JPH07121349B2 - 広範囲の液体水準での気液混合操作 - Google Patents

広範囲の液体水準での気液混合操作

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JPH07121349B2
JPH07121349B2 JP3121755A JP12175591A JPH07121349B2 JP H07121349 B2 JPH07121349 B2 JP H07121349B2 JP 3121755 A JP3121755 A JP 3121755A JP 12175591 A JP12175591 A JP 12175591A JP H07121349 B2 JPH07121349 B2 JP H07121349B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気液混合操作に関する
ものであり、特には特定の操作条件下での広範囲の液体
水準にわたって良好な混合作用を提供することのできる
気液混合操作方法及び装置に関係する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第４，４５４，０７７号及び関
連の再発行特許３２，５６２号において、有益な気液混
合方法及び装置が開示され、この技術は改良気体反応器
（ＡＧＲ：Advanced Gas Reactor）システムと呼ばれて
いる。広く様々の実際的な工業用途に一般にそして好適
に使用されるものとして、ＡＧＲシステムは大量の液体
を収納するに適する気液混合容器内に開端中空ドラフト
チューブを組み込んでいる。中空ドラフトチューブ内に
配置される下向き送流軸流羽根車が、容器内の液体をド
ラフトチューブの上端に吸入しそしてその下端から放出
して混合容器内に再循環流れ模様をなしての全体的な液
体移動をもたらすのに使用される。中空ドラフトチュー
ブ内での下向きのそして容器内ドラフトチューブ外側で
の上向きの液体のこうした循回により、そしてドラフト
チューブ上端に邪魔板を配置することにより助成され
て、渦流がドラフトチューブの入口領域に形成されて容
器内の液体水準上方のオーバヘッド空間から供給気体を
ドラフトチューブ内を下方に通入する循回液体中に吸入
する。ＡＧＲシステムの主たる利益を与えるのはこの気
体吸い込み機構なのである。
【０００３】こうした気液混合目的のための満足しうる
渦流発生は、多くの実際的な操業因子のうちで、ドラフ
トチューブの上端の上方で適正な液体水準を維持しうる
かどうかに依存する。ドラフトチューブを下っての或る
特定の液体流量において、ドラフトチューブ上方での容
器内の特定の液体水準において最大限の気体吸入が起こ
る。液体流量は結局は羽根車−ドラフトチューブ設計並
びに羽根車回転速度の関数である。一例を挙げると、邪
魔板付きの１０”（２５．４ｃｍ）内径のドラフトチュ
ーブ内部で液体中４００ＲＰＭで回転する９”（２２．
９ｃｍ）二重螺旋羽根車（単一９”（２２．９ｃｍ）ピ
ッチ長さ）に対しては、最適液体水準はドラフトチュー
ブ上方約４”（１０．２ｃｍ）である。しかしながら、
もし液体水準がドラフトチューブ上方８”（２０．３ｃ
ｍ）となると、渦流はもはや代表的には生ぜず、従って
気体吸入率は実質上零まで低下する。斯くして最適水準
を超える液体水準での操作は、ＡＧＲシステムの気体吸
入能力を実質上低減することになる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】従って、こうした非最適液体水準の下での
気液混合操作においては、向上せる気液混合を実現する
ＡＧＲシステムの有効性は、著しく損なわれる恐れがあ
る。液体水準の上昇がＡＧＲシステムの操作の非最適化
をもたらしうる代表的な気液混合用途は、ニトロ化合物
の水素化である。例えば、ニトロベンゼンが水素化され
てアニリンを形成する場合、副産物として水が形成され
る。もしＡＧＲ反応（混合）容器が最初、上述した渦流
機構を経て良好な気体吸入を得るために最適水準の液体
ニトロベンゼンで充填されるとすると、反応が進むにつ
れ液体水準は上昇する。つまり、生成される副産物とし
ての水が液体容積を増大しそして容器内の液体水準を上
昇せしめる。やがては、液体水準が渦流をもはや発生し
ない程高くなる時点に達する。この操作段階において、
液体相中での水素気泡の欠乏により、反応は停止する。
この段階に達する前でも、液体水準の上昇は渦流の形成
従って気体吸入が液体水準が特定のシステムに対して最
適である場合に起こるより好ましからざるものとなりう
ることも理解されよう。他方、液体水準が低過ぎると、
羽根車は液体不足となり且つ気体過剰となるので、気体
を吸入連行するポンピング作用が不十分となる。
【０００５】ＡＧＲシステムの使用により実現しうる極
めて望ましい気液混合作用の故に、一層広範囲の液体水
