JP2005052687A - 絶縁材料にて被覆された撹拌槽における撹拌条件設定方法、撹拌条件設定プログラム及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁材料にて内壁が被覆された撹拌槽の絶縁破壊を防止し得る撹拌条件設定方法、撹拌条件設定プログラム及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【解決手段】本発明の撹拌条件設定方法は、内壁が絶縁材料にて被覆されてなる撹拌槽内にて内容物を撹拌する場合に、撹拌槽内における内容物の体積Ｖ（ｍ^３）、内容物の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、撹拌器の動力数Ｎｐ、撹拌器の撹拌数ｎ（ｓ^−１）、撹拌翼の翼径ｄ（ｍ）からなる撹拌条件群より選択される、あらかじめ設定された４つの撹拌条件に基づいて、内容物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が、式（１）
Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５）≦２００ ……（１）
を満たすように、上記撹拌条件群の中から選択されていない残り１つの撹拌条件を設定する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内壁が絶縁材料にて被覆されてなる撹拌槽における撹拌条件設定方法、撹拌条件設定プログラム及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撹拌槽では、該撹拌槽内の物質を撹拌することにより、該物質を拡散あるいは分散させ、該物質の濃度の均一化、化学反応、熱の移動等を行っている。上記撹拌槽では、撹拌槽内の物質の付着や撹拌槽の腐食を防止するために、鋼鉄製のタンクの内面にコーティング層が形成されている場合がある。このコーティング層を形成するためのコーティング処理としては、例えば、ガラスをコーティングするグラスライニング処理、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂をコーティングする樹脂被覆処理が知られている。
【０００３】
上記ガラスや樹脂等の絶縁材料を用いてコーティング処理が施された撹拌槽にて、該撹拌槽の内容物として導電性の低い物質を撹拌すると、物質間の摩擦や、物質と撹拌槽との衝突、撹拌槽への物質の配管輸送等によって発生した静電気がコーティング層に蓄積されやすくなる。つまり、コーティング層から静電気が放電されるよりも帯電される量が多くなって、コーティング層に静電気が蓄積することになる。
【０００４】
コーティング層に蓄積された静電気量が、該コーティング層の破壊電圧を超えると、コーティング層は、ピンホールや欠けの発生、コーティング材料の剥離等の絶縁破壊を受ける。上記コーティング層に蓄積される静電気量は、一般に、撹拌槽での撹拌速度が速くなるほど増加することが知られている（非特許文献１参照）。そのため、コーティング層の絶縁破壊を防止するためには、撹拌槽での撹拌速度を制御する必要がある。
【０００５】
【非特許文献１】
澤田雅光「ＧＬ槽での静電気の発生と対策」、化学工学、６１巻、ｐ．８６０−８６２、１９９７年
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば化学反応では、一般に、撹拌速度が速いほど、反応速度が速くなる、あるいは、熱交換が迅速に行われることが知られている。このように、撹拌槽での撹拌操作が求められる場合には、撹拌槽に備えられている撹拌器の撹拌数を大きくして、撹拌槽での撹拌速度を高めることが一般に求められている。
【０００７】
それゆえ、コーティング層を有する撹拌槽にて、化学反応を行う場合には、コーティング層の絶縁破壊を引き起こすことのない範囲で、最大の撹拌速度を設定することが好ましい。
【０００８】
また、コーティング層を有する撹拌槽にて初めて撹拌が行われる物質の撹拌や、コーティング層を有する新しい撹拌槽にて撹拌を行う場合にも、コーティング層の絶縁破壊を引き起こすことのない最大の撹拌速度を簡単に決定することができれば、撹拌操作の効率化を図ることができ、さらに、コーティング層の絶縁破壊によって撹拌槽の使用が不可能となることを防止することができる。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、撹拌槽内の内容物を撹拌する際に、内壁がコーティング層等の絶縁材料からなる撹拌槽の絶縁破壊を防止し得る撹拌所要動力を、実測等によって経験的に決定するのではなく、撹拌される物質の諸特性や撹拌槽に備えられた撹拌器の特性に応じて決定するための撹拌槽における撹拌条件設定方法、撹拌条件設定プログラム及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の撹拌条件設定方法は、上記課題を解決するために、内壁が絶縁材料からなる撹拌槽内にて、撹拌翼を有する撹拌器が回転することによって内容物を撹拌する場合の撹拌条件を設定するための撹拌条件設定方法であって、上記撹拌槽内における内容物の体積Ｖ（ｍ^３）、上記内容物の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、上記撹拌器の動力数Ｎｐ、上記撹拌器の撹拌数ｎ（ｓ^−１）、上記撹拌翼の翼径ｄ（ｍ）からなる撹拌条件群より選択される、あらかじめ設定された４つの撹拌条件に基づいて、上記内容物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が、式（１）
Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５）≦２００ ……（１）
を満たすように、上記撹拌条件群の中から選択されていない残り１つの撹拌条件を設定することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の撹拌条件設定方法は、上記の撹拌条件設定方法において、上記動力数Ｎｐは、式（２）
Ｒｅ＝ρｎｄ^２／μ ……（２）
（ρは混合物の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｎは撹拌器の回転速度（ｓ^−１）、ｄは撹拌翼の翼径（ｍ）、μは混合物の粘度（Ｐａ・ｓ））で表されるレイノルズ数Ｒｅに基づいて決定されることが好ましい。
【００１２】
上記の方法によれば、内容物の体積Ｖ及び密度ρ、撹拌器の回転速度ｎ及び動力数Ｎｐ、撹拌翼の翼径ｄの各撹拌条件からなる撹拌条件群より選択される１つの撹拌条件を、撹拌所要動力Ｐｖが上記式（１）を満たすように設定している。これにより、内壁を被覆してなる絶縁材料（以下、コーティング層と記載する）に、絶縁破壊が生じることを防止することができる。
【００１３】
また、撹拌所要動力Ｐｖが上記式（１）を満たすように上記撹拌条件群より選択される撹拌条件が設定されるので、撹拌槽にて新規な内容物を撹拌する場合や、新しい撹拌槽にて内容物を撹拌する場合にも、コーティング層の絶縁破壊を防止することができる。これにより、コーティング層の絶縁破壊の補修等に煩わされることなく、撹拌操作を効率よく行うことが可能になる。
【００１４】
本発明の撹拌条件設定方法は、上記内容物が、固体物質と液体物質との混合物であり、上記固体物質及び液体物質の体積抵抗率がそれぞれ独立して、１×１０^１１（Ω・ｍ）以上である場合に、特に好適に用いることができる。
【００１５】
また、本発明には、上記の撹拌条件設定方法をコンピュータに実行させるための撹拌条件設定プログラムも含まれる。
【００１６】
上記の構成によれば、上記の撹拌条件設定方法がプログラムとして格納されているので、該プログラムを読み出すことによって、上記式（１）を満たすように撹拌条件を設定することができる。これにより、上記撹拌条件設定方法を汎用的なものにして、撹拌槽における絶縁破壊を好適に防止することができる。
【００１７】
さらに、本発明の撹拌条件設定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記撹拌条件設定方法をコンピュータに実現させるための、撹拌条件設定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【００１８】
上記の構成により、上記記録媒体から読み出された撹拌条件設定プログラムによって、コンピュータ上で、撹拌条件設定方法を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１及び図２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
本実施の形態の撹拌装置は、図１に示すように、内壁にグラスライニング処理が施された撹拌槽（以下、ＧＬ撹拌槽）１と、ＧＬ撹拌槽１内の内容物を撹拌する撹拌器２と、撹拌時に撹拌槽内の物質（以下、内容物と記載する）の流れを乱すための邪魔板としてのビーバーテイルバッフル３とを備えている。
【００２１】
上記ＧＬ撹拌槽１は、例えば、鋼鉄、ステンレス等の導電性材料からなる円筒型の密閉式のタンク１ａの内壁に、上記グラスライニング処理によって形成されたガラス（絶縁材料）からなるコーティング層１ｂを有している。該ＧＬ撹拌槽１のタンク１ａの外壁は接地されており、ＧＬ撹拌槽１内部にて発生してコーティング層１ｂに蓄積される静電気を放電するようになっている。
【００２２】
上記撹拌器２は、撹拌軸２ａを中心に回転するように、撹拌軸の一方の先端部がモータ４に取り付けられている。該モータ４には、トルク計付きコントローラ（以下、コントローラ）５が接続されている。さらに、該コントローラ５は、パーソナルコンピュータ（以下、コンピュータ）６によって制御されている。それゆえ、このコンピュータ６によって、コントローラ５を介してモータ４の回転数を任意に調節することにより、撹拌器２の撹拌数を制御することができる。
【００２３】
また、撹拌軸２ａの他方の先端部には撹拌翼２ｂが備えられ、撹拌軸２ａが回転すると、該撹拌軸２ａを中心として撹拌翼２ｂが回転する。これにより、ＧＬ撹拌槽１内の内容物が撹拌される。ここで、本実施の形態のＧＬ撹拌槽１は、上記撹拌翼２ｂとして、図２（ｂ）に示すように、ファウドラー型の３つの撹拌翼２ｂ・２ｂ・２ｂ（以下、撹拌翼２ｂと記載する）を有している。この撹拌翼２ｂは、図２（ａ）に示すように、撹拌軸２ａの中心から、該中心から最も遠い撹拌翼２ｂの先端部分までの直線距離が、ｄ／２（ｄは撹拌翼の翼径（ｍ））となっている。言い換えれば、翼径ｄは、撹拌器２が撹拌軸２ａを中心に回転した場合に、撹拌翼２ｂが描く軌跡である円の直径として定義される。
