CN103180036B - 微粒化装置的性能评价方法以及尺度上推方法 - Google Patents

微粒化装置的性能评价方法以及尺度上推方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够应用于各种各样的形状、循环方式的转子·定子类型的搅拌器的总结性的性能评价方法。本发明是一种求出转子·定子类型的搅拌器中的总体能量耗散率：（εa），通过对其中所含的通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中作为固有的数值的搅拌器整体的形状依赖项的值的多寡进行评价，来评价搅拌器的性能的方法。

Description

微粒化装置的性能评价方法以及尺度上推方法
技术领域
本发明涉及包括具备多个开口部的定子和在该定子的内侧空出规定的间隙配置的转子的搅拌器，也就是所谓的转子·定子类型的搅拌器的性能评价方法以及尺度上推方法。
背景技术
所谓的转子·定子类型的搅拌器一般如图1所示，包括由具备多个开口部1的定子2和在定子2的内侧空出规定的间隙δ配置的转子3构成的搅拌器单元4。这样的转子·定子类型的搅拌器是利用在高速旋转的转子3和被固定的定子2之间的间隙附近产生高的剪切应力的情况，相对于流体等，进行乳化、分散、微粒化、混合等处理的搅拌器，在食品、医药品、化学品等领域，在处理液的调合、调制等用途被广泛地使用。
存在将转子·定子类型的搅拌器与被处理的流体的循环方式相应地分类为处理液像图2的箭头5a所示那样循环的外部循环式搅拌器和处理液像图2的箭头5b所示那样循环的内部循环式搅拌器。
针对这样的转子·定子类型的搅拌器提供各种各样的形状、循环方式。例如，专利文献1(用于粒子形成的旋转件固定子装置以及方法)中，提出公开了在药剂、营养辅助食品、食品、化学品、化妆品等大范围使用具备多个开口部的定子、可在该定子的内侧空出规定的间隙配置的转子的搅拌器的、用于生成应用于粒子的形成的细微粒子的装置、方法。据此，能够有效、简单、轻易地进行尺度上推。
另外，以前作为种种形状的搅拌器的性能评价方法，报告了若干指标(理论)。
例如，不限于前述的转子·定子类型的搅拌器，若试着着眼于液-液分散操作，则报告了液滴径的尺寸能够按照平均的能量耗散率的计算值(大小)来讨论(非专利文献1、2)。但是，在非专利文献1、2中，基本没有明确平均的能量耗散率的计算方法。
报告了若干能够应用于个别的搅拌器，且对其实验结果进行了整理的研究例(非专利文献3～6)。但是，在这些研究例(非专利文献3～6)中，针对搅拌器的微粒化效果，考察了是仅来自转子和定子的间隙(缝隙)的影响、仅来自定子的开口部(洞)的影响等，仅报告了在各搅拌器中不同的内容。
报告了若干考察了转子·定子类型的搅拌器的微粒化机构(机械装置)的研究例(非专利文献7、8)。在它们中，启示出湍流的能量耗散率有助于液滴的微粒化效果、处理液受到剪切应力的频度(剪切频度)影响其微粒化效果。
在转子·定子类型的搅拌器的尺度上推方法中，针对在长时间运转而得到的最终的液滴径(最大稳定的液滴径)提出了若干报告(非专利文献9)。但是，在实际的制造现场并不实用，不太有用。也就是说，基本没有报告考虑搅拌器的处理(搅拌、混合)时间，推定规定的时间运转而得到的液滴径的有用的研究例。假设，即使考虑搅拌器的处理时间，推定液滴径，它也仅仅是报告了只以实测值(实验值)为基础的现象(事实)，没有报告理论性地分析的研究例。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2005-506174号公报
非专利文献
非专利文献1：Davies,J.T.；“DropSizesofEmulsionsRelatedtoTurbulentEnergyDissipationRates,”Chem.Eng.Sci.,40,839-842(1985)
非专利文献2：Davies,J.T.；“APhysicalInterpretationofDropSizesinHomogenizersandAgitatedTanks,IncludingtheDispersionofViscousOils,”Chem.Eng.Sci.,42,1671-1676(1987)
非专利文献3：Calabrese,R.V.,M.K.Francis,V.P.MishraandS.Phongikaroon；“MeasurementandAnalysisofDropSizeinBatchRotor-StatorMixer,”Proc.10thEuropeanConferenceonMixing,pp.149-156,Delft,theNetherlands(2000)
