JP2003164747A - 異相系反応機 - Google Patents

異相系反応機

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JP2003164747A
JP2003164747A JP2001363528A JP2001363528A JP2003164747A JP 2003164747 A JP2003164747 A JP 2003164747A JP 2001363528 A JP2001363528 A JP 2001363528A JP 2001363528 A JP2001363528 A JP 2001363528A JP 2003164747 A JP2003164747 A JP 2003164747A
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JP
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liquid
solid
solid particles
blade
stirring
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JP2001363528A
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English (en)
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Susumu Harada
原田  進
Hironobu Ueda
博信 上田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液体と固体粒子の混合を良好にし、固体粒子の
分布を従来よりも均一化することによって、固体粒子と
液体の接触面積を増加して、固体粒子と液体との反応あ
るいは溶解性を高め、固体・液体系あるいは固体・液体
・気体系で混合を円滑にし、効率的に反応を行える異相
系反応機を提供することにある。 【解決手段】複数の翼を有するディスクタービン翼にお
いて、上下から吸込まれた流体の流れを2分する翼中央
に設けられた円形状のセンターリング(2)と、前記デ
ィスクタービン翼に上下両端に開口を有するリング
(4)をそれぞれ1個設けた攪拌翼(1)を大型攪拌槽
(20)に具備することによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体・液体系また
は固体・液体・気体系の反応を行う異相系反応機に関
し、特に固体粒子を効率良く液中に浮遊させ、効率良く
反応を行わせるために好適な異相系反応技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固体・液体系及び固体・液体・気
体系の反応機に用いられる翼形状として、複数の羽根を
有するディスクタービン及びプロペラを用いることが、
液体混合技術(日刊工業;1989年)の259頁にお
いて知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、固体粒子の浮遊化及び分散性する配慮が十
分でなかった。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、固体粒子と液体との反応または固体粒子の液
体への溶解性を高め、固体・液体系または固体・液体・
気体系で混合を良好にし、効率的に反応を行える異相系
反応機を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、固体・液体系または固体・液体・気体系
からなる異相系反応機において、上下の各々から流体を
吸い込ませる開口を形成した対なるリングと該対なるリ
ングの中央に設けられて前記吸い込まれた流体の流れを
2分する円形状のリングとを備えた複数の翼を有するデ
ィスクタービン翼からなる攪拌翼を攪拌槽内に具備して
構成したことを特徴とする。具備した攪拌槽を有するこ
とを特徴とする。
【0006】また、本発明は、前記異相系反応機におい
て、前記攪拌翼を複数設置して構成したことを特徴とす
る。また、本発明は、前記異相系反応機において、前記
攪拌翼を複数上下方向に直列に接続して構成したことを
特徴とする。また、本発明は、前記異相系反応機におい
て、前記攪拌翼と前記攪拌槽の底部との間に円錐形状の
部材を具備したことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に係る異相系反応機の実施
の形態について図面を用いて説明する。
【0008】図1には、本発明に係る異相系反応機を構
成する槽内に設置される攪拌翼の一実施の形態を示す。
【0009】異相系反応機を構成する槽内に設置される
攪拌翼1は、垂直方向に軸心を向けたシャフト5に取り
付けられ、吸い込まれた流体の流れを2分する円形状の
センターリング2と、該センターリング2の上下に設け
られた12枚程度の長方形状の羽根(複数の翼)3と、
該羽根3の両端に設けられ、上下の各々から流体を吸い
込ませる開口6を有する対なる円形状のリング4とを備
えたディスクタービン翼によって構成される。
【0010】駆動源からの回転駆動力がシャフト5を介
して伝達されて攪拌翼1が回転させられると、図中の矢
印が示すように上下のリング4の各々の開口6を通して
上下の各々から固体粒子を含んだ流体が吸込まれ、セン
ターリング2によって2分した流れとなって羽根(翼)
3によりせん断力を受けて固体粒子が分散されながら外
周から吐出される。
