JPH0871398A

JPH0871398A - 攪拌装置

Info

Publication number: JPH0871398A
Application number: JP6209574A
Authority: JP
Inventors: Nobumori Sugano; 宣盛菅野
Original assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority date: 1994-09-02
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 1996-03-19
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3198819B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低粘度領域から高粘度領域まで幅広く対応でき
る攪拌翼を提供すること。【構成】攪拌槽内中心部に設けられた攪拌軸に、この攪
拌軸に平行に平板状翼Ａを取り付け、かつこの翼の下方
に間隔をあけて２０度から９０度の角度をなすように平
板状翼Ｂが取り付けられ、この平板状翼Ａの最上部に平
板状翼Ａと１００度から１７０度の角度をなすように翼
Ａ１が取り付けられ、かつ平板状翼Ｂの最下部に平板状
翼Ｂと１００度から１７０度の角度をなすように翼Ｂ１
が取り付けられたことを特徴とする攪拌装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学・薬品・食品工業
等における少量多品種生産での多様な粘性流体のバッチ
処理や、運転時に反応、溶解または分散等により液粘度
が広範囲に変化するプロセスにおいて使用可能な攪拌装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】攪拌槽内の液流動特性は、低粘度領域と
高粘度領域とでは大きく異なり、その流動特性や混合特
性も変化する。特に低粘度領域では、流体と翼との共回
り現象により軸部に回転不良の部分が形成され混合不良
が生じるため、一般的に槽内に邪魔板を設置することが
不可欠とされている。しかし、低粘度領域では不可欠で
ある邪魔板も、液の粘度の増大によりその効果が低下
し、高粘度領域では邪魔板背面部の滞留や付着を誘発す
る原因となる。従って、ポリマー重合プロセスのように
きわめて広範囲に粘度が変化が生じるプロセス等の場合
は、攪拌翼の設定が難しい問題であった。すなわち、従
来の既存の同一の攪拌装置では、低粘度から高粘度まで
ほぼ同じような攪拌効果を得ることが困難であった。

【０００３】また、攪拌装置には、上記の攪拌効率が良
いこと以外にも、投資コストが安く、洗浄がし易いこ
と、保守点検が容易であること、また電気代等のランニ
ングコストが安いことが要求される。化工便覧改定第４
版（昭和６０年１２月２０日第５刷）には、従来の良く
知られている攪拌翼として、タービン型、プロペラ型、
アンカー型、ファウドラー型、ダブルヘリカル型、スク
リュー型等の例示がある。タービン型、プロペラ型、ア
ンカー型及びファウドラー型の攪拌翼は、主に低粘度液
の攪拌・混合に適しており高粘度液の攪拌にはあまり適
していないと言われている。

【０００４】ダブルヘリカル型の攪拌翼は、図１に示す
ように帯状翼をらせん形に二重に配置させたものであ
る。ダブルヘリカル型の攪拌翼は、高粘度液の攪拌に適
すると言われており、高粘度液でも攪拌槽の上下方向に
十分に流動するように工夫されている。ダブルヘリカル
型の攪拌翼は、幅広い帯状翼で下部から上部方向に液を
持ち上げるようにして流動を施す。一方中央部では、下
部から持ち上げられた液が上部から下部に流動する。こ
のようにして高粘度液でも上下方向にスムーズに流動す
るのである。また、特公平1-37173 号公報には、図２に
示す如く、攪拌槽２１内中心部に設けられた攪拌軸２２
の下部に攪拌槽２１の底壁内面の沿った平板状翼２３を
設け、この平板状翼２３に連続した格子状翼２４を前記
攪拌軸２２の上部に設けると共に、攪拌槽２１の側壁内
面に下部から上部まで軸方向に沿う複数本の邪魔板２５
を間隔を置いて設けるという技術が開示されている。

