(57)【要約】【課題】撹拌槽内壁付近で、液の流れを横方向の旋回流から上下方向の流れに変換させる際にも撹拌効果を得ることにより、全体的な撹拌効率の向上を図り、かつ、槽内壁及びバッフルへのスケールの付着を低減でき、洗浄性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８ａ、８ｂ、８ｃに衝突すると、上下方向の流れに変換される。このとき、各段のバッフルによって発生した下向きの下降流はバッフル下端で回り込み流に変換され、下側に位置するバッフルによって発生した上昇流と合流し、この合成流がバッフル間の間隙を通過し、更に上昇流となってバッフル背面を上昇する。この時、上記上昇流と上記下降流とが合流することとなり、この領域で撹拌の効果を得ることができる。【選択図】　図３
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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前方側に配置させ、かつ、少なくとも１枚のバッフルの下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前方側に配置させ、かつ、少なくとも１枚のバッフルの下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下降流を発生させるとともに、該バッフルの下側に位置するバッフルで発生した上昇流と合流させて合成流とした後に、該合成流を上昇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、撹拌効率向上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】
従来、同程度の粘度を有する液体同士の混合や粘度の異なる液体同士の混合のような液液混合、あるいは、液体と粉体とを混合するような固液混合を行うための竪型撹拌槽用バッフルとしては、平板型、丸棒型、フィンガー型、Ｄ型など、様々の物がある。
【０００３】
これらの従来型は、撹拌槽内壁付近に１ないし複数の物が一定の間隔を置いて略垂直に設置されている。本来これらのバッフルは、撹拌翼の作用により発生した旋回流を阻害すると共に、液の流れを上下方向の循環流に変換する役割を担っている。
【０００４】
しかしながら、回転軸の下端部のみに撹拌翼を有する一段翼を用いた場合、内容液の液深が深いと、撹拌翼から吐出された液が液表面にまで達しないため、良好な撹拌効果が得られないという不具合があった。
【０００５】
一方、かかる不具合を解消すべく、例えば図１（（ａ）：平面図、（ｂ）：側面図）に示すような撹拌槽１の回転軸２に複数の撹拌翼３を有する多段翼が用いられる場合があるが、この場合には各段のまわりに循環流が形成され、これらの流れが上下に分流されるため、かかる下向きの流れによりバッフル４の下端部から上昇してきた流れが打ち消されて上下循環流の形成が妨げられて、それぞれ渦流状の滞留部５を形成してしまい（図中点線の波線の領域近傍）、撹拌槽全域にわたる循環流の形成が阻害されて撹拌効率が大幅に低下してしまう。
【０００６】
また、バッフル４の裏側に回り込む上昇流はバッフル４の下端部でのみ発生することになるため、バッフル４の上端部近傍に到達するまでには失速して、バッフル４の上端部近傍の裏側にも滞留部６が形成されてしまうという問題があった。
【０００７】
上記課題を解決するために、バッフルを傾斜させて複数段に分割配置する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、傾斜角度を任意に変更しうるように構成した傾斜バッフルが開示されている。この傾斜バッフルによれば、図２に示すように撹拌翼により発生した旋回流と傾斜バッフル７ａ、７ｂにより発生した上昇流とにより撹拌効率と高めようとするものである。しかしながら、上昇流は一様に無理なく上方へ流動することになるが、むしろこのためにバッフル近傍における撹拌効率を得ることが困難となる。
なお、図２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７ａ、７ｂの部分図は側面図として示してある。
【０００８】
また、特許文献２には、傾斜バッフルを断片化し、複数枚配置したバッフルが開示されている。このバッフルにおいても、やはり上述したのと同様に上昇流は形成されるものの、バッフル近傍における撹拌効率を得ることが困難となる。
【０００９】
また、いずれの例におけるバッフルも傾斜しているため、粉体や結晶を扱う場合にはそれらがバッフルに乗って堆積し、スケール付着の原因になるといった問題もあった。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−１００３５１号公報（第１−２欄、第１図）
【特許文献２】
特開平９−５２０３７号公報（第１欄、第１図、第３図）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、撹拌槽内壁付近で、液の流れを横方向の旋回流から上下方向の流れに変換させる際にも撹拌効果を得ることにより、全体的な撹拌効率の向上を図り、かつ、槽内壁及びバッフルへのスケールの付着を低減でき、洗浄性の良い撹拌槽用バッフルを提供することにある。
【００１２】
