JP3820313B2 - Agitator blade structure of vertical agitator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、各種の流体,半流体,粉体等の槽内撹拌に用いられる撹拌装置、特に鋭角コニカルボトム形の撹拌槽に適用される竪型撹拌装置の撹拌翼構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の撹拌装置は一般に、撹拌槽内の中心に、撹拌翼をもつ回転軸を該槽から突出するように軸支し、該回転軸を槽外から回転駆動することにより、撹拌翼の回転に伴なって槽内の処理物(被撹拌物質)に旋回流と上下循環流とを生じさせて撹拌、混合を行う。従来の撹拌翼としては、タービン翼、パドル、プロペラ、後退翼など吐出型の翼、あるいはゲート、ヘリカルリボン翼、スクリュウ、アンカーなど剪断型の撹拌翼が知られている。
【0003】
図7は、従来の2段タービン翼を用いた撹拌装置の断面図である。この例で撹拌槽20は底部が半頂角αのコニカルボトム形となっており、槽中心に外部から回転駆動される回転軸21が槽全長にのびて設けられ、回転軸21の中途部に1体または複数体の撹拌翼23が取り付けられている。撹拌翼23は回転軸21の回転により液を周囲へ吐出し、その吐出流により槽内に該液を循環させる作用を行う。槽20の内周部にはコイル24が設置される場合もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の撹拌翼では、例えば、▲1▼高液深撹拌槽(槽底から液面までの液深Lと槽内径Dの比率でL/D>1.5)の場合、上下の均一混合が達成できない。▲2▼半頂角60°以下の鋭角コニカルボトム形の撹拌槽では、図7に見られるように回転軸21の下部に、槽直胴部の撹拌翼23と同じような横アーム状の翼30が高々1本設けられているのみであるため、どうしてもコニカルの先端部分に液の滞留部27が発生し、その部分は混合が進まない。特にコイルを槽内の周部に設置した場合は上述の▲1▼,▲2▼の不具合は一層顕著になる。
【0005】
図7および図8〜図11を参照して、上述した従来の不具合を詳細に説明する。図8のように前記吐出型の撹拌翼23を1段で使用する場合は、通常TL(槽の直胴部とコニカル部の接合ライン)付近に翼23が設置されるが、高液深の状態になると、槽底部20aから液面25までの移動距離が長いため、吐出された液が移動している途中で流速の減衰(図8のA部分)が起こり、上下の均一混合が達成されず、図8のB部で滞留が生じる。
【0006】
この不均一状態を解消するため図9に示すように撹拌翼を2段以上の多段形態で使用する場合もあるが、翼23aと翼23bの間で吐出流の衝突が起こり、符号26で示す如く、あたかも槽上下の中途部に隔壁を設けた如き状態となり、上下の均一混合はこの隔壁状液相によってむしろ阻害される結果となる。
【0007】
図7および図10,図11の半頂角60°以下のコニカルボトム型の撹拌槽20では、コニカルの先端に近づくほど断面積が小さくなるため、液が流れる場合の流体抵抗を生じやすくなる。そのため、実際には槽の先端部まで液が流れず、抵抗の少ない方へ流れようとする、いわゆる流れの剥離が起こる。その結果、コニカルの先端部に液の滞留部27が発生することとなる。この傾向は粘度が高くなる程強い。槽底部のパドル状の撹拌翼30によっても、この部分の滞留は解消できない。なお、図7で斜線を施した部分は液が流動不良を起している部分を示す。
【0008】
またゲート、ヘリカルリボン翼、スクリュウ、アンカーなど剪断型の撹拌翼については、一般的に低速で回転し、液を持ち上げたり、掻き取ったりすることで混合を促進するとされているが、この場合、これらの剪断型の翼が公称されているとおりの性能を発揮するのはRe数が少なくとも100以下の、いわゆる層流域に限定されており、それ以外では液の上下循環流を形成する能力はきわめて低い。Re数が100以上の場合には上下の混合は進みにくい。なお、Re数とはレイノズル数であり、d2 nρ/μで表される。ここでdは撹拌翼径〔m〕、nは翼の回転数〔1/s〕、ρは密度〔kg/m3 〕、μは粘度〔kg/m・s〕である。
