JP2010042359A - Method of controlling agitated vessel equipped with high-speed rotary shearing type agitator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of acquiring a distribution of times of passing in an agitated vessel equipped with a high-speed rotary shearing type agitator and controlling the flowing state of a fluid in the agitated vessel by determining agitating conditions on the basis of the distribution of times of passing. <P>SOLUTION: In the agitated vessel equipped with a high-speed rotary shearing type agitator, a distribution of times of a fluid's passing through the high-speed rotary shearing type agitator in a predetermined agitation time, hereafter referred to as a distribution of times of passing, is calculated on the basis of an acquired distribution of circulation times required for the fluid to pass through the high-speed rotary shearing agitator, hereafter referred to as a distribution of circulation times. The flowing state of the fluid in the agitated vessel is controlled on the basis of the distribution of times of passing. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽における流体の流動状態の制御方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling a fluid flow state in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shear type stirrer.

高速回転剪断型撹拌機は乳化製品や懸濁化製品の製造に広く使用されている。高速回転剪断型撹拌機の一つであるホモミクサーは、高速に回転するタービンと固定環(ステーター)の間の微細な間隙で強力な剪断力を生じさせ、流体に微粒化作用を与えると共に、ポンプの働きも兼ね、撹拌槽内に循環流を生じさせる。   High speed rotary shear type agitators are widely used in the production of emulsified and suspended products. Homomixer, one of the high-speed rotating shear type agitators, generates strong shearing force in a fine gap between the turbine rotating at high speed and the stationary ring (stator), giving the fluid a fine atomizing action and pumping It also serves as a function to generate a circulating flow in the stirring tank.

撹拌槽内全域の混合を促進するために、アヂホモミクサーのように低速回転型撹拌機を同時に備える複合型撹拌槽もある。このような撹拌槽は低粘度から高粘度の液体まで、幅広く液体の乳化・分散処理に利用されている。   In order to promote mixing in the entire area of the stirring tank, there is also a composite stirring tank that is simultaneously equipped with a low-speed rotating stirrer such as an azihomixer. Such a stirring tank is widely used for liquid emulsification / dispersion treatment from low viscosity to high viscosity liquid.

液体の乳化や懸濁化は主として高速回転剪断型撹拌機で行われるため、撹拌槽の制御にあたっては所定の撹拌時間内に流体が高速回転剪断型撹拌機を通過する回数(以下、パス回数という)が流動状態の重要な指標とされる。例えば、特許文献1には、高速回転剪断型撹拌機で処理される流量(吐出流量)Q(m3/s)を計測することで、時間t(s)内のパス回数K(t) をK(t)=Qt/V で評価し、撹拌を制御する方法が記載されている。ここでV(m3) は槽内の液体の体積である。しかしながら、この方法では、液体の粘度特性や、撹拌機の種類や撹拌条件が異なれば吐出流量が変わってくるので、それぞれに対して実験し、撹拌条件を定めなければならない。 Since the emulsification and suspension of the liquid is mainly performed with a high-speed rotary shearing type stirrer, the number of times that the fluid passes through the high-speed rotary shearing type stirrer within a predetermined stirring time (hereinafter referred to as the number of passes) in controlling the stirring tank. ) Is an important indicator of fluidity. For example, Patent Document 1 discloses the number of passes K (t) within a time t (s) by measuring a flow rate (discharge flow rate) Q (m 3 / s) processed by a high-speed rotary shear type stirrer. A method is described in which K (t) = Qt / V and the stirring is controlled. Here, V (m 3 ) is the volume of the liquid in the tank. However, in this method, the discharge flow rate varies depending on the viscosity characteristics of the liquid, the type of the stirrer, and the stirring conditions. Therefore, it is necessary to experiment and determine the stirring conditions.

これに対し、高速回転剪断型撹拌機の吐出流量特性が分かっていれば、吐出流量を簡単に見積もることもできる。吐出流量Q(m/s)は、一般に、高速回転剪断型撹拌機のタービンの回転数n(1/s)とタービン径d(m)から On the other hand, if the discharge flow rate characteristic of the high-speed rotary shear type stirrer is known, the discharge flow rate can be easily estimated. The discharge flow rate Q (m 3 / s) is generally determined from the turbine rotational speed n (1 / s) and turbine diameter d (m) of the high-speed rotary shear type agitator.


と整理される。ここで、Nは吐出流量係数と呼ばれ、乱流状態では撹拌機固有の定数である。例えば、T.K.ホモミクサーS型(普通型)(プライミクス株式会社)では、乱流状態において吐出流量係数Nがおよそ 0.2 である(非特許文献1)。この吐出流量係数Nqを用いることにより、実験することなくパス回数を見積もることが可能となる。

Are arranged. Here, Nq is called a discharge flow coefficient, and is a constant unique to the stirrer in a turbulent flow state. For example, in the TK homomixer S type (normal type) (Primics Co., Ltd.), the discharge flow coefficient Nq is approximately 0.2 in a turbulent state (Non-patent Document 1). By using this discharge flow coefficient Nq , the number of passes can be estimated without experiment.

ただし、この方法が使えるのは撹拌機の吐出流量特性が調べられており、その吐出流量係数Nが分かっている場合に限られる。 However, this method can be used only when the discharge flow rate characteristic of the stirrer is examined and the discharge flow rate coefficient Nq is known.

以上の方法で算出されるパス回数は平均値である。実際には撹拌槽内の液体が一様に等しく高速回転剪断型撹拌機を通過する訳ではなく、撹拌槽内の液体の全てが同じパス回数をとるわけではない。すなわち、パス回数は平均値でなく、分布として把握すべきである。パス回数分布が広いことは、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽内で液体の処理が不均一になっていることを意味し、例えば、乳化粒径のばらつきにつながると考えられる。乳化粒径のばらつきは液体の安定性に悪影響を与える。このようなパス回数分布の広がりの問題は、液体が、粘度が剪断速度に応じて変化するという非ニュートン性を示す場合に生じることが多い。そのため、パス回数分布の把握が望まれる。   The number of passes calculated by the above method is an average value. Actually, the liquid in the stirring tank does not pass through the high-speed rotary shearing type stirrer equally and not all of the liquid in the stirring tank takes the same number of passes. That is, the number of passes should be grasped as a distribution, not an average value. A wide pass frequency distribution means that the liquid treatment is not uniform in the stirring tank equipped with the high-speed rotary shearing type stirrer. Variation in emulsified particle size adversely affects liquid stability. Such a problem of the spread of the pass number distribution often occurs when the liquid exhibits non-Newtonian properties in which the viscosity changes according to the shear rate. Therefore, it is desirable to grasp the pass frequency distribution.

