JPS58186425A - 気液接触装置 - 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、気液接触装置に関し、更に詳しくは、液体中
で気体を微細化し、液体との接触面積を増加して気体と
液体との接触効率を高めるための気液接触装置に関する
ものである。

従来から、液体中で気体を微細化することｌこより、気
体と液体との接触を容易ならしめるために種々の提案が
なされている。例えば、 ■素焼板や焼結金属などの微細孔を通して、液体中に気
体を噴出させるもの。

■エジェクターに加圧液を送入し、エジェクター作用に
より生じる負圧部分に気体を導入して、微細化するもの
。

■プロペラの如き攪拌機を高速回転して、気体の気泡を
微細化するもの。

■プロペラ攪拌機の回転軸、翼などを中空となし、これ
に穿った孔より中空部を通して気体を液中に噴出するも
の。

■側壁に孔を穿った円管を液中で高速回転し、円管の内
部より気体を夜中に噴出するもの。

等がある。然るに、これ等の方法では次のような欠点が
ある。

■の方法では、微細孔を気体が通過する際の圧力損失が
大きくなること。

■の方法では、加圧液を送る為ｌこ大型のポンプが必要
となり、又、導入可能な気体量が液体量に比較して少な
い為、動力消費が大きくなること。

■及び■の方法では、気体気泡の微細化の効率が悪く、
消費動力の大部分が液の攪拌に消費され、かつ又、気泡
の平均径も比較的大きくなること。

■の方法は、動力消費は比較的小さいが、微細気泡の発
生量が少なく、又、回転体内部へ気体を導入するための
機構が複雑となる欠点がある。

これらの事から、さらに他の■の方法として、特公昭５
５−５０６９７号公報には消費動力をできるだけ少なく
し、かつ微細気泡を多量に効率よく発生させる方法とし
て、回転羽根を設けた回転体を高速回転させ、回転体と
平行に近接して設置された散気管から吐出された気泡を
剪断力でＩＨａ化する方法が提案されている。しかしな
がら、この方法は、消費動力は比較的小さくなり、微細
気泡の発生量も■の方法に較べれば勝れているが、回転
羽根の液攪拌による消費動力を無視することが出来ず、
又、回転羽根を水平に設置した場合は液中に回転羽根を
保持するための軸受シール部を設けざるを得ず、これは
、たとえば、気液接触装置を醗酵槽として利用する場合
等には、雑菌汚染の原因となる可能性があり好ましくな
い。更に、この方法では、吐出された気体の全てが微細
化されることはなく、一部は、吐出された状態のまま剪
断力を受けず上昇する欠点があり、これは、回転羽根の
周囲に気体がまつわりついた場合に見られる現象であり
、特に気体の吹込量が、増加した場合著しい。

本発明は、前記した従来技術における欠点を除き、回転
板攪拌の消費動力が小さく、しかも散気管から吐出した
気体を効率よく微細化して良好なを新規に提供するもの
である。

なお、液中に軸受シール部を有してもかまわない場合は
装置下部に回転駆動部を設置してもよい。

本発明者らは、気体を液中で微細化させる装置について
鋭意検討の結果、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、液体を充填した容器内の下部に気体を
放出する散気管を備えた気液接触装置において、周縁部
近傍においてのみ気液の上下方向の通過を許す多数の貫
通口を設けた回転板を上記散気管の上方に近接してその
支軸を上下方向に縦走させて設けると共に、該回転板の
端縁と上記容器の内周壁との間に空隙を設け、かつ上記
回転板を回転駆動する手段を設けたことを特徴とした気
液接触装置に関するものである。

さらに、本発明の装置は、上記特徴に加えて上記回転板
の上方に液体の旋回を邪魔する整流手段を設けるように
してもよい。本発明の装置に於いて、用いる容器はその
形状が竪型の円筒又は角筒等の液体を充填する構造を持
つものである。また、本発明に於いて、気液接触装置内
に設けられる散気手段は、通常、気体送入管と、その先
端部に取り付けられる散気管からなる。気体送入管は、
容器上部から挿入されてもよく、又側部ないしは、底部
から挿入されてもよい。散気管は、一般には、液面下、
容器底部に配置されるが、容器中間に配置してもよい。

