フルゾーンの適用例の紹介
App]icctions‑‑FULLZONEH

of(化)技術部 設計第1課
徳同
伴由

甘iroyl止i Tokuoka

lnto

response

in mixing

increaslng

theoperations,workwith血igller
blendingof low‑toえがwasdemandfor highbrought

to

than
efficiency
conventionalliquids, suspension
high‑viscosity

in fromof gas taken
describes
This paper

まtechnical

FULLZONEliquidsomesurface,jacket heatandapplications

marketimpellers

whenforainas
operations
dispersion
solid particles,

usedof concentrated
transfer.

of FULLZONE

きefficiency
and versatile
applicationsin January
1991. FULLZONE
cansuchreactor.

commercial

増加する領域は,槽内に流動の低下が生じていることを表しており,この流動の低下が混合不良や伝熱不良を引き起当社が高効率撹搾巽『フルゾーン』を上市して3年が経過したo

この間,撹拝槽('7‑I̲対する要求はより高負荷化,高効率化を求めており,その要求を満足する撹拝賀として多数のユ‑ザに当社のフルゾーンを採用していただいていこすことになるからである｡例えば,ファウドラー糞の場
合はRe‑300が適用の目安となる｡一方,フ)I,ゾーンはる｡

粘度域はRe‑10が目安となる｡

フ)t'ゾ‑ンが選定される背景シこは次のようなユーザ各位の要求がある｡･高精度化,高洩度スラリー等の高負荷化

Re‑20でヘリカルリボンと同等の混合性能を有し,適用
撹搾槽のReはRe‑pnd2/ilで表され,同じ粘度の液を扱う場合でも撹搾槽の大きさによってReは変化する｡
特に撹拝槽の大型化Fこ伴いReは大きくなっていく.
第2図はフルゾーンとファウドラー翼で撹群槽容量と適･伝熱性能,撹粋陸離向上によるバッチ時間の短縮

用粘度域を比較したものである｡フ/レゾーンはRe‑10,フ･多目的プロセスへの適用
これらの項目を単一FLとらえると必ずしもフルゾーンでなく,他の巽形式でも充分対応可能である｡しかし実際のァウドラー巽はRe‑300をもとKlしているo

フ/I,ゾーンの適用粘度域はファウドラ‑実の約10倍であり,優ケこ10Pa･sを超え,非常VL広い粘度範囲で使用できることが読撹枠操作は,ほとんどが複数の操作を同時に満足する必要があり,この要求を満たす撹拝賀が選定されるのである.
本稿では,これらの高度化する撹拝ニ‑ズ匠応える撹拝賀として『フルゾーン』の適用例を紹介する｡

1.高粘度液ヘの適用
第1図は各種撹拝翼の混合性能を示す線図である｡この‑‑‑‑‑n10AI‑Re線図は単に混合時間の差を示すだけのものではなく,適用できる粘度領域の目安を知ることができる｡
適用可能な粘度域はn･0,11が急激忙増加するRe域がど

FULLZONE
Pfaudlerimpellerg)

10;
a.1

こにあるかということできまる｡すなわちn･Oh1が急激に渇OU.盟;>

10:Iq),J⊃【勺＼遥&､､＼､､102

ー＼】

号lo/＼､二＼‑‑‑‑‑‑‑‑くb

己101

FULLZONE‑Pfaud】eri】l叩ener‑‑ ‑ ⅠIelicalril)boll
AnchorU‑I‑I Grid type illlPel)crU
川:I

RL!

10･1

105

Fig.

VesselFig･n･eM‑Re曲線の比較
I

Comparison

I(ol. 88 No.

1

of n･紬‑Re(1994/8)

104
volume

[且]

i‑J

第2園
第1図

103

2 × 102

1 02101

curvesfor severalimpellers

神鋼パンテツク技報

撹拝槽容量に対する,通用粘度の比較
2

Comparisonof applicableviscosityfor vessel

volumeJJ

第t.,.,=表10 m8撹拝借に掛ナる総括伝熱係数の比療Comparison
Table‑1of over
all U for lOm3
agitated vessel】

Material

GLASSLINED

REACTORSTAINLESS

CLAD

Vesselvolume10m3

10m8

Liquidviscosity

1Pa･s

1Pa･s

Water

Water

Jacket medium
Pv

0.3 kW/m8
lmpellerゝ取れる｡

Il Pfaudler

impellerbi〔W/m2K〕

267

his〔W/m乏K〕

ll 630hw〔W//m K〕

570

hjs

[W/m2K]hj〔W/m2U〔W/m2K〕

2K〕

lkW/m3

0.3

FULLZONEI Pfaudler

REACTOR

impeller

FULLZONEI

267

383630ll 630

570

1360

1 360

5810

5810

5810

5810

2900

2900

2900

2900

383
ll163

1ll630201

10m3撹搾槽を例(,TLとるとRe‑10に相当する

196

253

11.2
surface

損度は約100Pa･sとなる｡
7./t'ゾーンの実績としては数10Pa･sはもとより100'a･sを超える粘度条件にも使用されており,粘度変化を1.0

宰う種々のナロセスや異粘度の液液分散等,幅広く中高和

0.8I
ll

<r'lihq)>･

FULLZONE＼＼＼､:りl＼0.6＼〔=)＼＼l￣＼･ヽ

第3囲にフルゾーンとファウドラー真の局所伝熱係数のくUbβd旨l

Pfaudler

宣液の比拝忙適用され七いる.

