(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌槽と、撹拌槽内に回転可能に支持された回転軸と、撹拌槽内で回転可能に回転軸に固定された撹拌翼とを備えた固−液２相流を混合する撹拌装置において、
撹拌翼は少なくとも１段の板状翼を有し、該板状翼は撹拌翼を回転軸に取り付けるためのボスと少なくとも１枚の板で構成され、該板状翼のボスの長さが該板状翼の翼高さの０．７５倍以下であり、ボスの外径が回転軸の外径より大きく、板状翼の下端面と撹拌槽底面との距離が回転軸中心線上において該板状翼のボスの長さの０．９倍以下であることを特徴とする固−液２相流を混合する撹拌装置。
【請求項２】
板状翼の上方に回転軸に対し傾斜して傾斜して径方向且つ上方に延びる２枚の楕円翼と、該楕円翼の下方に配置され且つ回転軸に対して傾斜して径方向且つ下方に延びる２枚の楕円翼とを有することを特徴とする請求項１に記載の固−液２相流を混合する攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、特に液体中に固体粒子が存在している固−液２相流において、固体粒子が撹拌槽下部に滞留することなく均一に液中で懸濁、分散、溶解、晶析、撹拌混合、反応でき、撹拌液の除熱あるいは加熱などの撹拌を行う混合機あるいは反応機として用いられる撹拌装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学工業や薬品工業、食品工業などで必要とされている液体と固体の効率的な混合、溶解、反応などに対応できる撹拌装置が要求されている。これらの要求に応えるものとして、板状翼、パドル翼、タービン翼、プロペラ翼、ブルマージン翼、ゲート翼、格子翼等の撹拌翼を備えた撹拌装置が開発されている。これら従来の撹拌装置は、撹拌槽内の撹拌対象物に発生した循環流が撹拌翼近傍部のみに形成され、槽内全体にわたる循環流が形成されないので混合性能が低く且つ撹拌動力が撹拌翼近傍部のみにて消費されるので、動力特性も悪いという不具合がある。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解決する撹拌装置として、特開平５−４９８９０号公報、特開平６−１９８１５５号公報、特開平７−１２４４５６号公報、特開平９−７５６９９号公報には、特定の撹拌翼を用いることにより、撹拌槽全体の混合特性を改良した撹拌装置が開示されている。
【０００４】
これらの撹拌装置は、従来の撹拌装置と同様に撹拌槽と、撹拌槽内に回転可能に取り付けられた回転軸と、回転軸に撹拌槽内で回転可能に固定された撹拌翼とを備えている。撹拌翼は、実験室スケールでは、溶接により回転軸に直接固定される場合があるが、工業用スケールでは、組立ての利便さや撹拌翼の交換等のために、ボスと呼ばれる円筒状の部品を用いてボルトにより回転軸に固定される。また、工業用スケールでは、板状翼、傾斜パドル翼、タービン翼、プロペラ翼等は、翼の高さとほぼ同じ長さのボスを用いて回転軸に固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の板状翼では、回転軸に板状翼の翼高さとほぼ同じ長さのボスを用いて固定するため、撹拌槽底部の回転軸直下部分に澱み領域が発生しやすい。この澱み領域は、回転数を増加することにより減少する傾向にあるが、撹拌翼を一段の板状翼のみで構成した場合、通常の回転数では澱み領域の抑制効果はない。また、２段以上の多段翼で下段の翼として板状翼を使用する場合において、上部翼の形状により撹拌槽内の循環混合が良好である場合でも、回転軸直下部分に澱み領域が発生する。この澱み領域の発生により、撹拌槽内の均一混合が妨げられ、特に液体中に固体粒子が存在している固液２相流において、固体粒子が撹拌槽底部の回転軸直下部分に滞留し、均一に懸濁・分散しなくなる。この固体粒子の滞留は、固−液の反応操作では反応速度の低下、固体の溶解操作では溶解速度の低下、晶析操作では析出する固体粒子の粒径が不均一等の問題を引き起こす。
【０００６】
