JP2017148766A

JP2017148766A - 混合撹拌装置

Info

Publication number: JP2017148766A
Application number: JP2016035413A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　茂; Shigeru Suzuki; 鈴木　　茂; 祐子松▲崎▼; Yuko Matsuzaki
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】本発明の課題は、流体と被混合物を混合撹拌する混合撹拌装置において、動力を抑えつつ、良好な混合撹拌を行うことが可能な混合撹拌装置を提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌装置であって、外筒と、内筒と、前記外筒の内面に沿って前記流体が周回する方向に前記流体を供給する流体供給部と、前記被混合物を含む前記流体を前記内筒の内側に流入する流入部と、を備えており、前記流入部は前記流体供給部と異なる高さに設けられていることを特徴とする混合撹拌装置を提供する。この装置によれば、流入部において、周回する流れと内筒の内側に流入する流れが同時に形成されるため、被混合物を含む流体に乱れが生じて強い撹拌混合力が付与される。【選択図】図７

Description

本発明は、流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌装置に関する。更に詳しくは、動力を抑制しつつ、良好な混合撹拌を行うことが可能な混合撹拌装置に関する。

食品工場排水や下水等の有機性廃水の浄化処理等において、被処理水等の流体に、マイクロバブルや、凝集剤、ｐＨ調整剤等の薬品を混合撹拌する際に、撹拌翼を有する混合撹拌装置を利用している。

例えば、特許文献１には、食品工場排水や生活排水等の油脂分を多く含む排水から、油脂分を効率的に分離するための排水処理方法において、撹拌翼を有する混合撹拌装置を備えた排水処理装置を使用する方法が記載されている。

特開２０１５−２０８６９３号公報

しかしながら、上述したような撹拌翼を有する混合撹拌装置では、撹拌翼を回転するための動力に多大な電力を使用するという課題がある。
そのため、本発明は、流体と被混合物を混合撹拌する混合撹拌装置において、動力を抑えつつ、良好な混合撹拌を行うことが可能な混合撹拌装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、外筒と内筒を備えた混合撹拌装置を用いて、流体を外筒の内面に沿って周回させながら上昇又は下降させ、更に内筒の内側へ流入させることにより流体の撹拌混合効果が促進されることに着目した。そして、この流体の流れに被混合物を供給することにより、流体と被混合物を良好に混合撹拌することができることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の混合撹拌装置及び混合撹拌方法である。

上記課題を解決するための本発明の混合撹拌装置とは、流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌装置において、外筒と、内筒と、前記外筒の内面に沿って前記流体が周回する方向に前記流体を供給する流体供給部と、前記被混合物を含む前記流体を前記内筒の内側に流入する流入部と、を備えており、前記流入部は前記流体供給部と異なる高さに設けられていることを特徴とする。

この混合撹拌装置によれば、流体供給部から供給された流体は、外筒の内面に沿って周回しながら流体供給部と異なる高さに設置された流入部まで上昇又は下降し、流入部に至ると、周回する流れに加えて内筒の内側に流入する流れが合わさって混合撹拌が促進する。そして、この流体に被混合物を投入すると、被混合物は、流体が周回しながら上昇又は下降する間に周方向に分散し、更に、流入部において生じた混合撹拌効果により強い混合撹拌力が付与されて、流体と被混合物を良好に混合撹拌することができる。
また、この混合撹拌装置によれば、撹拌翼を有する混合撹拌装置等のように多大な動力を必要としないため、省エネルギー化を実現した撹拌混合装置を提供することができる。

更に、本発明の混合撹拌装置の一実施態様としては、混合撹拌装置は、外筒と内筒が円筒形状であるという特徴を有する。
この特徴によれば、流体の供給において圧力損失が低下するため、省エネルギー化に優れた撹拌混合装置を提供することができる。

更に、本発明の混合撹拌装置の一実施態様としては、混合撹拌装置は、内筒として、外筒の内側に設置された第１内筒と、該第１内筒の内側に設置された第２内筒を備え、流入部として、被混合物を含む流体を第１内筒の内側に流入する第１流入部と、被混合物を含む流体を第２内筒の内側に流入する第２流入部を備えており、更に、第１流入部は、流体供給部及び第２流入部と異なる高さに設けられているという特徴を有する。

