JP6518315B2 - 液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置に関する。

従来の蒸発装置としては、例えば、図１７に示す蒸発装置ａがある（特許文献１）。

該蒸発装置ａは、密閉可能な撹拌槽ｂと、該撹拌槽ｂ内に垂設された回転軸ｃと、該回転軸ｃに傾斜して固定されたハーフパイプｄと、前記撹拌槽ｂを加熱する加熱ジャケットｅと、蒸気出口（図示せず）とよりなり、前記撹拌槽ｂ内には、前記ハーフパイプｄの下端部が挿入される状態となるまで、液体が容れられている。

そして、前記加熱ジャケットｅにより、前記撹拌槽ｂを加熱すると共に、前記回転軸ｃを回転させて、前記ハーフパイプｄを回転させることにより、前記撹拌槽内の液体が、遠心力により前記ハーフパイプｄを上昇し、そして、前記ハーフパイプｄの上端から外方に飛散して、前記撹拌槽ｂの内壁に付着し、下方に流れる。これにより、該付着した液体が加熱されて蒸発し、該蒸発した蒸気が、前記蒸気出口から排出されるようになる。

特開２０１６−９７３４８号公報

しかしながら、前記従来の蒸発装置ａは、蒸発性能は高いが、前記ハーフパイプｄは、液体の吸い上げを目的とした細いパイプ状に形成されたもので、撹拌翼と異なり、前記撹拌槽ｂ内の液体に流動作用を与えることができず、撹拌槽内の液体の混合性能は良好とは言えないものであった。

従って、前記従来の蒸発装置ａでは、混合均一性を保ちながら蒸発をおこないたい場合には、対応できないものであった。

また、前記従来の蒸発装置ａは、蒸発した蒸気の抽出には効果を発揮するが、濃縮された液体（高粘性流体）の撹拌には適していない。

即ち、撹拌槽ｂ内の液体が蒸発して、液面が下がり、徐々に液体が高粘性になるにつれて、それに応じて流動性が悪化し、撹拌混合性が著しく低下するため、前記従来の蒸発装置ａでは、濃縮撹拌となる蒸発に用いることが、事実上不可能であった。

また、前記従来の蒸発装置ａでは、濃縮撹拌となる蒸発に用いることができないため、図１８及び図１９に示すように、大型幅広翼ｆを用いた撹拌装置ｇを用いることも考えられるが、前記従来の蒸発装置ａと比べると蒸発性能が著しく低下し、最適な撹拌を達成することができない。

本発明は、撹拌槽内の液体の混合均一性を保ちながら蒸発及び濃縮を行うことができる撹拌装置を提供するものである。

前記の目的を達成すべく、本発明の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置は、液体が貯留される撹拌槽と、該撹拌槽内に垂設した回転軸と、該回転軸に固定した、板状体よりなる撹拌翼とよりなり、前記撹拌槽は、蒸気出口を有すると共に、該撹拌槽を加熱する加熱手段を有し、前記板状体よりなる撹拌翼は、該板状体よりなる撹拌翼の面が、前記回転軸に対向すると共に、所望の距離離間して、前記回転軸に固定されていることを特徴とする、

また、前記撹拌翼は、前記回転軸に対向する、前記撹拌翼上の線を通る軸心線を境とした、一方の側に形成された一方の部分と、他方の側に形成された他方の部分とよりなることを特徴とする。

また、前記撹拌翼は、下方から上方に向かうに従って幅狭となる台形状の板体よりなることを特徴とする。

また、前記板状体の一方の部分は、少なくとも前記板状体の中間部から下方部に形成されると共に、前記他方の部分は、少なくとも前記板状体の中間部から上方部に形成されることを特徴とする。また、前記板状体の一方の部分は、少なくとも前記板状体の下方部に形成されると共に、前記他方の部分は、少なくとも前記板状体の上方部に形成されることを特徴とする。

また、前記撹拌翼は、前記回転軸に対して傾斜すると共に交叉した帯状の板体よりなることを特徴とする。

また、前記撹拌翼の下側に位置する外側辺に折れ片を設けたことを特徴とする。

また、前記撹拌翼の翼面に補助翼を設ける共に、該補助翼の翼面を、前記撹拌翼の翼面に交叉するように設けたことを特徴とする。

また、前記撹拌槽に邪魔板を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、撹拌槽内の液体の混合均一性を保ちながら蒸発及び濃縮を行うことができるようなる。