【0011】本実施の形態のように、流体の流路を、開
口6から、センターリング2とリング4の壁及び羽根
(翼)3によって形成することよって、攪拌翼1のポン
プ効果を高め、従来のディスクタービンより多い量の吸
入量と吐出量を得ることができる。
【0012】このことより、固体・液体系からなる異相
系反応機において、固体粒子と液体の混合を良好にし、
しかも固体粒子から液体への物質移動を高めるための固
液の接触面積の増加を促す効果があり、ひいては反応の
効率を高め、円滑な反応を行うことができる効果があ
る。
【0013】また、本実施の形態の攪拌翼1は、固体・
液体・気体系からなる異相系反応機における混合におい
ても、前述した攪拌翼のポンプ効果のために、同様な効
果が得られる。
【0014】図2には、従来のディスクタービンの固体
・液体系での粒子の濃度分布を示す。これは、ケミカル
エンジニアリング サイエンス、42(1987年)、
第2949頁から第2956頁(Chem.Eng.S
ci.,vol42,2949(1987))に記載さ
れているディスクタービンの実験条件、回転数=6.5
-1、翼径=0.13m、粒子平均径=139ミクロ
ン、粒子重量=1.5wt%の状態での水中に粒子が浮
遊している解析結果(3次元流れ解析;有限差分法、k
−εモデル)を示している。10はバッフル4枚と前記
ディスクタービン(6枚羽根)を具備した攪拌槽(槽径
=0.39m、液面高さ=0.464m)を表してい
る。この場合、粒子の平均濃度C/Cavが2以上の領
域11が翼下部から槽底にかけて存在することが分か
る。
【0015】図3には、本実施の形態の攪拌翼(前記従
来例と同一翼径、同一回転数)1を具備した攪拌槽12
(前記従来例と同一形状)での粒子の濃度分布の解析結
果を示す。本実施例では、槽底と翼の間の領域に粒子の
平均濃度が2以上の領域はほとんど存在せず、従来例よ
り固体粒子が均一に分布していることが分かる。従っ
て、本実施の形態によれば、従来翼に比べて固体粒子と
液体の混合を良好にし、異相系反応機に適用した場合、
固体粒子から液体への物質移動をより高めるための固液
の接触面積の増加を促す効果があり、ひいては効率的な
反応を行うことができる効果がある。
【0016】次に、本発明に係る異相系反応機の他の実
施の形態について説明する。
【0017】図4には、第2の実施の形態を示す。本第
2の実施の形態では、前記攪拌翼1が具備されている便
宜的な攪拌槽16の構成図を示す。攪拌槽16には、バ
ッフル14が4枚程度設置されており(図示していな
い)、攪拌翼1の下部には槽底部に設けられた円錐形状
の部材13が具備されている。攪拌槽16内には液体1
5と適当な粒径を有する固体粒子21が存在している。
一般的に固体粒子21は液体15より密度が大きいた
め、攪拌翼1が回転していない場合は槽底部に沈降す
る。一方、攪拌翼1が回転し始めると、固体粒子21の
一部分は浮遊し、矢印で示すように液体と一緒に吸い込
まれて、翼3から吐出され攪拌槽16内に矢印で示すよ
うに槽底と液面方向に2分されて循環される。従って、
一般的に回転数を上げる(攪拌動力を上げる)につれ
て、固体粒子21は槽内に均一に分布するようになる。
一方、槽底部に設けられた円錐形状の部材13がある場
合には、矢印で示すように円錐の壁に沿って円滑な流れ
が生じるために、円錐形状の部材13がない場合に比べ
て固体粒子21が槽底部に沈殿する恐れが少ない。
【0018】従って、本第2の実施の形態のように、攪
拌翼1と円錐形状の部材13を攪拌槽内に設置すること
によって、従来より小さい回転数で十分に固体粒子を浮
遊させ、固体粒子の濃度を槽内に均一に分布できるの
で、従来翼に比べて固体粒子と液体の混合をより良好に
し、異相系反応機に適用した場合、固体粒子から液体へ
の物質移動をより高めるための固液の接触面積の増加を
促す効果があり、ひいては効率的な反応を行うことがで
きる効果がある。
【0019】図5には、第3の実施の形態を示す。図1
から図4までと同一符号のものの説明は省略する。実際
の工業的規模の大型攪拌槽20では、槽高さが大きくな
るため、攪拌翼が1段の場合は少なく、本第3の実施の
形態のように攪拌翼1を複数段(本実施例では3段)設
置する。このように、適当に多段化(各翼1の混合領域
を分割する)することによって、攪拌槽20が大型化し
ても固体粒子と液体の混合を良好に保つことができる。
従って、本第3の実施の形態によれば、攪拌槽20が大
型化した場合でも、従来のディスクタービンより多い量
の吸入量と吐出量を得ることができ、さらに、従来の多
段化されたディスクタービンよりも小さい回転数で十分
に固体粒子を浮遊させ、固体粒子の濃度を槽内に均一に
分布できる効果があり、運転動力を低減できる効果もあ
る。
【0020】図6には、第4の実施の形態を示す。図1
から図5までと同一符号のものの説明は省略する。本第
4の実施の形態の効果は、図4及び図5で説明した効果
を合わせたものであり、大型攪拌槽20において、本第
4の実施の形態の攪拌翼1を多段化し、槽底部に円錐形
状の部材13を設置したものである。従って、図5に示
す第3の実施の形態で説明した効果よりもさらに小さい
回転数で十分に固体粒子を浮遊させ、固体粒子の濃度を
槽内により均一に分布できる効果があり、運転動力をさ
らに低減できる効果もある。
【0021】図7には、第5の実施の形態を示す。図1
から図6までと同一符号のものの説明は省略する。大型
攪拌槽20内には、3段の攪拌翼1と槽底部には円錐形
状の部材13が設置されており、テレフタル酸等の原料
を供給する原料供給配管17と、空気(酸素)等の供給
ガスを吹き込むガス吹き込み配管18及びテレフタル酸
