撹拝におけるバッ
BclffJe

フル効果

Effe{11for

NL盲xing(化)技梼部

設計第1課

徳岡

Hiroyuki

Baffleis inserted

form

flow

pattern

Flat

plate

bafflesofnumberThis paper

baffle

and

まえ

toto

be

every

vesseltoaimed,aregenerally

andbafflewidth.

baffleeffectdescribes

clearance

がinalmostvesselfor mlXlng
frow

used

controlin agitatedbasicalonlowaviscosity

characteristic
vessel,mlXlngandthere

andfrom

Operation

洋■由Tokuoka

liquid. It's

reasonsaretopromotebeattransfer.

aremanyreports

pointoftheon

inserttothe

depthwall.

きconst,撹拝槽におけるバッフ)I,の役害IJは,撹拝巽に比べ地味であり払われる関Jbも少なくなりがちであるが,低粘度撹搾
では大抵の場合,バッフルが挿入されている｡その理由として次の3点が挙げられる｡(1)撹拝目的に応じたフローパターンの形成(2)撹搾動力,吐出流量,秀断速度等の流動特性値の制rc<r<r2)が形成されるため,軸中心部と槽塵部とで圧力差が生ずることによる｡この状態では周方向の回転流が支配的であり上下循環流は少ない｡バッフルは周方向回転流を上下循環流へ変換するために挿入され,このとき固体的回転部の領域は減少する｡そして固体的回転部の領域の減少は,動力数Npの増加となる｡(3)伝熱面積の確保

一般に挿入されるバッ7/レの強さはバップル幅とバッフ
4枚の平板バッフルでは,W/D≡≡
ル本数で表されている｡
0.13で完全邪魔板条件となるが,通常の撹拝槽ではW/D

また(2)の流動特性値からみたバッフルの作用は次の通り≦0.1で選定されるケースが多い｡このような完全邪魔板御である｡①

動力数Npの増加㊤

吐出循環流量係数Nqの増加
勢断性能(Np/Nq)1/2･d/Dの増加

㊥a)

B

B

バッフ/レの選定では,バッフルの形式,取付位置及びバ//∫ッフ/レ強さ(動力数Npを変化させる強さ)の決定を行う
が,一般FL用いられるバップ/I,は,平板バッフルが圧倒的Aに多い｡平板バッフルの場合,バッフル幅や本数を扱った

A7

報告例は多数ある｡しかし,挿入深さや槽壁とのスキマを扱った報告は極めて少ない｡実際の鑑拝槽型反応槽では,平板バッフルはもとよりフィンガーバッフル,H＼rc
1｢￣￣rlD塾バッフ〟,丸バッフルや伝熱管を兼用した蛇管コイル,ヘアピンコイルなど種々の形式が用いられている｡
本稿では,このうち平板バッフルの挿入探さや槽壁とのbI

スキマに着目し,動力特性,混合特性など撹拝の基本的操作に対するバッフル効果忙ついて述べる｡

1.動力数Npに与える影響dチr2/D

円筒型撹拝槽内においてバッフルの無い条件で巽を回転させると,第1園に示すよう忙液自由表面中央にくぼみが生ずる｡これは巽と共回りする固体的回転部(強制渦:a‑const,t7Tol. 86

r<rc
No.

8

第1図
Fig.

バッフルの無い撹拝槽内のフローパターン1の領域)及びその外側に自由渦(ur‑(1992/12)

神鋼パンテツク技報

Flowpattern〔S. Nagata:of agitated vessel underMixing(1975)〕

unbaffled

condition

H/D=1.25

10

Ⅲ/D= 1.25
C/D‑0.025

h/L‑1.0Pv

TLlrb ine
FULLZONE
Pfaudlet･l/●//5ar//:石ー.0‑‑0‑tL

collSt=30
o1､しIrbi11e①

PfaしIdler●FULLZONETtlrbinev7ith

01

foしu･baffles,,･′

12()o/ノH/D‑1.25

Turbille

0‑‑=‑0

PfaしIdler●‑‑‑‑●FULLZONEiTurl)ine

0.01

with

孟
0.1

foし1rbaffles

O.i

芹2囲ト]

Relation
andof

insert depth

of

0.3

[‑】
10

槽壁とのすきまとNpの関係

Fig.

