JP2021084077A - Stirring device and gas-liquid mixing method - Google Patents

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剛秀 本間
Takehide Honma
剛秀 本間
大志 内藤
Hiroshi Naito
大志 内藤
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Abstract

To provide a stirring device which has a slender shape and nonetheless can efficiently mix liquid with gas, and a gas-liquid mixing method.SOLUTION: A stirring device 100 for gas-liquid mixing is provided, comprising: a substantially cylindrical stirring tank 10 which houses liquid; a rotary shaft 20 which is hung along a central axis of the stirring tank; a bottom stirring blade 40b which is fixed to a lower end portion of the rotary shaft; a plurality of main stirring blades 30a, 30b, 30c which are positioned above the bottom stirring blade, and are fixed to the rotary shaft so as to be separated from one another; a top stirring blade 40a which is positioned above the plurality of main stirring blades, and is fixed to the rotary shaft; and a gas supply pipe 50 for supplying gas into the liquid in the stirring tank. In this stirring device, a ratio of a height of the stirring tank to an inner diameter of the stirring tank is 1.50 or more, a ratio of an average blade diameter of the plurality of main stirring blades to the inner diameter of the stirring tank is 0.25 or more and 0.35 or less, and a ratio of an average clearance between the plurality of main stirring blades to the average blade diameter of the plurality of main stirring blades is 1.10 or more and 1.40 or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、攪拌装置、特に気液混合のための攪拌装置及び気液混合方法に関する。 The present invention relates to a stirrer, particularly a stirrer for gas-liquid mixing and a gas-liquid mixing method.

従来から、液体にガスを吹き込み、両者を接触させて化学反応を起こさせることが行われている。例えば特許文献1には硫酸ニッケル含有溶液から硫酸ニッケルを晶析させる硫酸ニッケルの製造方法に関して、酸化剤として圧縮空気等を溶液中に吹き込むことによって、その溶液中に含まれるFe2+をFe3+に酸化するとともに、中和剤(pH調整剤)を添加してFe(OH)の沈殿物(鉄殿物)を生成させる脱鉄処理が記載されている(特許文献1の請求項1及び[0042]〜[0044])。 Conventionally, a gas is blown into a liquid and the two are brought into contact with each other to cause a chemical reaction. For example, Patent Document 1 describes a method for producing nickel sulfate by crystallizing nickel sulfate from a solution containing nickel sulfate. By blowing compressed air or the like into the solution as an oxidizing agent, Fe 2+ contained in the solution is converted to Fe 3+ . A deironing treatment that oxidizes and adds a neutralizing agent (pH adjuster) to form a precipitate of Fe (OH) 3 (iron solution) is described (claim 1 of Patent Document 1 and []. 0042] to [0044]).

このような化学反応において、液体とガスとの接触効率を高めて液体とガスとを効率的に反応させることが望ましく、そのために攪拌中の液体にガスを吹き込む攪拌装置が提案されている。例えば特許文献2には原料とガスとを混合して攪拌する攪拌装置が開示されており、この攪拌装置に関して、円筒状の攪拌槽と、前記攪拌槽の中心軸に沿って回転可能に設けられる回転軸と、前記回転軸に設けられる複数の主回転翼と、前記回転軸の前記攪拌槽の底面側端部に設けられる最下段攪拌翼とを有する旨、ガスを攪拌槽に供給するガス供給管を有する旨、ガス供給管のガス供給口は、中心軸方向において、攪拌槽の底面と最下段攪拌翼との間に設けられる旨が記載されている(特許文献2の請求項1及び請求項4)。 In such a chemical reaction, it is desirable to increase the contact efficiency between the liquid and the gas so that the liquid and the gas react efficiently, and for that purpose, a stirring device for blowing the gas into the liquid being stirred has been proposed. For example, Patent Document 2 discloses a stirring device that mixes and stirs a raw material and a gas, and the stirring device is provided with a cylindrical stirring tank and rotatably along the central axis of the stirring tank. A gas supply that supplies gas to the stirring tank to the effect that it has a rotating shaft, a plurality of main rotating blades provided on the rotating shaft, and a lowermost stage stirring blade provided at the bottom end side of the stirring tank of the rotating shaft. It is described that the gas supply pipe has a pipe and that the gas supply port of the gas supply pipe is provided between the bottom surface of the stirring tank and the lowermost stirring blade in the direction of the central axis (claims 1 and 2 of Patent Document 2). Item 4).

特開2016−141594号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-141594 特開2015−54272号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-542272

攪拌装置において、液体やスラリーといった液状物にガスを攪拌して均一に混合するためには、攪拌槽内で液状物が上下に循環する流れを形成することが望ましい。この循環流は次のようにして生じる。攪拌翼の回転によって回転軸の周囲の液状物には下降流が生じる。下降した液状物は、攪拌槽の底部にぶつかり攪拌槽の内壁に沿って上昇する。上昇した液状物は再度攪拌翼の回転によって下降する。このような循環流を形成して液状物とガスとの均一混合を図る上で、一般には、攪拌槽の内径(D)に対する液高さ(LH)の比(LH/D)を1.0〜1.5程度にすることが効率的であると言われている。 In the stirring device, in order to agitate the gas with the liquid material such as liquid or slurry and mix it uniformly, it is desirable to form a flow in which the liquid material circulates up and down in the stirring tank. This circulating flow is generated as follows. The rotation of the stirring blade causes a downward flow in the liquid material around the rotating shaft. The lowered liquid material collides with the bottom of the stirring tank and rises along the inner wall of the stirring tank. The rising liquid matter is lowered again by the rotation of the stirring blade. In order to form such a circulating flow and achieve uniform mixing of the liquid and the gas, the ratio (LH / D) of the liquid height (LH) to the inner diameter (D) of the stirring tank is generally 1.0. It is said that it is efficient to set it to about 1.5.

しかしながら、実際の操業の場では、攪拌槽の寸法を必ずしも効率的とされる範囲に設定することが困難な場合がある。例えば一定の処理能力が要求される一方で、攪拌装置の設置場所に制約がある場合には、高さ方向に細長な形状の攪拌装置を用いる場合がある。このような細長形状の攪拌装置では、攪拌槽全体で上下に循環する流れを形成することが困難である。すなわち深さ方向に攪拌槽が長くなるにしたがって、攪拌槽の上下方向で液状物とガスの分布に偏りが生じるため攪拌効率が悪くなる。攪拌翼の数を多くして槽の上部から下部にまで液状物を移動せることが考えられるが、攪拌翼の数を多くすると攪拌翼によってガスが液状物とともに押し流されてしまう。その結果、ガスと液状物との相対的な位置関係が変わらず、混合が進まなくなってしまう。一方で攪拌翼の数を少なくすると、液状物の移動が不十分になり、上下方向での偏りがより進んでしまう。 However, in actual operation, it may be difficult to set the dimensions of the stirring tank to a range that is always efficient. For example, when a certain processing capacity is required, but there are restrictions on the installation location of the stirring device, a stirring device having an elongated shape in the height direction may be used. With such an elongated stirring device, it is difficult to form a flow that circulates up and down in the entire stirring tank. That is, as the stirring tank becomes longer in the depth direction, the distribution of the liquid substance and the gas becomes uneven in the vertical direction of the stirring tank, so that the stirring efficiency deteriorates. It is conceivable to increase the number of stirring blades to move the liquid material from the upper part to the lower part of the tank, but if the number of stirring blades is increased, the gas is swept away together with the liquid material by the stirring blades. As a result, the relative positional relationship between the gas and the liquid material does not change, and the mixing does not proceed. On the other hand, if the number of stirring blades is reduced, the movement of the liquid material becomes insufficient, and the bias in the vertical direction becomes more advanced.

