JPWO2003023306A1 - Draft tube and bubble column - Google Patents

Abstract

気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、且つ、側周面全面に空隙を有する、ドラフトチューブ。A draft tube installed in a tower that stores a solution of a bubble tower, wherein the draft tube is formed by a hollow pipe and has a void on the entire side peripheral surface.

Description

技術分野
本発明は、ドラフトチューブ及び気泡塔に関する。
背景技術
従来、通気攪拌槽やドラフトチューブを設けた気泡塔が、ガス吸収、微生物の培養等に利用されている。
しかし、従来の通気攪拌槽は、槽上部に攪拌用のモーター（図示せず）を設置し、槽内に攪拌機を設置しているために、溶液を収容する塔（缶体）の壁面を厚くして強度を持たせる必要があり、攪拌機の軸受けが必要であり、また、微生物の培養に使用する場合は攪拌軸部分の無菌性を維持する設備が必要であるなど、設備費用が高くなるという問題がある。
気泡塔としては、例えば、図２１に示すようなタイプのものが既に提案されている。
気泡塔が、通気攪拌槽と大きく異なる点は、溶液を収容する塔（缶体）内に収容した溶液の攪拌混合を通気によって生じる液流れに依存している点にある。
例えば、図２１に示す気泡塔３０１は、溶液を収容する塔（缶体）３０２と、塔（缶体）３０２内に設けられたドラフトチューブ３０３と、塔（缶体）３０２のドラフトチューブ３０３の下方位置に設けられたスパージャ３０４とを備え、スパージャ３０４に設けられた複数の貫通孔３０４ｈ・・・から塔（缶体）３０２内に収容された溶液に気泡を送り込んで、塔（缶体）３０２内に収容した溶液を攪拌混合している。
ところで、一般に、気泡塔では、通気に伴う蒸発や、運転中の溶液の添加等の操作によって、運転中に塔（缶体）内の液面の高さ（液面レベル）が変動することがある。
図２１に示す気泡塔３０１のように、溶液を収容する塔（缶体）３０２内にドラフトチューブ３０３を設けたものの場合には、塔（缶体）３０２内の溶液量が減少して液面レベルがドラフトチューブ３０３の上端より下になると、ドラフトチューブ３０３の内側と外側との液の循環が阻害されるので、液の混合が悪化するという問題がある。
この問題を解決する気泡塔としては、図２２に示す気泡塔４０１のようなものが存在する。
この気泡塔４０１では、溶液を収容する塔（缶体）３０２内に設けたドラフトチューブ４０３の上方位置に貫通孔４０３ｈを形成している。
しかしながら、この気泡塔４０１の場合も、混合性を保つためには、液レベルを貫通孔４０３ｈより上にする必要がある。
また、図２３の気泡塔５０１では、ドラフトチューブ５０３を複数の板５０３Ａ・・・を用いて構成しており、複数の板５０３Ａ・・・の各々の間の空隙により、塔（缶体）３０２内に収容した溶液の液面レベルに変化が生じても液の循環による混合攪拌が可能である。しかしながら、このドラフトチューブ５０３は、実際には、溶接部分を多数必要とし、構造が複雑であるので、製作費用が高くなるといった問題や、微生物の培養に使用する場合には、無菌性の保持が困難になるといった問題や、メンテナンスに手間を要する等の問題がある。
また、一般に、気泡塔を使用する場合は、発熱反応や吸熱反応を伴うことが多く、冷却装置もしくは加熱装置を気泡塔の塔（缶体）内もしくは、気泡塔の塔（缶体）外に設けることで熱交換を行い、温度コントロールを行なっている。
しかしながら、一般に、気泡塔自体が大きくなると、温度コントロールのための熱交換装置の単位容積あたりの伝熱面積が取りにくくなる。
このため、大型の気泡塔では、大きな発熱や大きな吸熱を伴う発酵や化学反応を行う場合に伝熱面積が確保できなくなるという問題があり、気泡塔を大型化する場合の制約原因の一つとなっている。
このような理由から、気泡塔の塔（缶体）外部に冷却用ジャケットを設置する方法では、気泡塔の塔（缶体）の大きさは数ｍ^３程度の容量が限界であった。
そこで、図２４に示す気泡塔６０１のように、塔（缶体）３０２の外部に熱交換装置６０２を設け、塔（缶体）３０２内の溶液を熱交換装置６０２に流通循環し、塔（缶体）３０２に収容されている溶液の温度を一定に保つ工夫がなされているが、このような気泡塔６０１のような気泡塔では、塔（缶体）３０２内の温度が不均一になるといった問題がある。
発明の開示
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであって、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なえるドラフトチューブ及びそのようなドラフトチューブを用いた気泡塔を提供することを目的としている。
請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、側周面全面に空隙を有するドラフトチューブである。
このドラフトチューブは、側周全面に空隙を有するので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に取り付ければ、塔内に収容される溶液の量がどのような量であっても、ドラフトチューブの側面全面に設けられている空隙を通じて、ドラフトチューブ内の溶液と、ドラフトチューブの外側に存在する溶液とを流通循環させることができる。
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
また、このドラフトチューブは、中空パイプにより形成されているので、中空パイプ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を所定の温度に効率良く制御することができる。
請求の範囲第２項に記載のドラフトチューブは、横断面形状が、円形形状、楕円形形状または角形形状である、請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブである。
ここに、本明細書で用いる用語、「横断面形状」は、ドラフトチューブの中心軸に対し、ドラフトチューブをその中心軸に対して直交する方向に切断したドラフトチューブの切断面の形状を意味する。
横断面形状としては、ドラフトチューブとして機能する形状であればいかなる形状でもよい。
横断面形状としては、例えば、円形形状、楕円形形状、または、三角形状、四角角形その他の多角形状を含む種々の角形形状をあげることができる。
請求の範囲第３項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成される、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブである。
このドラフトチューブは、コイル状に巻回りされた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
したがって、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を運転することができる。
更に、このドラフトチューブは、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの巻き線数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプの下端から上端に向けて、熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができる。
請求の範囲第４項に記載のドラフトチューブは、中空パイプを、ジグザグに折り曲げられて形成される、請求の範囲第１項又は第２項に記載のドラフトチューブである。
このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に用いれば、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブの側面に形成される空隙を通じ、塔内に収容されている培養液又はガス吸収溶液をドラフトチューブの内外で流通循環させることができる。
更に、このドラフトチューブは、ジグザグに折り曲げられた中空パイプにより形成されているので、単位長さ当たりの中空パイプの折れ曲がり数に基づいて、ドラフトチューブの側面の開口率を希望する開口率に設計したり調整したりし易い、という特徴を有する。
また、このドラフトチューブを気泡塔の塔内に収容し、中空パイプ内に熱交換媒体を流通すれば、気泡塔の塔内に収容した溶液を所望の温度に制御することができる。
請求の範囲第５項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されるドラフトチューブである。
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニットの各々に、熱交換媒体を流通して、気泡塔の塔内に収容した溶液を効率よく所望の温度に制御することができる。この場合、熱交換効率を考慮して、熱交換媒体は、複数個のドラフトチューブユニットの各々を形成する中空パイプの下端から上端に向けて流通することが好ましい。
このドラフトチューブでは、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
請求の範囲第６項に記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されているドラフトチューブである。
このドラフトチューブでは、ジグザグに折り曲げられた形状の中空パイプにより形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層され、複数個のドラフトチューブユニット毎に熱交換媒体を流通することができるので、複数個のドラフトチューブユニットの各々に流通する熱交換媒体の供給条件を同じにすれば、複数個のドラフトチューブユニットの各々の熱交換効率を同じ条件とすることができる。
したがって、該ドラフトチューブユニットを積層すれば、熱交換チューブを塔内の縦方向に一様に配置できるので、塔内の溶液に温度むらが生じにくくなる。また、複数個のドラフトチューブを用いることで、熱交換媒体の量を増やすことができるので熱交換能力を上げることができる。
請求の範囲第７項に記載のドラフトチューブは、ドラフトチューブの側周面の空隙率が、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、１％以上９９％以下の範囲内にある、請求の範囲第１項〜第６項のいずれかに記載のドラフトチューブである。
ドラフトチューブの側周面の空隙率は、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、１０％以上９０％以下の範囲内にあることが、より好ましく、２５％以上５０％以下であることがさらに好ましい。
尚、空隙率は以下の式で求めることができる。
空隙率（％）＝ドラフトチューブの側周面において、ドラフトチューブを構成する中空パイプと中空パイプの隙間により形成される空隙が占める面積／ドラフトチューブの側周面の面積×１００
また、空隙率は、気泡塔の塔の大きさ、塔内に収容する溶液の量、溶液の流通循環方法等によって、種々の値に設定することができる。
しかしながら、空隙率を、極端に低くする、例えば、０％とすると、ドラフトチューブの側周面を介した、溶液のドラフトチューブ内外の流通循環が完全に損なわれてしまうので好ましくない。
一方、空隙率を、極端に大きくすると、ドラフトチューブの存在が希薄となり、ドラフトチューブを塔内に設けていない気泡塔と同様の効果しか奏し得なくなるため、好ましくない。
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブの側周面の空隙率は、上記の範囲内にあることが好ましい。
このドラフトチューブでは、ドラフトチューブの側周面の空隙率を、塔内に収容した溶液のドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を通じてのドラフトチューブ内外の流通循環との双方の効果が得られる範囲にしているので、このドラフトチューブを備える気泡塔は、塔内に収容する溶液の液面レベルにいかなる変動があっても、塔内に収容した溶液の流通循環を行なわせることができる。
また、上記した請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブは、構造が簡単であることから、該ドラフトチューブを作業員が入ることのできる大型の気泡塔に用いる場合には、ドラフトチューブを構成している中空パイプの全てが作業員の手の届く範囲に配置することができるので、従来の気泡塔におけるドラフトチューブよりもより容易にメンテナンス作業を行うことができる。
ここでいうメンテナンス作業とは、中空パイプにピンホールが生じた場合のピンホールの溶接補修や、コイルを解体して、気泡塔上部に設けられているマンホールから取り出し、新しいコイルを挿入し、溶接して接続するといったコイルの更新作業をいう。
メンテナンスの容易性を考慮した場合、ドラフトチューブを構成する中空パイプの隙間の間隔は、少なくとも、作業者の指手をドラフトチューブの隙間に差し入れることができる程度の間隔にすることが好ましい。
具体的には、作業者等（通常は、成人）の指の厚さ以上の間隔（具体的には２ｃｍ以上）、より好ましくは手の甲の厚さ以上の間隔（具体的には、４ｃｍ以上）であることが好ましい。
ただし、気泡塔の塔内に作業員が入り、作業を行うことが困難な大きさの気泡塔に本発明のドラフトチューブを用いる場合は、空隙の間隔はこの限りではない。
請求の範囲第８項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを、溶液を収容する塔内に設けた気泡塔である。
この気泡塔では、塔内に、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを設けているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となる。
また、この気泡塔を微生物の培養に用いる場合にあっては、ドラフトチューブ内に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した培養液を微生物を培養するための最適な温度に制御することができ、また、この気泡塔をガス吸収操作に用いる場合には、ガスをガス吸収液に吸収させる際に発生する反応熱が発熱の場合であっても吸熱の場合であっても、塔内に収容したガス吸収液の温度を所望の温度に制御することができる。
なお、請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブの各々の固有の効果に基づく気泡塔の作用効果については、請求の範囲第１項〜第７項に記載のドラフトチューブを気泡塔のドラフトチューブとして用いた場合の作用効果を既に説明したので、ここでの説明は省略する。
請求の範囲第９項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているドラフトチューブである。
なお、本明細書中で用いる用語、「概ね同心円状」とは、完全な同心円である必要はなく、円の中心は一致している必要はない、の意味で用いている。
この気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されているので、溶液の液面レベルに関係なく効率のよい気泡塔の運転が可能となるという効果を奏しつつ、複数個配置しているドラフトチューブの各々に熱交換媒体を流通することで、塔内に収容した溶液を効率良く所望の温度に制御することができ、かつ単位容積あたりの伝熱面積を大きく保つことができるという利点がある。
請求の範囲第１０項に記載の気泡塔は、請求の範囲第８項または請求の範囲第９項に記載の気泡塔において、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブが、気泡塔の塔の横断面積に対して１０％以上９０％以下の横断面積を有するドラフトチューブである、気泡塔である。
なお、ドラフトチューブを同心円又は概ね同心円状に複数個配置するに場合にあっては、「ドラフトチューブの横断面積」は、最外殻の位置にあるドラフトチューブの横断面積を意味する。
この気泡塔では、塔内に設置するドラフトチューブの内外を、塔内に収容した溶液が効率良く流通循環し、ドラフトチューブに熱交換媒体を流通した場合には、塔内に収容した溶液が効率良く所望の温度に制御できる。したがって、この装置を微生物の培養に用いる場合、最適条件で効率の良い培養を行なうことができ、また、この装置をガス吸収操作に用いる場合には、効率の良いガス交換操作を行なうことができる。
請求の範囲第１１項に記載の気泡塔は、請求の範囲第８項〜第１０項のいずれか１項に記載の気泡塔の、ドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを備える。
この気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを設けているので、例えば、スパージャーをドラフトチューブの領域内に設けた場合には、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
これに対し、例えば、スパージャーを、塔内のドラフトチューブの領域外に設けた場合には、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの領域内に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給できるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができ、これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、２つの流通循環、即ち、上記したように、ドラフトチューブの側周面を利用した流通循環と、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を利用した流通循環とを生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
また、ドラフトチューブの内側と外側に同時に気泡を供給できるようにスパージャーを配置することもできる。この場合、気泡塔内の循環流は不規則になるが、気液の接触効率を向上させることができる。
請求の範囲第１２項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１１項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域内に設けられている気泡塔である。
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域内に設けられている」とは、本発明に係るドラフトチューブが、複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、スパージャーの設けられる位置は、最外郭に位置するドラフトチューブの領域内であればいずれでもよく、最内郭に位置するドラフトチューブの領域内であっても、最内郭に位置するドラフトチューブの領域から最外郭に位置するドラフトチューブの領域に至るまでの位置であってもよい、の意味である。
スパージャーを設ける垂直方向の位置（高さ）は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのような高さであってもよい。
この気泡塔では、スパージャーから、塔内に収容した溶液中、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにしているので、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。これにより、塔内に収容した溶液にドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記の２つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
