WO2007037263A1 - 攪拌装置 - Google Patents

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WO2007037263A1
WO2007037263A1 PCT/JP2006/319155 JP2006319155W WO2007037263A1 WO 2007037263 A1 WO2007037263 A1 WO 2007037263A1 JP 2006319155 W JP2006319155 W JP 2006319155W WO 2007037263 A1 WO2007037263 A1 WO 2007037263A1
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WO
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stirring
blade
tank
stirring blade
shaft
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/319155
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shoji Morinaga
Ryuichi Yatomi
Katsuhide Takenaka
Original Assignee
Shi Mechanical & Equipment Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shi Mechanical & Equipment Inc. filed Critical Shi Mechanical & Equipment Inc.
Publication of WO2007037263A1 publication Critical patent/WO2007037263A1/ja

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05Stirrers
    • B01F27/07Stirrers characterised by their mounting on the shaft
    • B01F27/072Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis
    • B01F27/0723Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis oblique with respect to the rotating axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05Stirrers
    • B01F27/07Stirrers characterised by their mounting on the shaft
    • B01F27/072Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis
    • B01F27/0724Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis directly mounted on the rotating axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05Stirrers
    • B01F27/11Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/112Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades
    • B01F27/1125Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades with vanes or blades extending parallel or oblique to the stirrer axis
    • B01F27/11253Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades with vanes or blades extending parallel or oblique to the stirrer axis the blades extending oblique to the stirrer axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05Stirrers
    • B01F27/11Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/19Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis
    • B01F27/192Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis with dissimilar elements

Definitions

  • the present invention relates to an agitation apparatus for agitation treatment for the purpose of mixing, dissolution, crystallization, reaction and the like.
  • a large flat blade attached along the stirring shaft has a large amount of liquid discharged from the blade in the radial direction over the entire tank, It has the advantage of good agitation characteristics and is suitable for agitation treatment of liquids containing solids that tend to settle at the bottom of a relatively high viscosity liquid tank.
  • the upper half and the lower half of the blade have the same amount of liquid discharged from the blade in the radial direction.
  • the flow and the discharge flow upward from the lower half of the blade collide, and a partition zone is also formed between the upper and lower sides.
  • sufficient vertical circulation flow is not formed over the entire tank, The stirring characteristics that the mixing of the liquid in the upward and downward direction of the tank is difficult to proceed are not sufficient.
  • the large flat blades have good stirring characteristics when the Re number is 50 or more, but when the Re number becomes high viscosity of 50 or less, the inertial force of the liquid becomes weak. Even with flat blades, the discharge in the radial direction is very small. Therefore, sufficient circulation flow is not formed, up and down Good mixing in the direction is not obtained.
  • an upper stirring blade 22 provided to be inclined at an upward angle with respect to the rotation direction of the stirring shaft 21 and a lower portion provided in the vertical direction (along the axial direction).
  • a stirring device 20 including a stirring blade 23 is provided (see Patent Document 1).
  • the upper stirring blade of the stirring device includes a first upper stirring blade 22a and a second upper stirring blade 22b formed in a quarter-elliptical shape in parallel, and a lower portion of the first upper stirring blade 22a and a second
  • the upper stirrer blade 22b is arranged so as to overlap with the upper part, and a semi-elliptical inclined step blade 22 is constructed, and such semi-elliptical inclined step blades (first upper blade 22a and second upper blade 22b) 22 are arranged.
  • the stirring shaft 21 is configured to be tilted upward with respect to the rotation direction and fixed so as to be sandwiched from both sides.
  • the lower stirring blade 23 has a flat plate shape whose outer peripheral end extends to the vicinity of the tank wall, and its tip end portion (outer peripheral end portion) is on the retreating side of the stirring shaft 21 (of the stirring shaft). Bent in the direction opposite to the rotation direction.
  • the present invention provides a stirrer that can rapidly and uniformly stir and mix a fluid in a wide viscosity range from high viscosity to low viscosity over the entire tank. This is the issue.
  • a stirring shaft that can be rotated by the external force of the tank is disposed at the center of the stirring tank, and the upper stirring blade is disposed on the stirring shaft.
  • a stirring device comprising: a flat plate-like lower stirring blade that hangs down near the bottom of the tank and near the bottom of the tank and extends in the radial direction from the stirring axial force.
  • the unit is configured by a plurality of upper stirring blades provided at a predetermined interval along the circumferential direction of the stirring shaft and inclined at a predetermined upward angle with respect to the rotation direction of the stirring shaft.
  • the upper agitating blades corresponding to each of the upper agitating blades in the respective stages are such that the upper agitating blade on the upper stage and the upper agitating blade on the lower stage are arranged in the axial direction from the lower side of the upper agitating blade of the upper They are arranged in overlapping positions so that the lower side of the lower upper stirring blade can be seen, and the uppermost stage
  • the angle between the upper side of the upper stirring blade and the lower side of the uppermost stirring blade in the lowermost stage with respect to the rotation direction around the stirring axis is smaller than 180 °.
  • the rotation angle of the stirring shaft required at that time may be an angle smaller than 180 °. That is, the liquid at the top of the tank can reach the bottom (bottom) at a stretch with a rotation angle smaller than 180 °.
  • the liquid in the upper part of the tank can be efficiently moved to the lower stirring blade side by the upper stirring blade.
  • a positive pressure is generated on the surface (surface in the rotation direction) side of the blade, and a negative pressure is generated on the back surface (surface opposite to the rotation direction) side.
  • the liquid near the back side of the upper stirring blade is drawn by the negative pressure generated on the back surface of the upper stirring blade in the upper stage.
  • the lower side of the upper upper stirring blade and the upper side of the lower upper stirring blade are caused by the positive pressure generated on the surface of the upper upper stirring blade and the negative pressure generated on the back surface of the lower upper stirring blade.
  • a suction force is generated at the overlapping part with the upper part, and the liquid moved downward by the upper stirring blade on the upper stage is drawn into the overlapping part, and this drawn liquid is generated on the back surface of the lower upper stirring blade. Due to the negative pressure, it is moved further downward along the lower upper stirring blade.
  • the liquid can efficiently move downward along the upper stirring blade.
  • the upper stirring blade part allows the liquid in the upper part of the tank to move efficiently toward the lower stirring blade side.
  • the liquid moved to the lower stirring blade side is further discharged in the tank wall (diameter) direction by the lower stirring blade.
  • the discharged liquid collides with the tank wall and rises to form a vertical circulation flow in the tank.
  • a stirring shaft capable of rotating outside the tank is disposed in the central portion of the stirring tank, and the upper stirring blade portion disposed on the stirring shaft and the force near the lower end of the upper stirring blade portion and the vicinity of the bottom of the tank.
  • a stirring device provided with a flat lower stirring blade that hangs down and extends in the radial direction, wherein the upper stirring blade portion includes a plurality of upper stirring blades in a circumferential direction of the stirring shaft. And inclined at a predetermined upward angle with respect to the rotation direction of the stirring shaft.
  • the upper stirring blade corresponding to each stage includes an upper stirring blade in the upper stage and an upper stirring blade in the lower stage in the axial length direction.
  • Lower side force of the stirring blades are arranged at overlapping positions so that the lower side of the lower upper stirring blade can be seen, and in the axial direction, the bottom surface of the stirring tank is predetermined with respect to the rotation direction around the stirring shaft. It may be a stirrer characterized by being disposed so as to cover only this angle.
  • the stirring shaft can cause the liquid in the upper part of the tank to reach the lower part at a rotation angle smaller than 180 °, and the upper stirring blade part can The liquid can be efficiently moved to the lower stirring blade.
  • the upper stirring blade is formed in a sector shape that becomes wider in the rotation direction toward the inner wall surface of the stirring tank.
  • the flow rate of the liquid moved to the lower part of the tank by the upper stirring blade part is also increased, and the flow rate of the downward flow in the tank (the flow of liquid along the upper stirring blades of each stage toward the lower part of the tank) is further increased.
  • the flow rate of the vertical circulation flow in the tank increases, and good mixing in the vertical direction in the tank can be performed more quickly.
  • stirring and mixing can be performed more rapidly and uniformly over the entire vertical direction in the tank.
  • the upper stirring blade has a configuration in which an outer peripheral end on the inner wall surface side of the stirring tank has a shape close to the inner wall surface.
