WO2000061268A1 - Dispositif permettant de melanger deux liquides - Google Patents

Description

明 糸田 液混合装 技術分里予

本発明は、 液体と液体を混合する二液混合装置に関するものであ る o

背景技術

従来から、 二液を混合するための装置と して、 固定容器内に回転 攪拌機を有する混合機や、 回転容器を有する混合機、 揺動振動機構 を有する混合機、 さ らにこれらの混合機を組み合わせた混合機など があ り、 いかに均一に混合するか、 いかに空気を含まないように混 合するか、 逆に空気を含むよう に混合するか、 いかに経時変化のな い混合液とするか、 いかに二液の混合比の調製を行うかなどさまざ まな観点から改良や設計変更がなされており、 混合する液体に応じ また混合された液体に応じた装置が考えられている。

ところで、 二液を混合する装置の中には単に混合するだけではな く、 二液間で反応を起こさせるようなものや、 二液間にさ らに気体 を接触させるもの、 あるいは単に接触させるだけでな く気体側の物 質を液体側に移動させた り、 逆に液体側の物質を気体側に移動させ たり といった物質移動を伴ったものなどがある。 たとえば環境分野 においては、 深層曝気装置、 水の塩素殺菌装置、 廃液処理装置など の環境装置に、 食品工業においては、 炭酸水などの清涼飲料水の製 造工程などに、 石油化学工業においては、 酸化反応装置、 水素添加 反応装置などに広く液体と気体を混合接触させて、 物質移動や化学 反応などを伴って混合を行わせる装置がある。

しかしながら、 従来の液体と気体との接触混合装置、 たとえばェ アレーシヨ ンタ ンクや静止型混合機においては、 液体が大容量にな る と液体と液体、 液体と気体の混合接触率が低く な り、 また回転攪 拌機を有する装置では、 混合接触率を上げるこ とはある程度可能で あるが電力費が高価となる問題があった。 また気体を微細な噴霧と するノズルを使用した装置では、 ノズルの目詰ま りや閉塞などの ト ラブルが発生し、 設備費及び保守管理費が高価となる問題があった 本発明は、 上述の点に鑑みてなされたもので、 簡易な方法で、 超 微細気泡を混在させて二液を高効率で混合接触させるこ とができる 二液混合装置を提供するこ とを課題とする。

発明の開示

上記課題を解決するため本発明の二液混合装置は、 第一の液体と 第二の液体を混合する二液混合装置において、 前記第一の液体を通 過させる液室と、 該液室に多孔性の隔壁を介して隣接する気室と、 加圧された気体を前記気室に供給する手段と、 前記気室内に前記第 二の液体を供給する手段とを備えてなるこ とを特徴とするものであ

Ό o

この二液混合装置は、 前記液室が曲面または平面を含む単面体ま たは多面体で形成され、 前記気室が曲面または平面を含む単面体ま たは多面体の前記隔壁を介して該液室内に少な く とも一部が配され ている形態とするこ とができる。

あるいは、 液室と気室の関係を逆にして、 前記気室が曲面または 平面を含む単面体または多面体で形成され、 前記液室が曲面または 平面を含む単面体または多面体の前記隔壁を介して該気室内に少な く とも一部が配されている形態とするこ ともできる。

例えば、 前記液室を円筒状または球面状に形成し、 前記気室を、 円筒状または球面状に形成された前記隔壁を介して該液室と同心円 状に該液室内に少な く とも一部が配されるよう にしても よいし、 逆 に、 前記気室を円筒状または球面状に形成し、 前記液室を、 円筒状 または球面状に形成された前記隔壁を介して該気室と同心円状に該 気室内に少なく とも一部が配されるよう にしてもよい。

また、 前記隔壁を平板状あるいは曲板状またはその組合せと し、 前 記液室と前記気室がその隔壁を介して隣接する構成とするこ ともで る。

「液室」 は、 第一の液体を通過させ得るものであれば、 円筒形、 直方形、 球形、 或いはそれらを組み合わせた複合形等の種々の形状 とするこ とができる。 これらの形状は、 曲面または平面を含む単面 体または多面体と表現するこ とができる。