請求の範囲第１３項に記載の気泡塔は、請求の範囲第１１項に記載の気泡塔のスパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブの領域外に設けられている気泡塔である。
ここで、「スパージャーが、溶液を収容する塔を平面視した場合、ドラフトチューブの領域外に設けられている。」とは、本発明に係るドラフトチューブが複数個同心円又は概ね同心円状に設けられている場合にあっては、溶液を収容する塔を平面視した場合、最外郭に位置するドラフトチューブの領域外に設けられていることを意味する。
スパージャーを設ける垂直方向の位置（高さ）は、設けられるドラフトチューブの上端より低い位置であればどのようなの高さであってもよい。
この気泡塔では、スパージャーによって、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液中に、ドラフトチューブの内側に存在する溶液中に比べ、沢山の気泡を供給するようにできるので、ドラフトチューブの外側と塔との間に存在する溶液には、塔内を下方から上方に向かう液の流れを生じさせ、ドラフトチューブの内側に存在する溶液には、塔内を上方から下方に向かう液の流れを生じさせることができる。
これにより、塔内に収容した溶液に、ドラフトチューブの側周面を利用したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
のみならず、ドラフトチューブの側周面に設けられている空隙を介したドラフトチューブ内外の流通循環を生じさせることができる。
したがって、この気泡塔では、塔内に収容した溶液に、上記した２つの流通循環を生じさせることができるため、塔内に収容した溶液の液面レベルがどのように変化しても、塔内に収容した溶液を攪拌することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るドラフトチューブ、スパージャー及びこれらを備える気泡塔の好ましい形態を、図面を参照しながら説明する。
（発明の実施の形態１〜４）
発明の実施の形態１〜４では、塔内に、１本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
（発明の実施の形態１）
図１は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
また、図２は、図１に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
また、図３は、図１に示す気泡塔を、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
この気泡塔１は、図１に示すように、培養液やガス吸収溶液を収容する塔２と、塔２内に設けられたドラフトチューブ３と、スパージャー４とを備える。スパージャー４は、塔（缶体）２内のドラフトチューブ３の下方に設置される。
尚、図１中、２ａは、塔（缶体）２の蓋体を示しており、２ｈは、蓋体２に必要により設けられるガス抜き孔を示している。また、６で示す部材は、排水管を示している。また、５で示す部材は、ドラフトチューブ３を塔２内に取り付けるための支柱を示している。
この気泡塔１では、ドラフトチューブ３として、中空パイプにより形成されかつ側周面全面に空隙Ｓ３を有するドラフトチューブを用いている。
より特定的に説明すると、ドラフトチューブ３として、中空パイプを、コイル状に巻周りして形成したものを用いている。
ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は、通常の気泡塔に取り付けられているドラフトチューブに使用されている材質であれば、特に限定されることはなく、例えば、金属、樹脂等をあげることができる。
この気泡塔１を、微生物の培養操作に用いる場合には、培養操作を行う前に、塔２内を殺菌するために、塔２内を蒸煮する。
したがって、蒸煮することを考慮した場合には、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は、蒸煮に耐えうる材質であることが好ましく、このようなことを考慮した場合は、特に金属が好ましい。
金属としては、ステンレス、アルミニウム、チタン等、通常用いられる金属であればいずれのものでもよいが、ステンレスが好ましく用いられる。
また、この気泡塔１を、例えば、ガス交換操作に用いる場合のように、塔２内を蒸煮などの高温条件下に晒す必要が無い場合は、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの材質は樹脂であってもよい。
ドラフトチューブ３を形成している中空パイプの直径は、気泡塔１の使用目的、気泡塔１の大きさ等により自由に選択することができるが、通常、５ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
ドラフトチューブ３の横断面の形状は、ドラフトチューブとして機能する限り、通常は、円形形状であるが、円形形状に限定されることはなく、楕円形状であっても、三角形形状であっても、四角形等の多角形形状であってもよい。
ドラフトチューブ３は、中空パイプと中空パイプとの間に空隙を有するように形成されている。
この中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は、ドラフトチューブとして使用した際に、ドラフトチューブの内側と外側の溶液が互いに往来できれば、ドラフトチューブ全体で一定である必要はない。
中空パイプと中空パイプとの間の空隙の間隔は特に制限されるものではないが、製造設備レベルの気泡塔では、メンテナンスを行える程度の間隔をあけておくと便利である。実験室レベルで研究用途に使用される５〜１０００Ｌ容量程度のものを除き、通常は作業者の手指が入る程度の間隔、即ち２ｃｍ以上あることが好ましい。
ドラフトチューブ３の側周面の空隙率は、大きすぎると、ドラフトチューブの内外の溶液の往来の自由度は向上するが、混合性能などのドラフトチューブ３としての効果が低減したり、後に述べるように熱交換装置としても機能するドラフトチューブ３を構成する中空パイプの表面積（伝熱面積）が低下したりする。
逆に、ドラフトチューブ３の側周面の空隙率が小さすぎる場合は、中空パイプの表面積（伝熱面積）は増加するが、溶液の往来の自由度が低下する。
このようなことを考慮すると、ドラフトチューブ３の空隙率は、ドラフトチューブの側周面に対して１％以上９９％以下の範囲にあればよく、１０％以上９０％以下が好ましく、２５％以上５０％以下であることがさらに好ましい。
このドラフトチューブ３は、側周面の空隙の存在により、このドラフトチューブ３を塔２内に取り付けた場合、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのようなレベルにあっても、ドラフトチューブ３の内外で溶液の往来を図ることができる。
ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りしている中空パイプ内には、熱交換媒体を流通させることができるので、ドラフトチューブ３は、熱交換装置としても機能することができる。
この例では、ドラフトチューブ３の一端３ａから他端３ｂ方向へ、熱交換媒体を流通させる例を示しているが、熱交換媒体は、他端３ｂから一端３ａ方向へ流通させてもよい。
気泡塔１内に収容した溶液が、気泡塔１を使用した際に発熱するような場合には、ドラフトチューブ３内に冷媒体を通じ、塔２内に収容した溶液が、気泡塔１を使用した際に、吸熱する場合には、熱媒体を通じればよい。熱交換媒体は水が好ましいが、熱交換媒体として通常使用されるものであれば水以外のものであってもよい。
次に、この気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構造を更に詳しく説明する。
図４は、この気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の一部を拡大して模式的に示す図であり、図４（ａ）は、ドラフトチューブ３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図４（ｂ）は、ドラフトチューブ３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
この気泡塔１で用いる、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ３の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ３の作製は、困難なものとなる。
この気泡塔１では、図４に示すように、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプｐ３・・・同士を互いに溶接により接続している。
更に、この気泡塔１の、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間（より特定的に説明すると、作業者等（通常は、成人）の手指の厚さ程度の間隔（より具体的には、２ｃｍ以上の間隔）さらに好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔（より具体的には、４ｃｍ以上の間隔）に設定すれば、ドラフトチューブ３を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合、ピンホール部分の修復を容易に行うことができる。
次に、スパージャー４の構成について説明する。
この気泡塔１では、スパージャー４として、幹管４ａと幹管４ａから枝分かれするように設けられた複数の枝管４ｂ・・・とを備えるものを用いている。
尚、図１中、４ｃは、ガス供給口を示している。
幹管４ａ及び複数の枝管４ｂ・・・の各々の上面には、複数の貫通孔が形成されている。
この気泡塔１では、溶液を収容する塔２を平面視した場合、スパージャー４を構成する幹管４ａ及び複数の枝管４ｂ・・・を、ドラフトチューブ３の領域内に設けている。
次に、この気泡塔１の使用方法及び動作について説明する。
この気泡塔１を用いて、微生物の培養を行う際には、塔２内に、培養する微生物と培養液とを収容し、スパージャー４から空気等のガスを塔２内に送り込む。
塔２内において、微生物を培養している際に、醗酵熱により、塔２内に収容した溶液が微生物の培養に適した温度以上に過度に加熱されるような場合にあっては、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、冷却水等の冷媒体を流通し、塔２内に収容されている溶液の温度を、該微生物の培養に適した温度に調整する。
また、塔２内において、微生物を培養する際に、塔２内に収容した溶液の温度が、該微生物を培養するためには低すぎるような場合には、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、塔２内に収容した溶液の温度を塔２内に収容する微生物の培養に適した温度に調整する。
また、この気泡塔１を用いて、ガス吸収作業を行う際には、塔２内に、目的とするガスを吸収するためガス吸収用の溶液を収容し、スパージャー４から、塔２内に収容したガス吸収用の溶液に吸収されるガスを含んだガスを供給する。
スパージャー４から塔２内に収容したガス吸収用の溶液に供給するガス中のある成分を該ガス吸収用の溶液に吸収させる際に、吸熱する場合には、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に、温水等の熱媒体を流通し、これとは逆に、発熱するような場合にあっては、塔２内に収容したガス吸収用の溶液を冷却するために、ドラフトチューブ３を構成するコイル状に巻周りした中空パイプ内に冷却水等の冷媒体を流通し、塔２内に収容されている溶液の温度を冷却する。
この気泡塔１では、塔２内に設けるドラフトチューブ３として、中空パイプをコイル状に巻周りしたものを用いているので、塔２内に溶液を収容した場合、コイル状に巻周りされた中空パイプの隙間を介して、塔２内に収容した溶液が、ドラフトチューブの内外で流通循環できる。
これにより、この気泡塔１を用いれば、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
このように、この気泡塔１では、塔２内に、中空パイプをコイル状に巻周りしたドラフトチューブ３を設けているので、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプ内に熱交換媒体（冷媒体又は熱媒体）を流通することで、塔内に収容した溶液を、効率良く、最適な温度に維持することができる。
のみならず、このドラフトチューブ３では、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの全て又は概ね全ての外周側面が、塔２内に収容した溶液に接するようになるため、伝熱面積を大きくとることができる。したがって、ドラフトチューブ３は、熱交換媒体（冷媒体又は熱媒体）を流通した場合、熱交換媒体と、塔内に収容した溶液との間の熱交換能力に優れている。
更に、この例では、スパージャー４の噴出ノズルをドラフトチューブ３を平面視した場合に、ドラフトチューブ３の領域内に配設しているので（図３を参照）、スパージャー４から空気等のガスを塔２内に送り込むと、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液に対し、ドラフトチューブ３を平面視した場合に、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液に比べ、沢山の気泡が一様に供給される。
これにより、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液の見かけの比重が、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液の見かけの比重に比べて小さくなり、ドラフトチューブ３の内側に存在する溶液には、塔２内を下方から上方に向かう液の流れが形成され、ドラフトチューブ３の外側と塔２との間に存在する溶液については、塔２内を上方から下方に向かう液の流れが形成される。
また、この気泡塔１では、上述した塔に対して垂直方向の流れの他に、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプの隙間を通じて、気泡を含んだ溶液が、ドラフトチューブ３の内側からドラフトチューブ３の外側へ移動するという水平方向の溶液の流れが発生する。この垂直方向の流れと水平方向の流れが渾然一体となった溶液の流れが発生するため、例えば、図２１に示す、円筒形状のドラフトチューブ３０３を塔２０２内に設けた従来の気泡塔３０１に比べ、収容した溶液を十分に混合することができる。
この結果、この気泡塔１を用いれば、従来の円筒形状のドラフトチューブ３０３を塔２０２内に設けた気泡塔３０１を用いた場合に比べ、微生物の培養を効率良く行うことができ、また、塔２内に収容した溶液への酸素等の供給能力も向上する。
このように、この気泡塔１は、構造が簡単であること、熱交換装置としてのドラフトチューブの伝熱面積を大きくとることができるので、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態２）
図５は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
また、図６は、図７に示す気泡塔の動作を模式的に示す説明図である。
この気泡塔２１は、以下の構成を除けば、図１に示した気泡塔１と同様であるので、気泡塔２１中、気泡塔１を構成する部材装置と同一部材装置については、図１に示した気泡塔１の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔２１は、気泡塔１とは、ドラフトチューブの構成が異なる以外は、気泡塔１と同様の構成を備えているので、以下の説明は、この気泡塔２１で採用しているドラフトチューブの構成を中心に説明する。
この気泡塔２１では、ドラフトチューブ２３として、コイル状に巻周りした、複数個のドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３を、塔２内に、縦方向に積層したものを用いている。
コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々の構成は、図１に示す気泡塔１で用いているドラフトチューブ３と同様の構成を備える。
この気泡塔２１では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができる。
即ち、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３は、熱交換媒体が、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給され、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようになっている。
このように、この気泡塔２１では、コイル状に巻周りしたドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３を、塔２内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット２３Ｕ１、２３Ｕ２、２３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔２内に１台のドラフトチューブ３のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給し、ドラフトチューブ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようにしている気泡塔１に比べて、塔内の溶液に温度ムラが生じにくいメリットがある。
なお、この気泡塔２１は、上述したように、ドラフトチューブ２３の構成が、気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構成と異なっている以外は、同様であり、上記以外は、気泡塔１と同様の作用効果を有しているので、ここでは、説明を容易とするため、気泡塔２１の作用効果であって気泡塔１と同様の作用効果についての説明は省略する。
この気泡塔２１は、気泡塔１と同様に、特にその規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態３）
図７は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
この気泡塔４１は、ドラフトチューブ４３の構成が、図１に示す気泡塔で用いているドラフトチューブ３の構成と異なる以外は、図１に示す気泡塔１で用いているドラフトチューブ３の構成と同様であるので、この気泡塔４１を構成する部材装置中、図１に示す気泡塔１を構成する部材装置と同様の部材装置については、相当する参照符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔４１では、ドラフトチューブ４３として、塔２に対して、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプを用いており、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
この気泡塔４１では、塔２内に設けるドラフトチューブ４３として、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたものを用いているので、塔２内に溶液を収容した場合、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にされた中空パイプの隙間を介して、塔２内に収容した溶液が、ドラフトチューブ４３の内外で流通循環できる。
これにより、この気泡塔４１を用いれば、塔２内に収容する溶液の液面レベルがどのような状態であっても、気泡塔４１を用いて、微生物の培養や、ガス吸収を行うことができる。
