JPS63141632A - 気体を液体に接触させる方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体を液体に接触させる方法に関するもので
、接触されるべき液体は、液体ジヱットの形状でノズル
から吐出され、接触する気体を含む空間を経て、接触さ
せるべき大量の液体の中へ導入される。

〔従来の技術及び問題点〕

工業界のいくつかの分野において、最も重要な単位操作
とみなされている気液接触は、製品の技術パラメーター
、及びその技術全体の施の可能性をおおむね決定してし
まう。

気液接触の効率は、発酵の好気的過程、多数の化学処理
及び下水の好気的自浄作用において、決定的な役割を果
す。

公知の気液接触装置は、エネルギー移動方法により次の
ように分類されている。

・　空気圧装置（気泡柱、気送ループ反応装置等）・　
機械装置（水平もしくは垂直シャフトを有する表面通風
器、自動吸引攪拌器） ・　前記装置の組合わせ（気体を飛散させてかきまわす
反応装置） ・　油圧装置 エネルギー移動の能力に関する限り、油圧装置が気液接
触において最も優れた技法であり、そのことは、この方
法が、近年急速に普及していることからも明らかである
。

油圧装置の共通の特性は、気液接触が、ポンプ及びノズ
ルによって形成される各種形状の液体ジェットによって
行なわれることである。

液体ジェットの特性に応じて、上記の方法は、次のよう
に分類される。

・　分裂液体ジェットを使用する方法（スプレー塔、ベ
ンチュリスクラバー） ・　二相の液体ジェットを使用する方法（インジェクタ
ー及びエジェクター） ・　均質、凝集的及び突出的な液体ジェットを使用する
方法。　　′ 油圧装置においては、最後の方法によって、最も高いエ
ネルギー効率、最も安い投資価格、及び最も高い質量歯
たりの移動率（気液接触の強度）が得られる。

突出的な液体ジェット法の特徴は、液体表面の上部のノ
ズルから放出された均質かつ凝集的な液体ジェットが、
液体表面の上部の気体空間を通過し、液体部に入り、液
体表面の上部の気体空間からくる大量の気体を吸収する
ことである。

気体の飛沫同伴により、液体ジェットの表面が粗いこと
に基いて、気体の境界層をジェットの表面に発生させ、
ついで気体空間を通過させ、液体ジェットと共に液体部
へ入れ、ジェットと液体部の間の剪断力の影響により、
微細な気泡になる。

この方法の効率は、液体ジェットの表面粗さ及び凝集性
によって、次のようにして決定される。

・　液体ジェットの表面粗さが大きければ大きいほど、
気体の飛沫同伴率は富くなり、それによって溶解される
気体の量は増加する。

・　液体ジェットが凝集的であればあるほど、より微細
な気体分散、及びより深い気泡浸透が達成でき（気泡の
滞留時間が長くなる）、それによって、接触強度が増加
する。

公知のどの突出的ジェット気液接触器によっても、前述
の２つの必須要件を、同時に、かつ有益に満足させるこ
とはできない。すなわち、公知の技法では、液体ジェッ
トの凝集性を減少させるのと同時に、ジェットの表面粗
さを増加させるか、もしくはその反対である。

液体ジェットの表面粗さを増加させるために。

次の方法が、単一で、もしくは組合わせて、すべての公
知の手順（例えば、ケミカル・エンジニアリング・サイ
エンス（Ｃｈｅｍ、Ｅｎｇ、Ｓｃｉ、）３６．１１６１
ページ／　１９８１年／、ケミカル・エンジニアリング
・コミュニケーション（Ｃｈｅｎ＋、Ｅｎｇ、Ｃｏａ＋
ｍｕｎ、）旦、３６７ペ一ジ／１９８２年／、ハンガリ
ー特許願第３９０１７８１号）において１例外なく使用
されている。

・　油圧の最適条件とは異なる形状を有するノズルを使
用する。

・　液体ジェットの速度を増加させる。

・　液体ジェットの撹乱運動のレベルを上げる。

・　液体ジェットの長さを長くする。

これらの方法の問題点は、油圧損失が大きいことであり
、そのため、接触のエネルギー効率が減少することであ
る。これらの方法は、すべてジェットの凝集性を減少さ
せ、それに伴い接着強度を低下させる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の目的は、気液接触操作における特別の必須要件
を満足させるために、プロセスの効率を左右する２つの
パラメーター、すなわち、ジェットの表面粗さ及び凝集
性を、同時にかつ個別に最適状態にすることによって、
前述の問題点を解決することである。

本発明は、接触させるべき気体もしくは気体又は液体の
一部を、ジェットの表面に吹きつけても、液体ジェット
の凝集性が著しく低下することはなく、液体ジェットの
表面を粗くすることができるという事実の認識に基づい
ている。

従って、本発明は、気体を液体に接触させるための方法
に関するものであり、接触させるべき液体は、集束液体
ジェットの形状で、ノズルから吐出され、接触するべき
気体を含む空間を経て、接触されるべき液体の中へ送ら
れる。

