スラリー供給槽からの均一濃度抜出
Slurrydraw‑offatfromaa

constants)urry*

concentration

feed』■■

tank･､簸‑i

形(JJ(化)手支術都南俊

Tosbimitsu(化)生産部第1饗造室充Minami

今中Teruolmanaka

照雄

一般に,スラリー供給槽はその中に含まれる固体粒子を均一浮遊させるように設計する｡しかしながら,槽内の粒子を均一浮遊させれば,必ずスラリーを一定濃度で排出できるわけではない｡排出されるスラリー濃度が抜出位置および抜出速度の影響を受けるため,粒子が均一浮遊している場合ですら,実際には,排出されるスラリー濃度が一定にならないことがある｡
本稿では,スラリー排出時の濃度変動に対し,撹拝動力,抜出位置,抜出速度およびバッフル条件が与える影響を実験結果をもとに紹介する｡
It is verysuspension

ofconcentrationlevel. Because
positionandchanged

inin

thetank.

In

this

togethertoordinary

afeed tankslurryHowever,
this is not

solid
particles.
in the draw‑off
theslurrydraw‑off

paper,

flow

thus,

if mechanicalslurryas

toenoughlevel
volumeoftheoutflow
nozzletheslurrymixlngachieves

distribution

is

in

a

mixingdraw‑offbyaffected

a

be

can

uniformdraw‑off

intenslty,

mixlngits mixlng
glVeS
uniformkeepaconstantslurrytolowliquidathetank

concentrationin tankvariation

concentration

data
were
taken
that
experimental
baffle conditions
werechanged.

Eeyll Words

atconcentration

thatsuchfull

thevelocity,evenslurrythefromconcentration

draw‑off,thewithdesign

nozzleactuallysolidssuspension

been

disscussed

has

based

on

velocity,

andVessel,flow

A:

Slurryスラリー供給槽
固液

撹ス撹
拝

ラ1)

feedtank

拝Solid‑liquid槽

MixingvesselSlurrydraw‑off‑排出mixlngが均一であることが要求され,それらの目的を達成

ま えがき
撹枠操作の目的は,多くの場合均一な状態を作りする手段の一つが粒子の均一浮遊になる｡従って,出すことであり,固液撹拝の場合は固体粒子を槽内均一浮遊だけを考えて装置設計を行った場合,不都均一に浮遊させることである｡しかし,撹枠操作の合を生じることがある｡

最終目的が均一浮遊となることは少ない｡例えば,均一浮遊とは,槽内各所で粒子濃度が均一,さら固体触媒を用いる反応機,スラリー重合樺,樹脂ペに粒子の大きさに分布がある場合には,粒径分布がレットの溶解槽などの固液撹拝においては,固液間槽内各所で同じである状態を表す｡この状態は,スの物質移動や反応の促進のために,また,スラリーラリー調整槽のように槽内から連続的に固体を均一調整槽においては,次工程に供給するスラリー濃度濃度で排出させる場合には必要条件となるが,それVol.

44

No.

1(2000/8)

神鋼パンテツク技報

58

で十分条件とはならないので注意を要する｡槽内は

但し,Hは槽底から液面までの高さ,均一分散状態であるにもかかわらず,排出時に大きを示す｡

な濃度変動を生じる場合がある｡最近の樹脂製造プ

2.実験方法ロセスにおいては,反応率の向上ヤプラントの自動

2.1サンプリング方法

Dは槽径運転化のために,触媒調整槽から反応機への触媒供サンプリングは次の2つの方法で行った｡給濃度の変動許容値も極めて小さくなってきている｡【方法A】 槽内の濃度分布を測定するためのサンプリング

そこで,液面変化を伴うセミバッチ運転のスラリー①所定の回転数で撹拝を行いながら,撹拝槽上部よ調整槽を想定し,スラリーの排出濃度均一化に対して,撹拝動力,抜出位置および抜出速度,さらにバッりID￠10のホースを液中に挿入しサンプリングフル条件が与える影響を調査する目的で実験を行っを行う｡

た｡以下に実験の概要を報告する｡

Lt.o

1.実験装置
本実験に使用した実験装置(第1図参照)と実験条
件を次に示す｡

1カ所当たりのサンプリング量は約1.5(参サンプリング位置は上下方向に4カ所とした｡(参スラリー重量とガラスビーズの重量を測定し,スラリー濃度を算出する｡(∋撹拝槽: ･内径400mm2:

1半楕円鏡付透明ア【方法B】 排出時の濃度変動を測定するためのサクリル円筒槽

ンプリング②撹拝翼ニ フルゾーン豊(∋所定の回転数で撹拝を行いをがら,抜出口よりスラリーを連続で抜き出す｡:(参バッフ)t'a)40mm幅平板バッフル②連続で抜き出しながら,定期的にサンプリングをb)￠27.2mmパイプバッフル行う｡(参内容物: 水道水＋ガラスビーズ(6wt%)③スラリー重量とガラスビーズの重量を測定し,ス<ガラスビーズ仕様>ラリー濃度を算出する｡･中心粒径17〝m
2500 kg/m3･密度
単一粒子の終末沈降速度は,計算上0.033

2.2cm/

スラリー濃度測定方法

今回の実験に使用したビーズは大きさが+､さく,また濃度測定精度を上げるため,次の方法にて測定secになる｡

した｡

G)測定液面範囲:
H/D‑0.36

1回当たりのサンプリング量は約1.5Lt.｡

‑

1,66

①約1.5Lt.のサンプルを5日間静置分離させ,ガラスビーズを沈降させる｡(参沈降後,上澄み液のみを除く.
③サンプル容器ごと,2‑40 ⅠⅥm
Pla【eba用eZor4‑￠

105℃に設定した乾燥機で約27.2mm

Pipe bafne

8時間乾燥させる｡④乾燥機から取り出した直後に重量(ガラスビーズ＋容器)を測定する｡

め 40()⑤容器からガラスビーズを取り除き,容器のみを105℃に設定した乾燥機で約1時間乾燥させる｡⑥乾燥機から取り出した直後に重量(容器のみ)を測定する｡⑦ガラスビーズ＋容器の重量から容器の重量を差し引いて,ガラスビーズの重量とする｡
上記の方法で測定された重量を用いて,ガラスビーズ濃度を次の式により計算する｡
TL.

ガラスビーズ濃度(wt%)

第1図
Fig.
54

‑(ガラスビーズ重量)/実験装置
1

Experimental(スラリー重量)×100equlpment

神鋼パンテツク技報vol.

44

No.

1(2000/8)

測定精度の簡易検証結果

2.3

向にあることが判る｡第1表によれば,

Pv値を0.32

あらかじめスラリー濃度6.000wt.%のスラリーkW/m3以上に上げると濃度の変動幅は小さくなる｡

を9サンプル作成し,前項の要領に従って,スラリー

また,第2国においてPv値の低い0.17と0.32kW

濃度測定精度の検証を行った｡その結果,スラリー/m3は,排出スラリーの平均濃度が投入時のスラリー濃度の測定値は5.980wt.%から5.991wt.%の間で濃度より低い｡ガラスビーズが沈降していることがばらつき,平均5.986wt.%となった｡従って,上示すものであるが,スラリー作成時のガラスビーズ記測定方法では0.23%の系統誤差と0.10%変動誤差がある｡以下の検討では濃度変動のみを評価するの計量誤差の影響もある｡
均一排出に対するPv値の影響

3.2

次に実際にスラリーを排出ノズルから抜き出し,ので,実質的な測定精度は0.1%と考えてよい｡

3.実験結果サンプリング方法Bにて濃度変動を測定した｡排3.1槽内における濃度むら

出位置は,下鏡センターノズルとし,排出ノズル内

本実験の狙いは,ガラスビーズスラリーを均一にの液流速は0.12m/sとした｡

排出する方法を見出すことである｡均一に排出する

第3図に測定結果を示す｡また,各Pv備におけためには,まず槽内粒子を均一に浮遊させる必要がる濃度変動幅を第2表に示す｡

ある｡そこで,槽内上下方向の濃度分布を,サンプ1.01kW/m3と大きくするに従い,濃度変動は小さ0.32,Pv値を0.17,リング方法Aにて確認した｡バッフルは2枚平板バッフルを用い,サンプリング位置は次の通りとした｡

1.0京･半径方向:相中心から160mm)･周方向:バッフルとバッフルの中間‑+コ∈:C)0.675,

pv=o.17kW/m3

□

pv=1＋

pv=o.32kW/rn3

L

Pv=L0.5o3h1.0,1.375の合･鉛直方向:S/D‑0.25,計4点｡但し,Sは槽底からサンプリング位置＋･J

tこQ)
O;=OUまでの距離を示す｡
第2図に,

oLhO

Pv値(単位容積あたりの撹拝動力)を

8･‑I‑‑‑‑‑‑‑1411‑‑‑‑‑‑‑‑E)‑‑￣

0.5□)
>
くじO‑I

パラメータとした測定結果を示す｡図の縦軸は,ガ｢コ〔8:コ(⊃一〔ヒ1.01.75

ラスビーズ投入量6.Owt%からの差異を濃度比率で

コ1.50

1.25

1.00

0.75

0.500.25表示している｡また第1表に,それぞれのPv値にS/D(‑)

おける濃度変動幅を示す｡
第2図において,Pv‑0.17kW/m3では,槽下部

第2図

槽内濃度むらに対するPv値の影響
2Fig.