なお、上記気泡塔１および２１と同様に、中空パイプを上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状にしたドラフトチューブ４３の空隙率は、ドラフトチューブ３の側周面の全面に対して、１％以上９９％であることが好ましく、１０％以上９０％以下であることがさらに好ましく、２０％以上５０％以下であることがとくに好ましい。
その他、気泡塔４１の作用効果は、発明の実施の形態１で述べた気泡塔１の効果と同様であるので説明は省略する。
図８は、この気泡塔４１で用いているドラフトチューブ４３の一部を拡大して模式的に示す図であり、図８（ａ）は、ドラフトチューブ４３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ４３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図８（ｂ）は、ドラフトチューブ４３を組み立てる工程において、ドラフトチューブ４３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
この気泡塔４１で用いる、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプは、一体成形品であってもよいが、ドラフトチューブ４３の大きさが、大きい場合には、一体成形品としてのドラフトチューブ４３の作製は、困難なものとなる。
このような場合には、複数の中空パイプｐ４３を溶接により接続するのが好ましい。
更に、中空パイプｐ４３の各々が、複数のいずれかの支柱５に、少なくとも、一箇所において、溶接等の手段により固定されるようにすれば、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプｐ４３のいずれかを交換する際に、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプｐ４３の中から、交換する必要がある中空パイプを取り出しても、ドラフトチューブ４３の残りの部分が支柱５にしっかりと固定されているために、ドラフトチューブ４３の残りの部分が崩れることがない。これにより、交換作業が必要な中空パイプのみを簡単にドラフトチューブ４３から取り出して、新たな中空パイプをその部分に容易に取り付けることができるので、この気泡塔４１には、メンテナンスを極めて簡単な作業で完了することができる、という長所がある。
更に、この気泡塔４１の、ドラフトチューブ４３を構成する中空パイプの隙間を、少なくとも指手が差し入れられるような隙間（より特定的に説明すると、作業者等（通常は、成人）の手指の厚さ程度の間隔（より具体的には、２ｃｍ以上の間隔）、好ましくは手の甲の厚さ程度の間隔（より具体的には、４ｃｍ以上の間隔）に設定すれば、ドラフトチューブ４３を構成する複数の中空パイプのいずれかにピンホールが発生した場合の修復も容易である。
（発明の実施の形態４）
図９は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
この気泡塔６１は、以下の構成を除けば、図５に示した気泡塔２１と同様であるので、気泡塔６１中、気泡塔２１を構成する部材装置と同一部材装置については、図６に示した気泡塔２１の部材装置と同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔６１では、気泡塔２１で用いているドラフトチューブ２３の代わりに、図７に示した気泡塔４１で用いているドラフトチューブ４３を、複数個のユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３として、塔に対して縦方向に積層したもの６３を用いている。
各ドラフトチューブユニットには、必要に応じて、熱交換媒体を通じることができる。
この気泡塔６１も気泡塔１や気泡塔４１と同様の効果を奏するが、この気泡塔６１では、複数個のユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３を塔２内に、縦方向に積層し、ドラフトチューブユニット６３Ｕ１、６３Ｕ２、６３Ｕ３の各々には各々毎に、熱交換媒体を流通することができるので、塔２内に１台のドラフトチューブ３または４３のみを設け、熱交換媒体を、ドラフトチューブ３または４３の下方の熱交換媒体供給口３ａから供給し、ドラフトチューブ３の上方の熱交換媒体排出口３ｂから排出されるようにしている気泡塔１または気泡塔４１に比べて、塔２内の溶液に温度ムラが生じにくいというメリットがある。
この気泡塔６１は、特に、その規模がスケールアップされた大型の、即ち、高さのある気泡塔として好適に用いることができる。
（発明の実施の形態５〜８）
発明の実施の形態５〜８では、塔内に、２本のドラフトチューブを設けた例を説明する。
（発明の実施の形態５）
図１０は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
また、図１１は、図１０に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
また、図１２は、図１０に示す気泡塔を、図１０中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
この気泡塔７１は、以下の構成を除けば、図１に示す気泡塔１と同様であるので、この気泡塔７１の構成部材中、気泡塔１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔７１は、２本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブ３Ａ、３Ｂを備える点で、気泡塔１と異なっている。
２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置される。
また、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々には必要に応じて冷媒体や熱媒体等の熱交換媒体を通じることができる。
スパージャー４は、２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの中、内側のドラフトチューブ３Ｂの内側に、気泡を供給するようになっている。
気泡塔７１の使用方法及び動作は、気泡塔１とほぼ同様であるので説明は省略するが、気泡塔７１では、２本のドラフトチューブ３Ａ、３Ｂが用いられているので、熱交換媒体を通じた場合、気泡塔１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
なお、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの巻き線方向は、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
（発明の実施の形態６）
図１３は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
また、図１４は、図１３に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
この気泡塔８１は、以下の構成を除けば、図５に示す気泡塔２１と同様であるので、この気泡塔８１の構成部材中、気泡塔１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔２１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔８１は、６本の、中空パイプをコイル状に巻き回りして形成したドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３、２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３を備える点で、気泡塔２１と異なっている。
６本のドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３、２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３中、ドラフトチューブユニット２３ＡＵ１、２３ＡＵ２、２３ＡＵ３は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ２３Ａを形成しており、ドラフトチューブユニット２３ＢＵ１、２３ＢＵ２、２３ＢＵ３は、ドラフトチューブ２３Ａの内側で、縦方向に積層されてドラフトチューブ２３Ｂを形成している。
ドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。
尚、ドラフトチューブユニット２３Ａ、２３Ｂの各々には、気泡塔２１と同様に、必要に応じて熱交換媒体を流通することができる。
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂの中、内側のドラフトチューブ２３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
気泡塔８１の使用方法及び動作は気泡塔２１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔８１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ２３Ａ、２３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔２１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
なお、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの巻き線方向は、ドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの各々を、上方から下方に見た場合、双方が同一方向に巻かれていても、一方が他方と逆の方向に巻かれていてもいずれでもよい。
（発明の実施の形態７）
図１５は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
この気泡塔９１は、以下の構成を除けば、図７に示す気泡塔４１と同様であるので、この気泡塔９１を構成部材中、気泡塔４１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔４１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔９１は、２本の、上下に交互にジグザグに折れ曲がる形状の中空パイプにより形成されたドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂを備える点で、気泡塔４１と異なっている。
２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂの中、内側のドラフトチューブ４３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
気泡塔９１の使用方法及び動作は気泡塔４１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔９１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ４３Ａ、４３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔４１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
（発明の実施の形態８）
図１６は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
この気泡塔１０１は、以下の構成を除けば、図９に示す気泡塔６１と同様であるので、この気泡塔１０１を構成部材中、気泡塔６１の構成部材に相当する構成部材については、気泡塔６１の構成部材に付した符号に相当する符号を付して、その説明を省略する。
この気泡塔１０１は、６本の、中空パイプを上下に交互にジグザグに折り曲げて形成したドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３、６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３を備える点で、気泡塔６１と異なっている。
６本のドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３、６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３中、ドラフトチューブユニット６３ＡＵ１、６３ＡＵ２、６３ＡＵ３は、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ６３Ａを形成しており、ドラフトチューブユニット６３ＢＵ１、６３ＢＵ２、６３ＢＵ３は、ドラフトチューブ６３Ａの内側で、縦方向に積層されて、ドラフトチューブ６３Ｂを形成している。
２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂは、同心円又は概ね同心円状に配置されている。各ドラフトチューブには各々、必要に応じて熱交換媒体を通じることができる。
また、スパージャー４は、２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂの中、内側のドラフトチューブ６３Ｂの内側に、気泡を供給することができる。
気泡塔１０１の使用方法及び動作は、気泡塔６１とほぼ同様であるので、説明は省略するが、気泡塔１０１では、同心円又は概ね同心円状に配置された２本のドラフトチューブ６３Ａ、６３Ｂが用いられているので、熱媒体を通じた場合、気泡塔６１に比較して、塔２内に収容した溶液の温度をより一層正確に所望の温度に制御することができる。
次に、実験例に基づいて、本発明について説明する。
（実験例１）
図１に示した気泡塔１を用い、塔２内に、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）溶液を収容し、スパージャー４から塔２内に収容した、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中に、所定の酸素濃度を有するガスを供給し、塔２から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液の単位容積当たりに吸収された酸素濃度を測定するという実験を行った。
この実験では、塔２として、その内径が、１０００ｍｍで、その高さが、２３９５ｍｍの円筒形状のものを用いた。
また、ドラフトチューブ３を構成する中空パイプとして、管３／８Ｂ（外形＝１７．３ｍｍ）のものを用いた。
この実験では、上記した中空パイプ（管３／８Ｂ）（外形＝１７．３ｍｍ）をコイル状に巻き上げて作製したドラフトチューブ３を用いた。
このドラフトチューブ３の内径は、７１５ｍｍであり、高さは、１４３０ｍｍであった。
また、該ドラフトチューブ３を形成する中空パイプ同士の間隔（隙間）は、１０．２ｍｍとした。このドラフトチューブ３の側周面の空隙率は、３７％であった。
このドラフトチューブ３を、塔２内に、塔２の底面から、ドラフトチューブ３の下端が、２０５ｍｍになる位置に取り付けた。
塔２内に収容する溶液（硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液）としては、０．０００１モル（ｍｏｌ）／リットルの硫酸銅を含む、０．４モル（ｍｏｌ）／リットルの亜硫酸ナトリウムの水溶液を用いた。
まず、気泡塔１の塔２内に、上記した硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液を所定量収容した。
次に、塔２内に収容した硫酸銅を含む亜硫酸ソーダ溶液中に、スパージャー４から所定の酸素濃度を有するガスを供給した。
供給するガスの酸素濃度は一定とし、ガスの通気量を変化させた。測定は、溶液量０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合についてそれぞれ行った。塔底から液面までの距離（液深）は溶液量が０．６ＫＬの場合は７６０ｍｍ、０．７ＫＬの場合は１，０２０ｍｍ、１．０ＫＬの場合は１，２８０ｍｍ、１．２ＫＬの場合は１，５５０ｍｍであり、いずれの場合もドラフトチューブの上端と下端の間に液面があった。
それぞれの場合について、塔２から排出されるガス中に含まれる酸素濃度を測定し、供給した酸素濃度と排出された酸素濃度の差を求め、この差から溶液の単位容積当たりの酸素吸収速度を算出した。
各通気速度および溶液量での酸素吸収速度を調べた結果を、図１７に示す。
図１７中、横軸は、通気線速Ｕｇ［ｍ／秒］を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度［ｋｇｍｏｌ−Ｏ_２／ｍ^３／時間］を示している。
また、図１７中、ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合の結果を示している。なお、通気中液量が１．２ＫＬの場合は液面はすべてドラフトチューブの上端を超えており、液量が１．０ＫＬの場合でも通気線束が０．０８ｍ／秒および０．１０ｍ／秒の場合には同様にドラフトチューブの上端を越えていた。
図１７の結果から明らかなように、本発明に係る気泡塔１では、スパージャー４から塔２内に収容する溶液へのガス供給量が一定であれば、塔２内に収容する溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度は、塔２内に収容する溶液の量が、広範囲に変動しても、ほぼ一定に保たれる。すなわち、溶液の液面レベルに関係なく、気泡塔を使用することができる。
なお、上記した発明の実施の形態１〜８では、幹管４ａと幹管４ａから枝分かれするように設けられた複数の枝管４ｂ・・・とを備えるスパージャー４を備える気泡塔１、２１、４１、６１、７１、８１、９１、１０１について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、スパージャーとしては、例えば、図１８、図１９及び図２０に示す気泡塔１１１に用いられているスパージャ２４のように、中空リング体２４ａの所定の位置に、気泡噴霧ノズル２４ｂ・・・をドラフトチューブ３Ａ、３Ｂの中心方向に向けて設けたものの他、図２１に示す従来公知の中空リング体３０４の上面に複数の貫通孔３０４ｈ・・・を有するものも用いることができる。
また、上記した発明の実施の形態１〜８では、スパージャー４から気泡を、主として、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ｂ、２３Ｂ、４３Ｂおよび６３Ｂの内側に供給するようにした気泡塔について説明したが、これは、単に好ましい例を説明したに過ぎず、本発明に係る気泡塔には、スパージャーとして、塔２の内径よりも小さくかつドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外径よりも大きい、リング形状のスパージャー（例えば、図２３中に示すスパージャ３０４を参照）を用い、このスパージャーから塔２内に収容した溶液に気泡を送り込み、塔２内に収容した溶液中、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側と塔２内との間に存在する溶液については、塔２の下方から上方に向かう流れを形成し、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ｂ、２３Ｂ、４３Ｂおよび６３Ｂの内側に存在する溶液については、塔２の上方から下方に向かう流れを形成するとともに、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、（３Ａ、３Ｂ）、（２３Ａ、２３Ｂ）、（４３Ａ、４３Ｂ）、（６３Ａ、６３Ｂ）を構成する中空パイプの隙間を介して、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側と塔２内との間に存在する溶液については、ドラフトチューブ３、２３、４３、６３、３Ａ、２３Ａ、４３Ａおよび６３Ａの外側から内側に向かう流れを形成するように構成したものも含まれることを付記しておく。
