JPS62502597A - 連続的に液体にガスを導入しもしくは液体からガスを除去する装置 - 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】 発明の名称 連続的に液体にガスを導入しもし くは液体からガスを除去する装置 本発明の背景 本発明の領域 本発明は、特に、生物学的変換にかけられる基質の液体中にもしくは液体からガ スをそれぞれ連続的に吸着もしくは脱着するための、液体中に浸漬されるロータ ーを包含する連続的な導入もしくは除去のための装置に関する。本発明はさらに 基質の好気性ならびに嫌気性変換のための上記のごとき装置の使用に関する。

以下の記載において、液体中へのもしくは液体からのそれぞれガスの導入もしく は除去という用語は、化学的変換を伴うもしくは伴わない連続的な吸着もしくは 脱着のすべての種類を包含する。

従来的技術に関する説明 液体を曝気しもしくはガス処理（ｇａｓｓｉｎｇ）−ｆるために、液面下に多数 のノズルを浸漬することが丁でに知られている。一層良い混合効果を発揮するた めに回転羽根車を用いることも知られている。

基質の生物学的変換に関連して、変換すべき基質中に周期的に浸漬されかつ基質 から再び引き上げられる回転円板上に微生物を布置することが丁でに知られてい る。このような装置は基質内におけるのと異なった条件の下で微生物が短時間内 で再生することが可能となるという利点を丁でに提供している。このような方法 により、例えば、醗酵工程にお込で酵母な用いろ時に、醗酵にかけられる基質中 に酵母が再び導入されるのに先立って、酸素を含有するガス中で酵母を再生する ことが可能であった。

本発明の概要 本発明は、可能なかぎり最低のエネルギー消費の下で物質の効率的な変換を達成 することを高い信頼注下で可能にし、さらにまた基質の攪拌を確実に達成し、存 在するバイオゼノシス（ｂｉｏｚｅｎｏｓｉｓ　）と基質および栄養物との間の 連絡を実質的な拡散径路なしで可能にする上述した型の装置を提供することを目 下の目的とする。この課題を達成するために本発明は以下に述べることがら実質 的になる。すなわち、液体の表面に対して実質的に平行な関係を保って延びる軸 のまわりで回転するように、ローターが管状容器内で回転可能に支持されており 、このローターに対して回転できないようにローターに固定されかつ上記の軸に 対して横断的な向きにありかつ軸方向に隣り合５位置に配置されている表面が粗 面として設計されている板状体（ｐｌａｔｅ）をこのローターが有しており、こ の軸方向に隣り合う板状体は軸を含む少くとも一つの断面内で交互に９００より 大きいおよび９００より小さい角度をなし、この板状体の周縁は管状容器の内面 よりある距離だけ離れて位置しており、かつ管状容器は少くとも一つの液体流入 口、少（とも一つの液体流出口同じ（また少（とも一つのガス流入口およびガス 流出口な有する。ローターが回転できるように管状容器内に支持されているため 、管状容器内に方向性のある流れを維持することができ、また新規な基質もしく は新規なバイオマスとのそれぞれ連続的な反応が可能になる。軸に対して横断的 な向きにありかつ軸方向に隣り合っている、表面の設計が粗面となっている、ロ ーターに対して回転できないように固定されている板状体をローターがもつため 、対応するバイオマスをこれらの板状体の表面上に吸着することができ、そして 何にもまして、軸方向に隣り合う位置に排列されている板状体が軸を含む断面内 で交互に９０°より大きいおよび９０°より小さい角度をなすという事実は、管 状容器内に脈動的な流れを確保し、それによって隣り合った区分（ｓｅｃｔｉｏ ｎ）内で液位が上昇しかつ下降することのもととなりあるいは溢流通路が対応す るように板状体に設けられている場合には方向性のある流れを維持することのも ととなる。

回転軸に対して横断的な向きにそして回転軸に対して９００からずれた角度にお いて板状体を回転可能に支持するという特質は特に有効な仕方で、上方および下 方に向（流れ同じくまた横方向の流れを特徴とする基質の特徴的な運動を生む。