この特徴によれば、流体供給部から供給された流体は、外筒の内面に沿って周回しながら流体供給部と異なる高さに設置された第１流入部まで上昇又は下降し、次に、該第１流入部から第１内筒の内側に流入する流れを形成する。更に、第１内筒の内面に沿って周回しながら第１流入部と異なる高さに設置された第２流入部まで上昇又は下降し、第２流入部から第２内筒の内側に流入する流れを形成する。そして、この流体に被混合物を投入すると、被混合物を含む流体は、外筒及び第１内筒の内面に沿って周回する流れにより周方向に分散する作用と、第１及び第２流入部において生じる乱れにより強い混合撹拌力が付与される作用が、交互に繰り返されるため、より優れた混合撹拌を実現することができる。

また、複数の被混合物を混合撹拌する場合に、複数の被混合物を、外筒の内面を周回する流れ、及び、第１内筒を周回する流れに分けて投入することにより、被混合物を所定の順に混合することができる。

上記課題を解決するための本発明の混合撹拌方法とは、流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌方法であって、前記被混合物を含む前記流体に、周回しながら上昇又は下降する第１の流れを形成する工程と、前記第１の流れを形成した被混合物を含む流体に、上下反転する第２の流れを形成する工程と、を備えたことを特徴とする混合撹拌方法を特徴とする。
この混合撹拌方法によれば、被混合物を含む流体が周回しながら上昇又は下降する第１の流れにより、被混合物は、周方向に分散する作用が与えられ、次に、第１の流れを形成した被混合物を含む流体を上下反転する第２の流れにより強い混合撹拌力が付与されるため、流体と被混合物は、良好な混合撹拌を実現することができる。
また、この混合撹拌方法によれば、撹拌翼を有する混合撹拌装置等のように多大な動力を必要としないため、省エネルギー化を実現した撹拌混合方法を提供することができる。

本発明の混合撹拌装置によれば、流体と被混合物を混合撹拌する混合撹拌装置において、動力を抑えつつ、良好な混合撹拌を行うことが可能な混合撹拌装置を提供することができる。

本発明の第１の実施例の撹拌混合装置の構造を示す概略説明図である。図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は斜視図である。本発明の撹拌混合装置の外筒と内筒の形状について、種々の態様を示す概略説明図である。本発明の撹拌混合装置の流体供給部と流入部の構成について、種々の態様を示す概略説明図である。本発明の撹拌混合装置において、複数の内筒及び流入部を備えた構成を示す概略説明図である。本発明の撹拌混合装置の被混合物供給部について、種々の態様を示す概略説明図である。本発明の撹拌混合装置において、複数の被混合物供給部を備えた構成を示す概略説明図である。本発明の第２の実施例の撹拌混合装置の構造を示す概略説明図である。図７（Ａ）は斜視図、図７（Ｂ）は正面図、図７（Ｃ）は平面図である。

本発明の撹拌混合装置は、流体と被混合物とを混合撹拌する装置である。ここで、流体とは、液体や気体であり、被混合物とは、混合撹拌作用を受ける物質であり、液体、気体、固体のいずれの状態でもよい。

本発明の混合撹拌装置は、液体に液体を溶解する操作、液体に固体を溶解又は分散する操作、液体に気泡を分散する操作、液体に非溶解性の液体を乳化する操作、気体と気体を混合する操作、気体中に液滴や粉末を分散する操作等に利用することができる。その他、流体を混合媒体として、複数種類の被混合物を混合する操作、例えば、複数種類の粉体を気体中で混合する操作等に利用してもよい。

本発明の混合撹拌装置は、撹拌羽根等における機械的動力を使用しないため、省エネルギー性に優れるという利点がある。よって、従来、撹拌羽根等により撹拌混合することが一般的な排水処理場、下水処理場、浄水場等の水処理設備に利用すると、省電力化を実現することができる。水処理設備における混合撹拌装置の利用としては、例えば、被処理水中にマイクロバブルを混合する操作や、被処理水に凝集剤を溶解、混合する操作や、被処理水にｐＨ調整剤、微生物の栄養成分等の薬剤を溶解する操作等が挙げられる。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
なお、本明細書において、本発明の撹拌混合装置の各構成についての説明は、対応する撹拌混合方法が記載されているものとする。

