フルゾーンの表面ガス吸収特性
Gas

Characteristics

from

FULLZONEreactorabsorptionofliquidsurface(化)技術部

今

中

Terno

lmanaka

照雄

撹拝槽を用いたガス吸収反応においては,通気ガス吸収操作が一般的であるが,連続的に通気することなく,反応で消費されるガスを液の自由表面から吸収させる表面ガス操作も行われている｡ガス吸収速度に関しては,もちろん前者の方がすぐれているが,仮に表面ガス吸収振作で十分な能力が得られれば,設備が簡素化され,運転操作も容易となるなどメリットが大きい｡しかし,表面ガス吸収については解説された文献も少なく,撹拝機の形状と液側物質移動容量係数&αの関係が定量的に把撞されているとは言えない｡また,通気ガス吸収操作においても,現実には表面ガス吸収性能が大きく影響を及ぼしている場合もあり,表面ガス吸収の特性を知ること
は,いずれのガス吸収操作においても重要と言える｡
本稿では,フルゾーンが他の撹拝翼より表面ガス吸収性能に優れていることと,液粘度や液高さ等の操作因子と翼形状やバッフル条件などの形状因子が&αに与える影響を紹介する｡
In

gas

absorption

operation

The

one

is

the

other

is

suckingtheabsorbrectiongas

rate

is improvedassimpleonofgas

absorption,

more

efficientsuckingagitatorandAs

aerating

operation,

easy

operation

formulated.

clearytheoftofacilities andreported
typein

consumed

overallthecharacteristics
describes
papersucking

This
other

type

condition

agitatorofaffectagltated

aeratlngthefromwithout
is bettertheoperations.
fromliquidcapacityoflmpOrtant2(1998/3)

aeration.

As

used

to

to

the

But,

former,it will havegreat

advantages,

such

On

other

less

papersthesucking

band,
the

and

coefficient

operation
gas

there

are

&α

absorption
sometimes

if thetoaffect

the
is

not

that

of

know

to

operations

absorption

latterbetweenrelationship

gas

of

both

operation.
the

gas

absorption

andformation

factors

Gas

isof FULLZONE
such

as

absorption○verall
gas

No.

is

type

of

superior

impeller

and

to

any

baffleto &α.

&α41

generally

which

latter.

that

表面ガス吸収

Vol.

of

the

than

surface,

in

is

which

surfacecontinuous

kinds

two

are

bottomliquidformer

than

one

from

reactions

the

there

vessel,Operation

operationfunctions

1t is very

of

an

uslng

system.
andadoptedreaction

capaclty

fromliquidCOefficiientsurfaceofabsorptlOn

神鋼パンテツク技報∂7

はガスの溶解速度に等しいので,

ま えがき
当社の高効率撹拝翼フルゾーンは,化学工業界をNAA

はじめ,ファインケミカル,医薬,食品用途等の広‑(2)

VLdC/dt

範囲の用途において順調に実績を積み重ねている｡
特に難易度の高い撹拝プロセスに積極的に採用され,と考えることができる｡

従来の撹拝翼に比べ大きな改善効果をもたらしていよって,ることが多くのユーザーより公表されている1)｡%

フルゾーンの優れた混合･循環特性から得られる,
広い粘度域での良好な混合,高い伝熱性能,液液系(1)(2)式より‑(3)

KLi(cl‑C)が成立する｡

及び固液系での低動力での均一分散性能等について

さらにA/VLを単位体積当たりの気液界面積aとは,既報2ト4)にて詳細に報告した｡さらにフルゾー

おけば,ンは,気液系撹拝における自由表面からのガス吸収特性についても,従来翼より極めて優れた特性を有iしている｡本稿では,このフルゾーンの表面ガス吸収特性を,パラメータとしてPv値(単位容積当た‑(4)KLa(Cl‑C)となる｡

りの撹拝動力)のみならず,粘度,液面高さやバッ

気液撹拝操作においては,単独で気液界面積αを

フル強さ等も用いて解説するとともに,通気ガス吸求めることは困難なため,収特性について簡単に述べることとする｡

1.ガス吸収αと液側物質移動係数&の積である液側物質移動容量係数&αが,ガス吸1.

