JPH0852337A - Substance mixing method and apparatus - Google Patents

Substance mixing method and apparatus

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JPH0852337A
JPH0852337A JP6187254A JP18725494A JPH0852337A JP H0852337 A JPH0852337 A JP H0852337A JP 6187254 A JP6187254 A JP 6187254A JP 18725494 A JP18725494 A JP 18725494A JP H0852337 A JPH0852337 A JP H0852337A
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JP
Japan
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liquid
gas
solid
mixing
substance
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Application number
JP6187254A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Inoue
潔 井上
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INR Kenkyusho KK
Original Assignee
INR Kenkyusho KK
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Publication date
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Publication of JPH0852337A publication Critical patent/JPH0852337A/en
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Abstract

PURPOSE:To simply and uniformly mix substances by irradiating a substance high in density or mol.wt. among substances different in density or mol.wt. with ultrasonic waves to activate the same before mixing both substances. CONSTITUTION:When two or more kinds of substances different in density or mol.wt. are mixed, for example, at least one substance high in density or mol.wt. is irradiated with ultrasonic waves to be activated before mixed with the other substance. By this constitution, the mutual collision cross-sectional areas of molecules increase and mixing, melting and diffusing actions by the activation due to collision energy are increased and the substances can be efficiently mixed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、密度又は分子量の異な
った二種以上の物質を効率よく均一に混合する方法及び
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for efficiently and uniformly mixing two or more substances having different densities or molecular weights.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体と液体、気体と気体、気体と液体、
固体と液体、固体と気体、固体と固体等々の物質の混合
において、均一に混合させることは、比重、形状、分子
量、表面エネルギー等々が異なるため困難であった。
2. Description of the Related Art Liquid to liquid, gas to gas, gas to liquid,
In mixing substances such as solid and liquid, solid and gas, and solid and solid, it has been difficult to mix them uniformly because of differences in specific gravity, shape, molecular weight, surface energy and the like.

【0003】即ち、従来は、液体と液体の混合(以下、
『液体−液体』と記す。)の場合は、単に攪拌するだけ
であったので長時間を要していた。気体−気体において
は、噴射混合が主体で、加圧又は減圧処理が主なもので
あった。気体−液体では、噴出気体を液中で攪拌と兼用
したり、アスピーション作用によって減圧混合するよう
にしていた。固体−液体では、液体−液体と同様であっ
た。固体−気体、固体−固体も殆ど攪拌が主体で、この
間で反応気体を導入して反応させていた。従って、いず
れも不均一な混合しか行なわれず、反応も部分的であっ
たから、反応物の分子量も幅が広く、工業的に制御され
たものではなく、アナログ的に実施されていた。
That is, conventionally, liquid and liquid are mixed (hereinafter,
It is described as "liquid-liquid". In the case of), it took a long time because it was simply stirred. In gas-gas, injection mixing was the main, and pressurization or depressurization was the main one. In the case of gas-liquid, the spouted gas is used also as agitation in the liquid, or is mixed under reduced pressure by an aseptic action. For solid-liquid, it was similar to liquid-liquid. Most of solid-gas and solid-solid are mainly stirred, and the reaction gas is introduced during this period for reaction. Therefore, in each case, only non-uniform mixing was carried out and the reaction was partial, so that the molecular weight of the reaction product was wide, and it was not controlled industrially but was carried out in analog.

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためなされたものであり、その目的とする
ところは、密度又は分子量の異なった物質同士を均一に
混合することのできる簡便な方法及び装置を提供するこ
とにあり、広い範囲に利用できる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to allow substances having different densities or molecular weights to be mixed uniformly. It is to provide a simple method and device, and can be used in a wide range.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、密度又は分子量の異なった物質を混合す
る方法において、密度又は分子量の高い少なくとも一種
の物質に超音波を照射して活性化し、他の物質と混合す
ることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for mixing substances having different densities or molecular weights by irradiating at least one substance having a high density or molecular weight with ultrasonic waves. It is characterized by being activated and being mixed with other substances.

【0005】上記の本発明は、密度の高い物質が水であ
り、混合すべき他の物質がオゾンである場合に適用でき
る。また、密度の高い物質がウィスカー又は微粉末であ
る場合に適用できる。更にまた、混合すべき複数の物質
にそれぞれ超音波を照射、活性化するようにしてもよ
い。
The present invention described above is applicable when the substance having a high density is water and the other substance to be mixed is ozone. Further, it can be applied when the substance having a high density is a whisker or a fine powder. Furthermore, the plurality of substances to be mixed may be irradiated with ultrasonic waves and activated.

