JPH01288323A - 改善された気体分散方法及び装置 - 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、気体及び液体の混合に関するものであり、特
には液体中への気体の分散の向上に関するものである。

元旦３ど１旦 液体中への気体の分散は広く様々の工業的操作の重要な
特徴である。即ち、気体は、多くの気体溶解、気体−液
体反応及び溶存気体用途の気体ストリッピングに対して
気体が液体中に分散せしめられる。気体が非常に細かい
気泡の形で液体中に微細に分散される程、もっと大きな
気泡形態の同等量の気体と液体との間での表面積に比べ
て気液界面表面積は相当に増大する。気液界面表面積の
増大は結局気泡からの気体の液体中ｌ＼の物質移動並び
に液体から気泡中への溶存気体の移動を増大することが
知られている。斯くして、これまでよりはるかに高い界
面面積を与えることにより、気体溶解、気体ストリッピ
ング及び気相と液相中の物質との反応のような気体−液
体プロセスはすべて改善されよう。

１米且菫 気液混合物中での音速を超えての気液混合物の流速の変
化の結果として、液体中の気泡はそれにより創出される
音波衝撃波により実質上細分される。この現象は、気液
混合物中での音速未満の速度から音速を超える速度への
気液混合物速度の加速に際して及び／或いは流速が音速
以上からそれ以下へと減少するときに起こる。前記衝撃
波作用の結果として、約０．１〜０．０１　ｍｍの範囲
の直径を有する細かい気泡が創出される０代表的に約２
ｍｍの泡直径を有するもっと大きな寸法を最初持つ気液
混合物に対しては、そうした微細な気泡の形成は最初の
大きな直径の気泡の表面積に比べて２０〜２００倍のオ
ーダでの気泡表面積の増大に相当する。

液体中に分散される気泡の寸法を減少するために音波衝
撃波の使用は、廃水中への酸素の溶解に特に向けられた
米国特許第４．６３９．３４０号に開示される。酸素が
廃水の加圧流れ中に側管から導入されそして気液混合物
中で音速未満の流速において該流れ中に分散せしめられ
る。この目的のために、上記特許は、廃水の加圧流れが
通される導管と酸素導入のための側管が交わる地点のす
ぐ下流で、廃水流れ中に溶解している酸素とは別に、少
な（とも２ｍ／秒の流速が液体中への気泡の一様な分散
を創出しそして維持するための乱流条件を確立するため
に使用されるべきことを示している。代表的に、液体中
への気体のそうした一様な分散は導管の直径の少なくと
も約３倍の距離における乱流状態において発現され得る
。しかし、酸素導入地点と気液混合物の超音速への加速
のための手段の位置との間の距離は実際的な工業用途に
おけるこの距離よりかなり長いことがあり得ることが理
解されよう。前記特許は、亜音速ではあるが乱流流れに
おいて前記速度で形成された一様に分散された気液混合
物の通人は気液混合物の音速を超える速度への流速の加
速のためのベンチュリーまで及ぶことを開示する。それ
は、ベンチュリーのその上流端と最小直径を有するその
スロート部分との間での領域において、前記一様に分散
した気液混合物の速度は増大しそして該分散体中で音速
を超える速度に達することを記載し、またベンチュリー
のその領域内で音波衝撃波が創出されることを記載する
。その結果、分散体中比較的粗大な酸素泡が衝撃波から
生ずる乱流によりもっと小さな微細気泡に剪断される。

ベンチュリースロートを通過した後、加圧流れはベンチ
ュリーが広くなるに従い減速され、最終的に亜音速に戻
る。

にもかかわらず、この速度は、廃水中に乱流を維持しそ
して酸素気泡の一様な分散を維持するに充分高い。前記
特許はまた、従来酸る種の気液混合操作において達成さ
れたように、酸素がベンチュリースロートを通しての廃
水流れ中へ導入された場合には、音波衝撃波はベンチュ
リーの上流収斂部分では発生されないであろうことを開
示している。

日　が　　°′　　　よ　　と　　る・液体中への気体
の分散を向上するためのベンチュリー装置のこうした利
点にもかかわらず、液体中への気体の分散のための方法
及び装置の一層の改善への要望或いは必要性がいまだ存
在している。こうした要求は、気液処理作業全般に関係
し、そして工業的プロセス操業における改善のため斯界
での絶えざる要望となっている。

斯界では、工業気体を現在使用する或いは現在の実施法
を改善するのに工業気体を有益に使用する可能性のある
、広（様々の工業用途において酸素、窒素及び他の工業
気体の一層効率的使用への一般的要望もまた存在する。