しかし、いずれの場合も回転板の下部に配置する。散気
管の形状は、管状、リング状、等いずれでもよいが、気
体は均一に、好まし周縁部において、板下部に吐出され
た気体が押し　−れる気液混相流を通過せしめる事の出
来る、貫通および／ヌは欠損部分としての貫通口、例え
ば、貫通孔、スリット、クシ型溝、等を有している。

この貫通口は、回転板の外周部から中心部に向けて、散
気管から放出される全ての気体を通過させるに十分な開
口面積を有し、かつその端縁で気体を微細に剪断するよ
うに大略均等に配置されることが好ましく、更に回転板
外縁部により接近して配置されることが望ましい。又、
貫通口の形状は、円形、三角形、正方形、長方形等どの
様なものでもその端縁で剪断効果を保つものであればよ
い。

さらに、貫通口の数、及び大きさは吐出される気体の量
、液体あるいは溶液の物性（密度、粘度等）等の要因を
考慮のうえ決定されるが、一般的には、貫通口の面積が
少なすぎると、吐出される気体の一部は、回転板外周部
より短絡し、十分な微粒化が不可能となる一方、貫通口
の面積が多すぎると、気液の剪断以外に貫通口で液体の
攪拌作用が発生し、その結果回転板の攪拌動力が大きく
なり好ましくない。

又、回転板の表面は、より平滑である事が好ましく、液
を攪拌するような、突起物や、付属物のない平面性の良
好なものが好適であり、更に、回転板全体として湾曲し
たり、波打ったすせずに回転バランスがとれている事が
望ましい。

尚、本発明における散気装置及び回転板は、１槽の気液
接触装置に、各１個のみならず、複数個を設置してもよ
く、又、縦方向、横方向に設置してもよい。

以下、本発明を図面に示す実施例について、更に詳細に
説明する。

第１図に示す気液接触装置は、液体を充填した竪型円筒
状の容器■内の底面近傍の下部中央に、の散気管■を大
略水平に備え、かつ該散気管■の上方に近接して、周縁
部においてのみ上下方向の気液の通過を許す多数の貫通
口■を周縁に設けた円板状の回転板■を上記散気管■と
大略同芯軸に水平に配置してその支軸■を下方向に縦走
させて設けると共に、該回転板■の端縁と上記容器■の
内周壁との間に一定の空隙をあけて、その間に液体をと
下方向に自在に還流させる空隙■を設け、さらに上記回
転板■の支軸■を容器■の底面■の軸受ωに支承させて
、その支軸■を回転駆動する手段として電動機（図示せ
ず）を設ける一方、上記回転板■の上方で容器■の内周
壁に沿い上下方向に縦走して容器■の直径方向に突出し
た容器■内液体の旋回を阻ＩＪ：する整流手段としての
複数の邪魔板■を設けたものである。上記の如き構成よ
りなる気液接触装置において、容器■内に液体を充填し
、かつ回転板■を高速に回転して、散気管■から気体を
液中に放出させると、回転板■の貫通口■を上昇する流
れと上記空隙■を下降する流れが生じて、散気管から回
転板の中央下方へ放出される全ての気体と上記空隙から
回転板の外周下方へ流入する一部の液体が一体的に回転
板の貫通口を下方から上方へ通過するようになるために
その際貫通口の端縁で気液が剪断されて微細化しその微
細気泡が液体中に混合され、かつ該微細気泡と共に回転
板の上方へ流れる気液混合体が上記整流手段の案内で旋
回されずに整流として順次容器内を上昇する。

上記したデ液接触装置の容器■は、−実験例として、内
径が１４５ｍ（空塔断面積が１６５ｄ）で、高さが１０
００ｆｆの円筒を用い、該円筒の大略全体に液を充填す
る。容器■内の底面近くに管径５ｍで５０ＩＩ１ｍｌの
環状に形成した散気管を大略底面と平行に設けて、散気
管の上面に穿けた散気孔から、−実験例として、通気量
Ｉ　ＶＶ−空気を容器の液体中に放出して、空塔ガス速
度１．０５ｃＩＩＩ／冠、平均ガス滞留時間的６ｓｅｃ
を得る。散気管の２６闘上方に回転板として、例えば、
直径１００Ｂ、厚さ３ｎの円板を容器の中央で容器内周
壁との間に２２．５　ｒｉｍの空隙（総クリアランス面
積８６．５　ｄ）をおいて、容器底面と大略平行に設け
る。回転板の周縁に設ける貫通口は、第３図のスリット
溝型、第４図のスリット大型、第５図のスリット溝とス
リット大型、第６図の大型、第７図のスリット溝と穴型
、第８図の横スリツト大型等がある。