3

バッフル挿入探さとNpの関係
2

0.2

C/D
1第3国

11/L
rig.

C/D=0.025○‑‑‑‑‑‑oRelation
andof clearance

tovessel∇alI

NpbaffleNp
0.5

粂件以内のバッフル幅(W/D)とバッフ)I,本数(nB)忙対㌻る動力数(Np)の関係式が永田らにより報告されてい第4図

バブフル挿入深さと混合時間の関係Fig●. 4Relation

ら｡

baffle=Np
̲辿‑
ma文一Np∝2(1‑2.9(W/D)1･2･nB)･タービン巽

･ファウドラー巽:Npoc(h/L)0･31

iる影響を調べた｡その結果を第2図及び第3図に示す.
撹押葉の比較には努断型の代表としてタービン巽,吐出･フルゾーン巽:Npoc(h/L)0･50

盾環塾の代表としてファウドラー巽をそしてワイドパドル･タービン巽ブフ)I,強さをW/D‑(nBXW)/(4×D)と定義すれは,1/L‑1の条件がW/D‑0.05のバッフル強さとなるo･ファウドラ‑巽:Npcc(W/D)0･25

タービン巽の場合はW/D‑0.08‑0.1の組み合わせが一般的
ごあるがファウドラー巽やフ)I,ゾーン巽ではW/D≦0.05
W/D≦O105
Dバッフル強さを標準的に選定しているため,
なお,その他の

24,:Np‑(W/D)0･46h/LとW/Dの両者の指数を比較してで報告されている｡
みると,メ‑ピン巽ほはば同等であるがファウドラ‑巽は也/L のほうが若干大きくなっている｡これはバッフル幅(W/D)よりバッフル挿入深さ(也/L)のはうが,N｡を減少させる固体的回転部の生成により寄与する傾向があることを示している｡

槽径:￠400mm

次に,第3図の平フ阪バッフルの槽壁とのスキマとNpの液深:500mm

関係をみると,メ‑ビン巽,ファウドラー巽とも:1.25

ファウドラー巽
フルゾーン巽

timeNo.

クフ)I/を下鏡のT.L.まで挿入した場合を示している.バ

撹搾巽:メ‑ビン襲

mixing

一方, NpとW/Dの関係について弊社の既報(Vol.
1 1980)を引用するとW/D<0.033ではD代表としてフ)I,ゾーン巽を用いたo平板バップ/I,は槽径h/L‑1の条件がバDIO%幅とし,2枚設置している.

冗/Dof insert depthof
and:Np‑(h/L)0･44本稿ではバツフ)I,挿入探さと槽壁とのスキマがN,に与Dバップル強さに主眼をおいて比較したo
集件を次に示すo

1.0ト]

b/L

d/D‑

C/D>

0.2で明かなN｡の低下が見受けられる｡これは第2囲に0.4

d/D‑

0.55

示されるNpの低下と同様VL固体的回転部の増加によるもd/D‑0.6のと考える｡第3国の平板バッフ/レの場合,槽壁とのスキバッフ/t'幅,本数の変化に伴いNpが変化することはす
で忙述べたが,バッフ)1,挿入深さによってもNpが変化す

マは大抵C/D<0.1の範囲で使用されているため,この範囲でのスキマの選定匠対してはNpの増加,減少を特に考慮する必要がないと考える｡

ることが第2固から読み取れる.このことからNpはバッ2.混合時間に与える影響フル幅,本数だけに依存するものではないということがいNpがえる｡なお,バッフ)I,を引き上げていくことによりた,バッフル挿入探さの変化による混合経過の比較を写真

坂下するのは先に述べた固体的回転部(rc)の増加によるものと考える｡
第2国をもとにバッフ/レ挿入深さとN｡の関係をまとめると次のようになる｡

第4図にバップル挿入深さと混合時間の関係を示す｡ま1に示す｡撹拝巽,バッフル,字夜深はNpの検討に用いた条件と同一である｡なお,混合時間の決定はヨ‑ド澱粉の呈色をチオ硫酸ナTlリウムで還元脱色する脱色法によるoタ‑ビン巽,ファウドラー巽共にバップルを引き上げす

神鋼パンテツク技報

VTol. 86No.

