傾斜翼と後退翼との撹拝特性の比較
Compc[risonof

Ag汁c]†ing

Tmpe[lers

Pff{hedcnd

Chc(rcICIer昔sl.its
Re†rec)lled

betweenlmpe[]ers
化工機設計課

技術部

化工機事菓部岡本華

Yukimichi

liquid, i.e
for thearetypes
of low
viscousvariousof impeners
usedmixingturb山entregime.
In this paper,
sometypes
blade
impeuersof impellers,
mai山ypitched
and retreated
impellersare■discharge,
int血eir
characteristics
power,
comparedagitatingsuc壬1 aS
There

道

Okamotounder:

thepattern,andsolid particle

blade
floⅥ7

suspension.

比較的粘度の低い液の撹拝,いわゆる乱流撹拝に用いら

3)後退巽系

れる巽VL‑は種々の形式の巽があるo
ここでは,それらの形式のうちから,傾斜巽と後退巽に重点をおいて,各巽の特一湾曲パドル,後退ク‑ビン,ブ)1'マージン,ファウドラー,特殊ゲート
よく知られているように,回転するパドル巽から吐出さ性一動力特性,フロ‑/くタン,粒子懸濁能力など‑杏比較する｡

れる流れは,放射流と旋回流の合成流である｡傾斜巽は,1.乱流用の撹拝翼の形式

このうちの放射流を軸流に変更するべく採用された巽であり,後退巽は,放射流の比率を増し吐出効率を高めるため

乱流用撹拝翼には,パド)I,,メ‑ビン,それらの傾斜襲および後退巽,プロベラ,ブ)I,マージン,ファウドラー,これ

ゲ‑ll,ミグ,コ‑ン,軸流巽*)などの形式があるoらの巽は,基本的には次の3種のいずれかに分類されるoFL∃釆用された巽であると考えられるo
傾斜巽の最も簡単な形状は傾斜パドルであり,スラT)
髭拝での使用例が多いo‑

プロペラ巽は弱い撹拝でブレンデ

ィングや,ドラフト･チ{‑ブと組み合せて伝熱操作に用いられるo軸流巽はマl)‑ン･プヮベラの一部を傾斜パドル状に切り取うた形状であり,プロペラなみの非常に良い吐出効率をもった巽であるといわれている｡

l)垂直平羽根巽系
パドル,タービン,ゲ‑I2)傾斜巽系
債斜パド/I,,儀斜タービン,プロベラ,ミグ,刺*広義の意味では傾斜貿系を軸流翼とよぶが,ここでをよ第1図(b)流巽の巽を軸流巽とよぷ｡

De‑45oH/D‑1.75♂‑18o(4‑Plalell

e=20:30; 45/1Baffles)

l,/=1.50

IlI(a) Flat
disc//‑1.25

blade(b) Axial

turbineflow

i7TiPeLler(c) Propeller(sz1''IPLelyl'e)(a) Pilchedpaddle//‑1.00
メ‑66p//‑0.75

a:

メ‑53

4‑Finger

Baf'FlesldqL【つNO■く⊃Acryl

第1図
Fig.

Vol.

ぜメ‑50o轡メ輔(e) Flat‑seclion
pf'audLervessel(D=400mm)(Oval‑section(9) C7LrVed

I

discp/and e r

blade(a) Brumarginlurbine

実験用の撹拝借と翼
1Mixing

28 No.

8vesseland(1984/10)

impellerslユSed in theexperiments

神鋼ファウドヲ‑技報J∂て,撹拝動力数と吐出流量係数の測定結果を示し比較する｡また各巽でのフローパタンについてもその概略を示

一方,後退巽としての端的な特徴を示す巽はブルマージンである.この巽も非常に良い吐出効率をもつo過去に懸濁重合や乳化重合に使用された例が多い｡後退クー‑ビンやす｡

ファウドラー巽の後退角はブ/レマージンよりも小さく,その後退巽としての特徴もブルマージンに比べればやや弱計と歪ゲージ式l‑ルク計により測定し,吐出流量は井上･測定に用いた槽と各巽を第1図に示す｡撹搾動力は回転いo後退タ‑ビンはガス分散vL,ファウドラー巽は懸濁重合や乳化重合などに使用されることが多い.