【０００５】平成５年１１月に幕張で開催されたプラン
トショーで、配付された神鋼パンテック社のカタログに
は図３に示すような新規なフルゾーン型と呼ばれている
攪拌翼が開示されている。中心部に設けられた攪拌軸の
上部に平行平板型の翼３１を設け、かつ上部の平行平板
型の翼３１とある角度をなして平行平板型の翼３１の下
部にＳ字型の翼３２を設けるというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ダブルヘリカル型の攪
拌翼は、その構造原理から高粘度液の攪拌に適してい
る。しかし、翼の形状が複雑なため高粘度の製品の収率
が他の攪拌羽根と比較すると劣ること、翼の形状が複雑
なため洗浄が困難であること、回転負荷が大きいため極
めて大きなモーターが必要とされること、またその回転
負荷が大きいためにランニングコストが高いこと等の欠
点がある。特公平1-37173 号公報に示された格子状攪拌
翼は、ダブルヘリカル型翼と比較すると小さな動力で攪
拌可能である。確かに低粘度液の場合は小さな動力で十
分な攪拌が可能であるが、邪魔板を併用しても高粘度液
では上下方向の攪拌が不十分なためダブルヘリカル型翼
ほど攪拌効率が良くなかった。また、邪魔板の背面で滞
留部が形成されやすく、このことが原因で系が不均一に
なったり、一部の反応系ではゲル化したりするという欠
点があった。

【０００７】図３に示すフルゾーン型の攪拌翼は、低粘
度液の場合には小さな動力で十分な混合が得られる。フ
ルゾーン型攪拌翼は、上記した格子状攪拌翼と同様に、
上下方向の攪拌が不十分であるという欠点があるため高
粘度液での攪拌効率は十分ではなかった。従来の攪拌翼
には上記したような問題があり、きわめて広範囲に粘度
が変化するようなプロセスには、十分に満足できるもの
はなかった。ダブルヘリカル型の攪拌翼は、低粘度領域
から高粘度領域まで幅広く対応可能な攪拌翼であるが、
既に記述したような問題を有している。

【０００８】本発明は、上記のような問題がなく、低粘
度領域から高粘度領域まで幅広く対応できる攪拌翼を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、図４ａと図４ｂに示す如く、攪拌槽内中心
部に設けられた攪拌軸４１に、この攪拌軸４１に平行に
平板状翼４２を取り付け、かつこの翼の下方に間隔をあ
けて２０度から９０度の角度をなすように平板状翼４４
が取り付けられ、この平板状翼４２の最上部に平板状翼
４２と１００度から１７０度の角度をなすように翼４３
が取り付けられ、かつ平板状翼４４の最下部に平板状翼
４４と１００度から１７０度の角度をなすように翼４５
が取り付けられたことを特徴とする攪拌装置である。本
発明では、翼４３と翼４５があるために上下方向に流動
が促進され高粘度液でも攪拌効率が良くなるのである。

【００１０】平板状翼４２の高さ４２ａと平板状翼４４
の高さ４４ａは等しい長さである。平板状翼４２の幅４
２ｂと平板状翼４４の幅４４ｂは、同一であってかつ攪
拌槽の直径の３０％から８０％の範囲が望ましい。低粘
度液の場合は攪拌槽の直径の３０％に近い長さでも十分
に攪拌が可能であるが、３０％よりも小さいと攪拌効率
が悪くなってしまう。また、高粘度液の場合は攪拌槽の
直径の８０％に近い長さが望ましいが、８０％よりも大
きいと攪拌槽の壁の影響を受けて攪拌トルクが急激に大
きくなってしまう。また、図４ａで翼４３の見掛け高さ
４３ａは、翼４５の見掛け高さ４５ａと同一であり、平
板状翼４２の幅４２ａの２０％から１００％の範囲が良
い。２０％より小さい場合は、半径方向の流動に対して
上下方向の流動が少ないため攪拌効率が悪くなってしま
う。また、１００％よりも大きくなると半径方向の流動
が少なくなりやはり攪拌効率が低下する。

