JP2015085218A - Agitation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に医薬、化学分野の生産プロセスにおいて、液又はスラリーの混合、溶解、晶析、濃縮、スラリー懸濁及び気液接触等の撹拌処理に利用される撹拌装置に関する。 The present invention relates to an agitation apparatus used for agitation processes such as mixing, dissolution, crystallization, concentration, slurry suspension and gas-liquid contact of liquids or slurries mainly in production processes in the pharmaceutical and chemical fields.
従来の撹拌装置において、撹拌軸の上半部分の所定部を支点として、撹拌槽内の撹拌軸の先端(下端)が円を描くように撹拌軸を旋回運動させるようにした撹拌装置が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
In a conventional stirring device, a stirring device is proposed in which the stirring shaft is swung so that the tip (lower end) of the stirring shaft in a stirring tank forms a circle with a predetermined portion of the upper half of the stirring shaft as a fulcrum. (For example, refer to
このように、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させることにより、優れた撹拌性能を得ることができる。 In this way, excellent stirring performance can be obtained by rotating the stirring shaft so that the tip of the stirring shaft forms a circle.
上記従来の撹拌装置では、ある程度優れた撹拌性能を得ることはできるが、さらにより優れた撹拌性能を得ることが望まれている。 Although the above-described conventional stirring apparatus can obtain a certain level of stirring performance, it is desired to obtain even better stirring performance.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができる撹拌装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an agitation device capable of improving the agitation performance in an agitation device that rotates the agitation shaft so that the tip of the agitation shaft forms a circle. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、本発明のある形態(aspect)に係る撹拌装置は、軸挿通口を有する撹拌槽と、先端が撹拌槽の内部に位置し、基端が前記撹拌槽の外部に位置するように、前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、前記撹拌軸の先端部に設けられた撹拌翼と、前記撹拌軸を支持する軸受部と、前記撹拌軸の基端に接続され、前記軸受部の軸受中心を支点として前記撹拌軸の先端が円を描くように前記撹拌軸に旋回運動を行わせるための駆動装置と、を備え、前記撹拌翼は、一方の側縁部が前記撹拌軸に固着され、前記撹拌軸を中心にして放射状に延びる2枚以上の板状の羽根部材からなり、前記羽根部材は、前記撹拌軸の軸方向に長い長板状であり、かつ、前記一方の側縁部と対向する他方の側縁部と前記撹拌軸の中心線との間隔が前記撹拌軸の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように前記他方の側縁部が形成されている。 In order to achieve the above object, an agitation apparatus according to an aspect of the present invention includes an agitation tank having a shaft insertion port, a distal end located inside the agitation tank, and a proximal end outside the agitation tank. A stirring shaft inserted through the shaft insertion port, a stirring blade provided at the tip of the stirring shaft, a bearing that supports the stirring shaft, and a base end of the stirring shaft so as to be positioned A drive device for causing the stirring shaft to perform a turning motion so that the tip of the stirring shaft forms a circle with the bearing center of the bearing portion as a fulcrum, the stirring blade having one side edge portion It consists of two or more plate-like blade members fixed to the stirring shaft and extending radially around the stirring shaft, and the blade member is a long plate shape long in the axial direction of the stirring shaft, and The distance between the other side edge facing the one side edge and the center line of the stirring shaft is The other side edge portion from the tip of 拌軸 to become smaller toward the direction of the base end is formed.
この構成によれば、混合完了時間を短縮し、撹拌性能を向上させることができる。 According to this configuration, the mixing completion time can be shortened and the stirring performance can be improved.
前記羽根部材の前記他方の側縁部が直線状に形成され、前記他方の側縁部に沿う直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度が、前記軸受部の軸受中心を通る鉛直線と前記撹拌軸の中心線とのなす角度以上であることが好ましい。 The other side edge portion of the blade member is formed in a straight line, and an angle formed between a straight line along the other side edge portion and a center line of the stirring shaft is a vertical line passing through the bearing center of the bearing portion. The angle is preferably equal to or greater than the angle formed with the center line of the stirring shaft.
この構成によれば、撹拌槽の下部中央部分の撹拌が容易となり、撹拌性能をより向上させることができる。 According to this structure, the stirring of the lower center part of a stirring tank becomes easy, and stirring performance can be improved more.
前記撹拌軸が挿通される中空空間を有し、一端部が前記撹拌槽の前記軸挿通口に固定されて他端部が前記撹拌軸に固定され、前記撹拌軸の旋回運動に応じて撓み変形する筒状の撓み保持部をさらに備えていてもよい。 It has a hollow space through which the agitation shaft is inserted, one end is fixed to the shaft insertion port of the agitation tank, and the other end is fixed to the agitation shaft. You may further provide the cylindrical bending holding part to do.
この構成によれば、撹拌槽内への異物の混入を防止できる。また、撹拌軸を低速度で旋回運動させても優れた撹拌性能が得られるので、撹拌軸を低速度で旋回運動させることにより撓み保持部の寿命を長くすることができる。 According to this configuration, it is possible to prevent foreign matter from entering the stirring tank. In addition, since excellent stirring performance can be obtained even if the stirring shaft is swung at a low speed, the life of the bending holding portion can be extended by swirling the stirring shaft at a low speed.
