(57)【要約】【課題】せん断力を維持しつつ、均一混合性を向上させることができる撹拌方法及び撹拌装置を提供する。【解決手段】円筒状の撹拌槽１０と撹拌槽１０の中心軸に沿って配される回転軸１１と回転軸１１に取り付けられた複数の撹拌翼２０とを備えた撹拌装置１を用いて、撹拌槽１０内に収容された被撹拌物５０を撹拌する撹拌方法であって、撹拌翼２０は、いずれも半径方向流型の撹拌翼であり、回転軸１１の軸方向Ｚに間隔を開けて三段取り付けられており、下段の撹拌翼２０ｄと中段の撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ２と、上段の撹拌翼２０ｕと中段の撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ３との比を０．５０以上０．９５以下とし、下段の撹拌翼２０ｄと撹拌槽の槽底１０ａとの間の距離ｈ１と、前記撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物の上端５０ａまでの高さＨとの比を、０．１９０以上０．３４５以下とした条件下に、回転軸１１を回転させて、被撹拌物５０を撹拌する。【選択図】図１
2019209240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の中心軸に沿って配される回転軸と、該回転軸に取り付けられた複数の撹拌翼とを備えた撹拌装置を用いて、該撹拌槽内に収容された液状の被撹拌物を撹拌する撹拌方法であって、
前記撹拌翼は、いずれも半径方向流型の撹拌翼であり、前記回転軸の軸方向に間隔を開けて三段取り付けられており、
下段に位置する前記撹拌翼と中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する前記撹拌翼と前記中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を０．５０以上０．９５以下とし、且つ
前記下段に位置する撹拌翼と前記撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と、該撹拌槽の槽底から前記被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）を０．２０以上０．３０以下とした条件下に、
前記回転軸を回転させて、前記被撹拌物を撹拌する撹拌方法。
【請求項２】
前記撹拌装置が、前記撹拌槽の内周面に邪魔板が取り付けられているものであり、
前記下段に位置する前記撹拌翼と前記撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と、該撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）が０．１９０以上０．３４５以下である、請求項１に記載の撹拌方法。
【請求項３】
前記撹拌装置を用いて前記撹拌槽内の被撹拌物を撹拌して、気液反応、乳化又は固液分散を行う、請求項１又は２に記載の撹拌方法。
【請求項４】
前記撹拌装置を用いて前記撹拌槽内の被撹拌物を撹拌して、酵素反応を行う、請求項１ないし３の何れか１項に記載の撹拌方法。
【請求項５】
前記撹拌装置が、前記撹拌槽の下部に気体供給配管が設置され、且つ該撹拌槽の上部に配管が設置されているものであり、
前記気体供給配管からの気体の供給及び前記配管からの液体の供給の何れか一方又は双方を行いながら、前記撹拌槽内の被撹拌物を撹拌して、前記の酵素反応を行う、請求項４に記載の撹拌方法。
【請求項６】
請求項３に記載の撹拌方法を用いた乳化物の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の撹拌方法を用いた懸濁液の製造方法。
【請求項８】
請求項４又は５に記載の撹拌方法を用いた酵素反応生成物の製造方法。
【請求項９】
円筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の中心軸に沿って配される回転軸と、該回転軸に取り付けられた複数の撹拌翼とを備えた撹拌装置であって、
前記撹拌槽の内周面に邪魔板が取り付けられており、
前記撹拌翼は、いずれも半径方向流型の撹拌翼であり、前記回転軸の軸方向に間隔を開けて三段取り付けられており、
下段に位置する前記撹拌翼と中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する前記撹拌翼と前記中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）が０．５０以上０．９５以下であり、且つ
前記下段に位置する撹拌翼と前記撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と、該撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）が０．１９０以上０．３４５以下である、撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌方法及び撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスクタービン翼やフラットパドル翼といった半径方向流型の撹拌翼は、得られるせん断応力が大きく、また羽根からの吐出流が撹拌槽の半径方向に向かうという特徴をもつ。一方で、撹拌槽の軸方向の流れを形成しにくく、槽内の流れが上下に分断されやすいため、槽全体の均一混合性が低いという課題がある。
【０００３】
槽内の均一混合性を高める技術が種々開発されている。例えば、特許文献１及び２に開示された技術では、半径方向流型の撹拌翼と軸方向流型の撹拌翼とを組み合わせることで上下循環流の形成を可能としている。また、特許文献３に開示された技術では、槽の下部へ向かうにつれて撹拌翼の羽根面積が大きくなるように設計することで上下循環流の形成を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５９２１４３３号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５４２７２号公報
【特許文献３】特開２００６−８７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２の技術では、軸方向流型の撹拌翼は軸方向の大きな吐出流により槽内全体の上下循環流が形成されるが、得られるせん断力が小さい。そのため、軸方向流型の撹拌翼を用いることで均一混合性を向上し得るが、半径方向流型の撹拌翼によって得られるはずのせん断応力が小さくなってしまう問題がある。また、特許文献３の技術では、翼面積が大きいため非常に大きな動力を消費してしまい、さらに得られるせん断応力が過剰に大きくなってしまうという問題がある。