「気室」 は、 加圧された空気等の気体を受容するものであれば、 円筒形、 直方形、 球形、 或いはそれらを組み合わせた複合形等の種 々の形状とするこ とができる。 これらの形状も、 曲面または平面を 含む単面体または多面体と表現するこ とができる。

「液室」 と 「気室」 との関係は、 一方が他方の内部にほぼ全部 収容されるように配されていても よいし、 その一部のみが収容され るよう に配されていても よい。

「第二の液体を供給する」 とは、 第二の液体が、 液状である場合 だけではなく微粒子として噴霧される場合も含むものとする。

「第一の液体」 は、 たとえば工場からの排水、 下水道からの処理 水や汚泥、 プール用水、 魚養殖用水、 観賞魚用水槽水などの水、 あ るいは食品工場における清涼飲料水や調味料などの原料、 石油化学 工業における原料となる物質など、 流動性がある液体であれば粘度 が高いものであっても固形物を含んでいる ものであっても よい。 「 第二の液体」 は、 第一の液体と混合あるいは反応させる液体を意味 し、 たとえば水、 ノヽロゲン、 酸、 アルカ リ、 フエノール、 ク レオソ ー ト、 希塩酸、 希硫酸などの、 希釈剤、 殺菌剤や酸化剤、 還元剤、 添加剤、 着色剤、 漂白剤、 乳化剤、 湿潤剤、 分散剤などノズルから 供給できる液体であれば特に限定される ものではない。 「第一の液 体」 と 「第二の液体」 はともに液体であるが、 混合する液体のう ち 、 よ り体積の多い方を第一の液体に少ない方を第二の液体に、 ある いは粘度の高い方を第一の液体に低い方を第二の液体に選択する方 が、 装置を稼動させる上での電力費などの経済的観点から また保守 管理上も望ま しい。

「気体」 とは、 たとえば空気、 酸素、 炭酸ガス、 塩素ガス、 窒素 、 水素などで上記液体中に混在させた り反応させた りあるいは液体 中の物質を吸収した りするような目的で使用される ものであれば特 に限定されるものではない。

「同心円状」 とは、 中心或いは中心軸が完全に一致している必要 はなく、 多少の位置ずれをした場合も含むものとする。

「円筒状」 とは、 必ずしも完全な円筒形である必要はなく、 多少 の凹凸、 或いは変形があつたと しても、 全体と して円筒形である場 合も含むものとする。

「球面状」 とは、 必ずしも完全な球形である必要はな く、 異なる 曲率半径を有する複数の曲面から構成される形状も含むものとする

「平板状」 とは、 必ずしも完全な平面である必要はなく、 多少の 凹凸、 或いは変形があつたと しても、 全体と して平板形である場合 も含むものとする。

「混合液」 とは、 第一の液体と第二の液体と気体とが混合された 液を意味し、 仮に反応を伴う よう な混合であっても、 混合されてい れば反応途中であるか反応後であるかを問う ものではない。

「流出口」 とは、 本発明の二液混合装置で作られた混合液が装置 から排出される口を意味し、 外管の一端に有していればこの流出口 がさ らに他の装置や管に接続されていても よい。

「液体供給口」 とは第一の液体が供給される外管の一部に設けら れた供給口を意味し、 その大きさは第一の液体がスムーズに供給で きれば特に限定される ものではないが、 液体供給口の位置は第一の 液体と第二の液体と気体とが混合される時間を考慮して、 流出口と は反対側に設けるこ とが好ま しい。 もっ とも流出口を管に連結して 他の装置に接続した り、 あるいは第一の液体と第二の液体の性質か らそのような時間を考慮する必要がないときには供給口が流出口の 多少近く に設けられていてもよい。 また液体供給口は連続して液体 を供給するこ とができる構成と しても、 液体を供給した後供給口が 閉じる構成と しても、 あるいは供給量が調整できる調整弁を有する ような構成としてもよい。

「外管」 は、 混合液の流出口と液体供給口を有している管であれ ば、 特にその大きさは限定されるものではなく、 たとえば第一の液 体が排水のよう に多量であればその長さも径も数メー トルのものに 、 また観賞用魚水槽水であれば数十センチのものにと状況に応じて 対応すればよい。 また外管の内側には、 第一の液体が逆流しないよ うにするための仕切板や羽根を設けてもよい。

