JPH0518618B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は遠心式の液−液および気−液接触装置
に関する。

第１の液体と第２の液体または気体とを接触さ
せるための種々の遠心式装置が既に提案されてお
り、例えば英国特許第757149号明細書に記載され
たものがある。この英国特許第757149号明細書記
載の装置は、ロータを備え、そのロータ内に充填
材体またはプレートが配置されその充填材体また
はプレートの表面の上を第１の液体および／また
は第２の液体（または気体）が遠心力下に流れる
ようになつている。

ここに本発明者らは、ロータ回転軸に対して一
またはそれ以上のプレートを実質的に横方向に装
着する場合に、その表面上を流れる液体の膜中に
乱れを生じさせうる一またはそれ以上のプレート
を用いることにより、第１の液体と第２の液体ま
たは気体との間の物質移動に改善が与えられるこ
とを見出した。

したがつて、本発明は、第１の液体と気体また
は第２の液体とを接触させるための遠心式装置で
あつて、その回転軸に対して横方向に装着された
一またはそれ以上のプレートを有するロータ、そ
のロータの半径方向内側部分へ第１の液体を仕込
むための手段、上記気体または第２の液体をロー
タに仕込むための手段、およびロータからの排出
液体を捕集するための手段を備え、少なくとも一
枚のプレートの表面がそれを横切つて流れる液体
中に乱れ（perturbation）を生じさせることがで
きることを特徴とする上記遠心式接触装置を提供
する。

本発明の装置中のロータ内の気体または第２の
液体の流れは、第１の液体の流れと並流であつて
も向流であつてもよいが、向流であるのが好まし
いことが多い。本発明において向流関係を採用す
る場合に、気体または第２の液体の密度は、第１
の液体の密度よりも小さくなければならないこと
は明かであろう。

上記の如き第１の液体中に生じさせうる乱れと
しては、(a)プレートの表面からエジエクト
（eject）される第１の液体の微細な液滴の噴霧の
形成および(b)プレートの実質的に全表面にわたつ
て接触を保ちながら第１の液体がプレートの表面
を横切つて流れるときに、その薄膜の表面を連続
的にまたは周期的に更新する、すなわち入れかえ
ることを例として挙げることができる。このよう
な接触は、例えば、第１の液体がプレートの外周
縁に到達するまで、そのプレート上に第１の液体
をコアンダ（Coanda）効果により保持すること
ができるような適切な条件に合致するようプレー
トを設計することにより維持することができる。

プレート表面は、同表面を横切つて流れる液体
中に乱れを生じさせることができるよう、コアン
ダ効果を与えるために種々の形態をとりうる。す
なわち、プレートはその表面上に突出部とか、刻
み目を設けるとか、あるいはプレートに波形にす
るとか、多孔性にするとかまたは穿孔加工をする
とかすることができる。流れの乱れを生じさせる
ように設計されたこれらの形状は、プレート表面
上の第１の液体の流れの方向に対して実質上横方
向に配置させるのが適当である。最も好ましいの
は、ロータの回転軸と１又はそれ以上の同心円状
に配置することである。

従つて、プレート表面に一またはそれ以上の溝
を設けるにあたつては、ロータの回転軸に同心状
に配置した連続溝とすることは好ましい態様であ
る。これらの溝は実質的にＶ形とする。特に、Ｖ
形溝の半径方向の外側の面がその内側の面よりも
急勾配であるようにすることが適当である。さら
に、半径方向に向つて外側の面の少くとも上部
は、第１の液体がこの溝から出るときに同液体に
対して連続的に低減する勾配を与えるようにする
のが好ましい。このような漸減的な勾配は、より
高回転速度においてもプレート表面上に第１の液
体を保持することができるようにしている。

他の一態様においては、プレートを横切つて流
れる液体中に乱れを生じさせうる表面をもつプレ
ートは、多孔性とするか、またはそのプレートの
少なくとも一部分を多孔性とする。そのような多
孔性プレートを使用すると、そのプレートの第１
の表面に供給される第１の液体がそのプレート内
を透過してプレートの第２の表面に滲出し、従つ
てプレートの両面において第２の液体または気体
に曝されるという利点がある。かくして、そのよ
うな多孔性プレートは、就中、小孔が明いている
もの、篩状のもの、あるいはガーゼ状のものであ
つてもよい。プレート、またはプレートの少なく
とも一部分が穿孔されているものは好ましい。穿
孔は、ロータの回転軸に関して対称的に配置され
るのが好ましく、例えば回転軸に関して同心状の
一またはそれ以上の円上に配置されるのが好まし
い。穿孔はプレート円板の穿孔部分全体にわたつ
て同一の孔寸法であつても、異なる孔寸法であつ
てもよく、例えば穿孔の孔寸法は回転軸からの距
離とともに変化させてもよい。

