JPH0753233B2 - 攪拌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低粘度域および中粘度
域での液の混合、固体粒子の液中への懸濁と分散、相互
に不溶な２液の分散接触、液中への気体の分散、攪拌液
の除熱あるいは加熱などの諸操作を行う混合機あるいは
反応機として用いられる攪拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の利用分野に使用される攪拌
装置としては、各種の攪拌翼を邪魔板と組み合わせたも
のが多い。すなわち、攪拌翼としてはパドル翼、タービ
ン翼、プロペラ翼、ブルマージン翼、ゲート翼、格子翼
などがあり、前二者には攪拌翼の羽根板を傾斜あるいは
後退させたものがある。また槽内液と攪拌翼との共回り
を防止して攪拌翼が持つ本来の吐出性能を発揮させる目
的で槽内に付設する邪魔板としては、通常、槽内径の５
〜１５％の幅の平板２〜４枚を槽の上部から下部にわた
って槽内壁の内面に起立させて取り付ける。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】槽内液を均一に混合す
る作業を効率よく行うには、槽内液域の全体に及ぶ単一
の上下循環流を形成し、しかもその循環流の路程の途中
で顕著な短絡流が発生しないようにすることが望まれ
る。この点で従来技術の上記攪拌装置は、多くの場合、
攪拌翼の上と下とに分かれた２つの上下方向の循環流を
形成する。このように複数の上下循環流が存在する流況
のもとでは液組成が一つの循環流から次の循環流へと段
階的に移行しながら交換されるので全域の混合は効率的
でない。従来技術のうち、プロペラ翼、傾斜翼および特
公昭44 −13151 号に１例を開示された図９、図10に示
す槽底設置のパドル翼を用いるものでは単一の上下循環
流が形成される。しかしこの場合も、攪拌翼周辺で巡回
する小さな上下方向循環流が発生し、この小さな循環流
から槽内液の全域にわたる循環流の分布が多様であるの
で結局短い循環流が短絡と同じ影響を生じ、実際に他の
攪拌翼と比較すると混合の効率は必ずしも良くはない。

【０００４】また攪拌装置では、液深さの影響が大き
い。従来技術の攪拌翼では、多くの場合、槽内液の高さ
が槽の内径より大きくなるに従って混合の効率は急激に
低下する。深い液域の全域に攪拌効果を及ぼすため多段
翼にしたりすると、個々の攪拌翼がそれぞれ循環領域を
形成する傾向があり混合の効率の低下の原因となる。そ
の反面、装置の構成上、設置面積、外套を付設する場合
の伝熱面積、装置の費用、多様な処理液量への対応を考
慮すれば、効率よく混合できる液の高さを槽内径に対し
大きく取れることが望ましい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術とその
問題点に対して、本発明は、槽内全体に及ぶ単一の上下
循環流を形成しこれに伴われる短絡を少くして混合の効
率の向上を図ることができ、しかも液領域の高さが槽内
径に対し多少大となっても良好な混合効率は維持するこ
とのできる攪拌装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
することを目的としてなされたものであって、本発明の
撹拌装置は、竪形円筒形の液槽内にその竪軸線の位置を
中心として回転する撹拌翼を設け、槽側壁にその内面側
から槽内に起立する複数個の槽内回転方向液流に対し抵
抗作用する邪魔板を固定した装置において、撹拌翼およ
び邪魔板の形状および配置に関し、撹拌翼は平板状およ
び枠状の何れかの形状の羽根板から形成され、その下端
が槽底壁に近接して設置され、その回転径が槽の下部か
ら上部に到るに従い連続的に減少するようにするととも
に、邪魔板はその広さが槽の下部から上部に到るに従い
連続的あるいは段階的に増加するようにしたことを特徴
とする撹拌装置を第一の発明とし、竪形円筒形の液槽内
にその竪軸線の位置を中心として回転する撹拌翼を設
け、槽側壁にその内面側から槽内に起立する複数個の槽
内回転方向液流に対し抵抗作用する邪魔板を固定した装
置において、撹拌翼の形状および配置に関し、撹拌翼は
平板状および枠状の何れかの形状の羽根板から形成さ
れ、その下端が槽底壁に近接して設置され、その回転径
が槽の下部から上部に到るに従い連続的に減少するよう
にしたことを特徴とする撹拌装置を第二の発明とする。

【０００７】

【作用】図１および図２は本発明の作用を説明するため
のものであって、ここには本発明の基本的な構成との関
連において発生する槽内液流動の状況が模型的に示され
ている。本発明の攪拌装置としては、竪形円筒形の液槽
(1) の竪軸線の位置を中心として回転駆動される回転軸
(2) に取付けた攪拌翼(3) は平板状の羽根板で形成され
るものとしその回転径が槽の下部から上部に到るに従い
減少し、その下端は槽底壁(1a)に近接して配置され、こ
れと相対する高さ位置で槽側壁(1b)の内面に取付けて配
置される邪魔板(4) は広さが槽の下部から上部に到るに
従い増加する。

