JP2021098152A - Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method - Google Patents

Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method Download PDF

Info

Publication number
JP2021098152A
JP2021098152A JP2019229697A JP2019229697A JP2021098152A JP 2021098152 A JP2021098152 A JP 2021098152A JP 2019229697 A JP2019229697 A JP 2019229697A JP 2019229697 A JP2019229697 A JP 2019229697A JP 2021098152 A JP2021098152 A JP 2021098152A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stirring
gas
stirring tank
flow
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019229697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
秀幸 山下
Hideyuki Yamashita
秀幸 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2019229697A priority Critical patent/JP2021098152A/en
Publication of JP2021098152A publication Critical patent/JP2021098152A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a gas-liquid mixing device and a gas-liquid mixing method, used for mixing gas and a liquid substance, capable of mixing the gas and the liquid substance with supplied bubbles efficiently distributed entirely in a mixing tank without increasing mixing power.SOLUTION: A gas-liquid mixing device comprises a mixing tank, a mixer, a baffle plate, and a gas supply pipe. The mixing tank has a shape of a circular column or a polygonal column with a circular bottom plate or a polygonal bottom plate having vertex angles equal to or larger than 90 degrees. An extended section is arranged so that at least a portion thereof is brought into contact with a cyclic flow boundary and/or an area around the same between a cyclic flow generated above a liquid substance in the mixing tank and a mixing flow generated below the cyclic flow. The baffle plate is arranged with a width direction thereof that coincides with a direction from an inner wall of the mixing tank to a center thereof. The gas supply pipe has a gas supply port which is directed toward an inside of the mixing tank. The gas supply port is positioned lower than a mixing blade.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、気液混合装置及び気液混合方法に関する。より詳しくは、ガスと液状物とを混合するために用いる気液混合装置において、攪拌槽内の全体に効率よく分散し混合することができる気液混合装置及び気液混合方法に関する。 The present invention relates to a gas-liquid mixing device and a gas-liquid mixing method. More specifically, the present invention relates to a gas-liquid mixing device used for mixing a gas and a liquid material, and a gas-liquid mixing device and a gas-liquid mixing method capable of efficiently dispersing and mixing in the entire stirring tank.

化学プラント等における化学反応のために、攪拌翼を用いて攪拌槽内の液状物の攪拌混合を行う混合装置が広く用いられている。このような混合装置においては、攪拌動力を増加させることなく液状物の混合効率を高めるために、種々の検討がなされている。 For a chemical reaction in a chemical plant or the like, a mixing device for stirring and mixing liquid substances in a stirring tank using a stirring blade is widely used. In such a mixing device, various studies have been made in order to increase the mixing efficiency of the liquid substance without increasing the stirring power.

例えば、特許文献1には、攪拌槽の中心に攪拌軸を垂下し、その攪拌軸の下端に攪拌翼を設けるとともに、攪拌翼の外方側近傍に配置されるように攪拌槽底部に固定した羽根を設けた混合装置が提案されている。特許文献1の混合装置によれば、攪拌槽の内壁面近傍で下方から上方への流れが生じ、この流れが中心部及びその近傍に集まって、中心部及びその近傍では上方から下方への流れが生じ、その底部において底部に固定した羽根により旋回流が半径方向への吐出流へと変換され、混合効率を高められることが報告されている。 For example, in Patent Document 1, a stirring shaft is hung at the center of the stirring tank, a stirring blade is provided at the lower end of the stirring shaft, and the stirring blade is fixed to the bottom of the stirring tank so as to be arranged near the outer side of the stirring blade. A mixing device provided with blades has been proposed. According to the mixing device of Patent Document 1, a flow from the lower side to the upper side occurs near the inner wall surface of the stirring tank, and this flow gathers in the central portion and its vicinity, and the flow from the upper side to the lower side in the central portion and its vicinity. It has been reported that the swirling flow is converted into a radial discharge flow by the blades fixed to the bottom at the bottom thereof, and the mixing efficiency can be improved.

また、特許文献1によれば、軽い粉体や固形物を溶解又は分解する場合には攪拌槽の内壁面にバッフル板を設けるとともに、攪拌翼の上方に補助攪拌器具を設けることも提案されている。このようにバッフル板及び補助攪拌器具を用いることで、粉体や固形物を下方に送り込む循環流を形成できることも報告されている。 Further, according to Patent Document 1, it is also proposed to provide a baffle plate on the inner wall surface of the stirring tank and to provide an auxiliary stirring device above the stirring blade when dissolving or decomposing a light powder or solid matter. There is. It has also been reported that by using the baffle plate and the auxiliary stirrer in this way, it is possible to form a circulating flow that sends powder or solid matter downward.

特開2018−027544号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-027544

ところで、気液混合装置では、通常、攪拌槽の下部から気泡を供給する。このようにして供給された気泡は、液状物の攪拌流によって拡散しようとする。このとき、内部にバッフル板を設けると攪拌流は攪拌槽内を上昇しやすくなるが、攪拌動力が弱い場合等には、このような気泡が攪拌槽の上部に至るまでに合一が進みすぎ、また、気泡が十分に拡散しない。このように攪拌動力が弱い場合等には、攪拌槽全体として混合が十分でないことがあった。 By the way, in the gas-liquid mixing device, air bubbles are usually supplied from the lower part of the stirring tank. The bubbles supplied in this way tend to be diffused by the stirring flow of the liquid material. At this time, if a baffle plate is provided inside, the stirring flow tends to rise in the stirring tank, but when the stirring power is weak, the coalescence progresses too much until such bubbles reach the upper part of the stirring tank. Also, the bubbles do not diffuse sufficiently. When the stirring power is weak as described above, the mixing of the entire stirring tank may not be sufficient.

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、ガスと液状物とを混合するために用いる気液混合装置において、攪拌動力を上げなくても、供給された気泡を攪拌槽内の全体に効率よく分散し混合することができる気液混合装置及び気液混合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a gas-liquid mixing device used for mixing a gas and a liquid substance, the supplied air bubbles can be stirred in a stirring tank without increasing the stirring power. It is an object of the present invention to provide a gas-liquid mixing device and a gas-liquid mixing method capable of efficiently dispersing and mixing the whole of the inside.

攪拌槽の内部にバッフルを設ける場合において、攪拌槽内の液状物の下部に発生する攪拌流が、攪拌槽内の液状物の上部に発生する循環流と相互に逆向きの回転方向を持って流れる場合がある。それらの流れの境界(以下、「循環流境界」ということもある。)において生じる攪拌槽の内壁から攪拌軸(攪拌槽中心)に向けた流れ(以下、「循環流境界流れ」ということもある。)が、攪拌槽の上部の循環流に属する液状物と下部の攪拌流に属する液状物との間で混合を阻害する場合がある。このような場合に、循環流境界における流れによる混合の阻害は、攪拌軸から攪拌槽の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具の一部が循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置することで抑制できる。具体的に、本発明は、以下のものを提供する。 When the baffle is provided inside the stirring tank, the stirring flow generated in the lower part of the liquid material in the stirring tank has a rotation direction opposite to that of the circulating flow generated in the upper part of the liquid material in the stirring tank. It may flow. The flow from the inner wall of the stirring tank to the stirring shaft (center of the stirring tank) generated at the boundary of those flows (hereinafter, also referred to as “circulating flow boundary”) may be referred to as “circulating flow boundary flow”. ) May hinder mixing between the liquid material belonging to the circulating flow in the upper part of the stirring tank and the liquid material belonging to the stirring flow in the lower part. In such a case, the inhibition of mixing by the flow at the circulation flow boundary is caused by a part of the auxiliary stirrer including the extending portion extending from the stirring shaft toward the inner wall of the stirring tank to the circulation flow boundary and / or its vicinity. It can be suppressed by arranging it so as to contact the range. Specifically, the present invention provides the following.

(1)第1の実施形態に係る発明は、攪拌槽と、攪拌機と、バッフル板と、ガス供給管とを備え、前記攪拌槽は、円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状であり、且つその内部に液状物を収容可能であり、前記攪拌機は、前記攪拌槽の上部より垂下した攪拌軸と、該攪拌軸に対して略垂直に設けられた攪拌翼と、該攪拌軸から該攪拌槽の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具とを有し、該延在部は、少なくともその一部が該攪拌槽内の前記液状物の上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置され、前記バッフル板は、前記攪拌槽を上面視した場合に、その幅方向を、前記攪拌槽の内壁側から前記攪拌槽の中心に向けて配置されており、前記ガス供給管は、前記攪拌槽の内部に向けてガス供給口を有し、該ガス供給口は、前記攪拌翼より下方に配置される、気液混合装置である。 (1) The invention according to the first embodiment includes a stirring tank, a stirring machine, a baffle plate, and a gas supply pipe, and the stirring tank is circular or polygonal with all angles of 90 ° or more. It has a tubular shape with a bottom surface and can accommodate liquid matter inside, and the stirrer has a stirring shaft hanging from the upper part of the stirring tank and stirring provided substantially perpendicular to the stirring shaft. It has a blade and an auxiliary stirrer including an extending portion extending from the stirring shaft toward the inner wall of the stirring tank, and the extending portion has at least a part of the liquid material in the stirring tank. The baffle plate is arranged so as to be in contact with the circulation flow boundary existing between the circulation flow generated in the upper part of the above and the stirring flow generated in the lower part thereof and / or a range in the vicinity thereof, and the baffle plate is viewed from above the stirring tank. In this case, the width direction is arranged from the inner wall side of the stirring tank toward the center of the stirring tank, and the gas supply pipe has a gas supply port toward the inside of the stirring tank. The gas supply port is a gas-liquid mixing device arranged below the stirring blade.

(2)第2の実施形態に係る発明は、第1の発明において、前記延在部は、棒形状を有する、気液混合装置である。 (2) The invention according to the second embodiment is a gas-liquid mixing device in which the extending portion has a rod shape in the first invention.

(3)第3の実施形態に係る発明は、第1又は第2の発明において、前記ガス供給管は、円環形状を有する、気液混合装置である。 (3) The invention according to the third embodiment is the gas-liquid mixing device having a ring shape in the first or second invention.

(4)第4の実施形態に係る発明は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記ガス供給管は、前記ガス供給口を複数有する、気液混合装置である。 (4) The invention according to the fourth embodiment is a gas-liquid mixing device having a plurality of gas supply ports in any one of the first to third inventions.

