JPH11267484A

JPH11267484A - 竪形撹拌装置

Info

Publication number: JPH11267484A
Application number: JP9227698A
Authority: JP
Inventors: Shoji Morinaga; 昌二森永
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス巻き込み量の向上を図り、気液接触面積
を大幅に増加させて気液混同を効率的に行えるようにし
た、竪形撹拌装置を提供する。【解決手段】竪形円筒形の撹拌槽１の中心に槽外から
回転可能な回転軸４を配置し、回転軸４の下部に、平板
状のボトムパドル５を装着し、ボトムパドル５の上側に
縦材と横材を格子状に組み合わせた格子翼６を装着し、
撹拌槽１の側壁面に、上下方向にのびる複数本のバッフ
ル３を周方向に間隔を有して固着し、格子翼６の翼端に
案内翼１０を取付けており、案内翼１０は、格子翼６の
回転方向の翼幅を有し格子翼６の上下にわたって設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、竪形撹拌装置に関
する。さらに詳しくは、水素添加反応、ＥＯ（エチレン
オキサイド）・ＰＯ（プロピレンオキサイド）の付加反
応、高粘度ガス吸収反応、高粘度系培養などの用途に用
いられ、主として液中に気体を混合し撹拌する竪形撹拌
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】古くからある撹拌装置として、図６に示
すような、多段パドル翼100 あるいはタービン翼を用い
た装置があるが、このような上下に不連続な撹拌翼で
は、それぞれの撹拌翼により半径方向に吐出された流れ
は、槽壁にぶつかって上下に分かれるが、その後の流れ
が各撹拌翼の引き起こす流れの相互干渉のため、上下に
分離した複数の循環流101 となり、槽底から液面まで全
体として単一流動での循環流とならず混合性能が低下し
ていた。また、不連続な撹拌翼配置のために液面変化に
対し、不安定なガス吸収性能しか得られなかった。

【０００３】そこで、このような問題を解決した撹拌翼
として、本出願人が提案しているパドルと格子翼を結合
した結合翼（従来例Ｉ、特公平１−３７１７３号公報）
や、前記従来例Ｉの格子翼を傾斜させ上方の半径を小さ
く下方の半径を大きくした傾斜結合翼（従来例II、特開
平８−２８１０８９号公報）がある。

【０００４】まず、前記従来例Ｉの結合翼を図７に基づ
き説明する。図７の(A) 図に示すように、円筒形の撹拌
槽１の中心に回転軸４が設けられ、この回転軸４に撹拌
翼２が固着されている。また、撹拌翼２の回転に伴う流
体の上下循環流を良好にするために槽内側壁に複数本の
バッフル３が設けられている。撹拌翼２は、回転軸４の
下部つまり槽底壁に近接する平板状のボトムパドル５
と、ボトムパドル５の上端に該パドル５の回転半径と同
じ回転半径をもつ格子翼６とからなる。この格子翼６は
一対の外側縦材７および一対の内側縦材８と、これらを
連結する横材によって構成されている。

【０００５】図７の(B) 図は半径方向吐出流の強さを示
しており、はボトムパドル５の吐出流、は外側縦材
７による吐出流、は内側縦材８による吐出流である。
同(C) 図は半径方向吐出流が撹拌槽１の内壁に衝突して
上向きに流れる上昇流の強さを示している。図９は半径
方向吐出流と上昇流を総合した流動パターンを示してい
る。

【０００６】前記図７の(B) 図〜(C) 図の流れを説明す
ると、撹拌槽１内に満たされた液は、ボトムパドル５に
より半径方向に吐出されて槽側壁面に衝突すると共に、
バッフル３により円運動を抑制されて槽上部へと上昇さ
せられ、槽上部の側壁側から中心側へ移動して回転軸４
および格子翼６の最上段部分の近傍から下方へ移動し、
ボトムパドル５の所へ戻る。かかる大きな循環流の中
で、ボトムパドル５より上位に配置された格子翼６の縦
材と横材により下降中の液が剪断細分化され、この細分
化された液は、縦材と横材の後側に発生する微細渦に巻
き込まれて混合され、図９に示すような渦流／混合流が
生ずる。

