JPH10258222A - 撹拌翼 - Google Patents

撹拌翼

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JPH10258222A
JPH10258222A JP9008010A JP801097A JPH10258222A JP H10258222 A JPH10258222 A JP H10258222A JP 9008010 A JP9008010 A JP 9008010A JP 801097 A JP801097 A JP 801097A JP H10258222 A JPH10258222 A JP H10258222A
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寿夫 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 通気撹拌を行う撹拌槽で使用する安価,省ス
ペースかつ高効率でガス吸収を行うことができる撹拌翼
を開発すること。 【解決手段】 撹拌翼は、吐出流型の内部撹拌翼1の周
りに軸と一体回転する開口率30〜50%の多孔円筒2
が取り付けられていることを特徴としている。内部撹拌
翼1は、一般的に発酵槽等の通気撹拌に使用される吐出
流型の撹拌翼を使用し、翼によって水平方向に吐出され
る気液流が確実に翼周りに取り付けた多孔円筒2に衝突
する構造となっており、この気液流の衝突による圧力変
化により気泡が微細化されガス吸収速度が向上する。 【効果】 本発明の撹拌翼は、通気撹拌が必要な発酵
槽,曝気槽,反応槽(水素化,酸化)に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通気撹拌を行う撹
拌槽で使用され、翼直下のノズルまたはスパージャーか
ら供給されるガスを微細化し液中に分散させ、安価,省
スペースかつ高効率でガス吸収を行う撹拌翼に関するも
のである。本発明の撹拌翼は、通気撹拌が必要な発酵
槽,曝気槽,反応槽(水素化,酸化)等に有用である。
【0002】
【従来の技術】通気撹拌を利用する代表的なものに発
酵、廃水処理、酸化、水素化など様々なプロセスが挙げ
られる。これらの中でも特に好気性の発酵プロセスにお
いては通気と撹拌により培養の酸素要求量を充足させて
いるが、その多くが使用する発酵槽の酸素供給能で生産
性が律速されているのが実状である。通気撹拌槽におけ
る撹拌の目的は、気泡を細分化して均一分散状態を作る
ことや気体成分の液中への吸収などが挙げられる。撹拌
槽を利用する気−液接触装置におけるガス吸収について
は、以下の関係式が一般的に知られている。 (Ind.Eng.Chem., 45, P.2554-(1944)) KLa ∝ Pv^α・Us^β ここで、KL:液境膜の物質移動係数 a:単位体積あたりの気液界面積 Pv:単位体積あたりの撹拌動力 Us:通気線速 α,β:定数 ガス吸収を向上するためには、上記式のKLは物質の物
性や流動状態により決まるため、気液界面積aをいかに
大きくするか、すなわち気泡をいかにして小さく***せ
しめるかが課題となる。実際は、撹拌動力Pvを大きく
する,通気量Usを大きくするなどが容易に考えられ
る。
【0003】更には、撹拌動力や通気量の増加をできる
だけおさえ、効率よく気泡を小さく***させる工夫や撹
拌翼の開発が必要となる。近年、微生物の破壊を生ずる
ことなく気液の混合を効率化した翼(特開平05−10
3956)、撹拌翼を取り囲むように金網を発酵槽に固
定して取り付けることにより酸素移動容量係数(KL
a)を向上する発酵槽改良法(特公平3−4196),
撹拌翼先端にガス導入口を取り付けることにより混合及
び気液接触を効率的に行う方法(特公昭57−6089
2)、また2枚1組のプロペラ翼と多孔円筒を一体回転
させる撹拌羽根により撹拌混合効率が良好となる撹拌羽
根(特公平6−85862)、等が考案されその効果が