第３図のスリット溝型は回転板の外径ＲＱをｌｏ。

〜１４０Ｈとしてスリット溝の長さを１０〜１４朋、巾
を２〜３ｆｌ、ピッチを４〜７　ｔｎ　（円板面積７８
．５〜１５４Ｃ４としてスリット面積１４．４〜１４．
８ｄ）として、回転板の周速度を内側５，６５式Ｗとな
る。第４図のスリット穴は回転板の外径Ｒ□を１００〜
１４Ｏｆｆとしてスリット溝の長さ１０〜１４ＮＭ、巾
２〜３肩ｌ、ピ゛ンチ４〜７Ｈとし、第５図のスリット
溝とスリット穴は回転板の外径Ｒｏを１００〜１４０順
として、スリット溝の長さ１４絹、巾２〜３啼、ピッチ
６〜８ｎとし、かつスリット穴の長さ１２ｍ’ｌ、巾１
２Ｗｎ１１ピッチ６〜８１１′ｌＩとする。第６図の穴
は回転板の外径Ｒｏを１００〜１４０Ｊｆｆとして直径
２．０〜３．０ｍ、穴ピッチ３．５〜４．５、ピッチ角
度０４〜５とし、第７図のスリット溝と穴は、回転板の
外径Ｒ□を１００〜１４０ｍｇとして、スリット溝の長
さ１０〜１４酊、巾２〜３ＷＭ、ピッチ６〜８ＩｎＩと
し、穴の径２９ＸＸとする。第８図の横スリツト穴は、
回転板の外径Ｒ□を１００〜１４０絹としてスリットの
長さ１０〜１４１ｎ１１巾２〜３ＩｔＭとし周方向ピッ
チ１３〜１９鰭、径方向ピッチ３，５〜６．ＯＮとする
。容器■のの 内周壁に設ける邪魔板■は回転板の上方３４１１１所△ に長さ７ＱＱｍｔ、巾２７．５ｘｘｔ、厚み３Ｈの平板
を４枚夫々容器の軸線と大略平行にして取付ける。

なお、上記の回転板はその中央に設けた回転用支軸を容
器の軸線上に配置して、その先端を散気管の中心を通し
て容器の底面に設けた軸受に密封しかつ回転自在に支承
させ、支軸の突出端を電動機に連結する。回転板の支軸
は第１０図に示す如く容器の上方へ取り出してその突出
端に電動機を設ければ支軸の軸受を密封する必要はなく
なる。また第１１図に示す如く容器の底部を狭乍形状に
形成してもよい。さらに第１２図に示す如く散気管を一
対の棒状管で形成してもよい。また、邪魔板は、容器の
内周面より中央に向けて取り付けた少なくとも１枚以上
の平板状のものまたはＷＲコイル管状のものでもよく、
いづれにしても容器の下部から上部へ上昇する気液の旋
回を邪魔して一種の上下方向への整流作用を行はせしめ
るものであればよい。

いづれｌこしても、本発明は容器内に気体吐出用散気管
を備えた気液接触装置に於いて、該散気装置の上部に、
気液が上下方向ｌｒ−通過し得る貫通口を有する水平回
転板を設置したことを特徴とするもので、容器に液体を
充填し、通気された気体が、散気管ｌこより液中に吐出
されて、気液混相流となり上昇し、回転板の貫通口を通
り上昇する際に、この回転板は回転しているため、気泡
は貫通口の端縁で切断され微細化されて容器内へ分散さ
れていくことになる。

