JPH07135959A - エアリフト型リアクタ - Google Patents

エアリフト型リアクタ

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JPH07135959A
JPH07135959A JP28961593A JP28961593A JPH07135959A JP H07135959 A JPH07135959 A JP H07135959A JP 28961593 A JP28961593 A JP 28961593A JP 28961593 A JP28961593 A JP 28961593A JP H07135959 A JPH07135959 A JP H07135959A
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Akira Suzuki
顕 鈴木
Shigemasa Takehara
繁昌 竹原
Tomohiko Kunugi
友彦 檪
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18Flow directing inserts
    • C12M27/20Baffles; Ribs; Ribbons; Auger vanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 OTRの値が大きく、反応槽内での反応液の
循環性にも優れ、しかも槽内での温度分布や菌体濃度に
偏りを生じる虞の無いエアリフト型リアクタを提供す
る。 【構成】 反応槽10内にドラフトチューブ11を有
し、反応槽10の底部に供給される空気によってドラフ
トチューブ11内を上昇する気液混合流を形成するエア
リフト型リアクタにおいて、ドラフトチューブ11内
に、軸線がドラフトチューブ11の軸線と一致するよう
に装着された螺旋状のガイド板12を備えている。この
ガイド板12は、ドラフトチューブ11の軸線回りにお
いて等角度間隔に配置された複数枚の螺旋板12a,1
2b,12cによって構成することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、好気性微生物の培養
槽や好気性廃水処理槽に使用されるエアリフト型リアク
タに関する。
【0002】
【従来の技術】近年のバイオテクノロジの進歩に伴い、
微生物の培養等を行う微生物反応用や、微生物の関与に
より廃水の処理を行う廃水処理用等のバイオリアクタの
開発が盛んになっている。
【0003】このようなバイオリアクタは、酸素要求性
を基準にして好気性微生物用と嫌気性微生物用とに大別
されるが、このうち好気性微生物用バイオリアクタにつ
いては、好気性微生物の呼吸や基質の微生物的酸化に必
要な酸素の十分な供給を確保する必要がある。
【0004】この様な好気性微生物用バイオリアクタに
は、従来から、エアリフト型リアクタ(気泡塔型反応
槽)が多く使用されている。このエアリフト型リアクタ
は、反応槽の底部に空気を吹き込んで曝気することによ
り、微生物と酸素の反応を促進するものである。
【0005】しかしながら、このエアリフト型リアクタ
は、反応槽が比較的小型の場合には、反応槽の底部に供
給された空気が比較的均一に上昇して均一な微生物との
反応を行うことが出来るが、反応槽が500l以上の大
型のものになると、次のような問題が生じる。
【0006】すなわち、反応槽が大型の場合は、槽内を
上昇する空気の上昇速度が時間的にも空間的にも不均一
になって、上昇流れに所謂揺らぎ(乱れ)が生じる。こ
のため、反応槽内に供給されても微生物と反応しないで
そのまま大気に放出される酸素の割合が大きく、効率が
悪くなり、OTR(酸素移動係数)の値が低くなる。
【0007】上記のようなOTRの低下を防止するため
の反応槽としては、従来、図5に示すような、反応槽1
A内にドラフトチューブ1Bを内装し、このドラフトチ
ューブ1Bに多孔板1C,1Cを設けたエアリフト型リ
アクタがある。
【0008】このドラフトチューブ付きエアリフト型リ
アクタは、反応槽1Aの底部に供給される空気がドラフ
トチューブ1B内を上昇して反応液とともに上昇気液混
合流を作り、さらに、ドラフトチューブ1Bの上方で気
泡と分離した反応液がドラフトチューブ1Bの外壁と反
応槽1Aの内壁との間を下降することによって循環流を
作り、これによって微生物との反応を促進する。このと
き、ドラフトチューブ1B内を上昇する空気は、チュー
ブの途中に設けられた多孔板1C,1Cによって分散さ
れることにより、時間的にも空間的にも均一化される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような多孔板1C,1Cを備えたドラフトチューブ付き