一方、液体の粘度特性や槽形状を反映して撹拌槽内の流動状態を簡便に評価する方法として、流体解析による見積もりが期待される。例えば、特許文献2には、撹拌槽内の流動状態の予測方法とその流動状態の表示方法が開示されている。これにより撹拌槽内での流速、圧力、温度及び濃度の分布を知ることができる。しかしながら、この方法では流れの概略が分かるだけで流動状態の評価は不十分である。   On the other hand, estimation by fluid analysis is expected as a method for simply evaluating the flow state in the stirring tank reflecting the viscosity characteristics and tank shape of the liquid. For example, Patent Literature 2 discloses a method for predicting a fluid state in a stirring tank and a method for displaying the fluid state. Thereby, the distribution of the flow velocity, pressure, temperature and concentration in the stirring tank can be known. However, this method only provides an outline of the flow, and the evaluation of the flow state is insufficient.

流体解析により撹拌槽における流動状態を評価するという観点では、特定の大きさ以上の剪断速度成分に着目して空間平均化した評価量や、その評価量にさらに軸方向の流速の影響を加味した評価量を用いて重合槽や撹拌条件を設定する方法(特許文献3)や、乱流エネルギー散逸率の最大値に着目して、連続相に対して相溶性のない液滴が均一分散を維持する条件を求める方法(特許文献4)などがある。   From the viewpoint of evaluating the flow state in the agitation tank by fluid analysis, an evaluation amount that is spatially averaged focusing on a shear rate component of a specific size or more, and the influence of the axial flow velocity is added to the evaluation amount. Focusing on the method of setting the polymerization tank and stirring conditions using the evaluation amount (Patent Document 3) and the maximum value of the turbulent energy dissipation rate, droplets that are not compatible with the continuous phase maintain uniform dispersion There is a method (Patent Document 4) for obtaining the condition to perform.

しかしながら、流体解析を用いて高速回転剪断型撹拌機において重要となるパス回数分布を評価する方法は一般に知られていない。   However, there is generally no known method for evaluating the pass number distribution that is important in a high-speed rotary shear type stirrer using fluid analysis.

特開2001-157831号公報JP 2001-157831 A 特開2001-312488号公報JP 2001-312488 特開2004-196842号公報JP 2004-196842 A 特開2004-51654号公報JP 2004-51654 A 乳化・分散の理論と実際 実用編 (特殊機化工業株式会社,1997)Theory and Practice of Emulsification / Dispersion Practical Section (Special Machine Industries, 1997)

上述のように、高速回転剪断型撹拌機を備える撹拌槽では、流動状態の評価指標としてパス回数が重要である。また、このような撹拌槽で処理される流体は、ほとんどの場合、非ニュートン流体である。従って、パス回数は、平均値でなく分布として評価することが必要である。しかしながら、パス回数分布は測定によって得ることが困難であり、また、流体解析を用いて計算する手段も確立していない。そのためパス回数分布は重要な指標であるにもかかわらず、これまでその平均値のみが用いられているにすぎず、それ故、パス回数分布に基づいて撹拌条件を検討することもなされていない。   As described above, in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shear type stirrer, the number of passes is important as an evaluation index of the flow state. Moreover, the fluid processed with such a stirring tank is a non-Newtonian fluid in most cases. Therefore, it is necessary to evaluate the number of passes as a distribution instead of an average value. However, the pass frequency distribution is difficult to obtain by measurement, and no means for calculating using the fluid analysis has been established. Therefore, although the pass number distribution is an important index, only the average value has been used so far, and therefore, the stirring condition has not been examined based on the pass number distribution.

これに対し、本発明は、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽においてパス回数分布を得る方法を提供することを目的とし、さらに、パス回数分布に基づいて撹拌条件を定め、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽における流体の流動状態を適切に制御することを目的とする。   In contrast, an object of the present invention is to provide a method of obtaining a pass number distribution in a stirring tank equipped with a high-speed rotational shearing type stirrer, and further, a stirring condition is determined based on the pass number distribution, It aims at controlling appropriately the flow state of the fluid in the stirring tank provided with the type stirrer.

本発明者は、撹拌槽内で流体が高速回転剪断型撹拌機の通過に要する循環時間の分布(以下、循環時間分布という)は非特許文献1に記載されているように実験的に得ることもできるが、流体解析によっても得ることができ、循環時間分布に基づいてパス回数分布を算出できることを見出した。   The present inventor has obtained experimentally the distribution of circulation time (hereinafter referred to as circulation time distribution) required for the fluid to pass through the high-speed rotary shear type stirrer in the stirring tank as described in Non-Patent Document 1. However, it was also found by fluid analysis, and it was found that the pass number distribution can be calculated based on the circulation time distribution.

即ち、本発明は、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽において、流体が、所定の撹拌時間内に高速回転剪断型撹拌機を通過する回数の分布(以下、パス回数分布という)の算出方法であって、まず、循環時間分布を取得、次いで循環時間分布に基づいてパス回数分布を算出する方法を提供する。   That is, the present invention calculates the distribution of the number of times that the fluid passes through the high-speed rotary shearing stirrer within a predetermined stirring time (hereinafter referred to as pass number distribution) in the stirring tank equipped with the high-speed rotary shearing stirrer. A method for obtaining a circulation time distribution and then calculating a pass frequency distribution based on the circulation time distribution is provided.

また、本発明は、上述の方法で算出したパス回数分布に基づき、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽における流体の流動状態を制御する流動状態の制御方法を提供する。   The present invention also provides a flow state control method for controlling the flow state of a fluid in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shear type stirrer based on the pass number distribution calculated by the above-described method.

本発明によれば、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽において、パス回数分布を算出することができる。したがって、単位時間当たりの回転数、撹拌時間等の撹拌機の撹拌条件や流体の粘度等の物性を適宜調整することにより流動状態を制御し、望ましいパス回数分布とすることにより、撹拌槽における流体の処理が不均一になることを解消できる。   According to the present invention, the pass number distribution can be calculated in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shear type stirrer. Therefore, the flow state is controlled by appropriately adjusting the stirring conditions of the stirrer such as the number of revolutions per unit time, the stirring time, and the physical properties such as the viscosity of the fluid, and the fluid in the stirring tank is obtained by setting the desired number of passes. It is possible to eliminate the uneven processing.

よって、例えば、ラボスケールから実機スケールへのスケールアップにおいて、本発明の方法により流動状態を制御することにより、例えば、乳化粒径のばらつきが抑えられ、製品に乳化状態の安定性の問題が生じることを防止できる。   Therefore, for example, in the scale-up from the lab scale to the actual machine scale, by controlling the flow state by the method of the present invention, for example, the dispersion of the emulsified particle size can be suppressed and the stability of the emulsified state occurs in the product. Can be prevented.

以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same numerals indicate the same or equivalent components.

