JPH07136483A

JPH07136483A - 撹拌装置

Info

Publication number: JPH07136483A
Application number: JP5289458A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Asai; 克也浅井; Kuniaki Shirai; 邦昭白井
Original assignee: Ikebukuro Horo Kogyo Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Ikebukuro Horo Kogyo Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1993-11-18
Publication date: 1995-05-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP3193215B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高粘度の粘性液に適用することができて、撹
拌動力に対する混合効率がよく、さらに懸濁分散性能に
優れた撹拌翼を有する撹拌装置を提供する。【構成】下部に３枚パドル翼（３）を取り付け、この
３枚パドル翼（３）の上部にＨ型翼（４）を取り付けた
回転軸（２）を有することを特徴とする撹拌装置であ
る。なお、３枚パドル翼（３）の下端（３ａ）が槽底
（１ａ）から液深Ｈのほぼ５％以下の高さ（ｈ₁）にあ
り、Ｈ型翼（４）の中心Ｃが液深Ｈの６５〜７５％の高
さ（ｈ₂）にあり、それぞれの翼の回転径（ｄ₁）が槽内
径のほぼ５０％であって、さらに、３枚パドル翼（３）
の翼幅（ｈ₃）が液深Ｈのほぼ２０％、Ｈ型翼（４）の
翼幅（ｈ₄）が液深Ｈの３０〜３５％、Ｈ型翼（４）の
縦枝（４ａ）の幅（ｄ₂）が回転径（ｄ）の１０〜１５
％である場合に、最も優れた混合効率や懸濁分散性能を
発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、撹拌装置に関し、特
に、粘性液の混合および懸濁分散に適した撹拌装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学工業や製薬の分野において、
腐食性の液体を混合する場合、または、腐食性液体中に
有機質または無機質の固体粒子を投入して懸濁し、溶解
や晶析反応を行わせる場合等には、撹拌翼として３枚後
退翼が汎用的に使用されている。しかし、３枚後退翼に
よる撹拌では、腐食性のような粘性液の混合にあって
は、比較的低粘度のものが限度であり、また、懸濁分散
においても固体粒子の密度や粒子径が比較的低密度で粒
子径の小さいものに限られていた。そこで、比較的高粘
度の粘性液に対しては、翼径を大きくしたアンカー翼を
採用し、液全体を流動させるように撹拌せざるを得なか
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに翼径を大きくしたアンカー翼を採用する場合には、
大きな撹拌動力を必要とし、撹拌動力に対する混合効率
が非常に悪く、また、懸濁分散では、翼の性能限度を超
えた粒子密度や粒子径のものの場合に、撹拌によって固
体粒子が槽底に沈澱凝集して塊りとなり、溶解が不完全
で収率が悪いなどの問題点があった。

【０００４】この発明は、このような問題を解決するた
めになされたもので、高粘度の粘性液に適用することが
できて、撹拌動力に対する混合効率がよく、さらに懸濁
分散性能に優れた撹拌翼を有する撹拌装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、撹拌装置において、下部に３枚パドル
翼を取り付け、この３枚パドル翼の上部にＨ型翼を取り
付けた回転軸を有するものである。特に、３枚パドル翼
の下端が槽底から液深のほぼ５％以下の高さにあり、Ｈ
型翼の中心が液深の６５〜７５％の高さにあり、それぞ
れの翼の回転径が槽内径のほぼ５０％である場合には、
優れた混合効率と懸濁分散性能を示し、その中でも、３
枚パドル翼の翼幅が液深のほぼ２０％であり、前記Ｈ型
翼の翼幅が液深の３０〜３５％であり、その縦枝の幅が
翼の回転径の１０〜１５％であることが有利である。な
お、この発明の撹拌翼はプレイトバッフルを組合わせて
使用するのが望ましい。