(5)第5の実施形態に係る発明は、ガスと液状物とを混合する気液混合方法であって、円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状の攪拌槽であって、該攪拌槽を上面視した場合に、幅方向が該攪拌槽の内壁側から該攪拌槽の中心に向かうようにバッフル板が配置された攪拌槽の内部に液状物を収容し、攪拌ガス供給管のガス供給口から該攪拌槽にガスを供給して、該液状物と該ガスとを攪拌機で混合するに際し、前記攪拌機として、前記攪拌槽の上部より垂下した攪拌軸と、該攪拌軸に対して垂直に設けられた攪拌翼と、該攪拌軸から該攪拌槽の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具とを有し、該延在部は、少なくともその一部が該攪拌槽内の前記液状物の上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置されるものを用い、前記ガス供給管として、該ガス供給口が前記攪拌翼より下方に配置されるものを用いて前記混合を行う、気液混合方法である。 (5) The invention according to the fifth embodiment is a gas-liquid mixing method in which a gas and a liquid substance are mixed, and has a circular shape or a tubular shape having a polygonal bottom surface having all angles of 90 ° or more. In the stirring tank, when the stirring tank is viewed from above, the liquid material is stored inside the stirring tank in which the baffle plate is arranged so that the width direction is from the inner wall side of the stirring tank toward the center of the stirring tank. Then, when gas is supplied to the stirring tank from the gas supply port of the stirring gas supply pipe and the liquid substance and the gas are mixed by the stirring machine, the stirring shaft and the stirring shaft hanging from the upper part of the stirring tank are used as the stirring machine. The stirring blade is provided perpendicular to the stirring shaft, and an auxiliary stirring tool including an extending portion extending from the stirring shaft toward the inner wall of the stirring tank is provided. At least a part thereof is arranged so as to be in contact with the circulating flow boundary existing between the circulating flow generated in the upper part of the liquid material in the stirring tank and the stirring flow generated in the lower part thereof and / or the vicinity thereof. This is a gas-liquid mixing method in which the mixing is performed by using a gas supply pipe whose gas supply port is arranged below the stirring blade.

本発明によれば、ガスと液状物とを混合するために用いる気液混合装置において、攪拌槽の下部から供給された気泡を攪拌槽内の全体に効率よく分散し混合することができる。 According to the present invention, in the gas-liquid mixing device used for mixing a gas and a liquid substance, air bubbles supplied from the lower part of the stirring tank can be efficiently dispersed and mixed in the entire stirring tank.

本実施形態に係る気液混合装置の横断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the gas-liquid mixing apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る気液混合装置の縦断面模式図である。It is a schematic vertical sectional view of the gas-liquid mixing apparatus which concerns on this embodiment. バッフルを設けた攪拌槽に液状物を収容しこれを攪拌した際に生じる液状物の流れを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the flow of a liquid substance generated when a liquid substance is stored in a stirring tank provided with a baffle and is stirred. 補助攪拌具の取り付け器具の模式図である。It is a schematic diagram of the attachment device of the auxiliary stirrer. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。It is a schematic view of the auxiliary stirrer which concerns on this embodiment, (a) is a top view, and (b) is a side view. 循環流境界の算出方法について説明するための気液混合装置の縦断面模式図である。It is a vertical cross-sectional schematic diagram of the gas-liquid mixing apparatus for demonstrating the calculation method of a circulation flow boundary.

以下、本発明の具体的な実施形態(以下、「本実施形態」という)について詳細に説明する。ただし、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で種々の変更が可能である。なお、各図面において同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the present invention. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.

本実施形態において、固体、液体、気体(ガス)、とは、物質の三態そのものをいう。液状物は、(純粋な)液体、ガス(ガス供給管から導入されたガスも含む)を含む液体、溶液及びスラリーを含む概念である。 In the present embodiment, the solid, liquid, and gas (gas) refer to the three states of a substance itself. Liquids are concepts that include (pure) liquids, liquids including gases (including gases introduced from gas supply pipes), solutions and slurries.

≪気液混合装置≫
本実施形態に係る気液混合装置は、攪拌槽と、攪拌機と、バッフル板と、ガス供給管とを備えるものであり、攪拌槽に収容された液状物にガスを供給して気液混合を行うものである。
≪Gas-liquid mixer≫
The gas-liquid mixing device according to the present embodiment includes a stirring tank, a stirrer, a baffle plate, and a gas supply pipe, and supplies gas to the liquid material contained in the stirring tank to perform gas-liquid mixing. It is something to do.

図1は、本実施形態に係る気液混合装置の横断面模式図である。また、図2は、本実施形態に係る気液混合装置の縦断面模式図である。図1及び図2に示すとおり、気液混合装置1は、攪拌槽11と、攪拌機12と、バッフル板13と、ガス供給管14とを備えるものである。攪拌槽11には液状物Lが収容されている。攪拌機12は、攪拌軸121と、攪拌軸121に設けられる攪拌翼122と、補助攪拌具123を有する。補助攪拌具15は、少なくともその一部が液状物Lの上部に発生する循環流と下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置される延在部124を有する。また、ガス供給管14の攪拌槽内部側の先端にはガス供給口が設けられている。なお、循環流、攪拌流及び循環流境界の詳細については、図3を用いて後述する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the gas-liquid mixing device according to the present embodiment. Further, FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of the gas-liquid mixing device according to the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the gas-liquid mixing device 1 includes a stirring tank 11, a stirring machine 12, a baffle plate 13, and a gas supply pipe 14. The liquid substance L is contained in the stirring tank 11. The stirrer 12 has a stirrer shaft 121, a stirrer blade 122 provided on the stirrer shaft 121, and an auxiliary stirrer 123. The auxiliary stirrer 15 is arranged so that at least a part thereof contacts the circulation flow boundary existing between the circulation flow generated in the upper part of the liquid material L and the stirring flow generated in the lower part and / or a range in the vicinity thereof. It has an extending portion 124. Further, a gas supply port is provided at the tip of the gas supply pipe 14 on the inner side of the stirring tank. The details of the circulating flow, the stirring flow, and the circulating flow boundary will be described later with reference to FIG.

このような気液混合装置1は、例えば液状物Lにガスを供給しそのガス中の成分を液状物L中に溶解させて溶液を得るために用いることができる。また、薬液を含む液状物Lにガスを供給して薬液とガス中の成分との間で化学反応を生じさせて反応生成物を得るために用いることもできる。このように、気液混合装置1は、ガスと液状物Lを混合することを目的とする用途であれば、あらゆる用途に用いることができる。なお、気液混合装置1は、必要に応じて、攪拌槽11内に薬剤や溶媒等を供給するための供給機構を設けてもよい。 Such a gas-liquid mixing device 1 can be used, for example, to supply a gas to the liquid substance L and dissolve the components in the gas in the liquid substance L to obtain a solution. It can also be used to supply a gas to the liquid L containing the chemical solution to cause a chemical reaction between the chemical solution and the components in the gas to obtain a reaction product. As described above, the gas-liquid mixing device 1 can be used for any application as long as it is intended to mix the gas and the liquid substance L. If necessary, the gas-liquid mixing device 1 may be provided with a supply mechanism for supplying a drug, a solvent, or the like into the stirring tank 11.

図3は、バッフルを設けた攪拌槽に液状物を収容し、これを攪拌した際に生じる液状物の流れを示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic view showing the flow of the liquid material generated when the liquid material is stored in a stirring tank provided with a baffle and the liquid material is stirred.

以下、図3を用いて、循環流界面Bの形成メカニズムを説明する。攪拌槽11の内壁から攪拌軸121への流れ(循環流界面流れ)は、攪拌槽11内の液状物Lの攪拌と、液状物Lへのガスの供給と、攪拌槽11内に設けられたバッフル板13とによって生じる。 Hereinafter, the formation mechanism of the circulating flow interface B will be described with reference to FIG. The flow from the inner wall of the stirring tank 11 to the stirring shaft 121 (circulating flow interface flow) is provided in the stirring tank 11 for stirring the liquid substance L, supplying gas to the liquid substance L, and in the stirring tank 11. It is generated by the baffle plate 13.

攪拌翼122が回転すると、攪拌槽11の下部に向かって液状物が吐出され、攪拌による流れが発生する。その攪拌による流れのうち攪拌軸121に平行な成分は、攪拌翼122から攪拌槽11の底面に向かう流れになる。また、攪拌軸121に垂直な成分は攪拌翼122から攪拌槽11の内壁に向かうが、この成分は攪拌翼122の回転方向の成分を持つ旋回流れである。 When the stirring blade 122 rotates, a liquid substance is discharged toward the lower part of the stirring tank 11, and a flow due to stirring is generated. Of the flow due to the stirring, the component parallel to the stirring shaft 121 becomes a flow from the stirring blade 122 toward the bottom surface of the stirring tank 11. Further, the component perpendicular to the stirring shaft 121 goes from the stirring blade 122 to the inner wall of the stirring tank 11, and this component is a swirling flow having a component in the rotation direction of the stirring blade 122.

攪拌による流れのうち攪拌槽11の底面に向かう主要な成分は、攪拌槽11の底面に衝突し、そのまま底面に沿って攪拌槽11の内壁に向かう流れとなる。そして、この流れが内壁に衝突すると、その後、内壁に沿って上方に向かう流れとなる。 Of the flow due to stirring, the main component toward the bottom surface of the stirring tank 11 collides with the bottom surface of the stirring tank 11 and becomes a flow that directly follows the bottom surface toward the inner wall of the stirring tank 11. Then, when this flow collides with the inner wall, it becomes a flow upward along the inner wall.

攪拌による流れのうち攪拌軸121に垂直な成分は、攪拌槽11の内壁に衝突した後、内壁に沿って攪拌羽根の回転方向に旋回する流れとなる。しかしながら、バッフル板13が設置されていることにより、バッフル板13と衝突して流れの方向が変わり、攪拌軸121に垂直な成分と合流し、上方に向かう上昇流となる。 Of the flow due to stirring, the component perpendicular to the stirring shaft 121 collides with the inner wall of the stirring tank 11 and then swirls along the inner wall in the rotation direction of the stirring blade. However, since the baffle plate 13 is installed, it collides with the baffle plate 13 and changes the direction of the flow, merges with the component perpendicular to the stirring shaft 121, and becomes an upward flow.

また、攪拌槽11内の液状物は、攪拌機12による攪拌によって攪拌槽11内を循環している。攪拌による流れのうち攪拌槽11の内壁に沿って上昇流となり、循環流境界Bに沿う流れとなり最終的に攪拌翼122の上部に到達する。この流れはそこから再度、攪拌槽11内を攪拌軸121方向に向かう流れとなって攪拌槽11の下部に向かって吐出される。攪拌槽11内の液状物が絶えず以上のことを繰り返して、循環する攪拌流Sを形成する。 Further, the liquid material in the stirring tank 11 circulates in the stirring tank 11 by stirring by the stirring machine 12. Of the flow due to stirring, the flow becomes an ascending flow along the inner wall of the stirring tank 11, becomes a flow along the circulation flow boundary B, and finally reaches the upper part of the stirring blade 122. From there, this flow becomes a flow toward the stirring shaft 121 again in the stirring tank 11 and is discharged toward the lower part of the stirring tank 11. The liquid material in the stirring tank 11 constantly repeats the above to form a circulating stirring flow S.