免匪立旦追 本発明の目的は、液体中への気体の分散のための改善さ
れた方法及び装置を提供することである。

本発明のまた別の目的は、液体とそこに分散される気体
との間で気体及び液体間での物質移動を向上するように
気液界面の表面積を増大する方法及び装置を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的は、気液分散操作の効率を増進し
うる方法及び装置を提供することである。

及旦Ｊυｉ要 気体分散の向上は、超音速流れ速度を創出するのに使用
される流れ絞り手段に近接して液体中に気体を導入する
ことにより実現されることが判明した。絞りの上流での
流れ速度は、これまでのように乱流条件を創出しそして
維持するに充分太き（ある必要はないことが判明した。

驚（べきことに、液体中への気体の向上せる分散を達成
するのに気液混合物の超音速への加速そして続いての亜
音速への減速に先立って、気体及び液体は一様に分散さ
れる必要はないことが明らかとなった。

日の　　を日　び 本発明の目的は、気体及び液体を気液混合物の流速を超
音速未満からそれを超えて加速しそして続いて超音速以
下まで減速することの出来る絞り手段に近接して混合す
る気液分散プロセス及びシステムの使用により達成され
る。そうした加速の前の混合物の流速は乱流状態を実現
するに充分高く維持される必要はな（、そして気体はそ
うした加速に先立って液体中に均一に分散される必要は
ない、にもかかわらず、気体と液体との間での物質移動
速度は、混合物を超音速に加速するのに使用されるベン
チュリーの上流比較的大きな距離において流速を乱流流
れ条件、その結果として液体中への気体の一様な分散を
確立しそして維持するに充分高く維持せねばならない、
上述した従来からの実施法を使用して得られる値を著し
くそして驚く程に上回って向上される。

本発明の様々の実際的な工業的具体例において、液体中
に分散されるべき気体は、気液混合物の流速を亜音速か
ら超音速まで加速し、続いて亜音速まで減速するのに使
用される流れ絞り手段に近接して液体流れが通過する際
液体流れに注入される。しかし、気体流れが同じ（絞り
手段に近接して流れるに際して液体相を気体流れに注入
する具体例を使用することもまた本発明の範囲内である
。液体流れ中への気体の導入に特に言及しての本発明の
以下の記載は便宜上全体的に好ましい具体例に関しての
ものであるが、本発明の範囲な制限するものとして解釈
されるべきでないことが理解されよう。

本発明の目的のために、気液混合物の亜音速から超音速
までの加速と続いての亜音速までの減速は、気液混合物
の所望の加速と減速とを実現し得る任意の都合のよい流
れ絞り手段により達成されつる。そうした形態の流れ手
段の一つは簡単なオリフィス構成であり、ここではオリ
フィス板が流路内に位置付けられそしてオリフィス板は
加速−減速目的とその結果としての気液混合物への音波
衝撃波効果のために望ましい気液混合物流れを達成する
ように寸法づけられた開口を備えている。

使用可能な別の形態の絞り手段は減縮直径区画を有する
管路あるいは導管であり、その場合該減縮直径区画は同
様に気液混合物の流速をそれが減縮直径区画に近付（際
亜音速から超音速まで加速せしめるよう適応する。気液
混合物が減縮直径区画から出るに際して、その速度は減
縮直径区画の下流の流れ導管の直径により決定されるも
のとしての亜音速範囲の所望の速度に減少される。当業
者は、流れ導管におけるオリフィス板あるいは減縮直径
区画の配置が流速における所望の増大を生みだすのみな
らず、流れ絞り手段を横切っての圧力損失の増大を伴う
ことを理解しよう。そうした増大せる圧力損失は全体的
な気液分散操作の動力消費量を増大するものと理解され
、従って一般に総合的な効率とコストの観点からは望ま
しくないものである。その結果、テーバのついたベンチ
ュリー形態が一般的に好ましい流れ絞り手段の形態であ
り、このベンチュリーは、存在する圧力条件において気
液混合物中で音速を境としての所望の加速−減速を実現
し同時に流れ導管内での付随する圧力損失を最小限とす
る傾向がある。

気液混合物の加速及び減速の目的の為にベンチュリーを
使用する本発明の気液分散装置の特定の具体例が第１図
に例示され、ここでは番号１はここで記載するものとし
て使用の為の前記ベンチュリーを内部に機械加工した気
液分散体を表わす。