佐藤1)の粒子追跡法むこより測定した.これらの測定による

2.撹拝動力特性,吐出特性およびフローパタンる｡

誤差は,動力で5%以内,吐出流量で10%程度と見込まれ

撹拝賀の最も基本的な性質は動力特性,吐出特性および撹拝動力と吐出流量の測定値を,それぞれ,氏拝動力数
Npおよび吐出流量係数NqFL換算し,その結果を第1表に示す｡約半数の巽については,参考までに,液探を変えたフローパタンによって表示されるo
本章では,タービンおよび数梗の傾斜巽と後退巽につい第1表
Table

各巽のNp,1

Measured

場合の結果も併記した｡これは,也

Nqの測定結果
data of Np,

Nq

for severalimpellers(Re‑105′‑2×106)‑

出流量測定の検証を兼ねて,混合不良な領域が存在する場合の吐出流量と循環時間の関係を調べる目的で行

lmpe11er】d/Db/dnpβp/d中Baffles*H/DC/DNpNqNl,/Nq
われた｡詳細ほ省略するが,結果的
Flatbladeo.400.20690o‑Oo4‑PO.750.384.600.795.8

むこは,わずかでも液が動いている限

discturbine////〃ク//〟;/1.000.504.960.885.6

り,均相系での液の平均循環時間は液容量と吐出流量の比に等しく,少//A/〟//〟////1.250.635.110.925.6
ク〃ク//〃ク^/1.500.755.410.886.1

なくとも液深と槽径の比H/D‑1.75程度まではこの関係が成立してい//〟//〃クク//1.750.885.450.935.9る｡

AxialflowO.540.124‑1.00o41PO.750.380.260.440.59

各種の巽を比較する場合,その特impellerクク･{7;/〟;/〃1.000.500.280.410.68

性はNp,//////Ji///〟//1.250.630.280.400.70

Nqの個々の値よりも,Np/Nqの比を比較する方がよい2)3)0ク〃〃//ククク1､500.750.290.400.73

第1表に示す各巽のNp/Nq値を液探H/D‑1.25忙ついて比較した結果がク^/////〃クク1.750.880.290.420.69

propellerlo.380.45430｡‑Oo4‑PO.750.380.520.700.74

第2図である｡この図から,従来いわれるようVL,次の3点が確認でき

クク//////////1.000.500.620.650.95
i//////////クク1.250.630.680.641.06
Iる｡】;/;//'////////1.500.750.680.651.05

傾斜巽系,後退巽系とも垂直平〟//ク^/〟//ク1.75O.880.670.671.03

羽裾巽系に比べNp/Nqが小さく吐出効率の良い吐出塾としての性格を

0.380.45420o//ク･i/1.250.630.270.440.61
0.380.45445oノククク1.250.631.671.251.34

もつ｡特FL,傾斜巽系では軸流巽(A∬.Ⅰ)とプロペラ(Pr.),後退巽系

0.380.35430oク//ク1.250.630.670.611.10

ではブルマージン(Br.)が強い吐出型(D巽である｡タービンを勢断

PitchedO.500.20445o‑Oo4‑Pl.000.501.250.741.69
paddle′クク//;/;/〟;/1.250.631.270.761.67

型の翼とするならば,後退タービン(C･B･I)･T･), 7アウドラー巽(Pf･),ク〃ククク//ク1.500.751.220.761.61//クク//〟//ク1.750.881.250.771.62

45o債車パドル(P･Pa･)は吐出勇断折Flat‑sectionO.530.14390o‑50o4‑FO.750.101.030.462.2

中型の琴t.いえる｡

pfatldlerノケク^///〟;/;/1.00;/1.310.502.6

簡単な解説をさらVL一付け加えれ//〃^/〟////ク1.25ク1.410.512.8

ば/傾斜巽の傾斜角の効き方と後退ク〃//〟//〟//1.50ク1.470.512.9

巽の後退角の効き方VLはかなり差が〟///y////////1.75//1.490.503.0ある｡今,仮むこ傾斜角および後退角を通常のパドルやタービンからの変〟//クJyクク4‑Pl.25ク1.560.542.8