:.伝熱性能の向上■昏Jlこ□l＼＼0.4}布比較を示す.フルゾーンは槽内全域で一様忙高い伝熱系数を示す｡一方,ファウドラー巽は翼近傍では突出した￣‑ー0.2

云熱係数を示すが,翼から遠ざかると急激に低下する｡平
与値で比較するとフルゾーンはファウドラ‑翼よりも約40.̲一1/02 000

石高い伝熱係数が得られることになる｡

′1000
山

6 000

[珂/rTl2I(]

この伝熱係数の差をもとに,総括伝熱係数として比較しこ例を第1表に示す｡第1表は10m3撹押槽をモデルにグラスライニング製とステンレスクラッド製の両者で,フ/レ

第3囲
Fig.

槽壁面での局所伝熱係数分布(水,3Localwall

Pv‑0.15kW/m3)

heattransfer coefficient distribution(Water, Pv‑0.15kW/m3)

the vesselon/キーンとファウドラー翼を比較した｡内容液の物性条件はkの密度,比熱,熱伝導度を使用し粘度のみ1Pa･sとしこ｡撹伴槽の胴板厚は外套圧力を5kg/cm2Gとした顔合)必要板厚を採用し,総括伝熱係数を推定した｡
hiではフルゾーンが約40%高い伝熱係数を示すが,紘を主に多数適用されている｡

3.表面ガス吸収への適用
フ/I,ゾーンは液液系挽搾,固液系撹件のみならず表面ガ告伝熱係数で比較するとその差ほ小さくなる｡これは板厚

ス吸収を主とする気液系撹搾でも優れた撹搾性能を有す

つ伝熱係数,外套側の伝熱係数が加味されるためである｡
オ質の違いはあるものの,グラスライニング製撹坪槽で約る｡:0%,ステンレスク.ラッド製投射酉で約25%の伝熱性能つ向上が期待できる｡一般にグラスライニングは伝熱面でKLa比較を示すoF封Jであると考えられているが,フルゾーンの採用により解していく時の壊度の経時変化を溶存酸素計で測定しKLa:0%の効率化が図れること忙なる｡

を算出した｡フルゾーンは等動力で他の糞形式の約3‑4倍のELaを示しており,表面ガス吸収性能に非常に優れフルゾーン適用による伝熱性能の向上は多数のユーザか)ご報告をいただいている｡中にはグラスライニング製撹
半槽で昇温,冷却を含め約3割の時間短縮が達成された例

第4図にフルゾ‑ンと他の翼形式の表面ガス塀収による

この比較データは水‑空気系で撹坪により表面から液中忙取り込まれた空気中の酸素が,水に準ていることがわかる｡

bあり･実プロセスにおけるフ/i,ゾr‑ンの優位性が確認さこれまで表面ガス吸収に対しては,バッフ)I,抵抗を′J＼さくし積極的にボルテックスを形成させるような撹拝システ㌦ているo更忙,フ′レゾーンは伝熱性能の確保とともに,ムを選定してきた｡これに対しフ/レブナンは比較的強いバ監勢断撹搾との両立が可能であり,大型の乳化重合反応機
2ッフ/レ条件下で,ボ/レテックズを形成せずにガスを引き込

神鋼パンテツク技報

Vol･

88 No.

1(1994/3)

FULLZONE

500

腿脚/D =AOO
ll =48り(1L =235
(l2 ‑220/′′100

占＼㌢
く勺+/,//

2 PADDLES1)‑donlI =480(ll ‑(t2200≡50出2闘脚′′/ /100.10.5101'v

LkW/‖11]

Of gasabsorption

PIl､C‡IED 1)ADDLES

DE=4()0=480(ll ‑d2=200

I‑I =480(ll =222
d2 ‑208

第4医l液表面からのガス吸収性能の比較
Fig.

4Comparisotl

Of performallCe

Re=5.8×1011‑6.8×10I

fromsurface

Re=8,3×102‑8.9×10225)

1.0]

I

0.75

(=)

ココOJ)

･()
[1･01LLl

第5園

液深による混合性能の変化

Fig･. 5Char)geof mixing

time510こ)for liquid1()

n･o11CLZ15I‑1

volumeんで分散するという特長がある｡したがって,蛇管コイル

Re̲声6.7×104

o‑oRc‑8O∴＼＼＼n.25△‑△O0.2.r‑)0,.r‑)

や多数の冷却管等と併用することが可能である｡
ガスを軽い物質と考えれは,液液系撹群の軽液の分散や固液系艦群の]経い粉体の分散に置き換え,ガス分散と同様

u/I)

Fig.