【0006】上記の本発明の方法を実施するための本発
明に係る物質混合装置は、超音波発振器と、その超音波
音場内に混合すべき流体を噴射する装置とから成ること
を特徴とする。
The substance mixing apparatus according to the present invention for carrying out the above-mentioned method of the present invention is characterized by comprising an ultrasonic oscillator and an apparatus for injecting a fluid to be mixed into the ultrasonic sound field. .

【0007】具体的には、まず、液体−固体の場合は、
粒子としてデジタル単位ユニットを超音波によって構成
し、この一つのユニットとユニットの結合や反応が起こ
るような衝突速度条件を与えて、更に場合によっては、
静電界による力やレーザー等の電磁気的手段を利用し
て、より正確に混合や反応を生じさせる。更にまた、気
体−気体の場合も、噴出時にユニット化し、その部分も
しくは噴出内で超音波を加えてアジテーション化を図
り、気体−気体の混合や反応を一定条件に安定化させる
ものである。従って、基本的には、ユニット化を、超音
波と噴出によって、もしくは場合によっては、超音波の
みとか噴出のみとかで実施させ、このユニット−ユニッ
ト間で混合や反応を行なわせるようにしたものであっ
て、従来の連続式を、制御された微小ユニット間でつら
ねることで連続的に混合、反応を行なわせるようにした
ものである。
Specifically, first, in the case of liquid-solid,
As a particle, a digital unit unit is constructed by ultrasonic waves, and a collision velocity condition such that the unit or unit is bound or reacted is given, and further, in some cases,
The mixing and reaction are caused more accurately by using the force of the electrostatic field and electromagnetic means such as laser. Furthermore, also in the case of gas-gas, it is made into a unit at the time of jetting, and ultrasonic waves are added to the portion or within the jet to achieve agitation, thereby stabilizing the gas-gas mixing and reaction under a certain condition. Therefore, basically, unitization is performed by ultrasonic waves and jetting, or in some cases, only by ultrasonic waves or jetting only, and mixing and reaction are performed between this unit and the unit. Therefore, the conventional continuous system is designed to allow continuous mixing and reaction by suspending between controlled minute units.

【0008】上記の操作は、定量、定圧で噴出させるこ
とにより行なう。このとき、噴出前に超音波によって分
離、分散、ユニット化をさせて行なう場合と、噴出直後
に超音波により分離、分散を行なわせる場合とがある。
補助的に媒体圧力や温度を制御し、更には、電界とかレ
ーザー等の強電磁界を加えて衝突エネルギーと衝突頻度
を制御して、基本のデジタル化反応によって混合、反応
の均一化を起こさせるようにしたものである。
The above operation is carried out by jetting at a constant amount and a constant pressure. At this time, there are a case where the ultrasonic waves are used for separation, dispersion, and unitization before ejection, and a case where the ultrasonic waves are used for separation and dispersion immediately after ejection.
Auxiliary control of medium pressure and temperature, and addition of electric field or strong electromagnetic field such as laser to control collision energy and collision frequency so as to cause mixing and homogenization of reaction by basic digitization reaction It is the one.

【0009】解決手段としては、各相気体、液体、固体
の6つの組合せにおいて、超音波でユニット化する。気
体−気体の場合は、ポンプにより噴出をユニット化して
この各ユニット間に反応、混合をさせるようにするの
で、非常に精密に混合、反応を制御することができる。
As a solution, six units of each phase gas, liquid and solid are ultrasonically unitized. In the case of gas-gas, the jetting is unitized by a pump so that reaction and mixing can be performed between these units, so that the mixing and reaction can be controlled very precisely.

【0010】〔液体−固体の混合〕液体−固体の混合に
おいて、媒質とユニットとの振幅の位相差cosθは、 cosθ=〔1+(πρfD2 )/9μ〕1/2 ─────(1) 媒体の振幅XG 、粒子の振幅XP とすれば、 cosθ=XP /XG (ここで、ρ:粒子密度、μ:媒体粘性係数、f:振動
数、D:ユニット径) 最適な振動数fm とすれば、 fm =5μ/ρD ──────────────────(2) となり、ユニットサイズを小さくするには、fを大きく
することが必要であり、1.5MHz で水の場合、1〜3
μmφのユニットとなる。位相角は固体−固体、固体−
液体、気体−液体、気体−気体、液体−液体、固体−気
体の互いのユニットの衝突状態を推定することができ
る。この場合、ユニットサイズに比例し、振動周波数の
平方根で作用することになる。
[Mixing of Liquid-Solid] In the mixing of liquid-solid, the phase difference cos θ between the amplitude of the medium and the unit is cos θ = [1+ (πρfD 2 ) / 9μ] 1/2 ───── (1 ) Assuming the medium amplitude X G and the particle amplitude X P , cos θ = X P / X G (where ρ: particle density, μ: medium viscosity coefficient, f: frequency, D: unit diameter) If the frequency is f m , then f m = 5μ / ρD ─────────────────── (2). To reduce the unit size, increase f. Is required, and in the case of water at 1.5 MHz, 1 to 3
It becomes a unit of μmφ. Phase angle is solid-solid, solid-
It is possible to estimate the state of collision of liquid, gas-liquid, gas-gas, liquid-liquid, solid-gas units with each other. In this case, it operates in proportion to the unit size and at the square root of the vibration frequency.