移角, 90o‑βおよび￠として評価す
ると,傾斜巽では,この変異角がOo

oval･section∃o･530･14390o‑60o2‑Dl1400･100･610･26
EiusrcV言￡bbilnaedelo･160･20690o‑13o4‑Pl1250･6
Bru‑arginio1380･30390o‑‑70｡4‑Pl･250･630･4801590
pfaudlerから30oあたりまでNp/Nqが急激に減少し, 45o以上では比較的ゆるやか紅減少すると推預けされる.一方,後退巽では,逆にOoから30oあたり*Baffles:14

P‑Platebaffles,

ド‑Fingerbaffles,

D‑D･type

baffles

神鋼ファウドラー技報までゆるやかな減少を示し45o以上
Vol. 28No.

8 (I984/10)

第2表

では比較的急な減少を示すようである｡
近年,ブ/レマージンの使用例が少なくなっている理由のTable

2

循環時間(ecir)と混合時間(emi又),

Pv‑0.5kW/m3

Circulation

time

ecirandmiⅩing

timeOmi∑ at Pv‑

0.5kW/m8

一つに,この巽の特性が不安定であることがあげられている｡わずかな形状の差異によってNpやNp/Nqの値が大幅に変化するためであり,上記の推測と合致する.後退翼のこのような傾向を考慮すれば,典型的な吐出型の巽としてほ,N｡/N｡特性の安東した傾斜巽の方が望ましい｡

nOcir

プTnd

〔R/M〕 〔m/sec〕 〔sec〕

Omix〔sec〕

Flatbladedis° turbin

227

1. 90

4.1

Axial

flow

impeller

365

4. 10

2.4

9.0

5. 29

3.5

10.4

プロペ

各巽での典形的なフローパタンを第3図FL.示すo

l‑

9.8

Prope一ler

(20o)

674

ク(30o)

495

3. 89

3.3

10.4

0‑20oのプラおよび後退タービンについては省略したが,0‑45oのプロペラは45o債斜パドルにロペラは軸流巽に,

(45o)

//

367

2. 88

2.3

10.3

249

2. 61

2.3

9.12. 443.4

9.0

類似であり,後退タービンほタ‑ビンに類似のフロ‑パタ

Pitchedンを示す｡
軸流巽での流れは,槽下半分を見る限り十分その名に値

Flat･section

pfaudler

222

Ovaトsection

pfaudler

293

3. 19

5.0

8.6

する流れとなるが,槽上部では流れの弱い領域を生じ易い傾向があるo45oの傾斜パドルでは軸流になりきらず,普Curved

blade

disc turbine

269

2. 25

3.4

10.0

Brumarg

in

556

4. 37

3.2

10.5

だ幾分か放射流としての吐出が見られる.また,ブ)1,マ‑

1)

paddle(45o)

OciT and O皿is are Calctllated from the datashown
1,H‑500mm,
under the conditions, D‑400mm,
Pv‑0.5
kW/m3･water.
Omi又 is calculated withthefollowingequation4)n,2)特徴がある｡)
志‑ kl((去)3N｡＋(奇1o'5o･21(‑A)

以上で,各巽の基本的な特性をほぼ示したことになる
vLは巽径と槽径の比d/Dで表示される‑を比較の考慮には入れていない.実際VLは,上記の特性はフロ‑パタン
Retreal

angle

9S

60

Pitc/"･(I●Retl･eale(I i1711)el[ersも含めてd/Dの影響を受ける｡また,吐出と循環の動力〔deg〕
0t'm7)ellen

F.B.D.

effectx〔トexp卜13(去)2)〕30

0

turbulence

circulation
effec tが,いずれも,重要な因子である槽と巽の寸法比一端的

90inTable

ジンは,タービン,ファウドラー巽など放射流吐出を行う
グ/I,‑プの中では,比較的整った循環流路を形成する点に効率も大いにd/Dの値むこ依存する｡一方,上記の各襲を実際に使用する場合にはd/Dの選定範囲がある｡例えば,タービンほd/D‑0･3‑0･5,ファウドラー翼はd/D‑0.5

T‑0.7で使用する｡したがって,各巽の比較を行うにほ,その繋が常用されるd/Dの値をも考慮VL入れた上で比鮫することが望ましい｡さいわい,この実験に用いた巽はす

C.B.D.T

ベて10m3以上の実装置と幾何学的に相似に作られた巽で〔∫ありd/Dの値もほぼ実装置での実情を反映している｡そこ

b)

≧oTn.