これらの流れそのものは、液面から出るガスをすべて液体中に吸引し、その結果 、液体にガスが供給され、特に、穏和な仕方で液体が曝気され、しかもエネルギ ー消費は可能な限り低い。小室（ｃｈａｍｂｅｒ）に分割されている管状容器は 簡単な方法で装置を気密にシールすることができ、従って種々のガス雰囲気を液 面の上方に導入し、これを液の運動特にその表面の運動のために液に訳って吸引 することができる。この場合、少（とも一つの液流入口、少（とも一つの液流出 口同じ（また少（とも一つのガス流入口および少（とも一つのガス流出口が管状 容器に接続する。軸に対する配向のため揺動的な運動をする板状体によって、ｉ にある程度の剪断効果が及ぶ。この剪断効果は板状体に付着しているバイオゼノ シスとの迅速な反応を促進しかつ実質的な拡散径路を阻止する。

板状体に剛毛もしくはそれに類するものが取付けられているか、板状体が多孔性 の、特に発泡した材料、金網、針金の格子もしくはエキスバンドメタルシートか うつ（られているならば、著しく改良された生物学的変換を達成することができ る。このような構成においては、かなりの量の基質が板状体の一回転ごとに板状 体を通過して押送され、次いで再び逆方向に洗い戻され、従ってバイオゼノシス は規則的に丁すぎ洗いされて清浄化される。同時に、新たな量の基質が何度も同 様に、対応するガス雰囲気を選択することにより、例えば酵母の場合におけるよ うな酸化性の条件下での再生もしくは対応的に適合させたガス雰囲気下での再生 を実施することが可能であることに留意するならば、本発明に従う構成は液体か ら生物学的物質を取り出すことによりこれを間欠的に再生することを可能にする 。

容器の隣り合う領域内で好気性変換と嫌気性変換とが交互に達成されてよく、こ の目的のためには、例えば、軸に対して実質的に垂直な方向に拡がり、かつ隣り 合う小室間の物質の移動のためのスロットル断面を有する区画壁によって管状容 器を軸方向に分割すれば十分である。隣り合う小室間の物質の移動のためのスロ ットル断面）工液面より下方に位置し、従って気密的な閉じ込めが達成される。

従って異なるガス雰囲気を隣り合う区分内で用いることができる。液体媒体の移 送（１外邪のポンプによって行うことができる。しかし特に簡単な方法としては 、板状体が実質的に丸いもしくは楕円形の外形をしておりまた溢流開口部をもつ とい５構底であってよい。このような溢流開口部は１回転ごとに少（とも１回液 面下に浸漬され、従ってもし管状容器の内壁に板状体が密着するようにされてい るならば、周期的に反復する液面の上昇および下降のため、より高い液面を示す 小室からより低い液面を示す隣り合う小室への溢流が起きる。このために小室内 の液面の最高の高さは管状容器の内径の２０％から６゜係に制限するのが好都合 である。

ガス供給口およびガス流出口は、簡単な方法としては、管状容器の両端面近（に おいて液面の最高高さより上方に接続されるのがよい。液の流れの方向に依存し つ＼、向流、並流もしくは十字流の原理に従って液体をガス処理することができ る。区画壁が設けられている場合、個々の小室の区画壁が固定されて配置されて おりまた溢流開口部が液面より下方に、望ましくは容器の内妻に近い領域内に配 置されており、かつそれぞれの小室に別々なガス供給口とガス流出口とが接続さ れまたこれらが回転軸に対して横向きに配置されてｂるという構成が有利である 。

生物学的変換を実施するために板状体は微生物もしくはバイオマスによって被覆 されてよい。下水処理工場における下水清澄化（ｃｌａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ） に関連して、生物学的変換は好気性および嫌気１変換として実施することかでき る。下水スラッジをファウリング（ｆｏｕｌｉｎｇ）工程にかける場合、この工 程は最もしばしば嫌気性過程であり、メタン、ＣＯ２，清澄化工場ガスもしくは これに類するガスを生成し、これら（工上記のような容器の小室から除去するこ とができる。バクテリアを液体から除去しかつこれを対応するガス雰囲気中に導 入することにより、もしくは少（とも各個の工程段階において空気を液体に導入 することにより得ることのできる好気性相が断続的に与えられるならば、嫌気的 に働（多数の微生物の活性を著しく高めろことができる。酢酸の醗醪の際には、 空気の導入を必要とする好気性過程が概ね生起する。蔗糖の富化された酵母を用 することによりエタノールを製造するための連続醗溝においては、変換自体が嫌 気性変換である。しかしこの酵母を周期的に曝気するならば酵母の効率を著しく 高めろことができる。

