JP2704488B2 - 攪拌方法 - Google Patents

攪拌方法

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JP2704488B2
JP2704488B2 JP5347775A JP34777593A JP2704488B2 JP 2704488 B2 JP2704488 B2 JP 2704488B2 JP 5347775 A JP5347775 A JP 5347775A JP 34777593 A JP34777593 A JP 34777593A JP 2704488 B2 JP2704488 B2 JP 2704488B2
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stirring
liquid
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tank
paddle
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清 岡下
守 三島
誠治 吉木
正文 倉津
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/90Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with paddles or arms 
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、混合、溶解、晶析、反
応等を目的とした処理液の攪拌方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】従来、攪拌機の攪拌翼として、(A)パ
ドル翼(平羽根翼)、傾斜羽根翼、直角タービン翼を一
段又は多段の形で使用することが多い。これらの攪拌翼
を使用する攪拌機では、翼回転数を高くして翼の外端か
ら半径方向に吐出される液の流量を多くすることによ
り、図10に示す如く液が槽壁に衝突して上方及び下方
に回り再び翼のところに戻る循環流を発生させ、槽内の
混合を行う。(B)高粘度液には螺旋翼、螺旋状リボン
翼を多く使用している。また、(C)高粘度液や槽底部
に沈降し易い固体を含む液体には馬蹄型翼、アンカー型
翼を使用している。 【0003】更に、(C)液体に対する固体の溶解には
糸巻翼を使用することが多い。上記(B),(C),
(D)の攪拌翼を使用する攪拌機では、翼の外端と槽と
の隙間を小さくして槽壁への付着防止、液体の移動、翼
による液体の剪断及び掻取りを行うことにより槽内の混
合、その他の目的を達成する。なお、これらの攪拌機
は、比較的低い翼回転数で使用されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】前記従来の(A)の攪
拌翼のを図10に示す如く一段の形で使用した場合、仮
に循環流の発生を促進するために槽壁面に下部から上部
に至る複数本の邪魔板を間隔をおき配設しても、大きい
攪拌所要動力を必要としながら混合時間がかなり長く、
動力特性及び混合特性が悪い。低速回転攪拌時の混合特
性はさらに悪い。 【0005】(A)の攪拌翼を多段の形で使用しても、
各段間での液体の交換が少なく、混合特性を改善するこ
とができないという不都合があった。また、前記従来の
(B),(C)の攪拌機では、その構造から低粘度液に
は有効ではないという不都合があった。更に、前記従来
の(D)の攪拌翼では、翼外端からの液の吐出力が非常
に弱く、液の循環・移動という現象が発生しにくいた
め、短時間に完全混合状態にできないという不都合があ
った。 【0006】本発明は前記従来の課題を解決するために
なしたもので、殊に中粘度領域での攪拌の所要動力を低
減すると共に、低速回転での攪拌時(低所要動力時)の
混合性能を向上させることを目的とする。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明の攪拌機は、処理
液を装入した攪拌槽1の中心部に槽外から挿入された回
転可能な攪拌軸2を配設し、該軸2に、攪拌槽1の底壁
面に下端部を摺接させて槽底部に配設される幅広平板か
らなるボトムパドル7を装着し前記攪拌軸2のボトムパ
ドル7より上位部分に、アーム部分8と該アーム部分8
と直角方向に延びるストリップ9から構成される格子翼
6を装着すると共に攪拌槽1の側壁面 拌軸の軸方向
に延びる邪魔板10を配設しn×d ×ρ/μで表され
るレイノルズ数R が300<R <5000の範囲で
攪拌することにある。 但し、n:翼回転数(1/sec),d:翼径(m),
ρ:液密度(kg/m ,μ:液粘度(kg/m・s
ec)。 【0008】 【実施例】以下、その詳細を図1〜図9に示す実施例に
より説明する。図中1は円筒形攪拌槽で、該槽1内中心
部には攪拌軸2が配設されている。攪拌軸2は、一端を