そのような薄い多孔性プレートは例えば金属ま
たはプラスチツク製で硬質であるのが好ましいこ
とが多いけれども、それが自己支持性でない場
合、またはプレートが充分に高回転速度で回転さ
れるときにだけ板状になるようなものであつても
よい。例えばプレートは織布、編布または不織布
から製造されたものであつてもよい。

乱れを生じさせる表面形状、例えば波形、突出
部、凹状部または穿孔を同心円状に配置するとき
には、そのような同心円は、半径方向で測つて、
１ｍ当り50〜1000の密度、好ましくは１ｍ当り約
100以上の密度で間隙を空けて配置するのが好ま
しい。すなわち、これらの表面形状のパターンの
ピツチ、すなわちパターンの繰返し形状間の距離
は、好ましくは１〜20mm、より好ましくは約10mm
以下である。乱れを生じさせる表面形状が溝であ
るときには、各溝の深さは、好ましくは0.05〜５
mm、殊に0.2〜５mm、さらには0.5〜25mmであるの
が好ましい。非常に浅い溝、例えば0.05〜0.25mm
程度の場合には、所望によりプレート表面をエツ
チングすることにより形成できる。

本発明による装置に用いられるプレートの厚さ
は、一般的には、その構成材料、実施されるべき
特定の接触効果（作用）、および選定表面形状に
応じて0.05〜５mmの範囲である。プレートの厚さ
は、ある種表面形状によつて変動しうるが、一般
的には、この明細書における「プレートの厚さ」
とはそのような表面形状を賦与されていないプレ
ート自体の厚さを意味するものとする。プレート
の厚さは、好ましくは0.25〜1.5mm、特に0.5〜1.0
mmである。

本発明の装置で用いられるプレートの外径は、
典型的には25cmないし５ｍの範囲であり、好まし
くは約１ｍであり、そのプレートが環状であると
きには、その内径は典型的には５cmないし１ｍの
範囲である。

本発明装置に用いられるプレートの構成材料
は、プレートの使用中にその材料中に発生する応
力に耐えうるようなものであるべきである。材料
は、使用中にそれと物理的に接触する物質による
侵食、または反応に実質的に耐えるものであるの
が好ましい。プレートを製造するための材料は、
典型的には、ガラス、セラミツクス、または好ま
しくは金属、さらに好ましくは耐薬品性金属、例
えばステンレス鋼、ニツケルまたはチタンであ
る。プレートに対して、液体で濡らされる表面を
与えるために、プレートを適当に表面処理するの
がしばしば好ましく、そのような処理は化学的
（例：エツチング）または物理的（サンドブラス
ト加工）であつてよい。

本発明装置が複数のプレートを備えている場合
に、それらのプレートはロータ軸に沿つて相互に
近接して配置されて狭い通路を形成し、そして相
隣れるプレート間の通路の平均巾（ロータ軸方向
の巾）は、好ましくは約50mm以下、さらに好まし
くは0.2〜５mmである。通路の巾（コータ軸方向
の巾）がプレートの半径方向の長さに沿つて変動
する場合、例えばその通路を形作つている二つの
対向表面の両者は、ピークおよびトラフ（溝部）
を有し、第１の表面のトラフは第２の表面のトラ
フと一致した位置に整列され、また、第１の表面
のピークは第２の表面のピークと一致した位置に
整列されるようにし、最も狭い空隙（両表面間
の）は、しばしば約２mmであり、最も大きな空隙
は、しばしば約８mmである。

本発明装置が複数のプレートを備えている場
合、相隣れるプレート間の通路の巾（ロータ軸方
向の巾）が一定でないようにプレートを配置およ
び／または成形するのがしばしば好ましい。特に
一方のプレートの表面輪郭が相隣れるプレートの
対向表面の輪郭と（すなわち一方の面上の突起部
と対向表面上の突起部とが位置的に一致するよう
に）組合わされるようにするのが好ましいことが
ある。このようにすると、第１の液体の新しい噴
霧が連続的に形成されるようになる。なんとなれ
ば第１の液体が二つのプレート（それらの対向両
面は多数の凹凸輪郭をもつ）の間の通路を通つて
流動するとき、噴霧は一方のプレートの突起輪郭
から放出され、隣のプレートの対向表面上の輪郭
部上に沈着し、その面の突起輪郭から再び液体噴
霧として放出され、このような噴霧の放出が二つ
の対向表面の突起輪郭の間で順番に起こりながら
第１の液体は両者間の通路に沿つて放射方向に流
動する。

