JPS59147630A - 通気撹拌装置 - Google Patents

通気撹拌装置

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JPS59147630A
JPS59147630A JP58020774A JP2077483A JPS59147630A JP S59147630 A JPS59147630 A JP S59147630A JP 58020774 A JP58020774 A JP 58020774A JP 2077483 A JP2077483 A JP 2077483A JP S59147630 A JPS59147630 A JP S59147630A
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air
container
stirring
gas
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竹内 辰郎
Shohei Yoshida
吉田 章平
Kazuhiro Kawai
一裕 河合
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Takeda Chemical Industries Ltd
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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】 通気攪拌装置に関し、更に詳しくは、液体中て檗得るよ
うにした、気液の接触効率を高めるための通気攪拌装置
に関する。
従来技術 従来用いられているこの種の通気撹拌槽は、第1図に示
す如く、槽■内の下部に、核梠・■に充填した液体内に
気体を連続的に放出する散気管■を設け、かつ4該散気
管■の上方にタービン翼■を設はて、該タービン翼■の
回転により、槽■内の気液を攪拌循環させると同時に散
慨庁■から汐中に出る気体を倣粒化するようにしてい乙
通常、槽内における気液の流動は、槽内全般に犬きく、
ゆるやかに〆扉れるj脂環i′Af、と、タービン翼に
よりその附近のReか激しくかき−まぜられる局部乱流
とに大別さ扛る。第1図の通気攪拌槽は、一つのタービ
ン翼の回転で、槽内に上記の循環流と局部乱流を同時に
生じさせているために、両方の流れをバランスよく効果
的に得ることが難しく、また両方を満足するにはタービ
ン翼の回転工不ルキーが必要以上に犬きくなってその効
率が悪いものであった。すなわち、一つのタービン翼の
回転だけでは、槽内の気液に必要々撹拌循環エネルギー
と局部乱流エネルギーを共に十分で、かつ効率良く与え
ることか困難であった。例えは、醗酵槽で酸素移動速度
を上けるためにタービン翼の回転速度を過度に上げると
、槽内に兵曹以上の循環流を発生させて、無駄な征拌循
環工不ルキーを費ずノことになる。捷だ、槽内に高il
!r II Hか投入されでいる場合には、該aaに”
tt L、て比較的ゆるやかな攪拌が5虫いられるため
に、局部占i、j冷工不ルキーか相対的に不十分(でな
って、必要な師素移肋速浅を得難いことになる。
発明の目的 本発明は、」二層従来例の欠、Qを除去ずへく、気液を
接1独さぜる槽内に、気液を局部的に激しくかきませて
局部乱流を発生さぜる手段と、気液を4’j”i内全般
に攪拌して循環流を発生ζぜる手段とを別々に設けて、
夫々の手段に最適のエイ、ルキーを付与させると共に両
者の工不ルキーを良好にバランスさせるようにしたもの
である。すなわち、本発明は、上記前者の手段で気体を
微細に剪断することにより微粒イヒして液体との接触面
積を増大させるようにする一方、後者の手段て気akを
強制的に循環することに31:り攪拌%1〜で気液の均
一分散を促進させるようにしたもので、夫々が助出的に
行われるために、気液の接触効率が非常に良くなるもの
である、。