槽底部に軸受3を介して支持され、かつ、他端を槽頂部
上の駆動装置4に攪拌槽内に、後述する格子翼6より上
部に設けたカップリング5を介て接続されている。【0009】 7は2枚パドルのボトムパドルで、攪拌軸
2の下端部に装着されており、その下端部は攪拌槽1の
底壁面に摺接している。このため、このボトムパドル7
は、従来公知のパドル翼と馬蹄型翼、アンカー型翼の両
特性(吐出、剪断掻取り)、つまりパドル翼の液を半径
方向に吐出する特性と、馬蹄型翼、アンカー型翼の壁面
付着物を掻取り、飛散、浮遊させる特性とを併せ備えて
いる。【0010】 6は格子翼で、攪拌軸2のボトムパドル7
より上位部分に装着されている。この格子翼6は、アー
ム部分8とストリップ9とから構成され、アーム部分8
は槽径方向に延びる板棒状の2枚パドルであり、ストリ
ップ9はアーム部分8と直角方向に延びる板棒状のもの
である。このため、格子翼6は、回転時、各構成部材端
で液を剪断し細分化すると共に、各構成部材の後側で発
生する微小の渦により前記細分化された液を混合する特
性を備えている。前記ストリップ9は、アーム部分8の
全部に跨がって(図1、図4)組み合わされて格子状に
形成されている。【0011】 10は平板型の邪魔板で、攪拌槽1の側壁
面に前記ボトムパドル7の側部上端部から格子翼6の側
部上端部まで延びる連続した1枚の平板で形成されてお
り、攪拌槽1の側壁面に一本、或は、円周方向に略等間
隔に複数本配設されている。即ち、この邪魔板10は、
攪拌槽1の側壁面のボトムパドルの側部上端部から格子
翼6の側部上端部まで連続して攪拌軸2の軸方向に連続
しており、ボトムパドル7から吐出された液を円運動か
ら軸方向流に変えて攪拌槽1上部まで上昇させる特性を
備えている。【0012】 尚、攪拌軸2を槽外から駆動するための駆
動装置4を槽頂部側に設けた例につき説明したが、該装
置4を槽底部側に設けてよい。この攪拌機では、攪拌操
作の中で注目操作(混合、溶解、各種反応等)により、
また所要容量によりその構成部材比が設定されるが、そ
の主な作用は次に述べる通りである。【0013】 格子翼6とボトムパドル7を回転させる
と、攪拌槽1内に満たされて液は、ボトムパドル7によ
り槽底壁面への付着を防止されつつ半径方向に吐出され
て槽側壁面に衝突すると共に、邪魔板10により円運動
を直線運動(攪拌軸の軸方向流)に変えられて槽上部へ
と上昇させられ、槽上部では側壁側から中心側へ移動し
て攪拌軸2及び格子翼6の最上段アーム部分8の近傍か
ら下方へ移動(流れ込み)し、ボトムパドル7のところ
に戻る。かかる大きな循環流の中で、ボトムパドル7よ
り上位に配置された格子翼6のアーム部分8とストリッ
プ9により下隆中の液が剪断細分化され、この細分化さ
れた液は、アーム部分8とストリップ9の後側に発生す
る微細渦に巻込まれて混合される。上記の作用を図解し
たのが図5,図6である。【0014】 図5に示される如く、ボトムパドル7が、
従来のパドル翼と異なり攪拌槽1の底部に摺接配置され
ることにより、パドル翼と馬蹄型翼、アンカー型翼とし
ての両作用を併有する。また、図6に示される如く、邪
魔板10が、ボトムパドル7により槽側壁側に吐出され
た液が円運動しないで上昇流となるように、その発生を
促進する作用を有する。また、格子翼6のアーム部分8
及びストリップ9は、ボトムパドル7及び邪魔板10の
働きで槽内を循環する液をその下降過程で細分化、混合
する作用を有する。【0015】 一般に、攪拌槽での翼の特性と性能を表わ
す係数として、混合開始、翼外端から吐出された液が
攪拌槽内を何回循環すれば混合を完成させられるかとい
う循環回数があるが、比較テスト結果は、パドル翼(邪
魔板なし)が4〜7回、螺旋状リボン翼が2回であるの
に対して、本発明のもの(邪魔板付き)はその構成部材
比により少し幅があるものの1〜1.3回であった。【0016】 攪拌槽での翼の混合特性を表すものとして
図7に示すn.θ〜R曲線がある。同図中n.θ
は完全混合時間θ(sec)と翼の回転数n(1/s
ec)を乗じた翼に特有な値で、無次元混合時間といわ
れ、翼(槽条件も含む。)による液の混合性能を表す指
標である。Rは翼(槽条件を含む。)による液の乱れ
状態を示す指標で、レイノズ数といわれ、n・d
ρ/μで表される。ここで、n:翼回転数(1/se
c)、d:翼径(m)、ρ:液密度(kg/m)、
μ:液粘度(kg/m・sec)。【0017】 また、攪拌槽での翼の動力性能を表すもの
として図8に示すN〜R曲線がある。同図中N
翼(槽条件も含む。)による液の動力性能を表す指標
で、動力数といわれ、P・gc/ρ・n・dで表さ
れる。ここでP:動力(kgm/sec、gc:単位換
算係数、ρ:液密度(kg/m)、n:翼回転数(1
/sec)、d:翼径(m)。【0018】 前記n・θ〜R曲線とN〜R曲線
は、D(槽径)=1m、d=0.5m、ρ=1000k
g/mのときに得られたものである。これらの曲線を
使用して、μ=0.5kg/m・sec(=500c.