収性能を表現する指標として用いられる｡

1ガス吸収速度理論
気液系においてガスが単位接触面積当たり溶液中

この他にも, &αと相関関係が高いホールドアッに溶解する速度NAは,固液系の溶解速度や液液系

プや撹拝翼背面に生じる負庄が気泡の巻き込みによっの抽出速度,さらには対流伝熟等の移動現象を考えて減少することによる撹拝動力の低下等も,ガス吸る場合と同様に表現することができ,(物質移動係収性能を評価する指標として用いられることが多い｡

敬)×(濃度差)の形で与えられる｡

しかし,表面ガス吸収性能の場合,これらホールド
アップや撹拝動力の変化は極めて小さいため,よほ〃4&(Cl‑C)‑(1)

ど測定精度を向上させない限り信頼性のあるデータをとることは困難である｡

ここで,&は液側物質移動係数,

1. 2

Clは気泡中のガ

気液系撹拝には槽底からのガス吹き込み(通気ガス分圧と平衡な濃度,すなわちその液温度における飽和濃度,

Cは任意の時刻における液中のガス溶

解濃度であり,ス吸収)と液面からのガス吸収(表面ガス吸収)に(Cl‑C)がガス吸収の推進力となよる2つの方式がある｡

る｡

通気ガス吸収の場合,高いガス吸収能を得るため

また,

Aを気液の接触面積,

VLを液体積とすれに,ガスの微細化を目的とした,タービン翼に代表ば,液中のガス濃度が増加していく速度vLdC/dt

第1表
Table

通気ガス吸収と表面ガス吸収される高セン断型の撹拝翼と大きなバッフル効果をガス吸収に対して撹拝装置に求められる仕様
1

Required

specification

for agitating

systemMethodofgasabsorption

of

gas

absorption

Aerationfrombottom

Suckingfromliquidsurface

Typeofimpeller

Highsheartype(Flatdiscturbineetc.)(pfaudleretc.)

Numberofstage

Multi‑stage

Multi‑stages

Bafflecondition

Nearlyfull

PartlyH/D

Large

Standard

Maineffectedfactorforrateofgasabsorption

Degreeofdispersionofgasbubbles

Volumeofsuckedgas

ββ

神鋼パンテツク技報

Discharge‑circulatingtype

Vol･

41 No.

2(1998/3)

もつバッフルが選定される｡さらに,分散された気(KLa)B∝(QB＋Qv)a･Pd8

泡の滞留時間を長くするため,槽径(D)に対する液高さ(H)の比H/Dを大きく設計し,多段翼を

但しQv採用する｡これに対し表面ガス吸収の場合は,液界∝QBTpv6

表面ガス吸収の場合:

面の表面更新性能を重視し,吐出型の撹拝翼とバッ(KLa)v

フル効果の小さなバッフルを選定する｡また,自由表面からガスを巻き込みやすくするために,∝

QvO･pT,[

H/D

は一般的な億(1.0‑1.5)を採用し,液面近くにも

但しQv∝Pv叩撹拝翼を設置する｡
言い換えれば,(7)

ここで,QBは通気ガス量,

Qァは吸い込みガス量を示す｡&αの中の気液界面積αについ1.3て注目すると,通気ガス吸収の場合は与えられたガ&αの測定

ス流量の中で気泡径をできるだけ小さくしてαを表面ガス吸収における&αの測定には,槽底か大きくすることに対し,表面ガス吸収の場合は撹拝

らのガス吹き込みによる場合と全く同様に,亜硫酸

槽内の自由表面での表面更新を積極的に行うことによりガスを吸い込むことでαの増加が計られる｡

ソーダの空気酸加反応においてヨウ素滴走により酸化速度を算出する亜硫酸ソーダ法と,溶存酸素計を

以上のように,従来技術においては,

用い液中の酸素の溶解速度を直接測定するダイナミッ

2つのガス吸収操作に要求される装置特性はそれぞれ異なるもの

ク法が適用されることが多い｡以下に,本稿で紹介

であり,これらを第1表にまとめる｡

するデータの採取に用いた後者のダイナミック法の測定方法について解説する｡

しかしながら,通気ガス撹拝操作と言っても,現
実には吹き込まれたガスと自由表面から吸引された(1)撹拝槽に水道水を所定量張り込む｡

ガスが混在して運転されている状況が容易に想定さ(2)槽底から窒素ガスを通気しながら撹拝する｡

れる｡たとえばVan(3)溶存酸素濃度が0.2ppm以下になれば,撹拝

Dierendonckら5)は,通気

ガス撹拝における8枚平羽根タービン翼を用いたガと通気を止め,液中の窒素ガス気泡が無くなるスホ‑)I,ドアツプe(%)を次式で相関している｡

まで放置する｡(4)所定の回転数で撹拝し,溶存酸素濃度の経時

A･Ug2/3＋B･(

‑

E

(5)