非专利文献4：Calabrese,R.V.,M.K.Francis,V.P.Mishra,G.A.PadronandS.Phongikaroon；“FluidDynamicsandEmulsificationinHighShearMixers,”Proc.3rdWorldCongressonEmulsions,pp.1-10,Lyon,France(2002)
非专利文献5：Maa,Y.F.,andC.Hsu；“Liquid-LiquidEmulsificationbyRotor/StatorHomogenization,”J.Controlled.Release,38,219-228(1996)
非专利文献6：Barailler,F.,M.HenicheandP.A.Tanguy；“CFDAnalysisofaRotor-StatorMixerwithViscousFluids,”Chem.Eng.Sci.,61,2888-2894(2006)
非专利文献7：Utomo,A.T.,M.BakerandA.W.Pacek；“FlowPattern,PeriodicityandEnergyDissipationinaBatchRotor-StatorMixer,”Chem.Eng.Res.Des.,86,1397-1409(2008)
非专利文献8：Porcelli,J.；“TheScienceofRotor/StatorMixers,”FoodProcess,63,60-66(2002)
非专利文献9：UrbanK.；“Rotor-StatorandDiscSystemforEmulsificationProcesses,”Chem.Eng.Technol.,29,24-31(2006)
在前述的专利文献1中记载了规定的搅拌器的优越性(性能)、设计的数值范围等，但没有针对高性能的搅拌器的设计的数值范围等记载理论依据，针对高性能的搅拌器的种类、形状等没有记载。
如前述所述，以前，虽然作为种种形状的搅拌器的性能评价方法，报告了若干指标(理论)，但是，这些指标终究只能应用于形状相同的个别搅拌器的情况很多，实际上基本是不能应用于形状不同的各种各样的搅拌器的情况。例如，虽然存在仅能够应用于转子和定子的间隙(缝隙)对微粒化效果影响大的搅拌器的指标、仅能够应用于定子的开口部(洞)对微粒化效果影响大的搅拌器的指标等，但是没有讨论能够应用于所有形状的搅拌器的总结性的指标，考虑了这些的指标基本不存在。
这样，基本不存在有关转子·定子类型的搅拌器的性能评价方法、尺度上推方法的研究例，基本也不存在能够应用于形状不同的各种各样的搅拌器，并对其实验结果进行总结性地整理的研究例。
就转子·定子类型的搅拌器的性能评价方法、尺度上推方法而言，在以往技术中，基本是(1)对每个个别的搅拌器，(2)使用小规模的装置，(3)评价长时间运转得到的最终的液滴径(最大稳定的液滴径)的情况。也就是说，在以往技术中，没有(A)对各种各样的搅拌器，(B)应用大规模(实际制造规模)的装置，(C)对规定的时间运转而得到的液滴径、到得到规定的液滴径为止的处理(搅拌)时间进行评价、推定。
例如，虽然存在仅能够应用于转子和定子的间隙(缝隙)的尺寸对微粒化效果、乳化效果影响大的搅拌器的指标、仅能够应用于定子的开口部(洞)的尺寸、形状对微粒化效果、乳化效果影响大的搅拌器的指标等，但没有对能够应用于所有形状的搅拌器的总结性的指标(能够将各种各样的搅拌器统一地比较、评价的理论)进行讨论，不存在考虑了这些的指标。
因此，现实是一面使用实际的处理液，进行不断摸索，一面对搅拌器进行性能评价，进行尺度上推。
因此，在本发明中，以确立能够应用于各种各样的形状、循环方式的搅拌器的总结性的性能评价方法、确立考虑了该搅拌器的运转条件(处理时间)的尺度上推方法、还有确立利用了这些性能评价方法、尺度上推方法的食品、医药品、化学品等的制造方法(微粒化方法)为课题。
发明内容
技术方案1记载的发明
是评价转子·定子类型的搅拌器的性能的方法，
是根据下述式1求出总体能量耗散率：εa，通过对该式1中所含的通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中作为固有的数值的搅拌器整体的形状依赖项的值的多寡进行评价，来评价搅拌器的性能的方法。
[数1]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
技术方案2记载的发明
是一种转子·定子类型的搅拌器的尺度上推或者尺度下推方法，其特征在于，通过使由式1求出的实验机规模以及/或试验设备规模中的总体能量耗散率：εa的值和尺度上推或者尺度下推的实际制造机中的总体能量耗散率：εa的计算值一致，来进行尺度上推或者尺度下推。