【0011】〔液体−液体の混合〕液体と液体との混合
に対する超音波の特性は、R.T.Rangemanm
の式で示されるように、 V-1dV/dT=−3ρ-1dρ/dT 分子速度をαとすれば、 R=(M/ρ)V1/3 (ここで、V:音速度、ρ:密度、T:温度、M:分子
量) となり、液体−液体の場合、衝突は分子量に大きく左右
される。音波により圧縮される圧縮率をβとすれば、 R=(M/ρ7/6 )β-1/6 ──────────────(3) となる。即ち、超音波によって強力に圧縮、分散させら
れ、その率は主として分子量によって影響を受ける。
[Liquid-Liquid Mixing] The characteristics of ultrasonic waves for liquid-liquid mixing are described in R.S. T. Rangemanm
V −1 dV / dT = −3ρ −1 dρ / dT Assuming that the molecular velocity is α, R = (M / ρ) V 1/3 (where V: sound velocity, ρ: density, T: temperature, M: molecular weight), and in the case of liquid-liquid, collision is greatly influenced by the molecular weight. If the compression rate of the sound wave is β, then R = (M / ρ 7/6 ) β -1/6 ──────────────── (3). That is, it is strongly compressed and dispersed by ultrasonic waves, and its rate is mainly affected by the molecular weight.

【0012】A液とB液の場合、その液体中で吸収係数
が異なることになり、この部分で衝突分子数が増大し、
混合率は向上することになり、分散効果が大きくなる。
これは、音波の直接の関数ではないが、超音波吸収率も
しくは緩和現象が中心となるので、この緩和は時間関数
で、結局、超音波周波数の関数となる。従って、散乱に
よる吸収係数αは、 α=35・V-4・N6 ・{(β’−β)/β}2 4 ───(4) (ここで、N:単位体積中に存在する分子数、β’,
β:球形圧縮率と圧縮率、f:周波数)となり、結局、
周波数の4乗に比例して変化することになり、混合率も
この関数となる。
In the case of the liquids A and B, the absorption coefficients are different in the liquids, and the number of collision molecules increases in this part,
The mixing ratio is improved and the dispersion effect is increased.
This is not a direct function of the sound wave, but since the ultrasonic absorption rate or relaxation phenomenon is the center, this relaxation is a function of time and, eventually, a function of the ultrasonic frequency. Therefore, the absorption coefficient α due to scattering is α = 35 · V −4 · N 6 · {(β′−β) / β} 2 f 4 ─── (4) (where N: exists in the unit volume). The number of molecules to do, β ',
β: spherical compression ratio and compression ratio, f: frequency)
It changes in proportion to the fourth power of the frequency, and the mixing ratio also becomes this function.

【0013】〔気体−気体、気体−液体の混合〕気体−
気体、気体−液体についても、分子の単位、更には原子
の単位で考えればほぼ同様な取扱いとなり、 a/b=0.12(πM/RT)1/2 γ-1/2V(ρ2 /ρ1 )(1−C/T)-1 ────────(5) (ここで、a/b:a媒体とb媒体の密度比、R:気体
定数、T:K°、γ:比熱、ρ1 ,ρ2 :密度、C:S
utherland常数)として統一的に計算すること
ができる。
[Gas-Gas, Gas-Liquid Mixture] Gas-
For gases and gas-liquids, the treatment is almost the same in terms of molecular units and even atomic units: a / b = 0.12 (πM / RT) 1/2 γ -1/2 V (ρ 2 / Ρ 1 ) (1-C / T) −1 ───────── (5) (where a / b: density ratio of medium a and medium b, R: gas constant, T: K ° , Γ: specific heat, ρ 1 , ρ 2 : density, C: S
userland constant).