本発明の実施例１の撹拌装置の縦断正面図である。 本発明の実施例１の撹拌装置の縦断側面図である。 本発明の実施例１の撹拌装置の伝熱ジャケットを省略した横断平面図である。 本発明の実施例２の撹拌装置の縦断正面図である。 本発明の実施例２の撹拌装置の縦断側面図である。 本発明の実施例２の撹拌装置の伝熱ジャケットを省略した横断平面図である。 本発明の実施例２の撹拌装置の他の実施例の縦断正面図である。 本発明の実施例２の撹拌装置の他の実施例の伝熱ジャケットを省略した横断平面図である。 本発明の実施例３の撹拌装置の撹拌翼の斜視図である。 本発明の実施例３の撹拌装置の伝熱ジャケットを省略した横断平面図である。 本発明の実施例３の撹拌装置の縦断正面図である。 本発明の実施例４の撹拌装置の縦断正面図である。 本発明の実施例４の撹拌装置の縦断側面図である。 本発明の実施例４の撹拌装置の伝熱ジャケットを省略した横断平面図である。 本発明の実施例４の撹拌装置の他の実施例の縦断正面図である。 本発明の実施例４の撹拌装置の更に他の実施例の縦断正面図である。 従来の蒸発装置の縦断正面図である。 従来の撹拌装置の縦断正面図である。 従来の撹拌装置の縦断側面図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の実施例１を図１〜図３によって説明する。

１は、本実施例１の撹拌装置、２は該撹拌装置１の撹拌槽を示し、該撹拌槽２は、密閉可能に形成され、例えば、円筒状でその内底面２ａが下方に向かって凹状に湾曲して形成されている。なお、前記撹拌槽２の上部には、図示しない蒸気出口が設けられている。

３は、前記撹拌槽２内の中央部に垂設された回転軸、４は、該回転軸３に固定された１または複数の撹拌翼を示し、該各撹拌翼４は、例えば、板状に形成され、該撹拌翼４の面が、前記回転軸３に平行して対向すると共に、所望の距離離間して、前記回転軸３に、支持杆５を介して固定されている。

なお、本実施例においては、２つの撹拌翼４、４を用いた例を示す。

また、６は、前記撹拌槽２を加熱する、該撹拌槽２の外周面に設けた伝熱ジャケットなどの加熱手段、７は、バッフルを示し、該バッフル７は上下方向に延びる矩形板状の邪魔板よりなり、前記撹拌槽２の内周面２ｂに、底部から上端に向かって延びて１又は複数設けられている。なお、前記バッフル７を省略してもよい。

また、前記各撹拌翼４は、例えば、１枚の平板の板状体よりなり、該板状体は、前記回転軸３の軸線３ａに対向する、前記撹拌翼４上の線８ａを通る軸心線８を境とした、一方の側（図１において左側）に形成された一方の板部分９ａと、他方の側（図１において右側）に形成された他方の板部分９ｂとより形成される。

そして、該撹拌翼４は、例えば、図１に示すように、下方部１０と、この下方部１０の上部に連設した上方部１１とよりなる１枚の左右対称の台形状の板状体とよりなり、前記下方部１０は、外側辺１０ａ、１０ｂが、それぞれ前記撹拌槽２の内周面（バッフルがある場合には、バッフルの内側辺）の近くまで延びる幅広の矩形状に形成され、また、前記上方部１１は、下方から上方に向かうに従って徐々に幅狭になるよう、外側辺１１ａ、１１ｂが傾斜して形成されている。

また、前記下方部の下辺１０ｃは、例えば、前記撹拌槽２の内底面２ｂに近接するように凹状に湾曲して形成され、また、前記上方部１１の上辺１１ｃは、例えば、水平状に直線状に形成される。

そして、前記撹拌翼４は、例えば、前記撹拌翼４の左右方向において中央部分の所望の箇所において、前記支持杆５に連結固定される。

次に本実施例１の撹拌装置１の作用と効果を説明する。

蒸発及び濃縮させる液体を、前記撹拌槽２内に、所望の液レベルまで、例えば、前記撹拌翼４よりも上方まで満たす。

そして、前記伝熱ジャケット６により、前記撹拌槽２を加熱すると共に、前記回転軸３を回転駆動装置（図示せず）により回転させて、前記撹拌翼４を、図３の矢印の方向（図３において時計回り）に回転させる。

前記伝熱ジャケット６により、前記撹拌槽２内に貯留された液体が加熱されて蒸発し、該蒸発した蒸気は、前記蒸気出口より排出され、また、前記液体が濃縮される。

また、前記撹拌翼４の回転により、前進翼となる、前記撹拌翼４の前記軸心線８を境とした、回転方向に対して下流側に位置する一方の側（図１において左側）に形成された一方の板部分９ａにより、前記撹拌槽２内に貯留された前記液体が強力に混合させられる。