本発明の方法に従って、接触させるべき気体、又は液体
の一部、もしくは気体全部、もしくは液体の一部と気体
全部は、気体もしくは液体ジェットの形状をした集束液
体ジェットの表面へ導かれ、中央の液体ジェットへ向け
られる。

液体ジェットの表面を粗くするには、気体もしくは液体
を、ジェットの表面に吹き付けることによって、同一の
効果が得られる。通常、気液接触を、接触させるべき気
体を圧力下で導入する閉鎖状態の反応装置の中で行なう
場合には、気体ジェットを使用するのが望ましい。

気体及び液体ジェットによって同時に行なう粗面化は、
通常、接触させるべき気体の量もしくは圧力が、所要の
表面粗さを提供するのに十分ではない場合に行なうのが
望ましい。

液体ジェットによって行なわれる粗面化は、通常、接触
を開放系で行ない、かつ接触させるべき気体が、例えば
生物学的下水処理、すなわち地表水もしくは養魚池の曝
気の際の大気そものもである場合に行なうのが望ましい
。

粗面化に使用する気体もしくは液体ジェットは、円形断
面を有し、密着した流体ジェットの回りに均等に配置し
たオリフィス、もしくは流体ジェットを取り巻くスロッ
トで導入するのがよい。

粗面化の結果によると、気体又は流体ジェットを、ノズ
ルの出口と突入口の間の密着した流体ジェットの表面に
導入することができる。しかし、粗面化は、ノズルの出
口に出来るだけ近づけて行なうのが望ましい。というの
は、この方法では、流体ジェットの長さを短縮すること
ができるからである。

粗面化に使用される気体もしくは液体ジェットは、集束
ジェットの流れの下方もしくは上方へ向けられる。適切
な粗面化を行なうには、気体又は液体ジェットと集束ジ
ェットとの間の角度を、少なくとも５°に保つのがよい
。

公知の方法と比較した場合の本発明の方法の主な利点は
１次の通りである。

（ａ）接触のエネルギー効率は、約３０〜６０％増加す
る。

（ｂ）応用範囲が飛躍的に広がる。

（Ｃ）信頼度が向上する。

（ｄ）同じような処理をしても、パラメーターの制御域
が非常に広がる。

（ｅ）流体ジェットの長さを非常に短縮することができ
、そのため、反応装置をより効果的に利用できる。

〔実　施　例〕

次に、好適実施例に基づき、本発明の詳細な説明する。

ただし、この実施例は、本発明を制約するものではない
。

実速Ｄ［乱 ０．３ｒｎ’の溶液を５幅０．５ｍ高さ２ｍの開放され
た矩形の容器の中で、直径２０ｍｍのノズルを経てポン
プで循環させた。

溶液は、０．５ｋｍｏｌ／ｒｎ’の亜硫酸ナトリウムと
ｏ、ｏ、ａＩｋｍｏｌ／　ｒｎ”の硫酸コバルトを含み
、その温度は３０℃に保った。液体ジェットの長さは０
．３ｍであった。

ポンプによって循環された液体の流量は、２０．４ｒｎ
’　／　ｈであった。循環された液体の４％を、ノズル
（１）から吐出する液体ジェットの回りに設けた直径１
０ｎｖｎの鋼管でできたリング状容器（２）に設けた直
径１．２ｎｎの等間隔をなす１２個の孔（３）を経て、
液体ジェットの表面へ直角に吹き付けた（第１図）。

孔と液体ジェットとの距離は４０＋ｎｍであり、リング
状容器とノズルの出口との間の距離は１０ｍｍであった
。

亜硫酸ナトリウムの酸化作用の公知の測定方法（ベー・
リンク及びベー・バツェーク、ケミカル・エンジニアリ
ング・サイエンス、　３６．１７４７ページ。

１９８１年）によれば、酸素移動率は２７　、２　ｋｇ
　／　ｒｒ？　ｈであり、酸素入力率８．１６ｋｇ／ｈ
に相当することがわかった。ポンプの油圧入力は、０．
９１ｋｔｉであり、従って、酸素入力のエネルギー効率
は、８．９７ｋｇ／ｋｗｈであった。

