JPH0583295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、気体と液体を攪拌して分散、溶解、
乳化及び稀釈などの物理的又は化学的操作に使用
される気液接触装置に関する。

従来の技術 水素添加反応等を行う気液反応槽では、気液反
応の反応速度を早めるため、気体と液体との接触
面積を増大させる必要がある。この目的のため、
一般に、液中に滞留する気体の量をできる限り増
加しかつ気泡を細粒化して液中に分散させてい
る。例えば、実公昭45−12840号公報又は昭和43
年５月10日発行の化学工学便覧（改定三版）1090
頁には、液中に気相を混入する気液接触装置が開
示されている。この気液接触装置では、反応槽内
に攪拌軸が垂直にかつ回転可能に取付けられる。
多数の羽根板が攪拌軸の下端に取り付けられ、羽
根板の周囲に設けられた吸気管は、反応槽又は駆
動用モータの取付台に固定されている。反応槽内
に液体を収容すると共に、液体の上部に気体を収
容する。羽根板は液体内に浸漬される。この状態
において、攪拌軸を回転するとき、羽根板の回転
により径方向外側に液体を強制的に移動させて、
吸気管内に負圧を発生する。この負圧により、吸
気管の上部から気体を吸引すると共に、羽根板に
より気体を液体内に分散させる。

考案が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の気液接触装置の吸気
管は反応槽に固定され、羽根板は回転可能に支持
されるため、固定された吸気管と回転する羽根板
との間に精密なクリアランスを設ける必要があ
る。従つて、吸気管と羽根板とを高精度で形成し
なければならず、製造に長時間を必要とする。ま
た、吸気管と羽根板との間に設けられたクリアラ
ンスにより、吸気管内の負圧を大幅に増加するこ
とができず、吸気管による気体の吸引力が弱く、
液体中に気体を分散させる量が少ないという不具
合がある。従つて、気液を十分に接触させるた
め、装置を長時間稼動しなければならない。

更に、従来の気液接触装置では、反応槽やモー
タの取付台等に大型の吸気管を固定するために、
収納スペースの面で反応槽自体が大型化するのみ
ならず、点検時に吸気管取付け及び取外しに手間
を要したり、仕込み液量の変動時に吸気管と羽根
板との取付け高さの変更に手間を要するなど、装
置の管理及び保守の点で問題がある。

本発明の目的は、気液を高効率で接触させるこ
とができ、安価で管理及び保守点検が容易な気液
接触装置を提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明による気液接触装置は、容器内に回転可
能にかつ垂直に取り付けられた攪拌シヤフトと、
攪拌シヤフト上に放射状に設けられた攪拌翼と、
攪拌シヤフトに同軸上にかつ攪拌シヤフトから一
定間隔分離して取付けられた筒状のドラフトチユ
ーブと、ドラフトチユーブの上端に設けられた吸
入開口部と、ドラフトチユーブの下端に設けられ
た排出開口部と、吸入開口部及び排出開口部間に
形成された連絡通路とが設けられる。ドラフトチ
ユーブの下端は攪拌翼に固定されている。攪拌シ
ヤフトの下部には放射状に形成された補助攪拌翼
が設けられる。ドラフトチユーブの下端は攪拌翼
に固定されかつ下方の拡大するフレア部を有す
る。攪拌翼はフレア部から下方かつ外方に突出す
る。

作 用 容器内に所望の液体と気体とを供給し、ドラフ
トチユーブの吸入開口部を気体内に配置すると共
に、排出開口部を液体内に浸漬する。この状態で
攪拌シヤフトを回転すると、攪拌翼とドラフトチ
ユーブは一体に回転する。攪拌翼の周囲にある液
体を攪拌翼により回転され、遠心力の作用により
排出開口部を通じてドラフトチユーブの外部に排
出される。このため、ドラフトチユーブ内の連絡
通路には攪拌シヤフトの回転数に対応する負圧が
発生し、この負圧により吸入開口部を通じて気体
が連絡通路内に吸引される。更に、吸引された気
体は排出開口部を通じて液体内に強制的に混入さ
れる。