【０００８】攪拌翼(3) が遠心力により液を吐出する力
は翼先端の速度の自乗に比例する。

【０００９】攪拌翼の回転径が槽底部から上部にかけて
連続的に減少するので図１の右方に縦軸の各高さ位置で
の横軸方向矢印のように吐出流(A) の強さもまた槽底か
ら上部にかけて連続的に減少する。このとき吐出力の分
布が適切でありさえすれば、槽底部では中心から外周へ
流れ、上部では外周から中心へと流れ、その中間高さ部
では内外両方向への２つの流れが対抗して中心部と外周
部との間で顕著な短絡流が生ずることは防がれる。換言
すれば、槽の中間高さの攪拌翼部分の吐出力は液を吐出
するというよりも、槽底から上昇して来る流れが内向し
て中心部へと短絡流するのを防ぐ、すなわち拮抗するよ
うに作用する。

【００１０】また邪魔板については、一般に、槽底で吐
出された流れの回転流を直ちに邪魔板に衝突させて回転
流速を急激に減じると、特に槽内液の高さが槽内径に比
べ大きい場合、槽底吐出流が液面付近まで上昇する前に
攪拌翼の羽根板と羽根板との中間の吐出力の弱い場所へ
と内向流する傾向を生じる。図２の内向流(B) はこれを
示唆したものである。本発明での邪魔板は、上記構成に
よりその邪魔作用が槽下部では弱く槽上部では強くなる
ようにしているので、槽内液の高さが大きい場合にも、
槽底からの吐出流を円滑に導いて上昇させ、その間に槽
底から液面にかけての回転流を除々に減速させることが
できる。

【００１１】上記の２作用が互いに補い合うことによ
り、課題を解決する混合の効率の良い撹拌装置が実現さ
れる。もちろん、槽の上部から下部まで同じ幅の板を用
いる通常の邪魔板を上記の撹拌翼と組み合わせて使用し
ても、槽拌翼の上記作用は期待することができ、混合の
効率を向上させることができる。また、邪魔板と同様に
槽内液と撹拌翼との共回りを防止する効果のある、槽内
に設置された蛇管式、多管式、ヘアピン式の各種伝熱管
や板状の熱交換器などと上記の撹拌翼を組み合わせて使
用しても、混合効率の向上は可能である。さらに、槽内
液と撹拌翼との共回りが目立たない程度の粘度を槽内液
が有すれば、邪魔板がなくても上記の撹拌翼を用いるだ
けで混合の効率は向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図を参照し実施例により具体
的に説明し、併せて各実施例の装置により得られる付加
的特質を明らかにする。

【００１３】（実施例１）図１、２は本発明の基本構成
を示すものでもあるので、そのまま本発明の実施例１と
する。その説明は作用項の記載を援用する。

【００１４】（実施例２）図３および図４は本発明の実
施例２を示す。この実施例は、半楕円あるいは皿形の槽
底壁(1a)を持つ竪形円筒形の液槽(1) 内で中心竪軸線の
まわりに回転駆動される攪拌軸(2) に攪拌翼(3) を固定
し、槽側壁(1b)の内面に邪魔板(4) を取付けて構成され
る。この例では攪拌翼は枠状の羽根板で構成され、その
回転径は下端から上端にかけて直線的に減少している。
攪拌翼の下端は槽底壁に近付け、翼の下側に小さな近回
りする上下循環流が形成されるのを防ぐ。またこの例で
は攪拌翼上端から下の攪拌軸を省くことができ、これは
槽中心部での下降流の発達を助長する。邪魔板として数
枚の平板が槽下部から上部まで円筒形液槽の内面に沿
い、ほぼ一定の間隙で取り付けられ、平板の幅は槽下部
で小さく上方にかけて徐々に増大している。邪魔板の円
周方向の配置は等角度間隔とする。邪魔板の槽側壁面に
対する取付角度は可動性として調節してもよい。

【００１５】（実施例３）図５および図６は本発明の実
施例３を示す。前実施例と異なる点を説明すると、この
攪拌翼(3) は枠状であるが羽根板の枚数が３枚に増加さ
れている。

【００１６】（実施例４）図７および図８は本発明の第
４実施例を示す。前実施例と異なる点を説明すると、枠
状の攪拌翼(3) の回転径が槽の下部から上部にかけて曲
線状に減少しており、従って槽の下部では単位高さ当り
の回転径の減少の度合いが比較的大きく槽の上部では比
較的小さくなっている。別の手段として、この回転径の
減少のさせ方を２つあるいは３つの直線で近似させてよ
い。この実施例では幅一定の長い邪魔板(4')と短い邪魔
板(4")とを用いて枚数を変化させ、その枚数を槽下部で
２枚、槽上部で４枚とし、これにより下部で弱く上部で
強い邪魔板効果が得られるようにしている。