【０００６】
一般的に三段撹拌翼を用いる場合、下段翼はできるだけ槽底に近づけて配置し、上段翼は液面を撹乱しないように液面からある程度の距離をもたせて配置する。さらに中段翼は撹拌翼間距離が均等になるように上段翼と下段翼の中央に配置する。この通常の配置の場合、これまでは各撹拌翼によって生じる半径方向の吐出流は独立して流動すると考えられていたが、本発明者らが、槽内の流動状態を種々検討した結果、図７（ｂ）に示すように下段翼によって生じる吐出流は槽底に向かって下を向き、上二段の撹拌翼によって生じる吐出流は合流するフローパターンとなることが判った。その上二段の撹拌翼によって生じる吐出流は、撹拌槽の壁あるいは邪魔板に衝突して上下方向に分かれる前に、合流するため良く混合される。しかし、下段の撹拌翼によって生じる吐出流による循環流は上二段の撹拌翼によって生じる吐出流とは別に生じるため、上方にある液組成が槽の下部まで移行しにくくなる。したがって、上述のような通常の撹拌翼の配置として、槽内を撹拌した場合、槽全体の均一混合性は低くなる。
半径方向流型の撹拌翼は、得られるせん断力が大きく、気液反応、乳化、固液分散等のせん断力が必要なプロセスによく用いられ、前述のプロセスにおいては最終生成物の均一性、製品品質の観点から均一混合性も重要である。しかしながら、上述のような通常の撹拌翼の配置で槽内を撹拌し、槽全体の均一混合性が低いと、製品の品質が悪化する等の不都合を生じやすくなる。
ここで、均一混合性を上げるために回転数を大きくすると、得られるせん断力も大きくなる。しかしながら、気液反応プロセスの場合、せん断力が大きくなると気体の物質移動係数が大きくなることで反応時間が短くなり、生成物の収率・品質が低下する可能性がある。また、乳化や固液分散プロセスにおいても、せん断力が大きくなることで、液滴径（粒径）が小さくなるため、所望の物性が得られず製品の品質が低下する可能性がある。したがって、製品規格に合致するせん断力を与えると同時に、均一混合性の高い撹拌方法が求められている。
【０００７】
本発明の課題は、前述した従来技術の有する課題を解決し得る撹拌方法及び撹拌装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、円筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の中心軸に沿って配される回転軸と、該回転軸に取り付けられた複数の撹拌翼とを備えた撹拌装置を用いて、該撹拌槽内に収容された液状の被撹拌物を撹拌する撹拌方法であって、前記撹拌翼は、いずれも半径方向流型の撹拌翼であり、前記回転軸の軸方向に間隔を開けて三段取り付けられており、下段に位置する前記撹拌翼と中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する前記撹拌翼と前記中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を０．５０以上０．９５以下とし、且つ前記下段に位置する撹拌翼と前記撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と、該撹拌槽の槽底から前記被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）を０．２０以上０．３０以下とした条件下に、前記回転軸を回転させて、前記被撹拌物を撹拌する撹拌方法を提供するものである。
【０００９】
また本発明は、円筒状の撹拌槽と、該撹拌槽の中心軸に沿って配される回転軸と、該回転軸に取り付けられた複数の撹拌翼とを備えた撹拌装置であって、前記撹拌槽の内周面に邪魔板が取り付けられており、前記撹拌翼は、いずれも半径方向流型の撹拌翼であり、前記回転軸の軸方向に間隔を開けて三段取り付けられており、下段に位置する前記撹拌翼と中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する前記撹拌翼と前記中段に位置する前記撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）が０．５０以上０．９５以下であり、且つ前記下段に位置する撹拌翼と前記撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と、該撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）が０．１９０以上０．３４５以下である、撹拌装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の撹拌方法及び撹拌装置によれば、半径方向流型の撹拌翼によるせん断力を維持しつつ、均一混合性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の撹拌方法及び撹拌装置の一実施形態に係る撹拌装置の概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示す撹拌装置における回転軸に直交する断面図であり、図１中のＩａ―Ｉａ線、Ｉｂ―Ｉｂ線及びＩｃ―Ｉｃ線の各線に沿う共通断面図である。
【図３】図３は、図１に示す撹拌装置が有する撹拌翼の斜視図である。
【図４】図４（ａ）は、図３に示す撹拌翼の側面図であり、図４（ｂ）は撹拌翼の羽根の傾斜角を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る撹拌方法を使用したときと、撹拌槽内に生じるフローパターンを説明する図である。
【図６】図６（ａ）、図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る撹拌装置の邪魔板の形状を説明する図である。
【図７】図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、実施例及び比較例の撹拌方法を使用したときの撹拌槽内に生じるフローパターンを説明する図である。
【図８】図８（ａ）は実施例１の撹拌方法により撹拌したときの撹拌槽内の流跡線を示す図であり、図８（ｂ）は比較例１の撹拌方法により撹拌したときの撹拌槽内の流跡線を示す図である。
【図９】図９は、実施例１及び比較例１の撹拌方法により撹拌したときの分離強度の継時変化を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１及び比較例１の撹拌方法により撹拌したときのトルク５区間移動平均を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例１及び比較例１１の撹拌方法により撹拌したときのトルク５区間移動平均を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。