攪拌翼の回転によつて液体内に混入されかつ細
粒化された気泡は、攪拌翼によつて半径方向及び
周方向に吹き出される液体の流れに乗つて槽全体
の液体内に分散される。本発明の気液接触装置で
は、ドラフトチユーブと攪拌翼の間にクリアラン
スがないため、攪拌シヤフトの回転速度に対応し
て発生する大きな負圧により効率的に液体中に気
体を混入することが可能となる。また、攪拌シヤ
フトを取外すことにより、攪拌シヤフト、攪拌翼
及びドラフトチユーブを容器内で容易に分解する
ことができ、装置の保守に要する時間を短縮する
ことができる。更に、攪拌翼とドラフトチユーブ
との間にクリアランスを設ける必要がないので、
ドラフトチユーブの製造が容易かつ安価である。

ドラフトチユーブは攪拌翼に固定されているた
め、攪拌翼を攪拌シヤフトに固定する固定ネジの
固定位置を変更するだけで、ドラフトチユーブの
固定位置を変更することができ、種々の液面レベ
ルに対応して気液の混合を行うことが可能であ
る。

実施例 以下、本発明による気液接触装置の実施例を第
１図〜第３図で説明する。この実施例では、気液
接触装置として還元反応の代表例である水素添加
反応を行なう気液接触について説明する。

第１図及び第３図に示すように、本発明による
気液接触装置は、容器１０内に回転可能かつ垂直
に取付けられた攪拌シヤフト３１と、攪拌シヤフ
ト３１上に放射状に設けられた攪拌翼３３と、攪
拌シヤフト３１に同軸上にかつ攪拌シヤフト３１
から一定間隔分離して取付けられた筒状のドラフ
トチユーブ３４と、ドラフトチユーブ３４の上端
に設けられた吸入開口部３６と、ドラフトチユー
ブ３４の下端に設けられた排出開口部３７と、吸
入開口部３６及び排出開口部３７間に形成された
連絡通路３４ｄとが設けられる。ドラフトチユー
ブ３４の下端は攪拌翼３３に固定されている。攪
拌シヤフト３１の下部には放射状に形成された補
助攪拌翼３５が設けられる。ドラフトチユーブ３
４の下端は攪拌翼３３に固定されかつ下方の拡大
するフレア部３４ａを有する。攪拌翼３３はフレ
ア部３４ａから下方かつ外方に突出する。

第１図及び第２図に示すように、容器１０の頂
部の中心には蓋１２によつて開閉される開口部１
１が設けられる。蓋１２はモータ４０の取付台を
構成する。モータ４０の出力軸は図示しない減速
装置の出力軸４１に連結される。出力軸４１は蓋
１２に挿通され、容器１０の内部にほぼ垂直に垂
下している。出力軸４１の下端は、回転アセンブ
リ３０を構成する攪拌シヤフト３１が継手４２を
介して連結されている。攪拌シヤフト３１の下端
は軸受３２によつて回転自在に支持されている。

容器１０の内部では、水素を供給する導入管１
３はブラケツト１３ａにより垂直状態で支持さ
れ、導入管１３の導入口１３ｂは容器１０の外側
に設けてある。また、第２図に示すように、容器
１０の外側には、液体Ｌを容器１０内に注入する
液入口１４Ａ、液戻し口及び排気口などが設けて
ある。更に、容器１０の内面に沿つて長い板状の
バツフル１７が固定され、バツフル１７によつて
対流する気液を効率的に分散させかつ攪拌を行な
う。攪拌シヤフト３１の下方には排液口１４Ｂが
設けてある。容器１０の側部には、点検用マンホ
ール１８が設けられ、排液口１４ｂの近傍で容器
１０内部には温度を計測する温度センサ１９が設
けてある。

通常、水素添加反応は発熱を伴うので、容器１
０の外側には冷却水が流通するジヤケツト２０
ａ，２０ｂが設けてある。発熱反応の温度を制御
するため、ジヤケツト２０ａ，２０ｂに流通させ
る冷却水の流量が温度制御器２１及び制御弁２２
によつて調節される。別法として、本実施例で
は、モータ４０の回転数を変化させて、液体Ｌ中
に分散されて滞留する水素ガス量を変更すること
により、反応熱量（kcal／Hr）即ち反応温度を
制御することが可能である。モータの回転数を変
化させる代わりに、別に変速機を設置してもよ
い。この場合に、サーボモータ等に使用される公
知の回転数設定器２３と温度制御器２１とを組合
わせて、攪拌シヤフト３１の回転数を設定するこ
とができる。

