(57)【要約】【課題】撹拌槽内壁付近で、バッフルにより下降流を発生させることで、気液混合時に気泡の液中での保持率を高め、気液混合効率の良い撹拌槽用バッフルを提供する。【解決手段】撹拌翼３の回転に伴い発生する旋回流は、撹拌槽１の内壁近傍に略垂直に配置されたバッフル４、５、６に衝突すると、上下方向の流れに変換される。このとき、バッフル４、５あるいはバッフル５、６の重なり部では、旋回流に対し前方に位置するバッフル５（又は６）によって発生した上昇流はバッフル上端で回り込み流に変換され、上側に位置するバッフル４（又は５）によって発生した下降流と合流し、この合成流がバッフル間の間隙を通過し、更に下降流としてバッフル背面を下降する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型撹拌槽の内壁近傍に配設される撹拌槽用バッフルにおいて、複数のバッフルを上下方向に重なり部を有するようにして間隔を置いて配置する際に、隣接するバッフルの上側に位置するバッフルの下端部を下側に位置するバッフルの上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に配置させ、かつ、該重なり部において、少なくとも１枚のバッフルの上端部は該旋回流に対して垂直となる面を有することを特徴とする撹拌槽用バッフル。
【請求項２】
該重なり部を、撹拌翼の位置に相当する高さ位置に配置した請求項１に記載の撹拌槽用バッフル。
【請求項３】
該重なり部の長さが、バッフル幅の３０％〜７０％である請求項１又は２に記載の撹拌槽用バッフル。
【請求項４】
該重なり部の間隙が、バッフル幅の３０％〜７０％である請求項１〜３のいずれかに記載の撹拌槽用バッフル。
【請求項５】
竪型撹拌槽の内壁近傍に配設される撹拌槽用バッフルにおいて、複数のバッフルを上下方向に重なり部を有するようにして間隔を置いて配置させ、隣接するバッフルの上側に位置するバッフルの下端部を、下側に位置するバッフルの上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に配置させ、かつ、該重なり部において、少なくとも１枚のバッフルの上端部は該旋回流に対して垂直となる面を有するようにして流体の上昇流を発生させるとともに、該バッフルの上側に位置するバッフルで発生した下降流と合流させて合成流とした後に、該合成流を下降流とさせることを特徴とする撹拌方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液混合効率を図るべく撹拌槽内に設置される撹拌槽用バッフルと撹拌方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素添加反応に代表される気液反応や、ガス吸収、重合禁止剤として酸素を通気する必要のある液相反応等では、気体と液体の撹拌混合効率の向上が必要不可欠となっている。
【０００３】
一般的な竪形撹拌槽では、撹拌翼・軸は、槽の中心部に位置している。このため、撹拌槽の中心部（軸付近）では下降流が発生しており、バッフルが配置されている槽壁面近傍では、上昇流が発生している。このため、気液混合時に液中に存在する気泡は、撹拌翼の吐出流に乗って槽壁方向に移動し、槽壁近傍の上昇流に乗って、バッフルに沿って上昇し、そのまま液面から気相部に抜けてしまうといった効率の悪い方法がとられていた。すなわち、バッフルは、液体の混合効率を向上させるという利点に反し、気泡の保持率を低下させる一因となるといった問題点を併せ持っていた。
【０００４】
気液混合の効率化を目的とした撹拌翼の開発・改良は数多く行われてきたが、そのほとんどが撹拌翼の剪断作用により、気泡の微細化を行い、保持率を高めるといったものであった。
【０００５】
これに対し、バッフルを改良する検討も種々なされている。例えば、部分撹拌による気泡の微細化という観点から、部分攪拌器を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この部分撹拌器付きバッフルによれば、撹拌槽内の液中に供給された気泡は、部分撹拌器によって微細化され、気液の接触効率を向上させるものであるが、液体の供回りを防止することは可能であるものの、気泡の上昇を防止することはできず、液中に存在する気泡は、それ自身の浮力によって液面に上昇し、気相部へ抜けてしまうといった問題を有しており、また、構造が複雑であることから部分撹拌器の目詰まりや洗浄不良等のメンテナンス面での問題、撹拌槽内での設置スペースが必要以上に大きくなるといった問題等を有していた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１７８３３０号公報（段落