図1は、本発明の一実施例でパス回数分布を算出し、流動状態の制御対象とする複合型撹拌槽1の模式図である。この複合型撹拌槽1は、プライミクス株式会社のアヂホモミクサーをモデルとしたもので、槽本体2の中央に位置するシャフト3の下部にタービン4が設けられ、その周囲を円筒状のステーター5が囲い、タービン4とステーター5で、ホモミクサーと称される高速回転剪断型撹拌機6を構成している。また、槽本体2内では回転パドル7がフレーム(図示せず)にホモミクサー6と同軸に取り付けられ、低速回転型撹拌機を構成している。なお、一般に使用されているアヂホモミクサーでは、混合性を向上させるための静止パドルあるいは逆回転パドル(回転パドル7と逆方向に回転するパドル)や、伝熱効率を向上させるスクレーパーが存在するが、図1の複合型撹拌槽1では、これらを省略している。   FIG. 1 is a schematic diagram of a composite agitation tank 1 for calculating a pass number distribution in one embodiment of the present invention and controlling the flow state. This combined agitation tank 1 is modeled on an ad homomixer manufactured by Primix Co., Ltd., and a turbine 4 is provided at the lower part of the shaft 3 located at the center of the tank body 2, and a cylindrical stator 5 surrounds it. The turbine 4 and the stator 5 constitute a high-speed rotary shear type stirrer 6 called a homomixer. Further, in the tank body 2, a rotating paddle 7 is attached to a frame (not shown) coaxially with the homomixer 6 to constitute a low-speed rotating stirrer. In general, there are stationary paddles or reverse rotating paddles (paddles rotating in the direction opposite to the rotating paddles 7) for improving the mixing property, and scrapers for improving heat transfer efficiency in the azihomomixers generally used. These are omitted in the composite agitation tank 1.

ホモミクサー6内部のタービン4は、通常1000rpm以上で高速に回転し、強力な剪断力により乳化、分散を促進する。ホモミクサー6は、ポンプの機能も併せ持ち、矢印Aのように強い吐出流を生じさせ、槽内全体の混合に寄与する。   The turbine 4 inside the homomixer 6 normally rotates at a high speed of 1000 rpm or more, and promotes emulsification and dispersion by a strong shearing force. The homomixer 6 also has a pump function, generates a strong discharge flow as shown by an arrow A, and contributes to the entire mixing in the tank.

一方、回転パドル7は200rpm以下、通常20〜120rpm程度で回転して矢印Bに示すように周方向下向きの流れを起こし、槽全体の混合に寄与する。   On the other hand, the rotating paddle 7 rotates at 200 rpm or less, usually about 20 to 120 rpm, causes a downward flow in the circumferential direction as indicated by an arrow B, and contributes to the mixing of the entire tank.

なお、アヂホモミクサーは、本発明が対象とする典型的な撹拌槽であるが、本発明が対象とする撹拌槽はこれに限られず、本発明は高速回転剪断型撹拌機を備える種々の撹拌槽に適用することができる。   The azihomomicr is a typical agitation tank targeted by the present invention, but the agitation tank targeted by the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various agitation tanks equipped with a high-speed rotary shear type agitator. Can be applied.

図2は流体解析を用いて本発明の一実施例の方法により循環時間分布を求め、次いでパス回数分布を算出する手順の概要図である。なお、本発明において、循環時間分布は実験的にも、流体解析によっても得ることができるが、実験では測定精度の問題があるため、流体解析で算出する方が簡便である。   FIG. 2 is a schematic diagram of a procedure for obtaining a circulation time distribution by a method of an embodiment of the present invention using fluid analysis and then calculating a pass number distribution. In the present invention, the circulation time distribution can be obtained experimentally or by fluid analysis. However, since there is a problem of measurement accuracy in the experiment, it is easier to calculate by the fluid analysis.

流体解析により循環時間分布を求める方法としては、シミュレーションの精度と計算コストの点から、最初に時間平均的な流動場を定常解析し、その流動場を固定して濃度の移流方程式を非定常に解くことにより循環時間分布を求めることが好ましい。流動の方程式と濃度の移流方程式を連立して同時に非定常で解くこともできるが、それによる計算コストの増大に比較して精度の向上は少ないことが多い。   As a method of obtaining the circulation time distribution by fluid analysis, from the viewpoint of simulation accuracy and calculation cost, first, a time-averaged flow field is first analyzed steadily, and the flow field is fixed to make the concentration advection equation unsteady. It is preferable to obtain the circulation time distribution by solving. Although the equation of flow and the advection equation of concentration can be simultaneously solved and solved unsteady at the same time, the improvement in accuracy is often small compared to the increase in calculation cost.

以下、流体解析により循環時間分布を求めるにあたり、まず、時間平均的な流動場を定常解析し、次いで移流方程式を解くことにより循環時間分布を求める方法について、実施例により具体的に説明する。   Hereinafter, a method for obtaining a circulation time distribution by first performing a steady analysis of a time-average flow field and then solving an advection equation will be described in detail with reference to an embodiment when obtaining a circulation time distribution by fluid analysis.

実施例1
本実施例で対象とする乳化物の粘度特性図を図3に示す。同図のプロットはレオメータによる測定データで、実線は粘性モデルを用いて粘度カーブをモデル化したものである。粘度は剪断速度によって変化しており、典型的な非ニュートン流体である。粘度カーブのモデル化にあたっては、非ニュートン流体の代表的なモデルの一つであるCarreauモデルを用いた。Carreauモデルは
Example 1
FIG. 3 shows a viscosity characteristic diagram of the emulsion to be used in this example. The plot in the figure is measured data by a rheometer, and the solid line is a viscosity curve modeled using a viscosity model. Viscosity varies with shear rate and is a typical non-Newtonian fluid. In modeling the viscosity curve, the Carreau model, one of the representative models of non-Newtonian fluids, was used. Carreau model

で表される。 It is represented by

なお、図3の実線では、
η0=10(Pa・s),η=0.02(Pa・s),λ=240(s),ν=0.4
である。また、流体の密度ρは1000(kg/m3)である。
In the solid line in FIG.
η 0 = 10 (Pa · s), η = 0.02 (Pa · s), λ = 240 (s), ν = 0.4
It is. The fluid density ρ is 1000 (kg / m 3 ).

本実施例では、図1の液体の体積2Lのアヂホモミクサーにおいて、図2(1)に示すように、まず、時間平均的な流動場を定常解析する。図4は、図3の粘度特性に対して、ホモミクサーの回転数7000rpm、パドルの回転数80rpmのときの流動場をこうして解析した結果である。なお、ホモミクサーのタービン径(最大値)は25mm、回転パドルの先端間距離の最大値は108mmで、槽の直径は150mmである。   In this embodiment, in the azihomomixer with a liquid volume of 2 L in FIG. 1, as shown in FIG. 2 (1), first, a time-average flow field is regularly analyzed. FIG. 4 is a result of analyzing the flow field when the homomixer rotation speed is 7000 rpm and the paddle rotation speed is 80 rpm with respect to the viscosity characteristics of FIG. 3. The homomixer has a turbine diameter (maximum value) of 25 mm, a maximum distance between the tips of the rotating paddles of 108 mm, and a tank diameter of 150 mm.