  • the area of the upper stirring blade can be increased. Accordingly, as described above, the flow rate of the downward flow by the upper stirring blade portion is increased, and the flow rate of the vertical circulation flow is increased. And good mixing in the vertical direction in the tank can be obtained.
  • the lower stirring blade is configured to be wide in the radial direction toward the bottom surface of the stirring tank.
  • the stirring device according to the present invention forms a downward flow with a sufficient flow rate even if the rotation angle of the stirring shaft is small, and accordingly, a vertical circulation flow with a sufficient flow rate is formed, resulting in a high viscosity.
  • a fluid having a wide viscosity range up to a low viscosity can be rapidly and uniformly stirred and mixed throughout the tank.
  • FIG. 1 shows a front view of a stirrer according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a side view of the stirring apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 shows an AA cross-sectional view of the stirring apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual perspective view from one side of a stirring blade of the stirring device according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual perspective view of the other side force of the stirring blade of the stirring device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual perspective view from one side of a stirring blade of a stirring device according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a conceptual perspective view of the other side force of the stirring blade of the stirring device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view of a stirring blade of the stirring device according to the embodiment.
  • FIG. 9 As a result of CFD of the stirrer according to the first embodiment, (A) shows the flow state in the phase where the upper stirring blade part exists, and (B) shows the upper stirring blade. It is a figure which shows the fluid state in the phase where a part does not exist.
  • FIG. 10 shows the results of a comparison experiment of stirring performance using the iodine reduction decolorization method of the stirring apparatus according to the embodiment and the conventional stirring apparatus.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the stirring characteristics of a conventional stirring device according to a small blade.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining the stirring characteristics of a conventional stirring device for a large flat blade.
  • FIG. 13 is a front view of a conventional stirring apparatus including an upper stirring blade and a lower stirring blade.
  • FIG. 14 shows a side view of a conventional stirring device having an upper stirring blade and a lower stirring blade.
  • FIG. 15 is a plan view of a conventional stirring apparatus including an upper stirring blade and a lower stirring blade.
  • the stirring device 1 has a stirring shaft 3 rotatably supported at the center of a cylindrical stirring tank 2.
  • the lower end of the stirring shaft 3 is suspended to the vicinity of the tank bottom.
  • the upper end is connected to a tank top drive device (not shown) via a coupling (not shown).
  • the stirring shaft 3 is provided with an upper stirring blade portion 4 and lower stirring blades 5 and 5.
  • the upper stirring blade section 4 is configured by providing a plurality of stages of a pair of upper stirring blades 6 and 6 at regular intervals along the axial direction of the stirring shaft 3.
  • the first, second, and third stages are arranged in order from the top.
  • the upper stirring blade 6 is a flat stirring blade, and is formed in a sector shape having the sides (upper and lower sides) 6a and 6b as radii.
  • the upper agitating blade 6 is attached so as to sandwich the agitating shaft 3 from both sides in a direction extending in the radial direction (stirring axial force to the tank wall direction) and wide in the rotation direction of the agitating shaft 3.
  • the pair of upper stirring blades 6 and 6 are fixed to the stirring shaft 3 by being inclined at a predetermined upward angle with respect to the rotation direction (arrow a) of the stirring shaft 3.
  • This inclination angle (upward angle) is such that the pair of upper stirring blades in the second stage is transferred from the pair of upper stirring blades 6, 6 in the first stage to the pair of upper stirring blades 6 ', 6' in the second stage. Any angle may be used so long as the liquid continuously flows from 6 ', 6' to the pair of upper stirring blades 6 ", 6" in the third stage.
  • the upper agitating blade 6 has a flat fan-shaped flat plate shape in this embodiment, it is not necessary to be limited to this. Grooves may be provided along the flow direction of the liquid. Also, it may be an intermittent flat plate instead of continuous. Further, it may be a hollow sector shape or a rectangular shape which need not be limited to the sector shape.
  • the second stage upper agitating blade 6 ' is provided on the retreating side (opposite to the arrow ⁇ ) with respect to the rotational direction relative to the corresponding first stage upper agitating blade 6.
  • the second stage upper agitating blade 6 ′ is moved in the axial direction from the lower side 6b (end on the retreating side end) side of the corresponding first stage upper agitating blade 6 in the axial direction. It is provided at a position (part) where the lower side of 'can be seen.
  • the upper stirring blade 6 "of the third stage is also provided in a position where the lower side 6'b side force of the corresponding upper stirring blade 6 'of the second stage can be seen in the axial direction.
  • the corresponding upper stirring blades 6, 6 ′, 6 ′′ are arranged so as to be displaced backward with respect to the rotational direction as they go down, so that the upper stirring blade portions 4 in the axial direction are arranged.
  • Each of the sides 6a and 6 "b is disposed so that a pair of fan-shaped shapes having an angle of about 90 ° sandwich the stirring shaft 3 facing each other.
  • the angle between the upper side 6a (6'a, 6 "a) and the lower side 6b (6'b, 6" b) of the upper stirring blade 6 (6 ', 6 ") is
  • the angle between the upper and lower sides of the pair of upper stirring blades 6 and 6 facing each other may be different. .
  • the angle formed by the lower side 6'b of the second stage upper stirring blade 6 'corresponding to the lower side 6b of the first stage upper stirring blade 6 and the second stage upper stirring blade 6' are all arranged to be the same in this embodiment. It may be different. Further, the distance between the pair of upper stirring blades 6 and 6 in the first stage and the second stage, and the second stage and the third stage in the direction of the stirring shaft 3 does not have to be constant.
  • the angle formed by the sides 6a, 6 "b of the upper stirring blade part 4 is about 90 ° in the present embodiment, but it is not necessarily limited to this.
  • the angles formed by the side edges 6a and 6 "b of the fan-shaped shape sandwiching the stirring shaft 3 of the upper stirring blade part 4 are not necessarily the same, but are different from each other. There may be.
  • the lower stirring blades 5, 5 are flat stirring blades provided along the stirring shaft 3, and are formed so as to be wide in the radial direction downward.
  • the lower stirring blades 5, 5 are arranged in the axial direction in the radial direction along the lower sides 6 "b, 6" b of the third pair of upper stirring blades 6 ", 6" in the axial direction.
  • the stirring blades 6 ", 6" are formed so as to extend downward from the vicinity of the lower sides 6 "b, 6" b.
  • the stirrer according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the stirrer characteristics of the stirrer according to the present embodiment will be described with reference to Figs.
  • the upper stirring blade 4 and the lower stirring blades 5, 5 rotate in the same direction.
  • the first stage upper stirring blade 6 moves the liquid in the upper part of the stirring tank 2 downward (arrow A, ⁇ ′).
  • the second stage upper agitating blade 6 ' moves the liquid moved downward by the corresponding first stage upper agitating blade 6 further downward, and at the same time, near the front and back surfaces of the upper agitating blade 6'.
  • the third stage upper stirring blade 6 "moves the liquid moved downward by the corresponding first stage and second stage upper stirring blades 6, 6 'further toward the bottom of the tank 2. Then, the liquid near the front and back surfaces of the upper stirring blade 6 "is moved downward (arrows C and C ').
  • the liquid near the back surface 6d side of the upper stirring blade 6 is drawn by the negative pressure generated on the back surface 6d of the upper stirring blade 6 in the first stage.
  • the drawn liquid is moved by being drawn downward by the negative pressure generated on the back surface 6′d of the second stage upper stirring blade 6 ′ (arrow A).
  • it is moved downward (arrow B) by being drawn downward by the negative pressure generated on the back surface 6 "d of the third stage upper stirring blade 6".
  • the liquid is drawn by the negative pressure generated on the back surface of the lower stirring blade 5 (arrow C).
  • the first stage of the upper stirring blade 6 by the positive pressure generated on the surface 6c of the upper stirring blade 6 of the first stage and the negative pressure generated on the rear surface 6'd of the corresponding upper stirring blade 6 'of the second stage.
  • a suction force is generated at the overlapping portion between the lower side 6b of the blade 6 and the upper side 6'a of the upper stirring blade 6 'corresponding to the second stage.
  • the liquid is drawn into the overlapping part of the upper stirring blade 6, the lower side 6, b part of the upper stirring blade 6 ”corresponding to the upper side 6” a part of the third stage, and is further discharged downward. (Arrow B '). Similarly, the liquid is drawn into the bottom of the tank 2 (lower stirring blades 5, 5) by the third upper stirring blade 6 "(arrows C, C').