産業上の利用可能性
以上、詳細に説明したように、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブは、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップを容易に行なうことができる。
また、請求の範囲第８項〜第１３項に係る気泡塔では、請求の範囲第１項〜第７項のいずれかに記載のドラフトチューブを用いているので、気泡塔の塔内に収容する溶液の液面レベルに関係なく気泡塔を運転でき、塔内に収容した溶液の混合性や、ガス吸収性能に優れ、伝熱面積が確保しやすく、かつ、メンテナンスやスケールアップの容易な気泡塔を実現できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図２は、図１に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
図３は、図１に示す気泡塔を、図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線にしたがって切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
図４は、図１に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図４（ａ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブ３を構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図４（ｂ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
図５は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図６は、図５に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
図７は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図８は、図７に示す気泡塔で用いているドラフトチューブの一部を拡大して模式的に示す図であり、図８（ａ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続する前の状態を模式的に示す斜視図であり、また、図８（ｂ）は、ドラフトチューブを組み立てる工程において、ドラフトチューブを構成する、ある中空パイプを他のある中空パイプに接続した後の状態を模式的に示す斜視図である。
図９は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１０は、本発明に係る気泡塔の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１１は、図１０に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
図１２は、図１０に示す気泡塔を、図１０中、ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
図１３は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１４は、図１３に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
図１５は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１６は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１７は、本発明に係る気泡塔の機能を確認するための実験データであって、塔内に収容した溶液への単位容積当たりの酸素吸収速度と、塔内に収容する溶液の量の変化との相関関係を示している。
横軸は、通気線速Ｕｇ［ｍ／秒］を示しており、縦軸は、硫酸銅を含む亜硫酸ナトリウム溶液中への単位容積当たりの酸素吸収速度［ｋｇｍｏｌ−Ｏ_２／ｍ^３／時間］を示している
ジグザグ棒、黒塗りの四角、黒塗りの三角、黒塗りの丸の各記号は、それぞれ、液量が０．６ＫＬ、０．７ＫＬ、１．０ＫＬおよび１．２ＫＬの場合の結果を示している。
図１８は、本発明に係る気泡塔の他の一例を概略的に示す一部切欠き斜視図である。
図１９は、図１８に示す気泡塔を概略的に示す断面図である。
図２０は、図１８に示す気泡塔を、図１８中、ＸＸ−ＸＸ線に従って切断し、その上方から下方に見た場合を概略的に示す横断面図である。
図２１は、従来の気泡塔の一例を概略的に示す斜視図である。
図２２は、従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
図２３は、従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す斜視図である。
図２４は、従来の気泡塔の他の一例を概略的に示す図である。Technical field
The present invention relates to a draft tube and a bubble column.
Background art
Conventionally, a bubble tower provided with a ventilation stirring tank or a draft tube has been used for gas absorption, culture of microorganisms, and the like.
However, the conventional aeration-stirring tank has a stirring motor (not shown) installed at the top of the tank and a stirrer installed inside the tank. It is necessary to have strength, and a bearing of a stirrer is necessary, and if it is used for culturing microorganisms, equipment for maintaining the sterility of the stirring shaft part is required, so that the equipment cost will be high There's a problem.
As a bubble column, for example, a type as shown in FIG. 21 has already been proposed.
The bubble tower is greatly different from the aeration stirred tank in that the stirring and mixing of the solution accommodated in the tower (can body) for accommodating the solution depends on the liquid flow generated by aeration.
For example, a bubble tower 301 shown in FIG. 21 includes a tower (can body) 302 for storing a solution, a draft tube 303 provided in the tower (can body) 302, and a draft tube 303 of the tower (can body) 302. A sparger 304 provided at a lower position is provided, and bubbles are fed into the solution contained in the tower (can body) 302 through a plurality of through holes 304h... Provided in the sparger 304 to form a tower (can body). The solution contained in 302 is agitated and mixed.
By the way, in general, in a bubble column, the height (liquid level) of the liquid level in the tower (can body) may fluctuate during operation due to operations such as evaporation accompanying aeration and addition of a solution during operation. is there.
In a case where a draft tube 303 is provided in a tower (can body) 302 for accommodating a solution like a bubble tower 301 shown in FIG. When the level is lower than the upper end of the draft tube 303, the circulation of the liquid between the inside and the outside of the draft tube 303 is hindered, so that there is a problem that the mixing of the liquid is deteriorated.
As a bubble column that solves this problem, there is a bubble column such as a bubble column 401 shown in FIG.
In the bubble tower 401, a through-hole 403h is formed at a position above a draft tube 403 provided in a tower (can body) 302 containing a solution.
However, also in the case of the bubble column 401, the liquid level needs to be higher than the through-hole 403h in order to maintain the mixing property.
23, the draft tube 503 is composed of a plurality of plates 503A..., And a gap between each of the plurality of plates 503A. Even if a change occurs in the liquid level of the solution contained therein, mixing and stirring by circulation of the liquid is possible. However, the draft tube 503 actually requires a large number of welded parts and has a complicated structure, so that the production cost is high. In addition, when the draft tube 503 is used for culturing microorganisms, it is necessary to maintain sterility. There are problems such as difficulties and troublesome maintenance.
In general, when a bubble column is used, an exothermic reaction or an endothermic reaction often occurs, and a cooling device or a heating device is installed inside the bubble column tower (can body) or outside the bubble column tower (can body). By providing this, heat exchange is performed and temperature control is performed.
However, in general, when the bubble column itself becomes large, it becomes difficult to obtain a heat transfer area per unit volume of the heat exchange device for temperature control.
For this reason, in a large bubble column, there is a problem that it is not possible to secure a heat transfer area when performing fermentation or a chemical reaction involving a large amount of heat or large endotherm, which is one of the limiting factors when the bubble column is enlarged. ing.
For this reason, in the method of installing the cooling jacket outside the tower (can) of the bubble tower, the size of the tower (can) of the bubble tower is several meters. ³ The capacity was limited.
Therefore, as in a bubble tower 601 shown in FIG. 24, a heat exchange device 602 is provided outside the tower (can body) 302, and the solution in the tower (can body) 302 is circulated to the heat exchange device 602 to be circulated. Although a device for keeping the temperature of the solution contained in the (can body) 302 constant has been devised, in a bubble tower such as the bubble tower 601, the temperature in the tower (can body) 302 becomes uneven. There is a problem.
Disclosure of the invention
The present invention has been made in order to solve the above problems, and can operate a bubble column regardless of the liquid level of the solution contained in the column, and can improve the mixing property of the solution contained in the column. It is an object of the present invention to provide a draft tube which is excellent in gas absorption performance, easily secures a heat transfer area, and can easily perform maintenance and scale-up, and a bubble column using such a draft tube.
The draft tube according to claim 1 is a draft tube installed in a tower of a bubble column, and is a draft tube formed by a hollow pipe and having a void on the entire side peripheral surface.
Since this draft tube has a void on the entire side circumference, if this draft tube is attached to the inside of the tower of the bubble column, no matter how much the solution is contained in the tower, the side surface of the draft tube The solution in the draft tube and the solution outside the draft tube can be circulated and circulated through the gap provided on the entire surface.
Therefore, the bubble column provided with the draft tube can operate the bubble column regardless of the level of the solution contained in the column.
Further, since the draft tube is formed of a hollow pipe, the solution contained in the tower can be efficiently controlled to a predetermined temperature by flowing the heat exchange medium through the hollow pipe.
The draft tube according to claim 2 is the draft tube according to claim 1, wherein the cross-sectional shape is a circular shape, an elliptical shape, or a square shape.
Here, the term “cross-sectional shape” used in the present specification means a shape of a cut surface of the draft tube obtained by cutting the draft tube in a direction orthogonal to the central axis with respect to the central axis of the draft tube. .
The cross-sectional shape may be any shape as long as it functions as a draft tube.