この場合、ホモミクサー6の駆動による流動速度は非常に大きく、回転パドル7による流動にほとんど影響されないとして、まず、図2(1a)に示すように、ホモミクサー6で生じる流動を定常解析し、次に、図2(1b)に示すように、得られた流動状態を境界条件として回転パドル7を考慮した全体流動を解くモデルに適用し、同図(1c)の解析結果を得た。この解析結果の詳細を図4に示す。ここで、ホモミクサー6の形状は、その内部構造を無視して単なる円筒形として扱い、円筒の上面6aと下面6bの開口部にあたる位置で境界条件を与えた。このように境界条件を与えることにより、回転パドル7で生じる流動場の解析も定常解析とすることができる。   In this case, assuming that the flow velocity due to the driving of the homomixer 6 is very high and is hardly influenced by the flow caused by the rotating paddle 7, first, as shown in FIG. As shown in FIG. 2 (1 b), the obtained flow state is applied to a model that solves the entire flow considering the rotating paddle 7 as a boundary condition, and the analysis result of FIG. 2 (1 c) is obtained. The details of the analysis result are shown in FIG. Here, the shape of the homomixer 6 was treated as a simple cylinder ignoring its internal structure, and boundary conditions were given at positions corresponding to the openings of the upper surface 6a and the lower surface 6b of the cylinder. By giving the boundary condition in this way, the analysis of the flow field generated in the rotating paddle 7 can be a steady analysis.

図2(1b)に適用する境界条件の設定態様としては、流体領域の回転軸と回転速度、および壁面(例えば槽壁など)の回転速度といった撹拌槽の流体解析で通常与える境界条件に加え、槽(即ち、槽本体2からホモミクサー6を除外した部分)への流入条件を速度で与え(速度境界条件)、槽からの流出条件を圧力で与えること(圧力境界条件)が好ましい。図4の解析結果を得る場合においても、同様に境界条件を設定した。   In addition to the boundary conditions normally given in the fluid analysis of the stirring tank such as the rotation axis and rotation speed of the fluid region and the rotation speed of the wall surface (for example, the tank wall), the boundary condition setting mode applied to FIG. It is preferable that the inflow condition into the tank (that is, the portion excluding the homomixer 6 from the tank body 2) is given by speed (speed boundary condition) and the outflow condition from the tank is given by pressure (pressure boundary condition). In the case of obtaining the analysis result of FIG. 4, boundary conditions were similarly set.

ホモミクサー6で生じる流動場の定常解析と、回転パドル7で生じる流動場の定常解析は、それぞれ従来の定常解析の手法により行うことができ、例えば、商用流体解析ソフトFLUENTでは単一基準座標モデル、複数基準座標モデルと呼ばれる方法を使用することができる。本実施例では、FLUENTを使用し、単一基準座標モデルにより解析した。   The steady-state analysis of the flow field generated by the homomixer 6 and the steady-state analysis of the flow field generated by the rotating paddle 7 can be performed by conventional steady-state analysis methods. For example, in the commercial fluid analysis software FLUENT, a single reference coordinate model, A method called a multiple reference coordinate model can be used. In this example, FLUENT was used and analysis was performed using a single reference coordinate model.

次に、図4のように解析した流動場の下で循環時間分布を求める。循環時間分布を求めには、まず、ホモミクサー6の出口(ホモミクサー上面6aの吐出部)に或る濃度を与え、ホモミクサー6の入口(ホモミクサー下面6bの流入部)に戻ってくる濃度を求める。この濃度は、実験において染料等をトレーサーとし、所定の濃度を与えて計測してもよく、流体解析においてトレーサーとして濃度に相当するスカラー変数を考え、移流方程式を解くことにより求めてもよい。   Next, the circulation time distribution is obtained under the flow field analyzed as shown in FIG. In order to obtain the circulation time distribution, first, a certain concentration is given to the outlet of the homomixer 6 (discharge portion of the homomixer upper surface 6a), and the concentration returning to the inlet of the homomixer 6 (inflow portion of the homomixer lower surface 6b) is obtained. This concentration may be measured by using a dye or the like as a tracer in an experiment and giving a predetermined concentration, or may be determined by solving advection equations with a scalar variable corresponding to the concentration as a tracer in a fluid analysis.

循環時間分布を実験的あるいは流体解析により求める方法としては、濃度の与え方により、インパルス応答法とステップ応答法がある。   As a method for obtaining the circulation time distribution experimentally or by fluid analysis, there are an impulse response method and a step response method depending on how to give the concentration.

インパルス応答法では、濃度をごく短時間だけインパルス的(デルタ関数的)にホモミクサー上面6aの出口から放出する。ホモミクサー下面6bの入口に戻ってくる濃度を時間に対する関数と見て、その時間積分が1になるように規格化することにより循環時間分布E(τ)を得る。   In the impulse response method, the concentration is released from the outlet of the homomixer upper surface 6a in an impulse manner (delta function) for a very short time. The concentration returning to the inlet of the homomixer lower surface 6b is regarded as a function with respect to time, and normalized so that the time integration becomes 1, thereby obtaining a circulation time distribution E (τ).

ステップ応答法は、ホモミクサー上面6aの出口から常にある濃度の流体を放出し続ける方法である。十分時間が経つと、槽内の濃度はどこもホモミクサー上面6aの出口の放出濃度と等しくなり、従ってホモミクサーの下面6bの入口で観測される濃度もホモミクサー6の出口の放出濃度と等しくなる。そこで、ホモミクサー6の入口に戻ってくる濃度を時間に対する関数と見て、十分時間が経った後の値が1になるように規格化することにより、ステップ応答法による応答曲線F(τ)を得る。この応答曲線を時間微分することにより、   The step response method is a method in which a fluid having a certain concentration is continuously discharged from the outlet of the homomixer upper surface 6a. After a sufficient amount of time, the concentration in the tank is equal to the discharge concentration at the outlet of the homomixer upper surface 6a, so that the concentration observed at the inlet of the lower surface 6b of the homomixer is also equal to the discharge concentration at the outlet of the homomixer 6. Therefore, the concentration returned to the inlet of the homomixer 6 is regarded as a function of time, and the response curve F (τ) by the step response method is normalized by normalizing the value after a sufficient time has passed to 1. obtain. By differentiating this response curve with time,

のように循環時間分布E(τ)を得ることができる。即ち、応答曲線F(τ)は、循環時間分布E(τ)の累積分布関数である。 Thus, the circulation time distribution E (τ) can be obtained. That is, the response curve F (τ) is a cumulative distribution function of the circulation time distribution E (τ).

一般に、インパルス応答法、ステップ応答法のいずれの濃度の与え方でも同一の循環時間分布を得ることができる。ただし、実験的に求める場合、ホモミクサー6の出口から常時一定の濃度を放出させることは難しいため、現実的には、インパルス応答法により濃度を与え、循環時間分布を得ることが好ましいと考えられる。これに対し、流体解析により循環時間分布を求める場合、計算条件として仮想的な濃度を与えるため、実験的に求める場合のような制約は少ないが、インパルス応答法では放出時間の“短さ”の決め方が難しい。そこで、本実施例では、流体解析においてステップ応答法で濃度を与え、移流方程式を解くことによりホモミクサー6の入口に戻ってくる濃度を算出して応答曲線F(τ)を得、これを微分することにより、図5の循環時間分布を得た。   In general, the same circulation time distribution can be obtained by applying either the impulse response method or the step response method. However, when it is experimentally determined, it is difficult to always release a constant concentration from the outlet of the homomixer 6, so it is practically preferable to obtain the circulation time distribution by giving the concentration by the impulse response method. On the other hand, when the circulation time distribution is obtained by fluid analysis, a virtual concentration is given as a calculation condition, so there are few restrictions as in the case of obtaining it experimentally, but the impulse response method has a “short” release time. It is difficult to decide. Therefore, in this embodiment, the concentration is given by the step response method in the fluid analysis, the concentration returning to the inlet of the homomixer 6 is calculated by solving the advection equation, the response curve F (τ) is obtained, and this is differentiated. Thus, the circulation time distribution of FIG. 5 was obtained.