発明の構成 このため本発明は、」二層目的を達成すへく、竪形容器
内のT−′部にH1容器に充填した液体内に気体を連続
的に放出する散気、管を設け、かつ該散気管の上方に、
周縁部近傍に設けた多数のスリットの回転によりその間
に辿る領液を微細化させる回4云だ攪拌翼とよりなり、
上記円筒管の内外に抜液を循環させる攪拌手段を備えて
なる1中λ攪拌装置を新規に提供するものであり、さら
に好1しくは、上記回転板の上方に静体の旋回を邪魔す
る整流手段を設けたことを特徴とするものである。
発明の効果 これを更に詳述すると、本発明にかかる通気攪拌装置で
は、捷す、容器内に局部乱流エネルギーを発生せしめ、
気体を微粒化して気液接触面積を大きくとり、酸素移動
速度を上ける役割りをする機構として、周縁部近傍にお
いて気液の上下方向の通過を許す多数のスリットを設(
ハ)た回転板を、液体内に気体を放出する散気管の上方
に近接して設ける。このスリットイて1回q云板は、沼
将回1広することに」こり、回転板下部に吹き適寸れた
気体磁を滋をそのスリツ1−の部分で微ネ山気ン包に切
断する(効能を有している。この回転板自体は、その肉
厚か74、 イノで、回転板の回転方向におけるスリ・
ノドの垂直断面積か小づぐ、液の攪拌1/[セ用は小づ
いために、循環流を生じきせるほど気液に対して攪拌は
行なわず、専ら局部乱流発生という役割を狽うものであ
る。他方、液中で微細気泡や、浮遊固体を槽内全般に均
一に分散せしめるためには、気液の流線が複雑に交差せ
す、一定方向に移動する循環流が必要であるが、この循
環流を発生させる為に、本発明では、円筒管(lAわゆ
るI−ラフトチューブ)と攪拌翼を用いている。すなわ
ち、上記回転板とと共に該円筒管堅攪拌翼を設けて、該
攪拌翼の回1伝により容器内の気液を上記円筒管の内外
に循環させて気液や浮遊固体を槽内全般に均一分散はせ
るように循環流を生せ1−めるものである。捷だ、上記
円筒管の上端を容器に充填した液体の、イブ面近傍に設
けることにより、円筒管で惹起きれる循環のである。1
〜たがって、回転板と円筒管及び攪拌翼を設ける簡単な
構成により、従来の欠点を除去して、所期の目的を達成
1−得るものである。特に、本発明の装置を醗酵槽に用
いると、酸素移動速度か犬きぐなって醗酵速度を早める
と共に基質濃度を高めZzに、発泡によるトラブルがな
ぐ々って液の仕込率が向上1〜、高生産i生を上げるこ
とかできるものである。
発明の実施例 以下、本発明を図面に示す実施例について詳aに説明す
る。
状の容器11と、圧力空気Aを供給する散気管12と、
モータ13で、駆動されるスリット14 (=1の回転
板15及び攪拌翼16と、いわゆるl・ラフトチューブ
として気液を循環させる円、笥1h・17と、気液案内
用の邪魔板18とよりjI′、17成される。
容器11(d、その中に液体を充填する−1−下方向に
直立した一つの円筒形状の槽を形1戊するもので、例え
ば、容器の約8割の高さ寸ての液体を充填すの水冷−i
たけ保腐をはかり得るようにする。
散気管12はその先端に設けた気体突出/スル21を、
上記容器]1内の下部に大略水平にして設けて、高圧空
慨源22からの圧力空瑣Aを容器11の下部中央におい
て容器の液体り内に放出婆回転板15ば、上記散気管1
2の上方に近接して大略水平に配装置した薄肉の円板に
して、第4図及び第5図に示す如く該円板の周縁部には
上下方向に貫通して放射状に切り割った細11〕のスリ
ン)・]4を一定のピッチで多数条設けでいる。回転板
15の軸芯に設けた支軸23は容器11の中ノし・軸線
上を縦走して−その下端を上記散策・l12の下方に設
けた軸受24に支承させる一方、その上端を容器11の
蓋19に設けた軸受25に支承させて外部に突出ζぜ、
かつ該外部へ突出させた支軸23の先端をモータ13に
連結して、該モータ13((より支軸23と共に回転板
15が高速で回転されるように々る。回;広板15の周
縁部と容器11の内周壁との間には一定の間:極がある