本発明は、以上に説明した構成を有し、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができるという効果を奏する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the configuration described above, and has an effect that the stirring performance can be improved in the stirring device that rotates the stirring shaft so that the tip of the stirring shaft draws a circle.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout all the drawings, and redundant description thereof is omitted. Further, the present invention is not limited to the following embodiment.
(実施形態)
図1は、本発明の実施形態の一例の撹拌装置の断面図であり、図2は、図1に示す撹拌装置の上部部分の拡大図である。また、図3(a)は、図1に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の正面図であり、図3(b)は、同翼付き撹拌軸を下方から見た図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a stirring device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of an upper portion of the stirring device shown in FIG. 3A is a front view of the stirring shaft with blades of the stirring device shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a view of the stirring shaft with blades as viewed from below.
この撹拌装置は、主に医薬、化学分野の生産プロセスにおいて、液又はスラリーの混合、溶解、晶析、濃縮、スラリー懸濁及び気液接触等の撹拌処理に用いられる。 This stirrer is mainly used in stirring processes such as mixing, dissolution, crystallization, concentration, slurry suspension and gas-liquid contact of liquids or slurries in production processes in the pharmaceutical and chemical fields.
この撹拌装置は、撹拌槽1と、撹拌軸8の先端部(下端部)に撹拌翼9が設けられた翼付き撹拌軸10と、翼付き撹拌軸10(撹拌軸8)の軸受部12と、翼付き撹拌軸10(撹拌軸8)に旋回運動を行わせるための駆動装置13と、撓み保持部16等を備えている。この撹拌装置は、翼付き撹拌軸10(撹拌軸8)の上半部分の所定部分(軸受部12の軸受中心C)を支点として、撹拌軸8の先端(下端)が円を描くように翼付き撹拌軸10(撹拌軸8)に旋回運動を行わせるように構成されている。なお、翼付き撹拌軸10は、羽根付き撹拌軸10、軸付撹拌翼10、または軸付撹拌羽根10等と呼んでもよい。
The stirring device includes a
撹拌槽1は、容器本体2と、容器本体2に複数個(図1では1個のみ図示)のクランプ25によって固定された上蓋3とを備えている。容器本体2は、概略円筒状に形成され、かつ底壁を有している。上蓋3には、容器本体2内への原料投入等のための投入口6と、撹拌軸8が挿通される軸挿通口7とが設けられている。容器本体2の底壁には、撹拌によって得られた混合物を撹拌槽1内から排出するための排出口4が設けられている。この排出口4がバルブ(図示せず)によって閉じられた状態で投入口6からの原料投入等が行われる。撹拌槽1(容器本体2)の軸線Aは、上下(鉛直)方向に向けられている。軸挿通口7は、平面視で略円形状に形成されており、軸挿通口7の中心線は、撹拌槽1の軸線Aと一致している。なお、容器本体2の外面にはジャケット40が接合されており、ジャケット40の内面と容器本体2の外面との間に冷熱媒体を流通させることによって撹拌槽1内の温度を管理可能になっている。
The
また、撹拌槽1内にはバッフル5が設けられている。このバッフル5は適宜の取付手段(図示せず)によって上蓋3または容器本体2に取り付けられている。
A
撹拌槽1の上蓋3には、ハウジング11が固定されている。ハウジング11には、軸受部12及び駆動装置13が取り付けられる。ハウジング11は、撹拌槽1の上蓋3から上方に突出したマウント部3aに締結されたベース部材11aと、ベース部材11a上に固定された上下方向に延びる支持部材11bと、支持部材11bの上端に固定された上板部材11cと、支持部材11bの中程に固定された取付部材11dとを備えている。なお、支持部材11bは、筒体で構成されていてもよいし、間隔をおいて配置された複数本の鋼材で構成されていてもよい。また、ベース部材11aとマウント部3aとの締結箇所は、複数設けられていてもよい。
A
図2に示すように、ハウジング11の中程の取付部材11dには環状の取付部材21が固定され、この取付部材21と環状の取付部材22との間に挟まれるようにして漏斗状の取付部材23が固定されている。環状の取付部材22は、二つ割構造になっており、ボルトを用いて取付部材21に固定されている。そして、漏斗状の取付部材23の下端に軸受部12が固定されている。
As shown in FIG. 2, an