プレートに第１の液体を仕込むための手段は、
適当なオリフイスを設けられ、また回転するプレ
ートと同軸的に配置された固定式液体供給パイプ
であるのが好適である。

向流方式を本発明で採用する場合に、プレート
に接触させるための気体または第２の液体を供給
するための手段は、プレートの外周縁に隣接して
設けられる。プレートは固定ハウジング内に装着
し、そのハウジング内へ気体または第２の液体
を、プレートの外周縁から排出される液体の圧力
を打負かすに足る圧力で供給するのが便宜であ
る。

第１の液体またはその一部もしくは誘導体は、
プレートがその内に装着された固定ハウジング中
に捕集されて、そのハウジングから所望のときに
取出せるようにするのが便宜である。

本発明の遠心式装置において第１の液体が受け
る平均加速度は10ｍ／（秒）²以上、好ましくは
100ｍ／（秒）²以上、さらに好ましくは1000ｍ／
（秒）²以上である。一般に、平均加速度が増大す
ると、第１の液体と気体または第２の液体との間
の物質移動速度は増大される。しかし、ある一定
の直径を有して、一定の液体流量を負荷されてい
るプレートについては、そのプレートが装着され
ている装置の所要動力が、プレートの回転速度の
自乗に比例することは明かである。従つてプレー
トの最適回転速度は、高い平均加速度の要望と低
い所要動力との間の経済的バランスの上に立つて
いる。

平均加速度（a_n）は下記式で定義される。

a_n＝（2πN／60）²（r₀ ²＋r₁ ²／２）^1/2 ここにＮは回転軸の周囲のプレートの回転速度
（ppm）、r₀は回転軸からプレートの直径方向内側
の縁までの距離（ｍ）、r₁は回転軸からプレート
の半径方向外側の周縁までの距離（ｍ）である。
プレートが円板状であるときには平均加速度を計
算で求めるにはr₀をゼロとすることは明かであ
る。

プレートの表面を横切る液体流の流量は典型的
にはプレートの周縁１ｍ当り10^-5〜10^-2m³／秒で
ある。

本発明による装置は、就中、吸収、脱着、向流
抽出、蒸留および均質化の諸工程に使用できる。

本発明の具体例を添付図によりさらに説明す
る、 第１〜３図において、ロータ１は駆動軸２に装
着され、カバ４、ベース５および円筒側壁６によ
つて限定された室３内で、その軸によつて回転さ
れる。軸２がベース５を貫通している所には慣用
メカニカルシール７が設けられている。ロータ１
は複数の環状プレート８を有し、それらのプレー
トはロータのベース１０上の６本のピン９に装着
され、ワツシヤ１１によつて間隙を設けられてい
る。ロータ１はカバープレート１２をも有し、こ
れには液体シール１３が備えられている。室３に
は気体供給管１４、気体排出管１５、液体供給パ
イプ１６（このものはその下端部に透孔１７をも
つ）、および液体排出孔１８が設けられている。

図示装置の運転の際には、ロータ１を回転さ
せ、液体を供給パイプ１６および孔１７を介して
一連の環状プレート８へ供給すると、液体は各プ
レートの表面を横切つて薄膜の形で外向きに移動
する。薄膜は水平面１９を横切り、傾斜面２０を
下向きにそしてその底で良く混合され、垂直面２
１を上向きに流れる。面１９と面２０とが合され
る位置では面取り加工がなされているので、コア
ンダ効果によつて、液体は表面上に保持され、そ
の外向き流れが継続される。液体はプレートの外
周縁から室３中へ放出され、室３から排出孔１８
を経て流出する。気体は、気体供給管１４を通し
て装置中へ供給する。気体は環状プレート８間の
通路に入り、半径方向内向きに移動してプレート
の内側縁のところでその通路から出る。液体によ
つて吸収されなかつた気体部分は、管１５から排
出される。

本発明の態様効果を以下例示のための実施例に
より説明する。

実施例 １ Ａ 水を300〜950ml／秒の種々の流量で一枚の直
径600mmの平面デイスクに対して、その回転軸
に隣接して仕込んだ。そのデイスクは窒素雰囲
気中で100rpmで回転していた。

