JPH10309450A - ガス吸収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度で気体を液体中に溶解させることがで
きるガス吸収装置を提供すること。及び、気体が溶解し
た液体を連続して供給することができるガス吸収装置を
提供すること。 【解決手段】 ガス吸収装置１０では、液体を貯留する
未処理液タンク１４から液体を供給する未処理液供給導
管１８に吸収ガス混合器２４が設けられ、この吸収ガス
混合器２４に吸収ガス供給導管２２が連結されている。
未処理液供給導管１８は、内部に撹拌翼３０を配設した
撹拌槽１２に連結され、撹拌槽１２には未処理液供給導
管１８か記撹拌翼３０の近傍に未処理液を案内する気液
混合物導入管３２が設けられている。撹拌槽１２には、
処理液排出導管３４が連結されている。処理液排出導管
３４には、制御弁３８が設けられており、制御弁３８と
撹拌槽１２との間に処理液還流導管４０が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス吸収装置に関
し、より詳細には、例えば、オゾンや二酸化炭素を水に
高濃度で吸収させた処理液を製造するガス吸収装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ガス吸収装置には種々のものがあり、例
えば、気泡塔や撹拌槽がある。特開平７−１００４７２
号公報は、気泡塔及び撹拌槽の原理を応用し、気相の二
酸化炭素を液相の水に吸収させるガス吸収装置を開示し
ている。このガス吸収装置は、水を貯留する撹拌槽と、
撹拌槽内に配置された撹拌翼とを有し、撹拌翼近傍の導
入管に二酸化炭素を負圧によって供給し、撹拌翼を回転
させることにより二酸化炭素を水内で曝気して、水内に
微細な二酸化炭素の気泡を作り出そうとするものであ
る。そして、微細な二酸化炭素の吸収操作を撹拌槽内で
バッチ処理し、二酸化炭素が一定の濃度で水中に吸収さ
れた後に、処理液が撹拌槽から排出されるようになって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、撹拌槽内で
気相の二酸化炭素を曝気すると、撹拌翼付近における気
液混合相の見掛け密度が小さくなり、曝気状態の気液混
合相はエアリフトの作用によって撹拌槽内を上昇する。
曝気及び撹拌によって一部の二酸化炭素は水に吸収され
るが、エアリフトの作用によって液面から拡散した二酸
化炭素はそのまま大気中に放散される。そのため、二酸
化炭素を高濃度で水中に吸収させることが困難であり、
所望の濃度を得るには、大量の二酸化炭素を必要とする
ことに加えて、バッチ処理にかなりの時間を要する。そ
して、気相をオゾンとしてこのオゾンを水に溶解させる
場合には、オゾンは高価であること、大気中へのオゾン
の放散を防止しなければならないことから、従来のガス
吸収装置は、経済的不利益を伴うものであり、環境的に
も問題があった。また、前記公報記載のガス吸収装置
は、バッチ処理によって撹拌槽内の水に二酸化炭素を吸
収させた後に処理液が排出されるようにしているので、
吸収操作における１理論段以上の効率を期待することが
できず、連続的に処理液が要求される用途、例えば、オ
ゾン水を半導体製造装置、製紙装置、食品製造装置等に
使用する用途では、安定したオゾン水の供給が困難であ
り、上記の各種製造装置・処理装置等に利用することが
困難であった。

【０００４】本発明の目的は、高濃度で気体を液体中に
溶解させることができるガス吸収装置を提供することで
ある。本発明の他の目的は、気体が溶解した液体を連続
して供給することができるガス吸収装置を提供すること
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、未処
理液供給導管中に吸収ガス混合器を設け、該吸収ガス混
合器に吸収ガス供給導管を連結し、内部に撹拌翼を配設
した撹拌槽に前記未処理液供給導管を連結し、前記撹拌
槽に前記未処理液供給導管から前記撹拌翼近傍に未処理
液を案内する気液混合物導入管を設け、前記撹拌槽に処
理液排出導管を連結したガス吸収装置により前記課題を
解決するものである。

【０００６】本発明は、第２に、内部に撹拌翼を配設し
た撹拌槽にそれぞれ未処理液供給導管及び吸収ガス供給
導管を連結し、前記撹拌槽に前記吸収ガス供給導管から
前記撹拌翼近傍に吸収ガスを案内する吸収ガス導入管を
設け、前記撹拌槽に処理液排出導管を連結し、前記処理
液排出導管中に制御弁を設け、該制御弁と前記撹拌槽と
の間に処理液還流導管を設けたガス吸収装置により前記
課題を解決するものである。