  • the angle formed by both sides 6a, 6 "b of each fan-shaped portion of the upper stirring blade portion 4 appearing as a pair of fan-shaped members in the axial direction is about 90 °.
  • the liquid located in the upper part of the upper stirring blade part 4 (upper part of the first stage upper stirring blade part 6) moves to the lower part (lower part of the third stage upper stirring blade part 6 "). Rotate only about 90 °.
  • the liquid in the upper part of the tank cannot be moved downward by the upper stirring blade 22 unless the stirring shaft 21 is rotated by 180 ° (see FIGS. 14 to 16).
  • the rotation can be performed at about half the rotation angle. For this reason, it is possible to carry out stirring and mixing as much as the conventional stirring device 20 with a smaller number of rotations (rotation angle).
  • the stirring device 1 can perform stirring and mixing in a very short time compared to the conventional stirring device 20. become.
  • the upper stirring blade part 4 can efficiently move the liquid in the upper part of the tank 2 to the lower stirring blade side during stirring, and this also improves the stirring characteristics.
  • the upper stirring blade part 4 can efficiently move the liquid in the upper part of the tank 2 to the lower stirring blade side during stirring, which further improves the stirring characteristics.
  • the liquid in the upper part of the tank is also moved in the radial direction by the upper stirring blade before moving to the lower part of the tank. Therefore, since the upper stirring blade cannot move all of the liquid in the upper part of the tank to the lower stirring blade, it cannot quickly obtain good mixing in the vertical direction in the tank.
  • the overlapping portion of the lower side portion of the upper upper stirring blade and the upper side portion of the lower upper stirring blade is downward on the upper upper stirring blade surface. Since the liquid pushed down is sucked and forcibly moved downward, the amount of liquid moving in the direction of the tank wall due to centrifugal force can be reduced, and the upper stirring blade part 4 can efficiently lower the lower stirring blade. The liquid can be moved to the 5th and 5th side.
  • each of the upper stirring blades 6, 6 ', 6 " is formed in a fan-shaped shape that is wide in the rotation direction against the side wall. As a result, it is possible to move more liquid near the tank wall to the lower side. As a result, the amount of liquid that moves from the upper stirring blades 6, 6 'and 6 "to the tank wall side is reduced. The amount of liquid discharged to the lower stirring blades 5 and 5 side by the upper stirring blade portion 4 increases.
  • the upper stirring blade 6 has a fan shape, the area of the overlapping portion between the upper stirring blade in the upper stage and the corresponding upper stirring blade in the lower stage increases as it approaches the tank wall direction.
  • the suction force toward the bottom of the tank (downward) becomes stronger. Therefore, it is possible to increase the flow rate of the liquid moving downward by reducing the movement of the liquid toward the tank wall.
  • the liquid moved to the bottom side of the tank 2 as described above is discharged in the radial direction by the lower stirring blades 5 and 5 (arrow D) and collides with the tank wall. As a result, the liquid in the tank 2 starts to move upward along the tank wall.
  • the pair of upper stirring blades 22 and 22 are semi-elliptical in shape such that the outer peripheral ends run along the tank wall in the axial direction. And is disposed so as to substantially cover the entire bottom surface of the tank. Therefore, the diameter of the lower stirring blades 23, 23 When the liquid discharged in the direction rises along the tank wall, a circulating flow is formed such that the liquid rises through the gap between the outer peripheral ends of the upper stirring blades 22 and 22 and the tank wall.
  • the upper stirring blade 4 in addition to the gap between the upper stirring blade 4 and the tank wall, the upper stirring blade 4 covers the bottom of the tank in the axial direction.
  • the liquid can also rise in the unexposed regions R and R (see Fig. 3). Since an upward flow of liquid with a sufficient flow rate is formed at the strong parts R and R, it is not necessary to provide a wide gap between the upper stirring blade 4 and the tank wall. Therefore, each of the upper stirring blades 6, 6 ', 6 "constituting the upper stirring blade part 4 can be formed in a sufficient length in the radial direction, that is, extended to a position very close to the tank wall.
  • each upper stirring blade 6, 6 ', 6 can be increased, and the flow rate of the downflow can be further increased.
  • an up-and-down circulation flow with a very large flow rate is formed in the tank 2 so that the object to be stirred can be stirred as a whole, and very good stirring characteristics in the vertical direction can be obtained.
  • a sufficient downward flow is formed even if the rotation angle of the agitation shaft is small, and accordingly, a vertical flow of sufficient circulation is formed in the tank.
  • a fluid having a wide viscosity range up to a low viscosity can be rapidly and uniformly stirred and mixed throughout the tank.
  • a set of upper stirring blades 6, 6, 6 provided along the circumferential direction of the stirring shaft 3 is provided in a plurality of stages at regular intervals along the axial direction of the stirring shaft 3. It is composed of
  • the upper force is also configured in three stages of a first stage, a second stage, and a third stage in order.
  • the upper stirring blades 6, 6, 6 are fixed to the stirring shaft 3 at equal intervals along the circumferential direction. Further, as in the first embodiment, it is fixed by being inclined at a predetermined upward angle with respect to the rotation direction of the stirring shaft 3. [0072]
  • the pair of upper stirring blades 6, 6, and 6 are arranged so as to be displaced backward with respect to the rotational direction as they go to the lower stage, as in the first embodiment.
  • the upper agitating blade section 14 is arranged so that three fan-shaped shapes having an angle of about 90 ° formed by the side portions 6a and 6 "b appear radially around the agitating shaft 3, respectively.
  • the fan-shaped upper stirring blade portion 14 and the tank bottom surface R ′ are alternately arranged in order along the rotation direction.
  • the lower stirring blades 15, 15, and 15 are formed in a flat plate shape that is directed downward and wide in the radial direction. Agitating blades 6 ", 6", 6 "are provided radially along the lower sides 6" b, 6 "b, 6" b.
  • the stirring device has the above-described configuration.
  • the liquid drawn into the negative pressure portion generated on the back surface of the upper stirring blade of each stage is the lower stirring blade (upper stirring blade or lower stirring blade).
  • the bow I When the bow I is inserted into the negative pressure part generated on the back of the tank, it moves downward, so that the liquid in the upper part of the tank spirals downward along the corresponding upper stirring blades 6, 6 ', 6 ".
  • FIG. 9 shows the result of flow analysis (CFD) in the first embodiment under the following conditions.
  • FIG. 9 (A) shows that the corresponding upper stirring blades 6, 6 ', 6 "
  • Fig. 9 (B) shows the flow state at the rotational phase where the corresponding upper stirring blade 6, 6 ', 6 "of the upper stirring blade part 4 does not exist. It is shown. From this result, in the phase where the corresponding upper stirring blade 6, 6 ', 6 "exists in the upper stirring blade section 4, the flow velocity is large from the upper part of the tank to the lower part of the tank! )), The liquid moves from the top of the tank to the bottom of the tank at once.
  • Fig. 10 shows an iodine reduction decolorization method used to evaluate the mixing performance of the stirring apparatus. The state was photographed every 0 to 1 second and the photographs were arranged in order of the left force. It is.
  • the upper stage uses a stirrer in which the conventional upper stirring blade part is disposed so as to substantially cover the entire tank bottom surface in the axial length direction, and the lower stage includes the stirrer according to the first embodiment of the present invention. It is what was used.
  • the liquid in the tank is colored red with iodine, and the decolorizing agent (sodium thiosulfate) is added from the top of the tank and then stirred, whereby the liquid in the tank is decolorized.
  • the decolorizing agent sodium thiosulfate
  • the agitation performance can be evaluated according to the progress. From FIG. 10, the stirring device according to the present invention is decolored in 8 seconds, and the conventional stirring device is decolored in 11 seconds. Therefore, the stirring performance of the stirring device according to the present invention is the same as that of the conventional stirring device. It can be evaluated that it is higher than the stirring performance.
  • the stirrer according to the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
  • the upper stirring blade 6 is fixed to the stirring shaft 3, but may not be fixed. That is, the inclination angle of the upper stirring blade 6 with respect to the stirring shaft 3 may be made changeable even if the number of stages of the upper stirring blade 6 constituting the upper stirring blade portion 4 can be changed. Further, the mounting position of the upper stirring blade 6 on the stirring shaft 3 may be changeable.