軸受部12は、内輪12a及び外輪12bを有する球面滑り軸受により構成されている。外輪12bは、漏斗状の取付部材23の下端に、同取付部材23とその下の取付部材24とによって挟持されて固定されている。撹拌軸8は、内輪12aの内部を挿通し、かつ、内輪12aによって支持されている。撹拌軸8の軸線Bは、軸受部12の軸受中心Cにおいて撹拌槽1の軸線Aと交差し、撹拌槽1の軸線Aに対して傾斜角α(以下、「軸傾斜角α」という)をもって傾斜している。なお、内輪12aの中心が軸受中心Cである。
The
ハウジング11の上板部材11cには、駆動装置13が取り付けられている。駆動装置13は、電気モータ等のアクチュエータ14と、アクチュエータ14により回転される回転部15とを有している。回転部15は、アクチュエータ14の駆動軸に接続された回転軸15aと、回転軸15aに揺動軸15dを中心として揺動自在に取り付けられた連結部材15bと、連結部材15bに固定された軸取付部15cと、軸取付部15cに回動自在に取付けられた連結軸18とを有している。連結軸18は、軸取付部15cに備えられているベアリング20によって、連結軸18の中心軸を中心に回動可能である。
A driving
連結軸18の下端部は撹拌軸8の上端部(基端部)と連結されている。ここで、連結軸18と撹拌軸8とは、互いの中心軸線が一致するように連結されている。
The lower end portion of the connecting
図3に示すように、撹拌軸8の上端部には、穴8aが設けられており、この穴8aに連結軸18の下端部が挿入される。そして、穴8aの側方に設けられた小穴8bを介して止めねじ(図示せず)によって連結軸18と撹拌軸8とが固定される。ここで、小穴8bを複数設け、各々の小穴8bを介して複数の止めねじ(図示せず)によって連結軸18と撹拌軸8とを固定するようにしてもよい。
As shown in FIG. 3, a
また、撹拌軸8には、軸受部12の内輪12aの上端に接してスリーブ19が取り付けられている。スリーブ19は上部からベアリングナットで撹拌軸8に固定されている。これにより、軸受部12の内輪12aが、スリーブ19の下端と、撹拌軸8の段差部分との間に挟まれて固定されている。
Further, a
ここでは、連結軸18を回転部15の一部として駆動装置13に含めて説明しているが、連結軸18を撹拌軸8の一部として考えてもよい。いずれにしても、撹拌軸8の基端が駆動装置13に接続されることになる。
Here, the connecting
回転軸15aの軸線は、回転部15の回転軸線となり、撹拌槽1の軸線Aと一致している。回転軸15aが回転することにより、軸取付部15cが回転し、それにより連結軸18に固定された撹拌軸8が軸受部12の軸受中心Cを支点として旋回運動する(詳細は後述する)。
The axis of the
また、ハウジング11内には、撓み保持部16が収容されている。撓み保持部16は、撹拌軸8が挿通される中空空間16sを有している。この撓み保持部16は、その一端部(下端部)が撹拌槽1の軸挿通口7に固定され、他端部(上端部)が撹拌軸8に固定されている。そして、撓み保持部16は、撹拌軸8の旋回運動に応じて撓み変形可能である。
Further, a
この撓み保持部16は、弾性体からなる筒状部31と、筒状部31の下端部に設けられた下部フランジ32と、筒状部31の上端部に設けられた上部フランジ33とを有する。筒状部31は、略円筒状の基本形状を有し、かつ、中央部が膨出して、両端が開放された中空空間16sを形成している。この筒状部31は、例えば、外側から表面層、中間層及び内面層を有し、これら3つの層が筒状部31の板厚方向に密着している。表面層及び中間層は、例えばエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)で製造されるが、他のゴム材料でも良く、必ずしも2層である必要はなく、単層であってもよい。内面層は、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の様な耐薬品性に優れたフッ素樹脂材料で製造される。下部フランジ32及び上部フランジ33は、中心に円形穴を有した環状部材であり、例えば一般構造用の圧延鋼材によって製造される。
The
筒状部31の下端部は、下部フランジ32の円形穴を抜けてから下部フランジ32の端面(下面)へと折り返され、当該端面に固定されている。下部フランジ32は、軸挿通口7の上端に上から設置される。軸挿通口7には取付フランジ34が取り付けられており、下部フランジ32は、二つ割構造になっており、ボルトを用いて取付フランジ34に結合される。これにより、撓み保持部16の下端部が、撹拌槽1の軸挿通口7に固定される。
The lower end portion of the
筒状部31の上端部も、上部フランジ33の円形穴を抜けてから上部フランジ33の端面(上面)へと折り返され、当該端面に固定されている。
The upper end portion of the
図3に示すように、撹拌軸8の上端部より少し下の部分には、筒状の取付部8cが設けられ、その取付部8cの上部外周面に環状溝8dが形成されている。この環状溝8dにつば部材35(図2)がはめ込まれる。
As shown in FIG. 3, a
この際、筒状部31の上端部分に、断面L字状の部材38が配置され、その上に環状溝8dにはめ込まれるつば部材35が配置され、その上に環状の取付部材36が配置される。なお、部材38と筒状部31との間、及び、部材38と撹拌軸8の取付部8cとの間は、それぞれOリング(図示せず)によってシールされる。この状態で、上部フランジ33の外周端部と環状の取付部材36の外周端部とが締付けバンド37によって挟持される。このようにして、撓み保持部16の上端部が撹拌軸8に固定されている。なお、上部フランジ33、つば部材35及び取付部材36は、それぞれ二つ割構造になっており、締付けバンド37によって固定される。
At this time, an L-shaped