[数2]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
技术方案3记载的发明
是利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，来制造食品、医药品或者化学品的方法，是通过使用式1进行计算，推定该搅拌器的运转时间和据此得到的被处理流体的液滴径，制造食品、医药品或者化学品的方法。
[数3]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
技术方案4记载的发明
是一种利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理而制造的食品、医药品或者化学品，是通过使用式1进行计算，推定该搅拌器的运转时间和据此得到的被处理流体的液滴径，由前述搅拌器相对于被处理流体，实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理而制造的食品、医药品或者化学品。
[数4]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
发明效果
在基于本发明的转子·定子类型的搅拌器的性能评价方法和尺度上推·尺度下推方法中，应用称为总体能量耗散率：εa的指标。由各公司提供的各种各样的形状、循环方式的搅拌器的总体能量耗散率：εa能够从转子(旋转件)和定子(固定件)的几何尺寸、运转的动力和流量的测定值个别地计算。而且，该总体能量耗散率：εa被分离为各搅拌器的形状依赖项和运转条件依赖项来表现。
在各搅拌器的性能评价方法，例如，通过液滴径的微粒化倾向来掌握的性能评价方法中，能够使用形状依赖项的计算值(大小)。
另外，在各搅拌器的尺度上推·尺度下推方法中，能够使用将形状依赖项和运转条件依赖项合并了的总体能量耗散率：εa的计算值，通过使其计算值一致来设计。
而且，在利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，来制造食品、医药品或者化学品的方法中，通过由将总体能量耗散率：εa导出的本发明的计算式进行计算，能够推定该搅拌器的运转时间和因此而得到的被处理流体的液滴径，制造具有希望的液滴径的食品、医药品或者化学品。
附图说明
图1是说明转子·定子类型的搅拌器具备的搅拌器单元的立体图。
图2是说明在外部循环式的转子·定子类型的搅拌器(外部循环式搅拌器)以及内部循环式的转子·定子类型的搅拌器(内部循环式搅拌器)中被处理的流体循环的方式的图。
图3是说明调查液滴径的微粒化倾向的方式的图。
图4是说明将外部循环式搅拌器的评价试验结果用于内部循环式搅拌器的评价的方式的图。
图5是表示小型的搅拌器中的处理(混合)时间和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图6是表示小型的搅拌器中的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图7是表示大型的搅拌器中的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图8是表示小型的搅拌器中的表5的运转条件下的处理(混合)时间和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图9是表示大型的搅拌器中的表5的运转条件下的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图10是表示其它的大型的搅拌器中的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
图11是将用于以实际制造规模得到应用总体能量耗散率：εa推定的以试验设备规模得到的液滴径所必要的处理时间(等价混合时间)和实际制造规模下的实测值进行比较来表示的图。
图12是表示将市场销售的营养调整食品用转子·定子类型的搅拌器混合了的情况下的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)的图。
具体实施方式
本申请发明是转子·定子类型的搅拌器的性能评价方法以及尺度上推(尺度下推)方法。尤其是通过液滴径的微粒化倾向来掌握搅拌器的性能，进行性能评价的方法。
在本申请发明中，根据下述式1，求出总体能量耗散率：εa。
[数5]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
在本发明中，通过对前述的计算式所含的通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中作为固有的数值的搅拌器整体的形状依赖项的值的多寡进行评价，来评价搅拌器的性能。