【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循環流の形成を促し撹拌効率を向上させることができ、かつ、撹拌槽内壁にスケールが付着しにくく洗浄性の良いバッフルの配置を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
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前方側に配置させ、かつ、少なくとも１枚のバッフルの下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。
【００１４】
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前方側に配置させ、かつ、少なくとも１枚のバッフルの下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下降流を発生させるとともに、該バッフルの下側に位置するバッフルで発生した上昇流と合流させて合成流とした後に、該合成流を上昇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。
【００１５】
【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３（（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、８はバッフルで、８ａは最上段のバッフル、８ｂは中段のバッフル、８ｃは下段バッフルを示している。
【００１６】
図３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８ａ、８ｂ、８ｃに衝突すると、上下方向の流れに変換される。このとき、各段のバッフルによって発生した下向きの下降流はバッフル下端で回り込み流に変換され、下側に位置するバッフルによって発生した上昇流と合流し、この合成流がバッフル間の間隙を通過し、更に上昇流となってバッフル背面を上昇する。
【００１７】
図４は、この状態を拡大した模式図である。
撹拌翼３の回転によって発生した旋回流がバッフル８ａによって上昇流と下降流に分かれて、この下降流がバッフル８ａの下端部に到達する。同様にバッフル８ｂでも上昇流と下降流が発生し、この上昇流がバッフル８ｂの上端部で上記下降流と合流する。
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８ａ、８ｂの部分図は側面図として示してある。
【００１８】
バッフル８ａとバッフル８ｂ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８ａの下端部はバッフル８ｂの上端部よりも流体の旋回流に対して前方側に所定の間隙を有するように配置させている。
【００１９】
上記間隙の存在により、上記上昇流はこの間隙を通過するようにしてバッフル８ａの背面より流出する。上記下降流も上記間隙の存在によりバッフル８ａの背面の間隙へ流速を増しながら回り込むが、この時、上記上昇流と上記下降流とが合流することとなり、この領域で撹拌の効果を得ることができるのである。
【００２０】
こうして合流した下降流と上昇流との合成流は上記間隙を通過することになるが、バッフル８ｂの重なり部が上方へ延設されていることから、さらに上昇流となって液面へと上昇する。
【００２１】
上昇した合成流は、さらに回転軸方向へと引き込まれるように流れ、回転軸下方への渦流によって撹拌槽下方へ流れる。このサイクルが繰り返されることにより撹拌槽全域に渡って循環流を形成することができる。
【００２２】
図５は、バッフル８ａ、８ｂ、８ｃの配置の一例を示す模式図である。
このバッフル８ａとバッフル８ｂの重なり部、あるいはバッフル８ｂとバッフル８ｃの重なり部は、旋回流の流れが強い箇所に設けることで撹拌効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５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８ａ、８ｂ、８ｃの部分図は側面図として示してある。
【００２３】
バッフル８ａとバッフル８ｂの重なり部の長さをｔａｂとするとき、バッフル８ａの下端部における下降流の回り込みが撹拌状態に寄与すること、及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８ａの幅Ｔａを基準として、
０．３０≦ｔａｂ／Ｔａ≦０．７０
の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
同様に、バッフル８ｂとバッフル８ｃとの関係においても、
０．３０≦ｔｂｃ／Ｔｂ≦０．７０
とすることが好ましい。
また、バッフル８ａ、８ｂ、８ｃの幅をそれぞれＴａ、Ｔｂ、Ｔｃとするとき、各バッフルによる下降流の回り込みをより効果的に利用するために、Ｔａ≦Ｔｂ≦Ｔｃとすることが好ましい。
【００２５】
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（＝Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｃ）
となるから、上記重なり部の長さは、