なお、筒状部31の下部フランジ32の端面(下面)に出ている部分は、軸挿通口7の口部と下部フランジ32とに挟まれて、上下方向に圧迫されている。また、筒状部31の上部フランジ33の端面(上面)上に出ている部分は、上部フランジ33とつば部材35との間に、緩衝部材38とともに挟まれて圧迫されている。これにより、撹拌槽1の内部が密閉される。
In addition, the part which has come out to the end surface (lower surface) of the
この撹拌装置において、アクチュエータ14が動作すると、回転部15が回転軸15aの軸線周りに回転駆動され、軸取付部15cが旋回する。これにより、撹拌軸8の上端(基端)が、撹拌槽1の軸線Aに直交する平面上で当該軸線Aを中心とした円周を描くように円運動を行う。すると、撹拌軸8の下端(先端)も、撹拌槽1の軸線Aに直交する平面上で当該軸線Aを中心とした円周を描くように円運動を行う。すなわち、撹拌軸8の軸受部12より上部部分が、軸受部12の軸受中心Cを頂点として撹拌軸8の軸線Bを母線とする逆円錐の側面を撫でるように運動し、撹拌軸8の軸受部12より下部の部分も、軸受部12の軸受中心Cを頂点として撹拌軸8の軸線Bを母線とする円錐の側面を撫でるように運動する。この撹拌軸8とともに撹拌翼9も運動する。この運動を、ここでは撹拌軸8あるいは翼付き撹拌軸10の旋回運動と言っている。すなわち、翼付き撹拌軸10の旋回運動によって撹拌槽1内の物質が撹拌されて、混合される。本例では、軸受部12は、撹拌槽1の軸挿通口7より上部(撹拌槽1の外部)に設けられており、撹拌軸8あるいは翼付き撹拌軸10の旋回運動の支点となる軸受中心Cは、軸挿通口7より上部(撹拌槽1の外部)の撹拌軸8の所定部分となる。
In this stirrer, when the
なお、翼付き撹拌軸10が上述のような旋回運動をできる構成であればよく、上述した構造、例えば、回転部15の構造、軸受部12の支持構造、撓み保持部16の構造などは一例であり、適宜変更可能である。
Note that the bladed stirring
例えば、容器本体2と上蓋3は本実施形態では別体で構成されているが、一体化されていても良い。この場合、軸挿通口7の開口を十分に大きくすれば良い。
For example, the container
また、本実施形態では駆動装置13や取付部材21を固定するハウジング11が上蓋3に固定された構造となっているがこれに限定されず、駆動装置13や取付部材21等を固定するための部材を、装置(撹拌槽1)と独立して別体として構成しても良い。
In the present embodiment, the
更に、連結軸18と撹拌軸8の接続構造も限定されずボルト止めやネジ止めといった通常の接続構造を採用しても良い。
Furthermore, the connection structure of the connecting
本実施形態における主な特徴は、撹拌翼9の構成にある。撹拌翼9は、図3に示すように、撹拌軸8を中心に放射状に延びる板状の3枚の羽根部材9Bによって構成されている。3枚の羽根部材9Bは軸まわりに等しい角度φ1(=120度)をあけて各々の一方の側縁部9B1が撹拌軸8に固着されている。各羽根部材9Bは、撹拌軸8の軸方向に長い長板状であり、一方の側縁部9B1に対向する他方の側縁部9B2と撹拌軸8の中心線(軸線B)との間隔が、撹拌軸8の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように、他方の側縁部9B2を撹拌軸8の中心線(軸線B)に対して所定の角度β(以下、「傾斜角β」という)傾斜して構成されている。すなわち、他方の側縁部9B2が傾斜角βを有する逆テーパ形状になっている。
The main feature of this embodiment is the configuration of the stirring blade 9. As shown in FIG. 3, the stirring blade 9 is constituted by three plate-like blade members 9 </ b> B extending radially around the stirring
なお、上記では、撹拌翼9を3枚の羽根部材9Bによって構成しているが、2枚または4枚以上の羽根部材9Bを軸周りに等しい角度をあけて放射状に設けて構成してもよい。
In the above description, the stirring blade 9 is constituted by the three
ここで、図4(a)に示す逆テーパ形状を有する3枚の羽根部材9Bによって撹拌翼9を構成した場合(実施例1)と、図4(b)に示す逆テーパ形状を有する4枚の羽根部材9Bによって撹拌翼9を構成した場合(実施例2)と、図4(c)に示す長方形の4枚の羽根部材9Cによって撹拌翼を構成した場合(比較例1)と、図4(d)に示すテーパ形状を有する4枚の羽根部材9Dによって撹拌翼を構成した場合(比較例2)とについて、それぞれ混合試験を行った。
Here, in the case where the stirring blade 9 is constituted by three
図4(a)〜(d)は、それぞれの場合の翼付き撹拌軸を上部及び正面から見た模式図である。図4(a)は実施例1の場合、図4(b)は実施例2の場合、図4(c)は比較例1の場合、図4(d)は比較例2の場合の翼付き撹拌軸の模式図である。 FIGS. 4A to 4D are schematic views of the bladed stirring shaft in each case as viewed from above and from the front. 4A is the case of Example 1, FIG. 4B is the case of Example 2, FIG. 4C is the case of Comparative Example 1, and FIG. 4D is the case of Comparative Example 2. It is a schematic diagram of a stirring shaft.