【００２４】
なお、上記撹拌器２の撹拌軸２ａ及び撹拌翼２ｂは、絶縁体にて、又は、導電体を絶縁材料で被覆されて、形成されている。これにより、撹拌軸２ａ及び撹拌翼２ｂに、ＧＬ撹拌槽１内の内容物の付着することを防止し、また、撹拌軸２ａ及び撹拌翼２ｂの腐食を防止することができる。さらに、図１に示すように、針金を撹拌軸２ａ部分に接続するようにコイル状に巻き、該針金を接地して、撹拌器２に発生する静電気を放電している。
【００２５】
また、上記ビーバーテイルバッフル３は、絶縁体にて、又は、導電体を絶縁材料で被覆されて、形成されている。これにより、ビーバーテイルバッフル３表面に、内容物が付着することを防止するとともに、ビーバーテイルバッフル３の腐食を防止している。
【００２６】
上記撹拌装置のＧＬ撹拌槽１（図１）にて、内容物を撹拌する際には、上記コントローラ５によって、モータ４を回転させて撹拌器２を駆動する。これにより、撹拌軸２ａが回転して、撹拌翼２ｂが回転し、ＧＬ撹拌槽１内の内容物が流動して撹拌される。このとき、ビーバーテイルバッフル３に内容物が衝突することにより、内容物の流れの方向が変化する。これにより、ＧＬ撹拌槽１内の内容物全体が均一になるように、流動させることができる。なお、本実施の形態の撹拌装置では、ＧＬ撹拌槽１に、邪魔板としてのビーバーテイルバッフル３が備えられているが、該ビーバーテイルバッフル３を備えていない構成であってもよい。
【００２７】
本実施の形態では、上記構成の撹拌装置にて、撹拌操作を行う際に、内容物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が２００Ｗ／ｍ^３以下となるように、後述する撹拌条件を設定している。より好ましくは、上記撹拌所要動力Ｐｖが１５０Ｗ／ｍ^３以下となるように、撹拌条件を設定している。
【００２８】
一般に、上記ＧＬ撹拌槽１にて内容物を撹拌する際には、内容物同士の摩擦や、内容物と撹拌槽との衝突等によって発生した静電気が、上記ＧＬ撹拌槽１の、絶縁材料であるガラスからなるコーティング層１ｂに蓄積されやすい。該コーティング層１ｂに蓄積された静電気量が、コーティング層１ｂの破壊電圧を超えると、コーティング層１ｂの絶縁破壊が引き起こされる。そのため、本実施の形態では、このコーティング層１ｂの絶縁破壊を防止するために、撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）を上記値の範囲内に設定している。
【００２９】
上記ＧＬ撹拌槽１にて撹拌される内容物としては、液体、気体、気−液系の混合物、液−液系の混合物、固−液系の混合物等の流体が挙げられる。このうち、内容物として絶縁性物質を用いて撹拌を行う場合、特に、内容物として絶縁性固体物質（固体物質）と絶縁性液体物質（液体物質）との混合物を用いて撹拌を行う場合、上記ＧＬ撹拌槽１の、絶縁材料であるガラスからなるコーティング層１ｂには、流体の撹拌時に生じる流動電位によって絶縁破壊が生じる可能性がある。従って、上記混合物の撹拌を好適に行うためには、特に、流体の流動特性や、撹拌所要動力（撹拌強度）、伝熱速度等の諸特性を総合的に判断して、上記コーティング層１ｂの絶縁破壊を引き起こさないように、撹拌動作を制御する必要がある。
【００３０】
ここで、上記絶縁性固体物質、及び、絶縁性液体物質とは、体積抵抗率がそれぞれ独立して１×１０^１１（Ω・ｍ）以上である固体物質、及び、液体物質をいうものとする。具体的には、上記体積抵抗率を有する固体物質としては、例えば、アルミナ、雲母類、ガラス類、セラミックス類等の無機物；ゴム類、天然樹脂、合成樹脂、ジアジド化合物，フェノール性酸化防止剤，フェノール性光安定剤等を挙げることができる（文献：労働省産業安全研究所著、産業安全研究所技術指針「静電気安全指針」、社団法人産業安全技術協会、１９８８年３月改訂、表Ｒ．４等（ｐ．１５７〜）に記載の物質を参照）。また、上記体積抵抗率を有する液体物質としては、炭化水素系の有機溶剤に多く見られる。
【００３１】
内容物の体積抵抗率、すなわち、絶縁性固体物質、絶縁性液体物質の体積抵抗率は、それぞれの物質の単位断面積、単位長さの電気抵抗を測定して得られる体積抵抗率（ＪＩＳ Ｃ２５２５）として決定される。上記内容物の体積抵抗率が、いずれも１×１０^１１（Ω・ｍ）以上である、絶縁性固体物質と絶縁性液体物質との混合物である場合、撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）を２００Ｗ／ｍ^３以下に制御することによって、コーティング層１ｂの絶縁破壊を特に好適に防止することができる。
【００３２】
言い換えれば、上記体積抵抗率を有する固体物質と液体物質との混合物を撹拌する場合に、上記撹拌所要動力Ｐｖが２００Ｗ／ｍ^３を超えると、ＧＬ撹拌槽１のコーティング層１ｂの絶縁破壊が生じやすくなるため、撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）を２００Ｗ／ｍ^３以下に制御することが好ましい。
【００３３】
