JP2009006246A - 流体の攪拌方法およびアーム回転式スパージャ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 少なくとも2基の回転軸が平行な攪拌部材を備えた流体槽における流体の攪拌方法であって、隣接する攪拌部材の回転数を所定の値に維持しつつ、回転位相を最大アンバランス荷重が最も小さくなる所定の値に制御して攪拌する流体の攪拌方法である。
【選択図】 なし
Description
本発明に係るアーム回転式ガススパージャは、気体を導通可能な中空回転軸と、前記中空回転軸から水平方向に張り出した2本以上の攪拌アームと、前記中空回転軸から分岐して、前記攪拌アームに取り付けられた配管であって、前記中空回転軸を導通する気体の一部を取り込み回転と同時に排出可能な分岐配管とを備え、前記2本以上の攪拌アームのうち少なくとも1本の攪拌面が、前記他の攪拌アームの攪拌面と異なる高さにあるものである。
本発明に係るアーム回転式ガススパージャは、垂直方向に気体を導通可能な中空回転軸と、前記中空回転軸の下端から水平に延びる2本以上の攪拌アームと、前記中空回転軸から分岐して、前記攪拌アームに取り付けられた分岐配管であって、前記中空回転軸を導通する気体の一部を取り込み回転と同時に排出可能な分岐配管とを備え、前記中空回転軸の長さを伸縮調節可能なものである。
本発明のアーム回転式スパージャを用いることにより、従来型のARSを用いた場合に比べ最大アンバランス荷重を低減することができる。
本発明に係る攪拌方法は、回転軸が平行な2基以上の攪拌部材の存在下で行われる液体、スラリー等の攪拌、特に曝気を伴う攪拌に好適に採用される。
上記2基以上の攪拌部材は、回転軸が平行になるように設置されるものであれば、流体槽の上から見て一直線上に配列するように設置してもよいし、3基用いる場合、三角形の各頂点を形成するように設置してもよい。
攪拌部材の数としては、同一流体槽に2基以上あれば特に限定されないが、上限を、10基とすることができる。
攪拌部材の回転数は、回転位相を所定の値に維持するためには、同一流体槽に存在する全ての攪拌部材において同一であることを要する。
攪拌部材の回転数は、スラリー粘度、スラリー密度、曝気を伴う場合気泡の分散度合い等の種々の要素を考慮したうえで、10rpm〜100rpmの間の所定の値に維持する。10rpm未満であると、気泡の剪断力、気泡の分散力、攪拌力が不充分となる場合があり、100rpmを超えると攪拌動力が過大となり、機械的強度を保つのが困難となる場合がある。
回転位相とは、同じ角度で同じ数回転軸から張り出したインペラ(攪拌アーム、攪拌翼を含む。)を有する2基の攪拌部材において、1つの攪拌部材の特定のインペラおよび回転軸を含む面と、もう1つの攪拌部材の特定のインペラおよび回転軸を含む面とがなす角度をいう。
最適回転位相は、隣接する攪拌部材の設置間隔、攪拌部材の台数、タンク壁面と攪拌部材との距離、攪拌部材の回転数、翼径等種々のパラメタにより異なるが、当業者は、例えば下記実測方法によって最適な回転位相を得ることができる。
図1に示すように、攪拌部材10の回転軸11に歪みゲージ12を2枚以上
(上限は、4枚程度)とりつける。歪みゲージ相互の横荷重検出方向x、yのなす角度θ1は、0°または180°にならないように、例えば、90°になるように定める。各歪みゲージにかかる荷重を合成することにより、回転に伴って実際に回転軸にかかる荷重の値および向きを測定することができる。回転に伴い荷重は変動するので、回転位相を種々変えて荷重の最大値、すなわち最大アンバランス荷重をそれぞれ測定し、最大アンバランス荷重が最も小さくなる回転位相を最適回転位相とすることができる。