‑no･)

変化を溶存酸素計により測定する｡(5)溶存酸素濃度が飽和濃度の95

A, B:装置形状及び物性僅から得られる係数Ug:空塔ガス線速(6) &α算出式

n:増枠回転数(4)式において,初期条件として

no*:気泡吸い込み開始(特性)撹拝回転数%程度になれば,測定を終了する｡

この式の右辺の第2項は,撹拝によるガス分散能

t‑0の時

(8)

C‑Co

力だけでなく,液表面からのガス吸引も考慮された借となっている｡また,岡本によっても,通気ガスの条件で積分すると,撹拝におけるガスホールドアツプ特性と液表面から
Ln(Cl‑C)のガス吸引との関係が説明されている6)｡‑‑KL,a･t＋Ln(Cl‑Co)(9)

ガス吸収操作において,液面からのガス吸引のみ
によるガス吸収操作よりも,通常は通気ガス吸収形を得る｡すなわち&αは,式の操作が多い｡しかし通気ガス吸収において,特Ln((Cl‑C)/(Cl‑C8))vstのグラフの傾きに通気ガス空塔線速が遅く,比較的高いPv値を与として求めるこ.とができる｡

えて撹拝している場合は,前述のように表面からもこのダイナミック法による&αの測定は亜硫酸ソー

ガスを巻き込んでいる可能性が高く,これがガス吸ダ法に比べ測定が容易にできることが利点であるが,収速度に大きく影響を与えていることがあることは注意すべきは溶存酸素計の応答遅れが顕著に現れる

十分認識しておく必要がある｡概念上,両方のガス

範囲では使用できないことである｡当社の計器(0‑吸収操作は,次式のように考えることができる｡

90%応答時間20秒)の場合,

通気ガス吸収の場合:
Vol.

41

No.

2 (1998/3)&α<200(1/Hr)の範囲では遅れがほとんどないことを確認している｡
神鋼パンテツク技報

39

Zi

2.フルゾーンの表面ガス吸収特性:翼と液面の距離なる関係があるとされている5)こと,さらに表面ガ

前章では撹拝槽を用いたガス吸収操作一般について角牢説したが,本章においては,フルゾーンの表面

ス吸収用途の撹拝稽には,現実に多段翼が多く用い

ガス吸収特性を&αを用いて説明する｡尚,本稿で紹介するKL,aは,すべて槽径(D)≠400mmの2:103

1半楕円鏡付円筒槽を使用し,溶存酸素計を用いた前述のダイナミック法により測定された水‑空
System気系におけるものである｡
2.

:

Water‑air

1フルゾーンと他形式翼との比較

Fullzone

第1図にフルゾーンと他の翼形式の&βの比較
2

データを示す｡これよりフルゾーンは,同一Pv値/
h基準で他の翼の約3‑4倍のKLaを示しているこ･Paddles/2‑Pfaudlers

/

,f=

102

とがわかる｡また一例として表面から巻き込んだガ

EG
+

出

スの分散状況を,写真1に示す｡白濁しているのは,

2･Pitcbed

paddles

巻き込まれたガスが分散されているためであり,こ/の写真からもフルゾーンの表面ガス吸収能力が優れ

ノ

/

′′

/

ていることがわかる｡次にその理由について述べる｡/

表面ガス吸収性能は,翼と液面の距離に大きく依存する｡このことは,前述の(5)式にて用いた気泡吸

′/

(10)

c'zil/2

Fig.

′′/

101

100
Pv

第1図

′′
′′
′

/

101
lo一l

い込み開始(特性)撹枠回転数no*が,
no*

/′

′

/

[kW/m3 ]各撹拝翼に対するPvとKLaの関係
1

RelationshipbetweenPt, andKLa

for eachVol. 41No.

2

impeller

Pfaudler(2‑stages)

Impeller

Pv‑0

KW/M3

Pt'‑2.0

KW/M3

写真1

40

KW/M3

Pv‑1.0

Photo.

