱酸素塔１の下端部は貯留槽２の上部に接続され、脱酸素塔１と貯留槽２の内部は連通している。貯留槽２には、ガス供給管としての窒素ガス供給管７が接続されており、脱酸素塔１に対して下方から窒素ガスを供給しうるようになっている。そして、脱酸素塔１に対して上方から原水を供給して流下させる一方、下方から窒素ガスを供給して気液接触させ、溶存酸素を除去しうるようになっている。

上記原水供給管６には、原水ポンプ８が接続されるとともに、流量計９および流量調節弁１０が設けられ、脱酸素塔１に対して供給する原水の流量を調節しうるようになっている。

上記窒素ガス供給管７には、液体窒素ボンベ１２から取出した液体窒素を気化器１３でガス化し、減圧弁１４を介して窒素ガスが所定の圧力で供給されるようになっている。上記窒素ガス供給管７には、流量計１５および流量調節弁１６が設けられ、貯留槽２すなわち脱酸素塔１に対して供給する窒素ガスの流量を調節しうるようになっている。

上記流量計９，１５、流量調節弁１０，１６は、流量制御手段として機能し、脱酸素塔１すなわち後述する気液接触容器としてのリアクタ３の下方から供給されるガスの流量（Ｇ）と、上方から供給される液体の流量（Ｌ）との比（Ｇ／Ｌ）を、０．０５〜０．３に制御しうるように構成されている。上記流量比（Ｇ／Ｌ）が０．０５未満では、原水に対するガスの量が少なすぎて十分な気液接触ができなくなり、反対に０．３を超えると、既に十分な気液接触効果が得られていてそれ以上の効果が望めない割りに、ガスの使用量が多くなって処理コストが高くなるからである。

上記脱酸素塔１は、上からエジェクタ室２２、気液接触容器としてのリアクタ３、分離室２３、リアクタ３、スペーサ２４が直列的に接続されて構成されている。エジェクタ室２２、リアクタ３、分離室２３、スペーサ２４は、この例ではそれぞれ円筒状に形成され、必要な機器が内部に収容されて構成されている。

図２は、上記エジェクタ室２２の詳細を説明するための断面図である、

上記エジェクタ室２２には、上部に原水供給管６で供給された原水を、室内の窒素ガスと混合しながら噴射するエジェクタ２５が設けられている。上記エジェクタ２５は、内部に細い原水流路を備え、当該原水流路により原水供給管６からの原水の流速を増大させることにより減圧された内部空間に、周囲に充満している窒素ガスを吸引する。これにより、原水供給管６からの原水と窒素ガスとを混合しながら噴射して気液接触効果を高めるようになっている。

また、上記エジェクタ室２２のエジェクタ２５よりも下側には、気液分離板２６が設けられ、この気液分離板２６上には、エジェクタ２５から噴射された原水を受けるオーバーフロー槽２７が設けられている。また、上記気液分離板２６には、オーバーフロー槽２７の上部開口縁から溢れた原水を下方のリアクタ３に流下させる流下穴２８と、リアクタ３内を上昇してきた窒素ガスをエジェクタ室２２内に導入するための導入パイプ２９とが設けられている。上記導入パイプ２９は、オーバーフロー槽２７の上部開口縁から溢れた原水で塞がれないよう、オーバーフロー槽２７の上部開口縁より高い位置まで延びている。

これにより、エジェクタ２５で窒素ガスと混合されながら噴射された原水は、一旦オーバーフロー層２７内に貯留するとともに、オーバーフローした原水も気液分離板２６で一旦溜められるため、上記エジェクタ２５で原水中に混入して原水中の溶存酸素が移動してきた微細気泡の窒素ガスを抜いてからリアクタ３に供給することができる。

図３は、上記リアクタ３の詳細を説明するための（Ａ）断面図および（Ｂ）平面図である。

上記リアクタ３は、本発明の気液接触容器として機能するものであり、上方から供給された液体である原水と、下方から供給された窒素ガスとを気液接触させて液中の不純分を除去するものである。