8 (1992/12)

Turbine
Pv=0.3Pfat)dler

kW/n8b/L‑1

Pv‑0.3b/L‑0.5

h/L‑FUIJLZONE
Pv‑0･15

kW/m8b/L‑1h/L‑10.25

Star t

Start

Start

2sec2 sec

2 sec

3 see

3 sec

3 see

4sec

4 sec

4 see

66sec

sec

写真1混合経過の比攻
PllOtO.

1

Comparison!W/m3
h/L‑0.25

FL‑0.001Pa･s
in transition of mixing

タービン巽,ファウドラー巽共,槽壁とバッフルのスキぎると混合時間の増大を招くo特むこ,h/L‑0.05という条
件ほ周方向の回転流が支配的で,上下循環流が少ないといマが槽径の約10 %を越えると混合時間が増大する｡一方,混合時間が最/J＼となるスキマはタービン巽とファウドラ‑巽では異なる｡混合時間杏/J＼さくするC/Dの条件は,フうバッフル無しの流動状態に近くなっているため混合時間ァウドラー巽の方がタービン巽よりも大きい方VL存在してが増大したものと考える｡次に混合時間が最も′J＼さくなるいる｡特に,ファウドラー翼の場合C/D‑0.1で混合時間が最′J＼となる｡この条件をバッフ/レの中心位置忙置き換えバッフ)I,挿入深さVL着目すると,タービン巽の場合はh/L‑0.5であり,ファウドラ‑巽の場合ほh/L‑0.25とタ‑ビン巽に比べバッフ)I/挿入探さの′J＼さい方むこ混合時間が最ると槽径の約70%にあたり,ファウドラ‑巽でよく組合わ小となる条件が存在している｡このことは回転流を強く抑制する必要が少ないというファウドラー巽の特性を示してぼ相当している｡
混合時間の短縮は吐出循環流量係数Nqの増大VLよるもいると考える｡

2‑10回の循環で十分な混合状態が得のである｡一般に,られると言われており,この考え方を用い混合時間から各巽のNqを推定した｡次にその推定方法を示すo

一方,フルゾーン真の混合時間はタ‑ピン巽,ファウドラー巽とは異なりバッフルを引き上げることVLよってわずかでほあるが壬曽加していく傾向がある｡このことからフ)I,
ゾーン巽は鏡T.L.付近までバッフルを挿入した方が混合効率が良いということがいえる｡

されるフィンガーバッフ)I,やD型バッフ)I,の取付位置には混合時間紬と髭押葉紅よって生ずる吐出循環流の平均循環時間Ocとの間には次式に示すような比例由係が成立する｡

次に,第5図に槽壁とのスキマと混合時間の関係を示す｡
Vol.

86

No.

8(1992/12)

神鋼パンテツク技報

30

Oh(‑koc

Ocは槽内の液容量Ⅴと吐出循環流量Qcを用いると次式三菱されるo20(Oc

V/Qc

‑

｢■｢1l

Qc‑Nqnd3

ここでこってNqは次式で与えられる｡
Nq‑Ⅴ･k/(OAl･nd3)

H/D‑‑ 1.25
也/L=1.0qゝ

⊂iPv

≡

lO

二の式からNqとn･Onqは次式VL示す比例関係で表されるoNqocl/(n･ ohl)

Turbine￠Pfatldler●FロLLZONE

令Turbjr]ew地fotlrbaffles‑なわち混合時間が/J､さくなれば吐出循環流量係数Nqは:の逆数KL･比例して増大することを表している.
第1表むこ代表的なバッフル条件でのNqの比較を示すoconst

O0.1

こお,第1表に示すNqは測定した混合時間から循環回数

第5園

0.2ト]

C/D

槽壁とのすきまと混合時間の関係:2回(k‑2)として算出した値である｡
以上の結果より,2枚平板バッフルを使用した鑑搾槽にFig.