準にわたってＡＧＲシステムを運転しそしてその利点を
維持することを可能ならしめる技術の新たな開発が所望
される。こうした開発は、ＡＧＲシステムを例えば混合
容器内での液体水準の上昇のような非最適液体水準の下
に置かれる用途に対処することを可能ならしめ、従って
ＡＧＲシステムの使用を混合作用の向上、従って気体利
用効率の向上が工業操作上所望される広く様々の実際的
な気液混合操作にまで好適に拡大されることを可能なら
しめよう。気体吸入管を使用して気体を羽根車−ドラフ
トチューブ系内に吸引して通常の渦流の作用を経ての良
好な気体吸入に適した水準を超える液体水準の程程の上
昇にはなんとか対応しうるＡＧＲシステムの改良が提唱
された。しかし、斯界では、もっと広範囲での液体水準
の変動の下でもＡＧＲシステムを運転することを可能と
する一段の改善への要望が存在している。
【０００６】本発明の課題は、気液混合のための改善さ
れたＡＧＲシステム及びプロセスを開発することであ
る。本発明の別の課題は、所定の気液混合操作中広範囲
の液体水準にわたって有効な操作を継続することが出来
るＡＧＲシステム及びプロセスを開発することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、各中空ドラ
フトチューブとその内部に配置される下向き送流羽根車
を具備する２つ以上のＡＧＲユニットを気液混合容器内
に積み重ねたＡＧＲシステムから成り、その場合前記ユ
ニットのドラフトチューブ間の水平分割部が気体及び液
体が下側のユニットへの送給を許容する構成を採用する
ことにより液面の上昇に対処することを想到した。この
知見に基づいて、本発明は、 （１）液体の深さが混合操作の過程を通して変化する状
況下で混合容器内で気体及び液体を混合するための方法
であって、（ａ）垂直に積み重ねられた２つ以上の羽根
車−ドラフトチューブ組立体であって、各組立体が渦流
の発生と混合容器内のオーバーヘッド気体空間から混合
容器内に存在する液体中への気体の吸入のため軸流下向
き流送羽根車手段を内部に配置した中空ドラフトチュー
ブを備える羽根車−ドラフトチューブ組立体を有する混
合容器におけるオーバーヘッド気体空間に供給気体を導
入し、その場合、一番下に位置する羽根車−ドラフトチ
ューブ組立体は気液混合操作中の最低液体水準より下方
に位置づけられ、一番上に位置する羽根車−ドラフトチ
ューブ組立体は気液混合操作中の最高液体水準より下方
に位置づけられ、隣り合う２つのドラフトチューブにお
いて下側のドラフトチューブは上側のドラフトチューブ
より両者間に流れスペースを生ぜしめて下側の羽根車−
ドラフトチューブ組立体への液体の流れを許容するに十
分下方に配置されるものとし、（ｂ）前記羽根車手段を
回転して、一番下に位置する羽根車−ドラフトチューブ
組立体内をそして液体水準が混合容器内で上昇するにつ
れ高い側の位置の羽根車−ドラフトチューブ組立体内を
下向きに流れ、一番下の羽根車−ドラフトチューブ組立
体から放出された液体を羽根車−ドラフトチューブ組立
体と混合容器壁との間の環状空間に通す液体循回を創成
し、それにより渦流の発生とその結果としてのオーバー
ヘッド気体空間から循回液体中への気体の吸入をもたら
し、（ｃ）前記環状空間から隣り合うドラフトチューブ
間の流れスペースへの液体の通入を容易とし、高い側の
ドラフトチューブから放出される液体の次に下側のドラ
フトチューブの入口から外れての半径方向散逸を防止
し、上側のドラフトチューブからの放出流れを次の下方
ドラフトチューブへの供給流れとするように液体流れを
制御し、それにより液体水準が最低液体水準にあると
き、気体吸入が最下位置ドラフトチューブの入口におけ
る渦流吸入連行により起こり、そして液体流送、気体分
散及び混合を該最下位置ドラフトチューブ内の羽根車手
段により達成し、液体水準が気液混合操作中液体水準が
変化するにつれ積み重ねられた羽根車−ドラフトチュー
ブ組立体が気体吸入、液体流送、気体分散及び混合を有
効に達成することを特徴とする気液混合方法を提供す
る。本発明はまた、 （２）液体の深さが混合操作の過程を通して変化する状
況下で混合容器内で気体及び液体を混合するための装置
であって、（ａ）気体及び液体の混合のための混合容器
と、（ｂ）前記混合容器内に垂直に積み重ねられた２つ
以上の羽根車−ドラフトチューブ組立体であって、各組
立体が渦流の発生と混合容器内のオーバーヘッド気体空
間から混合容器内に存在する液体中への気体の吸入のた
め軸流下向き流送羽根車手段を内部に配置した中空ドラ
フトチューブを備え、その場合、一番下に位置する羽根
車−ドラフトチューブ組立体は気液混合操作中の最低液
体水準より下方に位置づけられ、一番上に位置する羽根
車−ドラフトチューブ組立体は気液混合操作中の最高液
体水準より下方に位置づけられ、隣り合う２つのドラフ