［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例の撹拌混合装置１の構造を示す概略説明図である。
撹拌混合装置１は、円筒形状の外筒２と、外筒２の内部に、外筒２と同心円の円筒からなる内筒３を備え、内筒３の上端は、逆さ截頭円錐形状の筒体に固定され、逆さ截頭円錐形状の筒体の上端は、外筒２の内面に固定されている。また、外筒２は底面６により下端が閉塞され、内筒３の下端は、外筒２の底面６との間に間隙を形成している。

外筒２の外周面には、外筒２の内部に流体を供給するための流体供給部４と、流体供給部４より下の位置に被混合物を供給するための被混合物供給部５を備えている。流体供給部４は、外筒２と内筒３の間に形成された空間の上端付近に設置され、外筒２の内面に沿って流体が周回するように流体を供給する構成である。

流体供給部４から供給された流体は、外筒２の内面に沿って周回しながら下降し（図中の矢印ＯＦ）、内筒３と外筒２の底面６の間に形成された流入部７から内筒３の内側に流入する（図中の矢印ＦＦ）。このとき、流体は、周回する流れに加えて、内筒３の内側に流入する流れが合わさるため、流入部７において撹拌混合効果が生じる。
流入部７から内筒３に流入した流体は、上方向に反転し、内筒３の内部を周回しながら上昇する（図中の破線矢印ＩＦ）。そして、内筒３の上部に設けられた排出部（図示しない）より、流体を排出する。

被混合物供給部５より供給された被混合物は、流体の流れと共に外筒２の内面を周回することにより周方向に分散され、更に、流入部７から内筒３の内側に流入する際に生じる乱れにより強い撹拌混合作用を受ける。

次に、外筒２及び内筒３の形状について詳述する。外筒２及び内筒３の形状は、特に制限されず、外筒２の内面に沿って周回する流体の流れが形成されればよい。図２には、本発明の撹拌混合装置の外筒２と内筒３の形状について、種々の態様を示した。なお、図２は、外筒２と内筒３の断面平面図を示している。

図２（Ａ）に示すように、外筒２及び内筒３が同心円の円筒形状からなる二重円筒構造物の場合には、外筒２の内面を周回する流体の流れを形成する際に、抵抗が最も小さくなるため、流体の供給に係る負荷を低減することができる。よって、省エネルギー性に優れた構成となる。

図２（Ｂ）に示すように、外筒２及び内筒３が相似である多角形状であって、中心及び角部の向きが同一となるように設置された場合には、外筒２と内筒３の間の幅が均等となるため、外筒２の内面を周回する流体の流れを形成する際の抵抗が低く抑えられ、更に、角部（破線の円の部分）において、周回する流体が外筒２の内面に衝突するため、わずかな撹拌混合効果を生じる（図中の矢印）。よって、この構成によれば、省エネルギー性と、撹拌混合力を両立することができる。

図２（Ｃ）に示すように、外筒２及び内筒３が相似である多角形状であって、中心が同一となり、角部の向きが異なるように設置された場合、図２（Ｄ）に示すように、外筒２及び内筒３の形状が異なる場合、図２（Ｅ）に示すように、外筒２及び内筒３が相似の形状であって、中心が異なるように設置された場合には、外筒２と内筒３の間の幅が不均一となるため、外筒２の内面を周回する流体の流れを形成する際の抵抗が最も高くなるものの、幅が小さい箇所（図２（Ｃ）の破線の円の部分）を通過する際に、強い撹拌混合効果が発生するため、撹拌混合性に特に優れた構成となる。

次に、流体供給部４と流入部７の構成について詳述する。流体供給部４と流入部７は、流体供給部４から供給された流体が外筒２の内面に沿って周回しながら上昇又は下降するように構成される。そのため、流体供給部４と流入部７は、異なる高さに設けられている。なお、高さとは、筒体の軸心方向の位置を示しており、本発明の撹拌混合装置を横方向に設置した場合には、「異なる高さに設けられている」とは、筒体の軸心方向の位置が異なるという意味である。図３に、本発明の撹拌混合装置の流入部７について、種々の態様を示す。