Fullzone

ガスの吸い込み状況
1

Conditionofsuckedgas

神鋼パンテツク技報(1998/3)

Sampling

1.0＼

Fullzone

2 Pitchedヽヽ

どEerosine

＼

し＼＼‡
､､̲＼
＼2
pitched

t=
⊂)

二=

U
⊂匂
L一

=

､､､､

PfatldlerIo.5

Pfaudlers

≡
;コ
(:)
>
‑

○

､＼こ､＼

ヽ

ヽL

SG:0.80
IT:0.036N
Charge:20

/rn
% vol

Water

､‑‑

＼＼

ヽ

q)

point

■‑ヽ

paddles

⊂q

a

1.5

0.5
Pv

【kW/皿3]

液液系の均一分散に至る動力の比較

第2図
Fig.

2.0

2

Comparison

in

power

requiredfor uniform

dispersionofliquiddroplets

られていることからも容易に想像できる｡単純に考2. 2&αに影響を与える因子

えれば,他の翼に比べフルゾーンは,翼上端と液面

2.2.

1

Pv値

が極めて接近しているため低回転すなわち低動力で第1図に示した通り,

ガスを引き込みやすく,これが優れた性能を生み出を受ける｡フルゾーンは

KLaはPv備に大きく影響している理由の一つと言える｡‑

KLa

さらにもう一つの理由は,引き込んだガスを液中

PvOL8

1･0

(ll)

にホールドできる能力が大きいことである｡一旦液KL,aがPvの0.8‑1.0乗に影響され中に引き込まれたガスは撹拝翼で分散されると同時の関係がある｡に,撹拝翼先端の背面に発生する負庄部に集合し,ることは,通気ガス操作の撹拝支配状態における局所的にみれば翼近傍部のホールドアップが増加す

KL,aとPvの関係6)とほぼ同じであり,興味深い結る｡よってこの負庄の大きさと負庄が生じる領域す果である｡

なわち翼帽が大きいことが,ガスをホールドできる

2.

要因となる｡フルゾーンの場合,他の翼と比べ同一

2. 2

H/D

(液深/槽径)フルゾーンを使って撹拝した時の,液面変化に対Pv値では翼先端速度が遅いため負圧は小さいもの

する&αの変化を第3図に示す｡液面を変化させの,むしろ撹拝翼が夜深方向に長いためガスが槽内ることは,すなわち液面と翼上端との距離が変化す

全域にわたってホールドされやすいことが,大きくることである｡液面が下がってくると&αは次第

影響しているものと推定される｡写真1からも,フに大きくなり,さらに翼上端を通過すれば一定の値ァウドラー翼は翼近傍にガスが集合している傾向がとなる｡前項でも述べたが,液面と翼上端との距離あることに対し,フルゾーンは槽内全体に分散しては気泡の吸い込み状態に大きく影響し,本囲はそのいる様子がわかる｡

ことを的確に表している｡

第2図は,各撹拝翼の液液系撹拝における軽液の多段異系の場合は,液面が上段の翼より下になる

均一分散性能を比較したものであり,フルゾーンがと増枠動力の低下と共に&αも急激に低下するた

他の異形式に比べ低い動力で均一に分散できる性能

め,液面変化の大きいプロセスにおいては,運転操をもっていることがわかる｡ガスを軽い物質と考え作が難しくなる｡しかし,フルゾーンは液面が翼上ればこの特性と表面ガス吸収は同じ理屈で説明する

端から下がった後の液面変化に対しても,安定したことができ,このテストデータからもフルゾーンの性能を発揮する｡

ガス吸収特性を理解することができる｡さらに同じ

尚,液面が翼上端近くまで下がってくると,特にことが固液系撹拝の軽い粉体の分散性能にも適用で低粘度の場合液滴の飛沫が生じやすくなるため,こきることは,容易に想像できる｡のことが問題となる時はH/Dが1.1‑1.2の範囲でVol. 41No.

2(1998/3)

神鋼パンテツク技報

41

第2表

バッフル挿入深さと表面ガス吸収性能の比較
of h/S for performanceof

Table2Comparison

gas

from

absorption

surface
2 Baffles

Imp.