  • the stirring shaft of the upper stirring blade 6 is increased so that the flow rate of the vertical circulation flow in the tank 2 is increased even if the amount or viscosity of the stirring target (liquid) changes.
  • the upper stirring blade section 4 may be a two-stage force composed of a pair of three upper stirring blades 6, 6, ..., or may be four or more stages.
  • the number of upper stirring blades 6 in each stage of the upper stirring blade portion 4 need not be limited to two or three, and may be four or more.
  • the lower stirring blades 5, 5 are formed in a single flat plate shape and wide in the radial direction by directing the force toward the lower portion, but need not be limited to this, and have the same vertical width. Also, it may be divided into upper and lower parts and composed of a plurality of flat plates. Furthermore, the tip may be bent.

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  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

 高粘度から低粘度までの広い粘度域の流体を、槽内の全体に亘って速やか且つ均一に攪拌混合することができる攪拌装置を提供することを課題とする。  本発明は、攪拌軸に配設される上部攪拌翼部と平板状の下部攪拌翼とを備える攪拌装置であって、上部攪拌翼部は、複数の上部攪拌翼が攪拌軸の周方向に沿って所定間隔に且つ攪拌軸の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜して設けられることで構成される一組の上部攪拌翼を複数段備え、各段の対応する上部攪拌翼は、上段の上部攪拌翼と下段の上部攪拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上部攪拌翼の下辺側から前記下段の上部攪拌翼の下辺側が見えるように重なる位置にそれぞれ配設されると共に、最上段の上部攪拌翼の上辺から最下段の上部攪拌翼の下辺までの攪拌軸を中心とする回転方向に対する角度が180°より小さくなるように配設されることを特徴とする。

Description

明 細 書
攪拌装置
技術分野
[0001] 本発明は、混合、溶解、晶析、反応等を目的とした攪拌処理用の攪拌装置に関す る。
背景技術
[0002] 従来、攪拌装置の攪拌翼として、タービン翼、パドル翼、プロペラ翼等の小型翼を 多段で使用する例が多い。これらの攪拌翼を使用する攪拌装置では、翼回転数を高 くして翼力 半径方向に吐出される液の流量を多くすることにより、液が攪拌槽内壁 面(以下、単に「槽壁」と言うことがある。)に衝突して上方及び下方に回り、再び翼の 所へ戻る循環流動を発生させ、槽内の混合を行っていた。
[0003] しかし、上記小型翼では、図 11に示すように、攪拌槽 (以下、単に「槽」と言うことが ある。 )内の全体に亘つて十分な上下循環流動が形成されず、上下間に複数の仕切 ゾーン Z,…ができてしまうため、槽の上下方向の液の混合が進み難ぐ攪拌特性は あまり良くない。
[0004] これに対し、図 12に示すように、攪拌軸に沿って取り付けられる大型の平板型翼で は、槽内の全体に亘つて翼から半径方向への液の吐出量が大きいため、攪拌特性 が良いというメリットがあり、比較的高粘度の液ゃ槽底部に沈降し易い個体を含む液 体の攪拌処理に適して ヽる。
[0005] しかし、このような平板型翼であっても、翼の上半分と下半分とで翼から半径方向へ 吐出される液の吐出量が等しいため、翼の上半分から下方への吐出流動と翼の下半 分から上方への吐出流動とが衝突して、やはり上下間に仕切ゾーンができてしまい、 前記同様、槽内の全体に亘つて十分な上下の循環流動が形成されず、槽の上下方 向の液の混合が進み難ぐ攪拌特性が十分ではない。
[0006] また、前記大型の平板翼では、 Re数が 50以上であれば攪拌特性は良 、が、 Re数 が 50以下の高粘度になると液の慣性力が弱くなり、このような大型の平板翼でも径方 向の吐出量が非常に小さくなる。そのため、十分な循環流動が形成されず、上下方 向での良好な混合が得られな 、。
[0007] 一方、高粘度用のリボン翼やアンカー翼などでは、低粘度になると径方向への吐出 量が極めて少なぐ低粘度では十分な循環流動が形成されず、上下方向での良好 な混合が得られない。
[0008] そこで、図 13乃至図 15に示すように、攪拌軸 21の回転方向に対して上向き角度に 傾斜させて設けた上部攪拌翼 22と垂直方向に (軸方向に沿って)設けた下部攪拌翼 23とを備える攪拌装置 20が提供されて ヽる (特許文献 1参照)。
[0009] この攪拌装置の上部攪拌翼は、四半楕円形状に形成された第 1の上部攪拌翼 22a と第 2の上部攪拌翼 22bとを平行且つ第 1の上部攪拌翼 22a下部と第 2の上部攪拌 翼 22b上部とが重なるように配置して半楕円形の傾斜段差翼 22を構成し、かかる半 楕円形の傾斜段差翼 (第 1の上部翼 22a及び第 2の上部翼 22b) 22を攪拌軸 21の 回転方向に対して上向きに傾斜させ、且つ両側から挟むように固定することで構成さ れている。
[0010] 一方、下部攪拌翼 23は、外周端が槽壁近傍まで延設された平板状で、その先端 部 (外周端部)が攪拌軸 21の回転方向に対して後退側 (攪拌軸の回転方向と反対側 )に屈曲している。
[0011] このような構成の攪拌翼では、攪拌軸 21が回転することによって、該攪拌軸 21上 部に設けた傾斜段差翼 22も共に回転する。その際、傾斜段差翼 22の上部 (先端)に 位置する槽上部の液が傾斜段差翼 22に沿って下方 (底方向)に移動させられること により、槽内上部の液が槽内下部(下部攪拌翼 23側)へ移動され、移動された液が 下部攪拌翼 23により槽の径方向に吐出され、槽壁に衝突することで上昇して槽内で 上下循環流動を形成し、高粘度から低粘度までの広!、粘度域の流体 (液)の槽内に おける上下循環流動が形成されることによって、上下方向での攪拌混合が行われる 特許文献 1 :日本国特開平 9 75699号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] ところで、近年、攪拌作業の効率ィ匕が求められており、そのため、攪拌時間を短縮 できるよう、短時間で十分に攪拌混合できる攪拌特性の良い攪拌装置が要求されて いる。
[0013] しかし、前記従来の傾斜段差翼 22を備えた攪拌装置 20では、上部攪拌翼 (傾斜 段差翼) 22によって槽上部の液が下部攪拌翼 23側へ移動されるためには、攪拌軸 を 180° 回転、即ち、半回転させなければならず、槽内における上下方向での良好 な混合を得るためには多くの回転数(回転角)が必要となる。そのため前記攪拌時間 の短縮という要求に対し十分に応えることができな力つた。
[0014] そこで、本発明は、上記問題に鑑み、高粘度から低粘度までの広い粘度域の流体 を、槽内の全体に亘つて速やか且つ均一に攪拌混合することができる攪拌装置を提 供することを課題とする。
課題を解決するための手段