このような問題に対処すべく本発明者らが鋭意検討を行った結果、良好な循環流を形成する上で、攪拌槽の内径に対する主攪拌翼の翼径の比及び主攪拌翼の翼径に対する主攪拌翼の離間距離の比などが重要であり、これらの比を所定範囲内に設定することで、細長形状の攪拌装置であっても液状物とガスとを効率的に混合できるとの知見を得た。 As a result of diligent studies by the present inventors to deal with such a problem, the ratio of the blade diameter of the main stirring blade to the inner diameter of the stirring tank and the blade diameter of the main stirring blade are used to form a good circulating flow. The ratio of the separation distance of the main stirring blade to the ratio is important, and by setting these ratios within a predetermined range, it is possible to efficiently mix the liquid material and the gas even in an elongated stirring device. I got the knowledge.

本発明はこのような知見に基づき完成されたものであり、細長形状であっても、液状物とガスとの混合を効率的に行うことができる攪拌装置及び気液混合方法の提供を課題とする。 The present invention has been completed based on such findings, and an object of the present invention is to provide a stirrer and a gas-liquid mixing method capable of efficiently mixing a liquid substance and a gas even if the shape is elongated. To do.

本発明は下記(1)〜(4)の態様を包含する。なお本明細書において、「〜」なる表現は、その両端の数値を含む。すなわち「X〜Y」は「X以上Y以下」と同義である。 The present invention includes the following aspects (1) to (4). In the present specification, the expression "~" includes the numerical values at both ends thereof. That is, "X to Y" is synonymous with "X or more and Y or less".

(1)気液混合のための攪拌装置であって、
鉛直方向に中心軸を有し、内部に液状物を収容するための略円筒状の攪拌槽と、
前記攪拌槽の中心軸に沿って垂下され、回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の下端部に固定して設けられる最下段攪拌翼と、
前記最下段攪拌翼の上部に位置し、互いに離間するように前記回転軸に固定して設けられる複数の主攪拌翼と、
前記複数の主攪拌翼の上部に位置し、前記回転軸に固定して設けられる最上段攪拌翼と、
前記攪拌槽内部の前記液状物中にガスを供給するためのガス供給管とを備え、
前記攪拌槽の内径(D)に対する前記攪拌槽の高さ(H)の比(H/D)が1.50以上であり、
前記攪拌槽の内径(D)に対する前記複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)の比(dave/D)が0.25以上0.35以下であり、
前記複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)に対する前記複数の主攪拌翼間の平均離間距離(have)の比(have/dave)が1.10以上1.40以下である、攪拌装置。
(1) A stirrer for gas-liquid mixing,
A substantially cylindrical stirring tank that has a central axis in the vertical direction and is used to store liquid matter inside.
A rotating shaft that hangs down along the central axis of the stirring tank and is rotatably provided.
The lowermost stirring blade fixedly provided at the lower end of the rotating shaft,
A plurality of main stirring blades located above the lowermost stirring blade and fixed to the rotating shaft so as to be separated from each other.
An uppermost stirring blade located above the plurality of main stirring blades and fixed to the rotating shaft,
A gas supply pipe for supplying gas into the liquid material inside the stirring tank is provided.
The ratio (H / D) of the height (H) of the stirring tank to the inner diameter (D) of the stirring tank is 1.50 or more.
The ratio ( dave / D) of the average blade diameters (dave ) of the plurality of main stirring blades to the inner diameter (D) of the stirring tank is 0.25 or more and 0.35 or less.
The ratio of the average blade diameter of a plurality of main agitating blade wherein for (d ave) more average distance between the main agitating blade (h ave) (h ave / d ave) is 1.10 to 1.40 , Stirrer.

(2)前記ガス供給管は、その先端にガス供給口を有しており、前記攪拌槽の中心軸方向において前記ガス供給口が前記攪拌槽の底面と前記最下段攪拌翼との間に設けられる、上記(1)の攪拌装置。 (2) The gas supply pipe has a gas supply port at the tip thereof, and the gas supply port is provided between the bottom surface of the stirring tank and the lowermost stirring blade in the direction of the central axis of the stirring tank. The stirring device according to (1) above.

(3)前記攪拌装置が、液状物を供給するための入口をさらに備え、前記入口が前記攪拌槽の上面又は壁面上部に位置する、上記(1)又は(2)の攪拌装置。 (3) The stirring device according to (1) or (2), wherein the stirring device further includes an inlet for supplying a liquid material, and the inlet is located on the upper surface or the upper surface of the wall surface of the stirring tank.

(4)前記攪拌装置が、液状物とガスとの反応により生成する反応生成物を排出するための出口をさらに備え、前記出口が前記攪拌槽の壁面下部に位置する、上記(1)〜(3)のいずれかの攪拌装置。 (4) The above (1) to (4), wherein the stirring device further includes an outlet for discharging the reaction product generated by the reaction of the liquid substance and the gas, and the outlet is located at the lower part of the wall surface of the stirring tank. The stirring device according to any one of 3).

(5)上記(1)〜(4)のいずれかの攪拌装置を用いた気液混合方法であって、
前記攪拌槽の内部に液状物を供給する供給工程と、
前記ガス供給管を通じて前記液状物にガスを供給するとともに、前記回転軸、最下段攪拌翼、主攪拌翼及び最上段攪拌翼を回転させて前記液状物と前記ガスとを攪拌混合する混合工程と、を有する、方法。
(5) A gas-liquid mixing method using the stirring device according to any one of (1) to (4) above.
A supply process for supplying a liquid substance to the inside of the stirring tank, and
A mixing step of supplying gas to the liquid material through the gas supply pipe and rotating the rotating shaft, the lowermost stage stirring blade, the main stirring blade, and the uppermost stage stirring blade to stir and mix the liquid material and the gas. , The method.

本発明によれば、細長形状であっても、液状物とガスとの混合を効率的に行うことができる攪拌装置及び気液混合方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a stirrer and a gas-liquid mixing method capable of efficiently mixing a liquid substance and a gas even if the shape is elongated.

攪拌装置の構成を示す断面模式図である。It is sectional drawing which shows the structure of a stirrer. 攪拌装置の構成を示す上面模式図である。It is a top view which shows the structure of a stirrer. 攪拌槽内の流れ場のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the flow field in a stirring tank. 攪拌槽内のガス分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the gas distribution in a stirring tank. 攪拌槽内の流れ場のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the flow field in a stirring tank. 攪拌槽内のガス分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the gas distribution in a stirring tank. 回転数と攪拌動力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation speed and agitation power. 回転数と塩素均一度(ガス均一度)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotation speed and chlorine uniformity (gas uniformity). 攪拌動力と塩素均一度(ガス均一度)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between agitation power and chlorine uniformity (gas uniformity).

本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について説明する。なお本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変更が可能である。 A specific embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention.