>a.

叫＼･くBl･●P. Pa.

2表むこ示す.
･.r

屯

この表と第2囲のNp/Nq値を見れは,が寸法比の効果である.具体的には,巽径が比較的大きくNq値が大きい巽の効率が良くなっており,傾斜襲系と後60

PitchFig.

2eangle90[degjare′‑し′￣ヽ＼rへl

第3囲
Fig.

Vol.

ll＼Flowi‑mpelLerl′､､､l45o Pitchedp add leIA良.
つFlal‑sectionie r

pflatLd

TypicalNo.

8flowpattern(1984/10)

これらの結果は,巽形式,寸法比のみならず場合によっては勢断作用と循環作用のバランスをも考慮した巽の選定が必要となりうることを示唆する｡

3.粒子

懸濁

ここでは先に示した各巽を用いて5粒子懸濁を行い,その結果について比較するQ
盤群槽で粒子感濁を行うと,槽内では高さ*'検査面を翼回転体とする時の循環時間で同伴流を各巽でのフローパタン
328/I.Iし)

Axial

lurbille.I.

II

蘇詞 媒割

blade

各巽の性能とNp/Nq値との関係は一層弱まり,両者が無I

IFlatdisc

参考のため,混合時間(計算値)の比較も併記した｡混合時間むこ対しては,勢断作用の効果も加わるため,関係にすら見えるoplotted)

崩

退巽系では,幾分か傾斜巽系の方が良い傾向にあるo第2
表糾も傾斜巽と後退翼のNp/Nq(第1表のH/D‑1.25のとき)
impellers
Np/Nqof pitched impellers
and retreated(The data at the liquid depth, H/D‑1.25,inTablelN】ノNqの値と吐出循環の動力効率との相関が弱いことが理解される｡これ

30

第2囲

で,試みに各巽のd/D値の効果を含む評価として,撹拝動力が一定の条件で各巽の循環時間*)を比較した結果を第含まない｡

of severalimpellers

神鋼ファウドラー技報

15

1.0

0.5./6L<･FA.Zi,'△/￣ヽl●l●●〕,4/ノ/g/

0.1

Ii'㊥FlaEb[adedtsclurbilZeo.o5

̀oAxtalrlo‑リilnpeLler,dl△￣ヽ/′11/′

●●･ユ･

●●●

●FlaE‑sectio71PFaudLer▲BTulT§ o.o2..:毒●●●■

●●●●

■

●●･lL171

Larginsellled･′lo/,,/'itlL毘ノ1

0. 1

0.2

0.5

ll2

1

p1,

第4図
Fig.

5

Glassbeads〔kTl′/m3〕

concentration

near

200

R/M

Pv‑

0. 22

300

kT/V/飢3

Pv‑0.

layer

R/M
74

kW/m3

10

第5園
Fig.

液表面付近でのガラス･ビーズ濃度と撹梓動力
4solids●●●●

IO. 01zone

accumulaled●●≡:=±:==:l●.＋.＋‑∫t5㌔Udilute●●●△Ptlchedpaddleq)t>ヾ■●●●l=====±＼0)

●●

l●

ゝ.

auQi

▲●

o.2

the(Cc/もαγge140g/e)

傾斜パドル翼による懸濁状況の変化
5liquid surface

Changepaddle

in solid suspenion
impellerpatternswith

apitched‑方向に粒子壊度分布を生じる｡液体よりも重い粒子であれたと考えられる｡

ば,粒子摸度は下方で大きく上方で/トさい.そこで,享夜面

ただし,第4図で動力が極端に小さい時VLは各翼での粒近辺での粒子壊度と仕込粒子濃度の比をもって粗子洩度分子壊度が逆転し,翼形式による懸濁能力の差異が固‑液系布の一様性を評価することにし,各巽について撹拝速度をの条件や撹搾条件シこより変わる可能性がある｡一概に優劣変えて液面近辺での粒子濃度を測定した｡