「内管」 は、 外管の流出口側の端部に多孔性の気体排出口を有し 、 かつ混合前の気体が供給される気体供給口を一部に有して、 上記 外管との間で空間を形成するよう に外管の中に同心状に配されもの であるが、 外管と内管の間に形成された空間に第一の液体が流動で きれば、 必ずしも完全な同心状である必要はない。 「外管の流出口 側の端部に多孔性の気体排出口を有し」 とは、 気体排出口が、 必ず しも外管の流出口側近傍に設けられている こ とを意味するものでは ない。 また、 この多孔性の気体排出口が外管の流出口側の端部に設 けられており、 内管の気体排出口が外管に設けられた液体供給口よ り も液体流動方向に対して下流であれば、 必ずしも内管全体が外管 の内部に設けられている必要はない。

「気体排出口」 は多孔性であればよいが、 その長さゃ径は以下の ような点を考慮して調整するこ とが好ま しい。 すなわちノズルから 供給された第二の液体が内管の先端部に溜まるような状態では、 微 細な粒子として第二の液体をすベての多孔から均一に排出するこ と が難し く なるため、 供給され多孔に付着した第二の液体を気体の圧 力によって均一に排出するこ とができるよう に、 気体の流速や気体 排出口の長さゃ径を決定するこ とが望ま しい。 たとえば、 時間当た りの気体の流量やノズルから供給される第二の液体量や多孔部分の 内面積を考慮して、 第二の液体の混合が多いような系では気体排出 口の長さを長く した り径を大き く した り、 逆に第二の液体の混合が 少ないような系では気体排出口の径を小さ く するなどの調整をする ことが好ま しい。

「多孔性」 とは、 内部または表面に多数の小さな外部に通ずる孔 状、 あるいは気泡状の空隙をもつもので、 気体を微細に排出できか つ通過する第二の液体や気体、 外側を通過する第一の液体によって 損壊をうけるようなものでなければ特に限定されるものではない。 たとえば P V A (ポ リ ビニルアルコール）、 P V C (ポ リ塩化ビニ ル）、 ポリ ウレタンなどのプラスチッ クを材質とする多孔性プラス チックや多孔性金属あるいは多孔性セラ ミ ックを、 排出される気体 の量や第二の液体の量に応じて用いるこ とができる。 また 「気体供 給口」 は気体を供給した後供給口が閉じる構成と しても、 あるいは 供給量が調整できる調整弁を有するような構成と してもよい。

「第二の液体用供給管」 は、 内管内側の気体排出口近傍に混合前 の第二の液体を供給するノズルを一端に、 混合前の前記第二の液体 が供給される液体供給口を他端に有する もので、 第一の液体や気体 と同様、 第二の液体の性質や目的に応じて適当な長さ、 径とする こ とが可能である。 第二の液体用供給管は、 ノズルから第二の液体が 内管内側に均等に供給できる よう に内管の同心状に配されるこ とが 好ま しい。 「ノズル」 は第二の液体を高速度で供給できる ものであ れば、 特にその形状は限定されるものではないが、 内管内側の気体 排出口近傍全体に均一に効率よ く第二の液体を供給できるものであ るこ とが望ま しい。 そのよう に均一に効率よ く第二の液体を供給で きるノズルであれば、 ノズルの全面から供給するものであっても、 側面からのみ供給するものであっても よい。

本発明の二液混合装置は、 前記第一の液体を通過させる液室と、 該液室に多孔性の隔壁を介して隣接する気室と、 加圧された気体を 前記気室に供給する手段と、 前記気室内に前記第二の液体を供給す る手段と、 を備えたので、 気体を超微細に第一の液体に混合するこ とができる。

また、 本発明の二液混合装置は気室内に混合前の第二の液体を供 給する手段を有することと したので、 気体によって第二の液体が気 体と ともに多孔性の隔壁から押し出されるために、 第二の液体も微 細な粒子状態で気体と同様に第一の液体に混合することが可能とな り、 二液を高速連続混合する こ とが可能となる。