図4(a)〜(d)において、各羽根部材(9B,9C,9D)の高さhを300mm、各羽根部材(9B,9C,9D)の最下部の有効幅wを70mmとし、図4(a)、(b)、(d)において、傾斜角βを6.8度としている。図4(a)における隣り合う羽根部材(9B)のなす角度φ1は120度、図4(b)〜(d)における隣り合う羽根部材(9B,9C,9D)のなす角度φ2は90度である。なお、羽根部材(9B,9C,9D)の最下部の有効幅wとは、撹拌軸8の軸中心(軸線B)と羽根部材(9B,9C,9D)の最下部の外側の端との距離のことである。
4A to 4D, the height h of each blade member (9B, 9C, 9D) is 300 mm, and the effective width w at the bottom of each blade member (9B, 9C, 9D) is 70 mm. 4 (a), (b), and (d), the inclination angle β is set to 6.8 degrees. The angle φ1 formed by adjacent blade members (9B) in FIG. 4A is 120 degrees, and the angle φ2 formed by adjacent blade members (9B, 9C, 9D) in FIGS. 4B to 4D is 90 degrees. is there. The lowermost effective width w of the blade member (9B, 9C, 9D) is the distance between the axial center (axis B) of the stirring
混合試験では、上記のように翼付き撹拌軸が異なる以外は同一条件で、被混合物としてデンプン水溶液にヨウ素を入れて着色し、これに先に添加したヨウ素と化学当量となるチオ硫酸ナトリウムを撹拌槽1に投入して、完全に脱色されるまでにかかる時間を混合完了時間として、この混合完了時間及び回転数等を測定した。このような測定を、単位体積当たりの動力(Pv)を変更して複数回行った。その試験結果から導き出されたn・θm−Re曲線を図5に示している。
In the mixing test, iodine was added to the starch aqueous solution as a mixture and colored under the same conditions except that the winged stirring shaft was different as described above, and this was stirred with sodium thiosulfate that had a chemical equivalent to the iodine previously added. The mixing completion time, the number of revolutions, and the like were measured by setting the time taken to put into the
図5において、nは翼付き撹拌軸10の単位時間当たりの回転数(旋回数)、θmは混合完了時間、Reはレイノルズ数である。縦軸のn・θmの値が小さいほど混合効率が良いことを示している。曲線L31が実施例1の場合の結果、曲線L41が実施例2の場合の結果、曲線L42(細線)が比較例1の場合の結果、曲線L43(破線)が比較例2の場合の結果である。
In FIG. 5, n is the number of rotations per unit time (the number of revolutions) of the bladed stirring
まず、実施例2と比較例1、2との結果を用いて、羽根の枚数が同じで、羽根の形状が相違する場合について検討する。実施例2の場合の曲線L41は、比較例1、2の場合の曲線L42、L43と比べてn・θmの値が小さくなっているため、実施例2は比較例1、2に比べて混合効率が非常に良いことがわかる。 First, the case where the number of blades is the same and the shape of the blades is different will be examined using the results of Example 2 and Comparative Examples 1 and 2. Since the curve L41 in the second embodiment has a smaller value of n · θm than the curves L42 and L43 in the first and second comparative examples, the second embodiment is more mixed than the first and second comparative examples. It turns out that the efficiency is very good.
つぎに、実施例1、2の結果を用いて3枚羽根の場合と4枚羽根の場合を検討する。実施例1の場合の曲線L31は、実施例2の場合の曲線L41と比べてn・θmの値が若干大きくなっているため、実施例1は実施例2に比べて混合効率は若干劣るものの、比較例1、2に比べれば非常に良く、羽根の数を少なくして抵抗を抑えながらも優れた混合効率が得られていることがわかる。 Next, the case of three blades and the case of four blades are examined using the results of Examples 1 and 2. The curve L31 in the first embodiment has a slightly larger value of n · θm than the curve L41 in the second embodiment, so that the mixing efficiency in the first embodiment is slightly inferior to that in the second embodiment. Compared with Comparative Examples 1 and 2, it is very good, and it can be seen that excellent mixing efficiency is obtained while reducing resistance by reducing the number of blades.
なお、図5には示していないが、実施例1、2と同様の羽根部材9Bを撹拌軸8を挟んで対向して2枚設けた2枚羽根としても、優れた混合効率を得ることが可能である。
Although not shown in FIG. 5, excellent mixing efficiency can be obtained even if two blades provided with two blade members 9 </ b> B similar to those in Examples 1 and 2 facing each other with the stirring
以上の混合試験結果からも明らかなように、本実施形態では、実施例1、2のような逆テーパ形状を有する羽根部材9Bを2枚以上備えた撹拌翼とすることにより、混合完了時間を短縮し、撹拌性能を向上させることができる。
As is apparent from the above mixing test results, in this embodiment, the mixing completion time is reduced by using a stirring blade having two or