−例１に対する反例 実施例１で説明した方法を繰り返えしたが、液体は、ま
ったく液体ジェットに吹き付けなかった。

この例では、酸素移動率は１６　、８　ｋｇ　／　ｒｎ
’　ｈ、酸素入力率は５．０４ｋｇ／ｈ、酸素入力のエ
ネルギー効率は、５．５４ｋｇ／ｋｖｈであった。

この比較により、本発明の方法を実施することによって
、エネルギー効率及び酸素移動率、すなわち、気液接触
強度が６１．９％向上したことがわがる。

実ＪＪＬ圀 次の点を除いては、実施例１と同じ方法を繰り返えした
。

すなわち、循環する液体の流量を１８．９ｒｎ’／ｈ、
ポンプの油圧入力を０．７４ｋｗとした。

この例では、実施例１で使用した液体の代わりに、空気
を、液体ジェットの回りに設けた直径１０ｍの鋼管から
なるリングを経て吹き付けた。

リングには、直径１．５ｍｗ＋＋の孔が６つ等間隔で設
けてあった。これらの孔は、水平方向に対して、下方へ
１５°傾斜していた。孔と液体ジェットとの間の距離は
、２１ｍｍであり、リングとノズルの出口との間の距離
は、５０＋ａであった。孔を通過する空気の流量は、４
．５％ｍ’／ｈであり、これは、ポンプの油圧入力より
０．ｌｋｗ高い油圧入力に相当する。

実施例１で説明した測定方法によって、酸素移動率が２
１　、７　ｋｇ　／　ｒｎ’　ｈ、酸素入力率が６．５
２ｋｇ／ｈ、エネルギー効率が７．８２ｋｇ／ｋｗｈと
いう結果を得た。

−流側２に対する　例 実施例２で説明した方法を繰り返えしたが、空気の吹き
付けは行なわなかった。この方法では。

酸素移動率１２．０３ｋｇ／ｒｎ’ｈ、酸素入力率３．
６１　ｋｇ／ｈ及びエネルギー効率４．９２ｋｇ／ｋｖ
ｈという値が測定された。

この比較によって、接触強度が８０．７％向上し、エネ
ルギー効率が５８．９％向上したことがわかる。

実施例３ 実施例１で説明した組成を有する０、１ｒｎ’の溶液を
、ポンプにより、直径０．４５ｍ、高さ１．５ｍの閉鎖
導管に設けた直径１０ｍｎのノズルを介して循環させた
。ポンプで循環させた液体流量は６．８４ｒｎ’／ｈで
あり、ポンプの油圧入力は０．５６ｋｗであった。

空気を、ポリアミドで形成したノズル（１）の本体へ螺
合したポリアミド製の容器（２）に設は九幅０．５ｍｍ
のスロット（３）を経て、流量１６Ｎ醒／ｈで容器へ導
入した（第２図）。

液体ジェットの表面からスロットまでの距離は、５ｍｍ
であり、流出空気と液体ジェットとの角度は、１５″′
以内であった。空気を導入するには、０．１８ｋｗの油
圧入力が必要であった。空気は、軸線から２００ｍの距
離に設けた直径２０ｎｎのオリフィスを経て、容器の上
部から流出した。流体ジェットの長さは、０．４ｍであ
った。

この場合の酸素移動率は４１　、２　ｋｇ　／　ｒｒ？
　ｈ、酸素入力率は４．１２ｋｇ／ｈ、酸素入力のエネ
ルギー効率は５．５７ｋｇ／にすｈであった。

実施例３に対する皮剥 ここでは、実施例３の方法を繰り返えしたが、接触させ
るべき空気は、軸線から２００ｍａ＋の距離に設けた直
径２０ｎｎのオリフィスを経て、導管の上部において垂
直に下向きに導入され、この空気は、軸線から同一距離
で反対側に設けた同一寸法のオリフィスを経て、導管か
ら流出した。

従って、前述と同一の量の空気が、液体ジェットへ直接
流入することなく装置へ導入された。酸素移動率は２９
．０ｋｇ／ｒｎ’ｈであった。これは、酸素入力率２．
９ｋｇ／ｈに相当し、酸素入力のエネルギー効率は３．
９２ｋｇ／に峠であった。

この比較により、エネルギー効率及び酸素移動の程度は
、　４２．１％向上したことがわかる。

災１桝土 実施例１で説明した方法を繰り返えしたが、空気導入用
のリングは、実施例２の液体導入リングの下部で使用さ
れた。従って、液体ジェットの粗面化は、液体及び空気
をジェット表面に導入することによって同時に行なわれ
た。

酸素移動率は３０　、９　ｋｇ　／　ｒｎ’　ｈ、酸素
入力率は９．２７ｋｇ／ｈ、エネルギー効率は９．１８
ｋｇ／に峠であった。

−流側４に対する　例 実施例４の方法を繰り返えしたが、空気も液体も導入し
なかった。すなわち、実施例１に対する皮剥と同要領で
行なった。この場合、強度は８３．９％、エネルギー効
率は６５．７％向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１で使用したノズルを示す。 第２図は、実施例２で使用したノズルを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 接触させるべき液体を、集束液体ジェットの形状でノズ
   ルから出し、接触するべき気体を含む空間を通過させて
   、接触させるべき液体の中へ流入させ、 接触するべき気体又は液体の一部、もしくは気体全部、
   もしくは液体の一部及び気体全部を、集束液体ジェット
   の表面を向く気体、もしくは液体ジェットの形状で、集
   束液体ジェットの表面に導入することを特徴とする気体
   を液体に接触させる方法。