ベンチュリーは、最小直径のスロート区画２と、上流収
斂区画３と、下流末広区画４とを含んでいる。分散体１
の上流端において、液体流れを分散体１に導入するため
入口導管５が設けられる。この具体例において、前記液
体流れの方向は液体をペンチエリ−の上流収斂区画３に
通す上流液体流れ導管６に直角であるが、但し当業者は
システムの圧力損失を最小限とするのに他の形態の液体
流れも使用可能であることを理解しよう。下流末広区画
４を通してベンチュリーから放出される気液混合物は下
流流れ導管内に流れそして分散体１から気液出口管路８
へと通る。

分散体１を通して流れる液体流れへの気体の導入のため
に、気体導入管９が上流液体流れ導管６内に位置づけら
れそしてベンチュリーの上流収斂区画３中に伸延する。

ベンチュリーの上流収斂区画３における液体中への気体
の噴射を容易ならしめるために気体噴射チップｌＯが設
けられる。気体導入管９の上流端は、ここでは、液体が
液体人口５から上流液体流れ導管６への放出のための液
体室１１及び入口カバープレート１２を貫通して伸びて
、気体供給源と連通している。０−リング１３がカバー
プレート１２と分散体１の上流端部分との間に配置され
て、両者間の流体密封シールを与えている。０−リング
１４が同様に気体導入管とカバープレート１２との間で
の流体密封状態を保証する為に設けられている。シール
板１５及び１６がＯ−リング１４の流体密閉位置への適
正な変形を保証する為にカバープレート１２の上流及び
下流端それぞれに設けられている。適当な止着手段１７
及び１８がカバープレート１２をシール板１５及び１６
並びに分散体ｌに固着するのに使用される。当業者は、
気体導入管をベンチュリーに対して任意所望の位置に摺
動するのに、手動的、機械的或いはその他の任意の都合
の良い手段が使用され売ることを理解しよう。

第１図に示される本発明の具体例において、ベンチュリ
ーのスロート区画２は０．１９”内径及び０．３６”長
さを有する。上流及び下流流れ導管６及び７の内径はそ
れぞれ０．６３″及び０，８３“とされた、収斂区画３
は０．７２“長さそして末広区画４は１“長さであった
。従って、ベンチュリーの収斂及び末広区画は同じ寸法
にする必要がないことが理解されよう。この具体例にお
けるベンチュリーの末広区画４の夾角は３４度である。

収斂区画３の夾角は３５度であり、そして気体導入管９
は１／４″内径でありそして気体噴出チップ１０の先端
内径は１／１６”である、気体噴出チップ１０は、スロ
ート区画２の上流始端からベンチュリーの収斂区画３の
上流端までの距離の約５０％のところに位置づけられる
。

上述したように、一方の流体から他方の流体への噴入、
代表的に液体流れへの気体の噴入は超音速への加速と亜
音速への減速を創出するのに使用される流れ絞り手段に
近接して実施される。本発明目的のために、流れ絞り手
段へのそうした近接は、例えば液体中への気体の噴射点
がオリフィス板、減縮直径区画、ベンチュリー或いは他
の所望の形態の流れ絞り手段を配！する流れ導管の直径
に基づいて流れ絞り手段の上流に約１直径長さを超えな
い距離に位置づけられることを意味せんとするものであ
る。流れ絞り手段のベンチュリー形態に関しては、気体
或いは他の噴入手段はベンチュリーの上流での流れ導管
即ち第１図では上流液体流れ導管６の直径に基づいて収
斂区画３の上流端から約１直径相当長さ以下の距離に位
置づけられるべきである。気体導入管９はベンチュリー
の上流でしかもそれに近接して気体流れ導管６中に配置
されつるが、気体導入管９（或いは別様には液体導入館
）はペンチエリ−自体の収斂区画内に位置づけられるこ
とが好ましい。

第２図のグラフは、第１図に実質示される気液分散シス
テムにおいて実施された水中酸素分散の用途における酸
素物質移動に及ぼす気体導入管のチップの位置づけの影
響を例示する。酸素物質移動はモル／（ｊ２−ｈｒ）で
表わされそしてペンチエリ−スロートからの気体導入管
チップの距離がインチで表わされている。スロート２の
上流始端から収斂区画３の上流端までの距離は１．８１
”であった。そして、収斂区画３の上流の流れ導管の内
径は０．８３”であった。斯くして、気体導入管のチッ
プ１０の位置づけは、本発明の実施においては、収斂区
画３の上流端から約０．８３”、即ちスロート区画２の
始端から約２．６”上流間に及びつる、上記０．８３　
”導管における水の流速は０．７３ｍ／秒であった。操
作は、水単位ｋｇ当たり約３２０ｍｇの酸素を添加しつ
つベンチュリーの下流で１５ｐｓｉｇの圧力において実
施した。第２図に例示される結果から、物質移動の観点
からは実際上なるたけベンチュリースロートに近づけて
気体噴入手段を配置することが好ましいことが理解され
る。気体噴入手段の位置がスロートから離れるにつれ、
但しベンチュリーの収斂区画内で、物質移動速度は減少
するがしかし比較的高い水準に留まっている。ベンチュ
リーの収斂区画の外側への、但し液体流れ導管の約１直
径長さを超えない距離の、最近接範囲内での気体噴入手
段の移動は一層低い物質移動しかもたらさない。しかし
、先に挙げた先行技術におけるような更に一層上流への
気体噴入手段の移動は、更に一贋低い酸素物質移動速度
特性しかもたらさない。