なお、流体解析においてホモミクサー6の出口からの放出濃度は仮想的で任意に定められる。そこで、本実施例においては、ホモミクサー6の出口から放出濃度を1とした。また、濃度の移流方程式を解いて循環時間分布を求めるには、商用流体解析ソフトFLUENTを使用した。   In the fluid analysis, the discharge concentration from the outlet of the homomixer 6 is virtually determined arbitrarily. Therefore, in this embodiment, the discharge concentration is set to 1 from the outlet of the homomixer 6. In addition, commercial fluid analysis software FLUENT was used to obtain the circulation time distribution by solving the concentration advection equation.

図5から、ホモミクサー6から出て再びホモミクサー6に戻るまでの1回の循環に要する時間には分布があり、槽内の液体のすべてが同一時間で循環するわけではないことが分かる。   From FIG. 5, it can be seen that there is a distribution in the time required for one circulation from the homomixer 6 to return to the homomixer 6 again, and not all of the liquid in the tank circulates in the same time.

パス回数分布は、槽内の液体がある撹拌時間の間に何回ホモミクサーで処理されるかというパス回数の分布である。図5に示したように循環時間が分布を持つため、パス回数も分布を持つことになる。このことは、槽内の液体のホモミクサーによる処理が一様でないことを意味する。逆に処理の不均一性に対処するためには、パス回数分布を知り、パス回数分布ができるだけシャープな分布となるように流動制御することが必要となる。   The pass number distribution is a distribution of the number of passes, which is how many times the liquid in the tank is treated by the homomixer during a certain stirring time. Since the circulation time has a distribution as shown in FIG. 5, the number of passes also has a distribution. This means that the treatment of the liquid in the tank by the homomixer is not uniform. Conversely, in order to deal with processing non-uniformity, it is necessary to know the pass number distribution and control the flow so that the pass number distribution is as sharp as possible.

パス回数分布は、モンテカルロ法、積分方程式による方法、近似解による方法等により求めることができる。   The pass number distribution can be obtained by a Monte Carlo method, an integral equation method, an approximate solution method, or the like.

モンテカルロ法では、まず、仮想的な流体粒子を考え、一つの流体粒子が1回循環するのに要する時間が循環時間分布に従って確率的に定まると考える。そして、1回目の循環にかかる時間、2回目の循環にかかる時間と順繰りに求めることにより、ある撹拌時間内に一つの流体粒子が何回循環するかを求め、この手続きを非常に多くの流体粒子に対して独立に行うことにより、パス回数分布を得る。   In the Monte Carlo method, first, virtual fluid particles are considered, and it is considered that the time required for one fluid particle to circulate once is stochastically determined according to the circulation time distribution. Then, by finding the time required for the first circulation and the time required for the second circulation in order, the number of times that one fluid particle circulates within a certain stirring time is obtained. By performing the processing independently on the particles, a pass number distribution is obtained.

一つの流体粒子が1回循環するのに要する時間を求めるためには、循環時間分布E(τ)に従う乱数を生成する。ある分布に従う乱数の生成方法は一般によく知られており、例えば、次に示す逆関数法と呼ばれる方法をとることができる。   In order to obtain the time required for one fluid particle to circulate once, a random number according to the circulation time distribution E (τ) is generated. A method for generating random numbers according to a certain distribution is generally well known. For example, a method called an inverse function method shown below can be used.

図6は、逆関数法による乱数生成方法の概略説明図である。この方法では、まず、0以上1未満の一様乱数uを生成する。次に、循環時間分布E(τ)の累積分布関数、即ちF(τ)を用いて乱数uを逆変換する。   FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of a random number generation method using an inverse function method. In this method, first, a uniform random number u of 0 or more and less than 1 is generated. Next, the random number u is inversely transformed using a cumulative distribution function of the circulation time distribution E (τ), that is, F (τ).


こうして求めた1回の循環にかかる時間τは循環時間分布E(τ)に従う。

The time τ required for one circulation obtained in this way follows the circulation time distribution E (τ).

図7は循環時間分布に従う乱数の生成例である。図中、滑らかな実線は従うべき循環時間分布で図5と同じである。折線は生成した乱数の頻度分布である。流体粒子の個数として、N=10,10,10 の3通りを示した。N=10 ではばらつきが目立つが、N=10 ではかなり滑らかになっていることが分かる。 FIG. 7 shows an example of generating random numbers according to the circulation time distribution. In the figure, the smooth solid line is the circulation time distribution to be followed and is the same as in FIG. The broken line is the frequency distribution of the generated random numbers. As the number of fluid particles, N = 10 3 , 10 4 , and 10 5 were shown. Variation in N = 10 3 stands out, it can be seen that become quite the N = 10 5 smoothly.

図8の実線は、N=10 、ホモミクサーの回転数7000rpm、パドルの回転数80rpm、撹拌時間20分としてモンテカルロ法により求めたパス回数分布p(k,t)である。
ここで、kはパス回数、tは時刻を表し、p(k,t)は
The solid line in FIG. 8 is the pass number distribution p (k, t) determined by the Monte Carlo method with N = 10 5 , homomixer rotation speed 7000 rpm, paddle rotation speed 80 rpm, and stirring time 20 minutes.
Here, k represents the number of passes, t represents time, and p (k, t) is

で規格化されている。 It is standardized by.

なお、図8には、後述する数値積分や近似解により求めたパス回数分布も示している。   FIG. 8 also shows the pass number distribution obtained by numerical integration and approximate solution described later.

次に、積分方程式を解くことによりパス回数分布を求める方法を説明する。モンテカルロ法は直感的で分かりやすいが、積分方程式を解くことによりパス回数分布を求める方法は、より正確、あるいはより簡便である。   Next, a method for obtaining the pass number distribution by solving the integral equation will be described. The Monte Carlo method is intuitive and easy to understand, but the method of obtaining the pass number distribution by solving the integral equation is more accurate or simpler.

即ち、ある時刻tにおけるパス回数kの分布関数p(k,t)は、次式(1)の積分方程式   That is, the distribution function p (k, t) of the number of passes k at a certain time t is expressed by the integral equation of the following equation (1).

に従う。パス回数が一回増えるのに対応する循環時間τは循環時間分布E(τ)に従うため、重ね合わせとして式(1)の積分方程式に従うことになる。 Follow. Since the circulation time τ corresponding to the increase in the number of passes follows the circulation time distribution E (τ), the integral equation of Equation (1) is followed as a superposition.