まず、本発明の撹拌方法の好ましい一実施形態に用いられる撹拌装置について説明する。本発明の撹拌方法の一実施態様に用いられる撹拌装置１は、図１及び図２に示すように、円筒状の撹拌槽１０と、撹拌槽１０の中心軸に沿って配される回転軸１１と、回転軸１１に取り付けられた複数の撹拌翼２０と、撹拌槽１０の内周面に取り付けられた邪魔板３０とを備えている。
【００１３】
撹拌槽１０は、図１及び図２に示すように、円筒状であり、槽底１０ａを有している。槽底１０ａの形状は、一般的な撹拌槽１０の槽底の形状とすることができ、特に制限されず、例えば、平型、１０％皿型、半楕円型、円錐型等が挙げられる。槽底１０ａの形状は、処理物の抜出しや槽底部での吐出流の滞留防止の観点から、１０％皿型であることが好ましい。
【００１４】
回転軸１１は、図１及び図２に示すように、その中心軸が撹拌槽１０の中心軸と同じ位置に位置するように取り付けられている。回転軸１１は、その上端部が撹拌槽１０の上部に位置する駆動装置（不図示）に接続されており、回転可能となっている。
【００１５】
撹拌翼２０は、半径方向流型の撹拌翼である。「半径方向流型の撹拌翼」とは、撹拌翼を取り付けた回転軸を回転させたときに、該回転軸から離れる方向に向かって、該回転軸と略垂直に流れる流れを発生させる撹拌翼である。つまり半径方向流型の撹拌翼は、撹拌槽の半径方向に向かう吐出流を生じさせるようになっている。半径方向流型の撹拌翼としては、例えば、ディスクタービン翼、パドル翼、ディスパー翼、等が挙げられ、これらの中でも、比較的高速で撹拌可能であり、被撹拌物５０に大きなせん断力を与えられるという観点から、ディスクタービン翼を用いることが好ましい。
【００１６】
撹拌翼２０は、図１に示すように、回転軸１１に、その軸方向Ｚに間隔を開けて三段取り付けられている。すなわち、撹拌装置１は、撹拌翼２０として、上段に位置する撹拌翼２０ｕ、中段に位置する撹拌翼２０ｍ及び下段に位置する撹拌翼２０ｄを有している。上段に位置する撹拌翼２０ｕと中段に位置する撹拌翼２０ｍと下段に位置する撹拌翼２０ｄとは、回転軸１１に取り付けられている位置が異なる以外、同一の構成を有している。三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄは、回転軸１１の軸方向Ｚにおける各撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄ同士間の距離が不均等となるように回転軸１１に取り付けられている。
【００１７】
撹拌装置１では、図１に示すように、下段に位置する撹拌翼２０ｄと中段に位置する撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ２は、上段に位置する撹拌翼２０ｕと中段に位置する撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ３よりも小さくなっている。
距離ｈ２及び距離ｈ３は、回転軸１１の軸方向Ｚに隣り合う撹拌翼２０の中点Ｍどうし間の距離である。各撹拌翼２０の中点Ｍの位置は、撹拌翼２０の軸方向Ｚにおける羽根２２の上端と下端との間の距離を２等分する位置であり、したがって、距離ｈ２は、下段に位置する撹拌翼２０ｄの中点Ｍｄと中段に位置する撹拌翼２０ｍの中点Ｍｍとの間の距離であり、距離ｈ３は、上段に位置する撹拌翼２０ｕの中点Ｍｕと中段に位置する撹拌翼２０ｍの中点Ｍｍとの間の距離である。後述する距離ｈ１及び距離ｈ４も、撹拌翼２０ｄの中点Ｍｄと槽底１０ａとの間の距離、及び撹拌翼２０ｕの中点Ｍｕと被撹拌物５０の上端５０ａとの間の距離である。なお、一段の撹拌翼２０が複数の羽根２２を有し、各羽根２２の中点Ｍの軸方向Ｚの位置が異なる場合は、各中点Ｍの軸方向Ｚの平均位置を該撹拌翼２０の軸方向Ｚの中点Ｍの位置とする。
【００１８】
下段に位置する撹拌翼２０ｄと中段に位置する撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ２と、上段に位置する撹拌翼２０ｕと中段に位置する撹拌翼２０ｍとの間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）は、上段に位置する撹拌翼２０ｕによって生じる吐出流が孤立し、中段及び下段に位置する撹拌翼２０ｍ，２０ｄによって生じる吐出流が合流して槽底に向かい、槽内が二分割されて、混合性が低下してしまうことを防ぐ観点から、０．５０以上であることが好ましく、０．７０以上であることがより好ましく、０．７６以上であることが更に好ましく、また、下段に位置する撹拌翼２０ｄによって生じる吐出流が槽底へ向かい、上段及び中段に位置する撹拌翼２０ｕ，２０ｍによって生じる吐出流が合流して槽内が二分割されて、混合性が低下してしまうことを防ぐ観点から、０．９５以下であることが好ましく、０．９０以下であることがより好ましく、０．８７以下であることが更に好ましい。具体的には、距離ｈ２と距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）は、０．５０以上０．９５以下であることが好ましく、０．７０以上０．９０以下であることがより好ましく、０．７６以上０．８７以下であることが更に好ましい。
【００１９】
また、下段に位置する撹拌翼２０ｄは、撹拌槽１０の槽底１０ａから一定の距離ｈ１を有している。下段に位置する撹拌翼２０ｄと撹拌槽１０の槽底１０ａとの間の距離ｈ１は、下段に位置する撹拌翼２０ｄの中点Ｍｄと、撹拌槽１０の槽底１０ａの内面の下端との距離を意味する。槽底１０ａに排水口やマンホール、気体供給配管４２等が設置されている場合は、それらを有しない槽底１０ａの内面の形状を想定したときの仮想の下端を、槽底１０ａの内面の下端とする。
【００２０】
下段に位置する撹拌翼２０ｄと撹拌槽１０の槽底１０ａとの間の距離ｈ１と、撹拌槽１０の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）は、下段に位置する撹拌翼２０ｄによって生じる吐出流が槽底１０ａへ向かい、且つ上段及び中段に位置する撹拌翼２０ｕ，２０ｍによって生じる吐出流のみが合流するか、あるいは中段及び下段に位置する撹拌翼２０ｍ，２０ｄにより生じる吐出流のみが合流することにより撹拌槽１０内が二分割されて混合性能が低下してしまうことを防ぐ観点から、０．１９０以上であることが好ましく、０．２００以上であることがより好ましく、０．２１０以上であることが更に好ましく、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄにより生じるそれぞれの吐出流が合流したとしても、該合流した流れが撹拌槽１０の下部まで及ばず、混合性能が悪化してしまうことを防ぐ観点から、０．３４５以下であることが好ましく、０．３２２以下であることがより好ましく、０．３００以下であることが更に好ましい。具体的には、距離ｈ１と内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）は、０．１９０以上０．３４５以下であることが好ましく、０．２００以上０．３２２以下であることがより好ましく、０．２１０以上０．３００以下であることが更に好ましい。
