<新製品>

新 しい『ロ グボANew

力 ルリーHelicc]1

ボン翼ン』(特許･商標登錬出願中)

ヘリRibbonlmpeller‖LOGBORNH

技術開発本部

研究開発部

菊池Masahiko高田Ka2:utaka

岡雅彦

K ikuch i‑

本Yuldmichi

貴Takata

車道

Okamoto

ln

an
that
canfor an impellerliquid withless energy
effort of seeking
mix
moreviscoustime
wehaveanewbelix
impellerin shorter
thananyprodnced
andexisting
lmpeller,aa
logarithmic
curve,LOGBORN,
consistingofpalr
Ofof a palr Of bttom
ribbons
vortexforhelical ribtx)ns, andframe,l光ing set at optimized
dimension
supporting
eachmemlxr
Maximum
liquid viscosity LOGBORN
is over
3,000 Pa･s
andefficient mixing･
cq.n mix
mixingLOGBORN
to anbelix. Especiany,
is increased
at least 1.5 times
existing ordinary
whenspeed
is applied to a mlXlng
becomesliquid with low viscous additives, mlXlng
speed
Of high viscous
belix.
fourtimes
faster thanthat of the ordinary

まえが特長を紹介する｡

きダブルヘリカルリボン巽(以下リボン巽と略称)はその優れた混合性能から高粘度液の撹群に広く用いられている1)0
しかし,従来型リボン巽を用いた場合,①高粘度液に低粘度液を混合するのに長時間を要するo1.

ログボーンの形状

ログボ‑ンを装備した撹搾槽を第1図KL̲示す｡ログポ‑ンの形状面の特長とその機能は次の通りである｡①フレーム㊥槽底部に混合不良部が生じ易い｡

髭拝軸FL代わってリボン巽を支持し,撹拝槽中心部の⑨撹搾軸近傍の流動不良に起因する付着等が発生し易い

混合不良を防ぐoさらに1)ボン巽とフレ‑ムの相互作用により混合を促進するフローパターンを形成する｡

等が問掛こなる場合が多いo
回転数を大きくすることで従来型リボン巽の混合速度を㊥ボ†ムリボン巽

向上させることは可能だが,撹群動力が回転数の自乗VL̲比500Pa･s以上の粘度の液を従来型の槽底部の流体を半径方向に流動させ,槽底部の混合不例して増大するため,リボン巽で混合することは現実の問題としては難しい｡
当社はこのたび,これらの従来型リボン巽の問題点を解消し,高効率でかつ庵めて高精度まで対応可能な新型リボン巽『ログボーン』を開発した｡以下に『ログボーン』の良を解消する｡㊥ヘ/レカルリボン巽フレーム構造リボン巽に最適なデイメンジョーンを採用し,混合性能を向上させる｡
1. 1

フレーム構造
従来型リボン巽の問題点を明確にし,フレーム構造の効果を確認するためにそれぞれのl)ボン巽の流動状態の検討を行った｡検討手法としてほ,数値実験(数値流体力学:CFD)2)とレーザードップラー流速計(LDA)3)vLよる流速測定によった｡
第2囲1)むこ示す従来型1)ボン巽と第1図紅示すフレーム構造の1)ボン巽の軸方向流速分布を比較し第3固かこ示す｡
従来型1)ボン巽では髭拝槽中心部の撹搾軸近傍の流動状態

FI･anle甘elica】 l･ibboll

Botto111

第1図
Fig･Vol.

S7

1･ibbo11

第2図

ログポ‑ンを装備した撹排槽
1No.

LOGBORN

3(1998/12)

setintoamixing

Fig.

vessel

神鋼パンテツク技報

従来型リボン翼
2Conventional

ribbonimpeller

E3囲

軸有および軸無リボン実の軸方向流速分

s/d==1.0,w/d=0.105

布の本日達ig･. 3s/d‑1.0, w/d=0.105

Wall

Computed‑

DiffereflCe

Of helices withandwithout
impeller shaft in axial velocity
distribution

oExp.

WallComputed
Exp.