【0014】〔固体−固体の混合〕固体の場合は、衝突
による分散と、更には衝突によって起こるdisloc
ationの移動を考慮する。衝突による損失をωとす
れば、 ω=ΩΔΛL4 B2πf・π2 -1 ──────────(6) (ここで、Ω:(2πf)/(2πf0 )、Δ:1Hz
で失う力学的エネルギー、Λ:単位体積当たりの転位の
移動可能な距離、L:不純物原子による転位の網目長
さ、B:単位転位長さの減衰の力をBδξ/δtとした
ときの係数、f:超音波周波数、C:(2Ga2 )/
{π(1−σ)}、a:Bergerのベクトル、G:
剛性率、σ:ポアソン比) 従って、周波数に比例して混合率、分散率も高くなるこ
とを示している。勿論、固体−固体、固体−気体につい
ても同様な考え方が利用できる。
[Solid-Solid Mixing] In the case of a solid, dispersion due to collision and disloc caused by collision
Consider the movement of the ation. If the loss due to collision is ω, then ω = ΩΔΛL 4 B2πf · π 2 C -1 ─────────── (6) (where Ω: (2πf) / (2πf 0 ), Δ: 1 Hz
Mechanical energy lost at Λ, Λ: dislocation movable distance per unit volume, L: dislocation mesh length due to impurity atoms, B: coefficient when damping force of unit dislocation length is Bδξ / δt, f: ultrasonic frequency, C: (2Ga 2 ) /
{Π (1-σ)}, a: Berger vector, G:
Therefore, it is shown that the mixing ratio and the dispersion ratio increase in proportion to the frequency. Of course, the same idea can be applied to solid-solid and solid-gas.

【0015】以上、固体−固体、固体−気体、固体−液
体、気体−気体、液体−液体、液体−気体の組合せは、
原子、分子の平均自由行程によって異なることと、原
子、分子のcluster率によって異なるが、一応の
効果は得られる。しかし、分子中の原子、粒子中の原
子、分子間、粒子間もしくはこれらの組合せにおいて、
各層で超音波のエネルギーの損失が起こり、このエネル
ギー部分は分散、混合、反応に利用されることが判る。
従って、その物質の性質に基づいて適切な超音波パワー
と周波数を選定すれば、有効に目的とする効果をあげる
ことができる。
As described above, the combinations of solid-solid, solid-gas, solid-liquid, gas-gas, liquid-liquid and liquid-gas are as follows:
Although it depends on the mean free path of atoms and molecules, and on the cluster rate of atoms and molecules, a tentative effect can be obtained. However, in the atom in the molecule, the atom in the particle, the intermolecular, the interparticle, or a combination thereof,
It can be seen that ultrasonic energy is lost in each layer, and this energy portion is used for dispersion, mixing and reaction.
Therefore, by selecting an appropriate ultrasonic power and frequency based on the properties of the substance, the desired effect can be effectively achieved.

【0016】液体−固体−固体の場合は、結局、 t=Cexp −H/kT (ここで、t:反応時間、C:常数、H:活性化エネル
ギー、k:ボルツマン常数、T:温度)となる。これに
超音波を加えると、活性化エネルギーHが直接影響を受
けることになる。勿論、固体相変態についてHの値は異
なる。
In the case of liquid-solid-solid, after all, t = C exp -H / kT (where, t: reaction time, C: constant, H: activation energy, k: Boltzmann constant, T: temperature). Becomes When ultrasonic waves are applied to this, the activation energy H is directly affected. Of course, the value of H is different for the solid phase transformation.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

〔気体−液体の混合〕気体と液体の混合において、純粋
酸素をオゾン化したガス体を水中に噴出して溶解オゾン
水を製造した。通常の機械的溶液で3%オゾン濃度のオ
ゾン水を製造することができた。この場合、本発明方法
に従い、噴射部分に1.6MHz 30Wの超音波を直角に
加えたとき6%濃度のオゾン水を得ることができ、高い
効率で分散させることができた。液体に同上超音波を加
えて噴射したとき8%の高い濃度のオゾン水を得ること
ができた。
[Mixing of Gas-Liquid] In the mixing of gas and liquid, a dissolved ozone water was produced by ejecting a gas body obtained by ozonizing pure oxygen into water. It was possible to produce ozone water with a 3% ozone concentration in normal mechanical solutions. In this case, according to the method of the present invention, when ultrasonic waves of 1.6 MHz and 30 W were applied at a right angle to the jetted portion, ozone water having a concentration of 6% could be obtained and dispersed with high efficiency. When ultrasonic waves were added to the liquid and jetted, ozone water having a high concentration of 8% could be obtained.

【0018】ディーゼルエンジン1800ccの吸気部
分より1.65MHz の10Wのパワーでオゾン水を吸入
させたとき、同一出力の場合、軽油の消費量は64%で
あった。出力は45kWの一定発電機通電を加えた。
When ozone water was inhaled from the intake portion of a diesel engine 1800 cc with a power of 10 W of 1.65 MHz, the consumption of light oil was 64% at the same output. The output was applied with a constant generator energization of 45 kW.