【０００７】この従来例Ｉによると、液深Ｈと槽内径
（直径）Ｄとの比率がＨ／Ｄ＜1.5 の低液深であり、か
つ低粘度では、液面からのガスの巻き込み量も多く、剪
断が強いために、巻き込んだガスが細分化され、非常に
大きな気液接触面積を形成し、気液反応に極めて有効な
翼形状である。

【０００８】しかし、高液深（Ｈ／Ｄ＞1.5 ）かつ高粘
度になると、ボトムパドル５の吐出力が不足するため、
上部の縦方向の格子部分で形成される吐出流と下部のボ
トムパドル５で形成された上昇流とが衝突し、上昇流が
減衰して液面上部に図７の(C) 図および図９に示す低流
動層Ｎができ、この結果、液面中心からの下降流が減少
してしまうために、一部のガスは下部の格子翼まで巻き
込まれずに上部の格子翼で吐出され、そのまま気相部へ
出るガスもあり、ガス巻き込み量が低下するという問題
があった。

【０００９】つぎに、前記従来例IIの傾斜結合翼を図８
に基づき説明する。図８の(A) 図に示すように、撹拌槽
の底部近くのボトムバドルを半径の大きい大形のパドル
翼５Ａとし、これに結合される格子翼６Ａを上方へ向け
て半径が漸減するように構成した傾斜格子翼６Ａとした
ものである。図８の(B) 図は半径方向吐出流の強さを示
しており、はボトムパドル５Ａの吐出流、は外側縦
材７Ａによる吐出流、は内側縦材８による吐出流であ
る。同(C) 図は半径方向吐出流が撹拌槽１の内壁に衝突
して上向きに流れる上昇流の強さを示している。図１０
は半径方向吐出流と上昇流を総合した流動パターンを示
している。

【００１０】この従来例IIでは、液深比Ｈ／Ｄが1.5 以
上のものでも大形パドル翼５Ａによる強い吐出流を確保
でき、格子翼６Ａの外側部が先細形に傾斜していること
から、槽上部に低流動層が形成されにくくなっている。
しかし、パドル翼５Ａの半径の長大化により回転数が低
下しており、格子部分での剪断が小さくなっているの
で、高粘度となりレイノイズ数が低くなると、巻き込ん
だガスが細分化されにくくなり、やはり気体と液体の混
合は十分に行われ難いという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
み、ガス巻き込み量の向上を図り、気液接触面積を大幅
に増加させて気液混合を効率的に行えるようにした、竪
形撹拌装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の竪形撹拌装置
は、竪形円筒形の撹拌槽の中心に槽外から回転駆動され
る回転軸を配置し、該回転軸の下部に、前記撹拌槽の底
壁面と僅かな間隔をあけて平板状のボトムパドルを装着
し、前記回転軸における前記ボトムパドルの上側に縦材
と横材を格子状に組み合わせた格子翼を装着し、前記格
子翼の翼端に案内翼を取付けており、該案内翼は、格子
翼の回転方向に延びる翼幅を有し、かつ格子翼の上下に
わたって設けられており、前記撹拌槽の側壁面に、上下
方向にのびる複数本のバッフルを周方向に間隔を有して
固着していることを特徴とする。請求項２の竪形撹拌装
置は、前記格子翼は、下端から上端に至るまで前記ボト
ムパドルの半径と同じ半径を有しており、かつ、前記回
転軸と平行な外側縦材および内側縦材と、それらを連結
する横材とからなり、前記案内翼は前記外側縦材の外端
に連続的に取付けられていることを特徴とする。請求項
３の竪形撹拌装置は、前記格子翼は、上端から下端に向
うにつれて連続的に半径が増大した外側傾斜縦材を有
し、前記案内翼は前記外側傾斜縦材の外端に連続的に取
付けられており、前記ボトムパドルの半径は前記格子翼
の下端の半径と同一であることを特徴とする。