容器には加熱もしくは冷却手段を設けるのが有利でありうる。

本発明に従う製置は特に好気性変換のために液体を曝気するのに剛力るのが特に 有利である。しかしこの装置は醗薄注の基質からのエタノールの連続的製造のた めまたは一般に下水スラッジもしくはこれに類するもののファウリングのような 嫌気注変喚のために用いろことができる。

本発明の装置は嫌気性変換に関連して脱ガスの目的に、特に００２の除去のため もしくは基質とバイオマスとを穏和に混合するために有利に用いることができろ 。

図面の簡単な説明 以下においては、図面に示す態様に関連しつ＼本発明をさらに例解する。

第１図は本発明の装置の概略的、側面図である。

第２図は第１図の側面図に類似の部分図であり、追加的な区画壁を示す。

第３図は、側面図における液相内の流れの状況を示しまた第４図は第３図の矢印 ＩＶに相当する上部平面図である。

第５図は並行流もしくは向流の原理に従う曝気のための多室構成の見取図である 。

第６図は区画壁と、十字流の原理に従うそれぞれガス処理もしくは曝気のための 手段とを包言する構成を示す。

望ましい態様に関する詳細な説明 第１図は軸２が回転可能なように内部に支持されている管状容器１を示す。軸２ は複数の板状体３を担持し、これらの板状体３は第１図の［１１１ｘ図の示す軸 方向の断面において軸２に対して交互に９０°より大きいおよび９０°より小さ い角度をなしている。この場合、対応する角度は交互に反対向きに等しい。液の 供給を閉止弁６によって制御できることに留意するとして、板状体は液５の液面 ４内に浸漬している。管状容器の内壁は７によって示され、円の直径をもつ管の 場合、実質的に丸いもしくは楕円の外形をもつ板状体３の外周は管状容器１の自 棄７から僅かな距離だけ離れている。もし板状体３の周縁と容器７０内壁との間 にあるスロットル断面が十分に小さいならば、軸２と一緒によび下降する。液の 排出は閉止弁８により制御する。

必要に従ってガス雰囲気を弁９によって導入しかつ取り出すことができる。容器 １が耐圧的であるため、こ第２図の表示においては、隣り合う小室の間に、液面 ４の下方にある溢流開口部１１が設けられている追加的な区画壁が設けられてい る。

第３図および第４図は液相における流れの状況を説明する。この場合、第３図は 第１図の図示に対応するものであって、矢印１２によって詳細に示されるように 、隣り合う小室内の液面のそれぞれ上昇および下降の結果、表面に向かうもしく は表面から離れる対応する流れが生まれる。第４図は第２図に従う構成の対応す る上部平面図を示し、板状体３の１回転ごとに生まれる横向き流れが矢印１３に よって示されている。

生物学的変換のために板３には微生物が装荷されており、このために板３は粗い 表面をもつ。望ましい板状体は金網もしくはエキスバンドメタルの板状体であり 、軸方向にスロットル抵抗を与える。このような構成においては、隣り合う小室 内の液面のそれぞれ上昇もしくは下降は非常に顕著とｈｓｖえない。しかし、第 ３図および第４図により例解される流れの状況のため、板状体３を通過して流れ る軸方向の流れが起き、七の結果、基質が微生物と緊密に接触する。

第５図には、多室反応器の見取図が示されており、またガスのための供給口およ び排出口が１４によって示される。液体は導管１鴫によって供給されかつ排出さ れる。ガスの供給の向きに依存しつ＼、向流の原理もしくは並流の原理に従いな がら液体の流れの向きに相応してガスを送入することができる。

第６図に従う構成においては、管状容器１の別個な区画１６．１７および１８の 間に第２図に示されるごとく区画壁１０が設けられていることに留意するならが 、十字流の原理に従う操作が選択されている。これらの区画壁１０は液面より下 方に溢流開口部１１がありまた別個な小室１６．１７および１８のそれぞれにお いて、ガスは矢印１９によって示される液の流れの方向に対して横断的な方向に 流れる。別個な小室には相異なるもしくは同一のガスを導入することができる。