【０００７】

【作用】第１の発明において、未処理液供給導管に吸収
ガス混合器から吸収ガスを予め混合すると、吸収ガスは
未処理液供給導管内で比較的大きな気泡として混在し、
吸収ガスと未処理液の気液混合物が生成される。吸収ガ
スと未処理液との気液混合物は気泡流や噴霧流等の流動
状態を呈する均質な気液二相流として未処理液供給導管
内を流動する。気液混合物は未処理液供給導管内を流動
する間、分散相としての吸収ガスの一部は未処理液に吸
収される。そして、気液混合物は、撹拌槽に設けられた
導入管を通じて撹拌翼近傍に供給される。回転する撹拌
翼は、気液混合物中の吸収ガスを曝気して比較的大きな
気泡から微細な気泡を未処理液中に分散させる。気液混
合物は吸収ガス単体に比べて見掛け密度が大きいので、
回転する撹拌翼は曝気と同時に撹拌槽内に大きな対流を
生じさせる。これによって、エアリフトの作用が抑制さ
れて撹拌槽内における気相と液相とが均質化し、吸収ガ
スの微細な気泡のホールドアップ量も増加して、吸収ガ
スは未処理液に高濃度で吸収される。そして、処理液は
処理液排出導管を通じて撹拌槽から排出される。本発明
は、回分式操作ではなく連続式操作によって、吸収ガス
を溶解した処理液を生成させるので、未処理液の供給量
と処理液の排出量が等量になる定常状態を作り出す必要
があり、装置運転開始時において、撹拌槽に未処理液を
供給した後、吸収ガス混合器を切り替えて吸収ガスのみ
撹拌槽に供給して吸収ガスが一定濃度で溶解するまで運
転を行う。定常状態に達した後、吸収ガス混合器におい
て未処理液と吸収ガスを混合して、気液混合物を撹拌槽
に供給することにより、吸収ガスが一定濃度で溶解した
処理液を連続的に生成することができる。また、処理液
排出導管中の制御弁を介して撹拌槽に連結された処理液
還流導管を設けることにより、一層高濃度の処理液を生
成することができる。すなわち、撹拌槽から処理液排出
導管に排出された処理液の一部を撹拌槽に還流させるこ
とにより、撹拌槽の液相は、未処理液と還流液が混合さ
れた状態にあり、その液相は既に吸収ガスを溶解してい
る。この液相に気相である吸収ガスを曝気することによ
り高濃度の処理液が生成され、吸収ガスが高濃度で溶解
した処理液を生成することができる。

【０００８】第２の発明において、撹拌槽内には未処理
液が供給されるとともに、撹拌翼近傍に吸収ガスが供給
される。回転する撹拌翼は吸収ガスを曝気して撹拌槽内
に微細な気泡を生成する。吸収ガスは未処理液に吸収さ
れる。そして、処理液は処理液排出導管を通じて撹拌槽
から排出される、処理液排出導管と撹拌槽との間には、
制御弁を介して処理液還流導管が設けられており、処理
液の一部は還流液として撹拌槽に戻される。撹拌槽の液
相は、未処理液と還流液が混合された状態にあり、その
液相は既に吸収ガスを溶解している。この液相に気相で
ある吸収ガスを曝気することにより高濃度の処理液が生
成され、吸収ガスが高濃度で溶解した処理液を生成する
ことができる。

【０００９】

【実施例】本発明のガス吸収装置は、未処理液内にガス
の微細な気泡を形成して気液接触面積を増大させること
により、高効率でガスを吸収させる装置である。吸収さ
せる気相としての気体は、例えば、オゾン、二酸化炭
素、酸素、空気等であり、ガスを吸収する液相として未
処理液は、例えば、純水、アルカリ水等である。本発明
は、特に、純水にオゾンを吸収させてオゾン水を生成す
る場合に好適である。オゾン水は、半導体製造分野にお
ける酸化皮膜処理、殺菌及び有機物除去、製紙分野にお
ける脱色、食品製造分野における脱臭、脱色及び殺菌、
汚水・下水処理分野における脱臭及び殺菌、環境保全分
野における藻類抑制、脱臭及び有機物分解、並びに、飲
料水製造分野における脱色及び味の改善という用途があ
る。本発明は、オゾン水を高濃度で連続的に供給するこ
とを主目的とするが、上述したように他のガスと液体の
組合せ、例えば、アルカリ水に二酸化炭素を吸収させて
ｐＨを調整する場合おいても利用することができる。以
下、気相としての吸収ガスをオゾンとして、液相として
未処理液を純水として実施例を説明する。