攪拌装置
本実施形態の気液混合のための攪拌装置は、鉛直方向に中心軸を有し、内部に液状物を収容するための略円筒状の攪拌槽と、この攪拌槽の中心軸に沿って垂下され、回転可能に設けられる回転軸と、この回転軸の下端部に固定して設けられる最下段攪拌翼と、この最下段攪拌翼の上部に位置し、互いに離間するように回転軸に固定して設けられる複数の主攪拌翼と、複数の主攪拌翼の上部に位置し、回転軸に固定して設けられる最上段攪拌翼と、攪拌槽内部の液状物中にガスを供給するためのガス供給管とを備える。また攪拌槽の内径(D)に対する攪拌槽の高さ(H)の比(H/D)が1.50以上であり、攪拌槽の内径(D)に対する複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)の比(dave/D)が0.25以上0.35以下である。さらに複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)に対する複数の主攪拌翼間の平均離間距離(have)の比(have/dave)が1.10以上1.40以下である。
Stirrer The stirrer for gas-liquid mixing of the present embodiment has a central axis in the vertical direction, a substantially cylindrical stirring tank for accommodating a liquid substance inside, and a stirring tank along the central axis of the stirring tank. A rotating shaft that is hung and rotatably provided, a lowermost stirring blade that is fixedly provided at the lower end of the rotating shaft, and a rotating shaft that is located above the lowermost stirring blade and is separated from each other. To supply gas to the plurality of main stirring blades fixedly provided, the uppermost stirring blade located above the plurality of main stirring blades and fixedly provided on the rotating shaft, and the liquid material inside the stirring tank. It is equipped with a gas supply pipe. Further, the ratio (H / D) of the height (H) of the stirring tank to the inner diameter (D) of the stirring tank is 1.50 or more, and the average blade diameter (H / D) of the plurality of main stirring blades with respect to the inner diameter (D) of the stirring tank ( The ratio of dave ) (dave / D) is 0.25 or more and 0.35 or less. Furthermore the ratio of the average distance between the plurality of main agitating blade with respect to the average blade diameter of a plurality of main agitating blade (d ave) (h ave) (h ave / d ave) is 1.10 to 1.40.

本実施形態の攪拌装置は、気液混合、すなわち気体と液状物との混合のために用いられる。ここで気体は、液状物との混合に用いられるものであれば特に限定されない。一例として酸素、大気、窒素ガス、塩素ガス、硫化水素ガスなどが挙げられる。また液状物も、気体との混合に用いられるものであれば特に限定されない。一例として水溶液などが挙げられる。なお液状物は、液体状態を示す物質の総称であり、純粋な液体のみならず、固体粒子が液体中に分散した懸濁液(スラリー)を包含する。 The stirrer of this embodiment is used for gas-liquid mixing, that is, mixing of gas and liquid. Here, the gas is not particularly limited as long as it is used for mixing with a liquid material. Examples include oxygen, air, nitrogen gas, chlorine gas, hydrogen sulfide gas and the like. Further, the liquid material is not particularly limited as long as it is used for mixing with a gas. An example is an aqueous solution. The liquid substance is a general term for substances indicating a liquid state, and includes not only a pure liquid but also a suspension (slurry) in which solid particles are dispersed in the liquid.

本実施形態の攪拌装置の構成を図1及び図2を用いて説明する。図1は攪拌装置の一例に関して断面模式図を用いて示したものであり、図2はその上面模式図である。図1に示すように攪拌装置(100)は、攪拌槽(10)と回転軸(20)と攪拌翼(30a、30b、30c、40a、40b)とガス供給管(50)とを備える。また攪拌翼(30a、30b、30c、40a、40b)は最上段攪拌翼(40a)と複数の主攪拌翼(30a、30b、30c)と最下段攪拌翼(40b)とから構成されている。 The configuration of the stirring device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows an example of a stirrer using a schematic cross-sectional view, and FIG. 2 is a schematic top view thereof. As shown in FIG. 1, the stirring device (100) includes a stirring tank (10), a rotating shaft (20), stirring blades (30a, 30b, 30c, 40a, 40b), and a gas supply pipe (50). The stirring blades (30a, 30b, 30c, 40a, 40b) are composed of an uppermost stirring blade (40a), a plurality of main stirring blades (30a, 30b, 30c), and a lowermost stirring blade (40b).

攪拌槽(10)は、少なくとも底面及び壁面から構成され、液状物及びガスを攪拌混合するに際し、その内部に液状物を収容するための部材である。この攪拌槽(10)は鉛直方向に中心軸を有する略円筒状である。すなわち床面に立てた略円筒形状を有する。攪拌槽(10)の上面は一般には閉じているが、開いていてもよい。また閉じている場合であっても、完全な閉塞状態ではなく、内部の液やガスを回収して次工程に送る管などを備えてもよい。攪拌槽(10)の大きさは、気液混合に適していれば特に限定されない。例えば攪拌槽の内径(D)は、500〜10000mmであってよく、1000〜5000mmであってよく、2500〜3500mmであってよい。また攪拌槽(10)の高さ(H)は、1000〜20000mmであってよく、3000〜10000mmであってよく、6000〜7000mmであってよい。 The stirring tank (10) is composed of at least a bottom surface and a wall surface, and is a member for accommodating the liquid material and the gas in the stirring tank (10) when the liquid material and the gas are stirred and mixed. The stirring tank (10) has a substantially cylindrical shape having a central axis in the vertical direction. That is, it has a substantially cylindrical shape standing on the floor. The upper surface of the stirring tank (10) is generally closed, but may be open. Further, even when it is closed, it may be provided with a pipe or the like that collects the liquid or gas inside and sends it to the next process, instead of being in a completely closed state. The size of the stirring tank (10) is not particularly limited as long as it is suitable for gas-liquid mixing. For example, the inner diameter (D) of the stirring tank may be 500 to 10000 mm, 1000 to 5000 mm, or 2500 to 3500 mm. The height (H) of the stirring tank (10) may be 1000 to 20000 mm, 3000 to 10000 mm, or 6000 to 7000 mm.

本実施形態では、攪拌槽(10)の内径(D)に対する高さ(H)の比(H/D)が1.50以上である。すなわち攪拌槽(10)は鉛直方向に細長い形状を有している。攪拌槽(10)を鉛直方向に細長い形状とすることで、攪拌装置(100)の設置面積を小さくすることができ、製造プラントを設計する上での自由度が高くなる。H/Dは1.75以上であってよく、2.00以上であってもよい。一方でH/Dが過度に高いと攪拌槽(10)内に良好な循環流を形成することが困難になる場合がある。H/Dは3.00以下であってよく、2.50以下であってよく、2.30以下であってもよい。なお攪拌の対象となるのは気体(ガス)と液状物との混合物であり、攪拌翼の位置を決定する場合には液状物の高さ(液高)を基準にする。本実施形態において攪拌槽(10)の高さ(H)は攪拌対象となる混合物の高さに等しい。 In the present embodiment, the ratio (H / D) of the height (H) to the inner diameter (D) of the stirring tank (10) is 1.50 or more. That is, the stirring tank (10) has an elongated shape in the vertical direction. By making the stirring tank (10) elongated in the vertical direction, the installation area of the stirring device (100) can be reduced, and the degree of freedom in designing the manufacturing plant is increased. The H / D may be 1.75 or more, and may be 2.00 or more. On the other hand, if the H / D is excessively high, it may be difficult to form a good circulating flow in the stirring tank (10). The H / D may be 3.00 or less, 2.50 or less, or 2.30 or less. The target of stirring is a mixture of a gas and a liquid material, and when determining the position of the stirring blade, the height of the liquid material (liquid height) is used as a reference. In the present embodiment, the height (H) of the stirring tank (10) is equal to the height of the mixture to be stirred.