図３（Ａ）は、流体供給部４が上部、流入部７が底部に形成され、流体は、外筒２の内面に沿って周回しながら下降し、流入部７において、周回する流れを維持したまま内筒３の内側に流入する。内筒３の内側に流入した流体は上方向に反転して、内筒３の内部を周回しながら上昇する。また、図３（Ｂ）は、流体供給部４が下部、流入部７が天部に形成された構成である。
この構成によれば、流入部７が内筒３の下端と外筒２の底面６との間隙、あるいは、内筒３の上端と外筒２の天面９との間隙により形成されるため、簡素な構造物となる。また、流体は内筒３の内側に流入するだけでなく、上下反転する流れを形成するため、強い撹拌混合効果が生じており、撹拌混合性に特に優れた構成となる。

流入部７は、図３（Ｃ）に示すように、内筒３に形成された開口１０により構成されてもよい。この構成によれば、開口１０から内筒３の内側に流入する際に、周回する流れが開口１０の縁に衝突するため、撹拌混合効果が生じる。そのため、撹拌混合性に優れた構成となる。

図３（Ｄ）は、流入部７から内筒３の内側に流体が流入したのち、上下反転せずに、外筒２と同一の方向に流れる構成である。この構成によれば、流体を供給する際の抵抗が小さくなるため、省エネルギー性に優れた構成となる。

図４は、複数の内筒と流入部を備えた構成を示す概略説明図である。図４に示すように、内筒は、外筒２の内側に設置された第１内筒３１と、第１内筒３１の内側に設置された第２内筒３２を有してもよい。また、流入部は、被混合物を含む流体を第１内筒３１の内側に流入する第１流入部７１と、第２内筒３２の内側に流入する第２流入部７２を備え、第１流入部７１が、流体供給部４及び第２流入部７２と異なる高さに設置されている。
これにより、被混合物を含む流体は、周回する流れと、流入部における内筒の内側に流入する流れを繰り返すため、撹拌混合性が特に優れた構成となる。なお、内筒の数は、特に制限されず、撹拌混合力や流体供給に係る負荷等を勘案して適宜設計する。

複数の内筒と流入部を備えた種々の構成としては、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１流入部７１及び第２流入部７２のいずれも上下反転を繰り返す構成や、図４（Ｃ）に示すように、第１流入部７１において上下反転させ、第２流入部７２では同方向に流れるように第２内筒３２の内側に流入させる構成や、図４（Ｄ）に示すように、第１流入部７１及び第２流入部７２のいずれも同方向に流れるように第１内筒３１及び第２内筒３２の内側に流入させる構成でもよい。流入部において、上下反転する場合には、強い撹拌混合力が作用するため撹拌混合性に優れ、同方向に流れるように流入させる場合には、流体を供給する際の抵抗が小さく省エネルギー性に優れる。複数の内筒と流入部を備えた撹拌混合装置では、これらの作用を勘案して設計すればよい。

次に、被混合物供給部５について詳述する。被混合物供給部５を設置する位置は、周回する流体の流れにより被混合物を周方向に分散する作用、流入部から内筒の内側に流入する際に生じる撹拌混合作用を勘案しつつ設定すればよい。図５は、本発明の撹拌混合装置の被混合物供給部５について、種々の態様を示す概略説明図である。

図５（Ａ）に図示する構成では、流体供給部４の下に被混合物供給部５が設けられており、流体供給部４から供給された流体が外筒２の内面に沿って周回しながら下降する途中で被混合物を供給する。また、後述する第２実施例（図７）のように、流体供給部４の周回方向下流側に被混合物供給部５を設置してもよい。
この構成によれば、簡素な構造により、被混合物供給部５を設けることができる。

図５（Ｂ）に図示する構成では、流体供給部４の配管内に被混合物を供給する。なお、図５（Ｃ）は、流体供給部４と被混合物供給部５の側面図である。また、流体を貯留しておく貯留槽に被混合物をあらかじめ供給しておいてもよい。

図６は、複数の被混合物供給部を備えた構成を示す概略説明図である。図６に図示する構成では、第１被混合物供給部５１は、外筒２の内面に沿って周回する流体に被混合物を供給し、第２被混合物供給部５２は、第１内筒３１の内面に沿って周回する流体に被混合物を供給する。この構成によれば、複数の被混合物を所定の順に撹拌混合する場合に利用することができ、例えば、凝集剤の添加において、汚泥に無機凝集剤を添加して撹拌混合した後に、更に高分子凝集剤を添加する場合などに好適に利用することができる。