【００１０】図１は、本発明によるガス吸収装置の一実
施例を示し、ガス吸収装置１０は、撹拌槽１２に純水及
びオゾンを供給し、撹拌槽１２内でオゾンを曝気して、
オゾン水を排出し、オゾン水の一部を撹拌槽１２に還流
して高濃度のオゾン水を生成する装置である。未処理液
タンク１４には純水が貯留されている。純水は、ポンプ
１６によって未処理液供給導管１８を輸送される。オゾ
ナイザー２０は酸素又は空気からオゾンを生成する装置
である。吸収ガス供給導管２２は、その一端をオゾナイ
ザー２０に連結されており、その他端を吸収ガス混合器
２４を介して未処理液供給導管１８に連結されている。

【００１１】吸収ガス混合器２４は、純水が輸送される
未処理液供給導管１８内にオゾンを供給し、純水内に比
較的大きな気泡を生成させるもので、ベンチュリー管の
ようなエジェクタとして構成することが好適である。従
って、吸収ガス混合器２４より下流側の未処理液供給導
管１８内では、オゾンと純水が気液混合物となり、未処
理液供給導管１８内の流量や未処理液供給導管１８の管
径を適宜選択することにより、気液混合物は気泡流や噴
霧流の流動状態となって未処理液供給導管１８内を均質
な気液二相流として流動する。オゾンと純水をそれぞれ
独立して撹拌槽１２内に供給する前に、これらを予め混
合して均質な気液二相流とすることで、オゾンの一部は
純水に吸収される。

【００１２】撹拌槽１２は円筒状のものである。上部に
設けられたモータ２６から撹拌槽１２の軸線方向に回転
軸２８が延設され、その回転軸２８の底部近傍には撹拌
翼３０が取付けられている。回転軸２８は混合物導入管
３２に囲繞されている。混合物導入管３２は、未処理液
供給導管１８の下流側に連結されており、気液混合物を
撹拌翼３０近傍まで気密に案内する。回転駆動される撹
拌翼３０に気液混合物が供給されると、気液混合物内の
比較的大きな気泡状態にあるオゾンは曝気されて、極め
て微細な気泡となり気液接触面積を増大させる。撹拌翼
３０に供給される気液混合物は、オゾン単体に比べて見
掛け密度が大きく、オゾンは曝気後のエアリフトの作用
により直ちに上昇を始めることなく撹拌槽１２内を対流
し、オゾンと純水との接触時間が長くなって、撹拌槽１
２内における気相オゾンのホールドアップ量が増大す
る。従って、曝気による気液接触面積の増大に加えて、
エアリフトを抑えることによって撹拌槽１２内における
気相と液相の均質化を図ることができるとともに、接触
時間の増大による異相間の物質移動が促進され、オゾン
を高濃度で溶解したオゾン水が得られる。なお、撹拌翼
３０の径方向を混合物導入管３２によって囲繞させた
り、撹拌槽１２内に垂直方向の邪魔板（図示せず）を設
けたりして、撹拌槽１２内に垂直方向の対流を生じさせ
ると、気相オゾンのホールドアップ量が増加する。

【００１３】撹拌槽１２は、未処理液供給導管１８と等
高の位置において処理液排出導管３４を有する。オゾン
水は処理液排出導管３４を介して一旦移送用チャンバー
３６に入り、さらに、処理液排出導管３４を通じて輸送
される。移送用チャンバー３６は処理液中に気泡として
残存するオゾンを放散させるものである。そして、移送
用チャンバー３６に連結された下流側の処理液排出導管
３４から、制御弁３８を介して処理液還流導管４０が分
岐している。処理液還流導管４０は撹拌槽１２に連結さ
れており、処理液排出導管４０を輸送される処理液、す
なわち、オゾン水は、その一部が撹拌槽１２の底部に戻
される。未処理液供給導管１８から一定量の未処理液を
供給するとともに、最下流の処理液排出導管３４から一
定量の処理液を製品として排出し、撹拌槽１２から排出
される処理液の一部を還流することにより、オゾンが曝
気される液相は、純水ではなく、既にオゾンを吸収した
オゾン水となる。これによって、高濃度のオゾン水を得
ることができる。また、短時間で所定濃度のオゾン水を
連続して得ることができる。