｢ける〜昆合時間からみた最適な挿入深さとスキマの関係ほi6図となる.

3.適用例の紹介

5

Relationof clearance

tovesselwallandmixingtime

3. 1国液撹拝に与える影響

すなわち効率よく混合を速成させるためには使用する鑑

固体粒子の撹拝R=関しては三つの基準がある｡一方はオ三巽に適したバッフ)I,挿入深さや槽壁とのスキマが存在す

フボームの撹搾であり,もう一方は粒子の均一浮遊の撹搾'ことをよく考慮し選定することが重要であると考える｡

である｡

第2表に各巽のバッフル挿入深さむこ対するオフボトムとど l表(a)able

h/LによるNqの変化

1 (a) Change

Nq

of Nq

1*1
1.14

1.57

for h/L(Turbinehip,Iユ/L

自由液表面近くの粒子凍度(のの比較を示す｡なお,固体

0. 5

2.28

rFULLZONE

Pfaudler
1

0.25

0.61

0.83

第 2表

Table

2

1.84

1.34

C/DによるNqの変化
of Nq

血p･i

1Turbine

APv

1.0

115

0.054

1〜〜

0.75

115

0. 050

0.5

115

0.25

114

しH
t･=

○for C/D

FULLZONE
4･〔R/ 〔kW/M]
m8]

a(⊃
J=

I (b) Change

Pfaudler中[RM']

Oable

Pv!b/L〔k冨らト〕
n*平板パワフル4枚の場合を示す

r l表(b)

Turbine

blp.

0.25

1

バッフル挿入探さと粒子浮遊の比較
of h/L for uniform
solids suspension

Compari'son

〔‑〕

:β

00.1

00.1

00.05

Nq

1.46

1.75

0.61

0.81

1.35

2.16

[k%.[‑]

135

0.123

450.040

133

0.105

450.039

0. 044134

0.096

450.039

0. 042132

0.074

450.039

80

0.154

0.250

87

0.157

0.288

93

0.153

0.30

93

0.107

0.30

‑

Flat

Flat
2

2 ‑baffles

中[RM/]LFULLZONE

pfaudler

PvaFlat2‑baffles‑bafflesC=

JC=し【■つ0.05 Dll

0.1D

C=0.05D

⊂⊃

JLL?
〜W‑

J=

く=>

0.1D

JJJl!

W=,GllJ

W=0.1D,f=Vol.

S6 No.

0.1D

T.L.

TL.

Tllrbine

F口LLZ()NE

Pfatldler

ぎ6図

混合時間からみた2枚平板バッフ)I,使用時の最適条件

ig･ 60ptimurncondition

ontwo

flat baffles

from

point

ofmiⅩingtime

神鋼パンテツク技報

8 (1992/12)

粒子は比重1･3/粒径600‑800pのイオン交換樹脂を使用

第 3

表し,嵩体墳で30%投入した｡したがって,自由液表面近く

Table

3

バッフル挿入深さと表面ガス吸収性能の比較
of h/L forperformanceof gasComparison

absorption

fromsurfaceの粒子凍度が30 %むこ到達すれば,一様珠度の撹群が達成されていると考えることができる｡

lmp

Turもine I

pfaudler

まず,オフボトムに必要な回転数に着目すると,各巽とら/L

Pv

KLaPv

KLaPv

もほぼ一定の回転数になっている｡このことはオフボトム

1.01.5

4.0

1.5

3.1

0.35

14.1の鑑粋がバッフ)I,挿入探さに依存せず,巽そのものの特性

0.25

1.5

88.4

1.5

94.5

0.35

54.8

lFULLZONE
KLaに依存することを示していると考えるo
一方,粒子の均一浮遊に対してほバップ/レ挿入深さの/J＼
さい方が同じ動力で比較した場合,自由液表面近くの粒子濃度を高くすることができる｡すなわちバップルを引き上げて使用したほうが,粒子の均一浮遊に対しては良いという結果が得られた｡
以上のことから粒子均一浮遊に対して平板バッフルを使用する場合は,バッフル挿入探さを′J＼さく選定する方が動力効率が良いと考える｡
3.