第３図に明示する実施例では、６枚の攪拌翼３
３がボス３３ａの円周上に等角度間隔でかつ放射
状に攪拌シヤフト３１上に固定される。攪拌シヤ
フト３１には、ドラフトチユーブ３４に攪拌シヤ
フト３１が挿通された状態で筒状のドラフトチユ
ーブ３４が同軸上に攪拌シヤフト３１に固定され
ている。攪拌シヤフト３１とドラフトチユーブ３
４との間には水素が通過するに十分な間隙によつ
て連絡通路３４ｄが形成される。ドラフトチユー
ブ３４の下部に設けられた漸次拡径したフレア部
３４ａにより排出開口部３７が形成され、フレア
部３４ａの内側面に攪拌シヤフト３１側の６枚の
攪拌翼３３が結合されている。ドラフトチユーブ
３４の上端３４ｂは、水素の吸い込みに支障のな
い間隔で吸入開口部３６を形成するように、スペ
ーサ３４ｃを介して攪拌シヤフト３１の外周面上
に結合されている。また、軸受３２の上方の攪拌
シヤフト３１に固定された６枚の矩形状の補助攪
拌翼３５はボス３５ａに放射状に取り付けられて
いる。攪拌翼３３及びドラフトチユーブ３４はボ
ス３３ａ固定ネジ３８により攪拌シヤフト３１に
固定される。攪拌シヤフト３１に対する固定ネジ
３８の固定位置を長さ方向に変更することによ
り、ドラフトチユーブ３４の固定位置を変更する
ことができる。

次に、この構成による実施例の気液接触装置の
作用について説明する。液体Ｌの必要量を液入口
から容器１０内に注入すると共に、液体Ｌと接触
させる水素を導入管１３を通して容器１０内部に
供給し、気相Ｖを形成する。ドラフトチユーブ３
４の吸入開口部３６を水素内に配置すると共に、
排出開口部３７を液体Ｌ内に浸漬する。液面レベ
ルｌが上端３４ｂよりも上位では水素の吸入がで
きないから、液体Ｌの液面レベルｌはドラフトチ
ユーブ３４の上端３４ｂよりも垂直方向で下位と
なるように設定する。

次に、モータ４０の作動によつて出力軸４１を
介して攪拌シヤフト３１を例えば200rpm以上で
回転する。因に、通常、50Hz地域で300rpm、60
Hzで360rpmである。回転アセンブリ３０を構成
する攪拌翼３３及びドラフトチユーブ３４は攪拌
翼３５と共に一体に回転する。攪拌翼３３の回転
によつて、容器１０内の液体Ｌに遠心力が付与さ
れる。

この間、攪拌翼３３及びドラフトチユーブ３４
が一体に回転することによつて、攪拌翼３３の周
囲にある液体Ｌは攪拌翼３３により回転され、ド
ラフトチユーブ３４内の液体Ｌが遠心力の作用に
より排出開口部３７を通じてドラフトチユーブ３
４の外部に排出される。このため、ドラフトチユ
ーブ３４内の連絡通路３４ｄには負圧が発生し、
この負圧により吸入開口部３６を通じて水素が連
絡通路３４ｄ内に吸引される。更に、吸引された
水素は排出開口部３７を通じて液体内に強制的に
混入される。

攪拌翼３３の回転によつて液体Ｌ内に混入され
た気泡は、バツフル１７による作用とも相まつて
攪拌翼３３の回転による流体の流れに乗つて、容
器１０の液体内全体に分散される。本発明の気液
接触装置では、ドラフトチユーブ３４が攪拌翼３
３に固定されクリアランスが無いので、攪拌シヤ
フト３１の回転速度に対応してバツフル１７によ
る作用とも相まつて、効率的に液体中に水素を混
入すること可能となる。また、攪拌翼３３の固定
位置を変えることにより、ドラフトチユーブ３４
の取付高さを変えることができるので、異なる仕
込み流量に対するドラフトチユーブ３４の取付高
さの変更に要する作業時間を大幅に短縮すること
ができる。更に、攪拌翼３３とドラフトチユーブ
３４との間にクリアランスを設ける必要がないの
で、ドラフトチユーブ３４の製造が容易かつ安価
である。