‑

0.05

o0.05

11

∽

∽

且onlpeller

丘ompeller

NN[>shaft
1＼･ith>

‑0.05

‑0.05

ー0.1

‑0.1
without shaft

F4図
ig. 4

1O3

n･em‑Re曲線の比較
Comparison
severalof n･βm‑Re
impellersc□rvesfor＼

type＼＼＼＼1O2a)

F:‑､Ll･‑･･･････････････････‑‑̲̲ゝン:ごnchol.

●三⊥‑LOGBORN＼ー＼＼＼‑＼､Pf｡‑.,ll{lT. ;hTn凸11D.
in‑peuer‑＼pfatldler.ぎ∈==q⊃､FULLZONE･㍍＼1Ol‑ミ＼̲̲.̲̲

■‑一一■一､＼＼￣■.
101

10.D

Re;極めて悪い｡つまり撹拝軸近傍では半径方向及び車由方向ミ速はほぼ"0‥,また周方向流速も撹拝軸外端の周速とほざ同じで極めて小さいo.より撹拝槽中心部の流動性が飛躍的に向上する｡さら.,混合シミュレーション及び混合実験の結果,このフt/･ムは撹搾槽中心部の流動改善以上VLログボーンの混合性喜向上に大きく貢献していることがわかった｡つまりログ‑ンはl)ボン翼とフレームの相互作用により,混合を短けるフローパターンを形成することがわかったo従来,

10510ヰ卜]ンが形成され槽底部の混合不良を解消することが出来た｡
リボン翼ディメンジョン
31.

従来型l)ボン巽の欠点を解消したフレーム構造l)ボン巽

この結果,撹拝事由近傍の混合不:,付着と言った問題が発生するo一方,フレーム構造のボン巽では撹搾軸かこ代わりフレーム構造を採用すること

1 03

lO2杏,より効率良い撹搾巽にするためVL,フレーム構造1)ボン巽レこ最適なl)ギン幅及び1)ボン巽ピッチについて検討を行った｡その結果,混合時間を最短にするディメンジョンとして従来とほぼ同じリボンピッチと従来よりも著〒広いリボン幅の組み合わせが選ばれた｡
フレームの効果及び1)ボン巽ディメンジョンの影響むこ関する詳細な検討結果については本誌別報第7頁『新型l)ボン巽｢ログボーン+の開発ヘの数値解析の適用』を参照頂

ボン系の巽に対してなされていた解釈は,フローパター

きたい｡'はほとんど同じで循環流量が増加すればそれ忙反比例し:混合時間が短くなるという考え方であった｡しかしログ:‑ンでは,フレームを挿入することにより上昇流と下降

2.

ミとの闇で流体の入れ替えが促進され混合を短縮するフロ

ヨード源粉の呈色をチオ硫酸ナトリウムで還元脱色する脱色法を用いた.チオ硫酸ナトリウム溶液は撹搾液と同筆占度I/ヾターンを作ることができるo2
ボトムリボン翼従来型1)ボン巽では第2図に示すよう忙,槽底部にはア･カー型スクレ‑パーを設置することが多いo

この撹拝賀

こ槽底部流体を半径方向に流動させる能力が弱いため槽底
帥こ混合不良部が出来易い｡これを改善するためには槽底3の流体を半径方向忙流動させ,1)ボン巽の作る上下循環己と繋ぐような流れを作る撹押葉が必要である｡そこで,[胴部の1)ボン巽が流体を上下に送る原理を応用して,疏こを半径方向に送るには,円周方向V‑対して一定の角度を≡す曲線,対数螺旋に沿って7)ボンを形成すれば良いと考̲た｡さらに槽底の鏡板に沿って滑らかに胴部リボンに接喜することを考慮した結果,第1図に示すボ†ムリボン巽
ミ考案された｡このボトムl)ボン巽と直胴部のl)ボン巽を至続させることにより撹搾槽内全域にわたるフローパタ‑ログボーンの撹拝特性

2. 1混合特性

混合性能を評価するために混合実験を行ったo実験は,に調整したものを用いたo
またチオ硫酸ナ† 1)ウムの過剰量は20%とした｡混合時間は脱色過程の連続写真から決定した｡本実験でほ,槽径0.2m,槽高0.4m,容量10β及び槽径0.4m,槽高0.8m,容量80βの大/+＼2種の撹搾槽を使用した｡
ログボ‑ンと従来型リボン巽について比較した結果を写10Pa･s及び300Pa･sの各粘度で撹拝真1,2に示す｡
動力を同一にして脱色の速さを比較した｡ログボーンでは,混合不良部の発生が無く,しかも従来型リボン巽に較ベ均一で効率良い混合が行われている｡なお写真2の従来型リボン巽では8/‑10分の時点でも撹拝軸近傍の混合が完了してない｡

上記の混合時間をn･βm‑Re線図として整理し,各種の盤拝巽の線図3)と比較して第4国に示す｡ログボーンは

神鋼パンテツク技報

Vol. 87No.