【０００７】、図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、撹拌槽の壁面付近で、バッフルにより下降流を発生させることで、気液混合時に気泡の液中での保持率を高め、気液混合効率の良い撹拌槽用のバッフルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、従来上下方向においては一体で用いられることが多かったバッフルを上下多段とし、それらを、上下方向に重なりを有するように配置することで、撹拌槽壁面近傍において下降流を発生させ、これにより、気液混合時の気泡保持率を向上させることを可能としたバッフルの配置を見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、竪型撹拌槽の内壁近傍に配設される撹拌槽用バッフルにおいて、複数のバッフルを上下方向に重なりを有するようにして間隔を置いて配置する際に、隣接するバッフルの上側に位置するバッフルの下端部を下側に位置するバッフルの上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に配置させ、かつ、該重なり部において、少なくとも１枚のバッフルの上端部は該旋回流に対して垂直となる面を有することを特徴とする撹拌槽用バッフルを提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、竪型撹拌槽の内壁近傍に配設される撹拌槽用バッフルにおいて、複数のバッフルを上下方向に重なり部を有するようにして間隔を置いて配置させ、隣接するバッフルの上側に位置するバッフルの下端部を、下側に位置するバッフルの上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に配置させ、かつ、該重なり部において、少なくとも１枚のバッフルの上端部は該旋回流に対して垂直となる面を有するようにして流体の上昇流を発生させるとともに、該バッフルの上側に位置するバッフルで発生した下降流と合流させて合成流とした後に、該合成流を下降流とさせることを特徴とする撹拌方法を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１（（ａ）：平面図、（ｂ）：側面図）は、本発明によるバッフルの一実施形態を示す模式図である。
１は竪型円筒状の撹拌槽、２は回転軸、３は撹拌翼、４、５、６はバッフルで、４は最上段のバッフル、５は中段のバッフル、６は下段バッフルを示している。また７は、スパージャーリング等の気泡導入部である。
【００１３】
図１において、撹拌翼３の回転に伴い発生する旋回流は、撹拌槽１の内壁近傍に略垂直に配置されたバッフル４、５、６に衝突すると、上下方向の流れに変換される。このとき、バッフルの重なり部に注目すると、旋回流に対し前方に位置するバッフルによって発生した上昇流はバッフル上端で回り込み流に変換され、上側に位置するバッフルによって発生した下降流と合流し、この合成流がバッフル間の間隙を通過し、更に下降流としてバッフル背面を下降する。
【００１４】
図２は、この状態を拡大し、詳細に流線を記入した模式図である。
撹拌翼３の回転によって発生した旋回流がバッフル５によって上昇流と下降流に分かれて、この上昇流がバッフル５の上端部に到達すると、バッフル裏側に回り込む回り込み流れに変換される。同様にバッフル４でも上昇流と下降流が発生し、この下降流がバッフル４の下端部に達し、バッフル５により発生した回り込み流れと合流することで、下降流となってバッフル５の背面を下降する。
なお、図２はバッフルの高さについての位置関係を分かりやすく模式的に示したものであり、バッフル４、５の部分図は側面図として示してある。
【００１５】
バッフル４とバッフル５は上下方向に重なり部を有するようにして間隔を置いて配置されており、バッフル４の下端部はバッフル５の上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に所定の間隙を有するように配置させている。
【００１６】
図３は、バッフル重なり部での気泡の動きを示した模式図である。
旋回流に乗って移動してきた気泡は、バッフルに衝突すると、その衝撃で細分化される。この細分化された気泡は、バッフル５の表側で発生している上昇流に乗ってバッフル５上端に達すると、そこで発生している回り込み流れに乗って、バッフル５の裏側に進行する。この際、バッフル５上端のエッヂ部で剪断を受けるため、気泡はさらに微細化される。この微細化された気泡は、バッフル４と５の間隙を通過する下降流に乗って、バッフル５の裏側に押し込まれる。この際にも、バッフル４の下端部で剪断を受けることになるため、気泡の微細化がさらに進むことになる。
【００１７】