回転軸(20)は、これに固定して設けられる攪拌翼(30a、30b、30c、40a、40b)を回転させるための部材である。この回転軸(20)は攪拌槽(10)の中心軸に沿って垂下され、回転可能に設けられる。回転軸(20)を回転させるために、その上部に駆動手段(図示しない)を設けてもよい。回転軸(20)の回転数は特に限定されない。例えば回転数は、30rpm以上であってよく、50rpm以上であってよく、80rpm以上であってもよい。また回転数は、200rpm以下であってよく、150rpm以下であってよく、100rpm以下であってもよい。 The rotation shaft (20) is a member for rotating the stirring blades (30a, 30b, 30c, 40a, 40b) provided fixed to the rotating shaft (20). The rotating shaft (20) hangs down along the central axis of the stirring tank (10) and is rotatably provided. In order to rotate the rotating shaft (20), a driving means (not shown) may be provided above the rotating shaft (20). The number of rotations of the rotation shaft (20) is not particularly limited. For example, the rotation speed may be 30 rpm or more, 50 rpm or more, or 80 rpm or more. The rotation speed may be 200 rpm or less, 150 rpm or less, or 100 rpm or less.

主攪拌翼(30a、30b、30c)は、回転軸(20)とともに回転することで攪拌槽(10)内に循環流を生じさせるための部材である。この循環流により液状物とガスとが攪拌混合される。主攪拌翼(30a、30b、30c)は、後述する最下段攪拌翼の上部に位置し、回転軸(20)に固定して設けられる。また主攪拌翼(30a、30b、30c)は、互いに離間する複数の翼からなる。主攪拌翼(30a、30b、30c)の回転によって、液状物とガスとは中心軸方向に沿った下降流になる。そのため主攪拌翼(30a、30b、30c)は、好ましくは下降流を発生させる軸流型の攪拌翼である。例えば3枚のブレードを備えたプロペラ翼などが好適である。しかしながら下降流を発生させるものであればこれに限定されず、傾斜タービン翼、パドル翼でもよい。また主攪拌翼(30a、30b、30c)は、その各々の単位体積当たりの攪拌動力(kW/m3)が0.1以上1.0以下であることが好ましい。また、剪断作用より吐出作用に勝る攪拌羽根であることが望ましい。攪拌羽根の取り付け角度がある、またはキャンバーがあることで、吐出作用が増すことがより好ましい。なお図1において主攪拌翼(30a、30b、30c)は3個設けられているが、個数は3個に限定されない。主攪拌翼は複数であればよく、2個、4個、5個またはそれ以上であってもよい。攪拌翼が1回転する際の吐出量は0.13〜0.70mであればよい。例えば3枚のプロペラ翼を用いた本実施形態に係わる攪拌槽で攪拌した場合の吐出量は0.13〜0.16mである。同様に4枚パドル翼で攪拌した場合は0.36〜0.69mであり、6枚タービン翼の場合は0.33〜0.42mである。 The main stirring blades (30a, 30b, 30c) are members for generating a circulating flow in the stirring tank (10) by rotating together with the rotating shaft (20). The liquid material and the gas are agitated and mixed by this circulating flow. The main stirring blades (30a, 30b, 30c) are located above the lowermost stirring blade, which will be described later, and are fixedly provided to the rotating shaft (20). Further, the main stirring blades (30a, 30b, 30c) are composed of a plurality of blades separated from each other. Due to the rotation of the main stirring blades (30a, 30b, 30c), the liquid material and the gas become a downward flow along the central axis direction. Therefore, the main stirring blades (30a, 30b, 30c) are preferably axial-flow type stirring blades that generate a downward flow. For example, a propeller blade having three blades is suitable. However, the blades are not limited to this as long as they generate a downward flow, and may be inclined turbine blades or paddle blades. Further, it is preferable that the stirring power (kW / m 3 ) per unit volume of each of the main stirring blades (30a, 30b, 30c) is 0.1 or more and 1.0 or less. Further, it is desirable that the stirring blade has a better ejection action than a shearing action. It is more preferable that the ejection action is increased by having the mounting angle of the stirring blade or the presence of the camber. Although three main stirring blades (30a, 30b, 30c) are provided in FIG. 1, the number is not limited to three. The number of main stirring blades may be plural, and may be 2, 4, 5, or more. The discharge amount when the stirring blade makes one rotation may be 0.13 to 0.70 m 3. For example, the discharge amount when agitated in the stirring tank according to the present embodiment using three propeller blades is 0.13 to 0.16 m 3 . Similarly, when agitated with four paddle blades, it is 0.36 to 0.69 m 3 , and in the case of six turbine blades, it is 0.33 to 0.42 m 3 .

本実施形態では、攪拌槽(10)の内径(D)に対する複数の主攪拌翼(30a、30b、30c)の平均翼径(dave)の比(dave/D)が0.25以上0.35以下である。ここで複数の主攪拌翼の平均翼径とは、全ての主攪拌翼の翼径の平均値である。dave/Dが0.25未満であると十分な攪拌流を発生させることができないという問題がある。dave/Dは0.26以上であってよく、0.28以上であってよい。一方でdave/Dが0.35超であると軸流が発生しにくくなり、攪拌槽全体での攪拌効率が悪化するという問題がある。dave/Dは0.34以下であってよく、0.32以下であってもよい。なお複数の主攪拌翼は、その翼径が全て同一であってもよく、あるいは一部又は全部が同一でなくともよい。ただし同一でない場合には、式:(最大翼径−最小翼径)/平均翼径×100で表される翼径ばらつきが10%以下であることが好ましい。 In the present embodiment, the ratio ( dave / D) of the average blade diameters (dave ) of the plurality of main stirring blades (30a, 30b, 30c) to the inner diameter (D) of the stirring tank (10) is 0.25 or more and 0. It is .35 or less. Here, the average blade diameter of the plurality of main stirring blades is the average value of the blade diameters of all the main stirring blades. If dave / D is less than 0.25, there is a problem that a sufficient stirring flow cannot be generated. dave / D may be 0.26 or more, and may be 0.28 or more. On the other hand, if dave / D is more than 0.35, axial flow is less likely to occur, and there is a problem that the stirring efficiency of the entire stirring tank deteriorates. d ave / D may be 0.34 or less, and may be 0.32 or less. The plurality of main stirring blades may all have the same blade diameter, or some or all of them may not be the same. However, when they are not the same, it is preferable that the blade diameter variation represented by the formula: (maximum blade diameter-minimum blade diameter) / average blade diameter × 100 is 10% or less.

また本実施形態では、複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)に対する複数の主攪拌翼間の平均離間距離(have)の比(have/dave)が1.10以上1.40以下である。ここで複数の主攪拌翼(30a、30b、30c)間の平均離間距離(have)とは、全ての離間距離の平均値である。また離間距離とは隣接する主攪拌翼間の中心軸方向の距離のことである。have/daveが1.10未満であると、攪拌翼間の流れが生起されず、混合が悪化するという問題がある。have/daveは、1.20以上であってもよい。一方でhave/daveが1.40超であると攪拌力が不足して軸流が発生しない場合があり、攪拌槽全体での攪拌効率が悪化するという問題がある。have/daveは、1.30以下であってもよい。なお主攪拌翼の離間距離は全て同一であってもよく、あるいは一部又は全部が同一でなくともよい。ただし同一でない場合には、式:(最大離間距離−最小離間距離)/平均離間距離×100で表される離間距離ばらつきが10%以下であることが好ましい。 In the present embodiment, the ratio of the average distance between the plurality of main agitating blade with respect to the average blade diameter of a plurality of main agitating blade (d ave) (h ave) (h ave / d ave) is 1.10 or more 1. It is 40 or less. Wherein a plurality of main agitating blade (30a, 30b, 30c) and the average distance between (h ave), which is the average value of all the distances. The separation distance is the distance between adjacent main stirring blades in the central axis direction. If h ave / d ave is less than 1.10, there is a problem that the flow between the stirring blades is not generated and the mixing is deteriorated. h ave / d ave may be 1.20 or more. On the other hand, if h ave / d ave is more than 1.40, the stirring force may be insufficient and the axial flow may not be generated, and there is a problem that the stirring efficiency of the entire stirring tank is deteriorated. h ave / d ave may be 1.30 or less. The separation distances of the main stirring blades may all be the same, or some or all of them may not be the same. However, when they are not the same, it is preferable that the separation distance variation represented by the formula: (maximum separation distance − minimum separation distance) / average separation distance × 100 is 10% or less.