8 (1998/12)

StartLOGBORN

3 0sec.

60sec.

90sec.

120sec.

150sec.

180sec.

ヶ ‑一ー叫I'､

lI

i
㍗
しダノ

i

Conventional

ribbon塞
写真1i‑㍉恕,32.6rpm,

ログボーンと従来型リボン巽の混合性能の比較(Re‑10,

Photo･義ど,…･:,三野&*

1 Comparisonof mixir)g

performance

LOGBORN

2min.

Start

LOGBORN

betweenand4min.

10Pa｡s)conventional

ribbon6min.

impeller

10min.

8min.

よ1蔓･空清:I

I

Conventional

ribbon

㍗.与野㍗

蓋∋
写真

2Photo.

10rpm,

ログポーンと従来型リボン巽の混合性能の比較(Re‑0.03,
2 Comparisonof mixing
Start

LOGBORNi晦＼ヽん

performance
2min.

betweenLOGBORN

3min.

and300Pa･s)

conventional

4min.

5min.

ribbonimpel]er
10min.

‑15min.

20min.

I〜...ド/〆V

Conventional

ribboll

塞
写真3Photo.

ミ蛋

andconventional

ribbonirnpeller

inmiⅩing

Re<20の完全層流域で従来用いられているどの撹拝巽よりも小さなn･βmであり,優れた混合性能を有することがわかる｡特にRe<5の高粘度では従来型l)ボン巽の半分以下のn･βmである｡つまりログボーンは従来型リボン巽と同じ混合性能(同じ混合時間)を得るのに1/2以下の回転数で十分であり,鑑搾動力的むこは従来型リボン巽の(1/2)2‑1/4以下で十分であることを意味する｡また,同じ撹群動力で撹拝した場合,ログボーンは従来型1)ボン巽の半分以下の時間で混合が達成可能であることを意味する｡
一方,実際の撹拝操作では前述の様な同一粘度液の混合よりも粘度の異なる液同士の混合が多く,その方がプロセス上問題になる場合も多い.そこで粘度が異なる液の混合実験として,ヨウ素で着色した約16Pa･sの粘度の水飴水溶液50βを0.001Pa･sの粘度のチオ硫酸ナトリウム水溶
Vol.

87

16Pa･sの液に0.001Pa･sの液を添加)

ログボーンと従来型リボン巽の異粘度液の混食性能の比較(32.6rpm,
3 LOGBORN

No.

3(1993/12)

of watery

additives

intoviscous

syrup

液1eで脱色する実験を行った.ログボーンと従来型リボン巽について比較した結果を写真3に示す｡両巽の撹拝動力をほぼ同一にして脱色の速さを比較した｡ログポーン
は,従来型リボン巽の1/4の時間で脱色が完了し,緩めて効率良い混合が行われてし､ることがわかる｡
このようにログボ‑ンは帯占度が高くなれはなるほど,普た粘度の異なる液の混合の様に鑑禅条件が厳しくなれはなるほどその真価を発揮する｡
2. 2
動力特牲
動力特性は歪ゲージを用いて測定した5)｡ログボーンと従来型リボン巽のNp‑Re線図を第5図に示す｡
Re数は,高粘度撹搾巽の動力特性を示す値であるNp
液張り込み高さ
H/D‑1.25において従来型lリボン巽: Np･Re‑360[‑]

神鋼パンテツク技報･ログボ‑ン:Np･Re‑400[‑]

104
LOGBORN

Convelltional
Motorribbon

1､hel̀皿OC Otl p上e

Slip‑rlllg

103
Cold

jullCtioll

Vesscl102aa

Data lclgger

101

盟̲+
100

101
Re

第5図
Fig.