トチューブにおいて下側のドラフトチューブは上側のド
ラフトチューブより両者間に流れスペースを生ぜしめそ
して下側の羽根車−ドラフトチューブ組立体への液体の
流れを許容するに十分下方に配置される２つ以上の羽根
車−ドラフトチューブ組立体と、（ｃ）前記羽根車−ド
ラフトチューブ組立体内の羽根車手段を回転して、一番
下に位置する羽根車−ドラフトチューブ組立体内をそし
て液体水準が混合容器内で上昇するにつれ高い側の位置
の羽根車−ドラフトチューブ組立体内を下向きに流れ、
一番下の羽根車−ドラフトチューブ組立体から放出され
た液体を羽根車−ドラフトチューブ組立体と混合容器壁
との間の環状空間に通す液体循回を創成し、それにより
渦流の発生とその結果としてのオーバーヘッド気体空間
から循回液体中への気体の吸入をもたらす駆動軸手段
と、（ｄ）前記環状空間から隣り合うドラフトチューブ
間の流れスペースへの液体の通入を容易とし、高い側の
ドラフトチューブから放出される液体の次に下側のドラ
フトチューブの入口から外れての半径方向散逸を防止
し、上側のドラフトチューブからの放出流れを次の下方
ドラフトチューブへの供給流れとするように液体流れを
制御するための邪魔板手段と、を包含し、それにより液
体水準が最低液体水準にあるとき、気体吸入が最下位置
ドラフトチューブの入口における渦流吸入連行により起
こり、そして液体流送、気体分散及び混合を該最下位置
ドラフトチューブ内の羽根車手段により達成し、液体水
準が気液混合操作中液体水準が変化するにつれ積み重ね
られた羽根車−ドラフトチューブ組立体が気体吸入、液
体流送、気体分散及び混合を有効に達成することを特徴
とする気液混合装置をも提供する。
【０００８】
【作用】本発明の課題は、２つ以上の軸流羽根車−ドラ
フトチューブ組立体、即ちＡＧＲユニットを積み重ね形
態で配置し、一番上の羽根車−ドラフトチューブ組立体
からの放出流れが次の下側の羽根車−ドラフトチューブ
組立体への入口に流入しそして後者の流れは気液混合容
器内の次ぎの下側の羽根車−ドラフトチューブ組立体に
液体を供給する。こうして、液面が上昇するにつれて、
順次上方の羽根車−ドラフトチューブ組立体が作用する
ようになる。順次しての各組立体は実質上米国再発行特
許第３２，５６２号に記載されるようにして構成され、
そして一番下の組立体のみが軸流羽根車の下側に配置さ
れる２次高剪断羽根車手段を有しそして隣り合う羽根車
は共通の邪魔板を共有する。
【０００９】
【実施例】図面を参照すると、気液混合容器１は、上方
中空ドラフトチューブ２及び下方中空ドラフトチューブ
３を積み重ね方式で中央にそして垂直に装備している。
適当な駆動手段５を有する羽根車軸４が、上方中空ドラ
フトチューブ２内で下向き流送作用を与える上方羽根車
手段６をそして下方中空ドラフトチューブ３内で下向き
流送作用を与える下方羽根車手段７をそれぞれ装備して
いる。例示具体例においては、代表的な従来ＡＧＲシス
テムにおけるように、乱流促進ブレード８及び９もま
た、上方ドラフトチューブ２及び下方ドラフトチューブ
３内でそれぞれ羽根車軸４に止着されている。好ましい
具体例で使用される場合、そうした随意的に設けられる
乱流促進ブレード８及び９は、望ましくは、羽根車軸４
に螺旋羽根車６及び７のブレード８或いは９と同じ水平
面にある部分の付設点から最大限の距離の点において取
付けられる。例示具体例においては、各ドラフトチュー
ブにおいて６つのそうした乱流促進ブレードを使用する
ことが好ましく、その場合それらブレードの２つは、螺
旋羽根車６或いは７の上端に相当する軸地点から羽根車
軸４を下って螺旋長さの１／４、１／２及び３／４にお
いて互いに半径方向に対向している。そうした乱流促進
ブレードは、都合良くはバーの形態で使用され、螺旋羽
根車６及び７が軸４と交差する軸４の地点に望ましくは
９０度において配置される。例示具体例はまた、螺旋羽
根車７の位置と下方ドラフトチューブ３の下端との間の
領域に高い剪断領域を創成する目的で軸４に固着される
半径流（遠心）羽根車１０をも含んでいる。
【００１０】ドラフトチューブ２及び３は、羽根車６及
び７の上端上方からその下端下方のの点まで混合容器１
の床より実質上上方で垂直積み重ね関係で延在する。ド
ラフトチューブ２及び３の内側を下ってそしてドラフト
チューブ２及び３と混合容器１との間の環状空間１１を
上っての液体循回を与えるための充分の余地が下方ドラ
フトチューブ３の下側に与えられる。こうした望ましい
循回模様を促進するために、垂直に配置された入口案内
邪魔板１２及び１３がドラフトチューブ２及び３の上方
入口領域において設けられて、環状空間１１内を上方に
流れる液体の方向づけを助成する。入口案内邪魔板１２
は環状空間１１内を上方に流れる液体を螺旋羽根車６の
回転により創成された渦流中に差し向けてドラフトチュ
ーブ２内を続いてドラフトチューブ３内を下方に通過さ