また、 本発明の二液混合装置は、 液室に第一の液体、 気室に気体 、 さ らに気室内に第二の液体を供給する手段という構成、 すなわち 第二の液体を供給する手段と第一の液体とが直接接触せず、 さ らに 第一の液体と第二の液体との間に気体が介在している という構成と したので、 装置を停止させたときにノズルが第一の液体を吸引 して 目詰ま り を起こすという こ とがな く、 また、 第一の液体と直接接し ている気体排出口の多孔の閉塞を緩和させるこ とができる。 なお、 第一の液体がある程度の大きさの固体を含むものであって も、 装置を閉鎖させるこ とな く二液を混合するこ とができる。

図面の簡単な説明

図 1 は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略図 図 2 は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略図 図 3は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略図 図 4は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略図 図 5 は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略図 発明を実施す る た めの最良の幵 態

以下、 図面を参照して本発明の一実施の形態による二液混合装置 について説明する。

図 1 は本発明の一実施の形態による二液混合装置の概略構成を示 す断面図である。

本発明の一実施の形態による二液混合装置 1 は、 第一の液体と し ての汚泥 1 1 を供給する液体供給口 7 を側部に有する外管または液 室 2 と、 外管 2 との間で空間を形成するよう に外管 2の中に同心状 に配された内管または気室 3 と、 内管 3の内部に同心円状に配され た第二の液体用供給管 4 とを有した構成となっている。

外管 2 は、 汚泥 1 1 と、 第二の液体と しての 3 5 %の過酸化水素 1 2 と、 気体としての空気 1 3 とが混合された混合液 1 4 を流出す る流出口 1 0 を液体流動方向の下流に有している。 内管 3は多孔性 の気体排出口 6 または多孔性の隔壁 6 を外管 2の流出口 1 0側の端 部に有し、 空気 1 3が供給される気体供給口 8 を側部に有している 。 加圧された空気 1 3 を内管 3 に供給する手段、 例えばポンプ、 圧 縮機や関連の配管など （図示せず） が気体供給口 8 に連結されてい る。 気体排出口 6 は、 外管 2の液体供給口 7 よ り も液体流動方向に 対し下流であって、 外管 2のほぼ中央に位置し、 側面のみが多孔質 の P V Cで構成されている。 第二の液体用供給管 4は内管 3の内側 の気体排出口 6の近傍に過酸化水素 1 2 を噴霧するノズル （供給手 段） 5を一端に有し、 過酸化水素 1 2を供給する液体供給口 9を他 端に有している。

次に、 本発明の一実施の形態による二液混合装置を使用した汚泥 1 1の処理を例にとって説明する。 汚泥 1 1は完全な液体ではない が、 このような粘性の高い物質であっても容易に混合が可能である ο

先ず、 汚泥 （第一の液体） 1 1 を外管 2 内へ第一の液体用供給口 7から供給する。 空気 （気体） 1 3は気体供給口 8から内管 3内へ 供給され、 過酸化水素 （第二の液体） 1 2は第二の液体供給口 9か ら第二の液体用供給管 4内に供給され、 続いて第二の液体用供給管 4の先端に設けられたノズル 5から過酸化水素 1 2が内管 3の多孔 性の気体排出口 6の内側に噴霧される。 一方、 汚泥 1 1は少しずつ 外管 2の液体流動方向に対し下流へと移動し、 それとともに多孔性 の気体排出口 6の内側に付着している過酸化水素 1 2が、 空気 1 3 とともに多孔性の気体排出口 6から外管 2の内部へ排出される。 排 出された過酸化水素 1 2 と空気 1 3は微細な粒子となって汚泥 1 1 中に混合される。 混合された汚泥 1 1、 過酸化水素 1 2、 空気 1 3 は後から続いて供給されて く る汚泥 1 1 などによって、 外管 2の流 出口 1 0から混合されて流出される。 第一の液体用供給口 7から供 給された混合前の汚泥 1 1の M L S S (曝気槽内固形物） は 5 0 0 0〜 8 0 0 0 p p mであるが、 混合液 1 4では 1 0 0 0〜 2 0 0 0 p p mであ り、 分解反応が微細粒子となって混合された過酸化水素 によって効果的に行われたこ とが確認できる。