なお、式(1)において、τmax は積分変数τの上限値で、最大の循環時間を意味する。τmax の値は循環時間分布E(τ)がそのピーク値を超え十分0に近くなるτの値、あるいは累積循環時間分布F(τ)が十分1に近くなるτの値で定められる。従ってτmax の値はシミュレーションの精度、あるいは実験の精度の取り方によって変わり得るが、F(τ)が十分1に近くなる値としてτmax を取れば、τmax の値は式(1)によるパス回数分布の計算結果にほとんど影響しない。 In Equation (1), τ max is the upper limit value of the integral variable τ and means the maximum circulation time. The value of τ max is determined by the value of τ at which the circulation time distribution E (τ) exceeds its peak value and is sufficiently close to 0, or the value of τ at which the cumulative circulation time distribution F (τ) is sufficiently close to 1. Therefore, the value of tau max can vary depending on how to take the accuracy of the simulation accuracy, or experiment, but if you take tau max as the value F (tau) is close enough 1, the value of tau max is according to equation (1) Almost no influence on the calculation result of the pass number distribution.

そこで、積分方程式(1)を解くことにより、任意の時刻tにおけるパス回数kの分布関数p(k,t)を得ることができる。   Therefore, by solving the integral equation (1), the distribution function p (k, t) of the number k of passes at an arbitrary time t can be obtained.

積分方程式(1)を解く方法としては、種々の解析的な方法やコンピュータによる数値解法がある。   As a method of solving the integral equation (1), there are various analytical methods and numerical solution methods by a computer.

このうち、数値解法として、例えば次の方法をあげることができる。
まず、時間tを離散化し、
t=iΔt(i=0, 1, 2, …)
とする。
Among these, as a numerical solution method, for example, the following method can be given.
First, the time t is discretized,
t = iΔt (i = 0, 1, 2,...)
And

さらに積分における時間変数τも次のようにtと同じ間隔Δtで離散化する。
τ=jΔt(j=0, 1, 2, …)
Further, the time variable τ in the integration is discretized at the same interval Δt as t as follows.
τ = jΔt (j = 0, 1, 2,…)

すると、積分方程式(1)は   Then the integral equation (1) becomes

と離散化される。 And is discretized.

k,i =p(k,iΔt), Gj =E(jΔt)Δt
とおくと
p k, i = p (k, iΔt), G j = E (jΔt) Δt
And

となる。即ち、パス回数分布pk,iを求めるにあたっては、その過去の履歴pk-1,i-j が保存されていれば、上式から計算できる。このようにして求めた結果を図8に破線で示す。この破線は、モンテカルロ法で得られた実線とほとんど重なっている。 It becomes. That is, the path number distribution p k, i can be calculated from the above equation if the past history p k−1, ij is stored. The results obtained in this way are shown by broken lines in FIG. This broken line almost overlaps with the solid line obtained by the Monte Carlo method.

また、積分方程式(1)の解析的な解き方としては、例えば次の方法をあげることができる。   As an analytical method for solving the integral equation (1), for example, the following method can be given.

撹拌時間が長くなると統計学的な考察からパス回数分布が正規分布に近づくことが分かる。このときパス回数分布の平均K(t)とパス回数分布の標準偏差s(t)が分かれば、パス回数分布p(k,t)は   From the statistical consideration, it can be seen that the pass frequency distribution approaches the normal distribution as the stirring time becomes longer. At this time, if the average K (t) of the pass number distribution and the standard deviation s (t) of the pass number distribution are known, the pass number distribution p (k, t) is

と表される。 It is expressed.

積分方程式(1)を用いれば、パス回数分布の平均K(t)とパス回数分布の標準偏差s(t)を求めることができ、   By using the integral equation (1), the average K (t) of the pass number distribution and the standard deviation s (t) of the pass number distribution can be obtained.

(式中、T:平均循環時間,σ:循環時間分布の標準偏差)
となる。
(Where, T: average circulation time, σ: standard deviation of circulation time distribution)
It becomes.

ここで、Tは循環時間分布の平均で、   Where T is the average of the circulation time distribution,

あるいは、
T=V/Q(Q: 吐出流量 (m3/s),V:液体の体積(m3))
で得ることができる。
Or
T = V / Q (Q: discharge flow rate (m 3 / s), V: volume of liquid (m 3 ))
Can be obtained at

σは循環時間分布の標準偏差で、   σ is the standard deviation of the circulation time distribution,

により得られる。 Is obtained.

図8の点線は、この方法により得たパス回数分布である。この方法によるパス回数分布も他の方法によるパス回数分布とほぼ一致した結果を与えることが分かる。   The dotted line in FIG. 8 is the pass number distribution obtained by this method. It can be seen that the pass frequency distribution by this method also gives a result that is almost identical to the pass frequency distribution by other methods.

以上のように、モンテカルロ法や、積分方程式(1)の数値解法、あるいは解析的な方法によりパス回数分布を得ることができる。   As described above, the pass number distribution can be obtained by the Monte Carlo method, the numerical solution of the integral equation (1), or the analytical method.

パス回数分布は、多くの場合正規分布に近く、平均と標準偏差という二つのパラメータで特徴付けることができる。そこで、分布の広がりについてある基準を設け、その基準に従って分布の広がりを評価することが望ましい。   The pass frequency distribution is often close to a normal distribution and can be characterized by two parameters: mean and standard deviation. Therefore, it is desirable to set a certain standard for the spread of the distribution and to evaluate the spread of the distribution according to the standard.

装置内の一つのモデル的な流れとして完全混合流れがある。完全混合流れとは、装置内に流入した物質が装置内で瞬間的に混合され、装置内濃度と装置出口での濃度が等しいとして定義される流れである。完全混合流れは、一般に、撹拌槽のモデル的な流れとして利用され、完全混合流れが仮定される撹拌槽は、完全混合槽と呼ばれる。   One model flow within the device is a fully mixed flow. A fully mixed flow is a flow defined as the material entering the device is instantaneously mixed in the device and the concentration in the device equals the concentration at the device outlet. A fully mixed flow is generally used as a model flow of a stirred tank, and a stirred tank in which a completely mixed flow is assumed is called a fully mixed tank.

ホモミクサー、あるいはアヂホモミクサーにおいても、完全混合槽をモデル的な流れとして考え、そのときのパス回数分布を求めることができる。槽内の液体について、時刻tにおいてk回ホモミクサーで処理された液体の割合をp(k,t)とする。ホモミクサーを一回通過すると処理回数が1増えるため、完全混合槽の考え方に倣うとp(k,t)は   Even in a homomixer or an ad homomixer, the complete mixing tank can be considered as a model flow, and the pass number distribution at that time can be obtained. For the liquid in the tank, the ratio of the liquid that has been processed k times by the homomixer at time t is defined as p (k, t). When passing through the homomixer once, the number of treatments increases by 1. Therefore, according to the idea of a complete mixing tank, p (k, t) is

(式中、Q:吐出流量(m/s),V:液体の体積 (m))
に従う。
(Where Q: discharge flow rate (m 3 / s), V: volume of liquid (m 3 ))
Follow.