上記リアクタ３の内部には、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材４が液体の流下方向を横切るように複数配置されている。この例では、上記気液接触促進部材４は、図において矢印で示す液の流下方向と直交するように配置され、所定間隔を隔てて複数配置されている。

この例では、内径約１４０ｍｍ、全長約４１５ｍｍの管状体の中に、３０ｍｍピッチで１３枚の気液接触促進部材４を配置した。

図４は、上記気液接触促進部材４の詳細を示す（Ａ）拡大図および（Ｂ）Ａ−Ａ断面図である。

上記気液接触促進部材４は、全体として平らなメッシュ状であり、網目部３３がガス通過開口に形成され、それ以外の網部３４が液流粉砕部に形成されている。また、上記メッシュ状の気液接触促進部材４は、メッシュ状の網目部３３が一方向に延びる細長い形状で開口している。そして、上下に配置される気液接触促進部材４同士において、網目の方向が揃わないように配置されている。

この例では、一方向に延びたメッシュの寸法は、長い方の単位セル寸法（Ｌ）が５０．８ｍｍ、短い方の単位セル寸法（Ｓ）が２２ｍｍに設定され、長短比率（Ｌ／Ｓ）は約２．３１に設定されている。上記長短比率（Ｌ／Ｓ）は、特に限定するものではないが、１．５〜４程度に設定される。

また、この例では、網部３４の断面は四角形であり、対向する２辺の長さ（Ｔ１）は２ｍｍ、それに直交する２辺の長さ（Ｔ２）は２ｍｍに設定されている。すなわち、この例では、網部３４は、断面が１辺２ｍｍの略正方形を呈している。上記（Ｔ１）と（Ｔ２）の寸法は同じでもよいし、異なる寸法に設定することもできる。（Ｔ１／Ｔ２）比は、特に限定するものではないが、１〜２程度に設定される。

そして、この例では、上記気液接触促進部材４は、開口率を６０〜８０％に設定するのが好ましく、上記開口率は６５〜７５％であればなお好ましい。開口率が６０％未満では、液体の流下抵抗が大きくなって処理効率が低下し、リアクタ３を大型化しなければならなくなり、反対に開口率が８０％を超えると、網部３４が細くなりすぎて液流粉砕部としての機能が低下し、気液接触効率が低下するからである。

上記気液接触促進部材４の液流粉砕部としての網部３４には、液流が衝突する上側に、図において矢印で示す液流の流下方向に対する傾斜方向が異なる複数の傾斜部３５，３６が設けられている。第１の傾斜部３５と第２の傾斜部３６とは、液流の流下方向に対する傾斜方向が反対でお互い約９０°の角度をなしており、液流が衝突する上側に峰部３７を形成している。

図５は、上記分離室２３の詳細を説明するための断面図である。

上記分離室２３には、気液分離板３０が設けられ、この気液分離板３０には、上のリアクタ３から流下してきた水を下方のリアクタ３に流下させる流下穴３１と、下方のリアクタ３内を上昇してきた窒素ガスを上方のリアクタ３内に導入するための導入パイプ３２とが設けられている。上記導入パイプ３２は、水で塞がれないように十分に高い位置まで延びている。これにより、上方のリアクタ３を流下した水を、一旦気液分離板３０で溜めるため、水中に混入して溶存酸素が移動してきた微細気泡の窒素ガスを抜いてから下方のリアクタ３に供給することができる。

図１に示すように、上記原水供給管６には、原水の溶存酸素量を計測するＤＯ計１１が設けられている。また、貯留槽２に接続された処理水排出管１７にも、処理水の溶存酸素量を計測するＤＯ計１８が設けられている。処理水排出管１７には処理水ポンプ１９が設けられるとともに、その下流で還流管２０が分岐しており、必要に応じて処理水を原水供給管６に還流させて繰り返し処理を行いうるようになっている。図において、符号２１は貯留槽２内の処理水の液面を検知する液面計である。また、上記還流管２０には、分岐管４０が分岐しており、必要に応じて処理水を分離室２３に還流させて繰り返し処理を行いうるようになっている。