一方、ガス供給管14から供給されたガスは、攪拌槽11内の液状物L中で気泡となる。気泡には、周囲の液成物Lとの密度差によって浮力が生じる。ここで、攪拌による流れは、攪拌翼122からガス供給管14、ガス供給管14から攪拌槽11の底面、内壁、循環流境界B、循環流境界Bの攪拌軸121の近傍と進むにつれて流速が遅くなり、流れ中の気泡を分裂させる力(いわゆる剪断応力)も小さくなる。このようにして遅くなった攪拌による流れの中では、気泡同士が合一し、次第に気泡径が大きくなってゆく。気泡に生ずる浮力は、気泡の径の3乗に比例する。また、気泡と流れとの間に生ずる抗力は、気泡の径の2乗に比例する。したがって、気泡がある程度大きくなると、浮力が、攪拌槽11内の下降流の間に作用する抗力よりも強くなり、下降流を離れて気泡が浮上するようになる。下降流を離れて浮上する気泡が発生することによって、気泡に働く液の抗力の反作用が生じ、その気泡の周囲の流れは上昇流となる。したがって、攪拌軸121付近において、攪拌槽11の特定の高さを境界として、それよりも上部は上昇流、それよりも下部は下降流となる。このようにして、攪拌流Sの上部に攪拌軸121に生じる上昇流を含む攪拌流Sとは逆回転の循環流Cが形成される。この逆回転の循環流Cは、攪拌槽11の内壁近傍を経て、攪拌軸121へ流れる流れが攪拌流Cの上部の流れと接した状態となる。この浮力による循環流Cと攪拌流Sの接した部分に循環流界面Bが形成され、攪拌槽11から攪拌軸121に向けた循環流界面流れが生じる。 On the other hand, the gas supplied from the gas supply pipe 14 becomes bubbles in the liquid material L in the stirring tank 11. Buoyancy is generated in the bubbles due to the difference in density from the surrounding liquid product L. Here, the flow rate due to stirring increases from the stirring blade 122 to the gas supply pipe 14, and from the gas supply pipe 14 to the bottom surface of the stirring tank 11, the inner wall, the circulation flow boundary B, and the vicinity of the stirring shaft 121 of the circulation flow boundary B. It becomes slower and the force to split the bubbles in the flow (so-called shear stress) becomes smaller. In the flow by stirring slowed down in this way, the bubbles coalesce and the bubble diameter gradually increases. The buoyancy generated in a bubble is proportional to the cube of the diameter of the bubble. Also, the drag generated between the bubble and the flow is proportional to the square of the diameter of the bubble. Therefore, when the bubbles become large to some extent, the buoyancy becomes stronger than the drag force acting during the descending flow in the stirring tank 11, and the bubbles float away from the descending flow. The generation of bubbles that float away from the downward flow causes a reaction of the drag of the liquid acting on the bubbles, and the flow around the bubbles becomes an upward flow. Therefore, in the vicinity of the stirring shaft 121, with a specific height of the stirring tank 11 as a boundary, the upper part of the stirring tank 11 becomes an upward flow, and the lower part thereof becomes a downward flow. In this way, a circulating flow C that rotates in the opposite direction to the stirring flow S including the rising flow generated on the stirring shaft 121 is formed above the stirring flow S. In this reverse rotation circulation flow C, the flow flowing to the stirring shaft 121 via the vicinity of the inner wall of the stirring tank 11 is in contact with the flow above the stirring flow C. A circulating flow interface B is formed at a portion where the circulating flow C and the stirring flow S are in contact with each other due to this buoyancy, and a circulating flow interface flow from the stirring tank 11 toward the stirring shaft 121 is generated.

本実施形態に係る気液混合装置1においては、循環流界面Bに、攪拌軸121から攪拌槽11の内壁に向けて延在する延在部124を含む補助攪拌具123を設けて、攪拌軸121の回転にしたがい、攪拌翼122とともに回転させる。これにより、循環流境界流れを、この補助攪拌具及びこの補助攪拌具123が生成する流れに衝突させて循環流境界流れとは異なる流れを作ることで、攪拌槽11内の液状物Lの上部と下部との間の混合を促進することができる。 In the gas-liquid mixing device 1 according to the present embodiment, an auxiliary stirrer 123 including an extending portion 124 extending from the stirring shaft 121 toward the inner wall of the stirring tank 11 is provided at the circulation flow interface B, and the stirring shaft is provided. According to the rotation of 121, it is rotated together with the stirring blade 122. As a result, the circulating flow boundary flow is made to collide with the auxiliary stirrer and the flow generated by the auxiliary stirrer 123 to create a flow different from the circulating flow boundary flow, whereby the upper part of the liquid material L in the stirring tank 11 is formed. Can promote mixing between the bottom and the bottom.

以下、図1及び図2を用いて、気液混合装置1について、より詳細に説明する。 Hereinafter, the gas-liquid mixing device 1 will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.

[攪拌槽]
攪拌槽11は、円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状の槽(容器)である。この攪拌槽11は、少なくとも一方の端部(底面)が閉じており、その内部に液状物Lを収容可能である。一方で、他方の端部(上面)は、開いていても、閉じていてもよい。
[Stirring tank]
The stirring tank 11 is a cylindrical tank (container) having a circular bottom shape or a polygonal bottom surface having all angles of 90 ° or more. At least one end (bottom surface) of the stirring tank 11 is closed, and the liquid substance L can be contained therein. On the one hand, the other end (upper surface) may be open or closed.

上面(閉じている場合)及び底面としては、それぞれが平面となるものに限定されず、垂直方向に切断した縦断面図において上面や底面に曲率を有する部分を含むものや、上面や底面と内壁との間に曲率を有する部分を含むものを用いることができる。 The upper surface (when closed) and the lower surface are not limited to those that are flat, respectively, and include a portion having a curvature on the upper surface or the bottom surface in a vertical cross-sectional view cut in the vertical direction, or the upper surface, the bottom surface, and the inner wall. Those including a portion having a curvature between and can be used.

撹拌槽の底面形状が多角形である場合、多角形の全ての角が90°以上であれば特に限定されないが、100°以上であることが好ましく、110°以上であることがより好ましく、120°以上であることがさらに好ましく、130°以上であることが特に好ましい。 When the bottom surface shape of the stirring tank is a polygon, it is not particularly limited as long as all the angles of the polygon are 90 ° or more, but it is preferably 100 ° or more, more preferably 110 ° or more, and 120 °. It is more preferably ° or more, and particularly preferably 130 ° or more.

上述したとおり、液状物Lとしては、特に限定されず、溶液状の液を用いることも、溶媒に固形分が分散されたスラリー状の液を用いることもできる。薬液等としては、化学反応に寄与するもの、更には薬液の成分調整剤や化学反応に寄与しない微量の分散剤や界面活性剤なども含むこともできる。また、薬液等を含む液には溶剤や希釈液等の液も含むことができる。この内部で化学反応が生じる場合、その種類についても特に限定されない。 As described above, the liquid L is not particularly limited, and a solution-like liquid or a slurry-like liquid in which a solid content is dispersed in a solvent can be used. The chemical solution and the like may include those that contribute to the chemical reaction, as well as a component modifier of the chemical solution, a trace amount of dispersant and a surfactant that do not contribute to the chemical reaction, and the like. Further, the liquid containing the chemical liquid and the like can also include a liquid such as a solvent and a diluting liquid. When a chemical reaction occurs inside this, the type is not particularly limited.

[攪拌機]
攪拌機12は、攪拌槽11の上部より垂下した攪拌軸121と、その攪拌軸121に対して垂直に設けられた攪拌翼122と、攪拌軸12から攪拌槽11の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具123とを有するものである。この攪拌機12は、例えばモーターを有し、このモーターの回転が攪拌軸12に伝達されて攪拌する、攪拌軸12が回転軸として回転することで、攪拌槽11に収容された液状物Lを攪拌して攪拌流を生じさせ、この攪拌流によってガス供給管14から供給されるガスと混合するものである。
[Stirrer]
The stirrer 12 includes a stirring shaft 121 hanging from the upper part of the stirring tank 11, a stirring blade 122 provided perpendicular to the stirring shaft 121, and a spreading extending from the stirring shaft 12 toward the inner wall of the stirring tank 11. It has an auxiliary stirrer 123 including an existing part. The stirrer 12 has, for example, a motor, and the rotation of the motor is transmitted to the stirring shaft 12 to stir. The stirring shaft 12 rotates as a rotating shaft to stir the liquid material L contained in the stirring tank 11. A stirring flow is generated, and the stirring flow mixes with the gas supplied from the gas supply pipe 14.

攪拌翼122としては、軸流を発生させ得るものであれば特に限定されず、具体的に、図1及び図2に示すプロペラ翼や、パドル翼を用いることができる。また、攪拌翼122としては、軸ブレを防止するために、2枚以上の攪拌羽根から構成されるものを用いることが好ましい。例えば攪拌翼122としてプロペラ翼を用いる場合、羽根の数は3枚以上であってよい。また、攪拌翼122としてパドル翼を用いる場合、羽根の数は2枚以上であってよい。いずれの場合も、羽根の数は、例えば16枚以下であることが好ましいが、17枚以上であってもよい。 The stirring blade 122 is not particularly limited as long as it can generate an axial flow, and specifically, the propeller blade and the paddle blade shown in FIGS. 1 and 2 can be used. Further, as the stirring blade 122, it is preferable to use one composed of two or more stirring blades in order to prevent shaft shake. For example, when a propeller blade is used as the stirring blade 122, the number of blades may be three or more. When a paddle blade is used as the stirring blade 122, the number of blades may be two or more. In any case, the number of blades is preferably 16 or less, for example, but may be 17 or more.

また、攪拌軸121は、攪拌槽11の横断面図において、その中心が攪拌槽11の断面の中心と一致するように配置することが好ましい。 Further, it is preferable that the stirring shaft 121 is arranged so that the center thereof coincides with the center of the cross section of the stirring tank 11 in the cross-sectional view of the stirring tank 11.

[バッフル板]
バッフル板13は、攪拌槽11内に配置されており、攪拌槽11を上面視した場合に、その幅方向を、攪拌槽11の内壁側から攪拌槽11の中心に向けて、起立して配置されるものである。攪拌機12によって発生した液状物の流れは、主として水平方向に旋回する流れであるが、バッフル板13を用いることにより、垂直(上下)方向の流れをより強いものとすることができる。しかしながら、この垂直(上下)方向の流れが弱い場合、攪拌槽11の下部に発生する攪拌流が上部まで到達せずに、攪拌槽11の上部に発生する循環流と相互に逆向きの回転方向を持って流れる。この下部の攪拌流と、上部の循環流の境界(循環流境界)では、双方の流れはいずれも攪拌槽11から攪拌軸121へ向けて流れて強め合う。このようにして、循環流境界に発生した攪拌槽11から攪拌軸121への方向の強い流れ(循環流境界流れ)が、攪拌槽11上部と下部の間の混合を阻害する。
[Baffle board]
The baffle plate 13 is arranged in the stirring tank 11, and when the stirring tank 11 is viewed from above, the baffle plate 13 is arranged upright from the inner wall side of the stirring tank 11 toward the center of the stirring tank 11. Is to be done. The flow of the liquid material generated by the stirrer 12 is mainly a flow that swirls in the horizontal direction, but by using the baffle plate 13, the flow in the vertical (vertical) direction can be made stronger. However, when the flow in the vertical (vertical) direction is weak, the stirring flow generated in the lower part of the stirring tank 11 does not reach the upper part, and the rotation direction is opposite to that of the circulating flow generated in the upper part of the stirring tank 11. Flow with. At the boundary between the lower stirring flow and the upper circulating flow (circulating flow boundary), both flows flow from the stirring tank 11 toward the stirring shaft 121 and strengthen each other. In this way, the strong flow in the direction from the stirring tank 11 to the stirring shaft 121 (circulating flow boundary flow) generated at the circulation flow boundary hinders mixing between the upper part and the lower part of the stirring flow tank 11.