【００１３】請求項１の発明によれば、上部の格子翼か
らの吐出流は案内翼の内側に沿って下降流に変換され、
上下方向の軸流が発生する。また、案内翼により上部の
格子翼からの槽壁側への吐出が弱くなり、下部の格子翼
により形成された上昇流との衝突が少なくなるので上下
循環流が大きくなる。このことによって軸中心部はより
大きな負圧となり、気液界面からガス巻き込み量が増加
気液混合が効率よく行われるようになる。請求項２の発
明によれば、格子翼が上方も半径が大きいので、横材で
液を剪断細分化する効果が高く、気体を微細渦に巻き込
みやすいことから、気液混合が効率よく行われる。請求
項３の発明によれば、格子翼の半径が上端から下端に向
って増大した結果、ボトムパドルの半径も大きくなって
撹拌槽内壁面のバッフルに近づいた位置にあるので、粘
度が高く半径方向吐出流を強くしにくい液体であって
も、撹拌槽内壁面に届かせバッフルによって上昇流に替
えることができる。このため、充分な軸流を形成するこ
とができ、ガス巻き込み量が増加し、気液混合が効率よ
く行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態に係る竪
形撹拌装置の縦断面図、図２は同撹拌装置の平面図、図
３の(A) 図は本発明の竪形撹拌装置の概略縦断面図、同
(B) 図は半径方向吐出流の説明図、同(C) 図は上昇流の
説明図、図４は図１の竪形撹拌装置における液体の流動
パターンの説明図である。

【００１５】図１〜２において、１は円筒形の撹拌槽で
あり、この中心に回転軸４が上下に延びるように設けら
れている。回転軸４の上方には、図示しない駆動モータ
等が連結され、回転軸４の下端は図示しない軸受で回転
自在に支持されている。また、撹拌槽１の内壁には複数
本のバッフル３が取付けられている。このバッフル３
は、流体の水平面内での旋回を止め、半径方向の吐出流
を上昇流に変換するためのものである。

【００１６】前記回転軸４には、撹拌翼２が取付けられ
ており、この撹拌翼２はボトムパドル５と格子翼６とか
ら構成されている。ボトムパドル５は槽底壁との間にわ
ずかの隙間をあけて、回転軸４の下部に取付けられた板
状の翼である。格子翼６は前記ボトムパドル５と同一半
径を有し、ボトムパドル５の上方において回転軸４に取
付けられている。この格子翼６は、一対の外側縦材７と
一対の内側縦材８を有し、これらを結合する複数本の横
材９とから構成されている。

【００１７】上記の構成は、図６の従来例Ｉと基本構成
が同じである。本実施形態は、さらに案内翼１０を取付
けた点に特徴がある。すなわち、格子翼６の外側縦材７
の外側に案内翼１０が取付けられている。この案内翼１
０は、格子翼６の外端縁で、格子翼の回転方向に延びる
翼幅を有し、格子翼６の上下長さ全長にわたって設けら
れている。この案内翼１０の翼幅は、格子翼６が生み出
す半径方向外側への流れを受止めて、下降流に変換する
足る幅を有していればよく、一般的にいって、槽内径
（直径）の略々５〜１０％程度である。

【００１８】また、前記案内翼１０の翼形断面は円弧状
であることが流動抵抗を最小にできるため最も好ましい
が、直板状であっても差支えない。さらに、格子翼の外
端から回転方向の前方にのみ延出したものでもよく、図
示の例のように、回転方向の前後両方向に延出したもの
であってもよい。

【００１９】上記の竪形撹拌装置では、図３の(B) 図に
示すように、半径方向の吐出量、すなわち、ボトムパド
ル５の吐出流、外側縦材７の吐出流、内側縦材８の
吐出流は図７の従来例Ｉと同様であるが、つぎの特徴
がある。すなわち、格子翼６からの吐出流、は案内
翼１０の内側に沿って下降流に変換され、上下方向の
軸流が発生する。また、案内翼１０により上部の格子翼
６から槽内壁へ向けての吐出が弱くなるので（図３の
(C) 図参照）、下部の格子翼６により形成された上昇流
との衝突が少なくなり（図３の(A) 図参照）、図４に示
すように、上下循環が大きくなる。

【００２０】さらに、上部の格子翼６は翼幅が広いの
で、液を剪断細分化する効果が高く、気体を微細渦に巻
き込みやすくなる。

【００２１】上記の理由により、軸中心部はより負圧の
程度が高くなり、気液界面からのガス差込み量が増加す
るので、気液混合が効率よく行える。

【００２２】つぎに、本発明の他の実施形態を説明す
る。図５は本発明の他の実施形態に係る竪形撹拌装置の
縦断面図である。この実施形態では、撹拌翼２がボトム
パドル５Ａと傾斜格子翼６Ａとから構成されている。す
なわち、格子翼６Ａは、その半径が上端から下端に向っ
て増大した傾斜格子翼６Ａを用いたものであり、ボトム
パドル５Ａの半径は傾斜格子翼６Ａの半径と同一であ
る。そして、その傾斜した外側縦材７Ａの案内翼１０を
取付けている。したがって、案内翼１０も外側縦材７Ａ
と同様に傾斜している。