【００２１】
本実施形態では、撹拌翼２０は、図３に示すように、円板２１と該円板２１に取り付けられた羽根２２とを備えるディスクタービン翼となっている。撹拌翼２０は、同一の羽根２２を６枚有している。羽根２２は、板状形状を備えており、互いに平行な一対の撹拌面２３を有している。撹拌面２３は、撹拌翼２０の回転方向と交差している。撹拌翼２０の羽根２２は、撹拌翼２０を取り付けた回転軸１１を回転させたときに撹拌槽の半径方向に向かう吐出流を生じさせる観点から、羽根２２の撹拌面２３が回転軸１１の軸方向Ｚと平行な仮想線Ｌに対して略平行となるように設けられていることが好ましいが（図３、図４（ａ）参照）、羽根２２の撹拌面２３は仮想線Ｌに対して傾斜していてもよい。具体的には、羽根２２の撹拌面２３と仮想線Ｌとのなす角θは、撹拌翼２０を取り付けた回転軸１１を回転させたときに撹拌槽１０の半径方向に向かう吐出流を生じさせる観点から、０°以上３０°以下であることが好ましく、０°以上２０°以下であることがより好ましい（図４（ｂ）参照）。
【００２２】
撹拌翼２０が備える羽根２２の数は、特に限定されるものではないが、好ましくは２枚以上１０枚以下であり、より好ましくは４枚以上８枚以下であり、更に好ましくは５枚以上７枚以下である。撹拌翼２０における羽根２２の配置は、特に限定されるものではないが、複数の羽根が周方向に等間隔に形成されていることが好ましく、また回転軸１１を中心に点対称に配置されていることが好ましい。
【００２３】
撹拌翼の外径ｄと撹拌槽の内径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は特に限定されるものではないが、ｄ／Ｄが大きすぎると撹拌翼の周端部から壁面までの距離が小さくなり、三段の撹拌翼からの吐出流が全て合流する前に壁面へ到達してしまう。またｄ／Ｄが小さすぎると、撹拌翼の周端部から壁面までの距離が大きくなり、半径方向の均一混合性が保てなくなる。したがって、撹拌翼の外径ｄと撹拌槽の内径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）は、一般的な設計値である０．２５以上０．５０以下、好ましくは０．３０以上０．４０以下、さらに好ましくは０．３２以上０．３５以下とするのが望ましい（図１，図２参照）。撹拌翼２０の外径ｄとは、撹拌翼２０の各羽根２２の半径方向外側の端部を通る仮想円Ｒの直径を意味する（図２参照）。
【００２４】
羽根２２の撹拌面２３の半径方向における長さｃは、特に限定されるものではないが、長さｃが小さすぎると吐出流が小さくなってしまうため、長さｃと、撹拌翼２０の外径ｄとの比（ｃ／ｄ）は、０．１０以上０．５０以下であることが好ましく、０．２０以上０．５０以下であることがより好ましい（図１，図２参照）。
【００２５】
撹拌翼２０の高さｂは特に限定されるものではないが、高さｂが小さすぎると吐出流が小さくなってしまうため、撹拌翼の外径ｄとの比（ｂ／ｄ）が、一般的な設計値である０．１５以上０．２５以下であることが好ましく、０．１８以上０．２３であることがより好ましい（図１，図４参照）。撹拌翼２０の高さｂとは、軸方向Ｚにおける、撹拌翼２０の羽根２２の上端から下端までの高さを意味する（図１，図４参照）。羽根２２の撹拌面２３が回転軸１１の軸方向Ｚと平行な仮想線Ｌに対して平行となるように、羽根２２が設けられている場合、撹拌翼２０の高さｂは撹拌面２３の半径方向と直交する方向の長さｅと一致する（図４（ａ）参照）。羽根２２の撹拌面２３が仮想線Ｌに対して傾斜している場合、撹拌翼２０の高さｂは、長さｅにｃоｓθを乗じたものと一致する（図４（ｂ）参照）。
【００２６】
羽根２２の撹拌面２３の半径方向における長さｃと撹拌翼２０の高さｂとの比（ｃ／ｂ）は、一般的な設計値である０．４以上３．４以下であることが好ましく、１．０以上２．５以下であることがより好ましい（図１参照）。
【００２７】
撹拌翼２０の羽根２２の撹拌面２３における撹拌槽１０の軸方向Ｚに平行な面への投影面積は全て同じである必要はないが、該投影面積が大きすぎると撹拌翼２０からの吐出流が速くなり、フローパターンが変わる可能性がある。また、投影面積が大きいほど撹拌に必要な動力が大きくなる。したがって、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄそれぞれが有する羽根２２ｕ，２２ｍ，２２ｄのうち、投影面積が最も大きいものの投影面積をＡ１、投影面積が最も小さいものの投影面積をＡ２としたとき、Ａ１とＡ２との比（Ａ１／Ａ２）は、１．０以上１．１以下であることが好ましい。尚、羽根２２の撹拌面２３における撹拌槽１０の軸方向Ｚに平行な面への投影面積は以下のように計算する。
【００２８】
＜羽根の撹拌面における撹拌槽の軸方向に平行な面への投影面積の計算方法＞
撹拌翼２０の羽根２２の撹拌面２３における撹拌槽１０の軸方向Ｚに平行な面への投影面積Ａは以下の式１により求めることができる。
投影面積Ａ＝撹拌翼の高さｂ×羽根の撹拌面の半径方向における長さｃ・・・（式１）
【００２９】
撹拌槽１０は、図１に示すように、邪魔板３０を備えている。邪魔板３０の形状は特に限定されるものではないが、一般的な板状邪魔板であるとより好ましい。図１に示す邪魔板３０の幅ｓ１と撹拌槽１０の内径Ｄとの比（ｓ１／Ｄ）は、特に限定されるものではないが、一般的な設計値である０．０５以上０．２０以下であることが好ましい。また、邪魔板３０と撹拌槽１０の内周面との間に隙間が空いていても良く、邪魔板３０と撹拌槽１０の内周面との間の隙間の幅ｓ２と邪魔板３０の幅ｓ１との比（ｓ２／ｓ１）は、０以上０．５０以下であることが好ましい。
【００３０】
また撹拌槽１０の内周面から邪魔板３０の半径方向内側端までの距離ｓ３と撹拌槽１０の内径Ｄとの比（ｓ３／Ｄ）は、一般的な設計値である０．０５以上０．２５以下であることが好ましい。
【００３１】
また邪魔板３０の枚数は、特に限定されるものではないが、例えば１枚以上１０枚以下であり、好ましくは２枚以上８枚以下である。
【００３２】
撹拌槽１０内には、図１に示すように、気体供給のための気体供給配管４２や、液体供給のための配管４１などが設置されている。気体供給配管４２は撹拌槽１０の下部に設置されており、配管４１は撹拌槽１０の上部に設置されている。