が、散気管12から放出される気体は回転板15の下方
で回転板15の軸芯部分から回転板150周縁部へ拡散
され乍ら上昇して回転板15の周縁部に設けたスリット
14を通って回11云板15の上方へ流出される。
回転板15がモータ13で回転ばれると、回転板15の
スリン)14を上昇する流れと容器]1との間際を下降
する流れが生じて、散策管12から回転板15の中央下
方へ放出される全ての気体Aと上記間隙から回転板15
の外周下方へ流入する一部の液体りか一体的に回転板】
5のスリット】4を下方から上方へ通過するようになり
、その際、スリン)14が回転板15と共に高速で回転
されているために、スリット14の端縁て気体Aが次々
と剪断されて微細・化し、該微細気泡が液体り中に混合
されて回転板15の上方へ流出されるようになる。
容器11の内周面に一定の間隔て蝮数1固設・ける。
邪魔板】8は夫々の下端か回転板〕5の少し上方に位置
する一方、夫々の上端が容器1】に充填した液体りの液
面Sより少1〜下方に位置j〜でも、これらの間に捷た
がって容器11の内方へこぐ少しの寸法たけ上下方向に
突出しているために、容器ll内の液体か容器11の内
周面+c i−いて邪魔板18に当りその円周方向の回
11云流が阻止てれる一方、邪魔板18に沿って上下方
向に案内される整流が惹起されるようになる。
鰺拌翼16は、上記回転板15の支軸23に取シつけら
れて回転板15と共に回転きれて、液体りの証拌作用を
行うもので、回転板15の上方で円筒′庁】7の中に配
置され乙。円筒管17は、容器11の中央に配置した」
部下に開口16.17L/ヒ円筒伏の管で、その上下方
向の軸芯が容器11の中心軸と大略一致し、かつその下
端か回転板15の上方に一定距離あけて位置する一方、
その上端か容器1】に充填した液体りの液面Sと大略同
一かわすか下方に位置させる。円筒管17は第3図だ示
す如く1.上記邪、魔板18と円筒管17の外周面に橋
長(−だ複数本の棒状の支持体28で、容器11内の一
定位置に固定され、容器ll内の液体が円’*i管17
の上下の゛南ロ16.17から円筒管]7の内外へ流出
捷たばflr入1.て円筒管17の内外を液体りか循環
して流れるようにする。円筒管17fd、その直径(D
d)と高a(Hd’)が容器の内径(DT)と高さくH
T)と夫々次式を満足する範囲で設定される。
0.8≧Dd/DT≧0.1 0.8≧I−1d / f1c≧02 円筒管17 (7) 1illl 芯VC回+fE<板
1.5 (D支dlll+ 23が貫通しておシ、該支
軸23に取りつけた攪拌翼16が円筒管17の内部でそ
の下部開口の近傍に配置される。攪拌翼16は、吐出叶
の大きい小型のプロペラ翼で構成し、上記円筒・#17
内のM休りの循環を助成、促進するもので、例えは攪拌
翼16正 ψ烙せた時は、第6図1(イ)に示ず々[」く、円筒管
17内の液体が下部開口2.7から流出すると共に、容
器ll内の液体がその液面近くから円i笥管17の上部
開口26より円筒管17内へ′0IT人する正循環流を
発生きせる一方、攪拌翼16を逆転させた時は、第6図
向)に示す如<、1”:]i箱惜17の液体か上部開口
26から容器内の液体のRダ[I¥jに向けて流出され
ると共に、容器ll内の液体か円筒管17の下部開口2
7から円筒管]7内へ流入する逆循環流を発生するよう
になる。したがって、円筒管17内外での循環流を発生
させることによって、液体が強制的に撹拌されて容器1
1内の気液混合体が容器11内の全域におrて大略均一
な状態(で分散される一方、正循環流の場合には容器1
1内の液体の液面における酸体か円筒・庁17の上部開
口26から円筒管17内へ強制的に流入されることによ
って液体の液面に発生する貧歳か取り除かれると共に、
逆箭環流の場合に(d、円筒管17内の酸体がその」一
部開口26から容器11内の液体のaり而に向けて流出
されること(でよって、液体の液面に発生する気泡がた
たきつぶされてより効果的に取り除かれるようになり、