表面ガス吸収性能に与える影響

2

第3表にバッフ/I,挿入探さと表面ガス吸収性能の代表例の比較を示すo表面ガス吸qXJ性能は水‑空気系で,撹拝VLより表面から液中に巻き込まれた空気中の酸素が水に溶解していく速度を測定し,KLaを算出した.

バッフル条件下で積橿的にボルテックスをつくり,表面更新を多くするよう撹拝賀,バッフルを選定してきた｡その点,本データほ如実にその内容を表しているo特むこタービ
也/L‑1ではほとんど表ン巽,ファウドラー巽は顕著で,面ガス吸収が得られないのに対して,h/L‑0.25では大幅にその性能を向上させることができるo
フルゾーン巽の場合は,もとも■と表面ガス吸収にすぐれているためタービン巽やファウドラ‑巽はどバッフ)I,の影響を受けないが,それでもバッフ)I,を引き上げることにより約4倍のKLaを得ることができる｡
以上のことから表面ガス吸月又に対してはボ/1/テックスが形成されやすい挿入深さの小さい条件を選定すべきであると考える｡

すび一般に,バッフルについては完全邪魔板条件に近い平板バッフルが選定されるケースが多く,撹拝目的に応じて挿入探さ等が検討されるのほまれであるo特に,不必要紅バッフルをきかせすぎると動力の増加と撹拝効率の低下を招くことになるo撹拝槽の設計では平板バッフ/レは下部T.L.
まで挿入するのが一般的であるが,混合時間,粒子の浮遊懸濁,ガスの表面ガス吸収いづれの場合でも程度の差こそあれ,バッフルは引き上げて使用した方が効果的であるという結果を得たo
この点で本稿がユ‑ザ各位のバッフル選定のご参考になれは幸いである｡
バッフルの役割として完全邪魔板条件に近いバッフ/I/粂

Vol･ S6No.

8 (1992/12)

どに有効と考えられる.また伝熱管を兼用したバ?フルでは伝熱面積の確保が優先するため,虎拝技術検討の対象に挙げられるケースが多い｡例として,蛇管コイルの場合は中高粘度域でのコイル‑槽壁間の流動がよく問題にされる｡また,̲.‑アピンコイ)I,の場合は槽内に多数設置したときのNpの推定が非常に困難となる｡
今後は,強いバッフル条件や特殊なパワフルFL着目し,形状,配置などが撹搾特性に与える影響を解きあかしていきたいと考えている｡〔記号説明〕C

当社では過去の経験から,表面ガス吸収に対しては弱い

む

件では,特紅秀断特性を必要とする鞍滴,気泡の微細化な也

D:槽壁とバッフルのすきま:槽内径d:巽径H:液深〔m〕

h:液表面からの/i;ッフル挿入深さ

KLa:ガス吸収容量係数〔m〕〔1/Ⅱr〕

L:液表面から鏡T.L.ま7fの高さ〔m〕

n:撹押葉回転数

〔1/s〕

nB

mm

:バッフル枚数[‑]Np:動力数[‑]

Nq:吐出循環流量係数:単位容積当たりの撹拝動力

[‑]

Pv
Q｡

:撹搾翼吐出流量〔m3/s〕

ur:周方向流速〔m/s〕

V:槽内液容量W:バッフル幅〔m3〕〔m〕

β￠:平均循環時間
:混合時間

〔s〕

￠:自由液表面付近の粒子壊度

〔‑〕

a:角速度

〔rad/s〕

eL(I〔kW/m3〕〔s〕〔参考文献〕
1)松本,井上ら:化学工場,第26巻,第4号
24 No. 1 (1980), p. 1
2)平井等:神鋼パンテツク技報Vol.
3 ) S･ Nagata : Mixing,
Kodansha,Tokyo(1975)
4)橋本健治:エ業反応装置,培風館(1984)
5)村上ら:鑑拝･混合･混練･分散技術集成,(1991)

神鋼パンテツク技報

REALEZE

INC.