時として円錐角とも呼ばれる、ベンチュリーの収斂及び
末広区画の夾角は本発明に実施において広く変動し得る
ことを銘記すべきである。当業者は、ベンチュリーの収
斂側において夾角が小さい即ち細い方が大きい即ち広い
夾角を使用する場合よりも圧力損失量の低減をもたらす
ことを理解しよう。しかしながら、そうした小さくされ
た角度のベンチュリー区画は全体長さの増大に相当し、
従って製作に当たり−Ｍ複雑で且つコストのかかる工作
を必要としよう、加えて、小さな角度のベンチュリー区
画においては気体噴入手段の配置が物質移動の観点から
所望される程にベンチュリーのスロート区画に接近しえ
ない。何故なら、ベンチュリーのスロートに近接しての
気体噴入手段の配置はペンチエリ−スロートへの流体流
れを遮断或いは重大な程にまで減少する傾向があるから
である。こうした構成はまたベンチュリー内での著しい
圧力損失とシステムの運転コストのの増加をもたらすこ
とも理解されよう。他方広い夾角が使用されるとき、気
体噴入手段は所望ならベンチュリー内での流体流れの遮
断或いは著しい減少な生しることな（ベンチュリースロ
ートに一層近接して配置され得る。そうした広い角度の
ベンチュリーにおいての気体噴入手段のそうして配置は
やはり、同じ気体噴入手段をもっと狭い角度のベンチュ
リーのスロートに近接して配置した場合に起こるより一
層少ない圧力損失をもたらそう。

所望される気液混合操作の物質移動特性はこうしてベン
チュリースロートに一層近接して気体噴入手段を配置す
ることにより相応的に向上されるが、物質移動と圧力損
失の影響についての総合的考慮は、しばしば、気体噴入
手段をペンチエリ−自体の内部に或いはそこに近接して
但し物質移動効果単独の考慮から示唆されるよりもスロ
ートから一層離れた距離において気体噴入手段を配置す
る結果をもたらす。本発明の実施に従う気体噴入手段の
最適配置は混合されるべき気体及び液体の性状、管揺す
る操作温度及び圧力、所望される流量、所望されるベン
チュリーその他の流れ絞り形態、気体分散操作の性質、
与えられた気体分散操作に関する全体的経済性等を含め
広く様々の関連する操作因子に依存しよう。一般に、気
体噴入手段をスロートからベンチュリーの収斂区画への
入口までの距離の約５０％のところに配置するのが好都
合であることが見出された。しかし、以上の説明から気
体噴入手段の位置がペンチエリ−内で或いは或いはそこ
の近接して本発明の範囲内で広範囲に調節しうることが
理解されよう。

気体噴入手段は適当な気体噴射チップを有する気体導入
管であるとして例示したが、端部に放出チップ或いはノ
ズルを組み込まない簡単な気体噴入管を使用することも
本発明の範囲内である。特に向上せる物質移動のために
ペンチエリ−スロートに近接して気体噴入手段を移動す
ることに関連して、気体噴入手段の流れ閉塞作用及び圧
力への影響に関しての上記開示に鑑み、ベンチュリース
ロートに接近した距離に配置することの圧力作用を軽減
するために、気体噴入管を成るだけ小さく且つ流線形と
することが望ましいことが認識されよう。小さなチップ
部分を有する気体噴入ノズルを組み込むことによって、
ノズルをペンチエリ−スロートずっと先の最適点に配置
することが可能であり、それに伴いそれから生じる圧力
降下の増大は、そうしたペンチエリ−スロート近くに気
体噴入ノズルを配置するという利益によって得られる向
上せる物質移動特性により補償される。与えられた気液
分散操作の適用可能な流れ要件に鑑みて許容される程度
まで、下流端において伸長した針部分を有する気体噴入
管であって、針部分がベンチュリースロートに近接して
のように気体噴入管自体の配置から生じる圧力損失の著
しい増大を生じることなくペンチエリ−スロートに極め
て近接した位置に可動であるような気体噴入管を使用す
ることが望ましい。