【0009】
さらに従来の撹拌装置では、壁面近傍で上向きの流れ(図7の符号28,29)を形成させる翼形状、翼の組み合せがほとんどであり、このような従来の翼形状では鋭角のコニカルボトムの中心では上昇流を形成することができない。さらには高液深やコイル付きの条件では流速が途中で減衰するため、槽内はひとつの循環流にはならず、いくつもの副循環流(全体の流動から孤立した流れ)28,29が形成されてしまい、槽内全体の均一混合性はきわめて悪い。
【0010】
本発明は上述した従来の不具合をなくし、半頂角60°以下の鋭角コニカルボトムを用い、該コニカルボトム形底部の内壁近傍に沿って伝熱用コイルを配置した撹拌槽で槽底部の液滞留が起らず、しかも上下均一混合時間の短縮、上下方向での流速の均一化および伝熱時間の短縮を達成できる竪型撹拌装置の撹拌翼構造を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明による撹拌翼構造は、底部を半頂角60°以下の鋭角コニカル状に形成した撹拌槽と、該撹拌槽のコニカルボトム形底部の内壁近傍に沿って設置される伝熱用コイルと、前記撹拌槽の中心に配置されかつ槽外から回転駆動される回転軸と、該回転軸に取り付けられた撹拌翼とを有する竪型撹拌装置において、前記撹拌翼は、前記撹拌槽の底部位置に配置されると共に前記回転軸から径方向に広がりかつ該撹拌槽のコニカルボトム形底部に設置される前記伝熱用コイルに沿った外形を有するコニカルボトムパドル部を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を好適な実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の1実施例に係る撹拌翼構造を用いた竪型撹拌装置の縦断面図である。この実施例の撹拌翼は撹拌軸(回転軸)8の下部に装着されたコニカルボトムパドル部31で構成されている。コニカルボトムパドル部31は、従来の図7に示した撹拌槽底部のアーム状の撹拌翼30に比べ面積がはるかに大となっており、しかもその外形は撹拌槽32のコニカルボトム形底部7に近接しかつ該底部7の半鋭角形状にほぼ沿った側部形状31aを成している。前記パドル部31の上縁31bは、撹拌軸8を撹拌槽32に組み付けたとき、撹拌槽32のコニカルボトム形の底部7と直胴部6の境界位置近傍に存する。
【0013】
またこの実施例では、前記パドル部31の羽根枚数は図2に示すように撹拌軸8の周囲に90°間隔で4枚となっているが、本発明は必ずしもこの羽根枚数に限定されるものでなく、直径方向に整合した2枚羽根、あるいは周囲等間隔に3枚設けたものでもよい。コニカルボトムパドル部31の上方は、この実施例では撹拌軸8のみで他の翼は設けられていないが、この部分にも適当な翼を取り付けることもできる。また前記パドル部31は傾斜,屈折あるいは後退させた構造としてもよい。なお、傾斜とは水平・鉛直方向から見てパドル部31が傾いているものをいい、屈折とは鉛直方向から見てパドル部31が屈折しているものをいい、後退とはパドル部31が湾曲しているものをいう。
【0014】
図1の実施例で撹拌軸8を槽外部の駆動原(図示省略)で回転させることにより、処理液はコニカルボトムパドル部31の側部31aから該パドル部31によって槽底部7の内壁面7aに対して垂直に押し出され、槽内壁7aの傾斜面に沿って下方へ向って流れ、槽底の先端部7bから撹拌軸8近くを該軸8に沿って上昇し、槽32の中,上部から再び槽内壁に沿って下降し、その結果前記処理液は槽内で良好な循環を繰り返し、均一な撹拌がなされ、従来のように槽底部に滞留を生じない。
【0015】