実験例 第１図に示した形式の気液接触装置を用いて、５Ｗ／Ｖ
％の亜硫酸ソーダ溶液を空気酸化した場合の実験結果を
第１表及び第９図に示す。

１）実験装置の仕様は以下の通りである。

気液接触容器：１４５ｊｆｆφＸ１０００ａｔ）（？９
Ｃ管：　内径５１１１φステンレスパイプを直径５０ｍ
に環状とし、１．。

顛φを５ヶ穿ったもの。

回転板　　　：Ａ）第３図の板：直径１００翳φスリッ
ト：巾２Ｂ×深さ １０Ｍ１１７２ケ Ｂ）第３図の板；直径１４０ 絹φスリット；巾２．５　ｙｎｓ　Ｘ深さ８Ｍ　７４ケ Ｃ）第６図の板；直径１４０闘 φ２．４ｕφ孔３６０ケ配置 １１）実験条件は、以下の如し、 ・亜硫酸ソーダー濃度　　：５Ｗ／Ｖ％、触ｇ　Ｃｕ　
５Ｏ４−５Ｉ−１２０添加ｔ　：　０．００１　ｍｏｌ
・槽内仕込量　　　　　　：１０４ ・空気吹込量　　　　　　’　１０１１／ｍ　（ＩＶＶ
Ｍ）・回転多孔板回転数　　　：　８０ト１６００　ｒ
Ｐｍ・反応温度　　　　　　　：３０’Ｃ ・分析方法　　　　　　　　：ヨードメトリー１１１）
酸素移動速度（ＯＴＲ）は次式に従って算出した。

２（θ２−θ、） ＯＴＲ：酸素移動速度（９−ｍ　ｏ　Ｊ　／Ｈ１、ｍ　
ｉ　ｎ　）Ｃ１・Ｃ２：時間θ１．θ２に於ける Ｎ　ａ　２　Ｓ　Ｏｓ　９度（１１−ｍｏ　１／／ＩＩ
Ｉｔ　）θ１．θ２：サンプリング時間（ｍｉｎ）（９
ｍ”　／Ｍｌ・ｍｌ　ｎ　）Ｘ６　ＸＩ　０７→（ｆ−
ｍｏ　Ｉ　／ｉ　・Ｈｒ　）又、攪拌所要動力は、回転
トルクメーターを用いた。攪拌所要動力の計算式は次式
に従って算出した。

Ｐ：攪拌所要動力（ＫＷ／７７１′） ｋ：回転数　Ｄｐｍ） 【：トルク測定値（’Ｉ−ｍ） １ｏ：空トルク測定値（ｆ−ｍ） Ｖ：液仕込量　（扉） ＩＶ）実験結果 第１表 傘ここではＯＴ艮／攪拌動力を持って酸素移動効率と定
義する。

て示したものが第９図である。第９図から本発明の気液
接触装置が従来形式のものに比べて数段と少ない攪拌動
力で気体の良好な微細化が出来ることが分る。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明にかかる気液接触装置の一実施例を示す
断面図、第２図は第１図の上面図、第３図（ａ）（ｂ）
（Ｃ）、第４図（ａ）　、　（ｂ）、第５図（ａ）　、
　（ｂ）、第６図（ａＬ（ｂ）、第７図（ａ）　、　（
ｂ）、第８図（ａ）　、　（ｂ）は夫々第１図の装置の
回転板の種々の変形例を示す説明図、第９図は０ＴＲ−
攪拌動力線図、第１０図乃至第１２図は第１図の変形例
を示す断面図である。 １・・・容器、　４・・・散気管、　５・・・貫通口、
　６・・・回転板、　　８・・・空隙、　　１１・・・
邪魔板。 特　許　出　願　人　武田薬品工業株式会社代　理　人
　弁理士　青　山　　葆ほか２名第１図 第３１！１Ｉｌ（ａ） ＾ 第４図（ａ） ５５６図（０） 第８図（ａ） 第９図 □虎悴動グ　（に”／ｍｓ） 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を充填した容器内の下部に気体を放出す通口
   を設けた回転板を上記散気管の上方に近接してその支軸
   を上下方向に縦走させて設けると共に、該回転板の端縁
   と上記容器の内周壁との間に空隙を設け、かつ上記回転
   板を回転駆動する手段を設けたことを特徴とする気液接
   触装置。 （２、特許請求の範囲第１項ｌこ記載した装置において
   、さらに上記回転板の上方に液体の旋回を邪魔する整流
   手段を設けたことを特徴とするもの。