第６図の図示においては、各小室が同一のガスを受けいれるようにガスは分岐管 ２０を経て供給される。

ＦＩＧ、　Ｉ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ 国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔ！（Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＳＥＡ：（ＣＨＲ ＥＰＯＲＴ　０ＮＰａｔｅｎｔ　ｄｏｃｕｍｅｎｔ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ　 Ｐａｔｅｎｔ　ｆａｍｉｌｙ　Ｅ’ｕｂｌｉｃａｔｉｏ＋ｃｉ＋＋ａｄ　ｉｎ　 ５＝ａｒｃｈ　ｄａｊｅ　ｍｅｍｂｅｒ（ｓ）　ｄａｔａ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．特に、生物学的変換にかけられる基質の液体中にガスを導入しもしくは液体 からガスを除去するための、液体中に浸漬されるローターを包含する装置であつ て、液体（４）の表面に対して実質的に平行な関係を保つて延びる軸のまわりで 回転するようにローターが管状容器（１）内で回転可能に支持されており、この ローターに対して回転できないようにローターに固定されかつ上記の軸に対して 横断的な向きにありかつ軸方向に隣り合う位置に配置されている、表面が粗面と して設計されている板状体（３）をローターが有しており、この軸方向に隣り合 う板状体（３）は軸を含む少くとも一つの断面内で交互に９０°より大きいおよ び９０°より小さい角度をなし、この板状体の周縁は管（１）の内套（７）から ある距離だけ離れて位置しており、かつ管（１）はそれに接続する少くとも一つ の液体流入口、一つの流出口同じくまた少くとも一つのガス流入口およびガス流 出口を有することを特徴とする装置。
2. ２．板状体（３）に剛毛もしくはそれに類するものが取付けられているか板状体 が多孔性材料、特に発泡材料、金網、針金の格子もしくはエキスパンドメタルシ ートからつくられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．望ましくは軸に対して実質的に垂直に配向しておりかつ隣り合う小室（１６ ，１７，１８）の間での物質の移動のためのスロツトル断面（１１）をもつ区画 壁（１０）によつて、管状容器（１）が小室（１６，１７，１８）へと軸方向に 分割されていることを特徴とする請求の範囲第１項もしくは第２項に記載の装置 。
4. ４．板状体（３）が実質的に楕円の外形をもちかつ溢流開口部を有することを特 徴とする請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項のいづれかに記載の装置。
5. ５．小室（１６，１７，１８）内の液面の高さが管状容器（１）の内径の２０〜 ６０％に限定されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のいづれ かに記載の装置。
6. ６．ガス供給口およびガス流出口が管状容器（１）の両端面に近接して最高液面 より上方に接続していることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいづれ かに記載の装置。
7. ７．別個な小室（１６，１７，１８）の区画壁（１０）が固定して排列されてお りまた液面より下方に、望ましくは容器（１）の内套（７）に近接した領城内に ある溢流開口部（１１）をもつこと、ならびに各小室（１６，１７，１８）が回 転軸に対して横方向に配列されている別個なガス供給口とガス排出口（２０）と を有することを特徴とする請求の範囲第１項から第６項のいづれかに記載の装置 。
8. ８．板状体（３）が微生物もしくはバイオロジカルマス（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ 　ｍａｓｓ）によつて被覆されていることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ７項のいづれかに記載の装置。
9. ９．管状容器（１）が加熱もしくは冷却手段を具備していることを特徴とする請 求の範囲第１項から第８項のいづれかに記載の装置。
10. １０．特に好気性変換のために液体の曝気を行うために請求の範囲第１項から第 ９項のいづれかに記載の装置の使用。
11. １１．醗酵性の基質から醗酵によりアルコールを製造するために請求の範囲第１ 項から第９項のいづれかに記載の装置の使用。
12. １２．特にＣＯ２を除去するために嫌気性変換に際してガスを除去するために請 求の範囲第１項から第９項のいづれかに記載の装置の使用。
13. １３．基質とバイオロジカルマスとを穏和に混合するために請求の範囲第１項か ら第９項のいづれかに記載の装置の使用。