TurbinePfaudlerFullzone(Single‑stage)(Single‑stage)

h/S

P7

KLa

Pv

KLa

Pv

KLa

(‑)

(kW/m3)(1/Hr)(kW/m3)(1/Hr)(kW/m3)(1/Hr)

1.0

1.5

4.0

1.5

3.1

0.35

14.1

0.25

1.5

88.4

1.5

94.5

0.35

54.8

i

D

200

[頭重垂亘司[車重二重亘重]
150

○

:

D

:

△

:

2‑40 ⅠⅦm Plate baff一es
4120A Bar baffles
4‑40mmPlate baffles

102
J=

100

Pv‑

亡弓
J

,.【]

2.0 kW/m3

＼

さ∠

○/

(1コ

E2:
Pv=1.2

kW/m3

JE)

′△

Pv

[kW/m3]

50
Pv

Pv
1.0

1.2

‑

=

0.8 kW/m3

0.3 kW/m3
1.6

1.4

100

ifOiPml温H/D
[‑i

第3図
Fig.

3

フルゾーンの液高さと&αの関係
between
H/D
andRelationship

第4園
KLa

Of

FULLZONEFig.

4

フルゾーンの各種バッフルに対するPvとKLaの関係
KLa
RelationshipbetweenPvand
fo7. eachbaNles of FULLZONE

使用することが望ましい｡
2. 2. 3uノ/D (バッフ)i,強さ)
従来から表面ガス吸収の向上には,バッフル抵抗

150

[車重垂]

を弱めることが有効とされてきた｡バッフルを弱め

○

:

△

:

2･20m皿 Plate
2‑40mmPlate
4‑30皿1rn Plate◇ : 4‑4()mrr) Plate

ることで,円周方向の流れが強くなりボルテックス

口:が積極的に形成される結果,自由表面(気液界面)

baffles
baff一es
bafflesbaff)es100の面積が大きくなると同時にガスを巻き込み易くなモる｡その一例を第2表7)に示す｡これは,バップル

Jの液面からの挿入深さを変えることで,バッフル効d
J

出果を変化させた場合の&αの変化を示したもので50あるが,従来翼(タービン翼,ファウドラー翼)ではバッフル効果を弱めることで極端に&αが増加していることがわかる｡一方フルゾーンの場合,従来翼ほどバッフル挿入深さの影響は受けない｡
第4,5図は,フルゾーンを使って撹拝した時の,w/D

バッフル形式,バッフル抵抗が&αに与える影響を示す｡但し,いずれもバッフルは下鏡T.
挿入している｡第5固からは,

L.まで

w/D‑0.05の時に最も大きな&αが得られていることがわかる｡
42

0.10

0.05

第5図
Fig.

神鋼パンテツク技報

5

0,15

卜】

フルゾーンの各種バッフルに対するPvとKLaの関係
between
Relationship/D and KLa Of
F ULLZONE

Vol･

41 No･

2(1998/3)

System:

Water‑airCMC
solution‑air

System0.001 Pals:

Water‑airCMC
solution‑air

Pv‑1.50.012 Pals

102

kW/m3

ローーーー‑‑‑‑‑I̲

Pv=1.0kW/m3ーー

一口､

102
△

Pv=
0.06 Pals○

0.5 kW/m3

IE]
＼

△′

口
ぐd
+

D

l

ノコ

/

o.12Pa･s

/zi

ヒ∠

101

＼､ロ

/△

jj'

d
+

出

b

′6

/
/

100
10￣3

10‑2
〟

第7図

Pv

第6図
Fig.

6

7

Relationshipbetweenuiscosity

and

KLa

Of

F ULLZONE

101[kW/TT)3]フ)i,ゾーンの各粘度に対するPvとKLaの関係
Pt,andKL.a forbetween

らいずれの粘度においても直線の傾きはほぼ同じで

Relationshipuiscosity【Pa･s]

フルゾーンの粘度とKLaの関係

Fig.
100

1011

each

of FULLZONEあり, KLaのPt'値への依存率にほとんど差異が無
いことがわかる｡また,第7固からは,粘度が0.001Pa･sと0.1Pa.sとを比較すると,前述よりフルゾーンの場合,従来異に見られるほどバッフル抵抗を弱めることが必ずしも&αの増

Pv値が1.OkW/m3ではKLaがそれぞれ約70と約7であり,約1/10に減少していることがわかる｡

加に寄与するとは言えず,かつ,全体的にバッフル&αが,液粘度の影響を大きく受けることは,効果がKLaに与える影響も小さいと言える｡一方,

通気ガス吸収操作においてはよく知られたことであバッフル効果を混合特性から見た場合,
100/.幅平板バッフル(

2枚の/D‑0.05)を下鏡T.L.普る｡これは,液粘度が上昇すると気泡まわりの境膜が厚くなるなどにより物質移動係数&が抑制されで挿入することで最短の混合時間を得ることができ,ること,粘度が高い液中では気泡が細分化されづら