Eff‑ect of Pv on
concentrationin the axial directionにおいてやや濃度が高くなっており,粒子は沈降傾

第1表

Pv備に対する濃度変動幅

Table

1Widthof draw10ff

Pv(kW/m3)

L､‑I

concentration､I‑I)..,

variation

Variationwidth(0/.)

0.17

0.13

1.39

0.071./I‑n)

ーヽ､‑■､､‑I)

5=＼(､､ーo＼11)＼＼(8＼､､Ll}

0.12

1.01

ヽ●ーー‑‑1L

京1･0･B

0.28

0.32＼＼＼ヾ､[]

8[]
C)
U‑1.0＼̲‑‑‑p＼;LE;

遥opv‑o117kW,m3＼i盲‑2.00

宅●pv‑o.32kW/m3=コ'3t⊃一:,⊃c8

第2表CE

排出スラリー中の濃度変動幅

Table

2

Widthofdraw‑off

Pv(kW/m3)

concentration‑3□pv‑1･01kWノm3喜芋

13.0

variation≡lllJ[≦≦

1.75

4.33

0.32

3.67

第3図

1 (2000/8)

1.00

0.75

0.50

0.25

drawoff

均一排出に対するPv値の影響
3

Concentration

2.58andNo.

1.25

H/D(‑)
Fig.

vol. 44

1.50

Variationwidth(%)

0.17

1.01

distribution

神鋼パンテツク技報

itsin tankvariationon
Pvdependency

55くなっている｡液面がH/D‑0.75以上では,Pv値によらず濃度変動傾向は同じ状況であるものの,液京1･0)

面がH/D‑0.75以下の範囲で濃度変動に差が生じ●､⊂コたためである｡

0IB〔dL＋J

本項でのテスト条件は,前3.1項と同一である｡

喜一1.0

第1表によれば,槽内の濃度むらはいずれのPv値;=⊂)Uにおいても0.3%以下であるにもかかわらず,排出させると2.0L6qj>【D‑2.00/o以上の濃度変動が生じた｡均一な濃'･J‑Jr<

写

貞度での排出に対しては撹拝動力などの操作因子に加○=コ⊂)

ヨ一3.0

え,抜出方法についても配慮する必要があることが●draw‑o打velocity
nozzle:￠>q)

0.49rrL/s: cerlter

positionnozz一e弓draw‑OJT

ve一ocity : OA9J71/s
r10ZZle position : oFcenter
no2,Zlej?
【=き:≡

1.75

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

0.25

判る｡
3.3H/D(‑)

抜出位置と排出ノズル内液流速の影響
第6図

次に均一排出に対する抜出位置および排出ノズル内の液流速の影響の確認を行った｡抜出位置はセンFig.

排出濃度に対する抜出位置の影響(抜出速度: 0.49m/s)
6Effect

ターノズルとオフセンターノズルの2カ所(第4図onnozzle position
concentrationin draw
off (draw10ffvelocityofvariation参照)とした｡またノズル内液流速は約0.1‑1.40京1ト‑)

⊂コ⊂)

‑actS
h＋J0
喜一1

｢￣｢1=⊂)U‑2 0%

drawIO8､○4)>q)

⊂)ヨ(⊃
>C)

dravro巳■ velocity : 1.32m/s
nozzleposition : o打centernoz'zle●▲ヨ遥 ‑3 0: 1.38n1/s
velocity
position : center
nozzlenozzle｢コ■エコ3=?

ヨ.⊆≡:≡

Center nozzle

1.75

Off cellter

第4国
Fig.

draw10ff
center1.50

第7図￠ 25mmFig.

7Effect
1.35ofm/s)

S､､

●ー.

【=0'=､＼rLOZZle positiorL:OFccntcr

nDZrLlenozzlei1喜一1.0I̲)【=OULE; 1210(⊃q)>⊂)｢コ●■∃■こコ

draw‑o8､nozzle

D:>Q)

dralV‑08､nozzle

ve一ocity : 0. 12TrU's: ofrcenter
position
nozzle+.g‑3.0ヨ1.75;=Q)
U;=OO

ヽ

: 0. 10m/s
velocity: centerpositionr)ozzLe

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

く･ト+

O･3.C＋+=?