図3は本発明の他の実施例による竪形撹拌装置の側面図である。なおこの図で外殻の槽ケース10は明瞭化のため仮想線で示してある。撹拌槽32は直胴部6と、逆円錐形の槽底部7と、直胴部6の上部を蓋閉する蓋体13とで構成された槽ケース10を有し、その中心部に槽底から蓋体13を貫通してのびる撹拌軸(回転軸)8が設けられている。蓋体13から上方へ突出した撹拌軸8は蓋体上部に搭載された電動機9および減速機18の出力軸に連結され、該電動機9の付勢により回転駆動される。槽ケース10の直胴部6から槽底部7にかけてその内壁近傍に伝熱用のコイル11が適当なコイルサポート12を介して設置されている。図示の例ではコイル11は2重となっているが、1重あるいは多重のものでもよい。必要に応じて槽ケース10の内壁に邪魔板が設けられるが、この邪魔板は図示実施例のようにコイルサポート12で兼用するようにしてもよい。なお、ケース10にはコイル11に冷却水あるいは熱媒を通水するためのノズル14が取り付けられている。
【0016】
撹拌軸8は槽底部7の底板15と槽上部の蓋体13で軸支されるが、直胴部6に対応する位置で撹拌軸8の外側部に、後述する格子翼部3が設けられ、槽底部7に対応する位置の撹拌軸8に横投影面積の大きなコニカルボトムパドル部31が取り付けられている。この実施例の撹拌翼構造は槽底部7のコニカルボトムパドル部31と槽直胴部6の格子翼部3で構成される。コニカルボトムパドル部31は図示のように槽底部7の逆円錐形に沿うように下方の側部31aが鋭角に形成され、上端近くでは垂直な外側部31cを有している。パドル部31は図1で説明したように傾斜、屈折、後退させた形態としてもよい。なお、格子翼部3およびコニカルボトムパドル部31とも羽根数がそれぞれ直径方向に並んだ2枚羽根の場合には、格子翼部3の縦グリッド1と前記パドル部31の羽根の位置は周方向に互いに90°ずれた状態となるようにしてもよい。
【0017】
コニカルボトムパドル部31に隣接してその上側の撹拌軸8に取り付けられる格子翼部3は、該撹拌軸8に取り付けられた複数本の横アーム2と、横アーム2の先端に設けられかつ撹拌軸8と平行にのびる縦グリッド1とを有している。図3および図4(A),(B)、図5(A),(B)を参照して、横アーム2の外端にある縦グリッド1の最外縁1aと撹拌軸8の中心との距離Lは下部の大型パドル部31の片側最大幅寸法W(図3)より大となっている。また、この縦グリッド1は全体として上部の幅が広く、下部の幅が狭く形成されている。この場合、図3のように1段に下部の内側を切除した形態、または図5(A)のように多段に内側を切除して上下方向に段階的に変化させた形態とするか、あるいは図5(B)のように上部から下部へ向って連続的に内側を切除して下方の幅が狭くなるようにしてもよい。
【0018】
撹拌軸8と横アーム外端の縦グリッド1との間で横アーム2にさらに1本あるいは複数本の中間縦グリッド4が設けられている。アーム外端の縦グリッド1は図4(A)のように液の流れに対して傾斜させるか、同図(B)のように後退させた形態で取り付けてもよい。なお同図(A),(B)に示す矢印はいずれも撹拌軸8の回転方向を示している。
【0019】
図6は図3に示す実施例において槽を横方向から見たときの撹拌槽作動中の液の流れを図式的に示した側面図である。上述したように縦グリッド1の幅を上部を広く、下部を狭くしてあることにより、槽直胴部6の内壁面近傍にはすべて下向きの流れ16が発生する。下部の大型パドル部31の側部はその上部近くから下側部までコニカル状の槽底部7の壁面に沿っているので、ここでは槽底壁に向う流れ17を生じさせるとともに、パドル部31中心では槽底から上方へ液を送り出す(符号19)作用をする。この直胴部壁面側の下向きの流れ16と、下部大型パドル部31が槽底部7の液を吸い上げる作用を互いに邪魔することなく組み合せることで、いわゆる一筆書きの循環流(連続し副循環流が無い流れ)を形成することが可能となり、槽内全域の均一混合時間の短縮および流速の均一化がもたらされる。
【0020】
また、本発明では、格子翼部3の下部に投影面積の大きなボトムパドル部31を設置しているため、大型翼による槽底部の液を吸い上げる作用により、撹拌槽底部の形状が半頂角60°以下の鋭角をもつ場合でも、槽底の先端部に液の滞留を起こすことなく、均一な混合を実現できる。
【0021】