【００３３】
撹拌槽１０の容量Ｖは、特に限定されるものではないが、容量Ｖが小さい場合は、被撹拌物５０が不均一な状態から均一な状態になるまでの時間が短いため、本発明による効果が表れにいく場合もある。したがって、撹拌槽１０の容量Ｖは、好ましくは３０Ｌ、より好ましくは５０Ｌ以上であり、また好ましくは５００００Ｌ以下、より好ましくは３００００Ｌ以下であり、また好ましくは３０Ｌ以上５００００Ｌ以下、より好ましくは５０Ｌ以上３００００Ｌ以下である。
【００３４】
次に、上述した撹拌装置１を用いた撹拌方法について説明する。
まず、上述のような構成の撹拌装置１の撹拌槽１０に被撹拌物５０を収容する。このとき、被撹拌物５０の上端５０ａが一定の位置に位置するように、被撹拌物５０を撹拌槽１０に収容する。具体的には、軸方向Ｚにおける、被撹拌物５０の上端５０ａと下段又は上段に位置する撹拌翼２０ｄ，２０ｕとの位置関係を一定のものとすることが好ましい。被撹拌物５０の上端５０ａの位置は、人が目視により上端５０ａの位置を確認しながら制御してもよいし、撹拌装置１に被撹拌物５０の上端５０ａの位置を制御する制御部（不図示）を設けて、該制御部により制御してもよい。
【００３５】
下段に位置する撹拌翼２０ｄと撹拌槽の槽底１０ａとの間の距離ｈ１と、撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）は、下段に位置する撹拌翼２０ｄによって生じる吐出流が槽底１０ａへ向かい、且つ上段及び中段に位置する撹拌翼２０ｕ，２０ｍによって生じる吐出流のみが合流するか、あるいは中段及び下段に位置する撹拌翼２０ｍ，２０ｄにより生じる吐出流のみが合流することにより撹拌槽１０内が二分割されて混合性能が低下してしまうことを防ぐ観点から、０．２０以上であることが好ましく、０．２１以上であることがより好ましく、０．２２以上であることが更に好ましく、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄにより生じるそれぞれの吐出流が合流したとしても、該合流した流れが撹拌槽１０の下部まで及ばず、混合性能が悪化してしまうことを防ぐ観点から、０．３０以下であることが好ましく、０．２８以下であることがより好ましく、０．２６以下であることが更に好ましい（図１参照）。具体的には、下段に位置する撹拌翼２０ｄと撹拌槽の槽底１０ａとの間の距離ｈ１と、撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）は、０．２０以上０．３０以下であることが好ましく、０．２１以上０．２８以下であることがより好ましく、０．２２以上０．２６以下であることが更に好ましい。槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨは、槽底１０ａの内面の下端から被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さを意味する。高さＨは、撹拌翼を回転させずに、被撹拌物５０の上端面が平面となった状態下に測定する。
【００３６】
上段に位置する撹拌翼２０ｕと被撹拌物５０の上端５０ａとの間の距離ｈ４と、撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨとの比（ｈ４／Ｈ）は、被撹拌物５０の上端面が大きく乱れ、上段に位置する撹拌翼２０ｕが被撹拌物５０の上端５０ａから露出してしまうことを防ぐ観点から、０．１９以上であることが好ましく、０．２５以上であることがより好ましく、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄにより生じるそれぞれの吐出流が合流するフローパターンが得られたとしても、該合流した流れが撹拌槽１０の上部まで及ばず、混合性能は悪化してしまうことを防ぐ観点から、０．３０以下であることが好ましく、０．２７以下であることがより好ましい（図１参照）。具体的には、上段に位置する撹拌翼２０ｕと被撹拌物５０の上端５０ａと間の距離ｈ４と、撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨとの比（ｈ４／Ｈ）は、０．１９以上０．３０以下であることが好ましく、０．２５以上０．２７以下であることがより好ましい。
【００３７】
撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨと、撹拌槽の内径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）が大きすぎると三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄによって生じる吐出流がそれぞれ独立して循環流を形成するため混合性能が悪化してしまう。撹拌槽の槽底１０ａから被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨと、撹拌槽の内径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）が小さすぎると、撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄの周端部から壁面までの距離が大きくなり、半径方向の均一混合性が保てなくなる。したがって被撹拌物５０の上端５０ａまでの高さＨと、撹拌槽の内径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）は、０．９５以上１．１５以下、より好ましくは０．９９以上１．１３以下とするのが望ましい。
【００３８】
そして、被撹拌物５０を収容した撹拌装置１において、回転軸１１を回転させて、撹拌槽１０内の被撹拌物５０を撹拌する。
【００３９】
本実施形態の撹拌装置１によれば、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄ同士の間の距離が不均等であり、下段の撹拌翼２０ｕが撹拌槽１０の槽底１０ａから一定の距離を有しているので、該撹拌装置１の回転軸１１を回転させて、撹拌槽１０内の被撹拌物５０を撹拌すると、図５に示すような、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄによって生じるそれぞれの吐出流が全て合流するフローパターンが得られる。それぞれの撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄによって生じた吐出流は、全て合流した後に撹拌槽１０の内周面（または邪魔板）にぶつかり上下方向に分かれ、さらに下向きの流れは槽底１０ａまで達するので、撹拌槽１０内の混合性能を向上させることができる。また、せん断力の大きな半径方向流型の撹拌翼２０を使用しているため、撹拌に必要な動力を大きくすることなく、撹拌翼２０が被撹拌物５０に与えるせん断力を維持したまま、撹拌槽１０内の混合性能を向上させることができる。