図 2は本発明の他の実施の形態による二液混合装置の概略構成を 示す断面図である。 図 2 の二液混合装置 1 aの構成は次のようである。 第一の液体 1 1 を通過させる液室 2 a と、 該液室 2 aに多孔性の隔壁 6 aを介し て隣接する気室 3 a と、 加圧された気体 1 3 を気室 3 aに供給する 圧縮機などの手段と、 気室 3 a内に第二の液体 1 2 を噴霧する単数 または複数 （図 2では 2個） の手段 5、 例えば噴霧ノズル 5 などを 備えている。 液室 2 aは、 第一の液体 1 1 と、 第二の液体 1 2 と、 気体としての空気 1 3 とが混合された混合液 1 4 を流出する流出口 1 0 aを液体流動方向の下流に有している。 気室 3 aは多孔性の平 板状隔壁 6 aによ り液室 2 a と連通している。 また、 気室 3 aは気 体 1 3が供給される気体供給口 8 aを側部に有している。 第二の液 体用供給管 4 aが気室 3 aの側部に設けられ、 この先端に第二の液 体 1 2 を噴霧する手段 5 が取り付けられている。

この二液混合装置 1 a によ り混合液 1 4は次のように製造される 。 先ず、 第一の液体 1 1 を液室 2 a内へ第一の液体用供給口 7 aか ら供給する。 気体 1 3は気体供給口 8 aから気室 3 a内へ供給され る。 第二の液体 1 2 は第二の液体用供給管 4 a内に供給され、 続い てノズル 5 から気室 3 a内に噴霧される。 一方、 第一の液体 1 1 は 少しずつ液室 2 aの液体流動方向に移動し、 それとともに隔壁 6 a に付着している第二の液体 1 2 が、 気体 1 3 とともに多孔性の隔壁 6 aから液室 2 a内へ排出される。 排出された液体 1 2 と気体 1 3 は微細な粒子となって第一の液体 1 1 中に混合されて泡状 （図に多 数の小粒子と して示す） となる。 混合された第一の液体 1 1、 第二 の液体 1 2、 気体 1 3 は後から続いて供給されて く る第一の液体 1 1 などによって、 液室 2 aの流出口 1 0 aから混合液 1 4 と して流 出され 。

図 2では液室 2 aが気室 3 aの上に重ねられているが、 逆に気室 3 aを液室 2 aの上に重ねるよう に構成してもよい。 また、 液室 2 aおよび気室 3 aの横断面はマッチ箱のような矩形でも半円形でも よい。

図 3は本発明の他の実施の形態による二液混合装置の概略構成を 示す断面図である。

図 3の二液混合装置 l bの構成は次のようである。 第一の液体 1 1 を通過させる中央が膨れた略円筒状の液室 2 bが縦方向に配置さ れ、 該液室 2 bの中を横方向に円筒状の気室 3 bが配置されている 。 液室 2 bの一端に第一の液体用供給口 7 bが設けられている。 気 室 3 bは多孔性の円筒状隔壁 6 bによ り囲繞され、 液室 2 b と気室 3 b とはこの多孔性の円筒状隔壁 6 bを介して隣接している。 すな わち、 気室 3 bは多孔性の隔壁 6 bによ り液室 2 b と連通している 。 気室 3 bは加圧された気体 1 3 を気室 3 bに供給する気体供給口 8 bを備えている。 気室 3 b内に第二の液体 1 2 を噴霧する手段 5 、 例えば噴霧ノズルなどを備えている。 液室 2 bは、 第一の液体 1 1 と、 第二の液体 1 2 と、 気体 1 3 とが混合された混合液 1 4 を流 出する流出口 1 O bを液体流動方向の下流端に有している。 また、 気室 3 bは気体 1 3が供給される気体供給口 8 bを側部に有し、 第 二の液体 1 2 を供給する管 4 bが気室 3 bの側部に設けられ、 この 先端に第二の液体 1 2 を噴霧する手段 5 が取り付けられている。 二 液混合装置 1 bによ り混合液 1 4 を製造する方法は上記の実施の形 態における説明に類似するのでこれに代替し、 詳細な説明は省略す る。 図 3の実施の形態では、 液室 2 bを縦方向に配置し、 気室 3 b を横方向に配置するよう に説明したが、 これらを逆配置にする こ と も 9 0度傾けた配置にするこ ともできる。