【００１４】なお、本発明のガス吸収装置は、図１にお
いて鎖線で示されるように、未処理液と吸収ガスを独立
して撹拌槽１２に供給し、吸収ガスを曝気し、溶解した
処理液の一部を還流させる装置として構成することもで
きる。以上の実施例では、オゾナイザーによってオゾン
を生成させ、純水中にオゾンを吸収させる装置を説明し
たが、本発明のガス吸収装置は、ボンベに収容された二
酸化炭素を汚水に混合した後に曝気して中和するような
ものでもよい。

【００１５】

【発明の効果】請求項１の発明では、未処理液と吸収ガ
スを予め混合して気液混合物を生成し、その後、撹拌槽
内において回転する撹拌翼により吸収ガスを未処理液内
に分散させるようになっている。未処理液供給導管内で
は既に未処理液と吸収ガスが混在して流動し、一部の吸
収ガスは未処理液中に吸収される。そして、撹拌槽内で
気相の吸収ガスが曝気されて、比較的大きな気泡は微細
な気泡になる。微細な気泡は未処理液に分散して吸収ガ
スは未処理液に吸収される。このとき、気液混合物は吸
収ガス単体に比べて見掛け密度が大きいので、撹拌槽内
には大きな対流が生じて、撹拌槽内の系は均質化すると
ともに気泡のホールドアップ量が増加して吸収ガスは高
濃度で未処理液に溶解する。従って、単に吸収ガスを曝
気することに比べて、高濃度の処理液を得ることができ
る。一方、吸収ガスを高濃度で溶解させることにより、
吸収ガスの使用量を削減して、運転経費を削減できると
ともに、オゾンのように大気中への放散を抑えなければ
ならない吸収ガスを使用する場合には、その放散量を削
減して環境問題にも対応できるようになっている。

【００１６】請求項２及び３の発明では、処理液の一部
を撹拌槽に還流させることにより、撹拌槽内における液
相を未処理液と処理液の混合液として、吸収ガスを予め
溶解した液相にさらに吸収ガスを溶解させるので、吸収
ガスを高濃度で溶解した処理液を生成することができ
る。また、気液混合物、処理液及び還流液の比率を適宜
変更することにより、一定濃度の処理液を定常的に供給
する連続式操作に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガス吸収装置の実施例の断面図
である。

【符号の説明】

１０ ガス吸収装置 １２ 撹拌槽 １８ 未処理液供給導管 ２０ オゾナイザー ２２ 吸収ガス供給導管 ２４ 吸収ガス混合器 ３０ 撹拌翼 ３２ 混合物導入管 ３４ 処理液排出導管 ３８ 制御弁 ４０ 処理液還流導管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未処理液供給導管中に吸収ガス混合器を
   設け、該吸収ガス混合器に吸収ガス供給導管を連結し、
   内部に撹拌翼を配設した撹拌槽に前記未処理液供給導管
   を連結し、前記撹拌槽に前記未処理液供給導管から前記
   撹拌翼近傍に未処理液を案内する気液混合物導入管を設
   け、前記撹拌槽に処理液排出導管を連結した、ガス吸収
   装置。
2. 【請求項２】 前記処理液排出導管中に制御弁を設け、
   該制御弁と前記撹拌槽との間に処理液還流導管を設け
   た、第１項のガス吸収装置。
3. 【請求項３】 内部に撹拌翼を配設した撹拌槽にそれぞ
   れ未処理液供給導管及び吸収ガス供給導管を連結し、前
   記撹拌槽に前記吸収ガス供給導管から前記撹拌翼近傍に
   吸収ガスを案内する吸収ガス導入管を設け、前記撹拌槽
   に処理液排出導管を連結し、前記処理液排出導管中に制
   御弁を設け、該制御弁と前記撹拌槽との間に処理液還流
   導管を設けた、ガス吸収装置。