Examples of the cross-sectional shape include a circular shape, an elliptical shape, and various rectangular shapes including a triangular shape, a quadrangular shape, and other polygonal shapes.
The draft tube according to claim 3 is the draft tube according to claim 1 or 2, which is formed by winding a hollow pipe in a coil shape.
Since this draft tube is formed by a hollow pipe wound in a coil shape, if this draft tube is used in the tower of the bubble column, the liquid level of the culture solution or gas absorbing solution contained in the tower is Regardless of the level, the culture solution or gas absorbing solution contained in the tower can be circulated inside and outside the draft tube through a gap formed on the side surface of the draft tube.
Therefore, the bubble column provided with the draft tube can operate the bubble column regardless of the level of the solution contained in the column.
Furthermore, since this draft tube is formed by winding a hollow pipe in a coil shape, the opening ratio of the side surface of the draft tube is determined based on the number of windings of the hollow pipe per unit length. It is easy to design and adjust.
In addition, if the draft tube is housed in the bubble tower and the heat exchange medium is passed from the lower end to the upper end of the hollow pipe, the solution housed in the bubble tower can be efficiently controlled to a desired temperature. can do.
The draft tube according to claim 4 is the draft tube according to claim 1 or 2, wherein the hollow pipe is formed by bending a hollow pipe in a zigzag manner.
Since this draft tube is formed by a hollow pipe bent in a zigzag manner, if this draft tube is used in the tower of a bubble column, the liquid level of the culture solution or the gas absorbing solution contained in the column is reduced. At any level, the culture solution or gas-absorbing solution contained in the tower can be circulated inside and outside the draft tube through the gap formed on the side surface of the draft tube.
Further, since this draft tube is formed by a hollow pipe bent in a zigzag manner, the opening ratio of the side surface of the draft tube is designed to a desired opening ratio based on the number of bending of the hollow pipe per unit length. It is easy to adjust and adjust.
Further, if the draft tube is housed in the tower of the bubble tower and the heat exchange medium is circulated in the hollow pipe, the temperature of the solution housed in the tower of the bubble tower can be controlled to a desired temperature.
The draft tube according to claim 5 is a draft tube installed in a tower of a bubble column, and a plurality of draft tube units formed by winding a hollow pipe in a coil shape are stacked. It is a draft tube constituted by the above.
In this draft tube, a heat exchange medium can be passed through each of the plurality of draft tube units to efficiently control the solution contained in the bubble column to a desired temperature. In this case, in consideration of the heat exchange efficiency, the heat exchange medium preferably flows from the lower end to the upper end of the hollow pipe forming each of the plurality of draft tube units.
In this draft tube, the heat exchange medium can be circulated for each of the plurality of draft tube units. The heat exchange efficiency of each of the draft tube units can be the same.
Therefore, by stacking the draft tube units, the heat exchange tubes can be uniformly arranged in the vertical direction in the column, and the temperature in the solution in the column is less likely to be uneven. Also, by using a plurality of draft tubes, the amount of heat exchange medium can be increased, so that the heat exchange capacity can be increased.
The draft tube according to claim 6 is a draft tube installed in a tower of a bubble column, and is configured by stacking a plurality of draft tube units formed by bending a hollow pipe zigzag. This is a draft tube.
In this draft tube, a plurality of draft tube units formed by hollow pipes bent in a zigzag shape are stacked, and a heat exchange medium can be circulated for each of the plurality of draft tube units. If the supply conditions of the heat exchange medium flowing through each of the tube units are made the same, the heat exchange efficiency of each of the plurality of draft tube units can be made the same.
Therefore, by stacking the draft tube units, the heat exchange tubes can be uniformly arranged in the vertical direction in the column, and the temperature in the solution in the column is less likely to be uneven. Also, by using a plurality of draft tubes, the amount of heat exchange medium can be increased, so that the heat exchange capacity can be increased.
The draft tube according to claim 7, wherein the porosity of the side peripheral surface of the draft tube is in the range of 1% to 99% with respect to the entire side peripheral surface of the draft tube. A draft tube according to any one of Items 1 to 6.
The porosity of the side peripheral surface of the draft tube is more preferably in the range of 10% or more and 90% or less, and more preferably 25% or more and 50% or less with respect to the entire surface of the draft tube. More preferred.
The porosity can be determined by the following equation.
Porosity (%) = Area occupied by a void formed by a gap between hollow pipes constituting the draft tube on a side peripheral surface of the draft tube / Area of a side peripheral surface of the draft tube × 100.
The porosity can be set to various values depending on the size of the column of the bubble column, the amount of the solution contained in the column, the method of circulation of the solution, and the like.
However, if the porosity is extremely low, for example, 0%, it is not preferable because the circulation of the solution inside and outside the draft tube through the side peripheral surface of the draft tube is completely impaired.
On the other hand, if the porosity is extremely large, the existence of the draft tube becomes thin, and only the same effect as in a bubble column having no draft tube is provided, which is not preferable.
In consideration of this, the porosity of the side peripheral surface of the draft tube is preferably within the above range.
In this draft tube, the porosity of the side peripheral surface of the draft tube, the circulation of the solution contained in the tower inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube, and the side peripheral surface of the draft tube are provided. The air bubble column provided with this draft tube can be used regardless of any fluctuation in the liquid level of the solution contained in the column, since the effect is obtained in such a range that both the circulation and the circulation inside and outside the draft tube can be obtained through the gap. The circulation of the solution stored in the tower can be performed.
Further, since the draft tube according to claims 1 to 7 has a simple structure, when the draft tube is used for a large bubble column into which an operator can enter, Since all of the hollow pipes constituting the draft tube can be arranged within the reach of the operator, maintenance work can be performed more easily than the draft tube in the conventional bubble column.
Maintenance work here refers to the repair of pinholes in the event of a pinhole in the hollow pipe, the dismantling of the coil, removal from the manhole provided at the top of the bubble column, insertion of a new coil, and welding. Refers to the work of updating the coil, such as connecting the coils.
In consideration of ease of maintenance, it is preferable that the gap between the hollow pipes constituting the draft tube is at least such that a finger of an operator can be inserted into the gap of the draft tube.
Specifically, the interval (more specifically, 2 cm or more) of the thickness of the finger of the worker (usually an adult), more preferably the interval of more than the thickness of the back of the hand (more specifically, 4 cm or more) It is preferable that
However, when the draft tube of the present invention is used in a bubble tower having a size in which an operator enters the bubble tower and it is difficult to perform the operation, the gap is not limited to this.
The bubble column described in claim 8 is a bubble column in which the draft tube according to any one of claims 1 to 7 is provided in a column containing a solution.
In this bubble column, since the draft tube according to any one of claims 1 to 7 is provided in the column, efficient operation of the bubble column is performed regardless of the liquid level of the solution. Becomes possible.
When the bubble column is used for culturing microorganisms, the culture solution contained in the tower is controlled to an optimal temperature for culturing microorganisms by flowing a heat exchange medium through the draft tube. When the bubble column is used in a gas absorption operation, the reaction heat generated when the gas is absorbed into the gas absorbing liquid may be either exothermic or endothermic. It is possible to control the temperature of the gas absorbing liquid contained therein to a desired temperature.
In addition, about the effect of the bubble tower based on the specific effect of each of the draft tubes described in Claims 1 to 7, the draft tube described in Claims 1 to 7 is bubbled. Since the function and effect when used as a draft tube of the tower have already been described, the description here is omitted.
A bubble tower according to claim 9 is a draft tube in which a plurality of draft tubes according to any one of claims 1 to 7 are arranged concentrically or substantially concentrically. is there.
The term “approximately concentric” used in the present specification means that the concentric circles do not need to be perfect concentric circles, and that the centers of the circles do not need to coincide.
In this bubble column, a plurality of draft tubes according to any one of claims 1 to 7 are arranged concentrically or substantially concentrically, so that the efficiency is independent of the liquid level of the solution. The solution contained in the tower is efficiently controlled to a desired temperature by flowing a heat exchange medium through each of the plurality of arranged draft tubes while exhibiting an effect that a good operation of the bubble column becomes possible. This has the advantage that the heat transfer area per unit volume can be kept large.
The draft according to any one of claims 1 to 7, wherein the bubble tower according to claim 10 is the bubble tower according to claim 8 or claim 9. The bubble column, wherein the tube is a draft tube having a cross-sectional area of 10% or more and 90% or less with respect to the cross-sectional area of the bubble column.
In the case where a plurality of draft tubes are arranged concentrically or substantially concentrically, the "cross-sectional area of the draft tube" means the cross-sectional area of the draft tube at the position of the outermost shell.
In this bubble column, the solution contained in the tower efficiently circulates through the inside and outside of the draft tube installed in the column, and when the heat exchange medium flows through the draft tube, the solution contained in the column is It can be controlled to a desired temperature well. Therefore, when this device is used for culturing microorganisms, efficient culturing can be performed under optimum conditions, and when this device is used for gas absorption operation, efficient gas exchange operation can be performed. .
A bubble tower according to claim 11 is provided with a sparger at a position below the draft tube in the bubble tower according to any one of claims 8 to 10.
In this bubble tower, since the sparger is provided at a position lower than the draft tube according to any one of claims 1 to 7, for example, the sparger is placed in the area of the draft tube. When provided, the solution existing inside the draft tube can be supplied with a larger amount of bubbles in the solution existing inside the draft tube than in the solution existing between the outside of the draft tube and the tower. In the column, a liquid flow from the bottom to the top is generated, and the solution existing between the outside of the draft tube and the column may cause a liquid flow from the top to the bottom in the column. This makes it possible to cause the solution contained in the column to circulate inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube. Not only that, circulation through the inside and outside of the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
On the other hand, for example, when the sparger is provided outside the region of the draft tube in the tower, the solution existing in the region of the draft tube in the solution existing between the outside of the draft tube and the column. Since more air bubbles can be supplied compared to the inside, the solution existing between the outside of the draft tube and the tower causes a flow of the liquid from the bottom to the top inside the tower, and exists inside the draft tube. In the solution, a flow of the liquid from the upper part to the lower part in the tower can be generated, thereby causing the solution contained in the tower to circulate inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube. Can be done. Not only that, circulation through the inside and outside of the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
In this bubble column, the solution contained in the column has two circulations, namely, as described above, a circulation utilizing the side peripheral surface of the draft tube, and a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube. Therefore, the solution contained in the column can be stirred regardless of the liquid level of the solution contained in the column.
In addition, spargers can be arranged so that air bubbles can be simultaneously supplied to the inside and outside of the draft tube. In this case, the circulation flow in the bubble column is irregular, but the gas-liquid contact efficiency can be improved.
The bubble column according to claim 12 is configured such that, when the sparger of the bubble column according to claim 11 is a plan view of the tower that stores the solution, the bubble column according to claim 11 is a plan view. A bubble column provided in the region of the draft tube according to any one of the above.
Here, "the sparger is provided in the area of the draft tube when the tower containing the solution is viewed in a plan view" means that a plurality of draft tubes according to the present invention are provided concentrically or substantially concentrically. When the tower containing the solution is viewed in plan, the position where the sparger is provided may be any position within the region of the draft tube located at the outermost position, and may be located at the innermost position. This means that the position may be within the area of the draft tube to be formed, or may be within the range from the area of the innermost draft tube to the area of the outermost draft tube.
The vertical position (height) where the sparger is provided may be any height as long as it is lower than the upper end of the draft tube provided.
In this bubble tower, more bubbles are supplied from the sparger to the solution contained in the tower, the solution inside the draft tube, and the solution between the outside of the draft tube and the tower. Therefore, the solution existing inside the draft tube causes a liquid flow from the bottom upward in the column, and the solution existing between the outside of the draft tube and the column includes the column A liquid flow can be caused to flow downward from above in the inside. Thereby, circulation circulation inside and outside the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube can be generated in the solution accommodated in the tower.
Not only that, circulation through the inside and outside of the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
Therefore, in this bubble column, since the above-mentioned two circulations can be generated in the solution stored in the column, no matter how the liquid level of the solution stored in the column changes, Can be stirred.
The bubble column according to claim 13 is configured such that, when the sparger of the bubble column according to claim 11 is a plan view of the tower that stores the solution, the bubble column according to claim 11 is a claim. A bubble tower provided outside the region of the draft tube according to any one of the above.