贋づれにしても容器11内の阪1本りの、稜面SKおけ
る気泡が無くなることになる。
本発明の通富攪拌装置は、第1図乃至第6図に示す実症
例の他、第8図乃至第16図に示す卯き父形例が考えら
れる。
第8図に示すものは、円筒管17を逆円錐台形状17a
としたもので、この場合、上部開口径Dd1と下部開口
径Dd2と容器内径り、は次の範囲で決めることが好寸
しい。
第9図に示すものは、回転板15と攪拌翼16の支軸を
2軸の同芯軸23 a 、 23 +)として別々に設
けだもので、モーター3との間に減速機構29を介して
夫々異なる速度で回転する。回転板15は高速回転して
小荷重の剪断作用を行なう一方、攪拌翼16は低速回転
して大倚重の攪拌作用を夫々円肩にイ1なわしめるよう
にする。
第10図に示すもの(グ、円筒管]7有〜上下−ズ・1
1.7b、17C容器内の上下方向に一定の間隔を置い
て配置し、夫々の円筒管の中に攪拌夾16’)16Cを
設けて、下部の円筒管17Cでは正餡環流を発生させて
大きな攪拌作用を行なわしめる一方、上部の円筒管17
bでは逆藺環流を発生させ) 第12図9第13図に示すものは、容器11と円筒管1
7の間で液体の液面近くに蓋板30を設けて、円1)t
j道・17の錆4M流を案内させると共に液第14図9
第15図に示すものは、第12図。
第13区に示す′iに板30ケ円1Fj)管17の上部
開口の外周部に鍔30aとして一体的に形1戊して、蓋
板30と同様の作用1?イ1なわしめるようにする。
第16図、第17図に示すものは、2μm21区。
第13図に丞す蓋板30を傾斜して陣笠状30btr(
形成したもので、蓋板30と同様の作用14行なわしめ
るようにする。
その他、回転板15の周悼部vc設けるスリット14は
、その形状、数を蹟5図に示すものの他に陳々のものが
考えられる。例えは、スリット14け明り割り状の他、
穴状や溝あるいけそれらの組与合せのものでもよく、ス
リット14の寸広やピッチも任怠VC設定して最も効率
σ)良い剪11九効果を6・よげ21,79.□。
上記の如き構成よりなる通気攪拌装置において、容器l
l内に液体を充填L、かつ、モータによりスリブ)14
付回転板15を回転した状態で、散気管から圧力気体を
液中へ放出させると、回転板15の下部に気体のポルテ
ックスか形成し、該ポルテックスの先端から上昇する気
体は、亥イ回転する回転板15のスリット14部分で微
細((切断され、微細気泡を連続して発生せしめるよう
になる。この時、回転板15は、多数のスリット14を
回転させて刃物の如り気体を次りに剪14;f Lでい
くが、回転板自体の回転により液を攪拌する機能は小さ
い為、該回転板15の液の循環に要するエネルキー消費
は小さい。
スリット14付回転叛で微Aマ2[ヒされた微7別気泡
は、邪魔板18の案内で容器11の上方へ整流として流
出していくが゛、上方に設けた円筒管)7と攪拌翼16
の循環作用によって、槽内】1全般に均一に分散きれる
。回転板15」ニガでは、円筒管17と攪拌翼16の作
用によって容器11内の液体が円筒管17の内外をゆる
やかに循環させるために微細気泡がこの循環流に乗って
容器11内で大略平均的に分散されるようになる。この
時、攬攪拌翼16の気泡の切I#Tに要する工不ルキー
消費はない。したかつて、容器ll内の下部では回転板
15のスリット14による微細気泡の発生が行−われる
と同時に、その上部では円筒管17と攪拌翼16による
循環流の液撹拌が行われるようになる。
このような作用によって、本発明による通貨攪拌装置は
、例えは醗酵槽として用いた場合に(d、従来のa 環
1!?A拌槽に比較して同一の渭拌工不ルキーを投入し
た場合、酸素移動速度か大巾に増加し、好気注培−芥に
かいては、酸素移動速度が向上することにより、寵酵速
度が大きくなシ、生産性が同上する。寸だ、酸素移動速
′度の向上によシ、酸素溶解を妨害する基質を培地主絹
成とする醗酵においても、基質8度を高めることができ