上記したように、上記コーティング層１ｂの絶縁破壊は、上記混合物をＧＬ撹拌槽１（図１）にて撹拌する場合に生じる、固体物質と液体物質との摩擦等によって、流動電位に起因する。この流動電位は、ＧＬ撹拌槽１のコーティング層１ｂに、静電気として徐々に蓄積され、コーティング層１ｂは、ＧＬ撹拌槽１の外壁であるタンク１ａを介して放電する。一方、ＧＬ撹拌槽１での撹拌動作における撹拌所要動力Ｐｖが増加すると、コーティング層１ｂにおける静電気の蓄積量が放電量を超え、さらには静電気の蓄積量がコーティング層１ｂの破壊電圧を超えることがある。このように、混合物の撹拌によって、静電気の蓄積量がコーティング層１ｂの破壊電圧を超えた場合には、コーティング層１ｂに絶縁破壊が生じることになる。
【００３４】
そこで、本発明では、この絶縁破壊を防止するために、上記したように、上記混合物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が、２００Ｗ／ｍ^３以下となるように、より好ましくは、１５０Ｗ／ｍ^３以下となるように、撹拌条件を設定している。
【００３５】
このような撹拌所要動力Ｐｖの制御は、一般に、撹拌槽における撹拌では、上記撹拌所要動力Ｐｖの増加とともに、混合物の単位体積あたりの電荷密度が上昇することに基づいている。混合物の電荷密度が上昇すれば、ＧＬ撹拌槽１のコーティング層１ｂにおける静電気の蓄積量が増加する。それゆえ、本実施の形態では、上記撹拌所要動力Ｐｖを２００Ｗ／ｍ^３以下となるように制御することによって、混合物の電荷密度の増加を抑制して、コーティング層１ｂの絶縁破壊を防止している。
【００３６】
ここで、上記撹拌所要動力Ｐｖは、下記式（３）
Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５） ……（３）
に基づいて算出することができる。なお、上記式（３）中、Ｖは内容物の体積（ｍ^３）、ρは内容物の密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｎｐは撹拌器２の動力数、ｎは撹拌器２の撹拌数（ｓ^−１）、ｄは撹拌翼２ｂの翼径（ｍ）を表す。
【００３７】
本実施の形態では、上記したように、撹拌所要動力Ｐｖは、
Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５）≦２００ ……（１）
を満たす値に設定される。
【００３８】
上記撹拌所要動力Ｐｖが２００Ｗ／ｍ^３以下となるように設定するためには、まず、上記ＧＬ撹拌槽１内における内容物の体積Ｖ（ｍ^３）、内容物の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、上記撹拌器２の動力数Ｎｐ、撹拌器２の撹拌数ｎ（ｓ^−１）、上記撹拌翼の翼径ｄ（ｍ）の５つの撹拌条件からなる撹拌条件群のうちの４つの撹拌条件をあらかじめ設定し、該４つの撹拌条件を式（１）に導入する。そして、上記撹拌条件群のうちの残り１つの撹拌条件を、上記式（１）を満たすように設定すればよい。
【００３９】
上記５つの撹拌条件（Ｖ，ρ，ｎ，Ｎｐ，ｄ）を用いて、撹拌所要動力Ｐｖを２００Ｗ／ｍ^３以下に設定するためには、具体的には、（ａ）ＧＬ撹拌槽１内の内容物の体積Ｖを小さくする、すなわち、内容物の容量を減少させる、（ｂ）内容物の密度ρを小さくする、例えば、固体物質と液体物質との混合物であれば、相対的に密度の低い液体物質の含有率を高める、（ｃ）撹拌翼２ｂの翼径ｄを小さくする、（ｄ）動力数Ｎｐを小さくする、（ｅ）撹拌数ｎを小さくする、という５つの撹拌条件の設定方法のうちの少なくとも１つの設定方法を採用すればよい。
【００４０】
また、上記動力数Ｎｐは、撹拌数ｎとして任意の値を定めて、レイノルズ数Ｒｅを下記式（２）
Ｒｅ＝ρｎｄ^２／μ ……（２）
（ρは内容物の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｎは撹拌器２の撹拌数（ｓ^−１）、ｄは撹拌翼２ｂの翼径（ｍ）、μは内容物の粘度（Ｐａ・ｓ））によって算出し、このレイノルズ数Ｒｅに基づいて決定することができる。すなわち、上記動力数Ｎｐは、レイノルズ数Ｒｅ及び撹拌器２の撹拌翼２ｂの形状に依存する値として知られている。それゆえ、レイノルズ数Ｒｅを上記式（２）に基づいて決定すれば、ＧＬ撹拌槽１に備えられている撹拌器２の撹拌翼２ｂの形状に基づいて、従来の知見（例えば、社団法人化学工学協会編、「化学工学便覧改訂四版」、丸善株式会社、１９７８年１０月２５日発行、１８章『撹拌および混合』（ｐ．１３０５〜）、図１８・１０（ｐ．１３１７）等参照）から、一義的にＮｐを決定することができる。
【００４１】
上記従来の知見は、具体的には、動力数Ｎｐとレイノルズ数Ｒｅとの関係が、完全な層流域にて、下式
Ｎｐ＝Ａ／Ｒｅ ……（４）
（式中、Ａは、撹拌翼２ｂの形状等に依存する定数）で表され、十分に発達した乱流域、すなわちレイノルズ数Ｒｅが無限大となる流域では、上記動力数Ｎｐが一定の値に収束することに基づいている。このように、動力数Ｎｐは、撹拌翼２ｂの形状に応じて、レイノルズ数Ｒｅの関数として表されるため、レイノルズ数Ｒｅ及び撹拌翼２ｂの形状から、一義的に決定することができる。
【００４２】
