JPS58104623A - 液−気または液−液接触装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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７５７，１４９号明細書に記載されたものがある
。この英国特許第７５７，１４９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
遠心力下に流動するようになっている。

ここに我々は、ロータ回転軸に対して−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騒乱を生じさせうる一筐たは
それ以上のプレートを用いろことにより、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。

かくして、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って、その回転
軸に対して横方向に装着されたー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って流れるいずれかの液
体中に騒乱を生じさせうろ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っても、向流であっ
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。

本発明の装置での第１の液体中に生じうる騒乱の例とし
ては、（α）第１の液体の微液滴の噴霧の形成（このも
のはプレート＼の表面から放出される）、および（６）
　　プレートの実質上全面にゎたっ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って流れるときに、
その薄膜の表面の連続的または周期的更新、を挙げるこ
とができる。上記の接触は、第１の液体がプレートの外
周縁に達するまで、適切な条件下でそのプレー　トヒに
第１の液体がコアンダ（Ｃｏａｎｄα）効果により保持
されるようにプレートを設計することにより維持される
。

プレート表面を横切って流れるいずれかの液体中に騒乱
を生じさせうろプレート表面は、コアンダ効果を与える
ためには種々の形態を採りうろ。

従って、プレートはその表面からの突起部または表面中
に凹部を有してよく、あるいはプレートは波形、多孔質
、筐たは穿孔加工されていてもよい。

流れの騒乱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の液体の流動方向に対して実
質上横方向に配置されるのが好ましい。さらに好ましく
は、それらは、ロータの回転軸と同心円（−捷たけそれ
以上）の形に配置される。

従って、−態様にといて、その表面形状がプレート表面
中の−またはそれ以上の溝である場合には、それらはロ
ータの回転軸に同心状に配置された連続溝であるのが好
ましい。そのような溝は実質上Ｖ形であるのが好ましく
、殊にそのＶ形溝の半径方向外側の面がその内側面より
も急勾配であるのが好ましい。さらに好ましくは、少な
くとも半径方向外側の面の上部は、第１の液体がその溝
から出るときにその液体に対して連続的に低減する勾配
を与えるようになっている。そのような漸減勾配は、高
回転速度においてもプレートの表面上に第１の液体が保
持されうるようにする。

本発明による装置の別の一態様においては、それを横切
って流れるいずれかの液体中に騒乱を生じさせうる表面
をもつプレートは、多孔質であるか、またはそのプレー
トの少なくとも一部分が多孔質である。そのような多孔
質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、従ってプレートの両面にお
いて第２の液体または気体に曝声れるという利点がある
。かくして、そのような多孔質プレートは、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
のであってよい。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のが特に好ましい。穿孔は、
ロータの回転軸に関して対称的に配置さ、れろのが好ま
しく、例えば回転軸に関して同心状の−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って同一の孔寸法であっても、異
なる孔寸法であってもよく、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質プレートは硬質（例えば金属また
はプラスチック製）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場
合も本発明の範囲内である。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ってもよい。

騒乱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、半径方向で測って、１ｍ当り５０〜ＬＬＩ
ＵＯの密度、好ましくは１ｍ当り約１００以上の密度で
間隙を空けて配置されるのが好ましい。従って、これら
の表面形状のパターンのピッチ（すなわちパターンの繰
返し形状間の距離）は、好ましくは１〜２０１１１％　
よシ好ましくは約１０ｍｍ以下である。騒乱を生じさせ
る表面形状が溝であるときには、６溝の深さは、好まし
くは０．０５〜５１ｍ、殊に０．２〜５龍、さらには０
．５〜２５龍であるのが好ましい。非常に浅い溝、例え
ば０．０５〜０．２５ａｉ＋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ろ
。

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０，０５〜５ｍ
＋１の範囲である。プレートの厚さは、ある種表面形状
によ□って変動しうるが、−５゜□ヨ、ｃｒｖｑｍ＊ｖ
ｃ：’ｆｙ；ｓ　ｒ−ｘｔｚ　−）　ｏ＊ｓ１．１　　
・− 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０．２５〜１．５１ｎ１に、％に０．５〜１．
０龍である。

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２５ｃＩｎないし５ｍの範囲であり、好ましくは約１
ｍであり、そのプレートが環状であるときには、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５ＣＩｎ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、使用中だそれと物理
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、セラミックス、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、ニラクルまたはチタンである。プレ（
１，・ 一トに対して、液体で濡らされる表面を与えるた□１、
ト めＫ、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）であってよい。

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っ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
路の平均中（ロータ軸方向の巾）は、好ましくは約５０
龍以下、さらに好ましくは０．５〜５順である。通路の
巾（ロータ軸方向の巾）がプレートの半径方向の長さに
沿って変動する場合、例えばその通路を限定している二
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２ｉ＋ｍであシ、最
も大きな空隙は、しばしば約８１１１ｍ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
しばしは好ましい。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捷しいことがあ
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
）の間の通路を通って流動するとき、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っ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
リフィスを設けられ、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５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１．０００ｍ／Ｃ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−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。