【０００６】

【作用】回転軸の下部に３枚パドル翼を取り付け、この
３枚パドル翼の上部にＨ型翼を取り付けたので、大きな
撹拌吐出力を有する３枚バドル翼で生じる強い上向きの
循環流が、上部のＨ型翼で受け止められて、複雑な乱流
となって撹拌され、液の下部および上部の混合が極めて
均等化される。なお、パドル翼を３枚としたのは、実験
の結果、翼２枚では撹拌動力が比較的小さいため混合時
間が長くなり、４枚では撹拌動力が大きくて逆に混合効
率が悪くなり、従って、撹拌動力に対する混合効率が最
も良い３枚にしたものである。また、３枚パドル翼の下
端の槽底からの間隔は、槽底に近ければ近いほど混合効
率がよくなるが、槽を破壊する危険もありほぼ５％程度
が妥当である。さらに、Ｈ型翼の中心の高さを液深の６
５〜７５％とする場合には、撹拌動力に対して最も混合
効率を良くすることができる（図９参照）。そして、さ
らに、それぞれの翼の回転径が槽内径の５０％以下の場
合には充分な混合性能と懸濁分散性能が得られず、５０
％以上の場合には、大きな撹拌動力を必要とする。この
場合、３枚パドル翼の翼幅を液深のほぼ２０％とし、Ｈ
型翼の翼幅を液深の３０〜３５％とし、その縦枝の幅を
Ｈ型翼の回転径の１０〜１５％とする場合には、最小の
撹拌動力で最大の混合効率を挙げることができる。

【０００７】また、Ｈ型翼の中心の高さを液深の６５〜
７５％に調節して、パドル翼上端とＨ型翼下端の間隙を
調整することにより、３枚パドル翼とＨ型翼により生ず
る液体のフローパターンの境界がなくなる、一体的なフ
ローパターンを形成させることもできる。さらに、この
撹拌翼とプレイトバッフルとを組み合わせることによっ
てより効率的に混合を行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に示された撹拌
装置について説明する。なお、図中、同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

【０００９】図１および図２において、１は、耐腐食性
材料製またはグラスライニングした内径Ｄの混合槽また
は容器であり、撹拌翼は回転軸２の下部に取り付けられ
た３枚パドル翼３とこの３枚パドル翼３の上部に取り付
けられたＨ型翼４とからなっている。槽底３ａから３枚
パドル翼３の下端３ａまでの間隔ｈ₁は槽１に入れられ
た混合液の深さすなわち液深Ｈに対してほぼ０．０５倍
以下であり、Ｈ型翼４の取付高さｈ₂は、その翼４の中
心Ｃが槽底１ａから液深Ｈの０．６５〜０．７５倍の位
置となるようにする。また、それぞれの翼３，４の回転
径ｄ₁は槽１の内径Ｄのほぼ０．５倍である。

【００１０】３枚パドル翼３の翼幅ｈ₃はほ液深Ｈのほ
ぼ０．２倍であり、Ｈ型翼４の翼幅ｈ₄は液深Ｈの０．
３〜０．３５倍である。Ｈ型翼４の縦枝４ａの幅ｄ₂は
その翼４の回転径ｄ₁の０．１〜０．１５倍である。

【００１１】図３および図４には、従来の３枚後退翼
３’の撹拌装置が示されている。後退翼３’は、回転径
ｄ₁が容器１の内径Ｄの０．５倍であり、その下端３’
ａが槽底１ａから液深Ｈのほぼ０．０５倍の位置となる
ように回転軸２に取り付けられている。その翼幅ｈ₃は
液深Ｈに対し０．０６５〜０．０７倍である。

【００１２】図５には、粘性液の混合実験に用いられた
実験装置が示されている。６は内部が２０°Ｃに保たれ
た恒温槽、７はその内部に設置された円筒形の容器であ
り、図１における槽１に相当し、その内径Ｄは５００ｍ
ｍ、液深Ｈは５００ｍｍである。３はその下端が、容器
７内部の液深４７５ｍｍの位置、すなわち、槽底から２
５ｍｍの位置（両者の間隔はｈ₁）に設置された撹拌翼
であり、回転径ｄは２５０ｍｍで、翼幅ｈ₃が１００ｍ
ｍの３枚パドル翼からなっている。この３枚パドル翼３
の上部には、回転径ｄが２５０ｍｍ、翼幅ｈ₄が１６２
ｍｍのＨ型翼が、その翼幅の中心Ｃが容器７の底から３
５０ｍｍ（０．７０Ｈ）の高さ位置に設置されている。
なお、図示しない縦枝の幅は２５ｍｍである。

【００１３】この撹拌翼３，４の回転数とトルクは、変
換器１２により変換されて記録計１３により記録される
ことができる。また、容器７の直下には、焦点を考慮し
た距離にフレネルレンズ１５を介して照度計１６を設置
し、容器７の方向以外は周囲が隔絶されている。撹拌装
置の上部の一定高さに３００Ｗの照明灯１４を設置し、
容器内の液面に向けて投光する。液面に投光された光
は、撹拌液中を透過し、透過した光の光度は照度計に受
光され、記録計に記録される。