センサー、レーザー等を用いて、回転位相差に関する情報を電気的信号として得たのち、最適回転位相を計算し、モーターの回転数あるいは起動タイミング等を調節することで最適回転位相となるように設定する電気的位相制御方法等が挙げられ、これらの制御方法を組み合わせて用いることもできる。
図2では、攪拌部材の回転軸21の上端部に回転翼と同方向のカム22を設け、カム22と同じ高さのスライド23上、任意の角度θ2に設定できるストッパー24を設けた構成を開示している。ストッパー24は回転翼の位相を起動前に合わせる際、回転軸の方に押し出され、カムと接触することによって回転軸を所定の位相で静止させることができる。
図3では、攪拌部材の回転軸31の上部に備えつけられ隣接する攪拌部材との位相の違いを検出する回転位相検出器32と、検出器からの回転位相に関する情報が電気信号として入力される演算器33と、該演算器で算出された最適起動位相に関する情報が電気信号として入力される起動制御装置34と、電動機35とを備えており、演算器33で得られた最適回転位相を用いて起動制御装置34が各攪拌部材の起動タイミングを制御する方法を開示している。
回転時における位相制御方法の他の実施態様としては、例えば、回転軸に歪ゲージを設けてアンバランス荷重を測定しながら、定期的、例えば、1日に数回程度、最大アンバランス荷重が最小になるよう回転タイミングを制御して運転する方法もある。
これにより、攪拌部材先端部等が流体の干渉等の強い力を受けることにより、起動時設定した回転位相タイミングが次第にずれていき過度の横荷重が生じた場合であっても、常に横荷重を検出し、位相を所望の値に修正する迅速な対処が可能となる。
本発明のアーム回転式ガススパージャの一態様を図4に示す。
図4に示すアーム回転式ガススパージャ40は、鉛直方向に気体を導通可能な中空回転軸11と、前記中空回転軸の下端から水平に延びる4本の攪拌アーム42と、前記中空回転軸から分岐して、前記攪拌アーム42に取り付けられた配管であって、前記中空回転軸を導通する気体の一部を取り込み回転と同時に排出可能な分岐配管43とを備えたものであるが、さらに前記中空回転軸41の筒径d2を途中で変えてd3とし、継ぎ手構41を備えたものとすることによって長さが伸縮調節可能となっている。
かかる態様を採用することにより、攪拌部材の攪拌面を自在に調整することができ、隣接する攪拌部材の攪拌面を異なる高さとすることによって、隣接する攪拌部材との干渉を回避することができる。本明細書において、「攪拌面」は、攪拌アームの先端の高さにおける前記中空回転軸に対して垂直な面である。
攪拌アームの先端がうける荷重は、横荷重に最も影響を与えうるので、先端部の高さを攪拌アームによって変えることにより、攪拌アームの先端が掃引する流体の高さがずれ、干渉タイミングを減らすことができる。
図5では、中空回転軸11から張り出している攪拌アームのうち2本(52a,52b)が、他の2本の攪拌アーム(52c,52d)とは異なる高さから張り出している、いわゆる段違い構成となっている。
攪拌アームの本数は、回転軸に垂直な同一平面上に4本以上あってもよいが、図5に示すように4本未満であってもよい。
同一平面上に攪拌アームを2本有する場合、同一平面上の攪拌アームのなす角度は、180°とすることができる。
本構成を採用することにより、中空回転軸の同じ高さからすべての攪拌アームを設けたときに比べて、隣接するアーム回転式ガススパージャや近接する壁との干渉タイミングを減らすことができ、それにより攪拌機の大型化が可能となる。また、接近距離の設計自由度が増すという利点もある。
24.1m×19.2mの水槽中に高さ5mまで水を貯留し、2基の従来型のARS(三菱重工業社製)の回転軸同士を12.1m離間させて配置した。2基のARSはともに直径4mであり、90°間隔で4つの攪拌アームを設けたものを用いた。詳細な位置関係を図8および表1に示す。