[0015] 上記課題を解決すベぐ本発明に係る攪拌装置は、攪拌槽内中心部に槽外力ゝら回 転可能な攪拌軸が配設され、該攪拌軸に配設される上部攪拌翼部と該上部攪拌翼 部下端近傍力ゝら槽底面近傍まで垂下し且つ攪拌軸力ゝら径方向に延設される平板状 の下部攪拌翼とを備える攪拌装置であって、前記上部攪拌翼部は、複数の上部攪 拌翼が前記攪拌軸の周方向に沿って所定間隔に且つ前記攪拌軸の回転方向に対 して所定の上向き角度で傾斜して設けられることで構成される一組の上部攪拌翼を 複数段備え、前記各段の対応する上部攪拌翼は、上段の上部攪拌翼と下段の上部 攪拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上部攪拌翼の下辺側から前記下段の 上部攪拌翼の下辺側が見えるように重なる位置にそれぞれ配設されると共に、最上 段の上部攪拌翼の上辺から最下段の上部攪拌翼の下辺までの攪拌軸を中心とする 回転方向に対する角度が 180° より小さくなるように配設されることを特徴とする。
[0016] 上記構成とすることで、前記攪拌軸を回転させると、前記上部攪拌翼部によって槽 上部の液が前記下部攪拌翼側 (槽下部)へ移動される。その際に必要な前記攪拌軸 の回転角度は、 180° より小さい角度で良い。即ち、 180° より小さい回転角で槽上 部の液を下部 (底部)にまで一気に到達させることができるようになる。
[0017] さらに、上記構成とすることで、前記攪拌軸を回転させると、前記上部攪拌翼によつ て槽上部の液を効率よく前記下部攪拌翼側へ移動できるようにもなる。 [0018] これは、傾斜翼を液中で回転させると、翼の表面(回転方向の面)側に正圧が発生 し、裏面(回転方向と逆の面)側には負圧が発生する。そのため、上段の上部攪拌翼 の裏面に発生する負圧によって該上部攪拌翼の裏面側近傍の液が引き込まれ、こ の弓 Iき込まれた液が下段の上部攪拌翼の裏面に発生する負圧によって下方に移動 され、さらに下段の上部攪拌翼の裏面に発生する負圧によってさらに下方に移動さ れるからである。即ち、上部攪拌翼の裏面に発生する負圧部に引き込まれた液が、 その下段の上部攪拌翼の裏面に発生する負圧部に引き込まれることで下方に移動 することにより、槽上部の液は下方側に移動される。
[0019] また、上段の上部攪拌翼の表面に発生する正圧と下段の上部攪拌翼の裏面に発 生する負圧とによって、上段の上部攪拌翼の下辺部と下段の上部攪拌翼の上辺部と の重複部分に吸引力が発生し、上段の上部攪拌翼によって下方に移動された液が 重複部分に引き込まれ、この引き込まれた液は、下段の上部攪拌翼の裏面に発生し ている負圧によって、該下段の上部攪拌翼に沿ってさらに下方に移動される。
[0020] この時、下段の上部攪拌翼の表面の正圧によって下方に移動された液も、前記同 様に、さらに下段の上部攪拌翼との重複部分に引き込まれて下方に移動され、この ような理由によっても、槽上部の液は下方側に移動される。
[0021] 以上のようにして、上部攪拌翼に沿って下方側に効率よく液が移動できるようになる 。そのため、上部攪拌翼部によって槽上部の液が下部攪拌翼側へ効率よく移動でき るよう〖こなる。この下部攪拌翼側に移動された液は、さらに下部攪拌翼によって槽壁( 径)方向に吐出される。そして、この吐出された液が槽壁に衝突して上昇することによ つて、槽内に上下循環流動が形成される。
[0022] 従って、従来の攪拌翼よりも少ない回転数で、槽内に十分な流量の上下循環流動 が形成され、上下方向での良好な混合が行われる。
[0023] また、攪拌槽内中心部に槽外力 回転可能な攪拌軸が配設され、該攪拌軸に配設 される上部攪拌翼部と該上部攪拌翼部下端近傍力ゝら槽底面近傍まで垂下し且つ攪 拌軸力 径方向に延設される平板状の下部攪拌翼とを備える攪拌装置であって、前 記上部攪拌翼部は、複数の上部攪拌翼が前記攪拌軸の周方向に沿って所定間隔 に且つ前記攪拌軸の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜して設けられること で構成される一組の上部攪拌翼を複数段備え、前記各段の対応する上部攪拌翼は 、上段の上部攪拌翼と下段の上部攪拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上 部攪拌翼の下辺側力 前記下段の上部攪拌翼の下辺側が見えるように重なる位置 にそれぞれ配設されると共に、軸長方向において、攪拌槽底面を、攪拌軸を中心と する回転方向に対して所定の角度だけ覆うように配設されることを特徴とする攪拌装 置であっても良い。
[0024] 上記構成とすることでも、前記同様、攪拌軸は、 180° よりも小さな回転角で槽上部 の液を下部にまで到達させることができ、また、上部攪拌翼部は、槽上部の液を効率 よく下部攪拌翼側へ移動できるようになる。
[0025] 従って、従来の攪拌翼よりも少ない回転数で、槽内により十分な流量の上下循環流 動が形成され、上下方向での良好な混合が行われる。その結果、槽内の全体に亘っ て速やか且つ均一に攪拌混合することができるようになる。
[0026] また、前記上部攪拌翼は、攪拌槽内壁面に向かって回転方向に幅広となる扇形形 状に形成される構成とすることが好まし 、。
[0027] 上記構成とすることで、上部攪拌翼の面積を広くすることができ、槽下部方向へ移 動される液の流量をより多くすることができるようになる。
[0028] さらに、扇形形状とすることで、上段の上部攪拌翼と対応する下段の上部攪拌翼と の重複部分の面積が大きくなり、より重複部分の吸引力が強くなる。その結果、下方 へ移動される液の流量がより多くなる。
[0029] 従って、上部攪拌翼部による槽下部へ移動される液の流量も増え、槽内の下降流( 槽下部側への各段の上部攪拌翼に沿った液の流れ)の流量がより増加する。それに 伴って槽内の上下循環流動の流量が増加し、槽内における上下方向での良好な混 合をより速やかにできるようになる。その結果、槽内の上下方向全体に亘つて、より速 やか且つ均一に攪拌混合することができるようになる。
[0030] また、前記上部攪拌翼は、その攪拌槽内壁面側の外周端が前記内壁面に近接し た形状である構成とすることが好ま 、。
[0031] 上記構成とすることで、上部攪拌翼の面積をより広くすることができる。従って、前記 同様、より上部攪拌翼部による下降流の流量が増え、上下循環流動の流量を多くす ることができ、槽内の上下方向での良好な混合を得ることができる。
[0032] また、前記下部攪拌翼は、攪拌槽底面に向かって径方向に幅広となる構成とするこ とが好ましい。
[0033] 上記構成とすることで、下部攪拌翼上部と下部攪拌翼下部との径方向への液の吐 出量の差が生じ、この吐出された液が槽壁に衝突した際、槽壁の上方側の吐出量ほ ど少ないため、より上昇流が起こり易くなる。このことによって、より上下方循環流動が 形成され易くなり、槽内の全体に亘つて速やか且つ均一に攪拌混合することができる ようになる。
発明の効果
[0034] 以上より、本発明に係る攪拌装置は、攪拌軸の回転角が少なくても十分な流量の 下降流が形成され、それに伴って十分な流量の上下循環流動が形成されて、高粘 度力 低粘度までの広い粘度域の流体を、槽内の全体に亘つて速やか且つ均一に 攪拌混合することができるようになる。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]第一実施形態に係る攪拌装置の正面図を示す。
[図 2]同実施形態に係る攪拌装置の側面図を示す。
[図 3]同実施形態に係る攪拌装置の A— A断面図を示す。
[図 4]同実施形態に係る攪拌装置の攪拌翼の一方側からの概念斜視図を示す。
[図 5]同実施形態に係る攪拌装置の攪拌翼の他方側力もの概念斜視図を示す。
[図 6]第二実施形態に係る攪拌装置の攪拌翼の一方側からの概念斜視図を示す。
[図 7]同実施形態に係る攪拌装置の攪拌翼の他方側力もの概念斜視図を示す。
[図 8]同実施形態に係る攪拌装置の攪拌翼の平面図を示す。
[図 9]第一実施形態に係る攪拌装置の CFDの結果で、(A)は、上部攪拌翼部が存 在する位相での流動状態を示すものであり、(B)は、上部攪拌翼部が存在しない位 相での流動状態を示す図である。