从导出总体能量耗散率：εa的前述的本发明的计算式可知，间隙中的形状依赖项：Kg[-]是以转子和定子的间隙：δ[m]、转子的直径：D[m]、转子的翼尖的厚度：b[m]为基础的各搅拌器中固有的数值。
另外，定子中的形状依赖项：Ks[-]是以流量数：Nqd[-]、定子的孔数：ns[-]、定子的孔径：d[m]、定子的厚度：l[m]、转子和定子的间隙：δ[m]、转子的直径：D[m]为基础的各搅拌器中固有的数值。
而且，搅拌器整体的形状依赖项：Kc是以功率数：Np[-]、流量数：Nqd[-]、转子叶片的片数：nr[-]、转子的直径：D[m]以及间隙中的形状依赖项：Kg[-]、定子中的形状依赖项：Ks[-]为基础的各搅拌器中固有的数值。
另外，功率数：Np[-]、流量数：Nqd[-]按照在化学工学领域被通常使用的无纲量数被定义如下。
Q＝Nqd·N·D3(Q:流量、N:转速、D搅拌器直径)
P＝Np·ρ·N3·D5(ρ：密度、N:转速、D搅拌器直径)
也就是说，流量数和功率数是通过实验测定的流量以及从动力导出的无纲量数。
即、搅拌器整体的形状依赖项：Kc是通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中固有的值。
因此，通过比较(评价)该值的大小，能够评价各种各样的搅拌器的性能。
即、本发明是根据前述的本发明的计算式求出总体能量耗散率：εa，通过对该计算式中所含的通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中作为固有的数值的搅拌器整体的形状依赖项的值的多寡进行评价，来评价搅拌器的性能的发明。
另外，本发明提出的转子·定子类型的搅拌器的尺度上推或者尺度下推方法是通过使由上述的计算式求出的实验机规模以及/或试验设备规模中的总体能量耗散率：εa的值和尺度上推或者尺度下推的实际制造机中的总体能量耗散率：εa的计算值一致，来进行尺度上推或者尺度下推的方法。
由上述的本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa更具体地说是包括由具备多个开口部的定子和在定子的内侧空开规定的间隙：δ配置的转子构成的搅拌器单元的转子·定子类型的搅拌器的混合部分中的总体能量耗散率。
根据本申请发明者的实验，转子·定子类型的搅拌器中的微粒化效果(微粒化倾向)即使在转子的形状、定子的形状、其运转条件(处理时间等)、其尺度(规模、尺寸)等不同的情况下，也能够通过应用由上述的本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa，来汇总(统一)地进行讨论(比较、评价)。
该总体能量耗散率：εa如上述的本发明的计算式表示的那样，能够作为转子和定子的间隙(缝隙)中的局部剪切应力：εg和定子的局部能量耗散率：εs的合计(和)来表现。
本申请发明者通过实验发现，通过对计算总体能量耗散率：εa的计算式中的形状依赖项：Kc的数值(大小)进行评价，能够对各种搅拌器的性能进行比较(评价)。
搅拌器整体的形状依赖项：Kc是通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量(例如，水运转时的动力·流量)而得到的各搅拌器中固有的值。发现通过对该值的大小进行比较(评价)，能够评价各种各样的搅拌器的性能，完成了本申请发明。
另外，对根据上述的本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)进行研究，知道若以总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
即、作为实施例2而在后面阐述的研究的结果，根据本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)如随附的图9所示，能够以由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa为横轴，将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
这样，通过发明者的研究，认定由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa和液滴径存在大致直线的关系。
但是，由于难以导出能够在统计上可靠的实验式，所以，液滴径的推定使用从实验得到的液滴径和由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa的关系来进行。