そこで、本発明では、特に撹拌槽底部の回転軸直下部分での澱み領域の発生を抑制し、特に固液２相流において固体粒子の滞留を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の撹拌装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に回転可能に支持された回転軸と、撹拌槽内で回転可能に回転軸に固定された撹拌翼において、撹拌翼は少なくとも１段の板状翼を有し、前記板状翼のボスの長さが前記板状翼の翼高さの０．７５倍以下である。撹拌翼は、前記板状翼単独でも良いが、前記板状翼の上部に板状翼、傾斜パドル翼、タービン翼、プロペラ翼、楕円翼等の撹拌翼を備えた多段翼としても良く、特に、少なくとも１段の楕円翼を前記板状翼の上方に有することが好ましい。また、前記板状翼の下端面と撹拌槽底面との距離が回転軸中心線上において前記板状翼のボスの長さの０．９倍以下である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の撹拌装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に回転可能に支持された回転軸と、撹拌槽内で回転可能に回転軸に固定された撹拌翼とを備え、撹拌翼が少なくとも１段の板状翼を有し、前記板状翼のボスの長さが板状翼の高さの０．７５倍以下であることを特徴とする。
【０００９】
板状翼は、撹拌翼を回転軸に取り付けるためのボスと、少なくとも１枚の板で構成される。本発明の撹拌装置の一例を図１に示す。図１の撹拌装置は、内径Ｄ１２の撹拌槽１２と、撹拌槽１２内に回転可能に支持された外径Ｄ１３の回転軸１３と、回転可能に回転軸１３に固定された１段の板状翼１４とを備えている。図１には、板状翼のボスの長さｈ、ボスの外径ＤＢ、板状翼の翼高さＨ、回転軸中心線上における板状翼下端面と撹拌槽底面の距離Ｌを図示している。板状翼のボスの長さｈは、板状翼の翼高さＨの０．７５倍以下であり、板状翼の高さＨの０．１〜０．５倍であることがより好ましく、０．２〜０．４倍であることが特に好ましい。ボスの長さｈが板状翼Ｈの０．７５倍を超えると、撹拌槽底部の回転軸直下部分での澱みの発生領域が大きくなる。また、ボスの外径ＤＢは、回転軸への取り付けのために回転軸の外径より大きいことが好ましい。さらに、ボスの形状は、上部を円筒状とし下部を円錐状とすることにより、ボス下部での流れの澱みを抑制するため好ましい。
【００１０】
前記板状翼を構成する板は、平板または湾曲板の１枚で構成してもよいが、複数枚の平板、複数枚の湾曲板、１枚以上の平板と１枚以上の湾曲板で構成してもよい。ボスに対する板の取り付けは、溶接などの方法により行える。また、撹拌翼は前記板状翼の上方に少なくとも一段の楕円翼を有することが好ましい。本発明において楕円翼とは、楕円形状の板、又は、楕円形状の一部を切り欠いた形状の板で構成される翼を意味する。
【００１１】
回転軸中心線上における前記板状翼の下端面と撹拌槽底面との距離（以下翼底面間距離と略記することがある）が、前記板状翼のボスの長さの０．９倍以下とすることで、より低い撹拌動力により回転軸直下部分での澱みを抑制できる。また、翼底面間距離は、撹拌翼を設置するために、５ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましい。さらに、前記板状翼を最下部の翼とした多段翼の場合は、板状翼の翼高さを板状翼の翼径の０．４倍以上０．６倍以下とすることが、動力当たりの撹拌性能を向上させるため好ましい。
【００１２】
本発明の撹拌装置の一例を図２に示す。図２の撹拌装置は、内径Ｄの撹拌槽２２と、撹拌槽２２内に回転可能に支持された外径Ｄ２３の回転軸２３と、回転可能に回転軸２３に固定された３段の撹拌翼２４、２５、２６とを備えている。３段の撹拌翼は、回転軸２３に対して傾斜して径方向且つ上方に延びる２枚の第１の楕円翼２４と、第１の楕円翼２４の下方に配置され且つ回転軸２３に対して傾斜して径方向且つ下方に延びる２枚の第２の楕円翼２５と、板状翼２６で構成されている。図２の撹拌装置では、第１及び第２の楕円翼が撹拌槽全体の大きな循環流を発生させ、板状翼が撹拌槽底部の回転軸直下部分での澱みを減少し、撹拌槽全体の均一混合が実現する。