【００１１】平板状翼４２と平板状翼４４の間隔は、平
板状翼４２の高さ４２ａ（もしくは４４ａ）の１０％〜
５０％の範囲が望ましい。この２つの平板状翼の間隔を
開ける理由は、粘度が高くなった場合に流動しにくくな
る液体を上下２分割し流動し易くするためである。この
間隔が１０％よりも小さいと間隔を開ける効果がほとん
ど期待できないし、５０％を越えると攪拌そのものが不
良になる箇所がでてくるためである。また平板状翼４２
と平板状翼４４のなす角度は２０度乃至９０度が好まし
い。この角度が２０度より小さい場合は、上下方向の流
動が効率よく行われない。この角度の遅れと翼４３と翼
４５の存在で上下方向の流動と半径方向の流動が効率良
く行なわれるのである。

【００１２】平板状翼４２と翼４３の角度及び平板状翼
４４と翼４５のなす角度は、同一の角度とし、１００度
から１７０度の範囲が望ましく、より望ましくは１２０
度から１６０度の範囲がよい。この角度が１００度より
も小さい場合は、上下方向の流動が起き易くなるが吐出
流量は少なくなってしまい上下方向の攪拌が悪くなる。
また角度が１７０度よりも大きい場合は、上下方向の流
動より半径方向の流動が中心になりほとんど上下流動は
期待できない。この翼４３と翼４５は、両方とも液体を
下方に押し流すように平板翼４２及び平板翼４４に取り
付けられる。この目的を実現するためにこの翼４３は、
回転方向に対して平板翼４２の前方になるように取り付
けられ、また翼４５は、回転方向に対して平板翼４４の
後方になるように取り付けられる。もう一つの実施態様
として、上記と反対側に翼を取り付けてもよいが、この
場合は液を上方に押し流す効果が得られる。

【００１３】一般的には、従って溶解過程や反応過程等
で液面の高さが変動することが多いが、本発明では攪拌
翼の最上部と最下部の両方に上下方向に流れを促進する
ための補助翼が付いているため、液面の高さの変動に対
しての攪拌効率の変動は防止できる。しかし、本発明の
攪拌翼の効果を最も発揮できるのは、液面の高さが攪拌
翼の最上部から図４ａでの攪拌翼の全高さ４６の約１０
％程度上方になるように設定する場合である。図４ａの
攪拌翼の厚みは高粘度液を十分な速度で攪拌できかつ変
形しない強度があれば良い。攪拌翼の材質は、一般的な
材料でかまわない。すなわち、鉄、ステンレス、タンタ
ル、ガラス、セラミックス、銅、アルミニウム等から目
的に応じて選択されるがこれらの材料に限定されるもの
ではない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図５において、図中５１は内径９０ｍｍ、高さ２０
０ｍｍの円筒型攪拌槽で、この攪拌槽５１内の中心部に
は底壁付近まで延在する直径６ｍｍの攪拌軸５２と、２
枚の平板状翼５３と５５をこの攪拌軸２に平行に取り付
けられている。平板状翼５３と平板状翼５５とは、幅が
３５ｍｍで半径方向長さが６０ｍｍで、平板状翼５３と
平板状翼５５とは１０ｍｍの間隔で、かつ平板状翼５３
と平板状翼５５は４５度の角度をなすように設置した。
平板状翼５３の最上部には、平板状翼５３と４５度の角
度で幅が１５ｍｍで半径方向長さが６０ｍｍの翼５４を
取り付け、かつ平板状翼５５の最下部には、平板状翼５
５と４５度の角度で翼５４と同じ大きさの翼５６を取り
付けた。翼５４と翼５６は、各々平板状翼５３と平板状
翼５５に対して、図５の攪拌軸が時計回りの回転すると
した場合に下方に液を流動させるように、図５のような
位置に取り付けた。

【００１５】上記の攪拌槽に、液面が約１２０ｍｍにな
るように試験液を充填して、液面から約１０ｍｍの位置
に攪拌羽根の最上部がくるようにし、かつ攪拌槽の底壁
から約１０ｍｍ上方に攪拌羽根の最下部になるように攪
拌羽根を設置した。（試験液）試験液としてエチレングリコール付加グリセ
リン（三洋化成株式会社製ニューポールＨ９００００）
を用いた。（粘度）このエチレングリコール付加グリセリンに水を
適宜加えることで粘度を調整し、２５℃にてＢ型回転粘
度計で測定した。（トルク、回転数）トルク計および回転計付きの試験用
モーターを用いた。（混合時間）あらかじめ試験液に水酸化ナトリウム水溶
液とフェノールフェタレンを少量加えて、試験液を赤褐
色に着色した。攪拌羽根をあらかじめ所定のトルクにな
るように回転数を調整し、酢酸水溶液を水酸化ナトリウ
ム中和量以上の酢酸水溶液を添加した時点から、赤褐色
が概ね８０％以上消色した時点までの時間を混合時間と
した。