最下段攪拌翼(40b)も循環流を生じさせるための部材である。この最下段攪拌翼(40b)は回転軸(20)の下端部に固定して設けられる。主攪拌翼(30a、30b、30c)の回転によって生じた、中心軸方向に沿った下降流は、最下段攪拌槽(40b)の回転によってさらに加速され、攪拌槽(10)の底面に衝突する。底面に衝突した下降流は、その向きを攪拌槽(10)の側壁(内壁)方向へと転じて、外方流になる。外方流は攪拌槽(10)の側壁(内壁)に衝突してその向きを転じ、側壁に沿った上昇流になる。 The bottom stirring blade (40b) is also a member for generating a circulating flow. The lowermost stirring blade (40b) is fixedly provided at the lower end of the rotating shaft (20). The downward flow along the central axis direction generated by the rotation of the main stirring blades (30a, 30b, 30c) is further accelerated by the rotation of the lowermost stirring tank (40b) and collides with the bottom surface of the stirring tank (10). .. The downward flow that collides with the bottom surface changes its direction toward the side wall (inner wall) of the stirring tank (10) and becomes an outward flow. The outward flow collides with the side wall (inner wall) of the stirring tank (10) and turns its direction to become an ascending flow along the side wall.

最下段攪拌翼(40b)は、その形状が特に限定されず、プロペラ翼、パドル翼、タービン翼などが例示される。しかしながら円盤の周囲に複数の羽が設けられているディスクタービン型の攪拌翼であることが好ましい。例えば、エッジドタービン翼であれば、高速回転した場合でも十分な剪断作用が得られる。また、羽根の取り付け角度があってもいいが、取り付け角度がない場合は、軸に沿った流れが翼によって垂直方向へ転換するため、最下段の攪拌翼としてより好ましい。さらに最下段攪拌翼(40a)は、その翼径(d)が、式:0.9×d≦d≦1.2×dの関係を満足することが好ましい。また攪拌槽(10)底面からの最下段攪拌翼(40b)の距離(h)が、式:0.9×d≦h≦1.1×dを満足することが好ましい。 The shape of the lowermost stirring blade (40b) is not particularly limited, and propeller blades, paddle blades, turbine blades, and the like are exemplified. However, it is preferable that the stirring blade is a disc turbine type in which a plurality of blades are provided around the disk. For example, in the case of an edged turbine blade, a sufficient shearing action can be obtained even when rotating at high speed. Further, the blades may have a mounting angle, but if there is no mounting angle, the flow along the axis is changed in the vertical direction by the blades, which is more preferable as the lowermost stirring blade. Further lowermost stirring blade (40a), the impeller diameter (d B) has the formula: It is preferable to satisfy the relationship 0.9 × d ≦ d B ≦ 1.2 × d. The distance of the lowermost stirring blades from the stirring tank (10) bottom (40b) (h B) has the formula: It is preferable to satisfy the 0.9 × d B ≦ h B ≦ 1.1 × d B.

最上段攪拌翼(40a)も循環流を生じさせるための部材である。この最上段攪拌翼(40a)は、複数の主攪拌翼(30a、30b、30c)の上部に位置し、中心軸(20)に固定して設けられる。すなわち最上部の主攪拌翼(30a)のさらに上部の位置に設けられる。攪拌槽(10)の側壁に沿った上昇流は、液面でその向きを中心方向へと転じて、内方流になる。内方流は最上段攪拌槽(40a)の回転により中心軸に沿った下降流へと向きを再び転じる。このように攪拌槽(10)内に供給された液状物及びガスは、主攪拌翼(30a、30b、30c)によって中心軸に沿った下降流になり、最下段攪拌翼(40b)によって側壁方向(外周方向)に流れた後に、側壁に沿った上昇流になる。上昇流は、最上段攪拌翼(40a)によって中心軸方向の下降流に戻る。これにより循環流が形成される。 The uppermost stirring blade (40a) is also a member for generating a circulating flow. The uppermost stirring blade (40a) is located above the plurality of main stirring blades (30a, 30b, 30c) and is fixed to the central axis (20). That is, it is provided at a position further above the uppermost main stirring blade (30a). The ascending flow along the side wall of the stirring tank (10) turns its direction toward the center at the liquid level and becomes an inward flow. The inward flow turns again to the downward flow along the central axis due to the rotation of the uppermost stirring tank (40a). The liquid material and gas supplied into the stirring tank (10) in this way become a downward flow along the central axis by the main stirring blades (30a, 30b, 30c), and are directed toward the side wall by the lowermost stirring blade (40b). After flowing in the (outer peripheral direction), it becomes an ascending flow along the side wall. The ascending flow returns to the descending flow in the central axis direction by the uppermost stirring blade (40a). This forms a circulating flow.

最上段攪拌翼(40a)は、その形状が特に限定されず、プロペラ翼、パドル翼、タービン翼などが例示される。しかしながら複数の板状ブレードを備えたパドル翼であることが好ましい。羽根の枚数は2枚のものが多いが、3乃至4枚でもよい。羽根の取り付けは垂直の場合と傾斜がある場合とどちらでもよいが、最下段の攪拌翼と異なり、吐出作用によって攪拌槽上部の液状物を下方へ流動させるために傾斜がついているものがより好ましい。また最上段攪拌翼(40a)は、その吐出能力が、1回転あたり0.1m以上1.0m以下であることが好ましい。さらに最上段攪拌翼(40a)は、その翼径(d)が、式:1.0×d≦d≦1.3×dであることが好ましい。また液面からの最上段攪拌翼(40a)の距離(h)が、式:0.5×d≦h≦0.9×dを満足することが好ましい。 The shape of the uppermost stirring blade (40a) is not particularly limited, and propeller blades, paddle blades, turbine blades, and the like are exemplified. However, it is preferable that the paddle blade has a plurality of plate-shaped blades. The number of blades is often two, but may be three to four. The blades may be attached either vertically or with an inclination, but unlike the lowermost stirring blade, it is more preferable that the blades are inclined in order to allow the liquid matter in the upper part of the stirring tank to flow downward by the ejection action. .. Further, the uppermost stirring blade (40a) preferably has a discharge capacity of 0.1 m 3 or more and 1.0 m 3 or less per rotation. Further, the uppermost stirring blade (40a) preferably has a blade diameter (d T ) of the formula: 1.0 × d ≦ d T ≦ 1.3 × d. Further, it is preferable that the distance (h T ) of the uppermost stirring blade (40a) from the liquid surface satisfies the formula: 0.5 × d T ≦ h T ≦ 0.9 × d T.