上記のように、式（１）及び（２）に基づいて、撹拌所要動力Ｐｖを決定することにより、ＧＬ撹拌槽１の絶縁破壊が生じる撹拌所要動力Ｐｖを実測して経験的に把握することなく、ＧＬ撹拌槽１の絶縁破壊を防止することが可能になる。つまり、内容物の体積Ｖ及び密度ρ、撹拌器２の動力数Ｎｐ及び撹拌数ｎ、撹拌翼２ｂの翼径ｄの各撹拌条件に基づいて、撹拌所要動力Ｐｖを制御することにより、ＧＬ撹拌槽１の絶縁破壊を防止することが可能になる。
【００４３】
それゆえ、ＧＬ撹拌槽１にて初めて撹拌される内容物の撹拌や、初めて使用されるＧＬ撹拌槽１での撹拌に際しても、コーティング層１ｂが絶縁破壊する撹拌所要動力Ｐｖを実際に測定して決定する必要がない。従って、コーティング層１ｂを絶縁破壊することのない最大の撹拌数を決定して、撹拌操作を効率よく行うことができる。
【００４４】
なお、上記した（ａ）〜（ｅ）のに示す撹拌条件の設定方法のうち、（ａ）及び（ｂ）の体積Ｖ及び密度ρは、内容物に固有の値に基づくものであるため、内容物が決められている場合には、これらの撹拌条件を制御することは困難である。また、上記（ｃ）及び（ｄ）の翼径ｄ及び動力数Ｎｐは、撹拌に使用する撹拌器２及びＧＬ撹拌槽１によって規定されるものであるため、使用する撹拌器２及びＧＬ撹拌槽１が決められている場合には、これらの撹拌条件を制御することは困難である。そのため、通常、（ｅ）の撹拌数ｎを設定して、撹拌所要動力Ｐｖを制御することが好ましい。
【００４５】
そこで、上記した５つの撹拌条件（Ｖ，ρ，ｎ，Ｎｐ，ｄ）のうち、あらかじめ定められている、内容物の体積Ｖ、内容物の密度ρ、撹拌器２の動力数Ｎｐ、撹拌翼２ｂの翼径ｄに基づいて、撹拌所要動力Ｐｖが式（１）を満たすように、撹拌器２の撹拌数ｎを設定する手順について、図３に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００４６】
すなわち、図３のＳ１では、まず、撹拌条件として、内容物の体積Ｖ、内容物の密度ρ、内容物の粘度μ、撹拌翼２ｂの翼径ｄを設定する。該Ｓ１では、撹拌条件の設定とともに、撹拌翼２ｂの形状も設定する。続いて、Ｓ２では、撹拌器２の仮の撹拌数ｎ’を任意の値として仮に設定する。
【００４７】
次に、Ｓ３では、Ｓ１及びＳ２で入力された密度ρ、粘度μ、翼径ｄ、仮の撹拌数ｎ’を用い、式（２）に基づいて、レイノルズ数Ｒｅを算出する。ここで、式（２）中の撹拌数ｎとして、上記仮りの撹拌数ｎ’を用いる。そして、Ｓ４では、Ｓ３にて算出されたレイノルズ数Ｒｅに基づいて、上記した従来の知見から、動力数Ｎｐを決定する。次いで、Ｓ５では、Ｓ１にて入力された体積Ｖ、密度ρ、翼径ｄ、Ｓ２で入力された仮の撹拌数ｎ’、Ｓ４で決定された動力数Ｎｐを用い、上記した式（３）に基づいて、撹拌所要動力Ｐｖを算出する。該Ｐｖの算出に際しても、式（３）中の撹拌数ｎとして、上記仮りの撹拌数ｎ’を用いる。
【００４８】
続いて、Ｓ６では、Ｓ５にて算出された撹拌所要動力Ｐｖが２００以下であるか否かを判定し、Ｐｖが２００以下であれば（Ｓ６にてＹＥＳ）、Ｓ７に進み、Ｓ７にて、上記ｎ’をｎに置き換え、該ｎを撹拌数として決定する。
【００４９】
一方、Ｓ６にて、Ｐｖが２００を超えると判定されれば（Ｓ６にてＮＯ）、Ｓ８に進む。Ｓ８では、ｎ’を、ｎ’よりも小さい値であるｎ”に変更し、さらに、Ｓ９にて、該ｎ”を仮の撹拌数ｎ’に置き換えて、上記にて説明したＳ３以降の操作を繰り返す。このようにして、撹拌所要動力Ｐｖが２００以下となるように、撹拌数ｎが決定される。
【００５０】
なお、上記のＳ６及びＳ７では、仮の撹拌数ｎ’を用いて算出される撹拌所要動力Ｐｖが２００以下であれば、該仮の撹拌数ｎ’を撹拌数ｎとして決定しているが、例えば、撹拌所要動力Ｐｖの下限値ｘを設定して、撹拌所要動力Ｐｖが所定範囲内である場合の仮の撹拌数ｎ’を撹拌数ｎとして決定するようにしてもよい。
【００５１】
この場合、上記Ｓ６では、Ｓ５にて算出された撹拌所要動力Ｐｖが所定範囲内であるか否かを判定すればよい。ここで、Ｓ６にて、Ｐｖが下限値ｘ未満であると判定された場合には、仮の撹拌数ｎ’を、ｎ’よりも大きい値に変更して、Ｓ３以降の操作を繰り返せばよい。Ｓ６にて、Ｐｖが２００以下である場合については、Ｓ８以降の操作を行い、Ｐｖが下限値ｘ以上２００以下である場合には、Ｓ７の操作を行えばよい。
【００５２】
このように、撹拌所要動力Ｐｖの下限値ｘを設定することにより、撹拌数ｎが極端に小さい値に設定されることを防止することができる。言い換えれば、Ｐｖが２００に収束するように仮の撹拌数ｎ’を決定すれば、ＧＬ撹拌槽１のコーティング層１ｂの絶縁破壊を引き起こすことのない範囲で、撹拌所要動力Ｐｖが２００以下となる範囲内で、最大の撹拌数ｎを設定することができる。
【００５３】
また、図３に示すフローチャートでは、内容物の体積Ｖ、内容物の密度ρ、撹拌器２の動力数Ｎｐ、撹拌翼２ｂの翼径ｄをあらかじめ設定しておき、撹拌所要動力Ｐｖが式（１）を満たすように、撹拌器２の撹拌数ｎを設定する場合を例に挙げて説明したが、撹拌数ｎ以外の撹拌条件（Ｖ，ρ，Ｎｐ，ｄ）のうちのいずれかを設定するようにしてもよい。
【００５４】
つまり、本発明の撹拌条件設定方法では、まず、式（１）中の５つの撹拌条件（Ｖ，ρ，ｎ，Ｎｐ，ｄ）からなる撹拌条件群のうちの、４つの撹拌条件をあらかじめ設定しておく。そして、上記撹拌条件群のうちの、あらかじめ設定されていない残り１つの撹拌条件を、撹拌所要動力Ｐｖが式（１）を満たすように設定すればよい。つまり、本発明の撹拌条件設定方法は、撹拌装置での撹拌操作を行うにあたって、制御が可能な撹拌条件を上記撹拌条件群の中から１つ選択し、残りの４つの撹拌条件を式（１）に入力した上で、撹拌所要動力Ｐｖが式（１）を満たすように、上記制御可能な撹拌条件を設定すればよい。