従来実施方法に比較しての本発明の効果が、本発明並び
に３つの異なった従来方法の使用による水中への空気の
分散と関与する一連の比較試験酸素−水混合操作におい
て追加的に示される。本発明の実施法は、気体噴入ノズ
ルのチップをベンチュリーの収斂区画内にベンチュリー
スロートから液体流れ導管の直径の１／２の距離におい
て配置したベンチュリー装置の使用により例示される。

従来実施法に従って行なわれたベンチ上り一法の使用に
おいては、気体噴入ノズルのチップはベンチュリーの入
口から液体流れ導管の直径の７倍の上流距離に配置され
た。また別の方法において、即ちＴ形形態を使用する方
法においては、水は液体流れ導管に直角に噴入されそし
て酸素は水噴入地点近傍で軸線方向に液体流れ導管中に
噴入された。所謂インライン（整列形）散気器を使用す
る更に別の方法において、水はＴ方法と同じく液体流れ
導管に噴入されそして酸素もやはり該導管中に軸線方向
に噴入された。但し、酸素は液体中への気体の最初の分
散を向上することを目的とするフリッチトチツブを通し
て噴入された。本発明の実施においてそして先行技術の
実施において使用されたペンチエリ−装置は酸素及び水
速度を気液混合物中で音速未満から超音速まで加速し続
いて亜音速範囲に減速するに適合したものであり、他方
Ｔ形及びインライン散気器は亜音速範囲における流速と
関連して使用された。各場合、亜音速は操作圧力を約１
０ｐｓｉｇとして約０．７３０１／秒の上流側流速を与
えるようなものであった。酸素物質移動速度（モル／２
／ｈｒ単位）が様々の添加酸素水準（水単位ｋｇ当たり
供給される酸素のＩＩＩｇ単位）において測定され、そ
の結果を第３図に示す。

酸素の水流れ中への物質移動速度は酸素及び水の混合の
為の従来装置を使用した場合比較的低いことが見られよ
う。インライン散気器を使用して特に高めの酸素添加水
準で幾分改善された物質移動が得られることが判明した
。気液混合物中で流速を音速未満から音速を超える速度
まで加、速し、それにより超音速へのそして亜音速へに
戻っての加速−減速過程に伴う音波衝撃波効果によって
酸素気泡を細分することを可能ならしめるベンチュリー
装置を使用してかなり高い酸素物質移動速度が達成され
た。従来のベンチュリー具体例において、酸素は液体流
れにベンチュリーの上流端から流れ導管の上流直径の７
倍に相当する距離において添加された。水の速度は約０
．７３　ｍ／秒であり、これは水中に一様に酸素を分散
するに必要な乱流状態に必要とされる水準よりかなり低
い。しかしながら、そうした低い水速度は総合的な処理
観点からは望ましい０本発明の範囲に入るベンチュリー
具体例では、水速度はやはりペンチエリ−の上流で約０
．７３　ｍ／秒に維持された。本発明の実施法に従えば
、酸素は水とベンチュリーの０．１６”直径から水流れ
導管の直径にほぼ等しい距離にある地点において水と合
流された。この比較実験において使用したペンチエリ−
の収斂区画は１．８１長さでありそして水流れ導管は０
．８３“の内径を有したので、酸素噴射地点はペンチエ
リ−スロートの上流地点からベンチュリー収斂区画の上
流入口までの距離の約１／２であった。こうして酸素は
ペンチエリ−の収斂区画内で水と合流されたが、水中へ
の酸素の一様な分散は、酸素−水混合物がペンチエリ−
のスロート区画に通るに際してのその超音速への加速前
には形成されなかった。酸素がベンチュリーの上流で流
れ導管の直径の７倍の距離おいて添加される従来方式で
は、水中に一様に酸素を分散するのに必要とされる速度
未満の速度でペンチエリ−に流入する酸素−水混合物も
やはり本発明の具体例と同じ程度まで加速されたことが
理解されよう。しかし、第３図かられかるように、本発
明に従って実現された酸素物質移動速度は、同じ流速条
件で但し酸素噴入が水流れ導管においてペンチエリ−の
上流で７倍直径の地点で行なわれた場合に得られた結果
を著しく上回って増大した。