【００２３】この実施形態でも、基本的には先の実施形
態と同様に、案内翼１０による下降流の生成と、上下循
環流の増強により、軸中心部の負圧を高くして、気液界
面からのガス巻き込み量を増加することができる。そし
て、格子翼６Ａの半径が下端側で増大している結果、ボ
トムパドル５Ａの半径も大きくなっており、ボトムパド
ル５Ａの外端とバッフル３とが近づいているので、粘度
が高く半径方向吐出流を強くしにくい液体であっても、
その液体を撹拌槽内壁に当るよう半径方向に吐出し、バ
ッフル３によって上昇流に替えることができる。このた
め、充分な軸流を形成することが可能であり、ガス巻き
込み量が増加し、気液混合効率を高めることができる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、案内翼によ
り、上部の格子翼からの吐出流は案内翼の内側に沿っ
て、下降流に変換され、軸流が発生する。また、案内翼
により上部の格子翼からの槽壁側への吐出が弱くなり、
下部の格子翼により形成された上昇流との衝突が少なく
なり上下循環流が大きくなる。このことによって軸中心
部はより負圧となるため、気液界面からガス巻き込み量
が増加する。請求項２の発明によれば、格子翼が上方も
半径が大きいので、横材で液を剪断細分化する効果が高
く、気体を微細渦に巻き込みやすいことから、気液混合
が効率よく行われる。請求項３の発明によれば、粘度が
高い場合でも、充分な軸流を形成することが可能であ
り、ガスホールドアップ量が増加し、気液混合が効率よ
く行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る竪形撹拌装置の縦断
面図である。

【図２】同撹拌装置の平面図である。

【図３】(A) 図は図１の竪形撹拌装置の概略縦断面図、
(B) 図は半径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説
明図である。

【図４】図１の竪形撹拌装置における液体の流動パター
ンの説明図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係る竪形撹拌装置の縦
断面図である。

【図６】従来の撹拌装置の縦断面図である。

【図７】(A) 図は従来例Ｉの概略縦断面図、(B) 図は半
径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説明図であ
る。

【図８】(A) 図は従来例IIの概略縦断面図、(B) 図は半
径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説明図であ
る。

【図９】従来例Ｉにおける流動パターンの説明図であ
る。

【図１０】従来例IIにおける流動パターンの説明図であ
る。

【符号の説明】

１撹拌槽２撹拌翼４回転軸５ボトムパドル６格子翼７外側縦材８内側縦材１０案内翼

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】竪形円筒形の撹拌槽の中心に槽外から回転
駆動される回転軸を配置し、該回転軸の下部に、前記撹
拌槽の底壁面と僅かな間隔をあけて平板状のボトムパド
ルを装着し、前記回転軸における前記ボトムパドルの上
側に縦材と横材を格子状に組み合わせた格子翼を装着
し、前記格子翼の翼端に案内翼を取付けており、該案内
翼は、格子翼の回転方向に延びる翼幅を有し、かつ格子
翼の上下にわたって設けられており、前記撹拌槽の側壁
面に、上下方向にのびる複数本のバッフルを周方向に間
隔を有して固着していることを特徴とする竪形撹拌装
置。
【請求項２】前記格子翼は、下端から上端に至るまで前
記ボトムパドルの半径と同じ半径を有しており、かつ、
前記回転軸と平行な外側縦材および内側縦材と、それら
を連結する横材とからなり、前記案内翼は前記外側縦材
の外端に連続的に取付けられていることを特徴とする請
求項１記載の竪形撹拌装置。
【請求項３】前記格子翼は、上端から下端に向うにつれ
て連続的に半径が増大した外側傾斜縦材を有し、前記案
内翼は前記外側傾斜縦材の外端に連続的に取付けられて
おり、前記ボトムパドルの半径は前記格子翼の下端の半
径と同一であることを特徴とする請求項第１項記載の竪
形撹拌装置。