如上所述，由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa被分为形状依赖项和其以外的制造条件项(包括时间)。由此，若将制造条件项(时间)固定，形状依赖项增大，则总体能量耗散率：εa大，结果，即使在相同的制造条件(时间)下，液滴径也小。
具体地说，实际测定在某个制造条件下得到的粒子径，计算此时的εa。通过该实验，知道用于得到规定的液滴径所必要的εa。
接着，通过对变更了搅拌器形状时计算的εa和变更前的εa的大小进行比较，推定变更后的液滴径的减小倾向。
也就是说，虽然没有推定前述的计算式和液滴径的统计可靠性高的实验式，但是，通过利用实验结果，能够推定考虑了搅拌器形状的影响的液滴径的减小倾向。
因此，根据本发明，在利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，制造食品(包括乳制品·饮料等)、医药品(包括准药品等)或者化学品(包括化妆品等)的方法中，通过使用导出总体能量耗散率：εa的上述的本发明的计算式进行计算，能够推定该搅拌器的运转时间和因此而得到的被处理流体的液滴径，制造具有希望的液滴径的食品、医药品或者化学品。
另外，如通过实施例实际证明的那样，由于若根据本发明，制造营养组成物(与流食、婴幼儿用调制奶粉等的组成相当)，则风味、口感、物理性质、品质等良好，在卫生面、作业性等也优异，所以，本发明优选应用于食品、医药品，还优选应用于食品，更优选应用于营养组成物、乳制品，尤其优选应用于高浓度配合的营养组成物、乳制品。
根据本发明，能够针对各种各样的形状、循环方式的转子·定子类型的搅拌器(旋转件·固定件型的混合机)，提供能够应用于形状不同的各种各样的搅拌器，且考虑了其运转条件的性能评价方法。
另外，能够提供能够应用于形状不同的各种各样的搅拌器，且考虑了其运转条件的尺度上推·尺度下推方法。
再有，能够提供利用了前述的性能评价方法、前述的尺度上推·尺度下推方法的食品(此外，还有医药品、化学品等)的制造方法(微粒化方法)。
下面，参照附图，针对本发明的优选实施方式，说明若干实施例，但本发明并不限定于这些实施方式、实施例，在从权利要求书的记载掌握的技术范围内，能够变更为种种方式。
实施例1
作为进行微粒子化的评价的对象，准备假想乳制品的模拟液。该乳化制品疑似液由牛奶蛋白质浓缩物(MPC、TMP(全奶蛋白质))、菜籽油、水构成。其配合、比率等表示在表1。
[表1]
表1乳制品的疑似液的配合比率
搅拌器的性能通过实验性地研究液滴径的微粒化倾向来评价。如图3所示，准备外部循环式的单元，在流路的途中，由激光衍射式粒度分布计(岛津制作所：SALD-2000)测量液滴径。
另外，在本发明中，在实验性地研究液滴径的微粒化倾向，评价搅拌器的性能时，就内部循环式搅拌器而言，难以掌握液滴径的微粒化倾向。但是，内部循环式搅拌器和外部循环式搅拌器如图1所示，在包括由具备多个开口部1的定子2和在定子2的内侧空开规定的间隙δ配置的转子3构成的搅拌器单元4这点共通。因此，在对内部循环式搅拌器进行评价的情况下，如图4所示，考虑将由具有与外部循环式搅拌器具备的搅拌器单元相同的尺寸(尺码)、形状、构造的转子、定子构成的搅拌器单元配备在内部循环式搅拌器，将评价该外部循环式搅拌器的试验的结果用于内部循环式搅拌器的评价。
在该实施例中，针对转子3和定子2的间隙(缝隙)δ小(δ≤1mm，例如，δ＝0.05～0.5mm)，定子2的开口部(洞、孔)1的数量少(开口部1的数量：ns≤20个，例如，ns＝1～10个)的3种搅拌器，对其性能进行了比较。另外，这里使用的搅拌器的概要表示在表2。
[表2]
表2搅拌器的概要
转子翼的数量nr：4
搅拌器A-1、A-2都是收容量为1.5立升，同样厂家的产品，但其尺寸(尺码)存在不同。
表2中，间隙容积：νg是图1中的缝隙δ的部分的容积。
就搅拌器A-1、A-2(均为收容量：1.5立升)、B(收容量：9立升)具备的转子3的搅拌叶片的数量而言，搅拌器A-1：4片、搅拌器A-2：4片、搅拌器B：4片。
实验条件和总体能量耗散率：εa的计算值如表3所述。
[表3]
表3实验条件和计算值
表3中，由于Kg/(Kg+Ks)的值在0.5以上，所以，与作为定子中的形状依赖项的Ks相比，作为间隙中的形状依赖项的Kg大，可知在搅拌器A-1、A-2、B中，在比较其间隙和定子2的开口(孔)部1的微粒化效果的情况下，搅拌器的间隙δ的微粒化效果大，占支配地位。
另外，在表3中，从εa的值推定为搅拌器的间隙δ越窄，另外，转子3的转速越大，微粒化效果越高。
针对表2的搅拌器A-1、A-2，将表3的运转条件下的处理(混合)时间和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图5。