【００４０】
一般に、被撹拌物の流動状態は、式２で定義される撹拌レイノルズ数Ｒｅによって判定することができる。撹拌レイノルズ数Ｒｅは、流体の慣性による運動エネルギーと粘性によって失われるエネルギーの比を表す無次元数である。ここで、ρは液体密度（ｋｇ／ｍ３）、ｎは回転数（ｒｐｍ）、ｄは撹拌翼の外径（ｍ）、μは液体粘度（Ｐａ・ｓ）である。
【数１】
2019209240.tif 000003
【００４１】
本発明における撹拌レイノルズ数Ｒｅは特に限定されるものではないが、撹拌レイノルズ数Ｒｅが極端に小さい場合は被撹拌物の流動状態が非常に弱く吐出流が合流しにくくなる。したがって、撹拌レイノルズ数Ｒｅは４０００以上であることが好ましい。
【００４２】
撹拌装置１を用いて撹拌槽１０内の被撹拌物５０を撹拌することにより、種々の化学プロセスに用いることができる。例えば、撹拌装置１を用いて撹拌槽１０内の被撹拌物５０を撹拌し、気液反応、乳化又は固液分散を行うことができる。
【００４３】
また、撹拌装置１を用いて撹拌槽１０内の被撹拌物５０を撹拌し、乳化物や懸濁液を製造することもできる。本実施形態によって製造することができる乳化物としては、例えば、水中油型乳化組成物、乳化状の化粧品と医薬部外品、飲食品用乳化液組成物、乳化油性食品等が挙げられる。本実施形態によって製造することができる懸濁液としては、例えば、化粧品用スラリー組成物、食品用スラリー組成物、インク顔料混合物等が挙げられる。
【００４４】
また、撹拌装置１の撹拌槽１０に、酵素及び基質を含んだ被撹拌物５０を収容し、該被撹拌物５０を撹拌し、酵素反応を行うことができる。これにより、酵素反応生成物を製造することができる。本実施形態によって製造することができる酵素反応生成物としては、例えば、ポリフェノール類、脂肪酸等が挙げられる。酵素反応には、酸素等の気体を必要とするものや、酵素反応が進むにつれて副生成物が増加し、反応液中のｐＨが変化するものも多い。このような場合には、撹拌槽１０に設置された気体供給配管４２から気体を供給しながら、あるいは配管４１からｐＨ調整剤を供給しながら、被撹拌物５０を撹拌することができる。気体供給配管４２から供給される気体としては、例えば、空気、酸素、窒素、二酸化炭素等が挙げられ、配管４１から供給されるｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化ナトリウム等の、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属水酸化物のアルカリ性溶液、塩酸、酢酸、クエン酸、リン酸等の酸性溶液等が挙げられる。
本発明の撹拌方法又は撹拌装置により撹拌しながら行う酵素反応の例としては、例えば、タンナーゼ活性を有する酵素を用いた茶抽出物の加水分解（特許第４２４４２３０号公報参照）、リパーゼによる脂肪酸の加水分解等が挙げられる。
【００４５】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば、本実施形態では、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄは全て同一ものであるが、半径方向流型の撹拌翼であれば、一段の撹拌翼２０が他の二段の撹拌翼２０と異なるものであってもよいし、三段の撹拌翼２０ｕ，２０ｍ，２０ｄが互いに異なるものであってもよい。また、本実施形態では、撹拌翼２０が有する複数の羽根２２は全て同一であるが、複数の羽根２２の中に、大きさや取り付けられている角度が異なるものが含まれていてもよい。
【００４６】
また、本実施形態に係る撹拌装置１では、邪魔板３０が被撹拌物５０の上端５０ａよりも上まで伸びているが、邪魔板３０の上端は被撹拌物５０の上端５０ａよりも下に位置していてもよい（図６（ａ）参照）。また本実施形態では、邪魔板３０の下端は槽底１０ａよりも上に位置しているが、邪魔板３０の下端は、槽底１０ａの形状に沿って槽底１０ａまで延在していてもよい（図６（ｂ）参照）。また邪魔板３０は高さ方向に分割されていてもよい（図６（ｃ）参照）。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。
【００４８】
〔実施例１〕
１０％皿型の槽底形状を有し、内径２１００ｍｍの撹拌槽に、以下の寸法を有するディスクタービン翼を三段取り付けた。
撹拌翼の外径ｄと撹拌槽の内径Ｄとの比（ｄ／Ｄ）：０．３３３
撹拌翼の高さｂと撹拌翼の外径ｄとの比（ｂ／ｄ）：０．２００
羽根の撹拌面の半径方向における長さｃと撹拌翼の外径ｄとの比（ｃ／ｄ）：０．２５
羽根の撹拌面の半径方向における長さｃと撹拌翼の高さｂとの比：１．２５
羽根の撹拌面における撹拌槽の軸方向に平行な面への投影面積のうち、最も大きい投影面積Ａ１と最も小さい投影面積Ａ２との比（Ａ１／Ａ２）：１．００
羽根の撹拌面と回転軸の軸方向に平行な仮想線とのなす角θ：０°
【００４９】
撹拌槽には、以下の形状及び寸法を有する邪魔板を取り付けた。
邪魔板形状：板状邪魔板
邪魔板枚数：４枚
邪魔板の幅ｓ１と撹拌翼の外径ｄとの比（ｓ１／ｄ）：０．０７
邪魔板と撹拌槽の内周面との間の隙間の幅ｓ２と邪魔板の幅ｓ１との比（ｓ２／ｓ１）：０
【００５０】
上述の撹拌槽及び撹拌翼を有する撹拌装置において、被撹拌物の量、各撹拌翼の位置及びレイノルズ数を表１に示すようにした。このような撹拌装置を用いて被撹拌物を撹拌したときのシミュレーションを行い、以下のように、フローパターンの判別、被撹拌物の混合性能の評価及びトルク平均値の測定を行った。
【００５１】
＜シミュレーションによるフローパターンの判別方法＞
汎用熱流体解析ソフトを用いてシミュレーションを行った。シミュレーションでは三次元非圧縮性流体を仮定し、流れ場の計算を行った。計算結果の速度ベクトル図（図示せず）より、各撹拌翼からの流れの方向を見てフローパターンを判別した。「三段合流フローパターン（三段）」とは、下段に位置する撹拌翼２０ｄによって生じる吐出流が上を向き、上段に位置する撹拌翼２０ｕの吐出流が下を向き、三段の撹拌翼の吐出流全てが合流するフローパターンのことである。三段合流フローパターンの例を図７（ａ）及び図７（ｄ）に示す。「上二段合流フローパターン（上二段）」とは下段に位置する撹拌翼２０ｄによって生じる吐出流は槽底１０ａに向かって下を向き、中段及び上段に位置する撹拌翼２０ｍ、２０ｕによって生じる吐出流は合流するフローパターンのことである。上二段合流フローパターンの例を図７（ｂ）に示す。「下二段合流フローパターン（下二段）」とは下段に位置する撹拌翼２０ｄと中段に位置する撹拌翼２０ｍが合流し、上段に位置する撹拌翼２０ｕによって生じる吐出流は孤立するフローパターンのことである。下二段合流フローパターンの例を図７（ｃ）に示す。