攪拌翼３３の回転数を変更させることにより、
液中に分散滞留するガス量を変えることができる
ため、攪拌翼３３の回転数によつて気液反応また
は分散、乳化等の制御を行なうことができる。

例えば、水素添加反応の発熱量が少ない場合、
ジヤケツト２０ａ内を流通する冷却水の流量を増
加するように制御弁２２が開くと、ジヤケツト２
０ａ内に温度の低い新しい冷却水が流入して、容
器１０が過度に冷却される。その結果、反応温度
を一定に維持することが困難となる。このため、
本実施例では、温度センサ１９の出力に対応して
攪拌シヤフト３１の回転数を変化させることにし
た。即ち、容器１０内の反応温度が低いとき攪拌
シヤフト３１の回転数を増加すると、液体Ｌ中に
分散される水素の量が増加して反応が促進され、
反応温度を上昇させることができる。液体Ｌの反
応熱の発生量に対応して、攪拌シヤフト３１の回
転数を変化させ、液体Ｌ中に滞留する水素ガス量
を円滑に変化させることができる。このように、
攪拌シヤフト３１の回転数が液体Ｌの反応熱の発
生量に円滑に追従するため、反応温度を常時一定
に保持することが容易に行なえる。気液の接触に
より高効率の攪拌を行なうには、攪拌シヤフト３
１の適正な回転数の設定の他、攪拌翼３３の径、
ドラフトチユーブ３４の長さ及び内周径の選定が
重要な課題となる。

本発明の上記実施例は種々の変更が可能であ
る。例えば、上記の実施例では、還元反応の代表
例である水素添加反応を行なう気液接触について
説明したが、油脂、脂肪酸、合成樹脂等の有機化
学物質又は無機化学物質を使用する気液接触に使
用することも可能である。しかし、本発明の気液
接触装置は特にフアインケミカルに使用される有
機化学製品等の製造に有効である。

また、ドラフトチユーブの外側に付加翼を設け
てもよい。更に、気体の吸引に影響を与えない範
囲で、液の攪拌効率と気体の液中への分散効率を
高める目的でドラフトチユーブに小孔を設けても
よい。

発明の効果 以上説明したように、本発明による気液接触装
置では、ドラフトチユーブと攪拌翼とがクリアラ
ンスがなく固定されて一体に回転するから、十分
な負圧を発生して多量の気体を吸引することが可
能である。固定された吸気管を有する従来の構造
のように、吸気管と羽根板との間に精密なクリア
ランスを設ける必要がない。このため、クリアラ
ンスによる負圧減少を回避すると共に、大きな負
圧により短時間で攪拌操作を終了することができ
る。更に、ドラフトチユーブを一体構造とするこ
とによつて、小型の容器を使用することが可能で
あり、取付高さの変更及び点検時の取付け及び取
外しに作業が軽減され、保守が大幅に容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す気液接触装置の
断面図、第２図は平面図、第３図は回転アセンブ
リの斜視図である。 １０……容器、３０……回転アセンブリ、３１
……攪拌シヤフト、３３，３５……攪拌翼、３４
……ドラフトチユーブ、３４ａ……フレア部、３
４ｄ……連絡通路、３５……補助攪拌翼、３６…
…吸入開口部、３７……排出開口部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 容器内に回転可能にかつ垂直に取り付けられ
   た攪拌シヤフトと、攪拌シヤフト上に放射状に設
   けられた攪拌翼と、攪拌シヤフトに同軸上にかつ
   攪拌シヤフトから一定間隔分離して取付けられた
   筒状のドラフトチユーブと、ドラフトチユーブの
   上端に設けられた吸入開口部と、ドラフトチユー
   ブの下端に設けられた排出開口部と、吸入開口部
   及び排出開口部間に形成された連絡通路とが設け
   られ、ドラフトチユーブの下端は攪拌翼に固定さ
   れていることを特徴とする気液接触装置。 ２ 攪拌シヤフトの下部には放射状に形成された
   補助攪拌翼が設けられる請求項１に記載の気液接
   触装置。 ３ ドラフトチユーブの下端は攪拌翼に固定され
   かつ下方の拡大するフレア部を有する請求項１に
   記載の気液接触装置。 ４ 攪拌翼はフレア部から下方かつ外方に突出す
   る請求項３に記載の気液接触装置。