[図 10]同実施形態に係る攪拌装置と従来の攪拌装置とのヨウ素還元脱色法を用いた 攪拌性能の対比実験の結果を示す。
[図 11]従来の小型翼に係る攪拌装置の攪拌特性を説明するための概念図を示す。 [図 12]従来の大型の平板型翼に係る攪拌装置の攪拌特性を説明するための概念図 を示す。
[図 13]従来の上部攪拌翼と下部攪拌翼とを備える攪拌装置の正面図を示す。
[図 14]従来の上部攪拌翼と下部攪拌翼とを備える攪拌装置の側面図を示す。
[図 15]従来の上部攪拌翼と下部攪拌翼とを備える攪拌装置の平面図を示す。
符号の説明
[0036] 1…攪拌装置、 2…攪拌槽、 3…攪拌軸、 4, 14· · ·上部攪拌翼部、 5, 15· · ·下部攪 拌翼、 6, 6 ' , 6"…上部攪拌翼、 6a, 6 ' a, 6"a…上部攪拌翼の上辺、 6b, 6 ' b, 6"b …上部攪拌翼の下辺、 6c, 6 ' c, 6"c…上部攪拌翼の表面(回転方向の面)、 6d, 6 ' d, 6"d…上部攪拌翼の裏面(回転方向と反対側の面)、 A, A' , B, B,, C, C,, D …液の流れ
発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明の第一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
[0038] 図 1乃至図 3に示すように、攪拌装置 1は、円筒形攪拌槽 2の中心部に、攪拌軸 3が 回転可能に支持されている。攪拌軸 3は、下端が槽底部近傍まで垂下されている。ま た、上端は槽頂上部駆動装置(図示せず)にカップリング(図示せず)を介して接続さ れている。該攪拌軸 3には、上部攪拌翼部 4と下部攪拌翼 5, 5とが設けられている。
[0039] 上部攪拌翼部 4は、一対の上部攪拌翼 6, 6が攪拌軸 3の軸芯方向に沿って一定 間隔に複数段設けられることで構成されている。本実施形態においては、上から順に 第一段、第二段、第三段の三段に構成されている。
[0040] 上部攪拌翼 6は、平板状の攪拌翼で、側辺 (上、下辺) 6a、 6bを半径とする扇形形 状に形成されている。この上部攪拌翼 6は、径方向 (攪拌軸力ゝら槽壁方向)に向かつ て攪拌軸 3の回転方向に幅広となる向きに、攪拌軸 3を両側から挟むようにして取り 付けられる。また、この一対の上部攪拌翼 6, 6は、攪拌軸 3の回転方向(矢印 a )に 対して所定の上向き角度で傾斜させ、攪拌軸 3に固定されている。
[0041] この傾斜角(上向き角度)は、第一段の一対の上部攪拌翼 6, 6から第二段の一対 の上部攪拌翼 6 ' , 6 'へ、第二段の一対の上部攪拌翼 6 ' , 6 'から第三段の一対の上 部攪拌翼 6", 6"へと攪拌時に液が連続的に流動するような角度であれば良い。 [0042] 尚、上部攪拌翼 6は、本実施形態にぉ 、ては平滑な扇形の平板状であるが、これ に限定される必要はなぐ湾曲したような形状でも良ぐ表面が平滑でなく液の流動 方向に沿って溝ゃ凸条等が設けられていても良い。また、連続的ではなく断続的な 平板状であっても良い。さらに、扇形形状に限定される必要もなぐ中抜き扇形形状 や矩形状等であっても良い。
[0043] 第二段の上部攪拌翼 6 'は、対応する第一段の上部攪拌翼 6よりも回転方向に対し 後退側 (矢印 αと反対側)に設けられている。このとき、第二段の上部攪拌翼 6 'は、 軸長方向において、対応する第一段の上部攪拌翼 6の下辺 6b (回転方向後退側端 部)側から第二段の上部攪拌翼 6 'の下部側が見える位置 (部位)に設けられて 、る。 そして、第三段の上部攪拌翼 6"も同様に、軸長方向において、対応する前記第二 段の上部攪拌翼 6 'の下辺 6 ' b側力もその下部側が見える位置に設けられている。こ のように、対応する上部攪拌翼 6, 6 ' , 6"がそれぞれ下段に行くほど回転方向に対し 後退側にずれるように配設されることで、軸長方向において、上部攪拌翼部 4は、そ れぞれ側辺 6a, 6"bのなす角度が約 90° の一対の扇形形状が攪拌軸 3を対向して 挟むように配設されている。
[0044] 従って、軸長方向において、回転方向に沿って、一方の扇形形状の上部攪拌翼部 4、槽底面 R、他方の扇形形状の上部攪拌翼部 4、槽底面 Rの順に交互に現れるよう な配置となる。
[0045] 尚、本実形態において、上部攪拌翼 6 (6 ' , 6")の上辺 6a (6 ' a, 6"a)と下辺 6b (6 ' b, 6"b)とのなす角は、全ての段において同一であるが、各段毎に異なっていても良 い。また、対向する一対の上部攪拌翼 6, 6の前記上下辺のなす角同士の角度が異 なっていても良い。
[0046] また、前記第一段の上部攪拌翼 6の下辺 6bと対応する第二段の上部攪拌翼 6 'の 下辺 6 ' bとのなす角、及び、前記第二段の上部攪拌翼 6 'の下辺 6 ' bと対応する第三 段の上部攪拌翼 6"の下辺 6"bとのなす角は、本実施形態においては全て同一にな るように配設されているが、同一でなく異なっていても良い。また、第一段と第二段、 及び第二段と第三段の一対の上部攪拌翼 6, 6の攪拌軸 3方向の間隔も一定である 必要はない。 [0047] さらに、軸長方向において、前記上部攪拌翼部 4の側辺 6a、 6"bのなす角は、本実 施形態においては約 90° であるが、これに限定される必要はない。また、軸長方向 において、上部攪拌翼部 4の攪拌軸 3を挟んで位置する扇形形状の前記側辺 6a、 6 "bのなす角は、共に同一である必要はなぐそれぞれが異なる角度であっても良い。
[0048] 下部攪拌翼 5, 5は、攪拌軸 3に沿って設けられた平板状の攪拌翼であり、下方に 向かって径方向に幅広となるように形成されている。この下部攪拌翼 5, 5は、軸長方 向において、第三段の一対の上部攪拌翼 6", 6"の下辺 6"b、 6"bに沿って径方向 へ、且つ前記一対の上部攪拌翼 6", 6"の下辺 6"b, 6"b近傍から下方に向力つて延 設されるように形成されて ヽる。
[0049] 本実施形態に係る攪拌装置は、以上の構成からなり、次に、本実施形態に係る攪 拌装置の攪拌特性について図 4及び図 5に基づき説明する。
[0050] 攪拌軸 3を矢印 α方向に回転させることによって上部攪拌翼部 4と下部攪拌翼 5, 5 とが同方向に回転する。この時、第一段の上部攪拌翼 6は、攪拌槽 2内上部の液を 下方に移動させる (矢印 A, Α' )。そして、第二段の上部攪拌翼 6'は、対応する第一 段の上部攪拌翼 6により下方に移動された液をさらに下方に移動させると同時に、上 部攪拌翼 6'の表面及び裏面近傍の液を下方に移動させる(矢印 Β, Β' )。さらに、第 三段の上部攪拌翼 6"は、対応する第一段及び第二段の上部攪拌翼 6, 6'により下 方に移動された液をさらに槽 2の底部方向に移動させると同時に、上部攪拌翼 6"の 表面及び裏面近傍の液を下方に移動させる (矢印 C, C' )。
[0051] より詳細に説明すると、傾斜翼を液中で回転させると、翼の表面(回転方向の面)側 に正圧が発生し、裏面(回転方向と逆の面)側には負圧が発生する。そのため、第一 段の上部攪拌翼 6の裏面 6dに発生する負圧によって該上部攪拌翼 6の裏面 6d側近 傍の液が引き込まれる。そして、この引き込まれた液が第二段の上部攪拌翼 6'の裏 面 6' dに発生する負圧によって下方に引き込まれることで移動される(矢印 A)。さら に、第三段の上部攪拌翼 6"の裏面 6"dに発生する負圧によって下方に引き込まれる ことで下方に移動される (矢印 B)。その後、下部攪拌翼 5の裏面に発生する負圧によ つて液が引き込まれる(矢印 C)。
[0052] 即ち、各段の上部攪拌翼 6, 6' , 6"の裏面 6d, 6' d, 6"dに発生する負圧部によつ て引き込まれた液が、対応する下段の上部攪拌翼又は下部攪拌翼 5の裏面に発生 する負圧部に順次引き込まれることによって槽上部の液は下方側に移動される。
[0053] また、第一段の上部攪拌翼 6の表面 6cに生じる正圧と対応する第二段の上部攪拌 翼 6'の裏面 6' dに生じる負圧とにより、第一段の上部攪拌翼 6の下辺 6b部と対応す る第二段の上部攪拌翼 6'の上辺 6' a部との重複部分に吸引力が発生する。