可知显示与基于表3的εa的推定值(理论值)同样的倾向，在所有转速下，在搅拌器的间隙δ小的情况下，微粒化效果(微粒化的性能)高。另一方面，可知若考虑运转条件下的处理(混合)时间的妥当性等，则作为转子前端速度为15m/s，优选在17m/s以上，还优选在20m/s以上，更优选在30m/s以上，尤其以优选40～50m/s为好。
另外，可知若以处理(混合)时间为横轴，对实验结果进行整理，则不能将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
接着，针对表2的搅拌器A-1、A-2，将由本发明提出的εa和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图6。可知若以总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
具体地说，可知即使运转条件(转速、混合时间)和搅拌器的形状(间隙δ、转子3的直径)不同，液滴径也遵循同样地减少的倾向。
即、确认了由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa在转子·定子类型的搅拌器中，是能够总结性地考虑运转条件、形状的不同，对其性能进行评价的指标。
接着，针对表2的搅拌器B，将由本发明提出的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图7。可知即使搅拌器的规模(尺寸)不同，液滴径也依赖εa的值(大小)。
另外，从图6、图7可知，即使搅拌器的规模不同，也显示同样的微粒化倾向。
如上所述，可以认为在转子3和定子2的间隙(缝隙)δ小(δ≤1mm，例如，δ＝0.05～0.5mm)，定子2的开口(洞、孔)部1的数量少(开口部1的数量：ns≤20个，例如，ns＝1～10个)的转子·定子类型的搅拌器中，通过使由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa的值(大小)一致，能够总结性地考虑运转条件、形状的不同，进行尺度上推、尺度下推。
由于如通过该实施例能够确认的那样，若以总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)，所以，在像该实施例进行那样，利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，制造食品、医药品或者化学品的情况下，能够通过使用本发明的计算式进行计算，推定该搅拌器的运转时间和因此而得到的被处理流体的液滴径，制造具有希望的液滴径的食品、医药品或者化学品。
实施例2
在该实施例中，针对转子3和定子2的间隙(缝隙)δ大(δ>1mm，例如，δ＝2～10mm)，定子2的开口部(洞、孔)1的数量多(开口部1的数量：例如，ns>20个，例如，ns＝50～5000个)的这3种搅拌器，比较其性能。
另外，与实施例1同样，作为进行微粒子化的评价的对象，使用假想了乳制品的表1的配合比率的模拟液，与实施例1同样，如图3所示那样，准备外部循环式的单元，在流路的途中，由激光衍射式粒度分布计(岛津制作所：SALD-2000)测量液滴径，对液滴径的微粒化倾向进行调查、评价。
另外，这里使用的搅拌器C(收容量：100立升)、D(收容量：500立升)、E(收容量：10千升)的概要表示在表4。这些3种搅拌器为同一厂家产品，是市场上提供的产品。而且，针对搅拌器C，研究了间隙(缝隙)δ的尺寸(大小)、开口部1的数量相异的5种搅拌器(定子No.1～定子No.5)。
[表4]
表4搅拌器的概要
转子翼的数量nr：6
另外，在表4中，开口面积比A是由“全部的开口部面积(＝1孔面积×个数)/定子的表面积”计算的无纲量数。
实验条件和总体能量耗散率：εa的计算值如表5所述。
[表5]
表5实验条件和计算值
N＝1317[rpm]V＝0.1[m3]
在表5中，由于Kg/(Kg+Ks)的值为0.1～0.3，所以，与作为间隙中的形状依赖项的Kg相比，作为定子中的形状依赖项的Ks大，可知在表4的搅拌器C中，在对其间隙和定子2的开口(孔)部1的微粒化效果进行比较的情况下，定子2的开口部1的微粒化效果大，占支配地位。
另外，在表5中，根据按照定子号码4的Kc标准化了的Kc/Kc_std的值，推定微粒化效果随着定子号码增大而升高。
针对表4的搅拌器C(定子No.1～定子No.5)，将表5的运转条件下的处理(混合)时间和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图8。