上記のように気泡が微細化されることで、気液混合効率を向上させ、かつ、気泡を下降流に乗せることで、浮力による気泡の上昇を抑制し、液中での気泡保持時間を増大させることが可能となる。
【００１８】
図４は、バッフル４、５、６の配置の一例を示す模式図である。
このバッフル４とバッフル５の重なり部、あるいはバッフル５とバッフル６の重なり部は、旋回流の流れが強い箇所に設けることで気液混合効率、すなわち下降流を発生させることによる気泡の保持率をより向上させることができるため、撹拌翼３の位置に相当する高さの位置に配置させることが好ましい。
なお、図４は撹拌翼と各バッフルとの高さについての位置関係を分かりやすく模式的に示したものであり、バッフル４、５、６の部分図は側面図として示してある。
【００１９】
バッフル４とバッフル５の重なり部の長さをｔ４５とするとき、バッフル５の上端部における上昇流の回り込みが気泡保持率に寄与すること、および重なり部が長すぎることにより合成流の流速が失速しないようにする点から、バッフル５の幅Ｔ５を基準として、
０．３０≦ｔ４５／Ｔ５≦０．７０
の範囲とすることが好ましい。
【００２０】
同様に、バッフル５とバッフル６との関係においても、
０．３０≦ｔ５６／Ｔ６≦０．７０
とすることが好ましい。
【００２１】
また、バッフル４、５、６の幅をそれぞれＴ４、Ｔ５、Ｔ６とするとき、各バッフルによる上昇流の回り込みをより効果的に利用するために、Ｔ４≦Ｔ５≦Ｔ６とすることが好ましい。
【００２２】
なお、各バッフルの幅を全て同一幅とすることでも良く、この場合は、一般的に撹拌槽の内径Ｄに対してバッフル幅Ｔは１０％程度であるので、
Ｔ＝０．１０×Ｄ（＝Ｔ４＝Ｔ５＝Ｔ６）
となるから、上記重なり部の長さは、
０．０３×Ｄ≦ｔ≦０．０７×Ｄ
（ｔ＝ｔ４５＝ｔ５６）
の範囲とすることが好ましい。
【００２３】
また、バッフル４とバッフル５の間隙をｄ４５とするとき、間隙が広すぎることにより合成流が形成されないこと、および狭すぎることにより合成流の流速が失速することを防止する点から、
０．３０≦ｄ４５／Ｔ５≦０．７０
の範囲とすることが好ましく、
０．３０≦ｄ５６／Ｔ６≦０．７０
の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
図５（ａ）〜（ｄ）は、各バッフルの他の実施形態を示す模式図である。
図５（ａ）のように撹拌槽内でバッフルを配置させる場合には、バッフルの長さに制約を受けることになるため最下段に位置するバッフル６を傾斜させることでも良い。
【００２５】
なお、図５（ａ）や（ｃ）のように、重なり部を形成するようにしてバッフルそのものおよびバッフルの一部が傾斜している場合には、それぞれの重なり部の長さは上方に位置するバッフルに重なり部を投影したときの長さとし、重なり部の間隙は、バッフルの傾斜面と近接するバッフル端部との距離とする。
【００２６】
また、図６に示すように、上側に位置するバッフルの下端部を下側に位置するバッフルの上端部よりも流体の旋回流に対して後方側に順次配置させ、撹拌槽の内壁に螺旋状に多数のバッフルを配置させることも可能である。
この例では、最下端部から順次バッフルを最上端部まで配置させた時（これを１サイクルとする）、その位置での最下端部から同様に順次バッフルを最上端部まで配置させるようにした、４つのサイクルのバッフルの配列としている。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によるバッフルを使用することにより、一般的な撹拌翼（撹拌軸付近では下降流が、層壁付近では上昇流が発生する）を用いた場合にも、簡単な構造で撹拌槽壁面付近で下降流を発生させることができるため、気液混合時の気泡保持率が向上し、気体の液体への混合・溶解・反応効率を向上させることができる。
また、バッフル全体が傾斜していることがないため、流体中のスケールが付着しにくく洗浄性もよく、気液混合に最適な撹拌システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撹拌槽用バッフルの一実施形態を示す模式図。
【図２】本発明の撹拌槽用バッフルにおける流体の流れを示す模式図。
【図３】本発明の撹拌槽用バッフルにおける詳細な気泡の挙動を示す模式図。
【図４】本発明の撹拌槽用バッフルの拡大図。
【図５】本発明の撹拌槽用バッフルの他の実施形態を示す模式図。
【図６】本発明の撹拌槽用バッフルの他の実施形態を示す模式図。
【符号の説明】
１  撹拌槽
２  回転軸
３  撹拌翼
４  上段バッフル
５  中段バッフル
６  下段バッフル
７  気泡導入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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