これをフルゾーンの標準バッフルとして採用していく気液界面積αが低下することによる｡表面ガス

るo

吸収においても,全く同様の理由で&αが低下しこの混合性能も考慮に含んだ場合,/D‑0.05のバッフルをT.L.まで挿入することが適切であると考える｡ているものと考えられる｡
さらに第7図においては,

従来翼とフルゾーンではバッフル効果が&αに0.02から0.03Pa･sあた

りから急激に&αが低下している傾向が見受けら与える影響が異なり,従来翼に比べフルゾーンは比れる｡

較的強いバッフル条件下でもボルテックスを形成す

凝塑性を示す｡凝塑性流体を撹拝すると翼周辺でのることなく,ガスを引き込む特性がある｡したがっ

粘度は下がり,翼から離れた部分では粘度が上がる｡て,特に伝熟のための蛇管コイルや多数のヘアピン

このため,翼から離れた部分では気泡が合一しやす

コイルなどが設置されている(バッフル抵抗が強い)

く,気液界面積が減少する｡凝塑性が強まるほどに場合でも,フルゾーンは容易に表面ガス吸収を行わこの傾向は強まり,ついには撹拝翼の周辺にしか気せることができる｡

泡を保持し得ない状態となる｡このため,

2.2.4

液粘度

CMC水溶液は粘度が約0.03Pa･sを越えるとCMC水溶液の場合,見かけ粘度の上昇による急激な&α

第6図と第7図は,フルゾーンを用いて水及び数の低下が生じるものと推定される8)｡種のCMC水溶液を撹拝した時の,見かけ液粘度に

このように考えた場合,他の翼形式と比べフルゾー

対する&αの変化を示したものである｡第6固かンはガスをホールドできる翼幅が広いと言う点におVol.

41 No.

2(1998/3)

神鋼パンテツク技報

43

30

200

[垂]
【

20

1

㌔

≡

?

10

A

150

1.0 kW/m3

A

:

o

:

Pv‑1.OkW/m3
P▼‑0.5kW/皿3

0:
3

J=

′/ol

100

A%

2

‑ミ

to＼

′

＼○

○一0

亡弓

遥

且

Pv=

1.0 kW/m3

｢コ

忘

1
50
0
140

@
o.2

120
Pv‑

100

Fig･

,o/
o'
‑L.

BO

I

○/
cGJ

60

9

kW/m3

1.0

[‑]

フルゾーンのd/DとKLaの関係(通気ガス撹拝)
Relationshipbetwe?n d/D and KLa Of
FULLZONE(aeration from bottom)△ー ノ̲A(⊃t<

Pv‑ilo

0.8

0,6

d/D

第9国

/○

,a

0.4

1.3 kW/m3△′ノ△が増加していることによる｡また,ガスの吸い込み△′
Pv=0.5

kW/m3

能力が高いことは,表面更新性に優れ混合時間

40
D‑A‑D‑‑刀n10mが短くなっていくことと同じ意味を持つと考
えられる｡

20

3.フルゾーンの通気ガス吸収耳寺性
0.2

0.4

d/D

第8図
Fig.

8

0.6

0.8

[‑]

フルゾーンの通気ガス吸収特性についても,簡単に紹介する｡

フルゾーンのd/DとKLaの関係(表面ガス吸収)
Relationshipbetweend/D and KLa Of
F ULLZONE

フルゾーンは,通気ガス撹拝には最適と言われているタービン翼に比べ,Pv値一定条件においては

翼先端スピードが小さくなるため,セン断力すなわ
ちガスの微細化能力が小さくなる｡フルゾーンはむ&αの低下の度合も小さいものと推定するが,しろ低せん断型に分類される撹拝翼である｡しかし,

むしろガスホールド量の分布が槽長手方向に均一でこれまでに述べたようにフルゾーンは表面ガス吸収あることのほうが,実際の反応操作面においては有に極めて優れた性能を持っているため,通気ガス撹