ここでバッフル板13の高さとは、攪拌槽11の長手方向における距離をいう。また、バッフル板13の幅とは、攪拌槽の内槽から中心軸へ向かう方向におけるバッフル(邪魔板)の幅をいい、攪拌槽11を上面視した場合のバッフル13の面の水平方向の長さである。 Here, the height of the baffle plate 13 means the distance in the longitudinal direction of the stirring tank 11. The width of the baffle plate 13 means the width of the baffle (obstruction plate) in the direction from the inner tank of the stirring tank toward the central axis, and is the horizontal length of the surface of the baffle 13 when the stirring tank 11 is viewed from above. That's right.

バッフル板13の高さとしては、特に限定されないが、攪拌槽11の底面から液面までの距離である、液状物の液高さより高いものを用いることが好ましい。なお、バッフル板13は底面に接して配置しなくてもよい。 The height of the baffle plate 13 is not particularly limited, but it is preferable to use one that is higher than the liquid height of the liquid material, which is the distance from the bottom surface of the stirring tank 11 to the liquid surface. The baffle plate 13 does not have to be arranged in contact with the bottom surface.

バッフル板13としては、1つ又は複数を用いることができる。攪拌槽11内の攪拌効率をさらに高める観点から、バッフル板13を複数用いることが好ましい。バッフル板13を複数用いる場合、攪拌槽11内の攪拌効率をより一層高める観点から、攪拌槽11を上面視した場合において、均等間隔に配置することが好ましい。 As the baffle plate 13, one or a plurality of baffle plates 13 can be used. From the viewpoint of further increasing the stirring efficiency in the stirring tank 11, it is preferable to use a plurality of baffle plates 13. When a plurality of baffle plates 13 are used, it is preferable to arrange them at equal intervals when the stirring tank 11 is viewed from above from the viewpoint of further improving the stirring efficiency in the stirring tank 11.

なお、バッフル板13は、攪拌槽11の内壁や底部に必ずしも接触している必要はなく、攪拌槽11の内壁や底部から離間していてもよい。 The baffle plate 13 does not necessarily have to be in contact with the inner wall or bottom of the stirring tank 11, and may be separated from the inner wall or bottom of the stirring tank 11.

[補助攪拌具]
補助攪拌具123は、攪拌軸121から攪拌槽11の内壁に向けて延在する延在部124を含むものである。そして、延在部124は、少なくともその一部及び補助攪拌具123の延在部124が回転することによって生ずる流れ(近傍範囲に生じる有効流れ)が攪拌槽内の液状物Lの上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界B及び/又はその近傍範囲に接触するように配置される。すなわち、補助攪拌具123は、少なくとも攪拌軸121の攪拌翼22よりも上方の部分から攪拌槽11の内壁に向けて延在する延在部124を有する。
[Auxiliary stirrer]
The auxiliary stirrer 123 includes an extending portion 124 extending from the stirring shaft 121 toward the inner wall of the stirring tank 11. Then, at least a part of the extending portion 124 and the flow generated by the rotation of the extending portion 124 of the auxiliary stirrer 123 (effective flow generated in the vicinity range) are generated in the upper part of the liquid material L in the stirring tank. It is arranged so as to be in contact with the circulating flow boundary B and / or the vicinity thereof existing between the circulating flow and the agitated flow generated below it. That is, the auxiliary stirrer 123 has an extending portion 124 extending from at least a portion of the stirring shaft 121 above the stirring blade 22 toward the inner wall of the stirring tank 11.

ガス供給管14のガス供給口より供給された気泡は、攪拌により攪拌槽11内の液状物Lの流れに乗って、最終的に、攪拌軸121近傍で気泡の合一が進む。成長した気泡が持つ浮力が、攪拌槽11内で下降する流れによって生じる抗力よりも大きい場合に、攪拌槽11内には内壁側から攪拌槽11の中心軸側への流れが安定的に発生する。この循環流境界流れは、せん断力をほぼ有しないため、この流れを境界として、上部と下部との間で混合がほぼ行われない。 The bubbles supplied from the gas supply port of the gas supply pipe 14 ride on the flow of the liquid substance L in the stirring tank 11 by stirring, and finally the bubbles are united in the vicinity of the stirring shaft 121. When the buoyancy of the grown bubbles is larger than the drag generated by the flow descending in the stirring tank 11, the flow from the inner wall side to the central axis side of the stirring tank 11 is stably generated in the stirring tank 11. .. Since this circulating flow boundary flow has almost no shearing force, mixing is hardly performed between the upper part and the lower part with this flow as a boundary.

そこで、このような位置に補助攪拌具123を設けて、攪拌軸121の回転にしたがって攪拌翼122とともに回転させる。これにより、循環流境界流れをこの補助攪拌具及び補助攪拌具123の延在部124が回転することによって生ずる流れに衝突させ、その部分で混合しつつ、かつ循環流境界流れとは異なる上下方向の流れとなる。上方向の流れは槽上部の循環流Cと混合し、下方向の流れは槽下部の攪拌流Sと混合する。したがって攪拌槽11内の液状物Lの上部と下部との間の混合を促進することができる。 Therefore, the auxiliary stirrer 123 is provided at such a position, and is rotated together with the stirring blade 122 according to the rotation of the stirring shaft 121. As a result, the circulating flow boundary flow collides with the flow generated by the rotation of the auxiliary stirrer and the extending portion 124 of the auxiliary stirrer 123, and while mixing at that portion, the vertical direction is different from that of the circulating flow boundary flow. It becomes the flow of. The upward flow mixes with the circulating flow C at the top of the tank, and the downward flow mixes with the stirring flow S at the bottom of the tank. Therefore, mixing between the upper part and the lower part of the liquid material L in the stirring tank 11 can be promoted.

補助攪拌具123としては、攪拌槽11、攪拌軸121、攪拌翼122等の形状や大きさ、補助攪拌具123を設置するときの回転動力の増加等を考慮して適宜設計することができる。 The auxiliary stirrer 123 can be appropriately designed in consideration of the shape and size of the stirring tank 11, the stirring shaft 121, the stirring blade 122, etc., the increase in rotational power when the auxiliary stirrer 123 is installed, and the like.

補助攪拌具15の質量としては、特に限定されないが、初期の攪拌動力を上げずに攪拌効率を高める観点から、攪拌軸121と攪拌翼122の合計質量の1/2以下であることが好ましい。ただし、撹拌軸121が回り始めれば、大きな撹拌動力を要しないので、補助攪拌具15の質量は、攪拌軸121と攪拌翼122の合計質量の1/2超であってよい。 The mass of the auxiliary stirrer 15 is not particularly limited, but is preferably 1/2 or less of the total mass of the stirring shaft 121 and the stirring blade 122 from the viewpoint of increasing the stirring efficiency without increasing the initial stirring power. However, if the stirring shaft 121 starts to rotate, a large stirring power is not required, so that the mass of the auxiliary stirring tool 15 may be more than 1/2 of the total mass of the stirring shaft 121 and the stirring blade 122.

図4は、補助攪拌具の取り付け器具の模式図である。この図4に示すように、補助攪拌具123aとしては、例えば攪拌軸の周囲の少なくとも一部を覆う取り付け器具125aにおいて、外方側の面から延在するように延在部124を形成することができる。攪拌軸と延在部が一体をなして形成してもよい。 FIG. 4 is a schematic view of an auxiliary stirrer attachment device. As shown in FIG. 4, as the auxiliary stirrer 123a, for example, in the mounting device 125a that covers at least a part around the stirring shaft, the extending portion 124 is formed so as to extend from the outer surface. Can be done. The stirring shaft and the extending portion may be integrally formed.

補助攪拌具123の形状としては、撹拌軸121を中心とする円盤状以外のもので、循環流境界B及び/又はその近傍範囲に接触し得る形状であれば特に限定されず、棒状、板状等や、棒状の部位を組み合わせたもの等(例えば図9参照)あらゆる形状のものであってよい。攪拌槽11内の液状物の上部の循環流Cと下部の攪拌流Sとをより効率的に混合する観点から、補助攪拌具123の回転軸121を回転軸として形成される回転体の体積を小さくすることが好ましい。例えば、矩形板状の補助攪拌具123の幅方向を、攪拌槽11の上下方向に一致させて配置するよりも、矩形枠状(例えば「ロ」の字型)の補助攪拌具123の幅方向を、攪拌槽11の上下方向に一致させて配置する方が、回転体の体積が少なくなり好ましい。これにより、補助器具に必要な動力が少なくなる。ただし、棒状の補助攪拌具を攪拌軸121に対して垂直に交差した状態で用いた場合、混合の効果が得られる範囲は、攪拌槽11の上下方向に狭いものとなる。 The shape of the auxiliary stirrer 123 is not particularly limited as long as it has a shape other than the disk shape centered on the stirring shaft 121 and can come into contact with the circulation flow boundary B and / or its vicinity, and is rod-shaped or plate-shaped. Etc., a combination of rod-shaped parts, etc. (see, for example, FIG. 9) may have any shape. From the viewpoint of more efficiently mixing the upper circulation flow C and the lower stirring flow S of the liquid material in the stirring tank 11, the volume of the rotating body formed with the rotating shaft 121 of the auxiliary stirrer 123 as the rotating shaft is defined. It is preferable to make it smaller. For example, rather than arranging the rectangular plate-shaped auxiliary stirrer 123 so as to coincide with the vertical direction of the stirring tank 11, the width direction of the rectangular frame-shaped (for example, "R" -shaped) auxiliary stirrer 123 Is arranged so as to coincide with the vertical direction of the stirring tank 11, because the volume of the rotating body is reduced, which is preferable. This reduces the power required for the assistive device. However, when the rod-shaped auxiliary stirrer is used in a state where it intersects the stirring shaft 121 perpendicularly, the range in which the mixing effect can be obtained is narrow in the vertical direction of the stirring tank 11.

補助攪拌具123の数としては、1以上であれば特に限定されない。また、補助攪拌具123の大きさとしては、循環流境界B及び/又はその近傍範囲に接触し得る形状であれば特に限定されない。 The number of auxiliary stirrers 123 is not particularly limited as long as it is 1 or more. Further, the size of the auxiliary agitator 123 is not particularly limited as long as it has a shape capable of contacting the circulation flow boundary B and / or a range in the vicinity thereof.

図5〜11は、本実施形態に係る補助攪拌具の模式図であり、(a)は上面模式図、(b)側面模式図である。なお、補助攪拌具の「上面」、「側面」は、補助攪拌具の設置状態において、攪拌槽の「上面」、「側面」と一致する。 5 to 11 are schematic views of the auxiliary stirrer according to the present embodiment, (a) is a schematic view of the upper surface, and (b) is a schematic view of the side surface. The "upper surface" and "side surface" of the auxiliary stirrer coincide with the "upper surface" and "side surface" of the stirring tank in the installed state of the auxiliary stirrer.