斯くして、超音速流れ速度を創出するのに使用される流
れ絞り手段に近接して気体導入手段を配置することは気
体物質移動速度の向上を可能ならしめることが判明し、
従って本発明の実施において非常に有益な物質移動／動
力所要量バランスが実現されうることがわかった。本発
明に実施において得られる改善された結果は驚（べきこ
とと思われる。これは特に先行技術の方法が気液混合物
の超音速への加速に先立って液体中への気体の一様な分
散を提供し、他方本発明の実施においてはそうした一様
な分散は実現される必要はな（、事実代表的には実現さ
れないことを考えるとき驚（べきものである。にもかか
わらず、本発明の有益な結果は、気液混合物のベンチュ
リーの下流末広部分での超音速から亜音速へと減速され
つつある速度及び（或いは）気体と液体を混合するベン
チュリーの上流収斂部分での亜音速から超音速へと加速
されつつある速度においての気体−液体混合物の通流結
果として得られる超音波衝撃波効果と関連する。与えら
れた気体−液体混合操作と関連する総合的条件に依存し
て、２重音波衝撃波効果即ち超音速流れ条件を創出する
のに使用されたベンチュリー装置或いは他の形態の絞り
手段においての気液分散体の最初の加速と減速に際して
の衝撃波効果が実現されつる可能性がありそしてそうし
た２重衝撃波効果はいかなる形であれ本発明の範囲内で
あることを理解すべきである。

本発明の範囲内で様々の変更や改変が本発明の細部にお
いて為されうることを当業者は理解しよう。例えば、気
体−液体混合物の音速は混合物の成分及びそこに関与す
る操作条件に依存することが理解されよう。しかし、一
般には、混合物の音速は液体或いは気体いずれか自体の
音速よりはるかに低い、超音速への加速と続いての減速
に基づ（本発明及び先行技術の操作を実際的な工業的操
作条件下で実施可能ならしめているのは音速に関連して
のこの特性なのである。キーファーによる論文「液体−
気体混合物中での音速Ｊ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＧｅｏ
ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ、　Ｖｏｌ、８２
．　Ｎｏ、２０．ＪｕｌｙｌＯ。

１９７７、　ｐｐ、　２８９５−２９０３には、実際の
工業的操作に有利に使用されるこの効果を確認している
。

使用される特定の気体／液体比率に依存して、空気／水
混合物中での音速は約２０ｍ／秒のオーダにもなりつる
。最初に述べた米国特許第４．６３９゜３４０号におい
て所望される結果を達成するに必要な、即ち気液分散体
中の音速の水準より低く且つ固まったり柱状での流れ（
スラグ流）や層流を回避するよう気泡が乱流により一様
に分散された状態に留まることを可能ならしめるに充分
な上流速度は、一般に少なくとも約２ｍ／秒のオーダに
ある。当業者はスラグ流が不利でありそして所望されざ
る操業及び結果の不連続性をもたらすことを認識しよう
。液体中に一様に気体を分散するに充分な乱流条件が超
音速への加速前に創出されることを保証する必要な（本
発明の実施において得られる物質移動／圧力結果の驚く
べき改善に鑑み、ベンチュリーの上流での水その他の液
体の流れ速度は上記米国特許の先行技術において必要と
された水準よりかなり低い水準に維持されつる。従って
、約０．３〜ｉｎ／秒の水流速を都合よ（使用すること
が出来る。但し、もっと高い或いは低い速度もまた使用
可能である。いずれにせよ、気体をベンチュリー中にそ
の収斂部分において或いはペンチエリ−或いは先に示し
たような他の流れ絞り手段の上流でしかもそこに近接し
て吹き込むような用途いずれにおいても、一様な分散を
実現するに充分の乱流状態をペンチエリ−の上流で創出
しそして維持することは必要でない。

本発明に実施において、液体中に噴入されるが充分に分
散されない気体は、一様な分散が一層困難である大きな
泡に成長する機会を持たない。そうした大きな泡への成
長は気体をベンチュリー上流大きな距離において吹き込
む先行技術の実施においては、特に比較的低い液体流速
が使用されたなら起こり易い。当業者は、気体が流れ導
管中の液体の圧力を超える圧力においてそして所望の気
体対液体比率を与えるように吹き込まれることを理解し
よう。

ｌ豆立旦１ 本発明の気液分散方法及びシステムは広く様々の気液混
合操作に応用し得る。斯（して、本発明は、上述した水
への酸素溶解用途のみならず、空気、酸素、塩素、或い
は他の種工業気体を様々の無機或いは有機液体中に溶解
することが所望されるような様々の操作において便宜に
使用することが出来る。加えて、本発明は、例えば水溶
液中に存在する鉄の酸化或いは有機液体の酸化のような
気液反応操作に有利に応用することが出来る。本発明は
また、例えば本発明の実施法に従って窒素を内部に吹き
込むことによる液体からの溶解酸素或いは他の揮発成分
のストリッピングのような所望される溶存気体ストリッ
ピング操作に対しても使用しうる。