なお2基のうち、1基については、中空回転軸の側面の水深3.5mの位置に2枚、検出方向のなす角度θ1が90°となるように歪みゲージ(品番:F型ゲージ、東京測器研究所社製)をとりつけた。
次いで2基の起動時の位相差θ(初期位相)をそれぞれ0°(実施例1)、30°(実施例2)、45°(実施例3)、60°(実施例4)と変えて、回転数30rpmで回転し、最大アンバランス荷重を測定した。結果を表2に示す。
実施例1で用いた従来型のARSに代えて、中空回転軸の下端部から水平方向に2本、中空回転軸の下端部より2m高い位置から2本、攪拌アームのなす角度は上から見て90°になるようにそれぞれ段違いに張り出した4本の攪拌アームを備えたARSを用いた。中空回転軸の下端部は、水深4mに設置した。流体槽におけるARSの位置関係を図8および表3に示す。他の条件は実施例1と同様にして最大アンバランス荷重を測定した。結果を表4に示す。
実施例6
実施例1で用いたARSに代えて、前記中空回転軸の長さを伸縮調節可能なARSを2基用いた。2基のARSの攪拌面の高さの差は、1mとし、水深は、それぞれ3.5m、2.5mの位置にした。他の条件は実施例1と同様にした。結果を表4に示す。
実施例7
2基のARSの攪拌アームの回転方向に対して後縁に、図6のようにカルマン渦低減用のダミー翼61を取り付けた他は実施例1と同様にした。結果を表4に示す。
実施例8
2基のARSの攪拌アームの翼の外側に図7のようにカルマン渦低減用板71を取り付けた他は実施例1と同様にした。結果を表4に示す。
11、21、31 回転軸
12 歪みゲージ
22 カム
23 スライド
24 ストッパー
32 回転位相検出器
33 演算器
34 起動制御装置
35 電動機
40,50,60,70 アーム回転式ガススパージャ
41 継ぎ手
42 攪拌アーム
43 分岐配管
51、91 中空回転軸
61 カルマン渦低減用のダミー翼
71 カルマン渦低減用板
92 減速機
93 モーター
94 空気源
95 空気
96 配管
97 分岐配管
98 空気ノズル
Claims (7)
- 少なくとも2基の回転軸が平行な攪拌部材を備えた流体槽における流体の攪拌方法であって、
隣接する攪拌部材の回転数を所定の値に維持しつつ、回転位相を最大アンバランス荷重が最も小さくなる所定の値に制御して攪拌する流体の攪拌方法。 - 攪拌部材の直径が1m以上10m以下である請求項1に記載の流体の攪拌方法。
- 気体を導通可能な中空回転軸と、
前記中空回転軸から水平方向に張り出した2本以上の攪拌アームと、
前記中空回転軸から分岐して、前記攪拌アームに取り付けられた配管であって、前記中空回転軸を導通する気体の一部を取り込み回転と同時に排出可能な分岐配管とを備え、
前記2本以上の攪拌アームのうち少なくとも1本の攪拌面が、前記他の攪拌アームの攪拌面と異なる高さにあるアーム回転式ガススパージャ。 - 前記2本以上の攪拌アームが、前記中空回転軸の異なる高さから水平方向に段違いに張り出している請求項3に記載のアーム回転式ガススパージャ。
- 前記攪拌アームの直径が、1m以上10m以下である請求項3または4に記載のアーム回転式ガススパージャ。
- 垂直方向に気体を導通可能な中空回転軸と、
前記中空回転軸の下端から水平に延びる2本以上の攪拌アームと、
前記中空回転軸から分岐して、前記攪拌アームに取り付けられた分岐配管であって、前記中空回転軸を導通する気体の一部を取り込み回転と同時に排出可能な分岐配管とを備え、
前記中空回転軸の長さを伸縮調節可能なアーム回転式スパージャ。 - 前記攪拌アームの直径が、1m以上10m以下である請求項6に記載のアーム回転式ガススパージャ。
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