JPS60137425A - 流体混合装置 - Google Patents

流体混合装置

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JPS60137425A
JPS60137425A JP58244024A JP24402483A JPS60137425A JP S60137425 A JPS60137425 A JP S60137425A JP 58244024 A JP58244024 A JP 58244024A JP 24402483 A JP24402483 A JP 24402483A JP S60137425 A JPS60137425 A JP S60137425A
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JP
Japan
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fluid
floating body
mixing device
tapered
fluid mixing
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JP58244024A
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JPS6334773B2 (ja
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Tetsuo Yamaguchi
哲男 山口
Yoji Otahara
緒田原 蓉二
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30Injector mixers
    • B01F25/31Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/313Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3131Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements

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  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は流体混合装置に係り、広い範囲の流量に対応し
て良好な混合精度が得られる流体混合装置に関する。
〔発明の背景〕
流体を混合することば、多くの工業で要求され実施され
ている。従来、流路上に設けた流体混合装置及びその方
法としては次のようなものがある。
簡単な構造では混合すべき流体をT字接手等によって合
流し適当な長さの流路を設けて混合する方法。また、流
体を合流した後流路上に適当な口径のオリフィスあるい
は固定案内羽根を設けて混合する方法。また、エジェク
タを設けて、第1流の流体をノズルから噴出させこれに
第2流の流体を吸引し混合する方法がある。
これらの流体混合装置による流体の混合作用は流体混合
装置内を流れる流体自体の乱れにより生じる。そこで、
流体を混合させるには流体の乱れを起させるために混合
装置内の流体の流速をある程度以上に大きくする必要が
ある。しかし、流体の流速を大きくしすぎると、流体混
合装置による圧力損失が上昇し、混合装置の用途によっ
ては操作困難になる。
そこで、前記した従来の流体混合装置は、混合すべき流
体が必要な流速になるように適当な構造及び大きさのも
のが設けられ、比較的狭い範囲の流量で操作される。す
なわち、従来の混合装置においては広い範囲で流量が変
動する場合には圧力損失の上昇はさけられない。これは
従来の流体混合装置の内部構造が固定されており、流体
の流量変動に対応してその構造が簡単に変更できないた
めである。
このように、広す範囲の流量に対応して良好な混合精度
が得られ、かつ低圧損で作動する流体混合装置は、本発
明以前には実現していない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、混合すべき流体の広い範囲の流量変動
に対応して、良好な混合精度が得られかつ低圧損で作動
する流体混合装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、流体混合装置の発明であって、流体を流路上
で混合させる流体混合装置において、第1流の流路上に
上流から下流方向に拡がるテーパ管部を形成し、とのテ
ーバ領域に自由に移動できる浮遊体を収納し、かつテー
パ管の上流側に第2流の流体入口を設けたことを特徴と
する。また、前記浮遊体としては、前記第1流と第2流
の混合流体によって、テーバ領域内で浮遊状態を維持で
きる形状、大きさ及び密度のものが選定され、この浮遊
体の背後には渦流が形成される。また、テーパ管部の上
流、下流には、浮遊体が飛び出すのを防止するために、
金網、多孔板或いは突起などが設けてることが望ましい
次に、本発明の原理について説明する。小口径側を下に
してほぼ垂直に設けたテーパ管内に自由に移動できる適
当な形状、大きさ及び密度の浮遊体を収納し、下方より