可知显示与基于表5的Kc/Kc_std的推定值(理论值)同样的倾向，在定子No.1～定子No.5的任意一个中，都是在Kc/Kc_std的值大的情况下，微粒化效果(微粒化的性能)高。另一方面，可知若考虑运转条件下的处理(混合)时间的妥当性等，作为开口面积比，在0.15(15％)以上，优选在0.2(20％)以上，还优选在0.3(30％)以上，更优选在0.4(40％)以上，尤其以优选0.4～0.5(40～50％)为好。此时，酌量定子的开口部的强度好。
另外，可知由于在为同等程度的Kc/Kc_std的值的定子No.3和No.4中，显示大致同等的微粒化倾向，所以，若通过Kc/Kc_std和由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa预测搅拌器的性能，则不仅能够捕捉定性的倾向，还能够说明(评价)定量的倾向。
另外，可知若以处理(混合)时间为横轴，对实验结果进行整理，则不能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
接着，针对表4的搅拌器C(定子No.1～定子No.5)，将由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图9。
可知，若以由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。具体地说，可知即使运转条件(转速、混合时间)和搅拌器的形状(间隙、定子的孔径、定子的开口面积比)不同，液滴径也遵循同样地减少的倾向。
即、确认了由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa在转子·定子类型的搅拌器中，是能够总结性地考虑运转条件、形状的不同而对其性能进行评价的指标。
接着，针对表4的搅拌器D、E，将由本发明的计算式求出的总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图10。可知即使搅拌器的规模(尺寸)在容量上相差200～700立升，液滴径也依赖εa的值(大小)。另外，可知即使搅拌器的规模不同，也显示同样的微粒化倾向。
如上所述，可以认为，在转子3和定子2的间隙(缝隙)δ大(δ>1mm，例如，δ＝2～10mm)，定子的开口部(洞、孔)1的数量多(开口部1的数量：ns>20个，例如，ns＝50～5000个)的转子·定子类型的搅拌器中，通过使由本发明提出的计算式求出的总体能量耗散率：εa的值(大小)一致，能够总结性地考虑运转条件、形状的不同，进行尺度上推。
另外，在该实施例中，由于也是若以由本发明提出的计算式求出的总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)，所以，在像该实施例中进行的那样，利用转子·定子类型的搅拌器，相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，制造食品、医药品或者化学品的情况下，通过使用本发明提出的计算式进行计算，能够推定该搅拌器的运转时间和因此而得到的被处理流体的液滴径，制造具有希望的液滴径的食品、医药品或者化学品。
实施例3
阐述应用由本发明提出的计算式求出的总体能量耗散率：εa并考虑了处理时间的尺度上推方法(尺度下推方法)的细节。
可以说推定用于通过实际制造规模得到以试验设备规模得到的液滴径所必要的处理时间(等价混合时间)的情况在设计实际的制造工序上是必要不可欠缺的。根据表6所示的数值，说明推定该等价混合时间的顺序。
[表6]
表6等价混合时间的推定
在试验设备规模(容积：500立升)中，在搅拌器的转速为27/sec的情况下，εa为4.73×104。另一方面，在实际制造规模(容积：7000立升)中，在搅拌器的转速为17/sec的情况下，εa为1.94×104。此时，为了使实际制造规模的εa与试验设备规模的εa等同，需要2.49倍的处理(混合)时间。因此，推定(预测)实际制造规模的等价混合时间相对于试验设备规模的等价混合时间的2.49倍。
为了评价该推定的妥当性，将推定值和实测值进行比较，表示在图11。这里，可知从试验设备规模的实测值推定的实际制造规模的微粒化倾向(微粒化效果)与实际制造规模的微粒化倾向一致。
如上所述，可知通过应用本发明提出的εa，能够总结性地考虑搅拌器的形状的不同(规模)，对搅拌器的性能进行评价和能够考虑处理时间，进行尺度上推。
在以往技术中，存在仅能够应用于转子和定子的间隙(缝隙)对微粒化效果、乳化效果影响大的搅拌器的理论、仅能够应用于定子的开口部(洞)对微粒化效果、乳化效果影响大的搅拌器的理论，但是，不存在能够应用于各种各样的搅拌器的总结性的理论，不存在考虑了这些两者的理论。