エアリフト型リアクタは、多孔板を備えていないエアリ
フト型リアクタに比べてOTRの値は大きくなるが、多
孔板1C,1Cによって流体抵抗が増すため、反応槽1
Aにおける反応液の循環回数が著しく減少してしまう。
このため、外部ジャケット等で反応液を冷却する必要が
ある場合には、伝熱係数が落ち冷却能力を低下させるの
みならず、反応槽1A内の温度分布に偏りを生じてしま
う。また、多孔板1C,1Cの上下で菌体濃度に差が出
易く、微生物と酸素との均一な反応が難しい。これらの
傾向は、OTRを大きくするために多孔板を多段にした
場合に、特に著しい。
【0010】この発明は、上記のような従来のエアリフ
ト型リアクタの有していた問題点を解決するために為さ
れたものである。すなわち、この発明は、OTRの値が
大きく、反応槽内での循環性にも優れ、しかも槽内での
温度分布や菌体濃度に偏りを生じる虞の無いエアリフト
型リアクタを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、反応槽内にドラフトチューブを有し、
反応槽の底部に供給される空気によってドラフトチュー
ブ内を上昇する気液混合流を形成するエアリフト型リア
クタにおいて、前記ドラフトチューブ内に、軸線がドラ
フトチューブの軸線と一致するように装着された螺旋状
のガイド板を備えていることを特徴としている。
【0012】また、この発明の実施態様において、前記
ガイド板を、複数枚の螺旋板をドラフトチューブの軸線
回りに等角度間隔に配置して構成するようにすることが
好ましい。
【0013】
【作用】上記発明によるエアリフト型リアクタは、反応
槽の底部に供給される空気によってドラフトチューブ内
に生じる気液混合流が、螺旋状のガイド板によって案内
されて旋回しながらドラフトチューブ内を上昇してい
く。このように、螺旋状のガイド板によって、ドラフト
チューブ内における上昇気液混合流が旋回流になるた
め、上昇流に揺らぎが発生することがなく、またドラフ
トチューブの上部からの溢流についても、時間的な乱れ
を生じることがない。
【0014】また、ガイド板を、複数枚の螺旋板をドラ
フトチューブの軸線回りに等角度間隔に配置して構成す
るようにすれば、反応槽内における循環流の循環回数を
大幅に減少させることなく、ガイド板と気液混合流との
接触面積を大きくして旋回流形成のための誘導効果を増
大させることが出来る。
【0015】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、この発明によるドラフトチューブ付き
のエアリフト型リアクタの一実施例を示しており、この
エアリフト型リアクタは反応槽10の内部にドラフトチ
ューブ11が内装され、また、反応槽10の底部からは
空気が供給されるようになっている。
【0016】ドラフトチューブ11には、螺旋状のガイ
ド板12が、その軸線をチューブ11の軸線と一致する
ように内嵌されている。このドラフトチューブ付きエア
リフト型リアクタは、反応槽10の底部に供給される空
気によってドラフトチューブ11内に生じる気液混合流
が、ガイド板12によって案内されて旋回しながらドラ
フトチューブ11内を上昇していく。
【0017】従来のエアリフト型リアクタの内部におい
て上昇気液混合流に所謂揺らぎ(乱れ)が生じるのは、
水頭の大きい反応槽の底部に圧縮空気が直接送り込まれ
るためであるが、ドラフトチューブ11内にガイド板1
2を設けることによって、気液混合流が旋回しながら昇
っていくこととなるため、上昇流に揺らぎが発生するこ
とがなく、またドラフトチューブ11の上端部からの溢
流についても、時間的な乱れが生じる虞が少ない。これ
は、例えば、容器内の水を排水する場合に、排水口に渦
流を発生させるとその排水がスムースにいくのと同じ原
理である。
【0018】螺旋状のガイド板12は、ドラフトチュー
ブ11内の気液混合流との接触面積が大きい程旋回流形
成のための誘導効果が大きく、また半径が大きい程運動
モーメントが大きくなるため、その誘導効果が増す。
【0019】ドラフトチューブ11内に設けられるガイ
ド板は、図2および図3に示すように、1条の螺旋板1
2Aまたは12Bにより構成するようにしても良いが、
図1の実施例においては、ガイド板12が、ドラフトチ
ューブ11の軸線回りにおいて等角度間隔に配置された
3条の螺旋板12a,12b,12cによって構成され
ている。
【0020】このように螺旋板の数を増やすのは、気液
混合流との接触面積を大きくするためと、各螺旋板のピ
ッチpを大きくとることによって流れの循環回数が減少
するのを防止するためである。
【0021】ここで、図1のようにガイド板12を複数
(実施例では3条)の螺旋板12a,12b,12cに
よって構成した場合(以下、第一実施例という)、図2
のようにガイド板12Aを1条の螺旋板によって構成し