また、本実施形態の撹拌装置において、羽根部材9Bの枚数のみを異ならせ、軸傾斜角α、羽根部材9Bの最下部の有効幅w、高さh及び傾斜角β等の他の条件を同一にし、2枚羽根、3枚羽根及び4枚羽根の各々の場合について、同じ動力となるように回転数を調整して運転し、撹拌軸8にかかる負荷を調べる実験を行った。その結果、2枚羽根の場合に撹拌軸8にかかる最大負荷を1とした場合、3枚羽根と4枚羽根の場合には最大負荷はいずれも0.8程度となり、2枚羽根の場合に比べて小さくなった。なお、3枚羽根の場合と4枚羽根の場合とでは上記最大負荷に若干の差異が見られたが大きな差異は見られなかった。
Further, in the stirring device of the present embodiment, only the number of
このように、撹拌軸8への負荷の観点からは、2枚羽根よりも3枚羽根や4枚羽根をより好適に利用できる。これは、撹拌軸8が旋回運動することに起因するものと考える。特に2枚羽根の場合、羽根の受ける力が旋回する位置によって大きく異なり、結果的に撹拌軸8にかかる最大負荷が大きくなる。
Thus, from the viewpoint of the load on the stirring
また、本実施形態において、羽根部材9Bの寸法等について実験及び検討を行ったところ、次のような範囲が好ましいことがわかった。なお、3枚羽根の場合も4枚羽根の場合も同様である。図4(a)、(b)のように、羽根部材9Bの最下部の有効幅をwとし、高さをh、傾斜角をβとする。また、撹拌槽1の内径(直径)をDとする。
Moreover, in this embodiment, when the experiment and examination were performed about the dimension of the
w/Dの好ましい範囲は、0<w/D<0.4である。上記範囲の上限値を上まわると、撹拌翼9(羽根部材9B)が撹拌槽1の壁面やバッフル5と接触するのを避けるために撹拌翼9の旋回径(軸傾斜角α)を小さくする必要があり、その場合、十分な撹拌効果が得られない、という不都合が有る。
A preferred range for w / D is 0 <w / D <0.4. When the upper limit of the above range is exceeded, the swirl diameter (shaft inclination angle α) of the stirring blade 9 is reduced in order to prevent the stirring blade 9 (
なお、羽根部材9Bの高さhの大小については、撹拌の目的等により異なる。例えば、液面中心部に発生するボルテックスの下端(中心)よりも上に羽根部材9Bが露出するように高さhを大きくすると後述の気液撹拌効率が良くなるので、気液撹拌したい場合は高さhを大きくし、気液撹拌をさせたくない場合は高さhを小さくすればよい。
The height h of the
また、傾斜角βの好ましい範囲は、0°<β≦60°である。この範囲の上限値を上まわると、翼の面積が小さくなり十分な撹拌効果が得られない、という不都合が有る。 A preferable range of the inclination angle β is 0 ° <β ≦ 60 °. When the upper limit of this range is exceeded, there is a disadvantage that the area of the blade becomes small and a sufficient stirring effect cannot be obtained.
さらに、傾斜角βは軸傾斜角α以上であること(β≧α)がより好ましい。傾斜角βが軸傾斜角αよりも小さくなると、n・θm−Re曲線が、図5の曲線L42、L43に近づいて、撹拌効率が悪くなるため好ましくない。 Furthermore, the inclination angle β is more preferably equal to or greater than the axial inclination angle α (β ≧ α). If the inclination angle β is smaller than the axial inclination angle α, the n · θm-Re curve approaches the curves L42 and L43 in FIG.
また、軸傾斜角αは、撹拌槽1の内径D及び高さ等によって異ならせてよいが、例えば、1〜15度、好ましくは3度〜7度程度に設定されている。なお、旋回径(撹拌槽1の中心軸線Aと撹拌軸8の中心軸線B上の軸先端部との距離の2倍)は、0.2D〜0.6Dが好ましく、0.3〜0.5Dとすることが更に好ましい。軸傾斜角αが大きすぎる場合、撓み保持部16への負荷が高くなり、小さすぎる場合、混合効率が低くなるおそれがある。
Moreover, although the shaft inclination angle α may vary depending on the inner diameter D and the height of the stirring
また、本実施形態では、容器本体2及び上蓋3の内面と、翼付き撹拌軸10の外面(表面)とが、グラスライニング処理されている。
In the present embodiment, the inner surfaces of the
また、図3(b)からわかるように、各羽根部材9Bの外側の側縁部9B2が断面円弧状(アール)になっており、エッジがない。これにより、撹拌によって内容液に与えるせん断力が小さくなり、例えばスラリー液を撹拌する場合、固体粒子に与えるせん断力が小さくできるので、粒子の破壊を防ぐことができる、という効果がある。
Further, as can be seen from FIG. 3 (b), the outer side edge portion 9B2 of each
なお、本実施形態においては、放射状に延びる2枚以上の羽根部材9Bを有する翼付き撹拌軸10を備え、これを旋回運動させることにより、液面から下方に向けて液の吸い込み強度を強くすることができる。また液面中心部に大きなボルテックスを発生させることができる。これにより、気液の界面の面積が大きくなり、上部気体と下部液体の混合(気液撹拌)を効率良く行うことができるという効果がある。
In addition, in this embodiment, the stirring
なお、撹拌軸の軸線が鉛直方向に延びて、その軸線を撹拌軸の回転軸線として、撹拌軸を回転(自転)させる構成の撹拌装置(以下、「撹拌装置X」という)があるが、このような撹拌装置Xと、本実施形態の撹拌装置とでは、撹拌軸の運動が異なる。そのため、撹拌装置Xと、本実施形態の撹拌装置とに、同じ撹拌翼を用いたとしても、同様の効果は得られない(効果が異なる)。 In addition, there is a stirring device (hereinafter referred to as “stirring device X”) having a configuration in which the axis of the stirring shaft extends in the vertical direction and the stirring shaft is rotated (rotated) with the axis serving as the rotation axis of the stirring shaft. Such an agitation device X and the agitation device of this embodiment differ in the motion of the agitation shaft. Therefore, even if the same stirring blade is used for the stirring device X and the stirring device of the present embodiment, the same effect cannot be obtained (the effect is different).