図5に示す補助攪拌具123bは、取り付け器具125bから延在して一直線上に配置された2つの延在部124bを有するものであり、側面図(図5(b))に示すとおり、2つの延在部124bは一の水平面に配置されている。 The auxiliary stirrer 123b shown in FIG. 5 has two extending portions 124b extending from the attachment device 125b and arranged in a straight line, and as shown in the side view (FIG. 5B), 2 The two extending portions 124b are arranged on one horizontal plane.

図6に示す補助攪拌具123cは、取り付け器具125cから延在して一直線上に配置された2つの延在部124cを有するものであり、側面図(図6(b))に示すとおり、2つの延在部124cが水平方向から30°の角度をなして配置されている。 The auxiliary stirrer 123c shown in FIG. 6 has two extending portions 124c extending in a straight line extending from the attachment 125c, and as shown in the side view (FIG. 6B), 2 The two extending portions 124c are arranged at an angle of 30 ° from the horizontal direction.

図7に示す補助攪拌具123dは、取り付け器具125dから延在して一直線状に配置された二つの延在部124dを有するものであり、2つの延在部124dの取り付け器具125d側端部と異なる端部に、上下にさらに延在した形状を有しているものである。すなわち、このような形状は、側面図(図7(b))に示すとおり、2つの延在部124dにより「H」の文字を形成している。 The auxiliary stirrer 123d shown in FIG. 7 has two extending portions 124d extending in a straight line from the attachment 125d, and the two extending portions 124d have the attachment 125d side end. It has a shape that extends further up and down at different ends. That is, as shown in the side view (FIG. 7 (b)), such a shape forms the letter "H" by the two extending portions 124d.

図8に示す補助攪拌具123eは、取り付け器具125eから延在して配置された4つの延在部124eを有するものである。上面図(図8(a))において、4つの延在部124eがいずれも、隣接する2つ延在部と直角をなして配置される。なお、側面図(図8(b))に示すとおり、4つの延在部124eは一の水平面内に配置されている。 The auxiliary stirrer 123e shown in FIG. 8 has four extending portions 124e extending from the attachment device 125e. In the top view (FIG. 8A), all four extending portions 124e are arranged at right angles to two adjacent extending portions. As shown in the side view (FIG. 8B), the four extending portions 124e are arranged in one horizontal plane.

図9に示す補助攪拌具123fは、取り付け器具125fから8本延在した棒状部位が、取り付け器具125f側端部と異なる端部側で、一の円環状部位と接合して構成されるものである。なお、側面図(図9(b))に示すとおり、延在部124fは一の水平面内に配置されている。 The auxiliary stirrer 123f shown in FIG. 9 is formed by joining eight rod-shaped portions extending from the mounting device 125f to one annular portion on the end side different from the mounting device 125f side end. is there. As shown in the side view (FIG. 9B), the extending portion 124f is arranged in one horizontal plane.

図10に示す補助攪拌具123gは、図9に示す補助攪拌具123fの円環部位を部分的に切断したものと考えることもできる。補助攪拌具123gは、延在部124eを有するものである。上面図(図10(a))において、4つの延在部124gがいずれも、隣接する2つ延在部と直角をなして配置される。そして、取り付け器具125g側端部と異なる端部に、水平方向に延在部と略垂直をなしてさらに延在した形状を有している。なお、側面図(図10(b))に示すとおり、4つの延在部124gは一の水平面内に配置されている。 The auxiliary stirrer 123g shown in FIG. 10 can be considered to be a partially cut portion of the annular portion of the auxiliary stirrer 123f shown in FIG. The auxiliary stirrer 123g has an extending portion 124e. In the top view (FIG. 10A), all four extending portions 124g are arranged at right angles to the two adjacent extending portions. The end portion different from the 125 g side end portion of the attachment has a shape that extends substantially perpendicular to the extending portion in the horizontal direction. As shown in the side view (FIG. 10B), the four extending portions 124g are arranged in one horizontal plane.

図11に示す補助攪拌具123hは、取り付け器具125hから延在して配置された6つの延在部124hを有するものである。上面図(図11(a))において、6つの延在部124hがいずれも、隣接する2つ延在部と60°をなして配置される。なお、側面図(図11(b))に示すとおり、6つの延在部124hは一の水平面内に配置されている。 The auxiliary stirrer 123h shown in FIG. 11 has six extending portions 124h extending from the attachment device 125h. In the top view (FIG. 11A), all six extending portions 124h are arranged so as to form 60 ° with two adjacent extending portions. As shown in the side view (FIG. 11B), the six extending portions 124h are arranged in one horizontal plane.

(循環流境界の決定)
以下、循環流境界の位置(攪拌槽11の底部からの高さ)の決定方法について説明する。循環流境界は、攪拌槽11内の液状物の流れを、流向計を徐々に垂下しながら測定した場合に、上向きの流れと下向き流れが急激に変化する点である。なお、装置(大きさ、形状)、攪拌翼(大きさ、形状)、攪拌数、液状物の量、種類、ガスの供給量、気泡径等が変化すると、循環流境界も変化するので、実際の混合環境に近づけるようにする。
(Determination of circulating flow boundary)
Hereinafter, a method for determining the position of the circulation flow boundary (height from the bottom of the stirring tank 11) will be described. The circulation flow boundary is a point where the upward flow and the downward flow suddenly change when the flow of the liquid material in the stirring tank 11 is measured while gradually hanging down the flow direction meter. If the device (size, shape), stirring blade (size, shape), number of stirrings, amount of liquid material, type, gas supply amount, bubble diameter, etc. change, the circulation flow boundary also changes, so it is actually Try to get closer to the mixed environment of.

また、循環流境界の位置(攪拌槽11の底部からの高さ)は、計算によって算出することもできる。以下、図12を用いて詳細に説明する。図12は、循環流境界の算出方法について説明するための気液混合装置の縦断面模式図である。 The position of the circulation flow boundary (height from the bottom of the stirring tank 11) can also be calculated by calculation. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic vertical cross-sectional view of a gas-liquid mixing device for explaining a method of calculating a circulating flow boundary.

攪拌槽11の内壁側の循環流境界高さをSとし、攪拌軸121側の循環流境界の高さをSとする。なお、循環流境界の高さは、攪拌槽11の底部からの距離とする。攪拌槽11の内壁側の循環流境界高さS及び攪拌軸121側の循環流境界の高さの差をyとすると、

Figure 2021098152
と表すことができる。 The inner wall of the circulation flow boundary height of the agitating tank 11 and S s, the height of the circulation flow boundary of the stirring shaft 121 side and S e. The height of the circulation flow boundary is the distance from the bottom of the stirring tank 11. Let y be the difference between the height S s of the circulating flow boundary on the inner wall side of the stirring tank 11 and the height of the circulating flow boundary on the stirring shaft 121 side.
Figure 2021098152
It can be expressed as.

発明者の実験により、攪拌軸からの距離rにおける流速vを

Figure 2021098152
で表すと仮定し、反応槽内の代表流速をVとした場合に、
Figure 2021098152
と表すことができることが分かった。式(3)を用いた場合、高さSは攪拌槽11の代表長Lの10%以内の誤差で推定可能である。 By our experiments, the flow velocity v at a distance r 3 from the stirring shaft
Figure 2021098152
Assuming that it is represented by, and the representative flow velocity in the reaction vessel is V 2 ,
Figure 2021098152
It turned out that it can be expressed as. When using the equation (3) can be estimated with high S e is the error of within 10% of the characteristic length L of the agitating tank 11.

なお、Vは攪拌翼11からの吐出流量Vと液状物の体積から算出ができ、吐出流量Vは、d(攪拌槽11の径)/r(攪拌翼122の直径)を用いて

Figure 2021098152
で表すことができる。 Note that V 2 can be calculated from the discharge flow rate V s from the stirring blade 11 and the volume of the liquid material, and the discharge flow rate V s uses d (diameter of the stirring tank 11) / r 2 (diameter of the stirring blade 122). hand
Figure 2021098152
Can be represented by.

また、循環流境界流れは、攪拌槽11の底部から内壁に沿って生じた上昇する流れと、攪拌槽11の上部(液面)から内壁に沿って生じた下降する流れが合流する流れと捉えることも可能である。 Further, the circulating flow boundary flow is regarded as a flow in which an ascending flow generated from the bottom of the stirring tank 11 along the inner wall and a descending flow generated from the upper part (liquid level) of the stirring tank 11 along the inner wall merge. It is also possible.

仮に、攪拌槽11の底面近傍での液状物の代表速度Vbtmと液面での液状物の代表速度Vtopとを流速計で測定できる場合、攪拌槽11内の液状物の高さ(液面の高さ)hと、攪拌槽の底面から攪拌翼の最上部までの高さimptopとして、Sを以下のように求めてもよい。

Figure 2021098152
If the representative velocity V btm of the liquid substance near the bottom surface of the stirring tank 11 and the representative velocity V top of the liquid substance on the liquid surface can be measured with a flow velocity meter, the height of the liquid substance in the stirring tank 11 (liquid). As the surface height) h and the height imp top from the bottom surface of the stirring tank to the top of the stirring blade, S s may be obtained as follows.
Figure 2021098152

また、攪拌翼11の回転半径をr、攪拌翼122の回転数をωとすると、攪拌翼122から吐出される液状物の平均速度vは、攪拌翼122から吐出される液状物量Vを吐出面積πr で除した値(V/πr )である。一方、液状物量Vは、攪拌翼の直径を2rとしたとき、V∝ω×(2rと表される。攪拌翼122が有する攪拌羽根の幅Hと枚数nを考慮し、吐出方向を下方のみとすると、

Figure 2021098152
として、式(4)又は(5)に代入し、Vを算出する。 Further, assuming that the turning radius of the stirring blade 11 is r 2 and the rotation speed of the stirring blade 122 is ω, the average velocity v 1 of the liquid material discharged from the stirring blade 122 is the amount of liquid material V s discharged from the stirring blade 122. a discharge area pi] r 2 2 divided by the (V s / πr 2 2) . On the other hand, the amount of liquid material V s is expressed as V s ∝ω × (2r 2 ) 3 when the diameter of the stirring blade is 2r 2. Considering the width H of the stirring blades and the number n of the stirring blades 122, assuming that the discharge direction is only downward,
Figure 2021098152
As, into equation (4) or (5) to calculate the V 2.

(循環流境界の近傍範囲)
補助攪拌具123は回転しているため、この流れに相対して動く部分と、流れから遠ざかるように動く部分が常にある。したがって、「近傍範囲」とは、補助撹拌具123の回転半径rや回転速度ωが流速よりも小さい場合でも、流れに相対して動く部分によって攪拌槽11上部と下部との間で混合する効果が得られる程度の範囲を少なくともいう。計算によって算出する場合、例えば以下のとおり算出する。
(Near range of circulating flow boundary)
Since the auxiliary stirrer 123 is rotating, there is always a portion that moves relative to this flow and a portion that moves away from the flow. Therefore, the "neighborhood range" means that even when the radius of gyration rj or the rotation speed ω of the auxiliary stirrer 123 is smaller than the flow velocity, the mixture is mixed between the upper part and the lower part of the stirring tank 11 by the portion that moves relative to the flow. At least the range in which the effect can be obtained. When calculating by calculation, for example, it is calculated as follows.