[0054] このため、まず第一段の上部攪拌翼 6により下方に移動された攪拌槽 2内の液が重 複部分に引き込まれて (矢印 Α' )さらに下方へ吐出される。そして、この重複部分か らの液の流れは、対応する第二段の上部攪拌翼 6'の回転によって生じている裏面 側の負圧により、該上部攪拌翼 6'の裏面 6' dに沿って、対応するさらに下方の第三 段の上部攪拌翼 6"へ確実に引き込まれる (矢印 B)。それと同時に、前記第二段の上 部攪拌翼 6,の表面 6, cによって下方に移動された液も、該上部攪拌翼 6,の下辺 6, b部と対応する第三段の上部攪拌翼 6"の上辺 6"a部との重複部分に引き込まれてさ らに下方へ吐出される(矢印 B' )。同様にして、第三段の上部攪拌翼 6"により槽 2の 底部に(下部攪拌翼 5, 5)に液が引き込まれる(矢印 C, C' )。
[0055] 以上のようにして、上部攪拌翼部 4によって、槽 2上部の液が下部へ移動させられる
[0056] この時、軸長方向にお!、て、一対の扇形形状として現れる上部攪拌翼部 4の各扇 形形状の両側部 6a, 6"bのなす角がそれぞれ約 90° であることから、上部攪拌翼部 4の上部 (第一段の上部攪拌翼 6の上部)に位置する液が下部 (第三段の上部攪拌 翼部 6"の下部)に移動するまでに、攪拌軸 3は約 90° だけ回転すれば良い。
[0057] 従って、従来の攪拌装置 20では、攪拌軸 21を 180° 回転させなければ上部攪拌 翼 22によって槽上部の液を下部へ移動できな力つたのに対し(図 14乃至 16参照)、 本実施形態においては、その約半分の回転角で行うことができるようになる。そのた め、より少ない回転数 (回転角)で従来の攪拌装置 20と同程度の攪拌混合を行うこと ができるようになる。
[0058] 即ち、時間あたりの攪拌軸の回転数が同じであれば、従来の攪拌装置 20と比べる と、本実施形態に係る攪拌装置 1では、非常に短い時間で攪拌混合することができる ようになる。 [0059] さらに、本実施形態においては、攪拌時に上部攪拌翼部 4が槽 2上部の液を効率よ く下部攪拌翼側に移動できるため、このことによつても攪拌特性がさらに良くなる。
[0060] さらに、本実施形態においては、攪拌時に上部攪拌翼部 4が槽 2上部の液を効率よ く下部攪拌翼側に移動できるため、このことによつても攪拌特性がさらに良くなる。
[0061] そのため、槽上部の液は、前記上部攪拌翼によって槽下部側へ移動する前に径方 向へも移動される。従って、前記上部攪拌翼は、槽上部の液を全て下部攪拌翼側に 移動できないことから槽内における上下方向での良好な混合を速やかに得ることが できない。
[0062] しかし、本実施形態においては、前記のように、上段の上部攪拌翼の下辺部と、そ の下段の上部攪拌翼の上辺部との重複部分が、上段の上部攪拌翼表面で下方に押 し下げた液を吸引して強制的に下方に移動させるため、遠心力による槽壁方向へ移 動する液の量を減らすことができ、上部攪拌翼部 4は、効率よく下部攪拌翼 5, 5側へ 液を移動できるようになる。
[0063] し力も、回転による遠心力によって液が槽壁側に移動したとしても、各上部攪拌翼 6 , 6' , 6"は、側壁に向力つて回転方向に幅広の扇形形状に形成されているため、槽 壁近傍の液をより多く下方側へ移動させることができる。その結果、各上部攪拌翼 6, 6' , 6"から逸れて槽壁側に移動する液の量を減らすことができ、上部攪拌翼部 4に よって下部攪拌翼 5, 5側に吐出される液量は多くなる。
[0064] さらに、上部攪拌翼 6は、扇形形状をしているため、槽壁方向へ近づく程、上段の 上部攪拌翼と対応する下段の上部攪拌翼との重複部分の面積が大きくなり、より槽 底方向(下方側)への吸引力が強くなる。そのため、槽壁方向への液の移動をより少 なくして下方側へ移動する液の流量をより増加させることができる。
[0065] 以上のようにして槽 2の底部側に移動された液は、下部攪拌翼 5, 5により径方向に 吐出され (矢印 D)、槽壁に衝突する。これにより、槽 2内の液は槽壁に沿って上方に 移動を始める。
[0066] このとき、図 14及び図 15に示すように、従前の攪拌装置 20では、一対の上部攪拌 翼 22, 22が、軸長方向において、外周端が槽壁に沿うような半楕円形状に形成され 、槽底面全体をほぼ覆うように配設されている。そのため、下部攪拌翼 23, 23から径 方向へ吐出された液が槽壁に沿って上昇する際に、上部攪拌翼 22, 22外周端と槽 壁との間隙を液が上昇するような循環流動を形成することになる。
[0067] 図 4及び図 5に戻り、これに対し、本実施形態においては、上部攪拌翼部 4と槽壁と の間隙に加え、軸長方向において、上部攪拌翼部 4が槽底面を覆っていない部位 R , R (図 3参照)においても液が上昇することができる。力かる部位 R, Rにおいて十分 な流量の液の上昇流が形成されることから、上部攪拌翼部 4と槽壁との間隙を広く設 ける必要がない。そのため、上部攪拌翼部 4を構成する各上部攪拌翼 6, 6' , 6"は、 径方向へ十分な長さに形成することができ、即ち、槽壁と非常に近接した位置まで伸 ばすことができる。従って、各上部攪拌翼 6, 6' , 6"の面積をより大きくすることができ 、下降流の流量をさらに多くすることができる。その結果、非常に流量の多い上下循 環流動が槽 2内に形成され、攪拌対象物を全体的に攪拌することができ、上下方向 での非常に良好な攪拌特性を得ることができるようになる。
[0068] 以上より、本実施形態に係る攪拌装置においては、攪拌軸の回転角が少なくても 十分な流量の下降流が形成され、それに伴って槽内に十分な流量の上下循環流動 が形成されて高粘度力 低粘度までの広 、粘度域の流体を、槽内の全体に亘つて 速やか且つ均一に攪拌混合することができるようになる。
[0069] 次に、本発明の第二実施形態体について説明する。第一実施形態に係る攪拌装 置との構成上の相違点は、図 6乃至図 8に示すように、上部攪拌翼部 14の構成、及 び下部攪拌翼 15, 15, 15の構成である。その他の点は、第一実施形態と同じである ため説明を省略する。また、構成の説明において、相違点以外は第一実施形態と同 じ番号を用いて説明する。
[0070] 上部攪拌翼部 14は、攪拌軸 3の周方向に沿って設けられた一組の上部攪拌翼 6, 6, 6が攪拌軸 3の軸方向に沿って一定間隔に複数段設けられることで構成されてい る。本実施形態においては、上力も順に第一段、第二段、第三段の三段に構成され ている。
[0071] 上部攪拌翼 6, 6, 6は、周方向に沿って等間隔で攪拌軸 3に固定されている。また 、第一実施形態同様、攪拌軸 3の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜させて 固定されている。 [0072] そして、この一組の上部攪拌翼 6, 6, 6は、第一実施形態同様、下段に行くほど回 転方向に対し後退側にずれるように配設されることで、軸長方向において、上部攪拌 翼部 14は、それぞれ側辺部 6a, 6"bのなす角度が約 90° の 3つの扇形形状が攪拌 軸 3を中心に放射状に現れるように配設されて 、る。
[0073] 従って、軸長方向において、回転方向に沿って、順に扇形形状の上部攪拌翼部 1 4、槽底面 R'が交互に現れるような配置となる。
[0074] 下部攪拌翼 15, 15, 15は、第一実施形態と同様、下方に向力つて径方向に幅広 となる平板状に形成され、軸長方向において、第三段の一組の上部攪拌翼 6", 6", 6"の下辺 6"b, 6"b, 6"bに沿って径方向に設けられている。