益であると考える｡

枠線作においても空塔ガス線速が小さくかつ撹拝動翼スパン力が大きい撹拝支配領域では,タービン翼と同等以

いて,

2.2.5

第8図はフルゾーンの翼スパンを変化させていった場合の&αの変化を示す｡翼スパンが大きくな

上のガス吸収速度を発揮する｡
第9図は,空塔ガス線速thを1cm/secとした時
KLaに与えるd/Dの影響を調べたものである

る,すなわちd/βが大きくなるにしたがって,の,&αは増加する傾向にあり,今回テストを行った範が,表面ガス吸収の特性(第8図)とは異なった状

囲では,フルゾーンの標準スパンであるd/D‑0.6

況を示す.すなわち,が,最も大きい&αを示した｡

もち,通気ガス吸収においてはd/D‑OA5が最適

第8図には,

Pv値が1.OkW/m3時の翼先端スピード7mdと混合時間n･Omの変化も同時に示している｡

d/Dに対しKL,aは変極点をであることがわかる｡
0.45)と2段ター

つぎに,フルゾーン(d/D‑0.6,

ビン翼(d/D‑OA)の比較データを第10図に示す｡

d/Dの増加と共に7mdが小さくなっている,

すなわちガスの微,*田化能力は低下しているにもかかわらず, &αが増加傾向を示しているのは,ガスのPv値<0.9kW/
m3の領域では,フルゾーンよりタービン翼の方が大きい&α

吸い込み能力がそれ以上に高いために気液界面積αを示すが, Pv催が0.9kW/m3を越えると逆転する｡

44

t7g‑0.25cm/secの時,

神鋼パンテツク技報

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No.

2

(1998/3)

Beforeimprovement

Afterimprovement

[直垂垂司

()

sketch
102

T
̲C

くtユ
J
＼ノ

A

Impellertlg‑0‑(⊃‑

Fullzone
T urbine
Fullzorle‑‑△一‑△一‑♯⊂卜Turbine
Fdlzone￣￣∇￣￣▽一‑‑◇‑‑‑◇‑

Type

1.00
1.00

0.45
0.4

NnTnberofstage

1.00
0.25
0.25

0.6
0,4
0.6

[kW/m3]

第10図

Ugとd/DLこ対するKLa関係(表面ガス吸収)

Fig.10Relationshipbetween

Ug

d/D

and

each

Pv

and

KLa

FULLZONE

3stages

Bafful100
Pv

6‑bladesturbine[cm/s] a/D [‑]

for

each

Type

Flatplate

Width

0.llD

Flatplate
0.1･D

Number

4piecies

2piecies

第11図

フルゾーンを用いた改善事例

Fig.llIllustration

この程度の通気速度域では,フルゾーンの表面ガス

of

improvement

by

FULLZONE

槽底部,槽壁部に偏在していた触媒を,槽内吸収能力が&αの増加に大きく寄与している｡

均‑に浮遊させることができたため,触媒の使t7g‑

用量を10‑20

1.Ocm/secの時,通気ガスによるガスの上昇

流れが強まるため,表面からのガス吸収は押さえら(3)触媒破壊の防止

れ,通気ガスの分散状態がKLaの支配的要因となる｡よって,

局所的な強セン断域がなくなったため,触媒

Ug‑0.25cm/secで見られたような逆転は起こることない.

d/D‑0.6ではタービン翼の方が高いKLaを示すものの,破壊が減少した｡(4)伝熟俸数の向上
練括伝熟係数が約20

d/D‑0.45にすれば%向上した｡(5)前述の効果により,反応時間を1/2にするこ

フルゾーンの方が高い&αを示している｡
前述の結果から,フルゾーンは,%低減できた｡とができ,触媒使用量の削減によりコストダウ〔な≦1.Ocm/seeの範囲の通気撹拝において,翼スパンを適切に選定すれば, 2段タービン翼と同等以上のガス吸収性能

ンできた｡

と

5.ま

め

次にフルゾーンの表面ガス吸収に対する特性をまを示すことがわかる｡尚,本テストにおいてはあくまで撹幹翼のガス分散特性を比較するために,ガスはいずれの翼に対しても単孔ノズルから通気させた｡