図 4は本発明のさ らに異なる実施の形態による二液混合装置の概 略構成を示す断面図である。

図 4の二液混合装置 1 cの構成は次のよ うである。 第一の液体 1 1 を通過させる円筒状の液室 2 cが横方向に配置され、 該液室 2 c の周囲を円筒状の気室 3 cが囲繞している。 液室 2 cに第一の液体 用供給口 7 cが設けられている。 気室 3 cは多孔性の円筒状隔壁 6 cによ り囲繞され、 液室 2 c と気室 3 c とは多孔性の円筒状隔壁 6 cを介して隣接している。 すなわち、 気室 3 cは多孔性の隔壁 6 c を通して液室 2 c と連通している。 気室 3 cは加圧された気体 1 3 を供給する気体供給口 8 c を備え、 気室 3 c内に第二の液体用供給 管 4 c とその先端に固定された第二の液体 1 2 を噴霧する手段 5、 例えば噴霧ノズルを備えている。 液室 2 cは、 第一の液体 1 1 と、 第二の液体 1 2 と、 気体 1 3 とが混合された混合液 1 4を流出する 流出口 1 0 c を液体流動方向の下流に有している。 二液混合装置 1 cによ り混合液 1 4 を製造する方法は上記の実施の形態に類似する のでこれに代替し、 その詳細な説明は省略する。 図 4の実施の形態 では、 液室 2 c と気室 3 c とが同心円状に横方向に配置されている が、 縦方向に配置しても よい。 また、 液室 2 c と気室 3 c との配置 を逆にしてもよい。 即ち、 気室 3 c は液室 2 cの内側に配置される ようにしてもよい。

図 5 は本発明のさ らに異なる他の実施の形態による二液混合装置 1 dの概略構成を示す断面図である。

図 5 に示すように、 第一の液体 1 1 を通過させる球状の液室 2 d が配置され、 該液室 2 dの中心に球状の気室 3 dが配置されている 。 液室 2 dに第一の液体用供給口 7 dが設けられている。 気室 3 d は多孔性の球状隔壁 6 dによ り 囲繞され、 液室 2 d と気室 3 d とは 多孔性の球状隔壁 6 dを介して隣接している。 すなわち、 気室 3 d は多孔性の球状隔壁 6 dを通して液室 2 d と連通している。 気室 3 dは加圧された気体 1 3 を供給する気体供給口 8 dを備え、 気室 3 d内に第二の液体用供給管 4 d とその先端に固定された第二の液体 1 2 を噴霧する手段 5、 例えば噴霧ノズルを備えている。 液室 2 d は、 第一の液体 1 1 と、 第二の液体 1 2 と、 気体 1 3 とが混合され た混合液 1 4を流出する流出口 1 0 dを液体流動方向の下流に有し ている。 二液混合装置 I dによ り混合液 1 4を製造する方法は上記 の実施の形態における説明に類似するのでこれに代替する。 また、 液室 2 dと気室 3 dとの配置を逆にしても よい。 即ち、 気室 3 dは 液室 2 dの外側に配置されるよう にしてもよい。

Claims

請求の範囲

1 . 第一の液体と第二の液体を混合する二液混合装置におい て、 前記第一の液体を通過させる液室と、 該液室に多孔性の隔壁を 介して隣接する気室と、 加圧された気体を前記気室に供給する手段 と、 前記気室内に前記第二の液体を供給する手段とを備えてなる こ とを特徴とする二液混合装置。

2 . 前記液室が曲面または平面を含む単面体または多面体で 形成され、 前記気室が曲面または平面を含む単面体または多面体の 前記隔壁を介して該液室内に少な く とも一部が配されていることを 特徴とする請求項 1記載の二液混合装置。

3 . 前記気室が曲面または平面を含む単面体または多面体で 形成され、 前記液室が曲面または平面を含む単面体または多面体の 前記隔壁を介して該気室内に少な く とも一部が配されているこ とを 特徴とする請求項 1記載の二液混合装置。