次に、図1に示す3枚羽根を有する本実施形態の一例の撹拌装置(w=60mm, h=150mm,β=6.8度, α=6.8度)と、特開2003−33635号公報の図2に記載の撹拌翼(w=100mm(回転型翼の場合、通常はスパン(翼幅)dで表し、d=200mm)、h=60mm)を備えた撹拌装置X(これを「撹拌装置X1」とする)と、3枚後退翼(w=99mm(上記と同様にスパンd=198mm)、h=27mm)を備えた撹拌装置X(これを「撹拌装置X2」とする)とを用いて、それぞれの固液撹拌特性と液液撹拌特性とを求めるためにそれぞれ試験を行った。図6に試験結果から導き出された固液撹拌特性を示し、図7に試験結果から導き出された液液撹拌特性を示す。 Next, a stirring device (w = 60 mm, h = 150 mm, β = 6.8 degrees, α = 6.8 degrees) as an example of this embodiment having three blades shown in FIG. 1 and a diagram of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-33635. 2, a stirring device X (this is referred to as “stirring device X1”) (w = 100 mm (in the case of a rotary blade, usually represented by span (blade width) d, d = 200 mm), h = 60 mm)). And a stirring device X (referred to as “stirring device X2”) equipped with three retreating blades (w = 99 mm (span d = 198 mm as above), h = 27 mm). In order to determine the respective solid-liquid stirring characteristics and liquid-liquid stirring characteristics, tests were conducted. FIG. 6 shows the solid-liquid stirring characteristics derived from the test results, and FIG. 7 shows the liquid-liquid stirring characteristics derived from the test results.
固液撹拌試験では撹拌槽内に水と平均粒子径0.6mmのイオン交換樹脂(比重1.10)を23vol%入れて撹拌を開始し、回転数を変えながら液面付近にて粒子濃度(イオン交換樹脂濃度)を測定することによって混合性能を確認することができる。このとき、あらかじめ撹拌槽内に投入したイオン交換樹脂の計算で求められる平均濃度と測定点におけるイオン交換樹脂濃度がほぼ同一となった場合、均一浮遊されている(=均一撹拌されている)といえる。 In the solid-liquid agitation test, 23 vol% of water and an ion exchange resin (specific gravity 1.10) having an average particle diameter of 0.6 mm are placed in an agitation tank and agitation is started, and the particle concentration (ion exchange resin near the liquid surface is changed while changing the rotation speed. The mixing performance can be confirmed by measuring (concentration). At this time, when the average concentration obtained by calculation of the ion exchange resin charged in the stirring tank in advance and the ion exchange resin concentration at the measurement point are substantially the same, it is uniformly suspended (= uniformly stirred). I can say that.
図6において、直線L60は、均一浮遊到達点を示し、曲線L61は、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の固液撹拌特性を示し、曲線L62は、撹拌装置X1を用いた場合の固液撹拌特性を示し、曲線L63は、撹拌装置X2を用いた場合の固液撹拌特性を示す。 In FIG. 6, a straight line L60 indicates a uniform floating arrival point, a curved line L61 indicates solid-liquid stirring characteristics when the stirring device of an example of this embodiment is used, and a curved line L62 indicates a case where the stirring device X1 is used. The solid-liquid stirring characteristics are shown, and the curve L63 shows the solid-liquid stirring characteristics when the stirring device X2 is used.
この図6から、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の方が、撹拌装置X1、X2を用いた場合に比べ、小さなPv(単位体積当たりの動力)で均一浮遊到達点に達することができ、固液撹拌特性に優れていることがわかる。 From FIG. 6, the uniform floating arrival point is reached with a small Pv (power per unit volume) when the stirring device of an example of this embodiment is used, compared to when the stirring devices X1 and X2 are used. It can be seen that the solid-liquid stirring characteristics are excellent.
液液分散撹拌試験においては水と20vol%となる量のケロシン(比重0.8)を撹拌槽内に投入し、同様に撹拌を開始し、回転数を変えながら撹拌槽下部にてオイル濃度を測定することによって撹拌性能を確認することが出来る。このとき、あらかじめ撹拌槽内に投入したケロシンの計算で求められる平均濃度と測定点におけるケロシン濃度がほぼ同一となった場合、均一分散されている(=均一撹拌されている)といえる。 In the liquid-liquid dispersion agitation test, water and 20 vol% kerosene (specific gravity 0.8) are charged into the agitation tank, and the agitation is similarly started, and the oil concentration is measured at the lower part of the agitation tank while changing the rotation speed. Thus, the stirring performance can be confirmed. At this time, when the average concentration obtained by calculation of kerosene charged in the stirring tank in advance and the kerosene concentration at the measurement point are substantially the same, it can be said that the particles are uniformly dispersed (= uniformly stirred).
図7において、直線L70は、均一分散到達点を示し、曲線L71は、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の液液撹拌特性を示し、曲線L72は、撹拌装置X1を用いた場合の液液撹拌特性を示し、曲線L73は、撹拌装置X2を用いた場合の液液撹拌特性を示す。 In FIG. 7, a straight line L70 indicates a uniform dispersion reaching point, a curve L71 indicates a liquid-liquid stirring characteristic when the stirring device of an example of this embodiment is used, and a curve L72 indicates a case where the stirring device X1 is used. The curve L73 shows the liquid-liquid stirring characteristics when the stirring device X2 is used.