【0019】〔固体−固体の混合〕Co85Zr15のモル
比のCo#800とZr#300を混合し、機械的ミキ
サーで350℃の温度で混合したとき、アモルファス化
が3時間45分で始まった(180rpm)。この場
合、本発明方法に従い、2MHz 30Wの超音波を加え
ると42分間でアモルファス化が始まった。40KHz
50Wの場合は、30分間でアモルファス化が始まり、
超音波をくわえない場合の約1/7の短い時間で反応を
起こすことができた。40KHz の場合は、加圧力が2
MHz に対して約2倍高い状態であった。
[Solid-solid mixing] When Co # 800 and Zr # 300 in a molar ratio of Co 85 Zr 15 are mixed and mixed at a temperature of 350 ° C. with a mechanical mixer, amorphization takes 3 hours and 45 minutes. It started (180 rpm). In this case, according to the method of the present invention, when ultrasonic waves of 2 MHz and 30 W were applied, amorphization started in 42 minutes. 40 kHz
In the case of 50W, amorphization starts in 30 minutes,
The reaction was able to occur in a short time of about 1/7 that when ultrasonic waves were not added. In case of 40KHz, the applied pressure is 2
It was about twice as high as MHz.

【0020】その他、Al93Mn4 Ce3 系の超高強度
材ポアソン比75GPaとか、III族とV族の組合せ、
In0.97Ga0.03Asの光電子素子製造等を微粉末より
合成するとき極めて有効となる。
In addition, an Al 93 Mn 4 Ce 3 -based ultrahigh-strength material with a Poisson's ratio of 75 GPa, a combination of Group III and Group V,
This is extremely effective when synthesizing an In 0.97 Ga 0.03 As optoelectronic device from fine powder.

【0021】〔固体−液体の混合(固体−気体抽出)〕
固体−液体についてモービル機械油10リットルに対し
てMoS2 #1000の粉末を混合させるとき、25℃
の油にvol%で10%のMoS2 を分散混合したと
き、機械的攪拌を1500rpmで5分間行なったとき
の分散度合いを調べるため、400倍の倍率で拡大し視
野内のMoS2 の数を比較した。超音波1.6MHz 30
Wの出力で0.03W/cm2 の条件で5分間攪拌分散さ
せた。従来方式の場合、任意の10回のサンプルを求め
たとき最大20個、最少3個であった。これに対して、
本発明は同じ条件での測定で最大15個、最少10個で
あった。機械系で分散させるとき、超音波方式とほぼ同
様な分散を生ずるための処理時間は45分間を必要とし
た。分散混合比は約10倍となり、高い効率で実施する
ことができた。
[Solid-liquid mixing (solid-gas extraction)]
For solid-liquid, when mixing powder of MoS 2 # 1000 with 10 liters of mobile machinery oil, 25 ° C.
In order to investigate the degree of dispersion when mechanically stirring at 1500 rpm for 5 minutes when 10% of MoS 2 was volatilized and mixed in the oil of No. 2 , the number of MoS 2 in the visual field was expanded by magnifying 400 times. Compared. Ultrasonic wave 1.6MHz 30
The output of W was 0.03 W / cm 2 and the mixture was stirred and dispersed for 5 minutes. In the case of the conventional method, the maximum number was 20 and the minimum number was 3 when the sample was sampled 10 times arbitrarily. On the contrary,
In the present invention, the maximum number of measurements was 15 and the minimum was 10 under the same conditions. When the dispersion was carried out by a mechanical system, a treatment time of 45 minutes was required to generate the dispersion almost similar to the ultrasonic system. The dispersion mixing ratio was about 10 times, and it was possible to carry out with high efficiency.

【0022】ホップ中からの液の抽出において、フムレ
ンメリナロールを抽出したとき、120℃の水中にホッ
プを1:1vol比で投入し、機械攪拌を行なったとき
含有率2〜3%の抽出が1時間で得られた。超音波45
KHz 50Wで75%の抽出量となった。
In the extraction of liquid from hops, when humulene melinalol was extracted, hops were added to water at 120 ° C. at a ratio of 1: 1 vol, and mechanical stirring was performed to extract the content of 2-3%. Was obtained in 1 hour. Ultrasonic wave 45
The extraction amount was 75% at KHz 50W.

【0023】〔液体−液体の混合〕酸とアルカリを混合
し塩として無害とするとき、各々当量を混合し機械的攪
拌1000rpmで50分で1000リットルの中和が
可能であった。同じ条件で1.2MHz 150Wの超音波
を利用したとき5分で中和させることができた。
[Mixture of Liquid-Liquid] When the acid and the alkali were mixed to make them harmless as a salt, it was possible to neutralize 1000 liters in 50 minutes with mechanical stirring at 1000 rpm. Under the same conditions, it was possible to neutralize in 5 minutes when ultrasonic waves of 1.2 MHz and 150 W were used.