、高生産性の培養が可能となる。づらに、本発明による
装置では、比較的簡単な方法で消泡操作か可能となる為
、従来の通気攪拌棺r t、c比較1−て、発泡による
トラブルが少なく、必然的に槽内への液の仕込上が向上
する。
以下、本発明の装置に関j〜、従来例の装置と比較した
実験例を説明する。
く実験例−1〉 本実験例は、第1図に示す従来の通針攪拌装置と、@2
図乃至第6図に示す本発明の通気に’t 4?l’装置
を用いて、亜硫酸ノーダ溶;板を空気酸化した陵7合の
酸素移動に関する容量係数の比較検旧を同一の条件で行
なったものである。
(11実験装置 イ)従来の通貨攪拌装置は、第】しIK示す11゛4造
のもので、その各寸法は次の妊りである。
a)槽径: 0.53 ’n + +f’ff容積:0
容積:0.糟 b)翼形式二Z参羽ぎタービン翼。
翼数=1段6枚,R径:o3m 。
翼高:oo6m,翼巾ー:0.077m口)本発明にな
る通気接触装置は、第2図乃至第5図に示す構造のもの
で、その各寸法は次の通9である。
α)槽径:0.47m,槽容積:0.23m3。
杷・高: 1.3 0 111 、r(り仕込量:01
8m。
4:Hlljll窩内回11云板より液面迄):1.O
mb)円筒管径’0.15m,円筒皆高:0.5m。
円筒管厚:3mm,円筒・爵の上端間1コニ液体の液面
9円筒管の下端開口高(回転板よりの高さ):0.5m C)邪魔板長:Q,9772,邪;倹板高:0.07m
d)攪拌翼径: 0. 1 0 m e)回転板径:0.25m,回転板厚:4咽。
回転板材質: sus 、スリブ)−巾:3厩。
スリット深さ=30調。
スリットf固数:120ケ (2)実験条件 亜硫酸ソーダ濃度: 5 w/v% 触IJjl= Cu BO2” 5 [20添hO量:
 0.0 0 1 mol空慨空送吹込量VVM 槽内圧(P) : I Kg/c宗G 反応槁1度:30°C (3)計算式 %式% ) ) :) Plm;人口出口酸素分圧の11数平均イ1::f(a
Lm) θ1.θ2:サンプリンタW1間(mIn)b)ff!
拌所要OJ力算W1式は回転トルクメーターを用いて、
次式より算出した。
但し、’g:イ畳拌所要”MJ ′)j (K w /
 m )1(:回転数(rpln) E  : トルク1則;j4f111f (g −m、
)[o  : 空 ト ルク泪l]定イiM(g−m)
V   : lイブイ士込ノj、’H;  (m  )
  、(4)  実験r1−果 実験結果を一覧表として第1表に示しだ。また、ifL
 J、ll′所夛動1力Pg(Kw/m)と、酸素移%
J容量係数Kd (mo l 7m hr atm)の
関係を第7図に示した。
これらの結果からも明らかなごとく、本発明の油気攪拌
装置(は、従来の通気装置に比1咬して、例えは、辿気
位4′1剃Ut力ろ)31ぐw/m  の場合、酸素後
1ジノ容UU1係数は約5倍に増加しており、1に槽内
への液の吐込率も従来の50〜70%に比して、本発明
は約80%と向上し、本発明が大1〕に勝れていること
かわかる。
第  1  表 上記の結果、本発明の如きスリットイτ11居乾板と円
筒ン百及び攪拌翼の組み合せによる連成m拌!iiなか
、気泡の微粒化と、槽内への気1゛fりの均−分数を各
々、スリット付回転板と円fz1管及0: j:;L拌
シ・すに夫々役割分担させることにより、従来型の、I
LI気撹」21′槽より勝れた機能を発揮硝しめらフ1
″Lることか大証された。
く実験例−2〉 (1)実験装置 本実験例は第2図乃至第6図に示す本発明の通気4景お
1′装置を用いて、図示通シ円筒管と攪拌翼を装備した
ものと、これらを取り除いたものを用いて、実験例1と
同様の方法で酸素移動速度を測定しだ。但し、実検例1
と異なりスリット付回転円板の各寸法は次の通りである
外径 :200φ スリンl’ ri :   3 mm スリット深さ:  15励! スリット個;″!i:   90ケ (2)実験結果 実i険結果を次の第2表に示した。また攪拌所要動力P