従っ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って
いる。

平均加速度（ａｍ）は下記式で定義される。

ここにＮは回転軸の周囲のプレートの回転速度Ｃｐｐｍ
）、ｒｏ　　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）、ｒｌ　　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Ｃｍ）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ｒ
。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　’　〜１０２ｍ”／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。

１、′　　、 本発明の具体例を添付図によりさらに説明する。

第１〜８図において、ロータｌ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によって限定された
室８内で、その軸によって回転される。軸２がペース５
を貫通している所には慣用メカニカルシールが設けられ
ている。ロータｌ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ｌＯ上の６本のピン９に
装着され、ワッシャ１１によっ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１８が備えられている。室８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ｌ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って
薄膜の形で外向きに移動する。

薄膜は水平面１９を横切シ、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２１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、コアンダ効果によって、液体は表面上
に保持され、その外向き流動が継続される。液体はプレ
ートの外周縁から室８中へ放出され、室８から排出孔１
８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。液体によって吸収されなかった気
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。

ヌ−ｍｆ１１ Ａ、水を８００〜９５０ｍ／／秒の種々の流量で一枚の
直径６００朋の平面ディスクに対して、その回転軸に隣
接して仕込んだ。そのディスクは窒素雰囲気中で１０　
Ｏｒｐｍで回転していた。

供給水中の酸素濃度は８．１５　ｐｐｍであった。ディ
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〜ディ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８図に示したディスクの−方に対応
する表面形状を有する直径６００朋の溝付きディスクを
用いて繰返えした。溝の深さは２朋であり、溝のピッチ
は５１１であった。結果を第４図の曲線Ｂで示す。

Ｃ０上記操作を直径６００１ＩＩＩ１１の一板の穿孔デ
ィスクを用いて繰返えした。穿孔は三角状のピッチ（並
び方のパターン）で穿孔した１、　５１ｍの穴であり、
それらの穴の合計面積がディスクの表面積の約８０俤に
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
ディスクよシも溝付きディスクにおいて大きく、また穿
孔ディ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５種燈、、７″イ、＜２＞よび同一条
件で繰返えしたが、本例ではディスクを２０Ｏｒｐｍで
回転させた。第５図に示されるように、すべてのディス
クで向上した結果が得られ、この例においても液体流に
騒乱を与えるように設計された二つのディスクは平面デ
ィ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
および穿孔ディスクのみを用いた。ディスクは４００　
ｒｐｍで回転させた。第６図における曲１、線Ｂ（溝付
きディスク）、Ｃ（穿孔ディスク）は再び高酸素移動速
度が達成されうろことを示した。

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
を行なったが、本例では一対のディスクを用い、それを
７０　Ｏｒｐｍで回転させた。

第１の実験では、ディスクは２枚の直径６００龍のディ
スクであり、それらの対向面には溝を付□ けた。それらの〜℃深さは２闘であり、ピッチは５朋で
あった。両ディスクは２朋の面間隙で平行に装着した。

ディスクの間の空隙に水と向流関係に窒素を８９５ｍ１
／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ｆｌＪＢで示す。

水　　流　ｆ　　（％Ｌ／修ンノ 手続補正書 ｌ 昭和５８年　１月２殊日 特許庁長官　若杉和夫　　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第２０５９３８　号 ６、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 ４、代理人 ５、イ、Ｅ０ヵ、　　　　　□ 明細書の〔特許請求の範囲〕と〔発明の詳細な説明〕の
欄（１）特許請求の範囲を下記の通り補正する。

「（１）第１の液体と気体または第２の液体とを抜板上
のプレートを有するロータ、第１の液体をロータの半径
方向内側部へ仕込むための手段、ロータに対して上記気
体または第２の液体を仕込むための手段、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、上記プ
レートの少なくとも一つのものの表面はそれを横切って
流れているいずれかの液体中に騒乱を生じさせうろこと
を特徴とする上記接触用遠心式装置。」 （２）明細書第９頁第６行の１０．５〜５」を「０．２
〜５」と訂正する。。

（３）　　Ｉｉ’ｌ第１２　＊　Ｔ　ｂ！”１８　ｔ−
ｉ　Ｅ。ｒｌｏ’〜１０ＪをｆｉＯ””５〜ＮＴ”２．
Ｉｆと、訂正する。

以　　　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　第１の液体と気体または第２の液体とを接触
   させろための遠心式装置であって、その回転軸に対して
   横方向に装着され−ま、たはそれ以上のプレートを有す
   るロータ、第１の液体をロータの半径方向内側部へ仕込
   むための手段、ロータに対して上記気体または第２の気
   体を仕込むための手段、オヨびロータからの排出液体を
   捕集するための手段、を備え、上記プレートの少なくと
   も一つのものの表面はそれを横切って流れているいずれ
   かの液体中に騒乱を生じさせうろことを特徴とする上記
   接触用遠心式装置。