【0024】5mlのマシン油と5mlの水とを混合
し、機械的攪拌10分によって4mlのエマルジョンが
できた。1.6MHz 30Wの超音波を印加したとき、1
分で10mlのエマルジョンを得ることができた。
5 ml of machine oil and 5 ml of water were mixed, and mechanical stirring for 10 minutes gave 4 ml of emulsion. When an ultrasonic wave of 1.6MHz 30W is applied, 1
In minutes 10 ml of emulsion could be obtained.

【0025】〔気体−気体の混合〕CO2 、CO、H
e、N2 をvol比で8:4:28:60で混合する場
合において、機械的噴出攪拌混合においては各ノズル径
を変化させ、長さ150mmのパイプ状部分で混合して
利用した。3kWの出力で7リットル/時の混合ガスを
消費していた。5.6MHz 60Wの超音波発振部10m
mφにパイプ部分を通じて噴射ガスを吹きつけて混合し
て利用したとき、3kWの同じ出力で5.8リットル/時
のガス消費となり、極めて効果が大きかった。
[Gas-Gas Mixing] CO 2 , CO, H
In the case of mixing e and N 2 at a vol ratio of 8: 4: 28: 60, the nozzle diameters were changed and the pipe-shaped portion having a length of 150 mm was used for mixing by mechanical jet stirring. The output of 3 kW consumed 7 liters / hour of the mixed gas. 5.6MHz 60W ultrasonic oscillator 10m
When the injection gas was sprayed onto the mφ through a pipe portion and mixed, the gas output was 5.8 liters / hour with the same output of 3 kW, which was extremely effective.

【0026】上記の本発明方法は、超音波発振器と、そ
の超音波音場内に混合すべき流体を噴射する装置とから
成る物質混合装置によって簡便に実施することができ
る。
The above-mentioned method of the present invention can be easily carried out by a substance mixing apparatus comprising an ultrasonic oscillator and an apparatus for injecting a fluid to be mixed into the ultrasonic sound field.

【0027】[0027]