コヨ

毒=i00.25

0

第5図

1.0

0.5

H/D(‑)

Draw‑off

1.5(m/s)velocity

排出濃度に対する抜出位置の影響
5Effectvariation
0.10

ofon
concentration
nozzlepositionin draw
off (draw‑offvelocity.･

排出濃度の変動幅に対する抜出速度の影響

第8国Fig.

m/s)

56

no7.I/.leposition:center●I(8･し.JFig.

O⊂コ⊂)

+1

超nozzlepositior1 0n
COnCer7tratioTI
indraw(draw‑off:offvelocity

5､ー＼}/＋+.9(80.500.25

排出濃度に対する抜出位置の影響(抜出速度: 1.35m/s)

offvariation

￣1l

1.25

0.75

H/D(‑)

nozzles (center nozzle:nozzle: ￠ 23mm)

京1･01.00

rlOZZle

抜出位置4:0.49 m/s)

8Effectvariation

神鋼パンテツク技報

ofdraw‑offvelocityorl

COnCentratiorlwidth

Vol･

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No.

1(2000/8)

バッフル効果が小さく旋回流が強くなり,重いガラm/sの範囲で比較した｡液流速の調整はノズル先端に取り付けたボール弁の開度調整により行った｡

スビーズや遠心力により側壁側へ,上方‑押しやらセンターノズル排出とオフセンターノズル排出のれたことによるためと推定される｡

濃度変動の比較結果を第5‑7図に,また,第8図

排出濃度の測定は,に液流速と濃度変動幅の関係を示す｡

Pv‑0.17kW/m3,オフセンターノズ)I,,抜出速度1Am/sで実施した｡結果を抜出速度が0.1m/sの場合(第5図),濃度変動第10図に示す｡濃度変動幅は,2枚板バッフル:

幅は,センターノズル,オフセンターノズル共に0.90%,3.5%以上の大きな値を示し,液レベルの低下と共プバッブル:0.30%であった｡バッフル効果を小にスラリー濃度は減少してくる傾向を示した｡しかさくする方が排出濃度の変動防止に効果的であり,し抜出速度を大きくしていくと(第6‑8図),センパイプバッフルの使用時に生じる槽内の濃度分布のターノズル,オフセンターノズルとも濃度変動幅が幅とほぼ同じ変動幅で排出が可能になる｡

急激に減少していくことが判る｡前述のように,今4.考

2本パイプバッフル:0.42%,

4本パイ

察

回のテストにおいては排出ノズル位置の影響はほと槽内での濃度分布の幅が小さいにもかかわらず,んど見られないものの,排出ノズル内の液流速の影

排出時に大きな濃度変動が発生する場合についてテ響が濃度変動に大きく影響を及ぼしていることが判っ

スト事例を紹介した｡テスト結果に対する考察を,従来の知見と合わせて以下に述べる｡

た｡
3.4

排出濃度に対するバッフルの影響(1)撹拝速度/撹拝動力

前項のテストで排出ノズル内の液流速の影響が大通常,粒子を均一に浮遊させるために必要な撹拝きいことが判った｡次に,排出濃度の変動幅を槽内速度は,粒子沈降防止速度(Njs)の1.5‑2.0倍以上の濃度分布の幅に近付ける狙いをもって,排出漬度となる｡粒子が重く,また大粒径の場合は,槽内のに対するバッフルの影響を確認した｡平板バッフル

濃度分布の幅を事前に把握しておき,許容される排2枚に加えて,バッフル効果の+､さいパイプバッフ

出濃度の変動幅以下であることを確認しておくこと

ル4本及び2本での実験を行った｡

が望ましい｡

撹拝速度を上げれば粒子を均一に浮遊させること

排出テストを行う前に,槽内の濃度分布の測定テストを実施した｡サンプリング方法は3.1項にて示ができ,排出濃度を一定にするには有利だが,問題した条件と同じである｡結果を第9図に示す｡平板を生じる場合がある｡例えば,晶析の場合や担持型バッフルの場合は,第2図によればPvを増加させ触媒のように破壊され易い粒子の場合は,均一浮遊ても粒子は若干沈降気味であったが,パイプバップを重要視するあまり必要以上に高速で翼を回転させ

ルでは,逆に粒子が浮き気味であり,変動幅も板バッると,粒子が破壊するだけでなく,スラリー移送ポPv‑1.OkW/m3の場フルに比べ大きい｡しかも,合は,大きな変動を示している｡パイプバッフルのンプのキャビテーションを生じることがある｡

宗1.5

1.05(誉 1.0021Plateba皿e●2‑pipebarne

ロ4‑pipeba皿e⊂､く1‑⊂:0I̲S〔d1=h＋･J0.5(日L<【=①O
5=C)
O＋JE:Q)U;=
く⊃U+1.0

̲̲.......̲....................
̲̲̲̲,̲̲̲̲
̲̲I.,
̲̲ー̲.
2.0
cd0.5

tho￠>
Q)

OO+'=I?