とめる｡(1)フルゾーンは他形式の2段翼に比べ,同一

4.改善事例

Pv億基準で3

フルゾーンを適用する事によって実現できた,水
漆反応におけるプロセス改善事例を紹介する｡‑

4倍のKLaを示す｡(2)液面が翼上面より上昇してくると&αは減少傾向を示すものの,逆に液面がそれより下がっ

水添反応においては,表面ガス吸収性能のみならてきても&αは変化せず一定の値を示す｡

ず,固体粒子の均一浮遊性能,伝熱性能や均一混合(3)表面ガス吸収性能は液粘度の影響を大きく受性能等が求められるが,第11図に示すように3段ターける｡特に凝塑性流体の場合は影響が大きい｡

ビン翼からフルゾーンに変更することによって,衣(4)表面ガス吸収に優れた翼スパンとバッフル強に示す改善効果が確認された｡

さは,それぞれd/D‑0.6,(2枚u)/D‑0.05の平板バップル)である｡これは,最も混合性(1) &αの増加
表面ガス吸収性能に優れているため,約2倍の値が得られた｡&αは能が優れている組み合せと同じである｡(5)通気撹枠操作においても,比較的空塔ガス線(2)触媒使用量の低減
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速が小さい(Ug≦1.Ocm/sec)領域であれば,
神鋼パンテツク技報

45

表面ガス吸収能力が分散(微細化)能力の低さ(cm/see)ug

を補うため,フルゾーンを適用することが可能である｡特に,低セン断特性が同時に求められ

Zi

(r/m)
(m,mm)

るプロセスには有効である｡

H(m,mm)

.*

む

す

び

h (m,mm)

フルゾーンの表面ガス吸収特性を,当社テストデー
タをもとに解配した｡フルゾーンは,先に紹介した

水添反応の他,発酵培養槽や塩素化反応など多くの適用実績があり,各ユーザーにおいてそのすぐれたまた,当社の播磨製作所には従来の模擬液を使用する可視テスト横に加え,:撹枠回転数:気泡吸い込み開始(特性)撹枠回転数:槽底から液面までの高さ:翼と液面の距離･液面からのバッフル挿入深さ/D (‑) : バッフル強さ
d (m,mm)
翼スパン(m/see)7md:翼先端スピード(sec) :混合時間

Om
n･Om

性能が立証されている｡:空塔ガス線速(r/m,r/sec)(‑):無次元化された混合時間p(kg/m3) :液密度〟

(Pals) :液粘度

1年前に60Lt.のパイロットテスト機9)を製作導入し,これら2つのテスト装[参考文献]

置で社内及び客先テストに対応できる体制をとって(住友ダウ㈱),特開平6‑28(日本ゼオン㈱)など
Vol.35,
No.1
2)菊池雅彦ほか,神鋼パンテツク技報,いる｡これらのテスト装置を有効に活用することにより,効率よく信頼性の高いデータを取得し,今後さらに最適な撹拝仕様が決定できるよう努力してい

1)たとえば

特開平6‑16708

7203(1991) P6
3)菊池雅彦ほか,神鋼パンテツク技報,(1991) P6

Vol.35,

No.3

く考えである｡<記号の説明>Pv (kW/m3)

4)徳岡津由,神鋼パンテツク技報,(1994) Pl1

Vol.38,No.1:単位容積当たりの撹拝動力

5) L.L.

(cm2) :気‑液の接触面積t(L (cm3) :液体穫7)徳岡津由,神鋼パンテツク技報,

Aα(cm2/cm3) :単位体積当たりの気液界面積(1/see,1/hr) :液側物質移動容量係数

E

Dierendonck

Pengamon,React.

Symp.,

P. 205Vol.26,6)岡本幸道,神鋼ファウドラーニュース,
3 (1982) p8

No.

Vol.36,No.3

8)岡本幸道,神鋼ファウドラー技報,(1983) P1

Vol.27,No.3

9)伊藤久善,神鋼パンテツク技報,

Vol.41,

No.1(1992) P5

KLa

D

1968,

Van

et al., Chem.

(g･mOle/cm2sec) :溶解速度&(cm/sec) :液側物質移動係数
Cl (g･mOl/cm3):液体中におけるガスの飽和溶解濃度
C (g･mol/cm3) :液体中におけるガスの溶解濃度〃4(m,mm) :槽径(‑):ガスホールドアツプ(1997) P80

連絡先
今

中

照

雄

化工機事業部
技術部

TEL

0794‑36‑2517

FAX

0794‑36‑2578

E一皿ail t.imanaka@46

pantec.

co.jp

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(1998/3)