【発明の効果】超音波を加えることにより分子(原子)
の互いの衝突断面積が増大し、かつ衝突エネルギーの活
性化により混合、溶解反応、拡散効果が増大するもので
ある。従来方式と異なり、その超音波の供給を常時イン
ピーダンスマッチング制御しながら供給することにより
反応物の活性度が向上し、極めて短い時間にその反応を
実施することができるものである。
EFFECTS OF THE INVENTION Molecules (atoms) are generated by applying ultrasonic waves.
The collision cross-sections of the two increase and the activation of collision energy increases the mixing, dissolution reaction and diffusion effects. Unlike the conventional method, by supplying the ultrasonic wave while constantly performing impedance matching control, the activity of the reactant is improved, and the reaction can be carried out in an extremely short time.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年9月20日[Submission date] September 20, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】即ち、従来は、液体と液体の混合(以下、
『液体−液体』と記す。)の場合は、単に攪拌するだけ
であったので長時間を要していた。気体−気体において
は、噴射混合が主体で、加圧又は減圧処理が主なもので
あった。気体−液体では、噴出気体を液中で攪拌と兼用
したり、アスピレーション作用によって減圧混合するよ
うにしていた。固体−液体では、液体−液体と同様であ
った。固体−気体、固体−固体も殆ど攪拌が主体で、こ
の間で反応気体を導入して反応させていた。従って、い
ずれも不均一な混合しか行なわれず、反応も部分的であ
ったから、反応物の分子量も幅が広く、工業的に制御さ
れたものではなく、アナログ的に実施されていた。
That is, conventionally, liquid and liquid are mixed (hereinafter,
It is described as "liquid-liquid". In the case of), it took a long time because it was simply stirred. In gas-gas, injection mixing was the main, and pressurization or depressurization was the main one. In the case of gas-liquid, the jetted gas is used also as agitation in the liquid, or is mixed under reduced pressure by the aspiration action. For solid-liquid, it was similar to liquid-liquid. Most of solid-gas and solid-solid are mainly stirred, and the reaction gas is introduced during this period for reaction. Therefore, in each case, only non-uniform mixing was carried out and the reaction was partial, so that the molecular weight of the reaction product was wide, and it was not controlled industrially but was carried out in analog.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0010】〔液体−固体の混合〕液体−固体の混合に
おいて、媒質と固体粒との振幅の位相差cosθは、 cosθ=〔1+(πρfD2 )/9μ〕1/2 ─────(1) 媒体の振幅XG 、粒子の振幅XP とすれば、 cosθ=XP /XG (ここで、ρ:粒子密度、μ:媒体粘性係数、f:振動
数、D:固体粒径、である。Brandt & Hid
emann説) 最適な振動数fm とすれば、 fm =5μ/ρD ──────────────────(2) となり、固体粒径を小さくするには、fを大きくするこ
とが必要であり、1.5MHz で水の場合、1〜3μmφ
の固体粒となる。位相角は固体−固体、固体−液体、気
体−液体、気体−気体、液体−液体、固体−気体の互い
の固体粒の衝突状態を推定することができる。この場
合、固体粒径に比例し、振動周波数の平方根で作用する
ことになる。
[Liquid-solid mixing] In liquid-solid mixing, the phase difference cos θ between the amplitudes of the medium and the solid particles is cos θ = [1+ (πρfD 2 ) / 9μ] 1/2 ───── ( 1) Assuming the medium amplitude X G and the particle amplitude X P , cos θ = X P / X G (where ρ: particle density, μ: medium viscosity coefficient, f: frequency, D: solid particle size, Brandt & Hid
emann theory) If the optimum frequency is f m , then f m = 5μ / ρD ─────────────────── (2) , F must be increased, and in the case of water at 1.5 MHz, 1-3 μmφ
It becomes a solid grain of. The phase angle can estimate the collision state of solid particles of solid-solid, solid-liquid, gas-liquid, gas-gas, liquid-liquid, and solid-gas. In this case, it acts in proportion to the particle size of the solid and at the square root of the vibration frequency.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0011】〔液体−液体の混合〕液体と液体との混合
に対する超音波の特性は、R.T.Rangemann
の式で示されるように、 V-1dV/dT=−3ρ-1dρ/dT 分子速度をRとすれば、 R=(M/ρ)V1/3 (ここで、V:音速度、ρ:密度、T:温度、M:分子
量)となり、液体−液体の場合、衝突は分子量に大きく
左右される。音波により圧縮される圧縮率(断熱圧縮)
をβとすれば、 R=(M/ρ7/6 )β-1/6 ──────────────(3) となる。即ち、超音波によって強力に圧縮、分散させら
れ、その率は主として分子量によって影響を受ける。
[Liquid-Liquid Mixing] The characteristics of ultrasonic waves for liquid-liquid mixing are described in R.S. T. Rangemann
V −1 dV / dT = −3ρ −1 dρ / dT As shown by the equation, R = (M / ρ) V 1/3 (where V: sound velocity, (rho: density, T: temperature, M: molecular weight), and in the case of liquid-liquid, collision is greatly influenced by the molecular weight. Compressibility by sound waves (adiabatic compression)
Let be β, then R = (M / ρ 7/6 ) β -1/6 ─────────────── (3). That is, it is strongly compressed and dispersed by ultrasonic waves, and its rate is mainly affected by the molecular weight.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】A液とB液の場合、その液体中で吸収係数
が異なることになり、この部分で衝突分子数が増大し、
混合率は向上することになり、分散効果が大きくなる。
これは、音波の直接の関数ではないが、超音波吸収率も
しくは緩和現象が中心となるので、この緩和は時間関数
で、結局、超音波周波数の関数となる。従って、散乱に
よる吸収係数αは、 α=Κ・V-4・N6 ・{(β’−β)/β}2 4 ───(4) (ここで、N:単位体積中に存在する固体粒の分子数、
β’,β:球形圧縮率とその状態の圧縮率、f:周波数
Κ:常数≒1088 V:媒体の体積)となり、結
局、周波数の4乗に比例して変化することになり、混合
率もこの関数となる。
In the case of the liquids A and B, the absorption coefficients are different in the liquids, and the number of collision molecules increases in this part,
The mixing ratio is improved and the dispersion effect is increased.
This is not a direct function of the sound wave, but since the ultrasonic absorption rate or relaxation phenomenon is the center, this relaxation is a function of time and, eventually, a function of the ultrasonic frequency. Therefore, the absorption coefficient α due to scattering is α = K · V −4 · N 6 · {(β′-β) / β} 2 f 4 ─── (4) (where N: exists in the unit volume) Number of solid particles to
β ', β: spherical compression ratio and its compression ratio, f: frequency K: constant ≈ 1088 V: volume of the medium), which eventually changes in proportion to the fourth power of the frequency, and the mixing ratio also It becomes this function.

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0013[Correction target item name] 0013

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0013】〔気体−気体、気体−液体の混合〕気体−
気体、気体−液体についても、分子の単位、更には原子
の単位で考えればほぼ同様な取扱いとなり、 a/b=0.12(πM/RT)1/2 γ-1/2υ(ρ2 /ρ1 )(1+C/T)-1 ────────(5) (ここで、a/b:a媒体とb媒体の密度比、R:気体
定数、T:K°、γ:気体と液体の比熱の比、ρ1 ,ρ
2 :密度、C:Sutherland常数、υ:液体中
の音速) として統一的に計算することができる。
[Gas-Gas, Gas-Liquid Mixture] Gas-
For gases and gas-liquids, the treatment is almost the same in terms of molecular units and even atomic units: a / b = 0.12 (πM / RT) 1/2 γ -1/2 υ (ρ 2 / Ρ 1 ) (1 + C / T) −1 ────────── (5) (where a / b: density ratio of medium a and medium b, R: gas constant, T: K °, γ : Ratio of specific heat of gas and liquid, ρ 1 , ρ
2 : Density, C: Sutherland constant, υ: sound velocity in liquid).