循環流境界の攪拌槽11の内壁側の高さSと、循環流境界の攪拌軸121側の高さSとの間には、差(y)が生ずる。したがって、特に補助攪拌具123として、細い棒状又は細い棒状の部位を組み合わせたものである場合には、攪拌効率を特に高める観点から、攪拌翼122において、攪拌軸121から最端部までの水平方向の長さをr(cm)、回転速度ω(rpm)とした場合、補助攪拌具123の攪拌軸121方向における設置高さの範囲は、循環流境界から上下に、

Figure 2021098152
以内の距離である。 A difference (y) occurs between the height S s on the inner wall side of the stirring tank 11 at the circulation flow boundary and the height S e on the stirring shaft 121 side at the circulation flow boundary. Therefore, particularly when the auxiliary stirrer 123 is a combination of thin rod-shaped or thin rod-shaped portions, the stirring blade 122 has the stirring blade 122 in the horizontal direction from the stirring shaft 121 to the endmost portion from the viewpoint of particularly improving the stirring efficiency. When the length of the auxiliary stirrer 123 is r j (cm) and the rotation speed is ω (rpm), the range of the installation height of the auxiliary stirrer 123 in the direction of the stirring shaft 121 is up and down from the circulation flow boundary.
Figure 2021098152
Within a distance.

また、気泡を分裂させ、気泡の径を小さくする(小径にする)効果を十分得るには、補助攪拌具123端部の移動速度が、循環流境界の流れの流速よりも大きいことが好ましい。 Further, in order to sufficiently obtain the effect of splitting the bubbles and reducing the diameter of the bubbles (reducing the diameter), it is preferable that the moving speed of the end of the auxiliary stirrer 123 is larger than the flow velocity of the flow at the boundary of the circulating flow.

一操業中(例えば、逐次反応の運転開始から停止までの間や、一つのバッチ反応中)に、攪拌羽根の回転数を変動させる、ガスの供給量を変動させる等、操業条件を変更する場合において、その条件変更による影響で、循環流境界の高さが変化する場合には、それぞれの高さに合わせて複数の補助攪拌具123を設置してもよい。 When changing the operating conditions such as changing the rotation speed of the stirring blade or changing the gas supply amount during one operation (for example, from the start to stop of the sequential reaction or during one batch reaction). In the case where the height of the circulation flow boundary changes due to the influence of the change in the conditions, a plurality of auxiliary stirrers 123 may be installed according to the respective heights.

また、循環流境界の変動が起こりやすく、その変動がある程度の幅をもって変化するような条件で操業する場合であっても、補助攪拌具123を複数設けて一部の近傍範囲に配置することにより生ずる有効流れのみが循環流境界と接触するように配置しても十分な混合効果が得られる。 Further, even when the operation is performed under the condition that the fluctuation of the circulation flow boundary is likely to occur and the fluctuation changes with a certain width, by providing a plurality of auxiliary stirrers 123 and arranging them in a part of the vicinity range. A sufficient mixing effect can be obtained even if only the generated effective flow is arranged so as to be in contact with the circulation flow boundary.

なお、補助攪拌具として、延在部124を有する構成以外に、攪拌軸121を囲むように筒体を用いることも考えられるが、この場合には、循環流境界流れが筒体に衝突した後流速が低下し、且つ液中の剪断力が大幅に低下するため、混合効率が低下する。また、このような場合、流速と剪断力の低下から気泡が分散、分裂せず、合一が急速に進み気泡が粗大化して、気液界面の面積が減少し、溶解や反応の効率が大きく低下するおそれがある。 As the auxiliary stirrer, in addition to the configuration having the extending portion 124, it is conceivable to use a tubular body so as to surround the stirring shaft 121, but in this case, after the circulating flow boundary flow collides with the tubular body. Since the flow velocity is reduced and the shearing force in the liquid is significantly reduced, the mixing efficiency is reduced. Further, in such a case, the bubbles do not disperse and split due to the decrease in the flow velocity and the shearing force, the coalescence progresses rapidly, the bubbles become coarse, the area of the gas-liquid interface decreases, and the efficiency of dissolution and reaction becomes large. It may decrease.

また、近傍範囲を、他の計算又は実験により算出する場合、補助攪拌具123の位置を変化させながら、混合を行う実際の条件で得られた混合率が大きく変化する点とすればよい。 Further, when the neighborhood range is calculated by another calculation or an experiment, it may be a point that the mixing ratio obtained under the actual conditions of mixing is greatly changed while changing the position of the auxiliary stirrer 123.

[ガス供給管]
ガス供給口は、攪拌翼122より下方に配置される。
[Gas supply pipe]
The gas supply port is arranged below the stirring blade 122.

ガス供給管14のガス供給口より供給されたガスは、液中で気泡となり、それにより浮力が生ずる。循環流境界流れを安定した位置に定常的に存在させるためには、ガス供給管14近傍では気泡に生ずる浮力を小さい状態に保つこと、及び攪拌機12による攪拌による循環流れに乗せることが好ましい。気泡径が小さいほど浮力は小さくなるが、そのためには気泡をガス供給管14近傍で攪拌流に乗せることが好ましい。そのため、ガス供給管14の位置としては、攪拌翼122の下方に配置することが好ましい。 The gas supplied from the gas supply port of the gas supply pipe 14 becomes bubbles in the liquid, which causes buoyancy. In order for the circulating flow boundary flow to constantly exist at a stable position, it is preferable to keep the buoyancy generated in the bubbles in the vicinity of the gas supply pipe 14 in a small state and to put it on the circulating flow by stirring by the stirrer 12. The smaller the bubble diameter, the smaller the buoyancy. For that purpose, it is preferable to place the bubbles in a stirring stream near the gas supply pipe 14. Therefore, the position of the gas supply pipe 14 is preferably arranged below the stirring blade 122.

また、ガス供給管14は、単数又は複数の配管等のガス供給口を備えてよい。液状物に供給されたガスを気泡として効率良く分散させ、循環流境界流れを高さ方向に偏りが少ないように発生させるために、ガス供給管14としては、リング型スパージャーを用いることが好ましい。なお、ガスの供給は攪拌軸を中心に偏りなく配置することができれば形状は問わない。 Further, the gas supply pipe 14 may be provided with a gas supply port such as a single pipe or a plurality of pipes. It is preferable to use a ring type sparger as the gas supply pipe 14 in order to efficiently disperse the gas supplied to the liquid material as bubbles and generate the circulating flow boundary flow so as to have little bias in the height direction. .. The shape of the gas supply does not matter as long as it can be arranged evenly around the stirring shaft.

ガス供給量としては、特に限定されないが体積基準で、液状物の量に対して、毎秒1/100000以上1/100以下であることが好ましく、1/50000以上1/200以下であることがより好ましく、1/20000以上1/500以下であることがさらに好ましい。 The amount of gas supplied is not particularly limited, but is preferably 1/10000 or more and 1/100 or less per second, and more preferably 1/50000 or more and 1/200 or less with respect to the amount of liquid matter on a volume basis. It is preferably 1/20000 or more and 1/500 or less.

ガスの種類としては、特に限定されず、例えば空気、窒素、酸素等のガスを、液状物中で所望する化学反応に応じて用いることができる。なお、液状物中で薬液等を含む液とガス間でのみ反応する、直接的な薬剤として機能するガスの他に、液状物中での化学反応に影響を与える形で反応に寄与する、反応助剤として機能するガスを含むこともできる。例えば、液状物中での化学反応において、液状物中の溶存酸素がこの化学反応に影響する場合、ガス供給管14より窒素を供給して溶存酸素量を低下させることで、その影響を低減させる場合における窒素がこれに相当する。 The type of gas is not particularly limited, and for example, a gas such as air, nitrogen, or oxygen can be used in a liquid substance according to a desired chemical reaction. In addition to the gas that functions as a direct drug that reacts only between the gas and the liquid containing the chemical solution in the liquid material, the reaction that contributes to the reaction in a form that affects the chemical reaction in the liquid material. It can also contain a gas that acts as an aid. For example, in a chemical reaction in a liquid material, when dissolved oxygen in the liquid material affects this chemical reaction, the effect is reduced by supplying nitrogen from the gas supply pipe 14 to reduce the amount of dissolved oxygen. Nitrogen in the case corresponds to this.

[薬液等添加部]
本実施形態に係る気液混合装置1は、その用途に応じて、薬液等添加部(図示せず。)を設けてもよい。薬液等添加部は薬液等を、攪拌槽11の液状物中に添加するものである。
[Additional part for chemicals, etc.]
The gas-liquid mixing device 1 according to the present embodiment may be provided with a chemical solution addition unit (not shown) depending on its use. The chemical solution addition section adds the chemical solution or the like to the liquid material of the stirring tank 11.

薬液は、液状の溶液やスラリー等、又は固形物を含んだ液など、所望する化学反応に応じたものを含有させたものを使用することができる。また、薬液の成分調整剤や化学反応に寄与しない微量の分散剤や界面活性剤なども含むこともできる。 As the chemical solution, a solution containing a liquid solution, a slurry, or a solution containing a solid substance according to a desired chemical reaction can be used. It can also contain a component adjusting agent for a chemical solution, a trace amount of a dispersant and a surfactant that do not contribute to a chemical reaction, and the like.

≪気液混合方法≫
本実施形態に係る気液混合方法は、例えば上述した気液混合装置1を用いて行うことができる方法であり、具体的に、円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状の攪拌槽11であって、攪拌槽11を上面視した場合に、幅方向が攪拌槽11の内壁側から攪拌槽11の中心に向かうようにバッフル板13が配置された攪拌槽11の内部に液状物を収容し、攪拌ガス供給管のガス供給口から該攪拌槽にガスを供給して、液状物とガスとを攪拌機12で混合するに際し、攪拌機12として、攪拌槽11の上部より垂下した攪拌軸121と、攪拌軸121に対して垂直に設けられた攪拌翼122と、攪拌軸121から攪拌槽11の内壁に向けて延在する延在部124を含む補助攪拌具123とを有し、延在部124は、少なくともその一部が攪拌槽11内の液状物の上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置されるものを用い、ガス供給管14として、ガス供給口が攪拌翼122より下方に配置されるものを用いることを特徴とするものである。
≪Gas-liquid mixing method≫
The gas-liquid mixing method according to the present embodiment is, for example, a method that can be performed using the gas-liquid mixing device 1 described above, and specifically, a circular or polygonal bottom surface having all angles of 90 ° or more. A stirring tank 11 having a baffle plate 13 arranged so that the width direction is from the inner wall side of the stirring tank 11 toward the center of the stirring tank 11 when the stirring tank 11 is viewed from above. When the liquid material is housed inside the stirring gas 11 and the gas is supplied to the stirring tank from the gas supply port of the stirring gas supply pipe and the liquid material and the gas are mixed by the stirring machine 12, the stirring tank 11 is used as the stirring machine 12. Auxiliary stirrer 123 including a stirring shaft 121 hanging from the upper part, a stirring blade 122 provided perpendicular to the stirring shaft 121, and an extending portion 124 extending from the stirring shaft 121 toward the inner wall of the stirring tank 11. The extending portion 124 has a circulating flow boundary and / or a circulating flow boundary in which at least a part thereof exists between the circulating flow generated in the upper part of the liquid material in the stirring tank 11 and the stirring flow generated in the lower part thereof. It is characterized in that those arranged so as to be in contact with the vicinity range thereof are used, and as the gas supply pipe 14, one having a gas supply port arranged below the stirring blade 122 is used.