せるのを促進する役目を為すことが銘記されよう。同様
の態様で、入口案内邪魔板１３は、環状空間１１内を上
方に流れる液体の一部を螺旋羽根車７の回転により創成
された渦流中に差し向けてドラフトチューブ３内を下方
に通過させるのを促進する。例示の具体例においては、
ドラフトチューブ２及び３の上端部分はそこでの下方液
体流れのために環状空間１１を上方に流れる液体の通入
を一層容易ならしめるために使用される外方に拡開した
円錐状部材、即ち部材１４及び１５を形成していること
も銘記されよう。こうした円錐状部材１４及び１５は、
混合容器１において混合操作を実施するのに必須ではな
いが、好ましくは使用されるものであり、ドラフトチュ
ーブ２及び３の壁と約１４５〜１７５度の鈍角を形成す
るようなものである。下方ドラフトチューブ３の下端に
おいて所望なら邪魔板ブレード１６或いは他の形態のこ
うした邪魔板手段が使用されて、下方ドラフトチューブ
３の下端から流出する気泡の寸法を小さくするようにこ
の領域での剪断力を増大する。
【００１１】本発明の気液混合操作中の最低限の液体水
準は液体水準１７として図面に示され、この場合液体水
準は下方ドラフトチューブ３より上方にあるが上方ドラ
フトチューブ２より下方にある。液体が上方ドラフトチ
ューブ２の下端より上方にあるがその上端より下方にあ
る中間液体水準が液体水準１８として示される。液体水
準が上昇するにつれ、液体水準は水準１９として示され
る上方ドラフトチューブ２より上方の上方水準に達す
る。供給気体は、混合容器１に気体導入口２０を通して
容器内の液体水準上方のオーバーヘッド気体空間２５に
通入されそして気体は排気手段２１を通して混合容器の
上方部分から排気される。混合容器１が密閉容器である
具体例においては、密閉手段２２が羽根車軸４が駆動手
段５から容器内に伸延する際のその周囲の間隙に沿って
混合容器からの気体の漏出を防止するために設けられ
る。供給液体は、混合容器１にその下方部分に位置する
導管手段２３を通して流入し、気液混合の生成物は都合
良くは同じ導管手段２３を通して容器から抜き出され
る。
【００１２】操作において、本発明のＡＧＲシステム
は、容器内の液体２４、液体水準１７、１８及び１９と
して示した可変気液界面そして混合容器内のオーバーヘ
ッド気体空間２５を有する。
【００１３】液体が下方液体水準１７即ち気液混合操作
のその一番下の水準にあるとき、液体２４内への気体吸
入は下方ドラフトチューブ３への入口においての渦流吸
入によりもたらされる。液体流送、液体への気体分散及
び気液混合は下方羽根車７により達成される。液体水準
が水準１８まで上昇するとき、液体流送、液体への気体
分散及び気液混合はやはり主に下方羽根車７により達成
される。しかし、この場合、下方羽根車７への液体吸入
は上方ドラフトチューブ２と下方ドラフトチューブ３と
の間の開口スペースを通してもたらされ、そして気体吸
入は上方ドラフトチューブ２内で上方羽根車６に回転に
よりもたらされる液体の回転により創成される渦流を通
してもたらされる。
【００１４】液体水準が、水準１９におけるように、上
方ドラフトチューブ２の上端より上方に上昇する時、気
体吸入は上方羽根車６の入口における渦流吸入により達
成される。生成する気液混合物は上方羽根車６により下
方に流送されそして液体中への気体の分散は上方ドラフ
トチューブ２内に創り出される乱流により起こる。上方
ドラフトチューブ２からの放出流れは、下方ドラフトチ
ューブ３内の下方羽根車７に対する供給物となる。追加
的な気体分散及び気液混合が下方ドラフトチューブ３内
で起こり、最終的に気液分散物が下方ドラフトチューブ
３の下端から放出される。
【００１５】本発明の実施において、下方ドラフトチュ
ーブ３の円錐状供給開口、即ち円錐状部材１５の上端
（或いは円錐状部材が使用されない場合には真直なドラ
フトチューブの上端）は、全体的な気液混合操作中液体
水準がその最下水準、即ち水準１７にある時下方羽根車
７の性能を所望通り最適化するよう配置されるべきであ
る。こうして、下方羽根車７の作動は先に引用した特許
に記載されるような従来からのＡＧＲシステムと実質上
同じとなり、従って従来型式のＡＧＲシステムにおいて
実現された有益な物質移動と混合特性が本発明の実施に
おいても達成されよう。
【００１６】上方羽根車６は、下方羽根車７と同じ軸線
に取付けられ、そして上方ドラフトチューブ２内の上方
羽根車６の下端は上方ドラフトチューブ２の下端即ち放
出端に近接されるべきであるが、但しその下方に突出す
るべきでない。上方及び下方ドラフトチューブ２及び３
間の距離は、下方羽根車の７の最適性能をもたらす下方
ドラフトチューブ３上方の液体高さ＋一般に数分の１イ
ンチと均等或いは実質上同じとすることが好ましい。ド
ラフトチューブ間の流れ空間は混合容器１において混合
操作が実施されている過程全体にわたって液体水準の顕
