JPH10258222A - 撹拌翼 - Google Patents
撹拌翼Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の場合)である。
である。
Claims (2)
- 【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。 - 【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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