初期条件p(0, 0)=1、p(k,0)=0 (k=1, 2, …) のもとで上式を解くと、   Solving the above equation under the initial conditions p (0, 0) = 1, p (k, 0) = 0 (k = 1, 2,...)

となる。 It becomes.

ここでパス回数の平均K(t)は、K(t)=Qt/V である。   Here, the average number K (t) of passes is K (t) = Qt / V.

完全混合槽で得られたパス回数分布p(k,t)は、ポアソン分布として知られる分布形状で、K(t)が大きいときに正規分布に近い。また、平均と分散は等しくK(t)である。言い換えれば、パス回数分布の平均をK(t)、パス回数分布の標準偏差をs(t)としたとき、完全混合槽では
(t)/K(t)=1
となる。
The pass number distribution p (k, t) obtained in the complete mixing tank is a distribution shape known as a Poisson distribution, and is close to a normal distribution when K (t) is large. Further, the average and the variance are equal to K (t). In other words, when the average of the pass number distribution is K (t) and the standard deviation of the pass number distribution is s (t), s 2 (t) / K (t) = 1 in the complete mixing tank.
It becomes.

そこで、g(t)=s(t)/K(t)とし、完全混合槽の場合のg(t)=1を基準として、パス回数分布の広がりを評価することができる。パス回数分布はs(t)/K(t)が小さいほどシャープであり、液体のホモミクサーでの処理の均一性の観点から5以下が好ましく、2以下にすることがより好ましい。 Therefore, the spread of the pass number distribution can be evaluated based on g (t) = s 2 (t) / K (t) and g (t) = 1 in the case of the complete mixing tank. The number of pass distribution is sharper as s 2 (t) / K (t) is smaller, and is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, from the viewpoint of the uniformity of treatment with a liquid homomixer.

因みに、図8に示したパス回数分布では、g(t)=1.13 である。
g(t)は1より小さい値も取り得て、小さければ小さいほどよいが、少なくとも完全混合槽の状態である1に近ければ、良好な流動状態であるといえる。
Incidentally, in the pass frequency distribution shown in FIG. 8, g (t) = 1.13.
The value of g (t) can be a value smaller than 1, and the smaller the better, the better. However, if it is at least close to 1, which is the state of the complete mixing tank, it can be said that the fluidity is good.

パス回数分布の広がりは、ホモミクサーにおける流体の処理のばらつきの程度と関係するため、なるべくパス回数分布の広がりが狭くなるように撹拌条件を定めるべきである。ここで、パス回数分布はホモミクサーの回転数、パドルの回転数、撹拌時間といった撹拌条件や、液体の粘度等の性状によって変わる。そこで、本発明の流動状態の制御方法では、パス回数分布が望ましいシャープさとなるように、撹拌条件や液体の性状を適宜変更し、流動状態を制御する。   Since the spread of the pass number distribution is related to the degree of variation in fluid processing in the homomixer, the agitation conditions should be determined so that the spread of the pass number distribution is as narrow as possible. Here, the pass number distribution varies depending on the stirring conditions such as the number of rotations of the homomixer, the number of rotations of the paddle, and the stirring time, and the properties such as the viscosity of the liquid. Therefore, in the flow state control method of the present invention, the flow state is controlled by appropriately changing the agitation conditions and the properties of the liquid so that the pass number distribution has a desirable sharpness.

次に、液体の粘度特性や撹拌条件によってパス回数分布が変わる例を示す。   Next, an example in which the pass number distribution varies depending on the viscosity characteristics of liquid and the stirring conditions will be described.

実施例2
本実施例では、液体の粘度特性によってパス回数分布が変わる例を示す。ここで、撹拌槽としては、実施例1と同様に図1の液体の体積2Lのアヂホモミクサーを想定し、対象とする液体としては図9の粘度特性を有する乳化物を想定した。なお、図9のプロットはレオメータによる測定データで、実線は粘性モデルを用いて粘度カーブをモデル化したものである。粘度カーブのモデル化にあたっては、前述の図3の場合と同様にCarreauモデルを用いた。図9の実線は、
η0 =1.0×105(Pa・s),η =0.02(Pa・s),λ=1.3×105(s),ν=0.27
のときのものである。なお、流体の密度ρは1000 (kg/m3) である。
Example 2
In the present embodiment, an example in which the pass number distribution varies depending on the viscosity characteristics of the liquid is shown. Here, as a stirring tank, an ad homomixer having a volume of 2 L of the liquid in FIG. 1 was assumed as in Example 1, and an emulsion having the viscosity characteristics in FIG. 9 was assumed as the target liquid. In addition, the plot of FIG. 9 is the measurement data by a rheometer, and a continuous line models a viscosity curve using a viscosity model. In modeling the viscosity curve, the Carreau model was used as in the case of FIG. 3 described above. The solid line in FIG.
η 0 = 1.0 × 10 5 (Pa · s), η = 0.02 (Pa · s), λ = 1.3 × 10 5 (s), ν = 0.27
It is the time. The density ρ of the fluid is 1000 (kg / m 3 ).

図4の流体解析と同様にして得た、ホモミクサーの回転数7000rpm、パドルの回転数80rpmのときの流体解析結果は図10のようになる。   FIG. 10 shows the fluid analysis results obtained when the homomixer rotation speed is 7000 rpm and the paddle rotation speed is 80 rpm, which is obtained in the same manner as the fluid analysis of FIG.

図11は、図8と同様にして求めたパス回数分布である。ここで、撹拌条件は、ホモミクサーの回転数7000rpm、パドルの回転数80rpm、撹拌時間20分である。   FIG. 11 shows the pass frequency distribution obtained in the same manner as in FIG. Here, the stirring conditions are a homomixer rotation speed of 7000 rpm, a paddle rotation speed of 80 rpm, and a stirring time of 20 minutes.

図11のパス回数分布は、図8のパス回数分布と撹拌条件は同じで、平均パス回数もほぼ等しいが、液体の粘度特性の違いを反映して、図11のパス回数分布は図8のパス回数分布に比して著しく広くなっている。これはホモミクサーでの液体の処理が不均一になっていることを意味する。このことは、配合条件の変更により液体の粘度特性を変えることができれば、パス回数分布をより望ましい分布に制御できることを意味する。   The pass number distribution in FIG. 11 is the same as the pass number distribution in FIG. 8 and the stirring conditions are the same, and the average pass number is almost the same. However, the pass number distribution in FIG. It is significantly wider than the pass number distribution. This means that the treatment of the liquid with the homomixer is uneven. This means that if the viscosity characteristics of the liquid can be changed by changing the blending conditions, the pass number distribution can be controlled to a more desirable distribution.