さらに槽底部が半頂角60°以下のコニカル状で、かつ、高液深(槽底から液面までの液深Lと槽内径Dの比率L/D>1.5)の槽形状とした場合にも、運転可能な液量範囲の幅が広く、最大液量の200分の1の液量まで対応可能となる。即ち、運転の液量が初期を1とした場合に最終で200まで増加するような液量変動の大きな場合、従来は大小2種の槽を組み合せて使用していたものが、本発明を用いると1つの槽で対応可能となる。
【0022】
コイル付きの撹拌槽の場合、本発明で上部格子翼部の縦グリッド1の外径を、内側のコイル11の巻径dcに対し0.7以上として該コイルに近接して設置すれば、翼からの吐出流により伝熱ジャケットやコイル近傍の流速が従来の撹拌翼に比べ著しく高く、その結果として高い伝熱性能を実現することができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撹拌槽の底部の撹拌軸下部分に、該撹拌軸から径方向に広がりかつ前記撹拌槽のコニカルボトム形底部の内壁近傍に沿って設置される伝熱用コイルに沿った外形を有すると共に面積の大きなコニカルボトムパドル部を設けたので、槽底部に処理液の滞留部を生じることなく、良好な撹拌処理が可能となる。また、コニカルボトムパドル部の上に別の格子翼部を形成したものにあっては、該格子翼部の縦グリッドの幅を、上部を広く下部を狭くし、しかも下部大型パドル部よりも縦グリッドの最外縁を前記パドル部の外径より大きくしたので、槽の直胴部では槽壁面に沿って下向きの液流が生じ、一方、コニカルボトムの槽底部では、前記大型パドル部によって槽底部の液を吸い上げるようにすることにより、槽の壁面近傍を下向きとした一筆書きの循環流を形成することができ、半頂角60°以下の鋭角コニカルボトムを用い、該コニカルボトム形底部の内壁近傍に沿って伝熱用コイルを配置した撹拌槽での上下均一混合時間の短縮、上下方向での流速の均一化、および伝熱時間の短縮を図り得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係るコニカルボトムパドル部を有する撹拌翼構造をコニカルボトム形撹拌槽に適用した場合の概略的な竪形撹拌装置の縦断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿った平面断面図である。
【図3】本発明の他の実施例による竪型撹拌装置の側面図である。
【図4】本発明の実施例による縦グリッドを横アームに対して傾斜あるいは後退して取り付けた場合の平面図である。
【図5】本発明の実施例による縦グリッドの幅を変化させた形態例を示す正面図である。
【図6】図3に示す実施例における撹拌槽作動中の液の流れを図式的に示した側面図である。
【図7】従来の2段タービン翼を用いた撹拌装置の断面図である。
【図8】吐出型の1段翼を用いた従来の撹拌装置の概略図である。
【図9】2段翼を用いた従来の撹拌装置で上下の液が分離する状態を示す図である。
【図10】従来のコニカルボトム型撹拌槽で槽底部に液の滞留部ができる様子を示す図である。
【図11】従来のコニカルボトム型撹拌槽で槽底部に液の滞留部ができる様子を示す図である。
【符号の説明】
1 縦グリッド
2 横アーム
3 格子翼部
6 直胴部
7 槽底部
8 撹拌軸
9 電動機
10 槽ケース
11 コイル
12 コイルサポート
31 コニカルボトムパドル部
32 撹拌槽[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a stirring device used for stirring in various tanks of various fluids, semi-fluids, powders, and the like, and more particularly, to a stirring blade structure of a vertical stirring apparatus applied to an acute angle conical bottom type stirring tank.