【手続補正6】[Procedure correction 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0014】〔固体−固体の混合〕固体の場合は、衝突
による分散と、更には衝突によって起こるdisloc
ationの移動を考慮する。衝突による損失をωとす
れば、 ω=ΩΔΛL4 B2f・(πC)-1 ──────────(6) (ここで、Ω:(2πf)/(2πf0 )、Δ:1Hz
で失う力学的エネルギー、Λ:単位体積当たりの転位の
移動可能な距離、L:不純物原子による転位の網目長
さ、B:単位転位長さの減衰の力をB∂ξ/∂tとした
ときの係数、f:超音波周波数、C:(2Ga2 )/
{π(1−σ)}、a:Bergerのベクトル、G:
剛性率、σ:ポアソン比) 従って、周波数に比例して混合率、分散率も高くなるこ
とを示している。勿論、固体−固体、固体−気体につい
ても同様な考え方が利用できる。
[Solid-Solid Mixing] In the case of a solid, dispersion due to collision and disloc caused by collision
Consider the movement of the ation. If the loss due to collision is ω, then ω = ΩΔΛL 4 B2f · (πC) −1 ─────────── (6) (where Ω: (2πf) / (2πf 0 ), Δ: 1 Hz
Mechanical energy lost at Λ, Λ: dislocation movable distance per unit volume, L: dislocation mesh length due to impurity atoms, B: when the damping force of unit dislocation length is B∂ξ / ∂t Coefficient, f: ultrasonic frequency, C: (2Ga 2 ) /
{Π (1-σ)}, a: Berger vector, G:
Therefore, it is shown that the mixing ratio and the dispersion ratio increase in proportion to the frequency. Of course, the same idea can be applied to solid-solid and solid-gas.

【手続補正7】[Procedure Amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0016[Correction target item name] 0016

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0016】気体−液体−固体−固体の場合は、結局、
原子原子間、原子分子間、分子分子間が互いの反応速度
定数をτとすれば、 τ=Cexp (−H/RT) (ここで、C:頻度因子、H:活性化エネルギー、R:
気体常数、T:温度K°)として反応することになる。
縦軸にτの対数を取り、横軸に1/Τを取った直線の傾
斜tan θを求めれば、 tan θ=−H・K K:常数2.3・R としてHを求めることができる。
In the case of gas-liquid-solid-solid, after all,
Letting τ be the reaction rate constants between atoms between atoms, between atoms and between molecules, then τ = C exp (−H / RT) (where C: frequency factor, H: activation energy, R:
It will react as a gas constant, T: temperature K °).
By taking the logarithm of τ on the vertical axis and obtaining the slope tan θ of the straight line with 1 / Τ on the horizontal axis, tan θ = −H · K K: H can be obtained with the constant 2.3 · R.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】密度又は分子量の異なった物質を混合する
方法において、密度又は分子量の高い少なくとも一種の
物質に超音波を照射して活性化し、他の物質と混合する
ことを特徴とする上記の物質混合方法。
1. A method for mixing substances having different densities or molecular weights, wherein at least one substance having a high density or molecular weight is irradiated with ultrasonic waves to be activated and mixed with another substance. Material mixing method.
【請求項2】密度の高い物質が水であり、混合すべき他
の物質がオゾンである請求項1に記載の物質混合方法。
2. The substance mixing method according to claim 1, wherein the substance having a high density is water and the other substance to be mixed is ozone.
【請求項3】密度の高い物質がウィスカー又は微粉末で
ある請求項1に記載の物質混合方法。
3. The substance mixing method according to claim 1, wherein the substance having a high density is a whisker or a fine powder.
【請求項4】混合すべき複数の物質にそれぞれ超音波を
照射、活性化する請求項1に記載の物質混合方法。
4. The substance mixing method according to claim 1, wherein a plurality of substances to be mixed are irradiated with ultrasonic waves and activated.
【請求項5】超音波発振器と、その超音波音場内に混合
すべき流体を噴射する装置とから成る物質混合装置。
5. A substance mixing device comprising an ultrasonic oscillator and a device for injecting a fluid to be mixed into the ultrasonic sound field.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006112755A1 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'astor-S' Electrolyte aqueous solution production method

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WO2006112755A1 (en) * 2005-04-20 2006-10-26 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu 'astor-S' Electrolyte aqueous solution production method

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