著な増大を受ける気液混合操作において望ましいＡＧＲ
性能を実現するよう本発明プロセス及びシステムを運転
することを可能ならしめることが理解されよう。前記流
れスペースは容器内の最下液体水準において下方羽根車
−ドラフトチューブ組立体を適正に運転することを可能
ならしめ、そして液体水準が上方羽根車６に液体を供給
するに十分高くない時下方羽根車７への液体供給のため
の手段を提供する。
【００１７】下方ドラフトチューブ３の上端に邪魔板手
段１３をそれが上方ドラフトチューブ２の下端に近接し
て伸延する上方羽根車６の下端から約１”〜約１／４”
（２５．４〜６．４ｍｍ）以内まで上方に伸延するよう
配置することが隣り合う羽根車対の最適性能のために特
に好ましいことが見いだされた。この邪魔板手段１３は
３つの目的を果たす。第１は、液体水準が低くそして下
方羽根車７のみが液体中に浸漬されているとき気体連行
のための渦流の創成を容易ならしめることである。邪魔
板手段１３の第２の目的は、上に示した望ましい流路を
通して以外の、容器内の液体の回転を防止することであ
る。第３の目的は、上方羽根車６からの下方ドラフトチ
ューブへの入口から外れての所望されざる半径方向散逸
を生じやすい放出流れの上方羽根車６からの放出流れの
回転を抑制することである。これは、本発明のプロセス
及びシステムにとって非常に重要である。何故なら、下
方ドラフトチューブ３から外れて半径方向に差し向けら
れる流れを伴うそうした所望されざる流れ模様は、下方
羽根車７のポンピング効率を低減し、それによりシステ
ムの気体分散及び物質移動能力を低減するからである。
同じく、引用特許の従来型式のＡＧＲシステム操作にお
いて一般に使用された下方半径流（遠心）羽根車は、そ
れにより創り出されるであろう下方ドラフトチューブ３
から離れての半径方向流れ模様が発生し、それによりそ
こに配置される羽根車７の性能を落とすから、上方羽根
車６と関連してここでは使用されない。
【００１８】上方ドラフトチューブ２内で軸流羽根車６
の下側に半径流羽根車を使用することが有益ではなくそ
して上方羽根車６は上方ドラフトチューブ２の下端から
僅かの距離内に位置付けるべきであるとの認識に加え
て、下方ドラフトチューブ３及び下方羽根車７に対する
入口邪魔板１３は好ましくは上方羽根車６に対する下方
邪魔板としても機能するように上方羽根車６のほとんど
下端まで伸延すべきであることもまた確認された。
【００１９】本発明の例示具体例でのその実施におい
て、混合容器内の液体水準が増加するにつれ循回ループ
における気体ホルドアップ（停滞）が増大することが見
出された。液体ポンピング速度は液体水準が上方ドラフ
トチューブの下端まで増大するにつれ増加するように思
われた。液体水準が更に増大するにつれ、ポンピング速
度は上方ドラフトチューブの中間点の近傍の水準での最
小値を通り抜け、上方ドラフトチューブの上端の水準に
近づくにつれ増大するように思われる。ここに記載した
同じ２つの羽根車システムを使用してのタンク実験は、
液体水準が上方ドラフトチューブの下端以下の地点にお
ける最小値から上方ドラフトチューブの上端上方の地点
での最大値まで容器内の気体ホルドアップは３．２％と
２．４％の間で変動することを示した。これら実験はま
た、上方羽根車が下方羽根車と一緒に高い液体水準で作
動するとき、本発明システムと関連する容積物質移動係
数は下方羽根車のみが最下液体水準で作動する場合とほ
ぼ同じであることを示した。この最後の結果は、上方羽
根車の存在が高い液体水準での下方羽根車の性能を低下
しないことを示すが故に重要である。
【００２０】当業者は、本発明の範囲から逸脱すること
なく、ここに記載したＡＧＲシステムの詳細及びそのプ
ロセスにさまざまの改変を為しうることを理解しよう。
例えば、ＡＧＲシステムはドラフトチューブ内に所望の
下向き液体流れの創成とその結果としての渦流形成をも
たらすのに任意の軸流下向き流送羽根車手段を使用する
ことができる。代表的に単一或いは２重螺旋形態を有す
る螺旋羽根車が一般に好ましいが、船用羽根車或いは他
の市販入手し得る軸流羽根車もまた使用でき、これらを
総称して羽根車手段という。上述したように、本発明の
ＡＧＲシステムは、一番下のドラフトチューブの下方出
口端に邪魔板手段、例えば具体例の２つのドラフトチュ
ーブの入口端における入口邪魔板１２及び１３に類似の
邪魔板手段１６を含むことができる。こうした出口邪魔
板手段は、混合容器の壁とドラフトチューブとの間の環
状空間内を上っての液体の循回を促進しそして最下ドラ
フトチューブの下端から出現する気泡の寸法を小さくす
るのに使用される。ＡＧＲシステムの部品は実施するこ
とを意図する気液混合操作に適合する任意の都合の良い
従来からの材料から作製することができることも理解さ
れよう。従って、さまざまの金属合金、プラスチック