【００１４】なお、この実験は、図３と図４に示された
撹拌装置についても条件を同じにして行われた。すなわ
ち、容器の内径Ｄは５００ｍｍ，容器底から後退翼の下
端までの間隔ｈ₁は２５ｍｍ、そして、後退翼の幅ｈ₃は
３３ｍｍで行われた。

【００１５】実験は、先ず、恒温槽６を２０°Ｃに保
ち、容器７の内部に所定の粘性液１００リッターを入
れ、撹拌翼を所定の回転数で回転しながら、着色剤とし
てＫＩ水溶液０．２ｍｏｌを粘性液量の１％量注入し、
液の濃度が一様になった時点で、脱色剤としてチオ硫酸
ナトリウム水溶液０．５ｍｏｌを粘性液量の１％量注入
する。さらに、撹拌を続け、ペンレコーダによって、液
の脱色濃度の経時的変化を記録し、脱色剤を注入した初
期時点から完全に脱色した時点までの経過時間を完全混
合時間とする。比較例についても全く同様とする。

【００１６】以上の実験の結果は、図６から図９に示さ
れている。すなわち、図６は、動力特性比較線図であ
り、横軸のレイノルズ数Ｒｅ（ー）は、Ｒｅ＝ｄ²・ｎ
・ρ／μで表される液の粘度を示すパラメータであり、
値が小さい程粘度が高いことを示している。また、縦軸
の動力数Ｎｐ（ー）は、Ｎｐ＝Ｐ・ｇ_c／ρ・ｎ³・ｄ⁵
で表される撹拌動力と比例する係数であり、撹拌翼固有
の特性値を示すために使用される。各翼の線を比較して
大きい方が撹拌が強いことを意味している。例えば、図
６に示されるように、この発明の３枚パドル翼とＨ型翼
を組み合わせた撹拌翼にバッフル（２枚）を組み合わせ
た場合と、従来の３枚後退翼にバッフル（１枚）を組み
合わせた場合とを比較すると、前者は動力数の平均が
３．８であるのに対し、後者は０．５８であり、この発
明の撹拌翼が６．５倍の撹拌強さを有することが理解さ
れる。また、このバッフル付きの線の分岐点をレイノル
ズ数でみると、この発明の撹拌翼はレイノルズ数Ｒｅが
４．４×１０であるのに対し、従来の後退翼はレイノル
ズ数Ｒｅが４．２×１０²であり、約１０倍の格差であ
る。これは、この発明の撹拌翼が約１０倍高粘度の粘性
液に適用可能なことを表している。例えば、液量１００
リッター、回転数１００ｒｐｍで撹拌した場合、従来の
３枚後退翼の適用最高粘度は０．３Ｐａ・ｓであるのに
対し、この実施例の撹拌翼は３．０ｐａ・ｓの粘度のも
のにも適用することができる。なお、３枚パドル＋Ｈ型
組み合わせ翼無バッフルおよび３枚後退翼無バッフルの
例が参考として示されており、３枚パドル翼とＨ型翼を
組合せた撹拌翼においても、同様の傾向を示すことが類
推できるものである。

【００１７】図７は混合特性比較線図である。この線図
において、撹拌回転数・完全混合時間ｎ・θｍは比較し
て小さい方が混合時間が速くなることを意味している。
撹拌回転数と完全混合時間の積は、乱流域でほぼ一定の
値を示すため、両者は反比例の関係となり、したがっ
て、回転数を増大させることにより混合時間を短縮する
ことができる。ここで、この実施例の撹拌翼と従来の後
退翼について、回転数・完全混合時間ｎ・θｍを比較し
てみると、レイノルズ数Ｒｅが１０³〜１０⁵の範囲で
は、バッフル２枚付のこの実施例の撹拌翼は、従来のバ
ッフル１枚付の３枚後退翼の約１／４〜１／５に減少し
ている。これは、回転数が同じ場合には、この発明の撹
拌翼によれば、混合時間が１／４〜１／５に短縮される
ことを意味するものである。

【００１８】図８は、混合時間比較線図である。この実
施例の撹拌翼と従来の３枚後退翼の粘性液の粘度別の完
全混合時間θｍ（ｓ）の比較が示されている。ここで、
この発明の撹拌翼は、撹拌単位容量動力Ｐｖ（ｋＷ／ｍ
³）を一定とした場合に、いずれの粘度においても、従
来の３枚後退翼に較べて混合時間を１／２に短縮できる
ことである。逆に言えば、この発明の撹拌翼は、混合時
間を同じとすれば、撹拌単位容量動力を１／２として同
等の混合が得られるということである。