供給水中の酸素濃度は8.15ppmであつた。デ
イスクの外周部での水の酸素濃度を測定し、そ
の測定値から、回転軸〜デイスク外周縁間にお
ける水から窒素への酸素移動速度を計算した。
結果を第４図にグラフ曲線Ａとして示す（比
較）。

Ｂ 上記操作を、第３図に示したデイスクの一方
に対応する表面形状を有する直径600mmの溝付
きデイスクを用いて繰返えした。溝の深さは２
mmであり、溝のピツチは５mmであつた。結果を
第４図の曲線Ｂで示す。

Ｃ 上記操作を直径600mmの一板の穿孔デイスク
を用いて繰返えした。穿孔は三角状のピツチ
（並び方のパターン）で穿孔した1.5mmの穴であ
り、それらの穴の合計面積がデイスクの表面積
の約30％になるようにした。結果を第４図の曲
線Ｃで示す。

第４図から明かなように水からの酸素の移動
速度は平面デイスクよりも溝付きデイスクにお
いて大きく、また穿孔デイスクを用いるとさら
に大きくなる。

実施例 ２ 前実施例を、同じ三種のデイスクおよび同一条
件で繰返えしたが、本例ではデイスクを200rpm
で回転させた。第５図に示されるように、すべて
のデイスクで向上した結果が得られ、この例にお
いても液体流に乱れを与えるように設計された二
つのデイスクは平面デイスクよりも著しく良好な
結果を与えた（第５図の曲線Ａ，Ｂ，Ｃは第４図
のものに対応する）。

実施例 ３ 前記二実施例の操作を繰返えしたが、本例で
は、溝付きおよび穿孔デイスクのみを用いた。デ
イスクは400rpmで回転させた。第６図における
曲線Ｂ（溝付きデイスク）、Ｃ（穿孔デイスク）は
再び高酸素移動速度が達成されうることを示し
た。

実施例 ４ 前記各実施例の操作を用いて別の酸素移動速度
測定実験を行なつたが、本例では一対のデイスク
を用い、それを700rpmで回転させた。

第１の実験では、デイスクは２枚の直径600mm
のデイスクであり、それらの対向面には溝を付け
た。それらの溝の深さは２mmであり、ピツチは５
mmであつた。両デイスクは２mmの面間隙で平行に
装着した。デイスクの間の空隙に水と向流関係に
窒素を375ml／秒の流量で仕込んだ。酸素移動速
度の計算値を第７図の曲線Ｂで示す。

同じように一対の平面デイスク（直径600mm、
間隙２mm）で得られた結果を比較のために第７図
に曲線Ａで示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による気−液接触装置の一例の
縦断面図。第２図は第１図のAA線における横断
面図。第３図は第１，２図の２枚のプレートの対
向面の拡大断面図。第４〜７図は各実施例の酸素
移動速度を示すグラフであり、横軸は水流量
（ml／秒）、縦軸は酸素移動速度（ｇ／hr）であ
る。 １：ロータ、２：回転軸、８：プレート、１
６：液体供給パイプ、１８：液体排出孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸に対して横方向にかつ同軸的に装着さ
   れ、該軸に沿つて間隔を置いて並べられた複数の
   プレートを有するロータであつて、該プレートの
   各々の少くとも１つの面はそれを横切つて流れる
   液体中に乱れを作り出すことができるものである
   ロータと； 該ロータの半径方向内側部へ第１の液体を仕込
   むための手段と； 該ロータに対して気体又は第２の液体を仕込む
   ための手段と； 及び該ロータから排出される液体を捕集するた
   めの手段とを備え； 該プレートは、該軸に沿つて0.2〜５mmの間隔
   を置いて並べられており、 該乱れを作り出すことのできるプレートの該面
   には、連続して実質的にＶ型の溝が設けられてお
   り、この溝は、各溝の半径方向外側面がその半径
   方向内側面より急勾配であるように形成されてい
   ることを特徴とする 第１の液体と気体又は第２の液体とを接触させる
   ための遠心式装置。 ２ 実質的にＶ型の溝の半径方向外側面の少くと
   も上側部分がロータの回転軸から連続的漸減勾配
   となつている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 同心円のピツチが１〜20mmの間にある特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 ４ 共通回転軸上間隔をおいて設けた複数のプレ
   ートの１つが該当するプレートである特許請求の
   範囲第１項から第３項までのいずれかに記載の装
   置。 ５ プレートが、前記第１液体を10ｍ／秒²の平
   均加速度とさせるようなスピードで回転するよう
   取りつけられている特許請求の範囲第１項から第
   ４項までのいずれかに記載の装置。