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to the following examples.

攪拌軸121側の循環流境界の高さSについて、上記式(3)により算出される値と、実測値の整合を確認すべく、以下の実験を行った。 The height S e of the circulation flow boundary of the stirring shaft 121 side, a value calculated by the equation (3), in order to verify the integrity of the measured values, the following experiment was performed.

内径dmの円筒形の攪拌槽の内壁に、幅1/11d、長さ0.96hのバッフル板n枚を、攪拌槽底面の円の中心角がいずれも等しくなるよう等間隔で設けた。 On the inner wall of a cylindrical stirring tank having an inner diameter of dm, n baffle plates having a width of 1 / 11d and a length of 0.96h were provided at equal intervals so that the central angles of the circles on the bottom surface of the stirring tank were equal.

試験No1〜4については、バッフル板は攪拌翼より下部に設置した。また、バッフル板は、攪拌槽底面及び内壁から離間させずに配置した。 For Test Nos. 1 to 4, the baffle plate was installed below the stirring blade. Further, the baffle plate was arranged so as not to be separated from the bottom surface and the inner wall of the stirring tank.

その他の例においては、バッフル板は、攪拌翼より下部に設置した。バッフル板は、攪拌槽底面から0.04h離間させた。また、バッフル板は、内壁から0.03h離間させた。 In other examples, the baffle plate was placed below the stirring blade. The baffle plate was separated from the bottom surface of the stirring tank by 0.04 h. The baffle plate was separated from the inner wall by 0.03 h.

このような攪拌槽内に、液状物を攪拌槽の高さの8割の高さ、例えば、試験No.1の場合、槽高さ0.39mに対して底部から0.31mの高さになるまで収容した。 In such a stirring tank, the liquid material is placed at a height of 80% of the height of the stirring tank, for example, Test No. In the case of 1, the tank was housed up to a height of 0.31 m from the bottom with respect to a tank height of 0.39 m.

攪拌翼は回転直径2rm、攪拌羽根の幅H、攪拌羽根数n枚であるものを用いた。攪拌翼は、試験中、回転数ωrpmで攪拌させた。 As the stirring blade, a rotating diameter of 2 rm, a width of the stirring blade H, and n number of stirring blades were used. The stirring blade was stirred at a rotation speed of ω rpm during the test.

ガス供給管は直径1/40dの円形で、直径φmm弱のガス供給口をその周方向に均等になるよう32箇所設けた。このガス供給管により、気泡径は約1mmとなる。なお、ガス供給口は全て上方を向けて配置した。ガスの供給は0.7kg/sの速度で供給した。 The gas supply pipe is circular with a diameter of 1 / 40d, and 32 gas supply ports having a diameter of less than φ mm are provided evenly in the circumferential direction. With this gas supply pipe, the bubble diameter becomes about 1 mm. All gas supply ports were arranged facing upward. The gas was supplied at a rate of 0.7 kg / s.

下記表1に、撹拌槽の内径d、攪拌槽内の液状物高さh、攪拌羽根の直径2r、攪拌羽根の幅(直径と垂直方向)H、羽根の枚数n、攪拌軸の回転数ω、攪拌軸の径rs、液面で観察される気泡径φ(予想値)、攪拌軸近傍の循環流境界の高さSの実測値(表1において、「実測値」と記載する。)及び式(3)を用いて計算したSの計算値(表1において、「Sの計算値」と記載する。)、反応容器の代表長さ、Sの誤差率を示す。なお、「Sの誤差率」とは、Sの実測値とSの計算値との差(絶対値)を、攪拌槽の代表長で除した値である。また、実測方法は、攪拌槽内の液状物の流れを、流向計を徐々に垂下しながら測定した場合に、上向きの流れと下向き流れが急激に変化する点である。 Table 1 below shows the inner diameter d of the stirring tank, the height of the liquid material in the stirring tank h, the diameter of the stirring blade 2r, the width of the stirring blade (in the direction perpendicular to the diameter) H, the number of blades n, and the number of rotations of the stirring shaft ω. , the diameter of the stirring shaft rs, bubble size phi (expected value) observed in the liquid surface, the measured value of the height S e of the circulation flow boundary of the stirring shaft near (in Table 1, referred to as "measured value".) and the calculated value of S e calculated using equation (3) (in Table 1, referred to as "calculated value of S e".) shows a representative length of the reaction vessel, the error rate of the S e. Incidentally, the "error rate S e", the difference between the calculated value of the measured values and S e of S e (absolute value) is a value obtained by dividing the characteristic length of the agitating tank. Further, the actual measurement method is a point in which the upward flow and the downward flow suddenly change when the flow of the liquid substance in the stirring tank is measured while gradually hanging down the flow direction meter.

Figure 2021098152
Figure 2021098152

試験No.1〜10いずれにおいても、循環流境界の誤差率は10%を下回り、循環流境界の攪拌軸付近での高さを、上記式(3)を用いて決定することができることが分かった。 Test No. In any of 1 to 10, the error rate of the circulating flow boundary was less than 10%, and it was found that the height of the circulating flow boundary near the stirring axis could be determined using the above equation (3).

[実施例]
内径8.68m、高さ10.4mの円筒形の攪拌槽の内壁に、幅0.75m、長さ 10mのバッフル板3枚を、攪拌槽底面の円の中心角120°間隔で設けた。バッフル板は攪拌槽底面から0.4m離間し、攪拌翼より下部に設置した。また、内壁とは0.3m離間させた。
[Example]
On the inner wall of a cylindrical stirring tank having an inner diameter of 8.68 m and a height of 10.4 m, three baffle plates having a width of 0.75 m and a length of 10 m were provided at intervals of 120 ° at the central angle of the circle on the bottom surface of the stirring tank. The baffle plate was placed 0.4 m away from the bottom surface of the stirring tank and below the stirring blade. In addition, it was separated from the inner wall by 0.3 m.

攪拌翼は回転直径3m、攪拌羽根数16枚のものを用いた。攪拌翼は、試験中、回転数43rpmで攪拌させた。 The stirring blade used had a rotating diameter of 3 m and 16 stirring blades. The stirring blade was stirred at a rotation speed of 43 rpm during the test.

補助攪拌具は、A〜Cの合計3種類用意した。補助攪拌具Aは、長さ方向に垂直な断面が5cmの正方形状である、長さ2mの棒状体を、攪拌軸を基準として水平且つ対称となるように取り付けたものである。補助攪拌具Bは、縦断面形状がHの字型の器具であり、攪拌軸から(棒の長さ方向と垂直な)断面が5cmの正方形状、長さが0.63の2本の棒状体を攪拌軸から水平方向に延びるように、且つ2本の棒状体が一直線上になるように配置した(Hの字型の水平方向の1本の線に該当する。)。この2本棒状体の攪拌軸側と他端側に、長さ2mの棒状体の中央部をその長さ方向が鉛直方向と一致するように、取り付けた(Hの字型の鉛直方向の2本の線に該当する。)。補助器具Cは、長さ方向に垂直な断面が5cmの正方形状である、長さ1.7mの棒状体を、攪拌軸を基準として水平且つ対称となるように取り付けたものを、上下2箇所に設けたものである。 A total of three types of auxiliary stirrers, A to C, were prepared. The auxiliary stirrer A is a rod-shaped body having a length of 2 m and a square shape having a cross section of 5 cm perpendicular to the length direction, attached so as to be horizontal and symmetrical with respect to the stirring axis. The auxiliary stirrer B is an instrument having an H-shaped vertical cross section, and has a square shape with a cross section of 5 cm from the stirring shaft (perpendicular to the length direction of the rod) and two rods with a length of 0.63. The body was arranged so as to extend horizontally from the stirring axis and the two rods were arranged in a straight line (corresponding to one H-shaped horizontal line). The central portion of the rod-shaped body having a length of 2 m was attached to the stirring shaft side and the other end side of the two rod-shaped bodies so that the length direction coincided with the vertical direction (H-shaped vertical direction 2). Corresponds to the line of the book.) Auxiliary instrument C is a square-shaped body with a cross section of 5 cm perpendicular to the length direction, and a rod-shaped body with a length of 1.7 m attached so as to be horizontal and symmetrical with respect to the stirring axis. It is provided in.

ガス供給管は直径6mの円形で、直径1mm弱のガス供給口をその周に沿って均等になるよう32箇所設けた。このガス供給管により、気泡径は約1mmとなる。なお、ガス供給口は全て上方を向けて配置した。ガスの供給は0.68kg/sの速度で供給した。 The gas supply pipe is circular with a diameter of 6 m, and 32 gas supply ports with a diameter of less than 1 mm are provided evenly along the circumference thereof. With this gas supply pipe, the bubble diameter becomes about 1 mm. All gas supply ports were arranged facing upward. The gas was supplied at a rate of 0.68 kg / s.

薬液の添加口は、攪拌槽の液状物の液面よりも上方の同じ高さに6箇所配置した。攪拌軸を中心に7.4m径の円(攪拌槽の底面と同心円)周上に、薬液の添加口6箇所及びバッフル板3箇所の径9箇所が隣接する箇所といずれも中心角40°をなすように配置した。薬液は500kg/sの速度で撹拌槽内に供給した。また、薬液の排出はオーバーフロー方式し、容器底面から高さ方向に10.4mの位置から排出させた。 Six addition ports of the chemical solution were arranged at the same height above the liquid level of the liquid substance in the stirring tank. On the circumference of a circle with a diameter of 7.4 m (concentric circle with the bottom surface of the stirring tank) centered on the stirring shaft, a central angle of 40 ° is set between 6 points where the chemical solution is added and 3 places where the baffle plate is adjacent to each other. Arranged to make a circle. The chemical solution was supplied into the stirring tank at a rate of 500 kg / s. In addition, the chemical solution was discharged from a position 10.4 m in the height direction from the bottom surface of the container by an overflow method.

攪拌の様子を確認するため、ガス供給口の近傍からサフラニンを用いて赤色に着色済みのメタクリル樹脂(比重約1g/cm)を投入した。メタクリル樹脂は径1mmの球形で親水性が高いものを用いた。サフラニン基準で、計100g相当分を、1g/1s相当の速度で投入した。 In order to confirm the state of stirring, a methacrylic resin (specific gravity: about 1 g / cm 3 ) colored red with safranin was added from the vicinity of the gas supply port. As the methacrylic resin, a spherical resin having a diameter of 1 mm and high hydrophilicity was used. Based on safranin, a total of 100 g was added at a rate equivalent to 1 g / 1 s.