【００１９】図９は、Ｈ型翼の取付位置による混合時間
と撹拌動力の変化を示すものである。この線図から、撹
拌単位容量動力Ｐｖ（ｋＷ／ｍ³）の多少の増加はある
ものの、Ｈ型翼の中心が液深Ｈの０．６５〜０．７５倍
の位置に取り付けられるときに、混合時間がもっとも短
いことが明らかである。

【００２０】懸濁分散実験の実験装置は、図１０に示さ
れるように、粘性液の混合実験に利用した実験装置（図
５参照）において、容器直下に配置された照度計に代え
て鏡１８を設置し、容器側面に検尺１９を配置したもの
である。この鏡１８は、撹拌中の固体粒子が槽底に沈澱
状態かまたは浮遊状態かを目視観察および計測を行うた
めに使用するためであり、検尺１９は、固体粒子の浮遊
上昇を測定するために用いるものである。なお、従来の
３枚後退翼についても同じ撹拌条件で実験された。

【００２１】実験は、容器７の内部に所定量の固体粒子
と所定量の水を入れて、その全量を１００リッターとす
る。低速回転から、撹拌状態の観察および測定を行いな
がら、徐々に回転速度を上げて行く。容器の底面および
側面から、固体粒子の沈澱および浮遊状態を観察し、固
体粒子の沈澱径、浮遊上昇を計測して行き、固体粒子が
沈澱することなく、液面まで完全に浮遊分散状態に至
り、かつ、濃度むらのない状態に至った回転数を完全浮
遊撹拌速度とした。比較例についても、同様な実験を行
った。

【００２２】実験結果の比較を容易にするためにグラフ
化したのが図１１〜１４である。図１１および図１２
は、この発明の撹拌翼と従来の３枚後退翼について、そ
れぞれ固体粒子の完全浮遊範囲の比較区分を示したもの
である。なお、図１１および図１２において、大は粒径
０．４〜０．４２５ｍｍ、中は粒径０．１８〜０．２ｍ
ｍ、そして、小は粒径０．０５〜０．０５３ｍｍのもの
を表し、斜線部は浮遊範囲、多点部は浮遊可能範囲を表
している。図１３および図１４は、この発明の撹拌翼と
従来の３枚後退翼について、それぞれ固体粒子容積分率
に対する完全撹拌速度と単位容量動力の関係を示すもの
である。なお、符号Ｎｊｓは完全浮遊撹拌速度、ρは粒
子真密度（ｇ／ｃｍ³）、ｄ_Pは粒子径（ｍｍ）、Ｓはシ
リカゲル粒子、Ｇはガラスビーズ、Ｃはカーボランダ
ム、そして、Ａはアルミナである。

【００２３】図１１と図１２とを対比するに、図１１に
示されるように、この実施例の撹拌翼によれば、固体粒
子径０．４〜０．４２５ｍｍの場合、粒子密度２．５ｇ
／ｃｍ³の範囲まで完全浮遊が得られるのに対し、図１
２に示されるように、従来の３枚後退翼によれば、粒子
径０．４〜０．４２５ｍｍの場合、完全浮遊が得られる
のは粒子密度１．６１ｇ／ｃｍ³までである。なお、固
体粒子の完全浮遊に寄与する関係因子は、固体粒子と液
体の密度差△ρの０．５８乗×粒子径ｄ_pの０．２乗×
粒子濃度Ｘの０．１３乗の積Ｋに相関すると言われてい
る。すなわち、Ｋ＝（９．８×△ρ／ρ₁）^0.58×ｄ_p ^0.2×Ｘ^0.13であ
る。従来の３枚後退翼は粒子密度２．５ｇ／ｃｍ³、粒子径
０．２ｍｍ、粒子濃度１０％では浮遊が不完全でるのに
対し、この発明の撹拌翼は粒子密度２．５ｇ／ｃｍ³、
粒子径０．２ｍｍ、粒子濃度４５％で完全浮遊する。し
たがって、従来の３枚後退翼はＫ＝２．５６であり、こ
の発明の撹拌翼はＫ＝４．７９である。すなわち、この
発明の撹拌翼は従来の３枚後退翼に較べて浮遊性能が約
１．９倍拡大されている。