そして、徐々に液体が蒸発して、液レベルが低くなり、液面が下がった分、液体と接触する撹拌槽ｂの伝熱面積が減り、気相部となった伝熱面が有効に活用されないが、前記撹拌翼４の上方部分が前記液体から露出し、該露出した前記撹拌翼４の、後退翼となる、回転方向に対して上流側に位置する他方の側（図１において右側）に形成された他方の板部分９ｂが、遠心力により吸い上げた液体の外方への飛びを助長し、これにより、該飛散した液体が前記撹拌槽２の内周面２ｂに付着して、該内周面２ｂに沿って下方に流れ、該付着した液体が加熱されて蒸発し、これにより蒸発性能を上げることができる。

本発明の実施例１によれば、撹拌翼４を、回転軸３から所望の距離離間して配置することにより、該撹拌翼４に前進翼と後退翼とを形成するようにし、該前進翼により、粘性流体を強力に撹拌でき、また、液レベルが低くなり、伝熱面積が減っても、前記露出した後退翼により、液飛びを助長するようにして、蒸発性能を上げることができ、従って、撹拌性能と蒸発性能を両立することができるようになる。

本発明の実施例２を図４〜図６によって説明する。

本発明の実施例２においては、実施例１の撹拌装置１において、台形状の撹拌翼４を用いる代わりに、例えば、帯状の撹拌翼１２を用いる。

なお、該帯状の撹拌翼１２は、例えば、下方部の翼幅が幅広に形成され、上方部は、前記下方部の翼幅に比べて幅狭に形成される。

該撹拌翼１２は、実施例１と同様、例えば、１枚の平板の板状体よりなり、該板状体は、前記回転軸３の軸線３ａに対向する、前記撹拌翼４上の線８ａを通る軸心線８を境とした、一方の側（図４において左側）に形成された一方の板部分９ａと、他方の側（図４において右側）に形成された他方の板部分９ｂとより形成される。

更に、本発明の実施例２においては、前記撹拌翼１２は、下方部１３と、該下方部１３の上部に連設した中間部１４と、該中間部１４の上部に連設した上方部１５とにより形成され、前記一方の板部分９ａが、少なくとも前記下方部１３と前記中間部１４に形成されると共に、前記他方の板部分９ｂが、少なくとも前記中間部１４と前記上方部１５に形成されるようにする。

そして、該撹拌翼１２は、例えば、図４に示すように、下方部１３と中間部１４と上方部１４とよりなる長尺状の帯状の平板体よりなり、該平板体は、前記中間部１４の左右方向の中央部分の所望の箇所において、前記支持杆５に連結固定されると共に、例えば、前記下方部１４が前記一方の側にのみ位置されると共に、前記上方部１５が前記他方の側にのみ位置されるように傾斜して、前記支持杆５に連結固定されている。

そして、前記一方の側に形成された前記下方部１３は、一方の外側辺１３ａが、前記撹拌槽２の内周面（バッフルがある場合には、バッフルの内側辺）の近くまで延び、また、他方の外側辺（内側辺）１３ｂが前記軸心線８の近くまで延びる幅広に形成される。

また、前記中間部１４と前記上方部１５とは、翼幅が下方から上方に向かうに従って幅狭になるよう、該中間部１４と前記上方部１５の一方及び他方の外側辺１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂが形成され、また、それぞれ一方及び他方の外側辺は、下方から上方に向かうにしたがって、一方の側から他方の側に傾斜すると共に、前記回転軸に交叉して直線状となるように形成されている。

なお、前記中間部１４の上側に位置する一方の外側辺１４ａと、前記上方部１５の上側に位置する一方の外側辺１４ａは、例えば、連続した直線状の一方の外側辺１２ａに形成される。

また、前記下方部１３の他方の外側辺１３ｂと、前記中間部１４の下側に位置する他方の外側辺１４ｂと、前記上方部１５の下側に位置する他方の外側辺１４ｂは、例えば、連続した直線状の他方の外側辺１２ｂに形成される。

また、前記下方部１３の下辺１３ｃは、例えば、前記撹拌槽２の内底面２ａに近接するように凹状に湾曲して形成され、また、前記上方部１５の上辺１５ｃは、例えば、垂直に直線状に形成される。