試験は次の手順で行った。まず、ガス供給管からガスと、攪拌槽上部から液状物を供給し、液高が10.4mになった段階で攪拌を開始した。攪拌開始から約30分経過後、流向計を用いて循環流境界の高さを測定した。循環流境界の高さの計測は深度方向に計測器を引き下ろし、流向が変化する点を測定した。その後、樹脂の投入口から水に分散させた樹脂の投入を開始した。液面を観察し、投入から液面近傍が市販の色見本帳と見比べ「うすもも」色に相当する色でほぼ均一となるまでの時間を測定した。攪拌効率は、時間と攪拌機の動力の積の逆数で評価した。下記表2には、補助攪拌具を設定していない比較例の攪拌効率(時間と攪拌機の動力の積の逆数)の値を100%とした場合の数値を示す。 The test was carried out according to the following procedure. First, gas was supplied from the gas supply pipe and a liquid material was supplied from the upper part of the stirring tank, and stirring was started when the liquid height reached 10.4 m. Approximately 30 minutes after the start of stirring, the height of the circulating flow boundary was measured using a flow direction meter. To measure the height of the circulating flow boundary, the measuring instrument was pulled down in the depth direction, and the point where the flow direction changed was measured. After that, the resin dispersed in water was started to be charged from the resin inlet. The liquid level was observed, and the time from charging until the vicinity of the liquid level became almost uniform with a color corresponding to the "light peach" color was measured by comparing with a commercially available color sample book. The stirring efficiency was evaluated by the reciprocal of the product of time and power of the stirrer. Table 2 below shows the values when the value of the stirring efficiency (the reciprocal of the product of the time and the power of the stirrer) of the comparative example in which the auxiliary stirrer is not set is 100%.

下記表2に、循環流境界の位置、補助撹拌具の種類(上記A〜Cのいずれか)、延在部の(延在方向に垂直な断面の)断面形状、延在部の長さ、撹拌半径r、1.2√(ωr)、補助撹拌具の位置、液状物の粘度、液状物の密度、均一混合に要した動力、均一混合に要した時間、撹拌効率(相対値)を示す。なお、循環流境界及び補助撹拌具の位置は、攪拌槽底部からの垂直距離である。 Table 2 below shows the position of the circulating flow boundary, the type of auxiliary agitator (any of A to C above), the cross-sectional shape of the extending portion (in the cross section perpendicular to the extending direction), and the length of the extending portion. Stirring radius r j , 1.2√ (ωr j ), position of auxiliary stirrer, viscosity of liquid material, density of liquid material, power required for uniform mixing, time required for uniform mixing, stirring efficiency (relative value) Is shown. The circulation flow boundary and the position of the auxiliary stirrer are vertical distances from the bottom of the stirring tank.

Figure 2021098152
Figure 2021098152

表2に示す結果から、補助攪拌具の延在部及び補助攪拌具が生成する有効流れが循環流境界に接触するように配置することにより、撹拌槽内の液状物の撹拌効率が高まることが分かった。 From the results shown in Table 2, it is possible to improve the stirring efficiency of the liquid material in the stirring tank by arranging the extending portion of the auxiliary stirring tool and the effective flow generated by the auxiliary stirring tool so as to be in contact with the circulation flow boundary. Do you get it.

1 気液混合装置
11 攪拌槽
12 攪拌機
121 攪拌軸
122 攪拌翼
123、123a、123b、123c、123d、123e、123f、123g、123h 補助攪拌具
124、124a、124b、124c、124d、124e、124f、124g、124h 延在部
125、125a、125b、125c、123d、123e、123f、123g、123h 取り付け器具
13、13a、13b バッフル板
14 ガス供給管
L 液状物
S 攪拌流
C 循環流
B 循環流境界
1 Gas-liquid mixer 11 Stirrer tank 12 Stirrer 121 Stirrer shaft 122 Stirrer blade 123, 123a, 123b, 123c, 123d, 123e, 123f, 123g, 123h Auxiliary stirrer 124, 124a, 124b, 124c, 124d, 124e, 124f, 124g, 124h Extension 125, 125a, 125b, 125c, 123d, 123e, 123f, 123g, 123h Mounting equipment 13, 13a, 13b Baffle plate 14 Gas supply pipe L Liquid material S Stirring flow C Circulating flow B Circulating flow boundary

Claims (5)

攪拌槽と、攪拌機と、バッフル板と、ガス供給管とを備え、
前記攪拌槽は、円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状であり、且つその内部に液状物を収容可能であり、
前記攪拌機は、前記攪拌槽の上部より垂下した攪拌軸と、該攪拌軸に対して略垂直に設けられた攪拌翼と、該攪拌軸から該攪拌槽の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具とを有し、該延在部は、少なくともその一部が該攪拌槽内の前記液状物の上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置され、
前記バッフル板は、前記攪拌槽を上面視した場合に、その幅方向を、前記攪拌槽の内壁側から前記攪拌槽の中心に向けて配置されており、
前記ガス供給管は、前記攪拌槽の内部に向けてガス供給口を有し、該ガス供給口は、前記攪拌翼より下方に配置される、
気液混合装置。
A stirring tank, a stirrer, a baffle plate, and a gas supply pipe are provided.
The stirring tank has a circular shape or a tubular shape having a polygonal bottom surface having all angles of 90 ° or more, and can accommodate a liquid substance inside the stirring tank.
The stirrer includes a stirring shaft hanging from the upper part of the stirring tank, a stirring blade provided substantially perpendicular to the stirring shaft, and an extending portion extending from the stirring shaft toward the inner wall of the stirring tank. The extending portion has at least a part thereof between the circulating flow generated in the upper part of the liquid material in the stirring tank and the stirring flow generated in the lower part thereof. Arranged so as to contact the circulating flow boundary and / or its vicinity
The baffle plate is arranged so that the width direction of the baffle plate is directed from the inner wall side of the stirring tank toward the center of the stirring tank when the stirring tank is viewed from above.
The gas supply pipe has a gas supply port toward the inside of the stirring tank, and the gas supply port is arranged below the stirring blade.
Gas-liquid mixer.
前記延在部は、棒形状を有する、
請求項1に記載の気液混合装置。
The extending portion has a rod shape.
The gas-liquid mixer according to claim 1.
前記ガス供給管は、円環形状を有する、
請求項1又は2に記載の気液混合装置。
The gas supply pipe has an annular shape.
The gas-liquid mixer according to claim 1 or 2.
前記ガス供給管は、前記ガス供給口を複数有する、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の気液混合装置。
The gas supply pipe has a plurality of the gas supply ports.
The gas-liquid mixing device according to any one of claims 1 to 3.
ガスと液状物とを混合する気液混合方法であって、
円形又は全ての角が90°以上である多角形の底面形状を持つ筒状の攪拌槽であって、該攪拌槽を上面視した場合に、幅方向が該攪拌槽の内壁側から該攪拌槽の中心に向かうようにバッフル板が配置された攪拌槽の内部に液状物を収容し、攪拌ガス供給管のガス供給口から該攪拌槽にガスを供給して、該液状物と該ガスとを攪拌機で混合するに際し、
前記攪拌機として、前記攪拌槽の上部より垂下した攪拌軸と、該攪拌軸に対して垂直に設けられた攪拌翼と、該攪拌軸から該攪拌槽の内壁に向けて延在する延在部を含む補助攪拌具とを有し、該延在部は、少なくともその一部が該攪拌槽内の前記液状物の上部に発生する循環流とその下部に発生する攪拌流との間に存在する循環流境界及び/又はその近傍範囲に接触するように配置されるものを用い、
前記ガス供給管として、該ガス供給口が前記攪拌翼より下方に配置されるものを用いて前記混合を行う、
気液混合方法。
It is a gas-liquid mixing method that mixes gas and liquid material.
A cylindrical stirring tank having a circular or polygonal bottom surface with all angles of 90 ° or more, and when the stirring tank is viewed from above, the width direction is from the inner wall side of the stirring tank to the stirring tank. A liquid substance is housed inside a stirring tank in which a baffle plate is arranged so as to face the center of the stirring gas, and gas is supplied to the stirring tank from the gas supply port of the stirring gas supply pipe to separate the liquid substance and the gas. When mixing with a stirrer
As the stirrer, a stirring shaft hanging from the upper part of the stirring tank, a stirring blade provided perpendicular to the stirring shaft, and an extending portion extending from the stirring shaft toward the inner wall of the stirring tank are provided. It has an auxiliary stirrer including, and the extending portion is a circulation in which at least a part thereof exists between a circulating flow generated in the upper part of the liquid material in the stirring tank and a stirring flow generated in the lower part thereof. Use one that is placed in contact with the flow boundary and / or its vicinity.
The mixing is performed using the gas supply pipe whose gas supply port is arranged below the stirring blade.
Gas-liquid mixing method.
JP2019229697A 2019-12-19 2019-12-19 Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method Pending JP2021098152A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019229697A JP2021098152A (en) 2019-12-19 2019-12-19 Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019229697A JP2021098152A (en) 2019-12-19 2019-12-19 Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021098152A true JP2021098152A (en) 2021-07-01

Family

ID=76540535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019229697A Pending JP2021098152A (en) 2019-12-19 2019-12-19 Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021098152A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023151308A1 (en) * 2022-02-14 2023-08-17 江南大学 Stirrer having self-priming and gas-liquid dispersion functions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023151308A1 (en) * 2022-02-14 2023-08-17 江南大学 Stirrer having self-priming and gas-liquid dispersion functions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI123662B (en) Method and agitator apparatus for mixing gas in slurry in a closed reactor
Patwardhan et al. Design of gas-inducing reactors
JP2021098151A (en) Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method
CN105008032A (en) Stirred tank reactor
JPH0647072B2 (en) High viscosity liquid mixer
JP2021098152A (en) Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method
Zhu et al. Critical impeller speed for suspending solids in aerated agitation tanks
JP4440407B2 (en) Stirrer
CN203874716U (en) Airflow stirring device
CN102350250A (en) Double-layer stirring paddle combination device
US6029955A (en) Counterbalanced dual submarine-type liquid mixer pairs
Sardeing et al. Gas–liquid mass transfer: influence of sparger location
JP2019188317A (en) Reaction device and agent addition method
JP2015054272A (en) Agitation device
CN204017756U (en) A kind of gas mixing device
JP2010510063A (en) System and method for mixing a highly viscous liquid with a gas
JP2021154254A (en) Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method
JP7341389B2 (en) Reactor and chemical treatment method using the reactor
JP7105446B2 (en) Reactor
JP2022080043A (en) Support system and support method
JP2021084077A (en) Stirring device and gas-liquid mixing method
Murugesan Critical impeller speed for solid suspension in mechanically agitated contactors
CN212068472U (en) Turbid liquid uniform mixing stirrer
Gentile et al. Some Effects of Particle Wettability in Agitated Solid‐Gas‐Liquid Systems: Gas‐Liquid Mass Transfer and the Dispersion of Floating Solids
JP2022045692A (en) Gas liquid reaction device and installation position determination method for agitation blade in gas liquid reaction device