【００５５】
なお、本実施の形態では、ガラスのコーティング層を有するＧＬ撹拌槽を用いているが、コーティング層は、例えば、フッ素樹脂やポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂や熱硬化ポリエステル、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂にて形成されていてもよい。すなわち、撹拌槽の内壁のコーティング層が、ガラスや上記樹脂等、通常、電気抵抗が１×１０^９（Ω・ｍ）以上の絶縁材料にて形成されている場合に、式（３）にて表される撹拌所要動力Ｐｖを２００Ｗ／ｍ^３以下となるように、より好ましくは１５０Ｗ／ｍ^３以下となるように、撹拌器の撹拌を制御すれば、コーティング層の絶縁破壊を防止することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、撹拌器の撹拌翼の形状として、ファウドラー型を例に挙げて説明したが、ファウドラー型以外の種々の形状の撹拌翼を用いた場合にも、撹拌所要動力Ｐｖを２００Ｗ／ｍ^３以下とすることによって、コーティング層の絶縁破壊を防止することができる。撹拌翼の形状や撹拌器の羽根板数に応じて、翼径ｄの値及びレイノルズ数Ｒｅに基づいて算出されるＮｐの値を変化させて、式（１）を満たすように、撹拌所要動力Ｐｖを制御すればよい。
【００５７】
さらに、上記撹拌所要動力Ｐｖの制御は、撹拌槽の容積が数Ｌ程度の実験装置レベルの場合に対しても、また、例えば、撹拌槽の容積が数ｍ^３以上の実装置レベルの場合に対しても、適用することができる。特に、撹拌槽の容積が大きい実装置レベルにて、コーティング層１ｂの絶縁破壊を引き起こさないように、上記撹拌所要動力Ｐｖの制御すれば、撹拌槽の補修等に煩わされることなく、好適な撹拌操作を行うことが可能になる。
【００５８】
最後に、上記実施の形態における撹拌所要動力Ｐｖを式（１）を満たすように設定する撹拌条件設定方法は、例えば、ハードウェアロジックによって実現してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【００５９】
すなわち、コンピュータ６は、入力部７と、出力部８と、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行する制御手段であるＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ ）１０と、上記プログラム及び各種データを格納する記憶手段であるメモリ９とを備えていてもよい。
【００６０】
上記入力部７は、ユーザによって入力される撹拌条件等を受け付ける、例えばキーボードやマウス等の入力手段である。また、上記出力部８は、後述するＣＰＵ１０の判定部１３から出力される撹拌数ｎを、図１に示すコントローラ５に出力する、例えば通信手段である。
【００６１】
上記ＣＰＵ１０は、コンピュータ６の各部を制御する。また、該ＣＰＵ１０は、レイノルズ数Ｒｅを算出するレイノルズ数算出部１１と、動力数算出部１２と、撹拌所要動力算出部１３と、判定部１４とを備えている。該レイノルズ数算出部１１は、上記した式（２）に基づいて、レイノルズ数Ｒｅを算出する。動力数算出部１２は、上記した式（４）で表される関数に基づいて、動力数Ｎｐを算出する。撹拌所要動力算出部１３は、上記した式（３）に基づいて、撹拌所要動力Ｐｖを算出する。判定部１４は、撹拌所要動力算出部１３で算出された撹拌所要動力Ｐｖが、２００Ｗ／ｍ^３以下であるか否かを判定するとともに、判定結果を出力部８又はレイノルズ数算出部１１に出力する。
【００６２】
上記メモリ９は、コンピュータ６の各機能を実現するためのプログラム、種々の値に設定された仮の撹拌数ｎ’、式（４）で表される関数等をあらかじめ格納している。また、該メモリ９は、入力部７から入力された撹拌条件、レイノルズ数算出部１１で算出されたレイノルズ数Ｒｅ、動力数算出部１２で算出された動力数Ｎｐ、等を必要に応じて格納する。
【００６３】
上記構成のコンピュータ６にて、図３のフローチャートに示す撹拌条件設定方法を実行する場合、Ｓ１の撹拌条件の設定は、ユーザが入力部７に、内容物の体積Ｖ、内容物の密度ρ、内容物の粘度μ、撹拌翼２ｂの翼径ｄの４つの撹拌条件と、撹拌翼２ｂの形状とを入力することによって行われる。入力部７に入力された撹拌条件及び撹拌翼２ｂの形状は、ＣＰＵ１０を介して、メモリ９に格納される。
【００６４】
また、Ｓ２及びＳ３の動作は、レイノルズ数算出部１１が、あらかじめメモリ９に格納されている仮の撹拌数ｎ’を読み出すとともに、メモリ９に格納された撹拌条件のうち、密度ρ、粘度μ、翼径ｄを読み出すことによって行われる。そして、レイノルズ数算出部１１は、メモリ９から読み出された仮の撹拌数ｎ’及び撹拌条件を、式（２）に導入してレイノルズ数Ｒｅを算出し、算出されたレイノルズ数Ｒｅを、メモリ９に格納する。
【００６５】