【００１３】
【作用】
本発明の撹拌装置は、板状翼のボスの長さが板状翼の翼高さの０．７５倍以下とすることにより、回転軸直下の槽底部における澱みの発生を減少し、特に固体粒子の懸濁・分散などにおいて、実用的な撹拌動力範囲内で固体粒子群の堆積を抑制することが出来る。また、前記板状翼の上部に楕円翼を有する撹拌翼とすると、楕円翼が撹拌槽内全体の循環流を引き起こし、前記板状翼による槽底部での澱みの抑制効果がより顕著に現われる。さらに、板状翼の下端面と撹拌槽底面との距離が回転軸中心線上において板状翼のボスの長さの０．９倍以下とすることにより、より低い撹拌動力で澱みを減少できる。
【００１４】
【実施例】
実施例１
図２に示す本件発明の撹拌装置を用いて、水飴水溶液中におけるガラスビーズの滞留状態を測定した。撹拌槽の内径Ｄ２２、回転軸外径Ｄ２３、第１および第２の楕円翼の外径Ｄ２４、板状翼の外径Ｄ２６、板状翼の高さ、板状翼のボスの長さ及び外形、翼底面間距離Ｌは、それぞれ１５０ｍｍ、８．０ｍｍ、８４ｍｍ、９３ｍｍ、４６．５ｍｍ、１５．５ｍｍ、２０ｍｍ、８．０ｍｍとした。使用した水飴水溶液は、液粘度３ポイズ（２３℃、Ｂ型粘度計）、液密度１０００ｋｇ／ｍ３であり、使用したガラスビーズは粒子径５５０μｍ、密度２３００ｋｇ／ｍ３である。撹拌動力と滞留粒子群の直径との関係を図４に示す。
【００１５】
比較例１
図３に示す従来の撹拌装置を用いて、実施例１と同様の実験を行った。図３の撹拌装置は、図２の板状翼の代わりにボスの長さが翼高さと同じである板状翼を用いたこと以外は、図２の撹拌装置と同様の構成である。撹拌動力と滞留粒子群の直径との関係を図４に併記する。
【００１６】
図４に示すように、本発明の撹拌装置は、何れの撹拌動力においても従来の撹拌装置の粒子群直径を下回った。このことは、本発明の撹拌装置が、槽底部中心部分での流れの阻害を緩和し、固体粒子群の堆積を抑制したことを示している。
【００１７】
実施例２
実施例１と同じ水飴水溶液及びガラスビーズを用い、図２の撹拌装置の翼底面間距離を８、１１、１５、１８、２０、２５ｍｍとして、撹拌翼の回転数を変化させガラスビーズの槽底面での滞留がなくなる最小の撹拌動力を測定した。翼底面間距離と測定した撹拌動力との関係を図５に示す。図５より、翼底面間距離が板状翼のボスの外径の０．９倍以下であると、撹拌動力を比較的少なく抑えられることを示している。
【発明の効果】
本発明の撹拌装置を用いることで、撹拌槽底部中心部分での澱みが大幅に減少し、特に固体粒子を懸濁・分散させる撹拌操作、例えば、溶解、晶析などにおいて、固体粒子の流動状態がより良好になり、固−液の有効接触面積が増加し、迅速且つ効率の良い撹拌を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撹拌装置の一例を示した断面図である。
【図２】本発明の撹拌装置の一例を示した断面図である。
【図３】従来の撹拌装置の一例を示した断面図である。
【図４】本発明の撹拌装置と従来の撹拌装置の混合性能を比較した図である。
【図５】本発明の撹拌装置の動力性能を説明した図である。
【符号の説明】
ｈ                  ボスの高さ
ＤＢ                ボスの外径
Ｈ                  板状翼の高さ
Ｌ                  回転軸中心線上における板状翼の下端面と攪拌層底面との距離（翼底面間距離）
１１、２１、３１    ボス
１２、２２、３２    撹拌槽
１３、２３、３３    回転軸
２４、３４          第１の楕円翼
２５、３５          第２の楕円翼
１４、２６、３６    板状翼
Ｄ２６、Ｄ３６      板状翼の外径
Ｄ２４              ２４、２５の楕円翼の外径
【図１】
0004635149.tif 000002
【図２】
0004635149.tif 000003
【図３】
0004635149.tif 000004
【図４】
0004635149.tif 000005
【図５】
0004635149.tif 000006