p.)、n=1r.p.sとしたR=500の状態で
比較すると、混合時間n・θは、本発明(H/D=
1.0のとき)ではA点の値a=16、従来ではC点の
値c=80であるから、本発明は従来に比して1/5の
混合時間で済み、n=1でも高い混合能力があることが
分かる。また、動力数Nは、本発明(H/D=1.0
のとき)ではE点の値e=5、従来ではG点の値g=8
であるから、そのR=500の状態を作り出すのに必
要な動力値をP=N・(ρ・n・d)/gcで求
めると、本発明では15.94、従来では25.51と
なり、本発明は従来に比して1/1.6の攪拌所要動力
で済むことが分かる。【0019】 また、混合前の液を同様のμ=1/100
0kg/m・sec(1c.p.)、混合液の液をμ=
0.5kg/m・sec(500c.p.)とすると、
混合時間n・θは、粘度が高くなるに従って従来では
点からC点へと変化し、その値の変化量C−C
大きくなって混合性能が悪くなるのに対して、本発明
(H/D=1.3のとき)ではB点からB点へと変化
し、その値の変化量b−boは殆ど零となるから、反応
液を攪拌する場合にも、攪拌開始時(低粘度液)から混
合終了時(高粘度液)まで殊に中粘度域での安定した混
合特性が得られ、反応液攪拌方法として効率良く製品の
歩留まりも良いことが分かる。【0020】 さらには、図9に同じ安全混合時間θ
(sec)に対応する所要動力について従来例と本発
明の例との比較を示す。これによれば、2000c.
p.の混合液、1c.p.の混合液とも本発明のものは
従来のものに比べ大幅に小さいことが分かる。換言すれ
ば、本発明は小さい動力で従来と同等の性能を得ること
ができる。【0021】 【発明の効果】本発明は以上の構成よりなり、次の効果
を奏するものである。 (1)翼回転数が低い値でも良い混合能力があるからレ
イノルズ数Rに対して広範囲に亘り、殊に、レイノル
ズ数R :300〜5000の中粘度域での混合特性が
良い。 (2)循環回数が非常に小さいから、完全混合状態にな
るまでの時間(混合時間)が短い。 (3)低速回転攪拌時の混合特性が高いから、マイルド
な攪拌ができる。 (4)攪拌所要動力が小さくて済み、それでいて従来と
同等の性能が得られる。 (5)低粘度液から高粘度液まで、殊に中粘度域での
定した混合特性を有するから、反応液の攪拌方法として
有効である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1実施例を示すもので、正断面図。 【図2】本発明の第1実施例を示すもので、II−II
線断面図。 【図3】本発明の第1実施例を示すもので、III−I
II線断面図。 【図4】本発明の第2実施例を部分破断で示す斜視図。 【図5】本発明の作用説明図。 【図6】本発明の作用説明図。 【図7】n・θ〜R線図。 【図8】N〜R線図。 【図9】θ〜P線図。 【図10】従来のパドル翼を使用した攪拌機の概要図。 【符号の説明】 1 攪拌槽 2 攪拌軸 3 軸受 4 駆動装置 5 カップリング 6 格子翼 7 ボトムパドル 8 アーム部分 9 ストリップ 10 邪魔板
フロントページの続き (72)発明者 吉木 誠治 愛媛県東予市今在家1501番地 住友重機 械工業株 式会社 東予製造所内 (72)発明者 倉津 正文 愛媛県東予市今在家1501番地 住友重機 械工業株 式会社 東予製造所内 (56)参考文献 特公 昭38−25342(JP,B1) 実公 昭46−34623(JP,Y1) ***特許1222261(DE,B) 「化学工学▲II▼」 P.183−185 (1965.岩波書店) 「Chemical Enginee r’s Handbook」 P.19− 11 (1963.McGrawHill B ook)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1) 処理液を装入した攪拌槽(1)の中心部に槽外か
    ら挿入された回転可能な攪拌軸(2)を配設し、該軸
    (2)に、攪拌槽(1)の底壁面に下端部を摺接させて
    槽底部に配設される幅広平板からなるボトムパドル
    (7)を装着し前記攪拌軸(2)のボトムパドル(7)
    より上位部分に、アーム部分(8)と該アーム部分
    (8)と直角方向に延びるストリップ(9)から構成さ
    れる格子翼(6)を装着すると共に攪拌槽(1)の側壁
    に攪拌軸の軸方向に延びる邪魔板(10)を配設し
    ×d ×ρ/μで表されるレイノルズ数R が300<
    <5000の範囲で攪拌することを特徴とする処理
    液の攪拌方法。 但し、n:翼回転数(1/sec),d:翼径(m),
    ρ:液密度(kg/m ),μ:液粘度(kg/m・s
    ec)。
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