上記溶存酸素除去装置では、上記エジェクタ室２２にもエジェクタで噴射された水の溶存酸素量を測定するＤＯ計３８が設けられ、分離室２３にも上側のリアクタ３を通過した水の溶存酸素量を測定するＤＯ計３９が設けられている。

図１〜図５に示した溶存酸素除去装置を用い、下記の条件で溶存酸素の除去を行ない、原水、エジェクタ室２２、上段リアクタ３の下流側部分、処理水それぞれの溶存酸素濃度を測定した。その結果を表にしたものを図６に示す。図６の結果からわかるとおり、本実施形態のリアクタ３により、十分な溶存酸素の除去効果が得られていることがわかる。

〔実施例１，実施例３〕
原水量：１１ｍ^３／ｈ窒素流量：１．１Ｎｍ^３／ｈＧ／Ｌ比：０．１
水温：３５℃ ４０℃ ４５℃ ５０℃
〔実施例２，実施例４〕
原水量：１１ｍ^３／ｈ窒素流量：２．２Ｎｍ^３／ｈＧ／Ｌ比：０．２
水温：３５℃ ４０℃ ４５℃ ５０℃

このように、本実施形態によれば、上記リアクタ３の内部に、網目部３３がガス通過開口に形成され、それ以外の網部３４が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材４が液体の流下方向を横切るように複数配置されている。このため、リアクタ３内に上方から供給された液体は、メッシュ状の網部３４からなる液流粉砕部で効果的に粉砕されて流下し、リアクタ３内に下方から供給されたガスは、メッシュ状の網目部３３からなるガス通過開口を通って低い圧力損失で上昇する。この際、流下方向に複数配置された気液接触促進部材４によって何度も細かく粉砕されながら流下する液体と、上昇するガスとが極めて効果的に気液接触することから、液中の不純分を非常に効率的に除去することができる。そして、従来に比べて極めて簡素な構造で工作も簡単なものであることから、極めて安価でメンテナンス性にも優れている。

本発明において、上記メッシュ状の気液接触促進部材４は、メッシュ状の網目部３３が一方向に延びる細長い形状で開口しており、上下に配置される気液接触促進部材４同士において、網目の方向が揃わないように配置されている場合には、網目が揃っていないことから、リアクタ３内を流下する液体が流下方向に複数配置された気液接触促進部材４によって効果的に何度も粉砕されながら流下する際に、繰り返し粉砕される液流とガスが接触して気液接触の効率を高めることができる。

本発明において、上記気液接触促進部材４の液流粉砕部は、液流が衝突する上側に、液流の流下方向に対する傾斜方向が異なる複数の傾斜部３５，３６が設けられている場合には、傾斜方向が異なる複数の傾斜部３５，３６によって液流が衝突する上側に峰部３７や段差ができることから、流下する液流が衝突したときに、効果的に液流が粉砕され、気液接触の効率を高めることができる。また、液流が流下する際の抵抗も小さくすることができ、装置を大型化しなくても効率的に気液接触させることができる。

なお、上述したリアクタ３や気液接触促進部材４において、上述した寸法や数はあくまで一例でありこれに限定されるものではない。また、上述したリアクタ３では、気液接触促進部材４を所定寸法を隔てて配置したが、間隔をあけずに積層するようにしてもよい。また、エジェクタ２５に代えてシャワーノズル等を採用してもよい。

本発明は、例えばボイラ給水、飲料水製造用、食品製造用、半導体超純水製造用あるいは各種試験研究用等に用いる液体中の溶存酸素を除去する用途に用いることができ、大規模なシステムに用いる場合だけでなく、小規模なシステムに用いる場合であっても好適に適用できる。