ｌ肛立力１ 本発明は、液体中に気体を分散することを必要とする工
業界で非常に望ましいそして有益な進歩を与えるもので
あることが理解されよう。分散操作に対する物質移動特
性を向上ならしめることにより、本発明はベンチュリー
或いは他の形態の流れ絞り手段を使用する利益がこれま
で得られたより一層充分に実現されることを可能ならし
める。

物質移動を気体−液体分散操作の動力消費量との有益な
バランスにおいて著しく改善ならしめることにより、本
発明は、本発明の全体的利益をある特定の工業用との実
際的要件により完全に関連づけることを可能とする望ま
しいプロセス操作の融通性を提供することにより、気液
分散工業界に一段の利益を与える。絞り手段の使用と関
連して使用される流速は乱流状態を必要とした先行技術
におけるよりかなり低い水準に維持されうるから、本発
明の実際的工業実施能は更に向上し、広範囲の重要な工
業的気液分散操作に一層有利である。

こうして、本発明は広（様々の工業分野において工業気
体を使用する機会を格段に増大する役目を為し、この場
合本発明の実施において実現される分散性の向上により
そうした工業分野でのそうした気体の使用の増大への要
望が満足されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ベンチュリーを使用する本発明の気液分散装
置の具体例の、部分断面で示す側面図である。 第２図は、水流れ中への酸素の物質移動速度への酸素噴
入点のベンチュリースロートからの距離の影響を例示す
るグラフである。 第３図は、液体流れ中への気体の噴入の為の従来技術と
比較しての本発明の実施に従うベンチュリーを使用して
の水中への酸素の物質移動速度を例示するグラフである
。 １：気液分散体 ベンチュリー ２ニスロ一ト区画 ３：上流収斂区画 ４：下流末広区画 ５：入口導管 ６：上流液体流れ導管 ７：下流流れ導管 ８：気液出口管路 ９：気体導入管 １０：気体噴射チップ １１：液体室 １２：カバープレート １３．１４：Ｏ−リング １５．１６：シール板 １７．１８：止着手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）液体中への気体の分散の為の方法であって、 （ａ）前記気体及び液体を合流して、該気体一液体混合
   物中での音速より低い流速を有する気泡一液体混合物を
   形成し、 （ｂ）前記気体及び液体混合地点に近接して配置されそ
   して気体−液体混合物の流速を超音速まで加速し、続い
   て該流速を亜音速範囲に減速しうる流れ絞り手段と接触
   状態で気泡−液体混合物を流し、その場合該流れ絞り手
   段の加速−減速が液体中での気体の非常に微細な分散を
   もたらす音波衝撃波効果を創出する作用を為し、該流れ
   絞り手段の気体−液体混合地点への近接が気体−液体混
   合物の超音速への加速と続いての亜音速への減速前に気
   体と液体との一様な分散を阻止し、 それにより気体−液体分散体の物質移動特性並びに該物
   質移動−動力消費バランスを最初不均一に分散された形
   での気体−液体混合物に前記流れ絞り手段の音波衝撃波
   効果を作用させることにより向上し得ることを特徴とす
   る、液体中への気体の分散方法。 ２）流れ絞り手段がオリフィス板から成る特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３）流れ絞り手段が気体及び液体を流送する流れ導管の
   減縮直径区画から成る特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ４）流れ絞り手段がベンチユリーから成る特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ５）流れ絞り手段が混合すべき流体の一方を流す流れ導
   管内に配置され、他方の流体が該流れ絞り手段の上流で
   該流れ絞り手段から該流れ導管の直径に基づいて約１直
   径長さを超えない距離において前記一方の流体に添加さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）流れ絞り手段がオリフィス板から成る特許請求の範
   囲第５項記載の方法。 ７）流れ絞り手段が気体及び液体を流送する流れ導管の
   減縮直径区画から成る特許請求の範囲第５項記載の方法
   。 ８）流れ絞り手段がベンチュリーから成る特許請求の範
   囲第５項記載の方法。 ９）液体が流れ導管を通して流され気体が液体中に噴入
   されて気泡−液体混合物を形成する特許請求の範囲第８
   項記載の方法。 １０）気体が液体流れ中にベンチユリーの収斂区画内に
   位置付けられる噴入点において噴入される特許請求の範
   囲第９項記載の方法。 １１）気体噴入点がベンチュリースロートからベンチュ
   リーの収斂区画の上流端までの距離の約１／２のところ