実施例3
本実施例では、液体の撹拌条件によってパス回数分布が変わる例を示す。
図12は、図9の粘度特性を有する液体に対し、撹拌条件を、ホモミクサーの回転数8500rpm、パドルの回転数80rpm、撹拌時間17分とした場合のパス回数分布である。なお、この撹拌条件は、ホモミクサーの回転数を図11の場合に比して高くするが、平均パス回数は図11の場合とほぼ一致するように撹拌時間を短縮したものである。図12のパス回数分布は図8の場合ほどシャープではないが、図11に比べると著しくシャープに改善していることが分かる。
Example 3
In the present embodiment, an example in which the pass number distribution varies depending on the liquid stirring condition is shown.
FIG. 12 is a distribution of the number of passes for the liquid having the viscosity characteristics shown in FIG. 9 when the stirring conditions are a homomixer rotation speed of 8500 rpm, a paddle rotation speed of 80 rpm, and a stirring time of 17 minutes. In this stirring condition, the number of rotations of the homomixer is made higher than that in the case of FIG. 11, but the stirring time is shortened so that the average number of passes substantially coincides with that in FIG. Although the pass number distribution in FIG. 12 is not as sharp as in FIG. 8, it can be seen that the number of passes is significantly sharper than that in FIG.

なお、パス回数分布の広がりの指標となるg(t)は、図8のg(t)=1.13 に対し、図11の場合にはg(t)=5.16、図12の場合にはg(t)=2.01 である。   Note that g (t) as an index of the spread of the pass number distribution is g (t) = 1.13 in FIG. 8, g (t) = 5.16 in FIG. 11, and g (t) in FIG. t) = 2.01.

本発明の解析方法は、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽において、流動状態を制御する方法として有用である。   The analysis method of the present invention is useful as a method for controlling the flow state in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shearing type stirrer.

複合型撹拌槽の模式図である。It is a schematic diagram of a composite stirring tank. パス回数分布の算出方法の説明図である。It is explanatory drawing of the calculation method of pass frequency distribution. 実施例1で対象とした液体の粘度特性図である。FIG. 3 is a viscosity characteristic diagram of a liquid targeted in Example 1. 実施例1でのアヂホモミクサーの流体解析結果である。2 is a fluid analysis result of an azihomomicr in Example 1. FIG. 実施例1で解析した循環時間分布である。It is the circulation time distribution analyzed in Example 1. 逆関数法による乱数生成方法の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the random number generation method by an inverse function method. 循環時間分布に従う乱数の生成例である。It is an example of generation | occurrence | production of the random number according to circulation time distribution. 実施例1でのパス回数分布図である。FIG. 6 is a distribution diagram of the number of passes in the first embodiment. 実施例2、実施例3で対象とした液体の粘度特性図である。It is a viscosity characteristic view of the liquid made into object in Example 2 and Example 3. FIG. 実施例2でのアヂホモミクサーの流体解析結果である。4 is a fluid analysis result of an azihomomicr in Example 2. 実施例2でのパス回数分布図である。FIG. 10 is a distribution diagram of the number of passes in the second embodiment. 実施例3でのパス回数分布図である。FIG. 10 is a distribution diagram of the number of passes in Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 複合型撹拌槽
2 槽本体
3 シャフト
4 タービン
5 ステーター
6 高速回転剪断型撹拌機(ホモミクサー)
6a 上面
6b 下面
7 回転パドル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite type stirring tank 2 Tank main body 3 Shaft 4 Turbine 5 Stator 6 High-speed rotation shearing type stirrer (homomic mixer)
6a Upper surface 6b Lower surface 7 Rotating paddle

Claims (9)

高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽において、流体が、所定の撹拌時間内に高速回転剪断型撹拌機を通過する回数の分布(以下、パス回数分布という)の算出方法であって、流体が高速回転剪断型撹拌機の通過に要する循環時間の分布(以下、循環時間分布という)を取得し、循環時間分布に基づいてパス回数分布を算出する方法。   In a stirring tank equipped with a high-speed rotary shearing stirrer, a calculation method of a distribution of the number of times a fluid passes through the high-speed rotating shearing stirrer within a predetermined stirring time (hereinafter referred to as a pass number distribution), Is a method of obtaining a circulation time distribution (hereinafter referred to as a circulation time distribution) required for passing through a high-speed rotary shear type agitator and calculating a pass number distribution based on the circulation time distribution. 前記撹拌槽が、低速回転型撹拌機を備えている請求項1記載の算出方法。   The calculation method according to claim 1, wherein the stirring tank includes a low-speed rotating stirrer. 前記撹拌槽が、高速回転剪断型撹拌機と低速回転型撹拌機を同軸に備えている請求項2記載の算出方法。   The calculation method according to claim 2, wherein the agitation tank is provided with a high-speed rotary shear type agitator and a low-speed rotation type agitator coaxially. 循環時間分布に基づき、モンテカルロ法によりパス回数分布を算出する請求項1〜3のいずれかに記載の算出方法。   The calculation method according to claim 1, wherein the pass number distribution is calculated by a Monte Carlo method based on the circulation time distribution. 流体の循環時間分布関数をE(τ)としたとき、時刻tにおけるパス回数kの分布関数p(k,t)を次の積分方程式
によって算出する請求項1〜3のいずれかに記載の算出方法。
When the fluid circulation time distribution function is E (τ), the distribution function p (k, t) of the number of passes k at time t is expressed by the following integral equation:
The calculation method according to claim 1, which is calculated by:
時刻tにおけるパス回数kの分布関数p(k,t)を次の正規分布
(式中、K(t) :平均パス回数、s(t):パス回数分布の標準偏差)
で近似し、その平均である平均パス回数K(t) と標準偏差s(t)を次式
(式中、T:平均循環時間、σ:循環時間分布の標準偏差)
で算出する請求項5記載の算出方法。
The distribution function p (k, t) of the number of passes k at time t is expressed by the following normal distribution
(Where K (t) is the average number of passes, s (t) is the standard deviation of the pass number distribution)
And the average number of passes K (t) and standard deviation s (t) are averaged as follows:
(Where, T: average circulation time, σ: standard deviation of circulation time distribution)
The calculation method according to claim 5, which is calculated by:
循環時間分布を、流体解析によって求めた流動場のもとで、濃度の移流方程式を解くことにより求める請求項1〜6のいずれかに記載の算出方法。   The calculation method according to claim 1, wherein the circulation time distribution is obtained by solving a concentration advection equation under a flow field obtained by fluid analysis. 請求項1〜7のいずれかに記載の方法で算出したパス回数分布に基づき、高速回転剪断型撹拌機を備えた撹拌槽における流体の流動状態を制御する流動状態の制御方法。   A flow state control method for controlling a flow state of a fluid in a stirring tank equipped with a high-speed rotary shear type stirrer based on the pass number distribution calculated by the method according to claim 1. 平均パス回数K(t)、パス回数分布の標準偏差s(t)より、関数g(t)を次式
で定義し、g(t)の値を用いてパス回数分布のシャープさを評価する請求項8記載の流動状態の制御方法。
From the average pass number K (t) and the standard deviation s (t) of the pass number distribution, the function g (t) is
The flow state control method according to claim 8, wherein the sharpness of the pass number distribution is evaluated using the value of g (t).
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