【００５２】
＜シミュレーションによる被撹拌物の混合性能の評価方法＞
流れ場が定常となるまで計算を行ったのち、その後被撹拌物の上部１０％をトレーサー（スカラー量）に設定して、２０秒間のトレーサー混合シミュレーションを行った。撹拌装置及び撹拌方法の混合性能を評価するための基準として混合時間を用いる。混合時間とは、トレーサーを投入してから被撹拌物内において規定の均質性を達成するのに必要な時間を指す。シミュレーションにおける混合時間の定量化には分離強度Ｓを用いた。分離強度Ｓとはトレーサーの不均一度を表す指標であり、以下の式３で表される。
【数２】
2019209240.tif 000004
分離強度Ｓは完全に分離した初期状態で１、完全に均一に混合した状態で０となる。計算では０．２秒毎に各計算セルにおけるトレーサー濃度を出力して分離強度Ｓを求め、トレーサー投入後Ｓ＝０．００１となるまでの時間を混合時間とした。２０秒以降は指数近似式により外挿した。
【００５３】
＜シミュレーションによるトルク平均値の測定方法＞
シミュレーション結果から撹拌軸のトルクの経時変化を０．２秒毎に２０秒間出力し、その平均値をトルク平均値とした。
【００５４】
〔実施例２〕
下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径との比（ｈ１／Ｄ）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００５５】
〔比較例１〕
下段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ２と上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別、被撹拌物の混合性能の評価及びトルク平均値の測定を行った。
〔比較例２〕
下段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ２と上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
〔比較例３〕
下段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００５６】
実施例１及び２並びに比較例１ないし３のフローパターンの判別結果及び被撹拌物の混合時間の測定結果を表１に示し、実施例１及び比較例１のトルク５区間移動平均値の測定結果を図１０に示す。トルク５区間移動平均とは、０．２秒毎に出力したトルクの５区間すなわち１秒間の平均値を意味する。表１に示すように、比較例１及び２では上段及び中段の撹拌翼によって生じた吐出流が合流する上二段合流フローパターン（図７（ｂ）及び図８（ｂ）参照）となり、比較例３では中段及び下段の撹拌翼によって生じた吐出流が合流する下二段合流フローパターン（図７（ｃ）参照）となってしまったのに対し、実施例１及び２では、三段の撹拌翼それぞれによって生じた吐出流が合流する三段合流フローパターン（図７（ａ）及び図８（ａ）参照）となった。
従って、実施例１及び２の撹拌方法は、比較例１ないし３の撹拌方法に比して、均一混合性がよいことが分かった。また、実施例１及び２の撹拌方法は、比較例１ないし３の撹拌方法に比して混合時間が短くなっている（表１及び図９参照）。更に、図１０に示すように、実施例１の撹拌方法は、比較例１の撹拌方法に比して、トルク平均値が低いことが分かる。従って、実施例１の撹拌方法は、比較例１に比して、大きな動力を必要とすることなく、混合性能を向上させることができることが分かった。
【００５７】
【表１】
2019209240.tif 000005
【００５８】
〔比較例４〕
下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径との比（ｈ１／Ｄ）を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
〔比較例５〕
下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径との比（ｈ１／Ｄ）を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００５９】
実施例１及び２並びに比較例４及び５のフローパターンの判別結果及び被撹拌物の混合時間の測定結果を表２に示す。表２に示すように、比較例４では下二段合流フローパターン（図７（ｃ）参照）となってしまった。また、比較例５は三段合流フローパターン（図７（ｄ）参照）ではあるが、合流した循環流が槽底まで届いておらず、実施例１及び２と比して、槽内の均一混合性が低いものとなっている。また、実施例１及び２の撹拌方法は、表２に示すように、比較例４及び５の撹拌方法に比して混合時間が短くなっている。
【００６０】
【表２】
2019209240.tif 000006
【００６１】
〔実施例３〕
撹拌槽に収容する被撹拌物の液量Ｌ、被撹拌物の上端での高さＨ、撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨと撹拌槽の内径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００６２】
〔比較例６〕
下段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ２と、上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）を表３に示すように変更した以外は、実施例３と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００６３】
【表３】
2019209240.tif 000007
【００６４】
実施例３及び比較例６のフローパターンの判別結果及び被撹拌物の混合時間の測定結果を表３に示す。表３に示すように、比較例６では上二段合流フローパターン（図７（ｂ）参照）となってしまうのに対し、実施例３では、三段の撹拌翼それぞれによって生じた吐出流が合流する三段合流フローパターン（図７（ａ）参照）となる。従って、実施例３の撹拌方法は、比較例６の撹拌方法に比して、均一混合性がよいことが分かった。また、実施例３の撹拌方法は、表３に示すように、比較例６の撹拌方法に比して混合時間が短くなっている。
【００６５】
〔実施例４ないし６〕