この図7から、本実施形態の一例の撹拌装置を用いた場合の方が、撹拌装置X1、X2を用いた場合に比べ、小さなPv(単位体積当たりの動力)で均一分散到達点に達することができ、液液撹拌特性に優れていることがわかる。 From FIG. 7, the uniform dispersion reaching point is reached with a small Pv (power per unit volume) when the stirring device of the example of the present embodiment is used, compared to when the stirring devices X1 and X2 are used. It can be seen that the liquid-liquid stirring characteristics are excellent.
図8は、図1に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸のある態様を例示する図であり、(a)は正面図、(b)は背面図、(c)は平面図、(d)は底面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図、(g)は斜視図、(h)は(e)のA−A断面図である。図8では、翼付き撹拌軸の要部(意匠登録出願における部分意匠として意匠登録を受けようとする部分)を実線で表した。図8(e)を含めて要部を特定している。また、図8に表された細線は、立体表面の形状を特定するためのものである。 FIG. 8 is a diagram illustrating an embodiment of the stirring shaft with blades of the stirring device shown in FIG. 1, (a) is a front view, (b) is a rear view, (c) is a plan view, and (d) is a plan view. (E) is a left side view, (f) is a right side view, (g) is a perspective view, and (h) is an AA cross-sectional view of (e). In FIG. 8, the principal part (part which is going to receive design registration as a partial design in a design registration application) of the stirring axis | shaft with a wing | blade was represented with the continuous line. The main part is specified including FIG. Further, the thin line shown in FIG. 8 is for specifying the shape of the three-dimensional surface.
また、図9は、図1に示す撹拌装置の翼付き撹拌軸の他の態様を例示する図であり、(a)は正面図、(b)は背面図、(c)は平面図、(d)は底面図、(e)は左側面図、(f)は右側面図、(g)は斜視図、(h)は(e)のA−A断面図である。図9では、翼付き撹拌軸の要部(意匠登録出願における部分意匠として意匠登録を受けようとする部分)を実線で表した。図9(e)を含めて要部を特定している。 Moreover, FIG. 9 is a figure which illustrates the other aspect of the stirring shaft with a blade | wing of the stirring apparatus shown in FIG. 1, (a) is a front view, (b) is a rear view, (c) is a top view, (d) is a bottom view, (e) is a left side view, (f) is a right side view, (g) is a perspective view, and (h) is an AA cross-sectional view of (e). In FIG. 9, the main part (part which is going to receive design registration as a partial design in a design registration application) of the stirring shaft with a blade | wing was represented by the continuous line. The principal part is specified including FIG.9 (e).
本発明は、撹拌軸の先端が円を描くように撹拌軸を旋回運動させる撹拌装置において、撹拌性能を向上させることができる撹拌装置等として有用である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is useful as a stirring apparatus etc. which can improve stirring performance in the stirring apparatus which makes a stirring shaft rotate so that the front-end | tip of a stirring shaft may draw a circle.
1 撹拌槽
7 軸挿通口
8 撹拌軸
9 撹拌翼
9B 羽根部材
9B1、9B2 側縁部
10 翼付き撹拌軸
12 軸受部
13 駆動装置
16 撓み保持部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
先端が撹拌槽の内部に位置し、基端が前記撹拌槽の外部に位置するように、前記軸挿通口に挿通される撹拌軸と、
前記撹拌軸の先端部に設けられた撹拌翼と、
前記撹拌軸を支持する軸受部と、
前記撹拌軸の基端に接続され、前記軸受部の軸受中心を支点として前記撹拌軸の先端が円を描くように前記撹拌軸に旋回運動を行わせるための駆動装置と、を備え、
前記撹拌翼は、一方の側縁部が前記撹拌軸に固着され、前記撹拌軸を中心にして放射状に延びる2枚以上の板状の羽根部材からなり、
前記羽根部材は、前記撹拌軸の軸方向に長い長板状であり、かつ、前記一方の側縁部と対向する他方の側縁部と前記撹拌軸の中心線との間隔が前記撹拌軸の先端から基端の方向へ向かうにつれて小さくなるように前記他方の側縁部が形成されている、撹拌装置。 A stirring tank having a shaft insertion port;
A stirring shaft that is inserted into the shaft insertion port so that a distal end is located inside the stirring vessel and a proximal end is located outside the stirring vessel;
A stirring blade provided at the tip of the stirring shaft;
A bearing that supports the stirring shaft;
A drive device connected to the base end of the stirring shaft and for causing the stirring shaft to perform a turning motion so that the tip of the stirring shaft forms a circle with the bearing center of the bearing portion as a fulcrum;
The stirring blade is composed of two or more plate-like blade members having one side edge portion fixed to the stirring shaft and extending radially around the stirring shaft,
The blade member has a long plate shape that is long in the axial direction of the stirring shaft, and the distance between the other side edge portion facing the one side edge portion and the center line of the stirring shaft is the width of the stirring shaft. The stirring device, wherein the other side edge portion is formed so as to become smaller in the direction from the distal end toward the proximal end.
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