［第２の実施例］
図７は、第２の実施例の撹拌混合装置１１を示す概略説明図である。
第２の実施例の撹拌混合装置１１は、複数の内筒を備えた構成であり、外筒２から、第１内筒３１、第２内筒３２、第３内筒３３、第４内筒３４を備えている。

第２内筒３２及び第４内筒３４の上端は、逆さ截頭円錐形状の筒体に固定され、逆さ截頭円錐形状の筒体は、上端を外筒２の内面に固定されている。また、第２内筒３２及び第４内筒３４の下端は、外筒２の底面６との間に間隙を有し、それぞれ第２流入部７２及び第４流入部７４を形成している。

一方、第１内筒３１及び第３内筒３３の下端は、外筒２の底面６に固定されており、上端は、逆さ截頭円錐形状の筒体との間に間隙を有し、それぞれ第１流入部７１及び第３流入部７３を形成している。

外筒２の下部の外面には、流体供給部４及び被混合物供給部５が設置されている。被混合物供給部５は、高さ方向に３つ並べて設置され、外筒２の対角線反対側にも同様に設置されている。流体供給部４は、被混合物供給部５の周回方向下流に１つずつ設置されている。

この構成により、図７（Ｃ）に図示するように、被混合物を含む流体は、外筒２及び各内筒３１，３２，３３，３４の間を周回する流れ（図中の矢印ＲＦ）を形成しつつ、図７（Ｂ）に図示するように、上下方向に反転（図中の矢印ＦＦ）を繰り返し、最後に第４内筒３４の内部へ流入する。よって、被混合物を含む流体は、周回する流れによる分散作用と、上下方向に反転する流れによる撹拌混合作用を繰り返すため、流体と被混合物とを良好に撹拌混合することができる。

また、第４内筒３４の内側の外筒２の底面６には、複数の整流板８が載置されている。整流板８は、周回する流体の流れを阻害するための構成である。この構成は、上記の流れＲＦ及びＦＦにより撹拌混合した後に、撹拌混合を抑える操作等に利用される。例えば、汚泥に凝集剤を添加して汚泥フロックを形成する操作等においては、凝集剤により形成された汚泥フロックに過剰な撹拌混合を与えると、汚泥フロック同士が衝突して破壊することがある。そのため、このような操作では、整流板８を設けることにより周回する流れを阻害し、第４内筒３４の内部を静かに上昇させることができる。

本発明の撹拌混合装置は、流体と被混合物とを撹拌混合する装置に利用することができる。例えば、被処理水中にマイクロバブルを混合する操作や、被処理水に凝集剤を溶解、混合する操作や、被処理水にｐＨ調整剤、微生物の栄養成分等の薬剤を溶解する操作等の水処理における混合撹拌装置として利用することができる。

１，１１…撹拌混合装置、２…外筒、３…内筒、３１…第１内筒、３２…第２内筒、３３…第３内筒、３４…第４内筒、４…流体供給部、５…被混合物供給部、６…底面、７…流入部、７１…第１流入部、７２…第２流入部、７３…第３流入部、７４…第４流入部、８…整流版、９…天面、１０…開口

Claims

流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌装置において、
外筒と、
内筒と、
前記外筒の内面に沿って前記流体が周回する方向に前記流体を供給する流体供給部と、
前記被混合物を含む前記流体を前記内筒の内側に流入する流入部と、を備え、
前記流入部は前記流体供給部と異なる高さに設けられていることを特徴とする混合撹拌装置。
前記外筒と前記内筒は円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の混合撹拌装置。
前記内筒は、前記外筒の内側に設置された第１内筒と、前記第１内筒の内側に設置された第２内筒を備え、
前記流入部は、前記被混合物を含む前記流体を前記第１内筒の内側に流入する第１流入部と、前記被混合物を含む前記流体を前記第２内筒の内側に流入する第２流入部を備え、
前記第１流入部は、前記流体供給部及び前記第２流入部と異なる高さに設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混合撹拌装置。
流体と被混合物とを混合撹拌する混合撹拌方法において、
前記被混合物を含む前記流体に、周回しながら上昇又は下降する第１の流れを形成する工程と、
前記第１の流れを形成した被混合物を含む流体に、上下反転する第２の流れを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする混合撹拌方法。