【００１７】（試験結果）本発明の各実施例の混合の効
率を、比較例として選んだ従来技術の図９、図10の攪拌
装置と比較した結果を表１に示す。表１では混合効率は
攪拌動力を同じにした場合の混合時間で表示されてい
る。詳しくは、同一の液槽に等量の水を満たして液高さ
を槽内径の 1.5倍とし、比較例では良好な動力および混
合特性を得るとされている装置条件を与え、本発明の各
実施例では攪拌翼の回転数を 0.2γpmの精度で調整し
て、比較例の回転数30γpm時の攪拌動力と等しくなる回
転数で駆動し、この条件のもとでの測定を10回繰返して
混合時間を測定し、その平均値で比較した。混合時間は
雑誌「化学工学」第31巻、第４号、1967年の第 365頁以
降、回分攪拌装置の混合性能に記載の２電極比較の電気
伝導度法に準拠し、詳しくは攪拌液に少量の塩水をトレ
ーサとして加え槽内の２点に設置された電極での電気伝
導度の差異を検出して、混合時間を測定した。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１では本発明の実施例１および実施例２
は比較例とほぼ同じ回転数で同じ動力を消費するよう設
定している。動力は回転数とトルクの積であるから攪拌
トルクも等しくなるよう実施例１および実施例２の攪拌
翼の大きさが選ばれている。

【００２０】これに対して、混合時間を同一に設定する
場合は駆動条件が異なって来る。表２は混合時間を10秒
に設定する場合の駆動条件を表１の結果から求め比較し
たものである。この場合は、本発明の何れの実施例とも
比較例に比べ攪拌トルクで35〜40％、攪拌動力で50〜65
％程度の低減が可能であることが知られる。

【００２１】

【表２】

【００２２】表３は混合時間の測定を、表１と異なり、
あらかじめヨード澱粉で着色した攪拌液を20％過剰のチ
オ硫酸ソーダで脱色して混合時間を判定した結果を示
す。表３に示すように本発明の実施例２の、10回平均脱
色時間は比較例に比べ22％短縮され、表１の混合時間24
％の短縮と良好な対応を示している。なお表１の２個の
電極の位置の選択には、この脱色法で混合の最も遅い位
置を確認して位置決めした。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によると、第１に非
常に効率のよい混合が可能であり、混合処理時間の短縮
あるいは攪拌トルクや攪拌動力の低減が可能であり、第
２に液高さが槽内径の 1.5倍程度でも効率のよい混合が
可能で、多様な処理液量への対応が容易であり、経済的
な設計の自由度が拡がるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本の実施例１の略示縦断側面図で、
模型的流動状況を併せ記入している。

【図２】同上略示横断平面図である。

【図３】本発明の実施例２の略示縦断側面図である。

【図４】同上略示横断平面図である。

【図５】本発明の実施例３の略示縦断側面図である。

【図６】同上略示横断平面図である。

【図７】本発明の実施例４の略示縦断側面図である。

【図８】同上略示横断平面図である。

【図９】従来技術の１例の略示縦断側面図である。

【図１０】同上略示横断平面図である。

【符号の説明】 (1) ・・・液槽 (1a)・・・槽底壁 (1b)・・・槽側壁 (2) ・・・回転軸 (3) ・・・攪拌翼 (4)(4')(4") ・・・邪魔板 (A) ・・・吐出流 (B) ・・・内向流

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪形円筒形の液槽内にその竪軸線の位置
   を中心として回転する撹拌翼を設け、槽側壁にその内面
   側から槽内に起立する複数個の槽内回転方向液流に対し
   抵抗作用する邪魔板を固定した装置において、撹拌翼お
   よび邪魔板の形状および配置に関し、撹拌翼は平板状お
   よび枠状の何れかの形状の羽根板から形成され、その下
   端が槽底壁に近接して設置され、その回転径が槽の下部
   から上部に到るに従い連続的に減少するようにするとと
   もに、邪魔板はその広さが槽の下部から上部に到るに従
   い連続的あるいは段階的に増加するようにしたことを特
   徴とする撹拌装置。
2. 【請求項２】 竪形円筒形の液槽内にその竪軸線の位置
   を中心として回転する撹拌翼を設け、槽側壁にその内面
   側から槽内に起立する複数個の槽内回転方向液流に対し
   抵抗作用する邪魔板を固定した装置において、撹拌翼の
   形状および配置に関し、撹拌翼は平板状および枠状の何
   れかの形状の羽根板から形成され、その下端が槽底壁に
   近接して設置され、その回転径が槽の下部から上部に到
   るに従い連続的に減少するようにしたことを特徴とする
   撹拌装置。