なお、前記下方部１３は、前記一方の側にのみ形成される以外に、前記下方部１３の一部が他方の側に形成されるようにしてもよい。

また、前記上方部１５は、前記他方の側にのみ形成される以外に、前記上方部１５の一部が一方の側に形成されるようにしてもよい。

次に本実施例２の撹拌装置１の作用と効果を説明する。

実施例１と同様に、蒸発及び濃縮させる液体を、前記撹拌槽２内に、所望の液レベルまで、例えば、前記撹拌翼１２よりも上方まで満たす。

そして、前記伝熱ジャケット６により、前記撹拌槽２を加熱すると共に、前記回転軸３を回転駆動装置（図示せず）により回転させて、前記撹拌翼１２を、図６の矢印の方向（図６において時計回り）に回転させる。

前記伝熱ジャケット６により、前記撹拌槽２内に貯留された液体が加熱されて蒸発し、該蒸発した蒸気は、前記蒸気出口より排出され、また、前記液体が濃縮される。

また、前記撹拌翼１２の回転により、前進翼となる、前記撹拌翼１２の前記軸心線８を境とした、回転方向に対して下流側に位置する一方の側（図４において左側）に形成された一方の板部分９ａにより、前記撹拌槽２内の前記液体が強力に混合させられる。

そして、徐々に液体が蒸発して、液レベルが低くなり、液面が下がった分、撹拌槽の伝熱面積が減り、気相部となった伝熱面が有効に活用されないが、前記撹拌翼１２の上方部分が前記液体から露出し、該露出した前記撹拌翼１２の、後退翼となる、回転方向に対して上流側に位置する他方の側（図４において右側）に形成された他方の板部分９ｂが、遠心力により吸い上げた液体の外方への飛びを助長し、これにより、該飛散した液体が前記撹拌槽２の内周面２ｂに付着して、該内周面２ｂに沿って下方に流れ、該付着した液体が加熱されて蒸発し、これにより蒸発性能を上げることができる。

更に、前記撹拌翼１２の下方部１３まで、液レベルが低くなれば、全面が、後進翼となり、従来翼と比較して極めて低動力での運用が可能となり、同じ消費エネルギーに対する回転速度を増速させ、より壁近傍の速度を早めて境膜を薄くし、伝熱性能の向上を実現できる。

本発明の実施例２によれば、撹拌翼１２を、前記撹拌翼１２の下方部を前進翼とし、上方部を該後退翼に形成するようにしたことにより、前記前進翼により、粘性流体を強力に撹拌でき、また、液レベルが低くなり、伝熱面積が減っても、前記露出した前進翼により、液飛び助長するようにして、蒸発性能を上げることができ、従って、撹拌性能と蒸発性能を両立することができるようになる。

なお、蒸発作用があまり必要なく、特に高粘性流体の混合性能向上を目的とする場合においては、図７及び図８に示すように、前記撹拌翼１２を、図８の矢印の方向（図８において反時計回り）に、逆側に回転させるようにする。

正回転では、非常に乱れた液体の飛散作用が見られるが、逆移転においては、槽中心からの強力な吸い込みが発生する撹拌となり、満液から粘度の高い撹拌条件での混合性能を重視する条件に適する効果を発揮するようになる。

また、前記撹拌翼１２の主要面となる下方部１３が後退翼となり、より低動力での運用が可能となる。

従って、本発明の実施例２の撹拌装置においては、回転方向を変えることにより、様々な撹拌目的に対応し得るようにもなる。

本発明の実施例３を図９〜図１１によって説明する。

本発明の実施例３は、前記実施例２の撹拌翼１２の下方部１３の他方の外側辺１３ｂと前記中間部１４及び上方部１５の下側に位置する他方の外側辺１２ｂに、所望の長さに延びる、例えば、９０度、外側（前記回転軸とは逆側）に折れ曲った、矩形状の折れ片１６を形成する。

かかる折れ片１６により、図１１に示すように、前記撹拌槽２内に容れられた液体を、図１１の矢印の方向に、折れ片１６の上端まで上昇させて、外方に飛散させ、前記撹拌槽２の内周面２ｂの上方にまで、液体が付着するようにして、該飛散した液体が前記撹拌槽２の内周面２ｂに長時間触れるようにして、蒸発性能をあげることができる。

従って、例えば、撹拌槽内に貯留された低粘性流体を液レベルの５０％程度まではね上げる作用が追加され、更に蒸発性能を上げることができるようになる。

なお、前記折り片１６の長さ、幅、設置位置は、飛び跳ねを行いたい液レベルに応じて、任意に調整可能である。

本発明の実施例４を図１２〜図１４によって説明する。

本発明の実施例４は、本発明の実施例１〜実施例３の撹拌翼４、１２の前記撹拌翼１２の下方部１３及び／又は中間部１４の一方の側の部分の内側面（回転軸側の面）に、１又は複数の長尺状の矩形の補助翼１７を１又は複数個を固定する。