流体を供給すると、浮遊体はその前後に生ずる圧力差に
よる力で上方に押し上げられるが、浮遊体が上方へ移動
するにつれて浮遊体とテーパ管との流通面積が増加する
のでそこを通過する流体の速度が小さくなって圧力差が
減少し、浮遊体はその自重と圧力差による力との均衡し
た位置で静止する。すなわち、テーパ管内に浮遊体を収
納した装置においては、流体の供給量が増加しても、そ
の流量に応じて廊遊体がテーパ管内における静止位置を
自動的に変え、圧力損失は上昇しないことが知られてい
る。一方、流体中に静止した物体を置くと、物体の背後
にうすが発生することが知られている。これより、前記
テーパ管内に供給した流体によって浮遊体が静止状態に
ある場合、その浮遊体の背後にうすが発生してbる。
そこで、第1図に示すように、第1流1の流路上に、小
口径側を下にしてほぼ垂直にしたテーパ管2を設け、こ
のテーバ領域内に自由に移動できる浮遊体3を入れ、か
つその上流側に混合すべき第2流4の流体人口5を設け
た構造にし、これに第1流体1と第2流体4とをそれぞ
れ供給して、テーパ管2内で浮遊体3が静止する状態に
すれば、浮遊体3の背後に生じるうず6によって、第1
流体1と第2流体4とを混合させることができ、さらに
、第1流体lと第2流体4の供給流量が増加しても圧力
損失が増加しない流体混合装置7を構成することができ
る。
なお、第1図に示すように、テーパ管2内の上下には浮
遊体3がテーバ領域から流出するのを防止するために、
突起8.金網あるいは多孔板などが設けである。また、
テーパ管2及び浮遊体3の大きさその他の仕様は混合す
べき流体の流量範囲及び特性によって適宜最適なものが
選定される。
〔発明の実施例〕
以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明する。しか
し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
実施例1 本発明の流体混合装置の混合効果を明確にするために、
第2図に示す実験装置を用いた。この実験装置は、本発
明の流体混合装置7、第1流体貯槽9、ポンプ10およ
び流量計11から々る第1流体の供給系、第2流体貯槽
12、ポンプ13からなる第2流体の供給系、液分配器
14およびpH測定装置15.16からなる流出液の混
合度の測定系より構成した。ここに用いた本発明の流体
混合装置7は管長が63ttms管端の口径は下側が6
.5鰭、上側が7.7簡のテーパ管2であり、その内部
に径6,3霧のステンレス製の球状の浮遊体3を収納し
、かつテーバ領域より5朔上流側に、口径3mの第2f
M体の注入口5を設けた構造である。混合装置の上部に
は、平面の大きさが30wX100m+、幅が9.5陣
の液分配器14を取付けた。また、液分配器14の内部
空間は横方向に5等分され、かつ分割した各室に流出液
の導管17を設け、これをそれぞれpH測定管15に接
続した。第1流体の供試液は0.002 MKH2PO
4溶液を用い、これにlNNaOHを添加して、pH6
,3に調製した。また、第2流体の供試液は0.1 N
NaOH溶液である。
実験は貯槽9からポンプ10により流量計11を経て、
第1流体1を3〜18t/hの流量範囲で連続的に供給
し、これに約90分の1の第2流体4を貯槽12からポ
ンプ13により供給した。
そして、各供給流量における混合装置の混合度は、第1
流体と第2流体とを混合した後、混合溶液がp H7,
3になるようにし、その際液分配装置より5等分された
各流出液のpHを測定してめた。
なお、測定に用いたpH七ンサの精度から、流出液のp
Hの変動幅が0.1以内にある場合を完全混合と見なし
た。
このようにして測定した本発明の流体混合装置7の結果
は第3図のAに示すように、供給流量5t/h以上でp
H変動幅は0.1以下になり、良好な混合度が得られた
。かつ、第4図のAに示すように、本発明の流体混合装
置の圧力損失は、供給流量の広い範囲にわたってほぼ一
定であり、30〜38慣HzOと低い値であった。
比較例1 第1図に示した本発明の流体混合装置7の浮遊体3によ
る混合効果をさらに明確にするために、浮遊体3を取り
はずしてテーバ管のみにした第5図の構造の混合装置を
用いて検討した。実験装置は前記実施例1で用いた第2
図と同じであり、混合装置7のみ第5図のものととりか
えた。また、実験方法は前記実施例1と同じにした。
第5図に示すテーバ管のみの構造の流体混合装置による
混合の結果は、第3図のBに示すように供給液の全流量
範囲においてpH変動幅は0.1以上であり、良好な混
合度は全く得られなかった。
ただし、第5図の混合装置の圧力損失は、第4図のBに
示すように、1〜b 合装置より低い値であった。
比較例2 本発明の流体混合装置(第1図)の流量変動に対する圧
力損失の特性を明確にするために、従来の絞り盤を設け
た第6図の構造の混合装置を用いて検討した。実験装置
は前記実施例1で用いた第2図のものと同じであり、混
合装置7のみ、第6図の構造のものに取替えた。また、
実験方法は前記実施例1と同じにした。
第6図に示す絞り盤19を設けた構造の流体混合装置に
よる混合の結果は、第3図のCに示すように、供給液の
流量が5t7h以上において流出液のpH変動幅は0.