確認されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た撹拌動力や通気量を大きくすることは実際の商業スケ
ールにおいては設備の大型化、またエネルギーの増大と
なりガス吸収を向上することは容易ではない。実際、撹
拌動力を大きくする場合、撹拌回転数を上げる,翼を大
きくするなどの方法が考えられるが、そのためには撹拌
機そのものを変更するだけではなく撹拌槽の強度を増す
など撹拌に関わる他の部分に関しても何らかの改良,増
強が必要となる。特に既存の設備については上記のよう
な改良,増強は施工また投資の面から考えても大変に困
難である場合が多い。
【0005】また、近年種々開発されたものについても
工業的なスケールで運転する場合、回転数を大きくしな
ければ効果が発揮できない、設備が複雑となる、また設
備が大型化(撹拌槽内に取り付けが困難な大きさにな
る)するなどの問題点が挙げられるものもある。このよ
うに、あまりに動力特性がタービン翼などの従来翼と異
なる場合、また翼が大型化してしまう場合は、既存の設
備に導入することは困難となってしまう。
【0006】そこで本発明は、以上の問題点を解消し、
通気撹拌を行う撹拌槽で使用する安価、省スペースかつ
高効率でガス吸収を行う撹拌翼を開発することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の撹拌翼は、吐出流型の撹拌翼において、吐
出流型の撹拌翼の周りに軸と一体回転する多孔円筒が取
り付けられていることを特徴とする撹拌翼に関するもの
である。本発明においては、軸と一体回転する多孔円筒
の開口率が30〜50%であることが好ましい。
【発明の実施の形態】
【0008】以下、添付図面により本発明の実施の形態
について説明する。図1は本発明の撹拌翼の一実施形態
を示す概略図である。本発明の撹拌翼の基本的な構造
は、気泡上昇を防止する円盤を有する吐出流型の内部撹
拌翼1の周りに軸と一体回転する多孔円筒2が取り付け
られていることを特徴としている。図1では、内部撹拌
翼1として、円筒翼の例を記載している。内部撹拌翼1
として、一般的に発酵槽等の通気撹拌に使用される吐出
流型の撹拌翼が使用され、翼によって水平方向に吐出さ
れる気液流が確実に翼周りに取り付けた多孔円筒に衝突
する構造となっている。内部撹拌翼1として、吐出流型
の撹拌翼を使用すると、羽根から吐出された気液流を多
孔円筒2に垂直に衝突させることができ、大きな圧力変
化を生じさせることが可能となるため、本発明において
は、軸流型の撹拌翼でなく、吐出流型の撹拌翼を使用す
る。この気液流の衝突による圧力変化により気泡が微細
化されガス吸収速度が向上する。また、多孔円筒が軸と
一体回転するため、吐出流がもっとも強い羽根先端に隙
間なく多孔円筒を設置でき、最大の圧力変化を生じるこ
とができる。仮に、多孔円筒を撹拌翼ではなく撹拌槽に
固定して設置した場合、翼と多孔円筒の衝突を防ぐため
ある程度の隙間を取らなければならず、最大の圧力変化
を生じることができなくなってしまうため、効率的では
ない。
【0009】本発明の撹拌翼に使用される内部撹拌翼と
しては、フラットタービン翼,ピッチドタービン翼,CO
NCAVE翼,円筒翼等を挙げることができるが、吐出流型
の撹拌翼であれば使用可能である。
【0010】本発明の撹拌翼に使用される多孔円筒2と
しては、開口率が30〜50%好ましくは35〜45%
であるパンチングメタルまたは網目構造を持つ筒状体が
適当である。また、多孔円筒2の高さLは、内部撹拌翼
羽根幅bの1.5〜3倍、直径rは、内部撹拌翼直径d
の1.01〜1.05倍が適当である。多孔円筒2の素
材としては、セラミック、ステンレス、鉄等を挙げるこ
とができるが、強度的に使用可能な材料であれば、その
由来は問わない。
【0011】また、内部撹拌翼1と多孔円筒2の取り付
け方法としては、内部撹拌翼先端部と多孔円筒を溶接ま