また、該補助翼１７の翼面を、前記撹拌翼１２の翼面に対して、例えば、直交するなど交叉して設ける。

また、該補助翼１７を、それぞれ下方から上方に向かうに従って、中心側から外方に延びるよう傾斜して、固定する。

なお、前記補助翼１７は、前記撹拌翼１２の他方の外側辺を突出して外方に延びて設けても良い。

該補助翼１７により、撹拌槽２内の液体を回転させ、高粘性流体を壁側に向かって強制的に盛り上げ、その盛り上がった液体が撹拌槽２の内周面２ｂに接して加熱されるので、気相部となった伝熱面を有効に活用でき、蒸発性能が上がるようになる。

また、混合均一性の向上の両立も実現できる。

なお、前記補助翼１７は、液体の物性により、取付角度と長さと枚数が調整されるようになる。

また、逆回転として使用する場合には、前記撹拌翼１２の外側面（回転軸とは逆側を向く面）に固定されるようになる。

なお、前記実施例１〜実施例４の撹拌装置において、図１５、図１６に示す矢印のように、液面が変動（低下）することで、高粘性（難流動性）となる濃縮撹拌において、低粘性から徐々に粘性が増して高粘性流体となる条件に合わせたバッフルを用いるのが好ましく、例えば、バッフルの長さ、位置、形状や枚数を変更させる。

例えば、図１５に示すバッフル７ａは、撹拌槽２の上端から、撹拌翼１２の上方部１５の下端まで延びる帯状のバッフルの例を示す。

また、図１６に示すバッフル７ｂは、撹拌槽２の上端から、撹拌翼１２の下方部１３の上端付近まで延びると共に、下方において、徐々に幅狭となる帯状のバッフルの例を示す。

以上の通り、バッフルの設計により、撹拌目的に応じた自由な対応が可能となる。

なお、前記実施例１〜実施例４における撹拌翼４、１２は、１枚の板体から形成される以外に、複数の板体から形成されるものでもよく、例えば、下方部と上方部とが分離して形成されていてもよい。また、中間部を省略し、例えば、下方部と上方部とがそれぞれ支持体５に支持されるようにする。

１ 撹拌装置
２ 撹拌槽
２ａ 内底面
２ｂ 内周面
３ 回転軸
３ａ 軸線
４ 撹拌翼
５ 支持杆
６ 伝熱ジャケット
７ バッフル
７ａ バッフル
７ｂ バッフル
８ 軸心線
８ａ 線
９ａ 一方の板部分
９ｂ 他方の板部分
１０ 下方部
１０ａ 外側辺
１０ｂ 外側辺
１０ｃ 下辺
１１ 上方部
１１ａ 外側辺
１１ｂ 外側辺
１１ｃ 上辺
１２ 撹拌翼
１２ａ 外側辺
１２ｂ 外側辺
１３ 下方部
１３ａ 外側辺
１３ｂ 外側辺
１３ｃ 下辺
１４ 中間部
１４ａ 外側辺
１４ｂ 外側辺
１５ 上方部
１５ａ 外側辺
１５ｂ 外側辺
１５ｃ 上辺
１６ 折れ片
１７ 補助翼

Claims (7)

1. 液体が貯留される撹拌槽と、該撹拌槽内に垂設した回転軸と、該回転軸に固定した、板状体よりなる撹拌翼とよりなり、
   前記撹拌槽は、蒸気出口を有すると共に、該撹拌槽を加熱する加熱手段を有し、
   前記板状体よりなる撹拌翼は、該板状体よりなる撹拌翼の面が、前記回転軸に対向すると共に、所望の距離離間して、前記回転軸に固定されていることを特徴とする液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
2. 前記撹拌翼は、前記回転軸に対向する、前記撹拌翼上の線を通る軸心線を境とした、一方の側に形成された一方の部分と、他方の側に形成された他方の部分とよりなることを特徴とする請求項１記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
3. 前記板状体の一方の部分は、少なくとも前記板状体の中間部から下方部に形成されると共に、
   前記他方の部分は、少なくとも前記板状体の中間部から上方部に形成されることを特徴とする請求項２記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
4. 前記撹拌翼は、前記回転軸に対して傾斜すると共に交叉した帯状の板体よりなることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
5. 前記撹拌翼の下側に位置する外側辺に折れ片を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
6. 前記撹拌翼の翼面に補助翼を設ける共に、該補助翼の翼面を、前記撹拌翼の翼面に交叉するように設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１に記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。
7. 前記撹拌槽に邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１に記載の液体の蒸発及び濃縮用の撹拌装置。

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