のみを論じることには疑問の余地がある.
なあ 傾斜パドルの懸濁め状況はPv

実験に用いた粒子は径約500pのガラスビ‑ズであり,その水中での沈降速度は平均7.4cm/sec,沈降速度の標準偏差は約0.7cm/secであった｡仕込壊度は約140g/eと‑0.3kW/m3あたりで急激に変化している｡これは次の現象が生じることに対応する｡ 0.3kW/m8以下ではバッフ]L,の手前紅ボトム量ずつ計2βの液を採取して測定した｡液探はH/D‑1.25から妻夜面まで達する細い流賂があり,ここで粒子が運ばれ￣■液面と巽と中間の高さでこのる｡ 0.3kW/m3付近から,とし,各巽の取付け高さは次の通りとした｡

流路の位置FL粒子群が停滞しはじめ,･流れは内側に曲り巽し,全液量は58.6βとした｡また,粒子壊度は液面から少タビー軸ン:0.42D

流巽:0.63D
傾斜パドル:0.42上)ファウドラー巽J:0.･10Dブ)1,マージン:0.42D

実験結果を第4図に示す｡縦軸に粒子濃度を,横軸に撹に回帰するよう1こなる(第5図参照)｡この粒子群はPv‑kW/m3の範囲で周方向に成長しリング状の境界面0.3‑2を形成するむこ至るo
以上の点を考慮して,ここでめ実験紅限って各巽の三組子搾動力をとり,各巽の才啓濁状態を比較している｡いずれの懸濁能力をまとめれば,巽でも動力を十分に大きくすれば粒子壌度は粒子仕込襟度

は,いレクがイ＼さい庵端な吐出型の巽よりも,タービンや!壌濁困難な固‑液系の均一分散にに漸近し,均一なj懸濁状態に近づくo各巽により均一化の度合は多少異なるが,全体的忙みれば,巽形状の差異よりボトム設置のファウドラー巽の方が適しているといえる｡

も撹拝動力自体の過不足忙依存するところが大きい.いず

このことにも増して,対象とする固‑液系の分散に必要な動力レベルを適切に判断することが重要である｡

れの巽でも,一様な妄騒濁を目的とするのであれば,この系

4.

でほ約3kW/m8程度の撹拝は必要であろう｡!顧濁操作の一つのク1)テリアとしてオフボTlム撹拝速度という考え方がある.各巽のオフボ十ム時の撹粋動力は概略次の通りであった｡
タビ

ン:2kW/m8
巽;4kW/m3
傾斜パドル:4kW/m8
軸‑流

ファウドラ‑翼:1kW/m8ブ)I,マージン:3kW/m3

むぴび吐出特性,粒子懸濁能力の比較を行い次の結果を得た｡
1) Np/Nq比という観点からは,吐出型の翼として特性の安定した軸流翼やプロペラが有効である｡
2)循環と吐出の動力効率という観点からは,大きくNqの大きい翼が有効である｡必ずしも,d/DがNp/Nq比にはよらない｡

3)混合時間の動力効率は循環作用と勢断作用のバラン以上(未確認)

スに依存するため一概に翼の優劣を決定することはできない｡

ファウドラ‑巽はボトム設置であるためV‑オフボ1‑ムという点では優れているが,槽全体の均一性という点では,タービンと良く似た結果FL̲なっているo一方,オフボトムに多大な動力を必要とする軸潅巽,債斜パド/レ,ブ)1'マー
ジンでは,大きな動力を与えた時の均一性においても若干メ‑ビンやファウドラー巽に劣る傾向がある.このような懸濁困難な粒子の均一浮遊では鑑搾†/I,クの大きい巽がオ
フボTlムの条件忙おいて有利であるため上記の結果に至っ16

す以上,乱流撹枠用の種々の形式の翼むこついて,動力およ4)懸濁困難な固‑液系の一様な分散には卜/レクの大きいタービンやファウドラ‑翼が有効であるo
参考1

井上･佐藤:化学工学,

2

Nagata:3

山本:京都大学学位論文,(1961), p.79

4

山本:京都大学学位論文,(1961), p, 129

神鋼ファウドラ‑技報

文

献Mixing,

Vol.33(1969), p.293(1975), Kodansha,p.

Vol. 28136No.

3 (1984/10)