の生成結晶粒子(固体粒子)等の反応生成物を抜き出す
反応生成物抜き出し配管19とを具備している。このよ
うな固体・液体・気体の反応系の実施例としては、例え
ば、ポリエステル用の原料であるテレフタル酸を製造す
る反応機がある。原料はパラキシレン、供給ガスは空気
(酸素)及び反応生成物はテレフタル酸の生成結晶粒子
(固体粒子)である。一般的には、中圧、200℃程度
で適当な滞留時間(数時間)で、テレフタル酸の粒子が
結晶化(平均粒径は数百ミクロン程度)されるが、粒子
が均一に浮遊しない場合は反応時間が長くなったり、粒
径分布に問題を生じる。本第5の実施の形態では、図6
に示す第4の実施の形態で得られる効果で説明したよう
に、十分に固体粒子を浮遊させ、固体粒子の濃度を槽内
に均一に分布できる効果があるので、テレフタル酸の生
成結晶粒子の反応速度が大きく、より短い滞留時間で所
定量のテレフタル酸を得る効果がある。さらには、従来
翼よりも、運転動力を低減できる効果がある。
【0022】以上説明した本発明の実施の形態によれ
ば、比較的簡単な構造のディスクタービン翼により従来
の翼に比べて固体粒子の浮遊を容易にし、固体粒子と液
体の混合をより良好にして固体粒子を均一に分散させ、
異相系反応機に適用した場合、固体粒子から液体への物
質移動をより高めるための固液の接触面積の増加を促す
効果があり、ひいては効率的な反応を行うことができる
効果がある。
【0023】また、本発明の実施の形態によれば、さら
に、従来の翼に比べて、小さい回転数で固体粒子が浮遊
・均一化するので異相系反応機に適用した場合、運転動
力を低減することができる効果がある。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、固体・液体系または固
体・液体・気体系で混合を良好にして、効率的に反応を
行える異相系反応機を実現することができる効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る異相系反応機を構成する槽内に設
置される攪拌翼の一実施の形態を示す便宜的な平面図お
よびその正面断面図である。
【図2】従来の翼を用いた場合の解析結果である固体粒
子の濃度分布を示す図である。
【図3】本発明に係る攪拌翼を用いた場合の解析結果で
ある固体粒子の濃度分布を示す図である。
【図4】本発明に係る異相系反応機の第2の実施の形態
を示す断面図である。
【図5】本発明に係る異相系反応機の第3の実施の形態
を示す断面図である。
【図6】本発明に係る異相系反応機の第4の実施の形態
である大型攪拌槽を示す断面図である。
【図7】本発明に係る異相系反応機の第5の実施の形態
である大型攪拌槽を示す断面図である。
【符号の説明】
1…攪拌翼、2…センターリング、3…羽根(翼)、4
…リング、6…開口、13…円錐状の部材、14…バッ
フル、17…原料供給配管、18…ガス吹き込み配管、
19…反応生成物抜き出し配管、20…大型攪拌槽、2
1…固体粒子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G035 AB46 4G075 BD16 BD17 DA02 EB01 EC09 EC11 ED02 ED08 4G078 AA02 AB11 BA05 BA09 CA01 CA05 CA12 CA17 DA23

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体・液体系からなる異相系反応機におい
    て、 上下の各々から流体を吸い込ませる開口を形成した対な
    るリングと該対なるリングの中央に設けられて前記吸い
    込まれた流体の流れを2分する円形状のリングとを備え
    た複数の翼を有するディスクタービン翼からなる攪拌翼
    を攪拌槽内に具備して構成したことを特徴とする異相系
    反応機。
  2. 【請求項2】固体・液体・気体系からなる異相系反応機
    において、 上下の各々から流体を吸い込ませる開口を形成した対な
    るリングと該対なるリングの中央に設けられて前記吸い
    込まれた流体の流れを2分する円形状のセンターリング
    とを備えた複数の翼を有するディスクタービン翼からな
    る攪拌翼を攪拌槽内に具備して構成したことを特徴とす
    る異相系反応機。
  3. 【請求項3】前記攪拌翼を複数設置して構成したことを
    特徴とする請求項1または2記載の異相系反応機。
  4. 【請求項4】前記攪拌翼を複数上下方向に直列に接続し
    て構成したことを特徴とする請求項1または2記載の異
    相系反応機。
  5. 【請求項5】前記攪拌翼と前記攪拌槽の底部との間に円
    錐形状の部材を具備したことを特徴とする請求項1また
    は2または3または4記載の異相系反応機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008284492A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Mg Grow Up:Kk 撹拌装置
JP2015020087A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 株式会社東芝 水処理装置
CN109721679A (zh) * 2017-10-27 2019-05-07 中国石油化工股份有限公司 一种碳纤维用疏松颗粒结构的聚丙烯腈树脂的制备方法

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