【００１６】試験液の粘度を変えたものを数点作成し、
回転トルクを一定にして混合時間を測定した結果を表１
に示す。

【００１７】

【比較例】比較例として、ダブルヘリカル型攪拌羽根と
フルゾーン型攪拌羽根を試作して同様にして混合時間を
測定した。この結果を表１に合わせて示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】上記表１でも明らかなようにトルクはフル
ゾーンとほとんど変わらず本実施例の粘度範囲では、混
合時間が大幅に短縮された。特に高粘度側では混合時間
が著しく短縮された。従来高粘度攪拌に効果があると言
われてきたダブルヘリカル型の攪拌翼と比較しても圧倒
的に混合時間が短縮されている。

【００２０】

【発明の効果】この発明は以上の構成よりなり、次の効
果を奏するものである。２つの大きな平板状翼を角度をつけて配して、液の流
れを上下２つの領域に分割し、該２つの平板状翼の最上
部と最下部に角度をつけた翼を配することにより、上下
方向の流れを促進させ、前記の２つの領域の分割された
流れとの相乗効果で、従来の攪拌翼よりもかなり単位ト
ルクあたりの攪拌効率が良くなる。本発明の攪拌翼の単位回転数あたりの攪拌負荷は、攪
拌負荷が小さいと言われている従来のフルゾーンとほぼ
同じであり、ダブルヘリカル型よりもかなり小さい。本発明の攪拌翼における製品回収率は、フルゾーンで
の回収率とほぼ同じであり、ダブルヘリカルよりもかな
り良い。本発明の攪拌翼の洗浄は、フルゾーンと同程度に簡単
であり、やはりダブルヘリカルよりは圧倒的に洗浄し易
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例であるダブルヘリカル型攪拌翼の断面図
である。

【図２】従来例である格子型攪拌翼の断面図である。

【図３】従来例であるフルゾーン型攪拌翼の断面図であ
る。

【図４】本発明を示す概略図および攪拌翼を回転した時
の概略図である。

【図５】本発明の実施例を示す断面図である。

【符号の簡単な説明】

２１：攪拌槽２２：攪拌軸２３：平板状翼２４：格子状翼２５：邪魔板３１：平行平板型翼３２：Ｓ字型翼４１：攪拌軸４２：平板状翼（上部）４２ａ：平板状翼４２の高さ４２ｂ：平板状翼４２の幅４３：翼（上部）４３ａ：翼（上部）の見掛け高さ４４：平板状翼（下部）４４ａ：平板状翼４４の高さ４４ｂ：平板状翼４４の幅４５：翼（下部）４５ａ：翼（下部）の見掛け高さ４６：攪拌翼の全高さ５１：攪拌槽５２：攪拌軸５３：平板状翼５４：翼５５：平板状翼５６：翼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】攪拌槽内中心部に設けられた攪拌軸に、こ
の攪拌軸に平行に平板状翼Ａを取り付け、かつこの翼の
下方に間隔をあけて２０度から９０度の角度をなすよう
に平板状翼Ｂが取り付けられ、この平板状翼Ａの最上部
に平板状翼Ａと１００度から１７０度の角度をなすよう
に翼Ａ１が取り付けられ、かつ平板状翼Ｂの最下部に平
板状翼Ｂと１００度から１７０度の角度をなすように翼
Ｂ１が取り付けられたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】平板状翼Ａと平板状翼Ｂとの間隔が平板状
翼Ａの高さの１０％〜５０％の間隔であることを特徴と
する請求項１記載の攪拌装置。
【請求項３】請求項１もしくは請求項２記載の撹拌装置
が設備されている攪拌槽に邪魔板が設置されたことを特
徴とする攪拌装置。