たはボルトにより固定する方法または内部撹拌翼円盤部
分に多孔円筒固定用のラグを取り付け、多孔円筒を固定
する方法等を挙げることができる。多孔円筒2の取り付
け位置としては、内部撹拌翼の羽根が多孔円筒の中心に
くるように設置するのが適当である。また、本発明にお
いては、空気等気体(ガス)の通気は、本発明の撹拌翼
直下に設置した単孔ノズル,多孔ノズルまたはスパジャ
ー等によって行えば良く、特に通気方法は限定されな
し。
【0012】本発明の撹拌翼は、通気撹拌を利用する撹
拌槽(発酵、廃水処理、酸化、水素化など)において、
従来の撹拌翼による気泡微細化よりも更に微細な気泡を
発生し、ガス吸収効率を向上する。
【0013】
【実施例】以下、実施例にて、本発明を具体的に説明す
る。 <実施例1>本発明の実施例を図2に基づき説明する。
図2は測定に用いた撹拌槽の全体装置図である。撹拌槽
は70L透明アクリル製蓋付き円筒撹拌槽であり、底部
には鏡加工(10%皿型鏡底)を施している。また、槽
壁に30mm幅のバッフルを8枚対称的に取り付けた。
液深HLについては槽径Dに対し、HL/D=1(ここ
で、D=400mm)とした。上記撹拌槽を用い、亜硫
酸ソーダ法にて撹拌翼の酸素供給性能OTR(Oxygen T
ransferRateの略称:OTR∝KLa)を測定し、本発
明の効果を調べた。本発明の撹拌翼は撹拌槽底部付近の
スパージャーノズルの真上に設置され、スパージャーノ
ズルより0.85VVM(1分あたりの通気量/張り込
み液量)の通気を行いテストを行った。ここで、本発明
翼の内部撹拌翼には、8枚タービン翼および円筒翼(共
に、翼径d=110mm,羽根幅b=21mm)を使用
し、また、多孔円筒には直径r=115mm,高さh=
50mm,開口率38%,孔径2mmのパンチングメタ
ルを用いた。表1に示した通り、本発明翼を用いること
により通気撹拌にて一般的に使用される8枚タービン
翼、また「EGSTAR」(商品名、エイブル(株)
製)翼に比べ同一撹拌動力下(Pv=1kW/m3)にお
いて酸素供給性能OTRが最大26%向上した。ここで
用いた8枚タービン翼は、円盤に板型の羽根を取り付け
た撹拌翼(翼径d=110mm,羽根幅b=21mm)
であり、また「EGSTAR」翼は2枚1組のプロペラ
翼と多孔円筒を一体回転させる撹拌羽根により撹拌混合
効率が良好となる撹拌羽根(翼径d=200mm,円筒
高さL=200mm)(特公平6−85862に記載の
撹拌羽根である。)である。
【0014】
【表1】
【0015】次に、上記で使用した本発明翼の多孔円筒
の開口率を変化させ、上記と同じ条件で酸素供給性能O
TRの変化を測定した。多孔円筒の開口率を0,30,
35,44,50、55%と変化させたときの測定結果
を表2に示す。表2の酸素供給性能OTRは撹拌動力1
kW/m3の時の数値を示している。表2より、開口率
が30〜50%のとき、8枚タービン翼よりも高い酸素
供給性能を示すことが判る。開口率がこれより大きくな
ると吐出流が容易に多孔円筒を通り抜けてしまうため、
多孔円筒内外に生じる圧力変化が小さくなる。また、開
口率がこれより小さくなると多孔円筒による抵抗が大き
くなりすぎてしまい、吐出流が多孔円筒を通り抜けなく
なってしまう。
【0016】
【表2】
【0017】<実施例2>2.5m3発酵槽に本発明の
撹拌翼を取り付け、亜硫酸ソーダ法により酸素供給性能
OTRを測定した。撹拌条件は、液量1.5m3,通気
量1/3VVM,温度30゜Cである。通気は、実施例
1と同様に撹拌翼直下に設置されたスパージャーノズル
から行った。ここで、本発明翼の内部撹拌翼には、円筒
翼(翼径d=500mm,羽根幅b=80mm)を使用
し、多孔円筒には、直径r=510mm,高さh=19
0mm,開口率40%,孔径5mmのパンチングメタル
を用いた。また、比較例として本発明翼のかわりに8枚
タービン翼(翼径d=500mm,羽根幅b=80m
m)を使用して同様の実験を行った。
【0018】以上の条件で実施した結果、単位体積当た