   に位置づけられる特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２）気体噴入点がベンチュリースロートに近接する特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。 １３）気体噴入点が流れ導管内でベンチユリーの収斂区
   画の上流に位置づけられる特許請求の範囲第１０項記載
   の方法。 １４）流れ絞り手段の上流での気体−液体混合物の流速
   が液体中に気体を一様に分散せしめるに充分の乱流の確
   立に必要とされる速度より小さい特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 １５）ベンチュリーの上流での流れ導管中の液体流れが
   液体中に気体を一様に分散せしめるに充分の乱流の確立
   に必要とされる速度より小さな速度において流れ導管を
   通して流される特許請求の範囲第９項記載の方法。 １６）ベンチュリーの収斂区画上流での気体が噴入され
   る液体流れが液体中に気体を一様に分散せしめるに充分
   の乱流の確立に必要とされる速度より小さな速度である
   特許請求の範囲第１３項記載の方法。 １７）気体−液体分散が液体中への気体の溶解のための
   プロセスである特許請求の範囲第１項記載の方法。 １８）気体が酸素でありそして液体が水である特許請求
   の範囲第１７項記載の方法。 １９）気体−液体分散が気体と液体との反応のためのプ
   ロセスである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ２０）気体−液体分散が液体から溶存気体をストリッピ
   ングするのに気体を使用するプロセスである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ２１）気体−液体分散が液体中への気体の溶解のための
   プロセスである特許請求の範囲第９項記載の方法。 ２２）気体が酸素でありそして液体が水である特許請求
   の範囲第２１項記載の方法。 ２３）液体中への気体の分散のための装置であって、 （ａ）前記気体及び液体を合流する流れ導管と、 （ｂ）前期流れ導管を通して合流されるべき流体の一方
   を流すための流れ手段と、 （ｃ）気体及び液体の所望の合流のため一方の流体を噴
   入して気体−液体混合物を形成するための噴入手段と、 （ｄ）前記流れ導管内に前記噴入手段の下流で且つ該噴
   入手段に近接して配置されそして気体−液体混合物の流
   速を超音速まで加速し続いて該流速を亜音速範囲に減速
   しうる流れ絞り手段にして、その場合該流れ絞り手段の
   加速−減速作用が液体中での気体の非常に微細な分散を
   もたらす音波衝撃波効果を創出する作用を為し、該流れ
   導管内の流れ絞り手段の噴入手段への近接が気体−液体
   混合物の超音速への加速と続いての亜音速への減速前に
   気体と液体との一様な分散を阻止し、 それにより気体−液体分散体の物質移動特性並びに該物
   質移動−動力消費バランスを最初不均一に分散された形
   での気体−液体混合物に前記流れ絞り手段の音波衝撃波
   効果を作用させることにより向上し得ることを特徴とす
   る、液体中への気体の分散装置。 ２４）流れ絞り手段がオリフィス板から成る特許請求の
   範囲第２３項記載の装置。 ２５）流れ絞り手段が流れ導管の減縮直径区画から成る
   特許請求の範囲第２３項記載の装置。 ２６）流れ絞り手段がベンチュリーから成る特許請求の
   範囲第２３項記載の装置。 ２７）噴入手段が流れ絞り手段の上流で該流れ絞り手段
   から流れ導管の直径に基づいて約１直径長さを超えない
   距離において配置される特許請求の範囲第２３項記載の
   装置。 ２８）流れ絞り手段がオリフィス板から成る特許請求の
   範囲第２７項記載の装置。 ２９）流れ絞り手段が気体及び液体を流送する流れ導管
   の減縮直径区画から成る特許請求の範囲第２７項記載の
   装置。 ３０）流れ絞り手段がベンチュリーから成る特許請求の
   範囲第２７項記載の装置。 ３１）流れ手段が流れ導管を通して液体を流すための手
   段から成り、そして噴入手段が該流れ導管を通して流れ
   る液体中に気体を噴入するための手段から成る特許請求
   の範囲第３０項記載の装置。 ３２）気体噴入手段がベンチユリーの収斂区画内に位置
   づけられる特許請求の範囲第３１項記載の装置。 ３３）気体噴入手段がベンチュリースロートからベンチ
   ュリーの収斂区画の上流端までの距離の約１／２のとこ
   ろに位置づけられる特許請求の範囲第３２項記載の装置
   。 ３４）気体噴入手段がベンチュリースロートに近接する
   特許請求の範囲第３２項記載の装置。 ３５）気体噴入手段が流れ導管内でベンチュリーの収斂
   区画の上流に位置づけられる特許請求の範囲第３２項記
   載の装置。