ガス供給管(50)は、攪拌槽(10)内部の液状物中にガスを供給するための部材である。ガス供給管(50)は、その先端にガス供給口を備えている。ガス供給口は、好ましくは攪拌槽(10)の中心軸方向において攪拌槽(10)の底面と最下段攪拌翼(40b)との間に設けられる。ガス供給口から排出されたガスが上昇した後に、最下段攪拌翼(40b)により加速された下降流に衝突し、液状物とガスとの攪拌混合が効率的に行われるからである。すなわち最下段攪拌翼(40b)は剪断力で下方流を横方向へ流す。また攪拌翼の剪断作用は導入するガスの微細化にも寄与する。そのため攪拌槽(10)内に液の循環流を作り、かつガスの微細化を助けるようにするには、最下段攪拌翼(40b)の下からガスを導入した方がよく、さらに翼は剪断力が導入されるタービン翼などが好ましい。 The gas supply pipe (50) is a member for supplying gas into the liquid material inside the stirring tank (10). The gas supply pipe (50) is provided with a gas supply port at its tip. The gas supply port is preferably provided between the bottom surface of the stirring tank (10) and the lowermost stirring blade (40b) in the direction of the central axis of the stirring tank (10). This is because, after the gas discharged from the gas supply port rises, it collides with the downward flow accelerated by the lowermost stage stirring blade (40b), and the liquid material and the gas are efficiently stirred and mixed. That is, the lowermost stirring blade (40b) causes the downward flow to flow in the lateral direction by a shearing force. The shearing action of the stirring blade also contributes to the miniaturization of the gas to be introduced. Therefore, in order to create a circulating flow of liquid in the stirring tank (10) and to help the gas miniaturization, it is better to introduce the gas from under the lowermost stirring blade (40b), and the blade is sheared. A turbine blade or the like into which force is introduced is preferable.

攪拌装置(100)は、1個のガス供給管を備えてもよく、あるいは複数個のガス供給管を備えてもよい。攪拌装置(100)が2個のガス供給管(50、52)を備えた態様を図2に示す。ガス供給管(50)は、その先端に1個のガス供給口(51)を備えており、ガス供給管(52)は、その先端に2個のガス供給口(53、54)を備えている。ガスの供給は、その供給量に応じてガス供給口(51、53、54)の何れか一つ、もしくは複数から行われる。また反応用ガスに加えて、攪拌用ガスを供給してもよい。 The stirring device (100) may be provided with one gas supply pipe, or may be provided with a plurality of gas supply pipes. FIG. 2 shows an embodiment in which the stirrer (100) is provided with two gas supply pipes (50, 52). The gas supply pipe (50) is provided with one gas supply port (51) at its tip, and the gas supply pipe (52) is provided with two gas supply ports (53, 54) at its tip. There is. The gas is supplied from any one or a plurality of gas supply ports (51, 53, 54) depending on the supply amount. Further, in addition to the reaction gas, a stirring gas may be supplied.

必要に応じて、攪拌装置(100)は入口(11)を備えていてもよい。この入口(11)は、液状物を供給するための部材である。特に攪拌槽(10)の上面が閉じている場合には、入口(11)を設けることが好ましい。また入口(11)は攪拌槽(10)の上面又は壁面上部に設けることが好ましい。 If desired, the stirrer (100) may include an inlet (11). The inlet (11) is a member for supplying a liquid substance. In particular, when the upper surface of the stirring tank (10) is closed, it is preferable to provide the inlet (11). Further, the inlet (11) is preferably provided on the upper surface or the upper surface of the wall surface of the stirring tank (10).

また必要に応じて、攪拌装置(100)は出口(12)を備えていてもよい。この出口(12)は、液状物とガスとの反応により生成する反応生成物を排出するための部材である。また出口(12)は攪拌槽(10)の壁面下部に設けることが好ましい。例えば出口(12)の排出口を、攪拌槽の高さ(H)及び内半径(R)に対して0.2H及び0.75Rの位置の近傍に設けてもよい。 Further, if necessary, the stirring device (100) may be provided with an outlet (12). The outlet (12) is a member for discharging the reaction product generated by the reaction between the liquid material and the gas. Further, the outlet (12) is preferably provided at the lower part of the wall surface of the stirring tank (10). For example, the discharge port of the outlet (12) may be provided near the positions of 0.2H and 0.75R with respect to the height (H) and the inner radius (R) of the stirring tank.

気液混合方法
本実施形態の気液混合方法では、上記攪拌装置を用いる。またこの混合方法は、 攪拌槽の内部に液状物を供給する供給工程と、ガス供給管を通じて液状物にガスを供給するとともに、回転軸、最下段攪拌翼、主攪拌翼及び最上段攪拌翼を回転させて液状物とガスとを攪拌混合する混合工程と、を有する。
Gas-liquid mixing method In the gas-liquid mixing method of the present embodiment, the above-mentioned stirring device is used. In this mixing method, the liquid material is supplied to the inside of the stirring tank, the gas is supplied to the liquid material through the gas supply pipe, and the rotating shaft, the lowermost stirring blade, the main stirring blade and the uppermost stirring blade are used. It has a mixing step of rotating and stirring and mixing the liquid material and the gas.

本実施形態の攪拌装置及び気液混合方法によれば、細長形状の攪拌槽を有する攪拌装置を用いても、攪拌槽の上下方向での液状物とガスの分布を均一にすることができ、液状物とガスとの混合を効率的に行うことができる。そのため処理能力を確保しながら迅速な気液混合が可能となり、攪拌時間の短縮など製造コスト低減の点で顕著な効果がある。 According to the stirring device and the gas-liquid mixing method of the present embodiment, even if a stirring device having an elongated stirring tank is used, the distribution of the liquid substance and the gas in the vertical direction of the stirring tank can be made uniform. The liquid material and the gas can be efficiently mixed. Therefore, rapid gas-liquid mixing is possible while ensuring the processing capacity, and there is a remarkable effect in reducing the manufacturing cost such as shortening the stirring time.

本実施形態の攪拌装置及び気液混合方法を硫酸ニッケル製造時の脱鉄処理に用いることができる。具体的には、攪拌槽の内部に供給される液状物として、硫酸ニッケル含有溶液を用いればよい。また攪拌槽内部の液状物に供給されるガスとして、圧縮空気を用いればよい。硫酸ニッケル含有溶液(液状物)と空気(ガス)との均一混合を迅速に行うことができるため、Fe(OH)の沈殿が効果的に行われ、脱鉄処理を効率的に行うことができる。 The stirring device and the gas-liquid mixing method of the present embodiment can be used for the iron removal treatment during the production of nickel sulfate. Specifically, a nickel sulfate-containing solution may be used as the liquid material supplied to the inside of the stirring tank. Further, compressed air may be used as the gas supplied to the liquid material inside the stirring tank. Since the nickel sulfate-containing solution (liquid) and air (gas) can be mixed quickly, the precipitation of Fe (OH) 3 can be effectively performed, and the iron removal treatment can be performed efficiently. it can.

本発明を、以下の実施例を用いて更に詳細に説明する。しかしながら本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

実施例1
(1)液状物及びガスの動き解析
図1に示す攪拌槽において、汎用熱流体解析ソフトを用いて液状物及びガスの動きをシミュレーションした。その際に攪拌槽の構成を以下に示すとおりにした。
Example 1
(1) Analysis of movement of liquid material and gas In the stirring tank shown in FIG. 1, movement of liquid material and gas was simulated using general-purpose thermo-fluid analysis software. At that time, the configuration of the stirring tank was as shown below.