[0075] 本実施形態に係る攪拌装置は以上の構成カゝらなる。そして、その攪拌特性につい ては、第一実施形態同様、各段の上部攪拌翼の裏面に発生する負圧部に引き込ま れた液が、その下段の攪拌翼 (上部攪拌翼又は下部攪拌翼)の裏面に発生する負 圧部に弓 Iき込まれることで下方に移動することにより、槽上部の液は下方側に向かつ て対応する上部攪拌翼 6, 6 ' , 6"に沿って螺旋状に移動される (矢印 A, B, C)。ま た、上段の上部攪拌翼の下部と対応する下段の上部攪拌翼の上部との重複部分に よる吸引力、及び上部攪拌翼の表面前方側の液の押し下げによって、第一段の上部 攪拌翼 6から対応する第二段の上部攪拌翼 6,へ (矢印 A' )、第二段の上部攪拌翼 6 ,から対応する第三段の上部攪拌翼 6"へ (矢印 B ' )、第三段の上部攪拌翼 6"から対 応する下部攪拌翼 15へ (矢印 C' )、順に螺旋状に下降流が形成される。
[0076] 下部攪拌翼 15に移動した液は、その後、槽壁方向へ吐出(矢印 D)され、槽壁へ衝 突した液は上昇を始める。この時、上昇する液は、上部攪拌翼部 14と槽壁との間隙 、及び軸長方向における上部攪拌翼部 14の扇形形状間の部位 R'において上昇す る。
[0077] このようにして、上下循環流動が形成されるが、この時、第一実施形態においては、 上部攪拌翼部 4の格段に一対 (2枚)の上部攪拌翼 6, 6しか設けられていないため、 前記下降流が 2箇所しか形成されない。しかし、本実施形態においては、上部攪拌 翼部 14の格段には 3枚の上部攪拌翼 6, 6, 6が設けられている。そのため、前記下 降流は 3箇所形成され、単位時間あたりの下降流の流量が多くなる。 [0078] 従って、形成される上下循環流動の流量も、下降流の流量が多くなるのに伴って多 くなる。その結果、上下方向でのより良好な攪拌特性を得ることができるようになり、高 粘度から低粘度までの広 、粘度域の流体を、槽内の全体に亘つて速やか且つ均一 に攪拌混合することができるようになる。
[0079] ここで、本発明者は、本発明の攪拌特性を実証すべく以下の実験を行った。
[0080] 図 9は、以下の条件で前記第一実施形態における流動解析 (CFD)を行い、その 結果を示したものである。
<解析条件 >
'槽内径 (攪拌槽 2の胴部の内径): 310mm
•バッフル (邪魔板):無し
•液粘度: 3Pa's
•液密度: lOOOkgZm
•攪拌動力:1. OkW/m3
[0081] 上記解析条件で CFD (Computational Fluid Dynamics:計算流体力学)解析を行つ た結果、図 9 (A)は、上部攪拌翼部 4の対応する上部攪拌翼 6, 6' , 6"が存在する回 転位相での流動状態を示すものであり、図 9 (B)は、上部攪拌翼部 4の対応する上部 攪拌翼 6, 6' , 6"が存在しない回転位相での流動状態を示すものである。この結果 から、上部攪拌翼部 4の対応する上部攪拌翼 6, 6' , 6"が存在する位相では、槽上 部から槽下部にかけて流速の大き!/、下降流が多く(図 9 (A)の矢印参照)、一気に槽 上部から槽底まで液が移動する。また、上部攪拌翼部 4の対応する上部攪拌翼 6, 6 ' , 6"が存在しない位相では、流速の大きい上昇流が連続して槽下部力 上部にま で達していることがわかる(図 9 (B)の矢印参照)。従って、流速の大きい上下循環流 動が槽内に形成されて!ヽることがゎカゝる。
[0082] また、図 10は、攪拌装置の混合性能を評価するためにヨウ素還元脱色法を用い、 その状態を 0秒から 1秒毎に写真撮影を行い、その写真を左力も順に並べたものであ る。上段は、従来の上部攪拌翼部が軸長方向において槽底面全体をほぼ覆うように 配設された攪拌装置を用いたものであり、下段は、本願発明の第一実施形態に係る 攪拌装置を用いたものである。 [0083] このヨウ素還元脱色法では、槽内の液をヨウ素で赤色に着色し、脱色剤(チォ硫酸 ナトリウム)を槽上部よりを投入してから攪拌を行うことで槽内の液の脱色が進み、そ の進み具合によって攪拌性能が評価できる。そして図 10より、本発明に係る攪拌装 置では 8秒で脱色され、従来の攪拌装置では 11秒で脱色されていることから、本願 発明に係る攪拌装置の攪拌性能は、従来の攪拌装置の攪拌性能よりも高 、と評価 できる。
[0084] 以上より、本願発明に係る攪拌装置では、流速が大きぐ槽の上部から下部にかけ て大きな上下循環流動が槽内に形成されていることが確認できた。また、従来の攪拌 装置よりも攪拌性能が極めて高くなつているとの評価も得ることができた。
[0085] 尚、本発明に係る攪拌装置は、上記第一及び第二実施形態に限定されるものでは なぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
[0086] 例えば、第一実施形態においては、上部攪拌翼 6は攪拌軸 3に固定されているが、 固定されていなくても良い。即ち、上部攪拌翼部 4を構成する上部攪拌翼 6の段数を 変更可能にしても良ぐ攪拌軸 3に対する上部攪拌翼 6の傾斜角を変更可能にしても 良い。また、上部攪拌翼 6の攪拌軸 3への取り付け位置を変更可能にしても良い。
[0087] このような構成とすることで、攪拌対象物 (液)の量や粘度等が変わっても、槽 2内の 上下循環流動の流量が多くなるように、上部攪拌翼 6の攪拌軸 3に対する角度や、上 部攪拌翼 6と攪拌軸 3との接続位置を変更調整することで、最も良い攪拌特性を容易 に得ることができるようになる。
[0088] また、上部攪拌翼部 4は、 3段の一対の上部攪拌翼 6, 6,…で構成される力 2段 であっても良ぐ 4段以上であっても良い。
[0089] また、上部攪拌翼部 4の各段における上部攪拌翼 6の枚数は、 2又は 3枚に限定す る必要はなぐ 4枚以上であっても良い。
[0090] また、下部攪拌翼 5, 5は、一枚の平板状に下部に向力つて径方向へ幅広に形成さ れているが、これに限定される必要はなぐ上下同幅であっても良ぐまた、上下に分 割されて複数の平板で構成されていても良い。さらに、先端部が屈曲していても良い

Claims

請求の範囲
[1] 攪拌槽内中心部に槽外から回転可能な攪拌軸が配設され、該攪拌軸に配設され る上部攪拌翼部と該上部攪拌翼部下端近傍力ゝら槽底面近傍まで垂下し且つ攪拌軸 力 径方向に延設される平板状の下部攪拌翼とを備える攪拌装置であって、前記上 部攪拌翼部は、複数の上部攪拌翼が前記攪拌軸の周方向に沿って所定間隔に且 つ前記攪拌軸の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜して設けられることで構 成される一組の上部攪拌翼を複数段備え、前記各段の対応する上部攪拌翼は、上 段の上部攪拌翼と下段の上部攪拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上部攪 拌翼の下辺側力 前記下段の上部攪拌翼の下辺側が見えるように重なる位置にそ れぞれ配設されると共に、最上段の上部攪拌翼の上辺から最下段の上部攪拌翼の 下辺までの攪拌軸を中心とする回転方向に対する角度が 180° より小さくなるように 配設されることを特徴とする攪拌装置。
[2] 攪拌槽内中心部に槽外から回転可能な攪拌軸が配設され、該攪拌軸に配設され る上部攪拌翼部と該上部攪拌翼部下端近傍力ゝら槽底面近傍まで垂下し且つ攪拌軸 力 径方向に延設される平板状の下部攪拌翼とを備える攪拌装置であって、前記上 部攪拌翼部は、複数の上部攪拌翼が前記攪拌軸の周方向に沿って所定間隔に且 つ前記攪拌軸の回転方向に対して所定の上向き角度で傾斜して設けられることで構 成される一組の上部攪拌翼を複数段備え、前記各段の対応する上部攪拌翼は、上 段の上部攪拌翼と下段の上部攪拌翼とが、軸長方向において、前記上段の上部攪 拌翼の下辺側力 前記下段の上部攪拌翼の下辺側が見えるように重なる位置にそ れぞれ配設されると共に、軸長方向において、攪拌槽底面を、攪拌軸を中心とする 回転方向に対して所定の角度だけ覆うように配設されることを特徴とする攪拌装置。
[3] 前記上部攪拌翼は、攪拌槽内壁面に向力つて回転方向に幅広となる扇形形状に 形成されることを特徴とする請求項 1又は 2記載の攪拌装置。
[4] 前記上部攪拌翼は、その攪拌槽内壁面側の外周端が前記内壁面に近接した形状 であることを特徴とする請求項 3記載の攪拌装置。
[5] 前記下部攪拌翼は、攪拌槽底面に向力 て径方向に幅広となることを特徴とする 請求項 1乃至 4のいずれか一項に記載の攪拌装置。
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