 g(K w/rn ) と酸素移動速度係’J K、
 d (mo 17m hr ILnl)のill (
Xを第17図に示した。
上記第2表及び第18図の結果より、円@管、循環翼を
設置した本発明の装置は、円筒管、循環翼の屈(い通気
攪拌槽に比較して、同一の3.i′を押動力を投入しだ
場訃約30%高い酸累移%b容量係数f1mFKdが得
られることか分る。このことによって1、(”jl17
内l毘合に対して、ドラフトチューブとして4丁用する
円筒管及び循環翼か気液の攪拌1fC”pl−i安な機
能ケ果していることか判るものである。
く尖1険例〜3〉 (1)実験装置 本実1験例は第2図乃至第6図(で示す不発明のu刀気
攪拌装置を用いて、図示辿り円筒危と攪拌ソ、!を装備
して気液を正循環さぜた場舒吉逆7)6団さビだ場合並
O・に円筒管と攪拌異音】1又り除い/こものを用いて
容器内における気体の発7色’Its 1gを定・目的
に比較し/辷。
(2)実験条件 実験液の種類:水 泡発生剤  :洗剤0.004% 通気量   : 1801−Ai r/min液仕込f
<   :120β〜180β(3)実験方法 実験項[]−:、 0円筒・jべ、攪拌翼なし ■円筒老、柳拌ジZあり、下向bj3渭を包(正i+昆
わ■円筒管、攪拌翼あり、上向流消泡(逆紹環)の3種
類につき液仕込[↑1を120β〜180pの範囲で変
動さぜ運転−■能仕込111−乞求めた。
(4)   失誘グ糸占 ’J: 実嗅結果を第3表に示した。
第3表 第3表において、○印はllI伝可能であり、×印、は
運転不能の状態を示す。
上記第3表の結果より、円ガ管と攪拌翼は消泡効果が有
り、特に逆循環けより大き々消泡幼果を上げることが分
つンそ。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の概略1iar面図、第2図は本発明
の装置の概略断面図、第3図は第2図のIII −II
I線断面図、第4図は第2図のIV −IV線断面図、
第5図は第4図の一部拡大図、第6図(イ)、(ロ)は
′第2図の説明図、第7図は第2図の装置の実・強持性
を示す関係線図、第8図、第9図、第10図、第1]図
、・第12図、第14[図、第16図は夫々第2図の父
形例を示す概略11Ji而図、第13図、第15図、第
17図は夫々第12図、第141図、4す16図の一部
を示す平面図、第18 +=は第21ヌjの装置の実@
特性を示す関係線図である。 11・・容器、12・・・散気81へ、]3・・モータ
、14・・スリット、15・・回転板、16・・・攪拌
翼、17・・・円筒管、18・・・邪魔板。 第1図 第14図         第16図 第15図         第17図 第18図 1.0     2.0   ’   3.0−−→P
g(/rr+3)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)竪形容器内の下部に該容器((充填した液体内に
    気体を連続的に放出する散気管を設け、かつ該散気管の
    上方に、周縁部近傍に設けた多数のスリツ)・の回1唸
    によりその間、を通る気体を微細化させる回転板を設け
    、σらに該回転板の」一方でかつ容器内の上下方向に設
    けた円筒肯・ど、該円筒管の中に設けた撹拌翼とよりな
    υ、上記円筒管の内外に気液を循環させる攪拌手段を1
    liiiえてなる通気f前件装置。 (2、特許請求の範囲第1項に記1伐した装置にお′ハ
    て、さらに上記回転板の上方Vl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。
JP58020774A 1982-04-14 1983-02-10 通気撹拌装置 Granted JPS59147630A (ja)

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