1以下であり、良好な混合精度が得られた。しかし、そ
の際の圧力損失は第4図のCに示すように、供給液の流
量が増大するにつれて、上昇し、45〜973 w H
20と高い値になった。
以上のように、本発明の流体混合装置を用いれば、混合
すべき流体の広い範囲の変動に対応して良好な混合精度
が得られ、かつ低圧損で作動することがわかる。
次に、本発明の具体的な適用例をあげて説明する。第7
図は先に特願昭58−11287として出願したもので
、被反応液を血液し、酵素反応を連続的に行う固定化酵
素反応装置である。固定化酵素反応装置は、反応器20
、原料貯槽21、原料ポンプ22、反応液貯槽23、p
H調整液貯槽24及びポンプ25により構成されている
。この反応器20の構造は反応層26と調節部27とを
交互に多段に設けた多段充填層型であり、その目的は固
定化酵素の反応層26における酵素反応により変化した
pH1温度を調節部27により最適領域に調節し、より
反応効率の高い固定化酵素反応器を提供するにある。
そこで、多段充填層型固定化酵素反応器20の目的を達
成するために、反応器20に設けられる調節部27に次
のような機能が要求される。まず、調節部では、pHを
調節するために注入されたpH調整液と被反応液とを混
合させる機能が要求される。また、反応層に充填される
固定化酵素粒子の圧縮強度は一般に小さいので、できる
だけ圧力損失が低すことが要求される。ところで、固定
化酵素の活性は反応時間の経過とともに徐々に低下する
。そこで、反応器20による反応液の反応率を一定にす
るためには、固定化酵素の活性の低下に応じて反応器2
0に供給する被反応液の流量を徐々に減少させることに
なる。そのため、調節部27においては、さらにこの被
反応液の供給流量の変動範囲に対応して良好な混合精度
が得られ、かつ低圧損で作動する機能が要求される。
このように、多段充填層温反応器20に設けられる調節
部27には種々の機能が要求される。これに対して、第
1図に示す本発明の流体混合装置は要求されるこれらの
機能を全て満足できるので、調節部27に適用すれば、
固定化酵素反応器を効率よく操作できる。
第8図は本発明の流体混合装置7を前記固定化酵素反応
器20の調節部27に内設した構造を示したものであり
、調節部27のほぼ中央に、上側に広がったテーパ管2
が取付けられており、テーパ管2の内部には浮遊体3が
収納されている。また、テーパ管2の上部と下部には浮
遊体3が流出するのを防止するだめの多孔板8が設けら
れている。、また、テーパ管2の下部にはpHz整液の
注入口5が設けられており、テーパ管2のほぼ中央に開
口している。また、テーパ管2の外側はジャケットにな
っており、冷却水を供給、排出するためのバイブ28,
29が調節部27の外側に設けられている。
次に、変形例について説明する。浮遊体3の形状と−し
ては、第1図に示した球体以外に、上部が円板状であり
、下部が円錐になった形状のもの(第9図)、また、上
部の円板に斜めに溝を切ってテーパ管内の流体によって
回転を与えられる形状のもの(第10図)、また円板を
間隔をおいて2段以上かさねた形状のもの(第11図)
などにしてもより0 また、テーパ管内に自由に移動できる浮遊体を入れた流
体混合装置の原理を拡張すれば、流体よりも比重の軽め
浮遊体を用い、下側広がりのテーパ管に収納して上側よ
り流体を流す方法をとってもよい(図示せず)。さらに
、第12図に示すように、浮遊体を、例えばバネなどの
弾性体30とともにテーパ管内に収納し、弾性体の反発
力を利用する横皺の流体混合装置を構成してもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、供給流量が増加しても、各流量に応じ
て浮遊体がテーパ管内における静止位置を自動的に変え
、その浮遊体の背後に生じるうすによって流体を混合し
、圧力損失も上昇しないので、本発明装置は混合すべき
流体の広い範囲の流量変動に対応して、良好な混合精度
が得られかつ低圧損で作動する等の効果を持っている。
【図面の簡単な説明】
第1図、第12図は本発明の流体混合装置の概略断面図
、第2図は本発明の流体混合装置を組込んだ一実施例装
置の概略フロー図、第3図は本発明及び比較例夫々の流
体混合装置を第2図の実験装置に組込んで得られた混合
度の特性図、第4図は同じく第2図の実験装置に組込ん
で得られた圧力損失の特性図、第5図、第6図は本発明
の流体混合装置に対する比較例の流体混合装置の概略断
面図、第7図は本発明の流体混合装置の応用例である多
段充填層型固定化酵素反応装置の概略フロー図、第8図
は第7図の部分拡大図、第9図乃至第11図は浮遊体の
変形例を示す側面図である。 1・・・第1流体、2・・・テーパ管、3・・・浮遊体
、4・・・第2流体、5・・・注入口、6・・・うず、
7・・・流体混合装置、8・・・突起、9・・・第1流
体貯槽、10・・・ポンプ、11・・・流量計、12・
・・第2流体貯槽、13・・・ポンプ、14・・・液分
配器、15・・・pH測定管、16・・・pHメータ、
17・・・流出液の導管、18・・・多孔板、19・・
・絞り盤、20・・・多段充填層型固定化酵素反応器、
21・・・原料貯槽、22・・・原料ポンプ、23・・
・反応液貯槽、24・・・pH調整液貯槽、25・・・
ポンプ、26・・・反応槽、27・・・調節部、28・
・・冷却水入口、29・・・冷却水出口。 代理人 弁理士 高橋明夫 ¥y 3 図 ケ松表5糺量(橘ジ 第 4 図 併給爽浅量(分つ 芋 5 国 竿6 図 $ 7 図 2ノ 竿 3I21

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、上流から下流の方向に拡がるテーパ部を備えた第1
    の流路と、 該第1の流路内でかつ前記テーパ部の上流側に開口する
    第2の流路と、 前記テーパ部内を上流、下流のいずれの方向にも移動可
    能でかつ背後に渦流を形成する浮遊体とを具備してなる
    流体混合装置。
JP58244024A 1983-12-26 1983-12-26 流体混合装置 Granted JPS60137425A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0416221A (ja) * 1990-05-10 1992-01-21 Niigata Eng Co Ltd 気体混合装置
US6092921A (en) * 1997-01-07 2000-07-25 Shell Oil Company Fluid mixer and process using the same
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