ス、並びにガラス材料が特定の用途で使用される。適当
な材料の代表例は、ステンレス鋼、ゴム被覆鋼及びチタ
ンである。
【００２１】２つの上方及び下方ドラフトチューブ−羽
根車組立体を下方組立体に液体及び気体吸入を可能なら
しめるよう間にスペースを形成して積み重ねる具体例に
関して特に例示し説明したが、２つを超えるそうしたド
ラフトチューブ−羽根車組立体を気液混合容器内で積み
重ねるＡＧＲシステム及びプロセスも本発明の範囲に入
ることを理解すべきである。
【００２２】本発明は、液体、或いは気液混合物或いは
液体を含むそうした混合物にそこに気体を溶解し、或い
は気体を液体成分ないし固体相と反応せしめる目的で、
気液混合容器内の液体深さがプロセスを実施する期間を
通して変動する状況下で気体を分散せしめることが所望
される任意の気液混合操作と関連して使用され得る。こ
れは一般に、水素化、酸化、塩素化或いは有用な反応性
気体を使用するその他の反応において起こる。最初に言
及した特定の気液混合操作は本発明が従来からのＡＧＲ
システムの実施に比較して有利性を示す型式の操作の代
表例である。本発明の複数羽根車ＡＧＲシステム及びプ
ロセスは、程々の程度より激しい液体水準の変動と直面
する気液混合操作に対して特に所望される。かくして、
気液混合容器高さの５０％以上に至るまでの液体水準の
変動を伴って有益なＡＧＲ操作を実施することを可能な
らしめる。
【００２３】望ましい気体吸入操作を更に改善するため
に本発明の軸流羽根車手段のひとつ以上或いはすべてと
併用して、気液水準の増大を可能とするよう既に開発さ
れた気体吸入管を設けることも本発明の範囲内である。
そうした気体吸入管は、羽根車軸４に近接して位置づけ
られる垂直に伸延する中空管２７に流通状態で接続され
る管２６として図面に例示される。この中空管２７は、
気液界面（液体水準１９のような）上方のオーバーヘッ
ド気体空間２５から少なくとも気体吸入管２６の位置ま
で伸延する。この中空管２７は気体吸入管２６にそれと
の間に流通を確立するように固定して或いはその他の方
式で連結される。気体吸入管は、前記中空管２７から周
囲液体中へと実質上放射状に外方に伸延する開端管から
構成される。気体吸入管２６が周囲液体を通して移動さ
れる際、管の外端にすぐ隣り合う周囲液体における圧力
が減少する。その結果、羽根車軸４の回転前に気体吸入
管２６内に存在する液体は該軸の回転に際して流出する
傾向がある。気体吸入管２６の外端における圧力低下の
大きさが気体吸入管２６内の液体の静圧ヘッドを超える
とき、気体吸入管２６及び中空管２７からすべての液体
が吸い出される。この時点で気体もまた吸い出され、そ
れにより吸引作用が生じるので、オーバーヘッド気体空
間２５からの気体が中空管２７及び気体吸入管２６を通
して吸引されて気泡の形態で周囲液体中に放出される。
前記垂直配置中空管２７の代わりに、中空管２７に相当
する中空部分を有する羽根車軸４を使用することも本発
明の範囲である。この場合、軸中空部分は、オーバーヘ
ッド気体空間２５内に位置する軸部分から羽根車軸４に
取付けられそして本発明の羽根車−ドラフトチューブ組
立体の一つ以上に関して任意の所望される水準において
該中空部分と流通状態にある気体吸入管の位置まで少な
くとも延在する。後者の具体例においては、中空羽根車
軸４は該中空部分とオーバーヘッド気体空間２５におけ
る気体との間での流通を確立するために、オーバーヘッ
ド気体空間２５において、上端において少なくとも一つ
の気体導入開口を有していることが理解されよう。図面
に示されるように、二次的な気体吸入目的で使用される
気体吸入管は、システム内の羽根車−ドラフトチューブ
組立体の一つ以上のドラフトチューブの上端の上下両方
に配置することが出来、また前記気体吸入管は組立体全
体の任意のドラフトチューブ内で螺旋羽根車の上端にお
いて或いはその下に配置することが出来る。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、ＡＧＲプロセス及びシステム
の有益さを、気液混合容器内の非最適液体水準が適正な
渦流の発生及びオーバーヘッド気体空間から混合容器内
の気液混合物中への望ましい気体吸入を妨げるような用
途にまで拡張することを可能ならしめる。応用範囲を拡
張することにより、本発明は、気液混合技術に大いなる
進歩を与えるものであり、水素、酸素或いはその他の工
業気体が混合容器内で広範囲の液体水準にわたって液体
と混合されるべき多くの操作に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】気液混合容器内に２つのＡＧＲユニットを配置
した本発明の設備の概略説明図である。
【符号の説明】