[0002]
[Prior art]
In general, this type of agitation device supports a rotating shaft having an agitating blade at the center of the agitating tank so as to protrude from the tank, and rotates the agitating blade by rotating the rotating shaft from the outside of the tank. At the same time, a swirl flow and a vertical circulation flow are generated in the processed material (substance to be stirred) in the tank to perform stirring and mixing. As conventional stirring blades, discharge-type blades such as turbine blades, paddles, propellers, and receding blades, or shear-type stirring blades such as gates, helical ribbon blades, screws, and anchors are known.
[0003]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional stirring device using two-stage turbine blades. In this example, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
With a conventional stirring blade, for example, in the case of (1) a high liquid depth stirring tank (the ratio of the liquid depth L from the tank bottom to the liquid surface and the tank inner diameter D is L / D> 1.5) Cannot be achieved. (2) In an acute angle conical bottom type stirring tank having a half apex angle of 60 ° or less, as seen in FIG. 7, a horizontal arm-shaped blade similar to the stirring
[0005]
With reference to FIG. 7 and FIGS. 8 to 11, the above-described conventional problems will be described in detail. As shown in FIG. 8, when the discharge
[0006]
In order to eliminate this non-uniform state, as shown in FIG. 9, there are cases where the stirring blades are used in a multi-stage configuration having two or more stages, but a collision of the discharge flow occurs between the
[0007]
In the conical bottom
[0008]
In addition, for shear type stirring blades such as gates, helical ribbon blades, screws, anchors, etc., it is generally said that they rotate at a low speed and promote mixing by lifting or scraping the liquid. These shear-type wings perform as they are nominally limited to so-called laminar flow areas with a Re number of at least 100 or less, otherwise the ability to form a liquid up-and-down circulating flow is extremely high. Low. When the Re number is 100 or more, the upper and lower mixing is difficult to proceed. The Re number is the number of ray nozzles and is expressed by d 2 nρ / μ. Here, d is the stirring blade diameter [m], n is the blade rotation speed [1 / s], ρ is the density [kg / m 3 ], and μ is the viscosity [kg / m · s].
[0009]
Furthermore, most of the conventional agitation devices have a blade shape and a combination of blades that form an upward flow (reference numerals 28 and 29 in FIG. 7) in the vicinity of the wall surface. In such a conventional blade shape, the center of an acute angle conical bottom is used. Then, it is not possible to form an upward flow. Furthermore, since the flow velocity attenuates in the middle under conditions of high liquid depth and coil, the inside of the tank does not become a single circulation flow, but a number of secondary circulation flows (flows isolated from the entire flow) 28 and 29 are formed. As a result, the uniform mixing throughout the tank is very poor.