０．０３×Ｄ≦ｔ（＝ｔａｂ＝ｔｂｃ）≦０．０７×Ｄ
の範囲とすることが好ましい。
【００２６】
また、バッフル８ａとバッフル８ｂの間隙をｄａｂとする時、間隙が広すぎることにより撹拌効率が低下することを防止すること、及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≦ｄａｂ／Ｔａ≦０．７０
の範囲とすることが好ましく、
０．３０≦ｄｂｃ／Ｔｂ≦０．７０
の範囲とすることが好ましい。
【００２７】
図６は、各バッフルの他の実施形態を示す模式図である。
図６（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８ｃを傾斜させることでも良く、この場合においてもその上段に位置するバッフル８ｂの下端部は旋回流に対して垂直となる面を有しているために下降流が発生し、撹拌槽の下方におけるバッフル間での撹拌を行うことができる。
【００２８】
なお、図６（ａ）や（ｃ）のように、重なり部を形成するようにして下方に位置するバッフルの上端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、重なり部の間隙は下方に位置するバッフルの傾斜面と上方に位置するバッフルの下端部との距離とする。
【００２９】
また、図７（（ａ）：平面図、（ｂ）：側面図）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前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（これを一サイクルとする）、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。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
（実施例１）
図８（（ａ）：平面図、（ｂ）：側面図）に示すような、１０％皿形の下鏡を有する内径Ｄ＝１３０ｍｍ、直胴部の長さが１５０ｍｍのガラス製撹拌槽（２リットル用）を用意した。
撹拌翼は翼径６５ｍｍの傾斜パドル翼を２段で配置し、撹拌槽内壁には幅Ｔａ＝Ｔｂ＝１３ｍｍ（＝０．１Ｄ）、長さ７５ｍｍの平板バッフル２枚を、重なり部を有するようにして２組配置した。
なお、重なり部の長さをｔａｂ＝６．０ｍｍ（＝０．０４６Ｄ）、間隙をｄａｂ＝６．０ｍｍ（＝０．０４６Ｄ）としてある。
【００３１】
上記撹拌槽中に、ヨウ素で着色した粘度２Ｐａ・ｓの水あめ水溶液を２リットル仕込み、撹拌動力１ｋＷ・ｍ−３で撹拌を開始した。
ここに、２Ｐａ・ｓに調整したチオ硫酸ナトリウム水溶液を投入し、水あめの色が完全に消えるまでの時間を測定したところ、約８分であった。
【００３２】
（比較例１）
図９（（ａ）：平面図、（ｂ）：側面図）に示すように、長さ１５０ｍｍの平板バッフル２枚を使用した以外は、実施例１と同様にして撹拌を行ったところ、水あめの色が消えるまでの時間は約１５分であった。
【００３３】
なお、比較例１の場合、撹拌槽内の流動状態を観察したところ、図９に示すように、上段翼の下側と下段翼の上下の、３つの箇所に最後まで色が消えなかった部分が存在した。これは、いわゆるドーナツリングと呼ばれる現象で、タービン翼やパドル翼などの小型多段翼を用いた場合に観察される撹拌槽内の撹拌不良部分である（図９中の斜線円形部分）。
【００３４】
この結果から、従来のような単なる平板バッフルを配置して撹拌した場合よりも、重なり部を有するように間隙を設けて平板バッフルを配置して撹拌した方が、撹拌効率が向上し、撹拌時間が約半減することがわかる。
【００３５】
【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、バッフル間の重なり部においても撹拌状態を得ることができ、さらに循環流の形成を促すことができるため、撹拌槽全体の撹拌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向上させることができ、バッフルの組み合わせにより晶析、蒸留、脱溶剤などの各単位操作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】従来の撹拌槽用バッフルの一例を示す模式図。
【図２】従来の他の例による撹拌槽用傾斜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の一実施形態を示す模式図。
【図４】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５】本発明の撹拌槽用バッフルの拡大図。
【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。
【図７】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８】実施例１で使用した竪型撹拌槽の模式図。
【図９】比較例１で使用した竪型撹拌槽の模式図。
【符号の説明】
１　撹拌槽
２　回転軸
３　撹拌翼
４　バッフル
５　滞留部
６　滞留部
７ａ、７ｂ　傾斜バッフル
８ａ、８ｂ、８ｃ　バッフル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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