ピッチを図1の各螺旋板と同じピッチpにした場合(以
下、第二実施例という)、および図3のようにガイド板
を1条の螺旋板12Bによって構成しピッチp′を図1
の螺旋板よりも小さくp′=p/3にした場合(以下、
第三実施例という)をそれぞれ比較してみると、それぞ
れリアクタ内の流れの循環回数は、第一実施例と第二実
施例については同じであるが、第三実施例についてはこ
れよりも少なく他の実施例の約3分の1になる。旋回流
への誘導性についてみると、第二実施例,第三実施例,
第一実施例の順で大きくなり、これに伴ってOTRも、
第二実施例,第三実施例,第一実施例の順で大きくな
る。
【0022】ガイド板12は、ドラフトチューブ11の
全長lに亘って設けるようにしてもよいが、ドラフトチ
ューブ11内の上昇流を旋回流にするように誘導するた
めには、螺旋板が1条の場合は少なくとも1ピッチ以上
あれば良く、螺旋板がn条設けられている場合には少な
くとも1/nピッチ以上あれば十分である。
【0023】ガイド板12を構成する各螺旋板12a,
12b,12cのピッチpは、このピッチ角度をθ,ド
ラフトチューブ11の直径をDとすると、 tan(p/πD) =tan θ の式において、5°≦θ≦30°となるように設定する
のが好ましい。
【0024】また、ガイド板12は、ドラフトチューブ
11の横断面を全て覆うように設けても良いが、ドラフ
トチューブ11の直径Dに対して1/10・D〜2/1
0・Dの幅を有する螺旋板によって構成すれば、十分に
旋回流を形成することが出来る。
【0025】ガイド板12がそれぞれ3分の1ピッチの
長さを有する三条の螺旋板から構成されており、それぞ
れの寸法が図4のように設定されているエアリフト型リ
アクタについて、酸素移動条件を液量(1.0m3 ),
通気量10(Nm3 /min)とした場合のOTRを測
定すると、ドラフトチューブ11内のOTRが8.42
(kgO2 /m3 H),ドラフトチューブ11外のOT
Rが8.24(kgO 2 /m3 H)となった。なお、図
4中、Lは見掛けの液位である。
【0026】上記結果を、ガイド板が設けられていない
同一寸法のエアリフト型リアクタにおける測定結果と比
較すると、ガイド板が設けられていないエアリフト型リ
アクタでは、ドラフトチューブ内のOTRが6.46
(kgO2 /m3 H),ドラフトチューブ外のOTRが
6.69(kgO2 /m3 H)となり、両者の比をとる
と、8.24/6.69〜8.42/6.46=1.2
3〜1.303となって、ガイド板を設けたエアリフト
型リアクタはガイド板を設けていないエアリフト型リア
クタに対して、酸素の利用効率が20〜30%上昇する
ことが分かる。
【0027】なお、図1の実施例においては、ガイド板
12を構成する螺旋板を三枚にしたが、これに限られる
ものではなく任意の枚数の螺旋板によって構成すること
が出来る。
【0028】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、エア
リフト型リアクタ内における上昇気液混合流に所謂揺ら
ぎが生じるのを防止することが出来、これによって酸素
移動係数を大きくして酸素の利用効率を高めることがで
きるとともに、槽内での温度分布や菌体濃度に偏りを生
じる虞が無く、さらに、このことによって、リアクタ内
における流れの循環回数を減少させる虞もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図2】この発明におけるガイド板の他の実施例を示す
斜視図である。
【図3】この発明におけるガイド板のさらに他の実施例
を示す斜視図である。
【図4】この発明によるエアリフト型リアクタの各寸法
を示す寸法図である。
【図5】エアリフト型リアクタの従来例を示す概略図で
ある。
【符号の説明】
10…反応槽 11…ドラフトチューブ 12,12A,12B…ガイド板 12a,12b,12c…螺旋板 p…ピッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応槽内にドラフトチューブを有し、反
    応槽の底部に供給される空気によってドラフトチューブ
    内を上昇する気液混合流を形成するエアリフト型リアク
    タにおいて、 前記ドラフトチューブ内に、軸線がドラフトチューブの
    軸線と一致するように装着された螺旋状のガイド板を備
    えていることを特徴とするエアリフト型リアクタ。
  2. 【請求項2】 前記ガイド板が、ドラフトチューブの軸
    線回りにおいて等角度間隔に配置された複数枚の螺旋板
    によって構成されている請求項1に記載のエアリフト型
    リアクタ。
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