[0010]
The present invention eliminates the above-mentioned conventional problems, uses a sharp conical bottom with a half apex angle of 60 ° or less , and uses a stirring tank in which a heat transfer coil is arranged near the inner wall of the bottom of the conical bottom shape. An object of the present invention is to provide a stirring blade structure of a vertical stirring apparatus that does not cause stagnation and that can achieve shortening of the uniform mixing time in the vertical direction, uniforming of the flow velocity in the vertical direction, and shortening of the heat transfer time.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The stirring blade structure according to the present invention includes a stirring tank having a bottom formed in an acute-angled conical shape with a half apex angle of 60 ° or less, a heat transfer coil installed along the inner wall of the bottom of the conical bottom of the stirring tank, In a vertical stirring apparatus having a rotating shaft that is disposed at the center of the stirring tank and is driven to rotate from the outside of the tank, and a stirring blade attached to the rotating shaft, the stirring blade is located at a bottom position of the stirring tank. and a conical bottom paddle part having disposed Rutotomoni the spreading from the rotating shaft in a radial direction and along the heat transfer coil installed in conical bottom shaped bottom of the stirring tank external.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vertical stirring apparatus using a stirring blade structure according to one embodiment of the present invention. The stirring blade of this embodiment is composed of a conical
[0013]
Further, in this embodiment, the number of blades of the
[0014]
In the embodiment of FIG. 1, the processing liquid is rotated from the
[0015]
FIG. 3 is a side view of a vertical stirring apparatus according to another embodiment of the present invention. In this figure, the
[0016]
The
[0017]
The lattice wing 3 attached to the
[0018]
One or more intermediate vertical grids 4 are provided on the
[0019]
FIG. 6 is a side view schematically showing the flow of the liquid during operation of the stirring tank when the tank is viewed from the lateral direction in the embodiment shown in FIG. As described above, since the
[0020]
In the present invention, since the
[0021]
Furthermore, the tank bottom has a conical shape with a half apex angle of 60 ° or less, and a tank shape with a high liquid depth (ratio L / D> 1.5 between the liquid depth L from the tank bottom to the liquid surface and the tank inner diameter D). Even in this case, the range of the liquid volume that can be operated is wide, and it is possible to cope with a liquid volume that is 1/200 of the maximum liquid volume. That is, when the liquid amount of the operation is large and the liquid amount fluctuation is large so that it finally increases up to 200 when the initial amount is 1, what has conventionally been used by combining two types of large and small tanks is used in the present invention. Can be handled with one tank.
[0022]
In the case of a stirring tank with a coil, if the outer diameter of the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat transfer that extends radially from the agitation shaft at the bottom of the agitation tank and along the vicinity of the inner wall of the bottom of the conical bottom of the agitation tank, according to the present invention. Since the conical bottom paddle portion having the outer shape along the coil for use and having a large area is provided, it is possible to perform a good agitation treatment without generating a retention portion of the treatment liquid at the bottom of the tank. In the case where another lattice wing is formed on the conical bottom paddle, the width of the vertical grid of the lattice wing is made wider at the top and narrow at the bottom, and more vertically than the lower large paddle. Since the outermost edge of the grid is made larger than the outer diameter of the paddle part, a downward liquid flow is generated along the tank wall surface in the straight body part of the tank, whereas in the tank bottom part of the conical bottom, By drawing up the liquid, it is possible to form a one-stroke circulation flow with the wall surface of the tank facing downward, using an acute conical bottom with a half apex angle of 60 ° or less , and the inner wall of the bottom of the conical bottom shape There is an effect that it is possible to shorten the upper and lower uniform mixing time in the stirring tank in which the heat transfer coil is arranged along the vicinity, to equalize the flow velocity in the upper and lower directions, and to shorten the heat transfer time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a vertical stirring apparatus when a stirring blade structure having a conical bottom paddle portion according to one embodiment of the present invention is applied to a conical bottom stirring tank.
FIG. 2 is a plan sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a side view of a vertical stirring apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view when the vertical grid according to the embodiment of the present invention is attached to the horizontal arm while being inclined or retracted.
FIG. 5 is a front view showing an example in which the width of a vertical grid is changed according to an embodiment of the present invention.
6 is a side view schematically showing the flow of the liquid during operation of the stirring tank in the embodiment shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional stirring device using two-stage turbine blades.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional stirring device using a discharge type single-stage blade.
FIG. 9 is a view showing a state in which upper and lower liquids are separated by a conventional stirring device using two-stage blades.
FIG. 10 is a view showing a state in which a liquid retention portion is formed at the bottom of a conventional conical bottom type agitation tank.
FIG. 11 is a view showing a state in which a liquid retaining portion is formed at the bottom of a conventional conical bottom type agitation tank.
[Explanation of symbols]
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