在本发明中，能够针对间隙依赖、开口部依赖的搅拌器，一面总结性地考虑其微粒化效果、乳化效果，一面进行其性能评价、尺度上推。也就是说，在本发明中，根据迄今为止只能限定性地使用的性能评价方法和尺度上推方法，开发出能够应用于更宽的范围的搅拌器的理论。
实施例4
使用明治乳业(株)的营养调制食品美巴兰思(メイバランス1.0HP(商标))，进行微粒化试验。该美巴兰思1.0HP(商标)的组成、物理性质如表7所述。
[表7]
表7营养调整食品(美巴兰思HP1.0(商标))
组成(100mL)
热量[kcal] 100
蛋白质[g] 5.0
脂肪[g] 2.5
糖[g] 14.1
食物纤维[g] 1.2
灰分[g] 0.7
水分[g] 84.3
物理性质值
渗透压[mOsm/L] 420
pH(20℃)[-] 6.7
粘度(20℃)[mPa·s] 10
比重(20℃)[-] 1.078
在该实施例中，使用2种搅拌器(收容量：9千升和400立升)，使转子的旋转速度、累积时间变化，进行实验。这些2种搅拌器是与实施例1、实施例2的搅拌器A、B、C相同的厂家的产品。
将实验条件和总体能量耗散率：εa的计算值等表示在表8。
[表8]
表8实验条件和计算值(美巴兰思HP1.0)
将总体能量耗散率：εa和液滴径的关系(微粒化倾向)表示在图12。
可知若以本发明提出的总体能量耗散率：εa为横轴，对实验结果进行整理，则能够将液滴径的变化(液滴的微粒化倾向)汇总来表现(评价)。
产业上利用的可能性
由于本发明提出的微粒化装置的性能评价方法以及尺度上推方法(尺度下推方法)能够发挥下面阐述的优异的效果·功能，所以，能够在进行乳化、分散、微粒子化工序的种种产业领域，例如，食品、医药品、化学品等制造领域利用。
(1)相对于市场上存在的已有的转子·定子类型的搅拌器，不使用实际的处理液，仅使用水进行运转(水运转)，就能够评价这些搅拌器的性能。通过称为水运转的简单的研究，能够选定与各用户的用途相匹配的最佳的转子·定子类型的搅拌器。据此，能够削减用于选定搅拌器的研究成本，能够缩短该研究期间。
(2)通过为使总体能量耗散率：εa的形状依赖项最大化而采用几何尺寸，在新型的转子·定子类型的搅拌器中，能够提高(提升)其性能进行设计·制造，在已有的搅拌器中，能够改善其性能。
(3)能够相对于从小型到大型的各种各样的转子·定子类型的搅拌器，在考虑其处理(制造)时间的基础上，进行尺度上推、尺度下推。
(4)能够为了得到与各用户的目的相匹配的微粒化效果(液滴径)而推定其必要的处理(搅拌)时间，只要以该必要的最低时间运转(处理)即可。能够缩短转子·定子类型的搅拌器的运转时间，实现节能。
符号说明
1：开口部(洞)；2：定子；3：转子；4：搅拌器单元。

Claims (3)

1.一种评价转子·定子类型的通过液滴径的微粒化倾向来掌握的搅拌器的性能的方法，
其特征在于，
根据下述式1求出总体能量耗散率：εa，通过对该式1中所含的通过测定转子·定子的尺寸和运转时的动力·流量而得到的各搅拌器中作为固有的数值的搅拌器整体的形状依赖项的值的多寡进行评价，来评价通过液滴径的微粒化倾向来掌握的搅拌器的性能，
[数1]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
2.一种转子·定子类型的搅拌器的尺度上推或者尺度下推方法，
其特征在于，
通过使由下述的式1求出的实验机规模以及/或试验设备规模中的总体能量耗散率：εa的值和尺度上推或者尺度下推的实际制造机中的总体能量耗散率：εa的计算值一致，来进行尺度上推或者尺度下推，
[数2]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
3.一种制造食品、医药品或者化学品的方法，是利用转子·定子类型的搅拌器，通过相对于被处理流体实施乳化、分散、微粒化或者混合的处理，来制造食品、医药品或者化学品的方法，其特征在于，通过使用式1进行计算，推定该搅拌器的运转时间和据此得到的被处理流体的液滴径，制造食品、医药品或者化学品，
[数3]
这里，在式1中，
εa：总体能量耗散率[m2/s3]
εg：转子和定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]
εs：定子的局部能量耗散率[m2/s3]
Np：功率数[-]
Nqd：流量数[-]
nr：转子叶片的片数[-]
D：转子的直径[m]
b：转子的翼尖的厚度[m]
δ：转子和定子的间隙[m]
ns：定子的孔数[-]
d：定子的孔径[m]
l：定子的厚度[m]
N：转速[1/s]
tm：混合时间[s]
V：液量[m3]
Kg：间隙中的形状依赖项[m2]
Ks：定子中的形状依赖项[m2]
Kc：搅拌器整体的形状依赖项[m5]。
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