【００２４】また、図１４に示されるように、従来の３
枚後退翼の完全浮遊の最高限度である固体粒子密度４．
２ｇ／ｃｍ³、粒子径０．０５３ｍｍ、粒子容積分率３
０％の撹拌単位容量動力Ｐｖ＝１．４ｋＷ／ｍ³に対
し、図１３に示されるように、この発明の撹拌翼は固体
粒子密度４．２ｇ／ｃｍ³、粒子径０．１８ｍｍ、粒子
容積分率３０％の撹拌単位容量動力Ｐｖ＝４．０ｋＷ／
ｍ³である。したがって、この発明の撹拌翼は従来の３
枚後退翼に較べて約２．９倍の撹拌力がある。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、回転軸の下部に３枚
パドル翼を取り付け、この３枚パドル翼の上部にＨ型翼
を取り付けたので、粘度範囲の広い粘性液の混合に適用
できるとともに、撹拌動力に対する撹拌効率を大幅に向
上することができるものである。また、懸濁分散性能も
大幅に改善された。なお、３枚パドル翼の下端が槽底か
ら液深のほぼ５％以下の高さにあり、Ｈ型翼の中心が液
深の６５〜７５％の高さにあり、それぞれの翼の回転径
が槽内径のほぼ５０％である場合には、特に好結果が得
られ、さらに、この場合に、３枚パドル翼の翼幅が液深
のほぼ２０％であり、Ｈ型翼の翼幅が液深の３０〜３５
％であり、その縦枝は幅が翼の回転径の１０〜１５％
で、その高さが液深のほぼ６５〜７５％であるときに
は、最も好結果が得られる。さらに、この発明の撹拌翼
はプレイトバッフルと組み合わせて使用するのが好まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す撹拌装置を備えた混合
槽の説明図である。

【図２】図１の撹拌装置の要部説明図である。

【図３】従来の撹拌装置を備えた混合槽の説明図であ
る。

【図４】図３の撹拌装置の要部説明図である。

【図５】撹拌装置による液混合実験装置の説明図であ
る。

【図６】この発明の撹拌装置と従来の撹拌装置の動力特
性を示す線図である。

【図７】この発明の撹拌装置と従来の撹拌装置の混合特
性を示す線図である。

【図８】この発明の撹拌装置と従来の撹拌装置による混
合時間を示す線図である。

【図９】この発明の撹拌装置のＨ型翼の取付位置と混合
時間および撹拌動力の関係を示す線図である。

【図１０】撹拌装置による懸濁分散実験装置の説明図で
ある。

【図１１】この発明の撹拌装置の撹拌による固体粒子の
完全浮遊範囲の説明図である。

【図１２】従来の撹拌装置の撹拌による固体粒子の完全
浮遊範囲の説明図である。

【図１３】この発明の撹拌装置の固体粒子容積分率に対
する撹拌単位容量動力を示す線図である。

【図１４】従来の撹拌装置の固体粒子容積分率に対する
撹拌単位容量動力を示す線図である。

【符号の説明】

１槽１ａ槽底２回転軸３３枚パドル翼３’ ３枚後退翼３ａ，３’ａ下端４Ｈ型翼５プレイトバッフル６恒温槽７容器１０駆動装置１１温度計１２変換器１３，１７記録計１４照明灯１５フレネルレンズ１６照度計１８鏡１９検尺Ｄ槽（容器）の内径ｄ撹拌翼の回転径ｄ₁ 縦枝の幅Ｈ液深ｈ₁ パドル翼下端と槽底との間隔ｈ₂ Ｈ型翼の中心の槽底からの高さｈ₃ パドル翼の翼幅ｈ₄ Ｈ型翼の翼幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部に３枚パドル翼を取り付け、この３
枚パドル翼の上部にＨ型翼を取り付けた回転軸を有する
ことを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】前記３枚パドル翼の下端が槽底から液深
のほぼ５％以下の高さにあり、前記Ｈ型翼の中心が液深
の６５〜７５％の高さにあり、それぞれの翼の回転径が
槽内径のほぼ５０％であることを特徴とする請求項１記
載の撹拌装置。
【請求項３】前記３枚パドル翼の翼幅が液深のほぼ２
０％であり、前記Ｈ型翼の翼幅が液深の３０〜３５％で
あり、その縦枝の幅が翼の回転径の１０〜１５％である
ことを特徴とする請求項２記載の撹拌装置。
【請求項４】プレイトバッフルと組み合わせて使用す
ることを特徴とする請求項１記載の撹拌装置。