さらに、Ｓ４で行われる動力数Ｎｐの決定は、動力数算出部１２が、メモリ９に格納されたレイノルズ数Ｒｅを読み出すとともに、Ｓ１にて入力された撹拌翼２ｂの形状に基づいてあらかじめ設定されている関数（例えば、式（４）参照）を読み出し、動力数Ｎｐを算出することによって行われる。このように算出された動力数Ｎｐは、動力数算出部１２によって、メモリ９に格納される。
【００６６】
また、Ｓ５の撹拌所要動力Ｐｖの算出は、撹拌所要動力算出部１３が、メモリ９に格納された動力数Ｎｐ、内容物の体積Ｖ、内容物の密度ρ、Ｓ２で設定された仮の撹拌数ｎ’を読出し、これらの撹拌条件を式（３）に導入して、撹拌所要動力Ｐｖを算出することによって行われる。そして、Ｓ６にて、判定部１３は、算出された撹拌所要動力Ｐｖが２００以下であるか否かを判定する。また、判定部１３は、撹拌所要動力Ｐｖが２００以下である場合には、仮の撹拌数ｎ’を撹拌数ｎとする判定結果を出力部８に出力する。さらに、出力部８は、判定結果である撹拌数ｎを図１に示すコントローラ５に出力する。これにより、コントローラ５は、判定部１３にて設定された撹拌数ｎにて作動するように撹拌器２（図１）を制御する。
【００６７】
なお、上記出力部８として、通信手段を例に挙げたが、出力部８は、判定結果を表示する、例えばＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ−ｒａｙ ｔｕｂｅ）や液晶ディスプレイ等の表示手段であってもよい。この場合には、判定結果である撹拌数ｎを上記表示手段の表示画面に表示することによってユーザに通知し、ユーザがコントローラ５を操作すればよい。
【００６８】
一方、撹拌所要動力Ｐｖが２００を超える場合には、判定部１３は、レイノルズ数算出部１１に、仮の撹拌数ｎ’に代えて、仮の撹拌数ｎ’よりも小さい値を用いて、再度、撹拌所要動力Ｐｖを算出することを要求する再計算要求を出力する。レイノルズ数算出部１１は、この再計算要求に基づいて、仮の撹拌数ｎ’に代えて、該仮の撹拌数ｎ’よりも小さい値のｎ”を読み出し、該ｎ”を仮の撹拌数ｎ’に置き換えて、上記と同様にレイノルズ数を算出する。
【００６９】
このように、本発明の撹拌条件設定方法は、コンピュータ６を用いて実現することもできる。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるコンピュータ６の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記コンピュータ６に供給し、そのコンピュータ６（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００７０】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系等を用いることができる。このように、記録媒体に上記撹拌条件設定方法を実行するプログラムを記録した場合には、撹拌条件設定方法を行うプログラムを記録した記録媒体を、持ち運び自在に提供することができる。
【００７１】
また、コンピュータ６を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（ｖｉｒｔｕａｌ ｐｒｉｖａｔｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。
【００７２】
このように、上記撹拌条件設定方法がプログラムとして格納されていれば、上記撹拌条件設定方法を汎用的なものとすることが可能になる。
【００７３】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の一実施例について説明すれば、以下のとおりである。
【００７４】
表１に示すように、溶媒（液体物質）としてヘプタンと、粉体（固体物質）としてアルミナとを混合して、密度ρが６８５ｋｇ／ｍ^３となるように混合物を調製し、翼径が１．１ｍの撹拌翼を備えた容積５ｍ^３のＧＬ撹拌槽に、２．６ｍ^３の上記混合物を仕込んだ。なお、上記ヘプタン及びアルミナの体積抵抗率、上記混合物の粘度μは、それぞれ、表１に示すとおりである。
【００７５】
続いて、上記撹拌翼の撹拌回転数を４０ｒｐｍ（回転速度ｎ＝０．６７ｓ^−１）として撹拌器を回転させて、ＧＬ撹拌槽内の混合物を５０℃にて、２４時間撹拌した。このときのレイノルズ数Ｒｅ、撹拌器の動力数Ｎｐ、混合物の単位体積あたりの撹拌所要動力Ｐｖは、表１に示すとおりである。
【００７６】
その後、上記ＧＬ撹拌槽から混合物を取り出し、ＧＬ撹拌槽のコーティング層の剥離やピンホール、欠け等の絶縁破壊の有無を判定したところ、絶縁破壊は見られなかった。
【００７７】
〔実施例２〜５〕
表１に示す溶媒と粉体とを混合してなる混合物を用い、表１に示すＧＬ撹拌槽にて、実施例１と同様に混合物の撹拌を行い、絶縁破壊の有無を判定した。なお、溶媒、粉体、混合物の諸物性（体積抵抗率、密度ρ、仕込み体積Ｖ、粘度μ）、撹拌操作条件（ＧＬ撹拌槽の容積、撹拌翼の翼径、撹拌翼の撹拌回転数（回転速度）、レイノルズ数Ｒｅ、撹拌器の動力数Ｎｐ、混合物の単位体積あたりの撹拌所要動力Ｐｖ）は、表１に示すとおりである。また、表中、フロン（商品名、デュポン社製）は、炭化水素のクロロフルオロ置換体をいう。
【００７８】
【表１】

【００７９】
〔比較例１〜７〕