Flollrmeter

Impeller

power

卜】

characteristic1)し1111p

第6図
Fig･
Np‑Re

皿edhlm103

102

撹梓動力特性Np‑Re線図
5Ileating也

伝熱実験装置概略図
6

ScherrLatic diagramof the heattransfer

test

apparatus

diagram

ヒなり,ログボ‑ンでは従来型l)ボン巽に比べ約10%大き

第1表口グポーンと従来型リボン巽伝熱係数の比較(粘度: 10′‑100Pa･s,回転数:32.6rpm)'Ilable 1

Comparisonof heat

LOGBORNandヽo

二のNp･Reの10%の増加は7レ‑ム設置に起因する｡
:. 3
伝熱特性

lmpeller

limpeller

141

Conventional

熱実験装置及び測定システムを用いた.撹拝槽は混合実験

ribbonh[W･m12K￣1]

LOGBORN

伝熱特性を評価するために第6園に示すジャケット式伝between

transfer coeficientconventional

129

ribon

:用いた槽径0･4mのものと同形状である.温度計測にほ巨鯨径0.3mmの鋼･コンスタンタン熱電対を使用した｡
この装置では,熱媒(温水またほ冷水)流量とジャケッ
卜出入口温度を測定し,撹拝槽内の髭搾液の温度を測定す
5ことにより総括熱伝達係数を測定できる｡また,槽壁内

むすび新型ダブ/レヘl)カ)I,I)ボン巽『ログボーン』について,
その構成とテス､トで確認した撹搾性能をいくつか紹介しニ設置した熱電対により槽壁での局所熱流束を測定し局所熱伝達係数の測定もできる構造となっている｡

た｡ログボ‑ンの性能がユーザ各位の高精度撹拝プロセス

ログボーンと従来型リボン巽について水飴水溶液の加熱牢験を行った.その結果,第1表に示すよう忙同一撹拝粂ともログボ‑ンをユーザ各位の個々のプロセスに対応させ半でログボ‑ンの槽内側境膜伝熱係数は従来型リボン巽のtれよりも約1()%大きく伝熱性能も優れている.また槽
勺の温度偏差も従来型l)ボン翼の半分程度と/J＼さく温度均一性にも優れている｡
Lの改善,改良紅結びつくことを期待している｡また,.今後るための実験と改良忙積極的VL取り組んで行きたいo〔使用記号〕
D:撹拝槽径d:撹拝賀スパン

[m]
[m]

E:液深[m]:境膜伝熱係数[W･mI2K￣1]:撹拝翼回転数:撹拝動力数[s￣1]Pv:単位容積当りの撹拝動力[kW･m￣3]

Re:撹搾レイノ)I,ズ数‑pnd2/iL[‑]

Vz:軸方向溌速[m･s￣1]βm:完全混合時間[s]p:撹拝液密度[kg･m‑3]〃:撹搾液粘度[Pa･s]也

ログポーンの特長及び用途

n

《特長≫

Np

①混合不良部が無い｡㊤従来リボンの1.5倍‑4倍の混合性能を有する｡㊥従来型1)ボン巽の20‑50%の塩粋動力で同等の混合性能を発揮する｡④高粘度液中に低粘度の添加液を効率良く混合出来る｡①混合可能な最大粘度は3000Pa･sを越える｡㊥撹拝軸への付着が無い｡[‑]〔参考文献〕①槽内の均一な温度分布が得られる｡⑧皿塾,半楕円,コーン塑底板に対応可能《適用分野》
ログボーンの特長を清かした適用分野として①汎用高精度混合槽,④高精度用バッチ反応槽及び④潜取除去方式のスチレン重合機を例とする高精度用連続重合曹が考えられる｡

1)高分子学会:高分子製造7oロセスのアセスメント8,(1986)

2)高田‑貴,佐藤栄祐,菊池雅彦:神鋼パンテツク技報
3 (1990)
34, No.

Vol.

3)高田‑資,伊藤久善,菊池雅彦:神鋼パンテツク投報
36, No.
3 (1992)

γol.

4)菊池雅彦,高田‑貴,伊藤久幸,佐藤栄祐:神鋼パンテツク
35, No. 1 (1991)
技朝Vol.
5)岡本車道,神鋼パンテツク技報Vol.

神鋼パンテツク技報

Vol131, No.

3(1987)87 No.

3(1998/12)