1.0G3〜>
①ql>
4)

｢コ:⊃

〔ヒpv‑o.16kVWm3●pv=o.31kW/m3□n′=1.00kW/m3b/

｢⊃=】
⊂r.5j
t二ヽ

一∃

コ

3.0cdEL

言5:

亡弓

=.̲g+

1.75

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

0.25

‑I.5
1.75

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

第10図

S/D(‑)
第9図
Fig.

槽内濃度むらに対するPv値の影響(2‑パイプバッフル)
9EffecttheVol.

44 1Vo.

of

axial

1

Pv

on

concentration

direction(2000/8)(2 ‑ pipeH/D(‑)

0.25

Fig.10
distribution

inbarrle)

排出濃度に対するバッフルの影響(抜出位置:オフセンターノズル
1.40m/s
Pv‑0.17kW/m3)
Effectin draw
draw‑off

神鋼パンテツク技報

ofbaffles

on

抜出速度:

concentration

off (nozzle position: 1.40m/s
velocity:variatior]

off centernozzle

Pv‑0.17kW/m3)
5プ

(2)粒子排出ノズル位置

排出速度調整用のボールバルブの開度がフルオープ

今回のテストにおいて,センターノズルとオフセンでないため,その部分で生じる滞留域が阻害要因

ンターノズルで濃度変動値に差異が生じなかったのとなっている恐れがある｡排出配管系にはできるだ

は,粒子の沈降速度が遅く,粒子が液の淀れに追従け構造上不連続部を作らない工夫が必要だろう｡

し易かったためと思われる｡排出ノズル位置は,過(4)バッフル効果
バッフル効果の小さいバッフルが粒子浮遊に対し常はオフセンターとする場合が多い｡その理由は以下による｡て有利であるとする考え方は,従来から存在する｡･気相部からのガスの巻き込みによりポンプにキャビテーションが発生する｡

本テストにおいても,パイプバッフルを用いて槽内･槽中心部の固体的回転部は軸との共回り領域であるため,遠心力により濃度が薄くなり易い｡

対しては有効であることが確認された｡この現象を特に沈降速度が速く,大きな撹拝速度を必要と詳細に調査する必要がある｡

粒子を若干浮き気味にした方が排出濃度の均一化に裏付けるためには,特に槽底部の濃度分布をさらにする場合は顕著になる｡

バッフル効果が小さい場合は,過大な撹拝速度にオフセンターノズルは,固体的回転部の外に設置より粒子を浮遊させすぎると,排出位置との関係にすることが望ましい｡また,液面変動が小さい場合

よっては,排出スラリーにも大きな濃度変動を生じは,胴側部に排出ノズルを設置しても良い｡さらにさせることがあるため注意を要する｡粒子を偏析さは,液面変動に伴い,数カ所設けられたノズルの内せることは,固形物の生成を伴う重合反応装置に対最適な位置から排出させることも現実に行われている｡

しても好ましいことではなく,反応面からも適切な(3)排出ノズル内の液涜速バップルの選定が必要となる｡

む

排出ノズル内は一定以上の液流速を確保する必要

びすがある｡ノズル内の適切な液流速を,粒子の終末沈

本稿では,スラリー排出の濃度変動について実験

降速度以上,撹拝翼の先端速度以下の範囲で考える｡

結果を中心に紹介した｡まだデータが十分ではなく,今回の場合,適切な液流速を第8固から0.8m/sec

現象を流体力学的に説明するには至ってない｡今後とすれば,この借はガラスビーズの沈降速度の0.033

は数億解析などのツールを併用して,定量的な解析(Pvcm/secより,むしろ翼の先端速度1.3m/secを行い,現象を解明していきたい｡本稿で提供したデータがユーザ各位の参考になれば幸いである｡‑0.16kW/皿3)に近い債であり,大きな優になる｡

連絡先
便

充

化工機事業部

今中照碓

化工機事業部

技術部

生産部
第1製造室
課長

E‑mail58

TEL

0794‑36‑2512

FAX

0794‑36‑2578

t.miTlami@pantec.co.jp

TEFAX
E‑mailL

0794‑36‑2537
0794‑3612507i.imanaka@paTlteC.CO.jp

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