‐攪拌槽の高さ(H):6700mm
‐攪拌槽の直径(D):3100mm
‐主攪拌翼の間隔(h):1100mm
‐主攪拌翼の翼径(d):900mm
‐最上段攪拌翼の翼径(d):1100mm
‐最下段攪拌翼の翼径(d):1005mm
‐原料密度:1300kg/m
‐原料流入量:1643L/分
‐溶解ガス密度:1600kg/m
‐ガス流入量:146kg/時間
‐回転軸の回転数:86rpm
-Height of stirring tank (H): 6700 mm
-Diameter of stirring tank (D): 3100 mm
-Main stirring blade spacing (h): 1100 mm
-Blade diameter (d) of the main stirring blade: 900 mm
-Blade diameter (d T ) of the uppermost stirring blade: 1100 mm
- Wings diameter of the lowermost stirring blade (d B): 1005mm
-Raw material density: 1300 kg / m 3
-Inflow of raw materials: 1643 L / min-Dissolved gas density: 1600 kg / m 3
-Gas inflow: 146 kg / hour-Rotating shaft speed: 86 rpm

シミュレーションでは塩化ニッケル水溶液及び塩素ガスのそれぞれを原料(液状物)及びガスとして想定し、運動方程式を用いた流体解析を行った。塩素はガス状態での密度が2500kg/mであり、約2割が液体に吸収されることが分かっている。そのため混合流体中の塩素の密度を1600kg/mに設定して解析を行った。 In the simulation, nickel chloride aqueous solution and chlorine gas were assumed as raw materials (liquid) and gas, respectively, and fluid analysis was performed using the equation of motion. The density of chlorine in the gas state is 2500 kg / m 3 , and it is known that about 20% of chlorine is absorbed by the liquid. Therefore, the density of chlorine in the mixed fluid was set to 1600 kg / m 3 for analysis.

(2)評価
<ガス均一度>
得られたシミュレーション結果に基づき、ガス均一度を算出した。ここでガス均一度は、攪拌槽内を多数の小領域(セル)に分割してシミュレーションを行ったとき、全小領域(セル)のうち、そのガス体積分率(PG)が槽全体のガス体積分率平均値(PGave)±0.5%の範囲内にある小領域(セル)の体積割合であり、下記式(1)にしたがって算出される。ここでPGiは各小領域のガス体積分率であり、PGaveはガス体積分率(PG)の槽全体の平均値である。

Figure 2021084077
(2) Evaluation <Gas uniformity>
The gas uniformity was calculated based on the obtained simulation results. Here, regarding the gas uniformity, when the inside of the stirring tank is divided into a large number of small regions (cells) and the simulation is performed, the gas volume fraction (PG i ) of the total small regions (cells) is the entire tank. It is the volume ratio of a small region (cell) within the range of the gas volume fraction average value (PG ave) ± 0.5%, and is calculated according to the following formula (1). Here, PGi is the gas volume fraction of each small region, and PG ave is the average value of the gas volume fraction (PG i ) of the entire tank.
Figure 2021084077

<攪拌動力>
得られたシミュレーション結果に基づき、攪拌動力を算出した。ここで攪拌動力は、攪拌翼が固定された回転軸を回転させる際に必要とされる動力である。攪拌動力は、攪拌翼の面に作用する力とその作用点と回転軸との距離からトルクを求め、回転数から時間当たりの仕事に換算する方法により算出した。
<Stirring power>
The stirring power was calculated based on the obtained simulation results. Here, the stirring power is the power required to rotate the rotating shaft to which the stirring blade is fixed. The stirring power was calculated by a method of obtaining torque from the force acting on the surface of the stirring blade and the distance between the point of action and the rotating shaft, and converting the number of rotations into work per hour.

実施例2〜6、比較例1及び比較例2
攪拌槽の構成を表1及び表2に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にしてシミュレーションと評価を行った。なお実施例2と実施例5のそれぞれは、攪拌槽の寸法や攪拌翼の翼径などが実施例1及び実施例4と同じである。しかしながら、実施例2と実施例5は、最下段攪拌翼の位置が実施例1や実施例4よりも上部に位置している。すなわち攪拌槽底部から最下段攪拌翼までの距離が長い。このように攪拌槽底部から最下段攪拌翼までの距離がある程度に長いと、均一度向上に寄与する。
Examples 2-6, Comparative Example 1 and Comparative Example 2
Simulation and evaluation were performed in the same manner as in Example 1 except that the configuration of the stirring tank was changed as shown in Tables 1 and 2. In each of Example 2 and Example 5, the dimensions of the stirring tank, the blade diameter of the stirring blade, and the like are the same as those of Example 1 and Example 4. However, in Example 2 and Example 5, the position of the lowermost stirring blade is located higher than that of Example 1 and Example 4. That is, the distance from the bottom of the stirring tank to the bottom stirring blade is long. When the distance from the bottom of the stirring tank to the lowermost stirring blade is long to some extent, it contributes to the improvement of uniformity.

(3)評価結果
実施例1〜6、比較例1及び比較例2について得られた評価結果を表1及び表2に示す。表1及び2を見て分かるように、実施例1〜6ではガス均一度が52.8%以上と高かった。一方で比較例1及び2ではガス均一度が47.4%以下と低かった。
(3) Evaluation Results Tables 1 and 2 show the evaluation results obtained for Examples 1 to 6, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. As can be seen from Tables 1 and 2, in Examples 1 to 6, the gas uniformity was as high as 52.8% or more. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the gas uniformity was as low as 47.4% or less.

Figure 2021084077
Figure 2021084077

Figure 2021084077
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実施例4について、攪拌槽内の流れ場のシミュレーション結果及びガス分布のシミュレーション結果のそれぞれを、図3及び図4に示す。また比較例1について、攪拌槽内の流れ場のシミュレーション結果及びガス分布のシミュレーション結果のそれぞれを、図5及び図6に示す。ここで図4及び図6は、各小領域(セル)でのガス体積分率を、その平均値からの偏差で多段階的に示したものである。 For Example 4, the simulation results of the flow field in the stirring tank and the simulation results of the gas distribution are shown in FIGS. 3 and 4, respectively. Further, regarding Comparative Example 1, the simulation result of the flow field in the stirring tank and the simulation result of the gas distribution are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. Here, FIGS. 4 and 6 show the gas volume fractions in each small region (cell) in multiple steps by deviation from the average value.

実施例4では、図3に示されるように攪拌槽内で主攪拌翼間の流れが下降流でつながり、攪拌槽の側壁に沿って上昇する循環流が形成されている。また図4に示されるように、ガス均一度が高く、良好な攪拌状態であることが分かる。一方で比較例1では、図5に示されるように主攪拌翼間で下降流は形成されるが、攪拌槽全体に循環するような流れは発生していない。そのため液状物とガスとを攪拌槽内で均一に混合することは困難であることが分かる。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 3, the flows between the main stirring blades are connected by a descending flow in the stirring tank, and a circulating flow rising along the side wall of the stirring tank is formed. Further, as shown in FIG. 4, it can be seen that the gas uniformity is high and the stirring state is good. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 5, a downward flow is formed between the main stirring blades, but a flow that circulates throughout the stirring tank is not generated. Therefore, it is difficult to uniformly mix the liquid material and the gas in the stirring tank.