Here, "the sparger is provided outside the region of the draft tube when the tower containing the solution is viewed in a plan view" means that a plurality of draft tubes according to the present invention are provided concentrically or substantially concentrically. In this case, when the tower containing the solution is viewed in a plan view, it means that it is provided outside the region of the draft tube located at the outermost position.
The vertical position (height) where the sparger is provided may be any height as long as it is lower than the upper end of the draft tube provided.
In this bubble tower, the sparger can supply more bubbles to the solution existing between the outside of the draft tube and the tower than to the solution existing inside the draft tube. The solution existing between the outside of the column and the column causes a liquid flow from the bottom to the top inside the column, and the solution inside the draft tube contains the liquid from the top to the bottom inside the column. A flow can be created.
Thereby, circulation circulation inside and outside of the draft tube using the side peripheral surface of the draft tube can be generated in the solution stored in the tower.
Not only that, circulation through the inside and outside of the draft tube can be generated through a gap provided on the side peripheral surface of the draft tube.
Therefore, in this bubble column, since the above-mentioned two circulations can be generated in the solution stored in the column, no matter how the liquid level of the solution stored in the column changes, Can be stirred.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a draft tube, a sparger, and a bubble tower provided with the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiments 1 to 4)
Embodiments 1 to 4 of the present invention describe examples in which one draft tube is provided in a tower.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 1 is cut along the line III-III in FIG. 1 and viewed from above to below.
As shown in FIG. 1, the bubble column 1 includes a column 2 for storing a culture solution or a gas absorbing solution, a draft tube 3 provided in the column 2, and a sparger 4. The sparger 4 is installed below the draft tube 3 in the tower (can body) 2.
In FIG. 1, reference numeral 2a denotes a cover of the tower (can body) 2, and reference numeral 2h denotes a gas vent hole provided in the cover 2 as necessary. The member indicated by 6 indicates a drain pipe. The member indicated by 5 indicates a column for mounting the draft tube 3 in the tower 2.
In this bubble tower 1, a draft tube formed of a hollow pipe and having a void S3 on the entire side peripheral surface is used as the draft tube 3.
More specifically, the draft tube 3 is formed by winding a hollow pipe around a coil.
The material of the hollow pipe constituting the draft tube 3 is not particularly limited as long as it is a material used for a draft tube attached to a normal bubble tower, and examples thereof include a metal and a resin. Can be.
When the bubble tower 1 is used for a culturing operation of microorganisms, the inside of the tower 2 is steamed in order to sterilize the inside of the tower 2 before performing the culturing operation.
Therefore, in consideration of steaming, the material of the hollow pipe constituting the draft tube 3 is preferably a material that can withstand steaming, and in consideration of such a matter, metal is particularly preferable.
As the metal, any commonly used metal such as stainless steel, aluminum and titanium may be used, but stainless steel is preferably used.
When it is not necessary to expose the inside of the tower 2 to high-temperature conditions such as steaming as in the case of using this bubble tower 1 for gas exchange operation, the material of the hollow pipe constituting the draft tube 3 is made of resin. It may be.
The diameter of the hollow pipe forming the draft tube 3 can be freely selected depending on the purpose of use of the bubble column 1, the size of the bubble column 1, and the like, but is usually 5 mm or more and 200 mm or less, and 50 mm or more and 100 mm or less. The following is preferred.
The cross-sectional shape of the draft tube 3 is usually a circular shape as long as it functions as a draft tube, but is not limited to a circular shape, and may be an elliptical shape or a triangular shape. It may be a polygonal shape such as a quadrangle.
The draft tube 3 is formed so as to have a gap between the hollow pipes.
The space between the hollow pipes does not need to be constant throughout the draft tube as long as the solution inside and outside the draft tube can flow to each other when used as a draft tube.
The gap between the hollow pipes is not particularly limited, but it is convenient for the bubble tower at the production facility level to have an interval sufficient for maintenance. Except for those having a capacity of about 5 to 1000 L used for research purposes at the laboratory level, it is usually preferable that the interval is such that the fingers of the operator can enter, that is, 2 cm or more.
If the porosity of the side peripheral surface of the draft tube 3 is too large, the degree of freedom of the flow of the solution inside and outside the draft tube is improved, but the effect of the draft tube 3 such as mixing performance is reduced, or as described later. In addition, the surface area (heat transfer area) of the hollow pipe constituting the draft tube 3 which also functions as a heat exchange device is reduced.
Conversely, if the porosity of the side peripheral surface of the draft tube 3 is too small, the surface area (heat transfer area) of the hollow pipe increases, but the degree of freedom of the solution flow decreases.
In consideration of this, the porosity of the draft tube 3 may be in the range of 1% to 99% with respect to the side peripheral surface of the draft tube, preferably 10% to 90%, and more preferably 25% or more. More preferably, it is 50% or less.
When the draft tube 3 is installed in the tower 2, the draft tube 3 can be drafted irrespective of the liquid level of the solution contained in the tower 2, due to the existence of the gap on the side peripheral surface. The flow of the solution inside and outside the tube 3 can be achieved.
Since the heat exchange medium can be circulated in the coiled hollow pipe constituting the draft tube 3, the draft tube 3 can also function as a heat exchange device.
In this example, an example is shown in which the heat exchange medium flows from one end 3a of the draft tube 3 to the other end 3b, but the heat exchange medium may flow from the other end 3b to the one end 3a.
If the solution contained in the bubble column 1 generates heat when the bubble column 1 is used, the solution contained in the column 2 is passed through the cooling medium through the draft tube 3 and the bubble column 1 is used. At this time, when heat is absorbed, the heat may be passed through a heat medium. The heat exchange medium is preferably water, but may be other than water as long as it is generally used as a heat exchange medium.
Next, the structure of the draft tube 3 used in the bubble column 1 will be described in more detail.
FIG. 4 is an enlarged view schematically showing a part of the draft tube 3 used in the bubble column 1. FIG. 4A shows the structure of the draft tube 3 in the process of assembling the draft tube 3. FIG. 4B is a perspective view schematically showing a state before a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe, and FIG. 4B shows the draft tube 3 in a process of assembling the draft tube 3. FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state after a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe.
The hollow pipe constituting the draft tube 3 used in the bubble column 1 may be an integrally molded product. However, when the size of the draft tube 3 is large, the draft tube 3 is manufactured as an integrally molded product. Becomes difficult.
In this bubble tower 1, as shown in FIG. 4, the hollow pipes p3... Constituting the draft tube 3 are connected to each other by welding.
Further, the gap between the hollow pipes constituting the draft tube 3 of the bubble column 1 is at least a gap through which a finger can be inserted (more specifically, the thickness of fingers of an operator or the like (usually, an adult)). If it is set to an interval of the order of the thickness (more specifically, an interval of 2 cm or more), and more preferably to an interval of the thickness of the back of the hand (more specifically, an interval of 4 cm or more), the plurality of draft tubes 3 When a pinhole is generated in any of the hollow pipes, the pinhole portion can be easily repaired.
Next, the configuration of the sparger 4 will be described.
In this bubble tower 1, a sparger 4 having a main pipe 4a and a plurality of branch pipes 4b provided to branch off from the main pipe 4a is used.
In FIG. 1, reference numeral 4c denotes a gas supply port.
A plurality of through holes are formed in the upper surface of each of the main pipe 4a and the plurality of branch pipes 4b.
In the bubble tower 1, when the tower 2 containing the solution is viewed in a plan view, a main pipe 4a and a plurality of branch pipes 4b which constitute the sparger 4 are provided in the area of the draft tube 3.
Next, how to use and operate the bubble column 1 will be described.
When culturing microorganisms using the bubble column 1, the microorganism to be cultured and a culture solution are accommodated in the column 2, and gas such as air is sent from the sparger 4 into the column 2.
In the case where the solution contained in the tower 2 is excessively heated by the heat of fermentation during the culture of the microorganisms in the tower 2 to a temperature suitable for the culture of the microorganisms, a draft tube A cooling medium, such as cooling water, is circulated through a coiled hollow pipe constituting the coil 3 to adjust the temperature of the solution contained in the tower 2 to a temperature suitable for culturing the microorganism.
When culturing microorganisms in the tower 2, if the temperature of the solution contained in the tower 2 is too low for culturing the microorganisms, the solution may be coiled to form the draft tube 3. A heating medium such as hot water is circulated through the wound hollow pipe, and the temperature of the solution contained in the tower 2 is adjusted to a temperature suitable for culturing microorganisms contained in the tower 2.
When performing a gas absorption operation using the bubble column 1, a gas absorbing solution for absorbing a target gas is stored in the column 2, and the gas is absorbed from the sparger 4 into the column 2. A gas containing a gas to be absorbed by the contained gas absorbing solution is supplied.
When a certain component in the gas supplied from the sparger 4 to the gas-absorbing solution contained in the tower 2 is absorbed by the gas-absorbing solution, the coil-shaped component constituting the draft tube 3 is used to absorb heat. Heat medium such as hot water is circulated in the hollow pipe wound around, and conversely, in the case where heat is generated, in order to cool the solution for gas absorption housed in the tower 2, Then, a coolant such as cooling water is circulated in a coiled hollow pipe constituting the draft tube 3 to cool the temperature of the solution contained in the tower 2.
In the bubble column 1, a hollow tube wound in a coil shape is used as the draft tube 3 provided in the column 2. Therefore, when a solution is accommodated in the column 2, the hollow tube wound in a coil shape is used. The solution contained in the tower 2 can be circulated and circulated inside and outside the draft tube through the gap between the pipes.
Thus, if the bubble column 1 is used, microorganisms can be cultured and gas can be absorbed regardless of the liquid surface level of the solution contained in the column 2.
As described above, in the bubble tower 1, the draft tube 3 in which the hollow pipe is wound in a coil shape is provided in the tower 2, so that the heat exchange medium (the refrigerant or the refrigerant) is provided in the hollow pipe constituting the draft tube 3. By flowing the heat medium), the solution contained in the tower can be efficiently and maintained at an optimum temperature.
In addition, in the draft tube 3, all or almost all of the outer peripheral side surfaces of the hollow pipes constituting the draft tube 3 come into contact with the solution contained in the tower 2, so that the heat transfer area can be increased. it can. Therefore, when a heat exchange medium (a refrigerant or a heat medium) flows through the draft tube 3, the draft tube 3 has an excellent heat exchange capacity between the heat exchange medium and the solution contained in the tower.
Furthermore, in this example, since the spouting nozzle of the sparger 4 is disposed in the area of the draft tube 3 when the draft tube 3 is viewed in plan (see FIG. 3), the sparger 4 discharges air or the like from the sparger 4. When the gas is sent into the tower 2, the solution existing inside the draft tube 3 is much larger than the solution existing between the outside of the draft tube 3 and the tower 2 when the draft tube 3 is viewed in a plan view. Are uniformly supplied.
As a result, the apparent specific gravity of the solution existing inside the draft tube 3 becomes smaller than the apparent specific gravity of the solution existing between the outside of the draft tube 3 and the tower 2, and the apparent specific gravity of the solution existing inside the draft tube 3 is reduced. In the solution to be formed, a liquid flow is formed from the lower part to the upper part in the tower 2. As for the solution existing between the outside of the draft tube 3 and the tower 2, the liquid flows from the upper part to the lower part in the tower 2. A flow is formed.
In the bubble column 1, in addition to the flow in the direction perpendicular to the above-described column, a solution containing air bubbles flows from the inside of the draft tube 3 to the draft tube 3 through a gap of a hollow pipe constituting the draft tube 3. A horizontal solution flow occurs, moving out of the sphere. Since a flow of the solution in which the vertical flow and the horizontal flow are completely integrated is generated, for example, a conventional bubble column 301 having a cylindrical draft tube 303 provided in the column 202 as shown in FIG. In comparison, the contained solutions can be sufficiently mixed.
As a result, the use of the bubble column 1 enables the microorganisms to be cultured more efficiently than the conventional case using the bubble column 301 in which the cylindrical draft tube 303 is provided in the column 202. The ability to supply oxygen or the like to the solution contained in the container 2 is also improved.
As described above, the bubble column 1 has a simple structure and a large heat transfer area of a draft tube as a heat exchange device. It can be suitably used as a tall bubble column.
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing the operation of the bubble column shown in FIG.
This bubble column 21 is the same as the bubble column 1 shown in FIG. 1 except for the following configuration. Therefore, in the bubble column 21, the same members as those constituting the bubble column 1 are shown in FIG. The same reference numerals as those of the member device of the bubble column 1 are given, and the description thereof is omitted.