表２に示す溶媒と粉体とを混合してなる混合物を用い、表２に示すＧＬ撹拌槽にて、実施例１と同様に混合物の撹拌を行い、絶縁破壊の有無を判定した。なお、溶媒、粉体、混合物の諸物性、撹拌操作条件は、表２に示すとおりである。また、比較例７は、溶媒として、ヘキサンとモノクロロベンゼンとの混合溶媒（ヘキサン：モノクロロベンゼン＝１：１の体積比）を用いた。
【００８０】
【表２】

【００８１】
以上の結果より、グラスライニング処理によるコーティング層を備えた撹拌槽にて、溶媒と粉体との混合物の撹拌を行う場合、撹拌所要動力Ｐｖが、２００（Ｗ／ｍ^３）以下となるように制御すれば、絶縁破壊が生じないことがわかる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の撹拌条件設定方法は、以上のように、撹拌槽内における内容物の体積Ｖ（ｍ^３）、内容物の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、撹拌器の動力数Ｎｐ、撹拌器の撹拌数ｎ（ｓ^−１）、撹拌翼の翼径ｄ（ｍ）からなる撹拌条件群より選択される、あらかじめ設定された４つの撹拌条件に基づいて、上記内容物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が、式（１）
Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５）≦２００ ……（１）
を満たすように、上記撹拌条件群の中から選択されていない残り１つの撹拌条件を設定する方法である。
【００８３】
それゆえ、これまで撹拌槽にて撹拌されたことがない未知の内容物の撹拌を行う場合や、これまで使用されていない新規な撹拌槽にて撹拌を行う場合にも、コーティング層の絶縁破壊等の破損を防止して、撹拌を好適に行うことができるという効果を奏する。
【００８４】
また、上記撹拌条件設定方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムであってもよい。上記プログラムを用いれば、上記撹拌条件設定方法を汎用的なものとすることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における撹拌装置の実施の一形態を示す概略の断面図である。
【図２】（ａ）は、上記撹拌装置における撹拌器の撹拌翼を示す概略の断面図であり、（ｂ）は、撹拌翼の平面図である。
【図３】本発明のおける撹拌条件設定方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の撹拌条件設定方法を実行するコンピュータを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ＧＬ撹拌槽（撹拌槽）
１ａ タンク
１ｂ コーティング層
２ 撹拌器
２ａ 撹拌軸
２ｂ 撹拌翼
３ ビーバーテイルバッフル
４ モータ
５ トルク計付きコントローラ（コントローラ）
６ コンピュータ
７ 入力部
８ 出力部
９ メモリ
１０ ＣＰＵ
１１ レイノルズ数算出部
１２ 動力数算出部
１３ 撹拌所要動力算出部
１４ 判定部

Claims (5)

1. 内壁が絶縁材料にて被覆されてなる撹拌槽内にて、撹拌翼を有する撹拌器が回転することによって内容物を撹拌する場合の撹拌条件を設定するための撹拌条件設定方法であって、
   上記撹拌槽内における内容物の体積Ｖ（ｍ^３）、上記内容物の密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）、上記撹拌器の動力数Ｎｐ、上記撹拌器の撹拌数ｎ（ｓ^−１）、上記撹拌翼の翼径ｄ（ｍ）からなる撹拌条件群より選択される、あらかじめ設定された４つの撹拌条件に基づいて、上記内容物の単位体積あたりの動力である撹拌所要動力Ｐｖ（Ｗ／ｍ^３）が、式（１）
   Ｐｖ＝（Ｎｐ／Ｖ）×（ρｎ^３ｄ^５）≦２００ ……（１）
   を満たすように、上記撹拌条件群の中から選択されていない残り１つの撹拌条件を設定することを特徴とする撹拌条件設定方法。
2. 上記動力数Ｎｐは、式（２）
   Ｒｅ＝ρｎｄ^２／μ ……（２）
   （ρは内容物の密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｎは撹拌器の撹拌数（ｓ^−１）、ｄは撹拌翼の翼径（ｍ）、μは混合物の粘度（Ｐａ・ｓ））
   で表されるレイノルズ数Ｒｅに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の撹拌条件設定方法。
3. 上記内容物は、固体物質と液体物質との混合物であり、
   上記固体物質及び液体物質の体積抵抗率がそれぞれ独立して、１×１０^１１（Ω・ｍ）以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の撹拌条件設定方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の撹拌条件設定方法をコンピュータに実行させるための撹拌条件設定プログラム。
5. 請求項４に記載の撹拌条件設定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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