内径２３００ｍｍの撹拌槽を使用し、被撹拌物の量、各撹拌翼の位置及びレイノルズ数を表４に示すようにした。これら以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００６６】
〔比較例７ないし９〕
上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）、下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）を表４に示すように変更した以外は、実施例４ないし６と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００６７】
【表４】
2019209240.tif 000008
【００６８】
実施例４ないし６並びに比較例７ないし９のフローパターンの判別結果及び被撹拌物の混合時間の測定結果を表４に示す。表４に示すように、比較例７ないし９では上二段合流フローパターン（図７（ｂ）参照）となってしまうのに対し、実施例４ないし６では、三段の撹拌翼それぞれによって生じた吐出流が合流する三段合流フローパターン（図７（ａ）参照）となる。従って、実施例４ないし６の撹拌方法は、比較例７ないし９の撹拌方法に比して、均一混合性がよいことが分かった。また、実施例４ないし６の撹拌方法は、表４に示すように、比較例７ないし９の撹拌方法に比して混合時間が短くなっている。
【００６９】
〔実施例７〕
内径２８８ｍｍの撹拌槽を使用し、被撹拌物の量、各撹拌翼の位置及びレイノルズ数を表５に示すようにした。これら以外は実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。また、シミュレーションで用いた撹拌装置と同じ形状の撹拌装置を用いて実物実験を行い、フローパターンの判別及び混合性能の評価を行った。
【００７０】
＜実物実験によるフローパターンの判別方法＞
樹脂ビーズ法を用いて可視化実験を行い、フローパターンを判別した。樹脂ビーズ法とは、無色の被撹拌物に色のついた樹脂ビーズを同伴させ、その動きをハイスピードカメラで観察し、各撹拌翼からの流れの方向を見てフローパターンを目視判定する方法である。フローパターンはシミュレーション結果からフローパターンを判別する方法と同様に、「三段合流フローパターン」、「上二段合流フローパターン」、「下二段合流フローパターン」に判別した。
【００７１】
＜実物実験による被撹拌物の混合性能の評価方法＞
撹拌装置及び撹拌方法の混合性能を評価するための基準である混合時間の測定のため、アルカリ応答実験を行った。アルカリ応答実験では、撹拌槽内にトレーサーとしてアルカリ性の液体を投下し、槽内下部に設置したｐＨセンサーでｐＨの経時変化を検出して混合時間を求める。実験では、槽内液のｐＨを４．５±０．１に調整して撹拌した状態でＮａＯＨ溶液を投入し、ｐＨ計から出力される数値を経時的に取得した。サンプリングは０．２秒周期でＮａＯＨ溶液投入後３００秒まで行った。各時刻歴のｐＨデータは０秒と３００秒後の数値で規格化したのち、移動平均（５点）して求めた。混合時間は規格化後ｐＨデータの移動平均値が最初に０．９７を超えるまでの時間と定義した。
【００７２】
〔比較例１０〕
上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離ｈ３との比（ｈ２／ｈ３）、下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さＨとの比（ｈ１／Ｈ）及び下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離ｈ１と撹拌槽の内径Ｄとの比（ｈ１／Ｄ）を表５に示すように変更した以外は、実施例７と同様にしてシミュレーション及び実物実験を行い、フローパターン及び被撹拌物の混合性能の評価を行った。
【００７３】
【表５】
2019209240.tif 000009
【００７４】
実施例７及び比較例１０のフローパターンの判別結果及び被撹拌物の混合時間の測定結果を表５に示す。表５に示すように、シミュレーション及び実物実験のいずれの場合も、比較例１０では上二段合流フローパターン（図７（ｂ）参照）となってしまうのに対し、実施例７では、三段の撹拌翼それぞれによって生じた吐出流が合流する三段合流フローパターン（図７（ａ）参照）となる。従って、実施例７の撹拌方法は、比較例１０の撹拌方法に比して、均一混合性がよいことが分かった。また、実施例１０の撹拌方法は、表５に示すように、シミュレーション及び実物実験のいずれの場合も、比較例１０の撹拌方法に比して混合時間が短くなっている。
【００７５】
〔比較例１１〕
実施例１において、撹拌槽に取り付ける撹拌翼の寸法を表６に示すように変更した以外は、実施例１と同様にしてシミュレーションを行い、フローパターンの判別、撹拌物の混合時間の測定及びトルク平均値の測定を行った。
【００７６】
【表６】
2019209240.tif 000010
【００７７】
実施例１及び比較例１１のフローパターンの判別結果、被撹拌物の混合時間の測定結果及びトルク平均値の測定結果を表６に示し、実施例１及び比較例１１のトルク５区間移動平均を図１１に示す。表６及び図１１に示すように、比較例１１は、実施例１に比してトルク平均値が大きくなっている。従って、実施例１の撹拌方法は、比較例１１に比して、大きな動力を必要とすることなく、混合性能を向上させることができることが判った。
【符号の説明】
【００７８】
１  撹拌装置
１０  撹拌槽
１０ａ  撹拌槽の槽底
１１  回転軸
２０ｕ  上段に位置する撹拌翼
２０ｍ  中段に位置する撹拌翼
２０ｄ  下段に位置する撹拌翼
２１  円板
２２  羽根
２３  撹拌面
３０  邪魔板
４１  配管
４２  気体供給配管
５０  被撹拌物
５０ａ  被撹拌物の上端
ｈ１  下段に位置する撹拌翼と撹拌槽の槽底との間の距離
ｈ２  下段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離
ｈ３  上段に位置する撹拌翼と中段に位置する撹拌翼との間の距離
Ｈ  撹拌槽の槽底から被撹拌物の上端までの高さ
Ｄ  撹拌槽の内径
【図１】
2019209240.tif 000011
【図２】
2019209240.tif 000012
【図３】
2019209240.tif 000013
【図４】
2019209240.tif 000014
【図５】
2019209240.tif 000015
【図６】
2019209240.tif 000016
【図７】
2019209240.tif 000017
【図８】
2019209240.tif 000018
【図９】
2019209240.tif 000019
【図１０】
2019209240.tif 000020
【図１１】
2019209240.tif 000021