The bubble column 21 has the same configuration as the bubble column 1 except that the configuration of the draft tube is different from that of the bubble column 1. Therefore, the following description will be made of the draft tube employed in the bubble column 21. The configuration will be mainly described.
In the bubble tower 21, as the draft tube 23, a plurality of draft tube units 23 </ b> U <b> 1, 23 </ b> U <b> 2, and 23 </ b> U <b> 3 wound in a coil shape are vertically stacked in the tower 2.
Each of the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3 wound in a coil shape has the same configuration as the draft tube 3 used in the bubble column 1 shown in FIG.
In this bubble column 21, a heat exchange medium can flow through each of the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3 wound in a coil shape.
That is, in the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3, the heat exchange medium is supplied from the heat exchange medium supply port 3a below the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3, and the heat above the draft tube units 23U1, 23U2, and 23U3. The medium is discharged from the exchange medium discharge port 3b.
Thus, in this bubble tower 21, the draft tube units 23U1, 23U2, 23U3 wound in a coil shape are vertically stacked in the tower 2, and each of the draft tube units 23U1, 23U2, 23U3 is Since the heat exchange medium can be circulated every time, only one draft tube 3 is provided in the tower 2, and the heat exchange medium is supplied from the heat exchange medium supply port 3 a below the draft tube 3. Compared with the bubble column 1 in which the heat is discharged from the heat exchange medium discharge port 3b above the tube 3, there is an advantage that the temperature in the solution in the column is less likely to be uneven.
As described above, the bubble column 21 is the same except that the configuration of the draft tube 23 is different from the configuration of the draft tube 3 used in the bubble column 1. Since the same operation and effect as described above are provided, the description of the operation and effect of the bubble column 21 and the same operation and effect as those of the bubble column 1 is omitted here for ease of explanation.
Like the bubble column 1, the bubble column 21 can be suitably used particularly as a large-scale, ie, high, bubble column whose scale is increased.
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
This bubble column 41 has the same structure as the draft tube 3 used in the bubble column 1 shown in FIG. 1 except that the configuration of the draft tube 43 is different from the configuration of the draft tube 3 used in the bubble column shown in FIG. Therefore, among the member devices constituting the bubble tower 41, the same member devices as those constituting the bubble tower 1 shown in FIG. 1 are denoted by the corresponding reference numerals, and the description thereof is omitted. .
In the bubble tower 41, a hollow pipe having a shape that bends up and down alternately in a zigzag manner with respect to the tower 2 is used as the draft tube 43, and a heat exchange medium can be passed through as necessary.
In the bubble column 41, as the draft tube 43 provided in the column 2, a hollow pipe having a shape that bends up and down alternately in a zigzag manner is used. The solution contained in the tower 2 can be circulated and circulated inside and outside the draft tube 43 through the gap of the hollow pipe formed in a zigzag shape.
Thus, if the bubble tower 41 is used, cultivation of microorganisms and gas absorption can be performed using the bubble tower 41 regardless of the liquid surface level of the solution contained in the tower 2. it can.
As in the case of the bubble columns 1 and 21, the porosity of the draft tube 43 in which the hollow pipe is bent up and down alternately in a zigzag manner is 1% or more to 99% with respect to the entire side peripheral surface of the draft tube 3. %, More preferably 10% or more and 90% or less, and particularly preferably 20% or more and 50% or less.
The other effects of the bubble tower 41 are the same as those of the bubble tower 1 described in the first embodiment of the present invention, and a description thereof will be omitted.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an enlarged part of the draft tube 43 used in the bubble column 41. FIG. 8A shows the structure of the draft tube 43 in the process of assembling the draft tube 43. FIG. 8B is a perspective view schematically illustrating a state before a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe. FIG. 8B is a diagram illustrating a process of assembling the draft tube 43. FIG. 4 is a perspective view schematically showing a state after a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe.
The hollow pipe constituting the draft tube 43 used in the bubble tower 41 may be an integrally molded product. However, when the size of the draft tube 43 is large, the draft tube 43 is manufactured as an integrally molded product. Becomes difficult.
In such a case, it is preferable to connect the plurality of hollow pipes p43 by welding.
Further, if each of the hollow pipes p43 is fixed to at least one of the plurality of columns 5 by means such as welding, any one of the hollow pipes p43 constituting the draft tube 43 can be used. At the time of replacement, even if the hollow pipe that needs to be replaced is taken out of the hollow pipe p43 that constitutes the draft tube 3, the remaining portion of the draft tube 43 is firmly fixed to the column 5. The remaining portion of the draft tube 43 does not collapse. As a result, only the hollow pipe that needs to be replaced can be easily taken out of the draft tube 43 and a new hollow pipe can be easily attached to that part. There is an advantage that can be completed in.
Further, the gap between the hollow pipes constituting the draft tube 43 of the bubble tower 41 is at least a gap through which a finger can be inserted (more specifically, the thickness of the finger of an operator or the like (usually, an adult)). If the interval is set to be about the same (more specifically, an interval of 2 cm or more), and preferably, about the thickness of the back of the hand (more specifically, an interval of 4 cm or more), a plurality of draft tubes 43 can be formed. When a pinhole occurs in any of the hollow pipes, it is easy to repair.
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
This bubble column 61 is the same as the bubble column 21 shown in FIG. 5 except for the following configuration. Therefore, in the bubble column 61, the same members as those constituting the bubble column 21 are shown in FIG. The same reference numerals as those of the member device of the bubble column 21 are given, and the description thereof is omitted.
In this bubble column 61, instead of the draft tube 23 used in the bubble column 21, the draft tube 43 used in the bubble column 41 shown in FIG. 7 is used as a plurality of units 63U1, 63U2, 63U3. On the other hand, the one 63 vertically stacked is used.
A heat exchange medium can be passed through each draft tube unit as needed.
The bubble column 61 also has the same effect as the bubble column 1 and the bubble column 41. However, in this bubble column 61, a plurality of units 63U1, 63U2, 63U3 are vertically stacked in the column 2 to form a draft tube unit. Since a heat exchange medium can flow through each of 63U1, 63U2 and 63U3, only one draft tube 3 or 43 is provided in the tower 2, and the heat exchange medium is supplied to the draft tube 3 or 43. Compared with the bubble column 1 or the bubble column 41 which is supplied from the heat exchange medium supply port 3a below and is discharged from the heat exchange medium discharge port 3b above the draft tube 3. There is an advantage that temperature unevenness hardly occurs.
This bubble column 61 can be suitably used particularly as a large-scale, ie, tall, bubble column whose scale is increased.
(Embodiments 5 to 8)
In Embodiments 5 to 8 of the present invention, examples in which two draft tubes are provided in a tower will be described.
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
FIG. 11 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 10 is cut along the line XVII-XVII in FIG. 10 and viewed from above to below.
This bubble tower 71 is the same as the bubble tower 1 shown in FIG. 1 except for the following configuration. Therefore, among the constituent members of the bubble tower 71, the constituent members corresponding to the constituent members of the bubble tower 1 The reference numerals corresponding to the reference numerals assigned to the constituent members of the tower 1 are given, and the description thereof is omitted.
The bubble tower 71 is different from the bubble tower 1 in that it includes two draft tubes 3A and 3B formed by winding a hollow pipe in a coil shape.
The two draft tubes 3A, 3B are arranged concentrically or substantially concentrically.
Further, a heat exchange medium such as a cooling medium or a heat medium can be passed through each of the draft tubes 3A and 3B as necessary.
The sparger 4 supplies air bubbles to the inside of the inner draft tube 3B among the two draft tubes 3A and 3B.
The method of use and operation of the bubble column 71 is substantially the same as that of the bubble column 1, and thus the description is omitted. However, since two draft tubes 3A and 3B are used in the bubble column 71, the heat exchange medium is used. In this case, the temperature of the solution contained in the tower 2 can be more accurately controlled to a desired temperature as compared with the bubble tower 1.
In addition, when the draft tubes 3A and 3B are wound in the same direction, when the draft tubes 3A and 3B are viewed from above, even if both are wound in the same direction, one of the draft tubes 3A and 3B is wound in the opposite direction. It may be either.
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
FIG. 14 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
This bubble tower 81 is the same as the bubble tower 21 shown in FIG. 5 except for the following configuration. Therefore, among the constituent members of the bubble tower 81, the constituent members corresponding to the constituent members of the bubble tower 1 The reference numerals corresponding to the reference numerals assigned to the constituent members of the tower 21 are assigned, and the description thereof is omitted.
The bubble tower 81 is different from the bubble tower 21 in that it includes six draft tube units 23AU1, 23AU2, 23AU3, 23BU1, 23BU2, 23BU3 formed by winding a hollow pipe in a coil shape.
Among the six draft tube units 23AU1, 23AU2, 23AU3, 23BU1, 23BU2, 23BU3, the draft tube units 23AU1, 23AU2, 23AU3 are vertically stacked to form a draft tube 23A, and the draft tube unit 23BU1, 23BU2 and 23BU3 are vertically laminated inside the draft tube 23A to form a draft tube 23B.
The draft tubes 23A and 23B are arranged concentrically or substantially concentrically.
In addition, a heat exchange medium can be circulated through each of the draft tube units 23A and 23B as necessary, similarly to the bubble column 21.
The sparger 4 can supply air bubbles to the inside of the inner draft tube 23B among the two draft tubes 23A and 23B.
The method of use and operation of the bubble tower 81 is substantially the same as that of the bubble tower 21, and thus the description is omitted. In the bubble tower 81, two draft tubes 23 </ b> A and 23 </ b> B arranged concentrically or substantially concentrically are used. Therefore, when the heat medium is passed through, the temperature of the solution contained in the tower 2 can be more accurately controlled to a desired temperature as compared with the bubble tower 21.
In addition, when the draft tubes 3A and 3B are wound in the same direction, when the draft tubes 3A and 3B are viewed from above, even if both are wound in the same direction, one of the draft tubes 3A and 3B is wound in the opposite direction. It may be either.
(Embodiment 7)
FIG. 15 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
This bubble tower 91 is the same as the bubble tower 41 shown in FIG. 7 except for the following configuration. The reference numerals corresponding to the reference numerals assigned to the constituent members of the tower 41 are given, and the description thereof is omitted.
The bubble tower 91 is different from the bubble tower 41 in that it has two draft tubes 43A and 43B formed by two hollow pipes that are alternately zigzag vertically bent.
The two draft tubes 43A and 43B are arranged concentrically or substantially concentrically. Each draft tube can be passed through a heat exchange medium as needed.
Further, the sparger 4 can supply bubbles to the inside of the inner draft tube 43B among the two draft tubes 43A and 43B.
The method of use and operation of the bubble tower 91 is substantially the same as that of the bubble tower 41, and thus the description is omitted. In the bubble tower 91, two draft tubes 43A and 43B arranged concentrically or substantially concentrically are used. Therefore, when the heat medium is passed, the temperature of the solution contained in the tower 2 can be more accurately controlled to a desired temperature as compared with the bubble tower 41.
(Embodiment 8)
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
This bubble column 101 is the same as the bubble column 61 shown in FIG. 9 except for the following configuration. The reference numerals corresponding to the reference numerals given to the constituent members of the tower 61 are given, and the description is omitted.
The bubble tower 101 is different from the bubble tower 61 in that it includes six draft tube units 63AU1, 63AU2, 63AU3, 63BU1, 63BU2, 63BU3 formed by alternately bending six hollow pipes up and down in a zigzag manner.
Of the six draft tube units 63AU1, 63AU2, 63AU3, 63BU1, 63BU2, 63BU3, the draft tube units 63AU1, 63AU2, 63AU3 are stacked vertically to form a draft tube 63A, and the draft tube unit 63BU1, The 63BU2 and 63BU3 are vertically stacked inside the draft tube 63A to form a draft tube 63B.
The two draft tubes 63A and 63B are arranged concentrically or substantially concentrically. Each draft tube can be passed through a heat exchange medium as needed.
The sparger 4 can supply air bubbles to the inside of the inner draft tube 63B among the two draft tubes 63A and 63B.
The method of use and operation of the bubble tower 101 are substantially the same as those of the bubble tower 61, and thus description thereof is omitted. In the bubble tower 101, two draft tubes 63A and 63B arranged concentrically or substantially concentrically are used. Therefore, when the heat medium is passed through, the temperature of the solution contained in the tower 2 can be more accurately controlled to a desired temperature as compared with the bubble tower 61.