りの撹拌動力1kW/m3の条件下において、酸素供給
性能は、タービン翼が86.4mol/m3・hrであ
ったのに対し、本発明翼では107.7mol/m3
hrと約25%向上した。
【0019】<使用例1>2.5m3発酵槽に本発明を
取り付け、特公昭52−024593に記載のブレビバ
クテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)QBS
−4菌(FERMP−2308)を用いて、L−グルタ
ミン酸発酵を行った。まず、表3の組成を有する培地を
調整し、その20mlずつを500ml容振とうフラス
コに分注し、115℃で10分加熱殺菌した後、See
d培養を行った。
【0020】
【表3】
【0021】次に表4に示すMain培地を調整し、1
15℃で10分殺菌した後Seed培養液を接種し、培
養温度31.5℃にて2.5m3発酵槽を用いMain
培養を行った。ここで、撹拌条件は回転数175rp
m,通気量1/2VVMで行った。通気は、実施例1と
同様に撹拌翼直下に設置されたスパージャーノズルから
行った。また、撹拌翼としては、8枚タービン翼(翼径
d=500mm,羽根幅b=80mm)と本発明翼を用
いて、それぞれについて培養を行った。ここで、本発明
翼の内部撹拌翼には、円筒翼(翼径d=500mm,羽
根幅b=80mm)を使用し、多孔円筒には直径r=5
10mm,高さh=190mm,開口率40%,孔径5
mmのパンチングメタルを用いた。培養中アンモニアガ
スにより培養液のpHを7.8に調整した。培養液中の
糖が消費された時点で発酵を終了し、培養液中に蓄積し
たL−グルタミン酸を測定した。培養結果を表5に示
す。
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】その結果、表5に示す通り本発明翼を用い
ることにより酸素供給速度が向上し、L−グルタミン酸
生成速度を2.51g/l/hrから3.14g/l/
hrへと約25%向上することができた。
【0025】
【発明の作用・効果】本発明の撹拌翼は、吐出流型の翼
の周りに軸と一体回転する開口率30〜50%の多孔円
筒が取り付けられていることを特徴としており、羽根か
ら吐出された気液流が多孔円筒に垂直に衝突するため、
大きな圧力変化を生じることができ、気泡の微細化を効
率よく行うことができる。そのため、通気撹拌を行う撹
拌槽のガス吸収効率向上、また省エネルギーに貢献す
る。
【0026】また、タービン翼等の吐出型翼を使用する
既存の撹拌槽の改良においては、本発明翼は動力特性的
に大きな差がないため、モーター交換,減速機交換,発
酵槽の増強といった設備の大幅な改造が少なく、撹拌翼
を交換するだけで能力向上が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撹拌翼の概略図(内部撹拌翼が円筒翼
の場合)である。
【図2】実施例1における本発明の撹拌槽への取付け例
である。
【符号の説明】
1 内部撹拌翼 2 多孔円筒 3 羽根 4 撹拌軸 5 本発明翼 6 スパージャー 7 バッフル b 羽根幅 L 多孔円筒高さ r 多孔円筒直径 D 槽径 HL 液深
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 順 佐賀県佐賀郡諸富町大字諸富津450番地 味の素株式会社九州工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吐出流型の撹拌翼において、吐出流型の撹
    拌翼の周りに軸と一体回転する多孔円筒が取り付けられ
    ていることを特徴とする撹拌翼。
  2. 【請求項2】軸と一体回転する多孔円筒の開口率が30
    〜50%であることを特徴とする請求項1に記載の撹拌
    翼。
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