１ 気液混合容器 ２ 上方中空ドラフトチューブ ３ 下方中空ドラフトチューブ ４ 羽根車軸 ５ 駆動手段 ６ 上方羽根車手段 ７ 下方羽根車手段 ８ 乱流促進ブレード ９ 乱流促進ブレード １０ 半径方向流羽根車 １１ 環状空間 １２ 入口案内邪魔板 １３ 入口案内邪魔板 １４ 円錐状部材 １５ 円錐状部材 １６ 邪魔板ブレード １７ 最低液体水準 １８ 中間液体水準 １９ 最大液体水準 ２０ 気体導入口 ２１ 排気手段 ２２ 密閉手段 ２３ 導管手段 ２４ 液体 ２５ オーバーヘッド気体空間 ２６ 気体吸入管 ２７ 中空管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー・ポール・キングスリー 米国ニューヨーク州ニューバーグ、クラウ ン・ブールバード31 (72)発明者 ロレンス・マービン・リッツ 米国ニューヨーク州プレザントビル、ブラ イアーウッド・レイン16 (56)参考文献 特開 昭59−22633（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体の深さが混合操作の過程を通して変
    化する状況下で混合容器内で気体及び液体を混合するた
    めの方法であって、（ａ）垂直に積み重ねられた２つ以
    上の羽根車−ドラフトチューブ組立体であって、各組立
    体が渦流の発生と混合容器内のオーバーヘッド気体空間
    から混合容器内に存在する液体中への気体の吸入のため
    軸流下向き流送羽根車手段を内部に配置した中空ドラフ
    トチューブを備える羽根車−ドラフトチューブ組立体を
    有する混合容器におけるオーバーヘッド気体空間に供給
    気体を導入し、その場合、一番下に位置する羽根車−ド
    ラフトチューブ組立体は気液混合操作中の最低液体水準
    より下方に位置づけられ、一番上に位置する羽根車−ド
    ラフトチューブ組立体は気液混合操作中の最高液体水準
    より下方に位置づけられ、隣り合う２つのドラフトチュ
    ーブにおいて下側のドラフトチューブは上側のドラフト
    チューブより両者間に流れスペースを生ぜしめて下側の
    羽根車−ドラフトチューブ組立体への液体の流れを許容
    するに十分下方に配置されるものとし、（ｂ）前記羽根
    車手段を回転して、一番下に位置する羽根車−ドラフト
    チューブ組立体内をそして液体水準が混合容器内で上昇
    するにつれ高い側の位置の羽根車−ドラフトチューブ組
    立体内を下向きに流れ、一番下の羽根車−ドラフトチュ
    ーブ組立体から放出された液体を羽根車−ドラフトチュ
    ーブ組立体と混合容器壁との間の環状空間に通す液体循
    回を創成し、それにより渦流の発生とその結果としての
    オーバーヘッド気体空間から循回液体中への気体の吸入
    をもたらし、（ｃ）前記環状空間から隣り合うドラフト
    チューブ間の流れスペースへの液体の通入を容易とし、
    高い側のドラフトチューブから放出される液体の次に下
    側のドラフトチューブの入口から外れての半径方向散逸
    を防止し、上側のドラフトチューブからの放出流れを次
    の下方ドラフトチューブへの供給流れとするように液体
    流れを制御し、それにより液体水準が最低液体水準にあ
    るとき、気体吸入が最下位置ドラフトチューブの入口に
    おける渦流吸入連行により起こり、そして液体流送、気
    体分散及び混合を該最下位置ドラフトチューブ内の羽根
    車手段により達成し、液体水準が気液混合操作中液体水
    準が変化するにつれ積み重ねられた羽根車−ドラフトチ
    ューブ組立体が気体吸入、液体流送、気体分散及び混合
    を有効に達成することを特徴とする気液混合方法。
  2. 【請求項２】 気液混合を混合容器内に配置された２つ
    の羽根車−ドラフトチューブ組立体の使用により達成す
    る請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 最下位置の羽根車−ドラフトチューブ組
    立体以外の羽根車−ドラフトチューブ組立体における羽
    根車手段の下端が当該関連するドラフトチューブの下端
    に該ドラフトチューブから突出することなく近接して配
    置される請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 最下位置の羽根車−ドラフトチューブ組
    立体において羽根車手段の下方に流れる気液混合流れを
    ドラフトチューブから放出する前に高い半径方向剪断状
    態に曝する請求項１の方法。
  5. 【請求項５】 オーバーヘッド気体空間と羽根車手段の
    駆動軸から外方に伸延しそして混合容器内の一つ以上の
    位置で周囲液体中へと伸びる開端気体吸入管との間に流
    通を確立し、羽根車軸の回転に際して気体吸入管の外端
    に隣り合う液体中の圧力を液体の静圧ヘッドを超えるま