Next, the present invention will be described based on experimental examples.
(Experimental example 1)
Using the bubble column 1 shown in FIG. 1, sodium sulfite (Na ₂ SO ₃ A) a gas having a predetermined oxygen concentration is supplied to the sodium sulfite solution containing copper sulfate contained in the tower 2 from the sparger 4 containing the solution, and oxygen contained in the gas discharged from the tower 2 An experiment was conducted in which the concentration was measured and the concentration of oxygen absorbed per unit volume of a sodium sulfite solution containing copper sulfate was measured.
In this experiment, a column 2 having an inner diameter of 1000 mm and a height of 2395 mm was used as the tower 2.
Further, as a hollow pipe constituting the draft tube 3, a pipe having a size of 3 / 8B (outer diameter = 17.3 mm) was used.
In this experiment, a draft tube 3 produced by winding the above-mentioned hollow pipe (tube 3 / 8B) (outer diameter = 17.3 mm) into a coil was used.
The inside diameter of the draft tube 3 was 715 mm, and the height was 1,430 mm.
The interval (gap) between the hollow pipes forming the draft tube 3 was 10.2 mm. The porosity of the side peripheral surface of the draft tube 3 was 37%.
The draft tube 3 was mounted in the tower 2 at a position where the lower end of the draft tube 3 was 205 mm from the bottom of the tower 2.
As the solution (sodium sulfite solution containing copper sulfate) contained in the tower 2, an aqueous solution of 0.4 mol (mol) / liter sodium sulfite containing 0.0001 mol (mol) / liter copper sulfate is used. Was.
First, a predetermined amount of the above-mentioned sodium sulfite solution containing copper sulfate was contained in the tower 2 of the bubble tower 1.
Next, a gas having a predetermined oxygen concentration was supplied from the sparger 4 into the sodium sulfite solution containing copper sulfate contained in the tower 2.
The oxygen concentration of the supplied gas was kept constant, and the gas flow rate was changed. The measurement was performed for each of the solution volumes of 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL and 1.2 KL. The distance (liquid depth) from the tower bottom to the liquid surface is 760 mm when the solution volume is 0.6 KL, 1,020 mm when the solution volume is 0.7 KL, 1,280 mm when the solution volume is 1.0 KL, and 1,280 mm when the solution volume is 1.2 KL. 1,550 mm, and in each case, there was a liquid level between the upper and lower ends of the draft tube.
In each case, the oxygen concentration contained in the gas discharged from the tower 2 was measured, the difference between the supplied oxygen concentration and the discharged oxygen concentration was determined, and the oxygen absorption rate per unit volume of the solution was calculated from the difference. Calculated.
FIG. 17 shows the results of examining the oxygen absorption rate at each aeration rate and solution amount.
In FIG. 17, the abscissa indicates the ventilation linear velocity Ug [m / sec], and the ordinate indicates the oxygen absorption rate per unit volume into the sodium sulfite solution containing copper sulfate [kgmol-O. ₂ / M ³ / Hour].
In FIG. 17, the zigzag bars, black squares, black triangles, and black circles indicate the liquid amounts of 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL, and 1.2 KL, respectively. The result is shown. In addition, when the liquid volume during ventilation is 1.2 KL, the liquid level is all above the upper end of the draft tube, and even when the liquid volume is 1.0 KL, the ventilation wire bundle is 0.08 m / sec and 0.10 m / sec. In the same case, it also exceeded the upper end of the draft tube.
As is clear from the results of FIG. 17, in the bubble column 1 according to the present invention, if the gas supply amount from the sparger 4 to the solution contained in the column 2 is constant, the gas supplied to the solution contained in the column 2 The oxygen absorption rate per unit volume is kept almost constant even if the amount of the solution accommodated in the tower 2 varies widely. That is, a bubble column can be used regardless of the level of the solution.
In the first to eighth embodiments of the invention described above, the bubble towers 1 and 21 each including the sparger 4 including the main pipe 4a and the plurality of branch pipes 4b provided to branch from the main pipe 4a. , 41, 61, 71, 81, 91, and 101 have been described, but this is merely a preferred example, and the sparger may be, for example, the bubble column 111 shown in FIGS. 18, 19, and 20. 21 is provided at a predetermined position of a hollow ring body 24a toward a center direction of the draft tubes 3A and 3B, as in the sparger 24 used in the prior art. A known hollow ring body 304 having a plurality of through holes 304h.
In Embodiments 1 to 8 of the invention described above, the bubble tower is configured to supply air bubbles from the sparger 4 mainly to the inside of the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3B, 23B, 43B, and 63B. However, this is merely a preferable example, and the bubble column according to the present invention has a sparger smaller than the inner diameter of the column 2 and the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3A. , 23A, 43A, and 63A, using a ring-shaped sparger (see, for example, sparger 304 shown in FIG. 23), and blowing bubbles from the sparger into the solution contained in the tower 2; In the solution accommodated in the tower 2, the solution existing between the outside of the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3 A, 23 A, 43 A and 63 A and the inside of the tower 2. , A flow is formed from below the tower 2 to the top, and the solution existing inside the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3B, 23B, 43B and 63B is directed from the top to the bottom of the tower 2 While forming the flow, through the gaps of the hollow pipes constituting the draft tubes 3, 23, 43, 63, (3A, 3B), (23A, 23B), (43A, 43B), (63A, 63B), For the solution existing between the outside of the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3A, 23A, 43A and 63A and the inside of the tower 2, the draft tubes 3, 23, 43, 63, 3A, 23A, 43A and 63A It should be noted that a structure configured to form a flow from the outside to the inside is also included.
Industrial applicability
As described in detail above, the draft tube according to any one of claims 1 to 7 can operate the bubble column regardless of the liquid level of the solution contained in the bubble column. It is excellent in the mixing property of the solution stored in the tower and the gas absorption performance, easily secures a heat transfer area, and can easily perform maintenance and scale-up.
Further, in the bubble column according to claims 8 to 13, since the draft tube according to any one of claims 1 to 7 is used, it is housed in the tower of the bubble column. The bubble column can be operated regardless of the liquid level of the solution, the mixing property of the solution contained in the column is excellent, the gas absorption performance is excellent, the heat transfer area is easy to secure, and the maintenance and scale-up are easy. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble tower shown in FIG. 1 is cut along the line III-III in FIG. 1 and viewed from above to below.
FIG. 4 is a diagram schematically showing an enlarged part of the draft tube used in the bubble column shown in FIG. 1. FIG. 4 (a) shows the structure of the draft tube 3 in the process of assembling the draft tube. FIG. 4B is a perspective view schematically showing a state before a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe. FIG. 4B is a view showing a step of assembling the draft tube. It is a perspective view which shows typically the state after connecting a hollow pipe to another certain hollow pipe.
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 7 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an enlarged part of the draft tube used in the bubble column shown in FIG. 7, and FIG. 8 (a) constitutes the draft tube in a process of assembling the draft tube. FIG. 8B is a perspective view schematically showing a state before a certain hollow pipe is connected to another certain hollow pipe, and FIG. 8B is a view showing a certain hollow pipe forming a draft tube in a process of assembling the draft tube. It is a perspective view which shows typically the state after connecting a pipe to another hollow pipe.
FIG. 9 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 10 is a partially cutaway perspective view schematically showing an example of a bubble tower according to the present invention.
FIG. 11 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 10 is cut along the line XVII-XVII in FIG. 10 and viewed from above to below.
FIG. 13 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
FIG. 14 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 15 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble column according to the present invention.
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
FIG. 17 shows experimental data for confirming the function of the bubble column according to the present invention, and shows changes in the oxygen absorption rate per unit volume of the solution contained in the column and the amount of the solution contained in the column. This shows the correlation with.
The abscissa indicates the ventilation line speed Ug [m / sec], and the ordinate indicates the oxygen absorption rate per unit volume in a sodium sulfite solution containing copper sulfate [kgmol-O. ₂ / M ³ / Hour]
The zigzag bar, the black square, the black triangle, and the black circle indicate the results when the liquid volume is 0.6 KL, 0.7 KL, 1.0 KL, and 1.2 KL, respectively. .
FIG. 18 is a partially cutaway perspective view schematically showing another example of the bubble tower according to the present invention.
FIG. 19 is a sectional view schematically showing the bubble column shown in FIG.
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing a case where the bubble column shown in FIG. 18 is cut along the line XX-XX in FIG. 18 and viewed from above from below.
FIG. 21 is a perspective view schematically showing an example of a conventional bubble column.
FIG. 22 is a perspective view schematically showing another example of the conventional bubble column.
FIG. 23 is a perspective view schematically showing another example of a conventional bubble column.
FIG. 24 is a diagram schematically showing another example of a conventional bubble column.

Claims (13)

気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプにより形成され、且つ、側周面全面に空隙を有するドラフトチューブ。A draft tube installed in a tower that stores a solution of a bubble column, the draft tube being formed by a hollow pipe and having a void on the entire side peripheral surface. 前記ドラフトチューブの横断面形状が、円形形状、楕円形形状または角形形状である、請求の範囲第１項に記載のドラフトチューブ。The draft tube according to claim 1, wherein the cross-sectional shape of the draft tube is a circular shape, an elliptical shape, or a square shape. ドラフトチューブが、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブである、請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載のドラフトチューブ。The draft tube according to claim 1 or 2, wherein the draft tube is a draft tube formed by winding a hollow pipe around a coil. ドラフトチューブが、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブである、請求の範囲第１項又は請求の範囲第２項に記載のドラフトチューブ。The draft tube according to claim 1 or claim 2, wherein the draft tube is a draft tube formed by bending a hollow pipe in a zigzag manner. 気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをコイル状に巻周りして形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されているドラフトチューブ。A draft tube installed in a tower containing a solution in a bubble column, wherein the draft tube is formed by stacking a plurality of draft tube units formed by winding a hollow pipe in a coil shape. 気泡塔の溶液を収容する塔内に設置されるドラフトチューブであって、中空パイプをジグザグに折り曲げて形成されるドラフトチューブユニットが複数個積層されることにより構成されているドラフトチューブ。A draft tube installed in a tower containing a solution of a bubble column, wherein the draft tube is formed by stacking a plurality of draft tube units formed by bending a hollow pipe in a zigzag manner. 前記ドラフトチューブの側周面の空隙率が、ドラフトチューブの側周面の全面に対して、１％以上９９％以下の範囲内にある、請求の範囲第項１項〜第６項のいずれか１項に記載のドラフトチューブ。The porosity of the side peripheral surface of the draft tube is in the range of 1% or more and 99% or less with respect to the entire side peripheral surface of the draft tube. The draft tube according to claim 1. 請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブを、溶液を収容する塔内に設けた気泡塔。A bubble column provided with the draft tube according to any one of claims 1 to 7 in a column containing a solution. 請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、同心円又は概ね同心円状に複数個配置されている気泡塔。A bubble column in which a plurality of draft tubes according to any one of claims 1 to 7 are arranged concentrically or substantially concentrically. 請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブが、気泡塔の、前記溶液を収容する塔の横断面積に対して１０％〜９０％の横断面積を有する、請求の範囲第８項または請求の範囲第９項記載の気泡塔。The draft tube according to any one of claims 1 to 7, wherein the draft tube has a cross-sectional area of 10% to 90% of a cross-sectional area of the bubble column with respect to a cross-sectional area of the column containing the solution. The bubble column according to claim 8 or claim 9. 前記溶液を収容する塔内の、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブよりも下方位置に、スパージャーを備える、請求の範囲第８項〜第１０項のいずれかに記載の気泡塔。The sparger is provided at a position lower than the draft tube according to any one of claims 1 to 7 in a tower containing the solution, wherein the sparger is provided. The bubble column according to any one of the above. 前記スパージャーが、前記溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブの領域内に設けられている、請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載の気泡塔。The sparger is provided in an area of the draft tube according to any one of claims 1 to 7, when a tower containing the solution is viewed in a plan view. Item 12. The bubble column according to any one of items 8 to 11. 前記スパージャーが、前記溶液を収容する塔を平面視した場合、請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載のドラフトチューブの領域外に設けられている請求の範囲第８項〜第１１項のいずれかに記載の気泡塔。The sparger is provided outside a region of the draft tube according to any one of claims 1 to 7 when the tower containing the solution is viewed in a plan view. Item 12. The bubble column according to any one of Items 11 to 11.

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