本発明の溶存酸素除去装置の一実施例を示す図である。エジェクタ室の構成を示す断面図である。リアクタを示す（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。気液接触促進部材を示す（Ａ）拡大図、（Ｂ）拡大断面図である。分離室の構成を示す断面図である。溶存酸素除去処理結果を示す表である。

符号の説明

１：脱酸素塔
２：貯留槽
３：リアクタ
４：気液接触促進部材
６：原水供給管
７：窒素ガス供給管
８：原水ポンプ
９：流量計
１０：流量調節弁
１１：ＤＯ計
１２：液体窒素ボンベ
１３：気化器
１４：減圧弁
１５：流量計
１６：流量調節弁
１７：処理水排出管
１８：ＤＯ計
１９：処理水ポンプ
２０：還流管
２１：液面計
２２：エジェクタ室
２３：分離室
２４：スペーサ
２５：エジェクタ
２６：気液分離板
２７：オーバーフロー槽
２８：流下穴
２９：導入パイプ
３０：気液分離板
３１：流下穴
３２：導入パイプ
３３：網目部
３４：網部
３５：第１の傾斜部
３６：第２の傾斜部
３７：峰部
３８：ＤＯ計
３９：ＤＯ計
４０：分岐管

Claims

上方から供給された液体と下方から供給されたガスとを気液接触させて液中の不純分を除去するための気液接触容器を備え、
上記気液接触容器の内部に、網目部がガス通過開口に形成され、それ以外の網部が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材が液体の流下方向と直交するように所定間隔を隔てて複数配置され、
上記メッシュ状の気液接触促進部材は、メッシュ状の網目部が一方向に延びる細長い形状で開口しており、その液流粉砕部は、液流が衝突する上側に、液流の流下方向に対する傾斜方向が反対となるよう設定された第１の傾斜部と第２の傾斜部が設けられ、上記第１の傾斜部と第２の傾斜部によって液流が衝突する上側に峰部が形成されていることを特徴とする液中の不純分除去装置。
上記メッシュ状の気液接触促進部材は、上下に配置される気液接触促進部材同士において、細長い網目の方向が揃わないように配置されている請求項１記載の液中の不純分除去装置。
上記メッシュ状の気液接触促進部材は、開口率が６０〜８０％である請求項１または２記載の液中の不純分除去装置。
上記気液接触容器内を減圧する減圧ポンプを備えていない請求項１〜３のいずれか一項に記載の液中の不純分除去装置。
気液接触容器内で気液接触させるガスとして窒素ガスを使用する請求項１〜４のいずれか一項に記載の液中の不純分除去装置。
気液接触容器の下方から供給されるガスの流量（Ｇ）と気液接触容器の上方から供給される液体の流量（Ｌ）との比（Ｇ／Ｌ）を０．０５〜３に制御するよう構成された請求項１〜５のいずれか一項に記載の液中の不純分除去装置。
液体とガスとを気液接触させて液中の不純分を除去するための気液接触容器の内部に、網目部がガス通過開口に形成され、それ以外の網部が液流粉砕部に形成されて、液流を粉砕するとともにガスを通過させるメッシュ状の気液接触促進部材を液体の流下方向と直交するように所定間隔を隔てて複数配置し、
上記メッシュ状の気液接触促進部材を、メッシュ状の網目部が一方向に延びる細長い形状として開口させ、その液流粉砕部は、液流が衝突する上側に、液流の流下方向に対する傾斜方向が反対となるよう設定した第１の傾斜部と第２の傾斜部を設け、上記第１の傾斜部と第２の傾斜部によって液流が衝突する上側に峰部を形成し、
上記気液接触容器に上方から液体を供給するとともに下方からガスを供給して気液接触させて液中の不純分を除去することを特徴とする液中の不純分除去方法。