    で減少せしめ、それにより混合容器内の循回液体の水準
    上昇に伴い二次的な気体吸入作用を提供してオーバーヘ
    ッド気体空間からの気体の望ましい混合を促進する請求
    項１の方法。
  6. 【請求項６】 液体の深さが混合操作の過程を通して変
    化する状況下で混合容器内で気体及び液体を混合するた
    めの装置であって、（ａ）気体及び液体の混合のための
    混合容器と、（ｂ）前記混合容器内に垂直に積み重ねら
    れた２つ以上の羽根車−ドラフトチューブ組立体であっ
    て、各組立体が渦流の発生と混合容器内のオーバーヘッ
    ド気体空間から混合容器内に存在する液体中への気体の
    吸入のため軸流下向き流送羽根車手段を内部に配置した
    中空ドラフトチューブを備え、その場合、一番下に位置
    する羽根車−ドラフトチューブ組立体は気液混合操作中
    の最低液体水準より下方に位置づけられ、一番上に位置
    する羽根車−ドラフトチューブ組立体は気液混合操作中
    の最高液体水準より下方に位置づけられ、隣り合う２つ
    のドラフトチューブにおいて下側のドラフトチューブは
    上側のドラフトチューブより両者間に流れスペースを生
    ぜしめそして下側の羽根車−ドラフトチューブ組立体へ
    の液体の流れを許容するに十分下方に配置される２つ以
    上の羽根車−ドラフトチューブ組立体と、（ｃ）前記羽
    根車−ドラフトチューブ組立体内の羽根車手段を回転し
    て、一番下に位置する羽根車−ドラフトチューブ組立体
    内をそして液体水準が混合容器内で上昇するにつれ高い
    側の位置の羽根車−ドラフトチューブ組立体内を下向き
    に流れ、一番下の羽根車−ドラフトチューブ組立体から
    放出された液体を羽根車−ドラフトチューブ組立体と混
    合容器壁との間の環状空間に通す液体循回を創成し、そ
    れにより渦流の発生とその結果としてのオーバーヘッド
    気体空間から循回液体中への気体の吸入をもたらす駆動
    軸手段と、（ｄ）前記環状空間から隣り合うドラフトチ
    ューブ間の流れスペースへの液体の通入を容易とし、高
    い側のドラフトチューブから放出される液体の次に下側
    のドラフトチューブの入口から外れての半径方向散逸を
    防止し、上側のドラフトチューブからの放出流れを次の
    下方ドラフトチューブへの供給流れとするように液体流
    れを制御するための邪魔板手段と、を包含し、それによ
    り液体水準が最低液体水準にあるとき、気体吸入が最下
    位置ドラフトチューブの入口における渦流吸入連行によ
    り起こり、そして液体流送、気体分散及び混合を該最下
    位置ドラフトチューブ内の羽根車手段により達成し、液
    体水準が気液混合操作中液体水準が変化するにつれ積み
    重ねられた羽根車−ドラフトチューブ組立体が気体吸
    入、液体流送、気体分散及び混合を有効に達成すること
    を特徴とする気液混合装置。
  7. 【請求項７】 混合容器内に２つの羽根車−ドラフトチ
    ューブ組立体を配置した請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 最下位置の羽根車−ドラフトチューブ組
    立体以外の羽根車−ドラフトチューブ組立体における羽
    根車手段の下端が当該関連するドラフトチューブの下端
    に該ドラフトチューブから突出することなく近接して配
    置される請求項６の装置。
  9. 【請求項９】 最下位置の羽根車−ドラフトチューブ組
    立体において羽根車手段の下方に高剪断半径流羽根車手
    段を配置した請求項６の装置。
  10. 【請求項１０】 混合容器内のオーバーヘッド気体空間
    に供給気体を通入する手段及び容器内に供給液体を通入
    しそして生成物を抜き出す手段を備える請求項６の装
    置。
  11. 【請求項１１】 環状空間から最高位置のドラフトチュ
    ーブの上端への液体の通入を促進するため液体流れを制
    御するための邪魔板手段を含む請求項６の装置。
  12. 【請求項１２】 混合容器内の一つ以上の位置で周囲液
    体中へと伸びそしてオーバーヘッド気体空間と流通状態
    にある開端気体吸入管を含み、羽根車軸の回転に際して
    気体吸入管の外端に隣り合う液体中の圧力が液体の静圧
    ヘッドを超えるまで減少せしめ、それにより混合容器内
    の循回液体の水準上昇に伴い二次的な気体吸入作用を提
    供してオーバーヘッド気体空間からの気体の望ましい混
    合を促進する請求項６の装置。
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