実施例4及び比較例1について、回転軸の回転数と攪拌動力との関係を図7に示す。一般に、回転数が高いほど大きな攪拌動力が必要となる。一方で図7に示されるように、実施例4は、同じ回転数とするための攪拌動力が比較例1に比べて低い。このことから実施例4では比較例1に比べて小さな攪拌動力で高い回転数を達成できることが分かる。 FIG. 7 shows the relationship between the rotation speed of the rotating shaft and the stirring power for Example 4 and Comparative Example 1. Generally, the higher the rotation speed, the larger the stirring power is required. On the other hand, as shown in FIG. 7, in Example 4, the stirring power for achieving the same rotation speed is lower than that in Comparative Example 1. From this, it can be seen that in Example 4, a higher rotation speed can be achieved with a smaller stirring power than in Comparative Example 1.

実施例4及び比較例1について、回転軸の回転数とガス均一度との関係を図8に示す。一般に、回転数が高いほどガス均一度が高くなる。一方で図8に示されるように、実施例4は、回転数の増加に対するガス均一度の増加率が比較例1に比べて高い。このことから同じ均一度にするには、実施例4の方が低い回転数で十分であることが分かる。 For Example 4 and Comparative Example 1, the relationship between the rotation speed of the rotating shaft and the gas uniformity is shown in FIG. Generally, the higher the rotation speed, the higher the gas uniformity. On the other hand, as shown in FIG. 8, in Example 4, the rate of increase in gas uniformity with respect to the increase in rotation speed is higher than that in Comparative Example 1. From this, it can be seen that a lower rotation speed is sufficient in Example 4 for achieving the same uniformity.

実施例4及び比較例1について、攪拌動力と塩素均一度(ガス均一度)の関係を図9に示す。図9に示されるように、実施例4は、攪拌動力の増加に対するガス均一度の増加率が高い。これに対して比較例1は、攪拌動力を増加させてもガス均一度はそれほど増加しない。そのため実施例4は比較例1に比べて同一の攪拌動力で見たときのガス均一度が高い。このことから実施例4の方がガス均一度の高い攪拌混合を行うことができることが分かる。 FIG. 9 shows the relationship between the stirring power and the chlorine uniformity (gas uniformity) for Example 4 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 9, in Example 4, the rate of increase in gas uniformity with respect to the increase in stirring power is high. On the other hand, in Comparative Example 1, the gas uniformity does not increase so much even if the stirring power is increased. Therefore, Example 4 has a higher gas uniformity when viewed with the same stirring power than Comparative Example 1. From this, it can be seen that in Example 4, stirring and mixing with higher gas uniformity can be performed.

10 攪拌槽
11 入口
12 出口
20 回転軸
30a 主攪拌翼
30b 主攪拌翼
30c 主攪拌翼
40a 最上部攪拌翼
40b 最下段攪拌翼
50 ガス供給管
51 ガス供給口
52 ガス供給管
53 ガス供給口
54 ガス供給口
100 攪拌装置
10 Stirring tank 11 Inlet 12 Outlet 20 Rotating shaft 30a Main stirring blade 30b Main stirring blade 30c Main stirring blade 40a Top stirring blade 40b Bottom stirring blade 50 Gas supply pipe 51 Gas supply port 52 Gas supply pipe 53 Gas supply port 54 Gas Supply port 100 Stirrer

Claims (5)

気液混合のための攪拌装置であって、
鉛直方向に中心軸を有し、内部に液状物を収容するための略円筒状の攪拌槽と、
前記攪拌槽の中心軸に沿って垂下され、回転可能に設けられる回転軸と、
前記回転軸の下端部に固定して設けられる最下段攪拌翼と、
前記最下段攪拌翼の上部に位置し、互いに離間するように前記回転軸に固定して設けられる複数の主攪拌翼と、
前記複数の主攪拌翼の上部に位置し、前記回転軸に固定して設けられる最上段攪拌翼と、
前記攪拌槽内部の前記液状物中にガスを供給するためのガス供給管とを備え、
前記攪拌槽の内径(D)に対する前記攪拌槽の高さ(H)の比(H/D)が1.50以上であり、
前記攪拌槽の内径(D)に対する前記複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)の比(dave/D)が0.25以上0.35以下であり、
前記複数の主攪拌翼の平均翼径(dave)に対する前記複数の主攪拌翼間の平均離間距離(have)の比(have/dave)が1.10以上1.40以下である、攪拌装置。
A stirrer for gas-liquid mixing
A substantially cylindrical stirring tank that has a central axis in the vertical direction and is used to store liquid matter inside.
A rotating shaft that hangs down along the central axis of the stirring tank and is rotatably provided.
The lowermost stirring blade fixedly provided at the lower end of the rotating shaft,
A plurality of main stirring blades located above the lowermost stirring blade and fixed to the rotating shaft so as to be separated from each other.
An uppermost stirring blade located above the plurality of main stirring blades and fixed to the rotating shaft,
A gas supply pipe for supplying gas into the liquid material inside the stirring tank is provided.
The ratio (H / D) of the height (H) of the stirring tank to the inner diameter (D) of the stirring tank is 1.50 or more.
The ratio ( dave / D) of the average blade diameters (dave ) of the plurality of main stirring blades to the inner diameter (D) of the stirring tank is 0.25 or more and 0.35 or less.
The ratio of the average blade diameter of a plurality of main agitating blade wherein for (d ave) more average distance between the main agitating blade (h ave) (h ave / d ave) is 1.10 to 1.40 , Stirrer.
前記ガス供給管は、その先端にガス供給口を有しており、前記攪拌槽の中心軸方向において前記ガス供給口が前記攪拌槽の底面と前記最下段攪拌翼との間に設けられる、請求項1に記載の攪拌装置。 The gas supply pipe has a gas supply port at its tip, and the gas supply port is provided between the bottom surface of the stirring tank and the lowermost stirring blade in the direction of the central axis of the stirring tank. Item 2. The stirring device according to item 1. 前記攪拌装置が、液状物を供給するための入口をさらに備え、前記入口が前記攪拌槽の上面又は壁面上部に位置する、請求項1又は2に記載の攪拌装置。 The stirring device according to claim 1 or 2, wherein the stirring device further includes an inlet for supplying a liquid material, and the inlet is located on the upper surface or the upper surface of the wall surface of the stirring tank. 前記攪拌装置が、液状物とガスとの反応により生成する反応生成物を排出するための出口をさらに備え、前記出口が前記攪拌槽の壁面下部に位置する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の攪拌装置。 Any one of claims 1 to 3, wherein the stirring device further includes an outlet for discharging a reaction product generated by the reaction of the liquid substance and the gas, and the outlet is located at the lower part of the wall surface of the stirring tank. The stirrer according to the section. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の攪拌装置を用いた気液混合方法であって、
前記攪拌槽の内部に液状物を供給する供給工程と、
前記ガス供給管を通じて前記液状物にガスを供給するとともに、前記回転軸、最下段攪拌翼、主攪拌翼及び最上段攪拌翼を回転させて前記液状物と前記ガスとを攪拌混合する混合工程と、を有する、方法。

A gas-liquid mixing method using the stirring device according to any one of claims 1 to 4.
A supply process for supplying a liquid substance to the inside of the stirring tank, and
A mixing step of supplying gas to the liquid material through the gas supply pipe and rotating the rotating shaft, the lowermost stage stirring blade, the main stirring blade, and the uppermost stage stirring blade to stir and mix the liquid material and the gas. , The method.

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