1.0

1.25

卜+

6

Changeof Np

for liquid volume

素であり,固液撹拝の面でもフ/レゾ‑ンの優れた撹拝性能翼高さの羽根を使用し,液高さを変化させ混合実験を行った｡ Lフ/レゾーンはH/D‑0.25‑1.25まで液深の変化ケこ対が生かされている｡

し,ほぼ一様な優れた混合性能を有している｡また粘度の4.液深変化への対応変化に対しても優れた混合性能が維持されている｡特に,液量が変化するプロセスや,多目的撹拝槽では液量の変化に対して,安定した混合性能が要求される｡
第5園忙フ/レゾーンの液深による混合性能の変化を示す｡ Re域は乱流域(水)と遷移域であるRe⊆900の2経で比較した｡フルゾーンはⅢ/D‑1.25.を設計条件とした
Vot.

88

No･

1(1994/3)

1..r:)

液深によるNpの変化

第6園にフ/レゾーンの性能を評価することが出来る｡
表面ガス吸収の適用例として,水素添加反応磯の実績がある｡水素添加反応では触媒の均一浮遊も同時に重要な要0.7.r‑)

液面がどこ忙あろうが混合不良を招くことほ無く,液の飛沫も少なく液界面も安定している｡写真1忙その混合過程を示す｡
次忙;第6図に液深忙よるNpの変化を示す｡動力の面
Npは液深変でも混合性能と同様,安定した特性を示す｡

神鋼パンテツク技報

Jβ欝頂､滞;1≧r'＋'●‡頭を幣ヤ●
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〜

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7!
＼EH;層ヾ､還驚I弊p{瓦警札､セ章預<1tf>う!

喜亨…専一≡㌣こ潤一ミ平:､.,&'‥

欝

Eai*.i;ij,i監査

写真1
液深による混合経過の比較
Photo.

1Comparisonin transition
for liquidof mixingevolum

ヒに対しはぼ比例関係にある｡このことは同一の回転数で吏用した場合,液深が変化してもPv値ははぽ一定となるーザにおいて立証されている｡
今後は,これらの改善効果と豊富な実績をもとむこ,実プ二とを意味している｡

ロセスにおけるフルゾ‑ンの優位性を明らかにし,高度化する髭押ニーズに対応していきたいと考えている｡

フルゾ‑ンは単に液探変化を伴うプロセスだけでなく,括度変化を同時に伴うプロセス忙も適用が可能である.代襲例としては,乳化重合ラテックスや脱揮,希釈工程のあ5プロセスが挙げられるo〔記号説明〕

レゾ‑ンの液汲,固液撹群特性も同時忙評価いただき,多くのユーザに採用していただいている.

:&#f‑#%:撹拝翼スパン[m]dH:液深[m]

i.その他の適用例

hi:プロセス流体側境膜伝熱係数[W/m2K]フ)I,ゾ‑ンは2枚のワイドパド)I,を立体的VL組み合わせヒ撹拝翼であり,パドル翼やファウドラー翼と比較すると
勺4′‑5倍のNpを示す｡したがって,等動力となる回転

his:プロセス流体側汚れ伝熱係数:外套側境膜伝熱係数[W/m2K]bj
his:外套側汚れ伝熱係数数を比較するとフ)i,ゾーンはパドル翼やファウドラー翼のhw■:撹搾槽胴板厚の伝熱係数[W/m2K][W/m2K]勺1/2の回転数VLなるo
また固液盤押においても小さい動りで粒子の均一浮遊が得られることから,晶析などの低勢

KLa:ガス吸収容量係数[1/Hr]

Np:動力数[‑]

また多目的撹拝槽FL̲対しては7D[m][W/m2:撹搾翼回転数[1/s]この他忙フルゾーンの低勢断の特性を生かした例とし

Pv:単位容積当たりの撹拝動力[kW/m3]〔,乳化重合におけるコアギエラムの減少が挙げられる｡
L'びすRe:撹拝レイノルズ数‑pnd2/iL[‑]

口:総括伝熱係数[W/m2β:混合時間:撹拝液密度[s]FL:髭拝液粘度[Pa･s]n肝撹掛こ適用されている｡

フ)t'ゾ‑ンの適用例について,当社テストデータと実績ヒもとにいくつか紹介した｡
各‑‑ザの反応機への適用軒こ対しては,テスT.用のラボ
ろケールフルゾーンをはじめパイロッTl設備の撹押葉改造㍗,当社技術研究所のモックアップテスト機を活用し,改蓉の効果を確認していただいている.また納入実績もこの3年間で豊富になり,フ/i,ゾーンの優れた撹拝性能は各ユr4

I

OM[kg/m3K]

K]]〔参考文献〕
1)菊池雅彦,高田‑資,伊藤久幸,
35, No. 1 (1991/3)
技報Vol.
2)徳岡洋由:神鋼パンテツク技報Vol.

神鋼パンテツク技報

佐藤栄祐:神鋼パンテツク
36, No.

Vol. 88

No.

(1992/12)

3

1(1994/8)