JP2001179068A - 邪魔板付き攪拌装置及びそれを用いた攪拌方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液量増加を伴う半回分式の操作により攪拌を
行う場合など攪拌槽内の液量が少量でも良好な混合性能
を得ることができ、構造や操作も簡単な攪拌装置及び攪
拌方法を提供する。 【解決手段】 筒状の直胴部２とその下端の下向き凸状
の底部３とを有する攪拌槽１に攪拌軸４を配し、攪拌軸
４の下端に攪拌槽底壁面３ａに近接して攪拌翼５を設
け、攪拌槽直胴部内側面２ａに上下方向にのびる直胴部
邪魔板６を攪拌槽１の周方向に間隔をおいて設け、攪拌
槽底壁面３ａに、直胴部邪魔板６の内側縦辺６ａの位置
より攪拌槽１中心に向かって突出する底部邪魔板７を１
枚または攪拌槽１の周方向に間隔をおいて複数枚設けた
攪拌装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体混合または気
液混合を効率的に行うことができる撹拌装置及び攪拌方
法に関するものであり、さらに詳しくは、例えば液量変
化を伴う半回分式による攪拌操作の初期段階のように攪
拌槽内の液量が少ない場合にも良好な攪拌、混合性能を
得ることができる攪拌装置及び攪拌方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】通常、液体混合や気液混合を行うための
攪拌装置における撹拌槽は、例えば円筒形の直胴部と、
その下端の縦断面半楕円形あるいはコーン形状の下向き
凸状の底部から構成され、攪拌槽の中心に槽外から回転
可能に配置した回転軸に攪拌翼が設けられている。さら
に、前記撹拌槽内には、槽内液と攪拌翼との供廻りを防
止するととともに撹拌翼による旋回流を上昇流あるいは
下降流に変化させて混合性能を向上させるために、例え
ば特開平８−２８１０８９号公報、特開平１０−１７４
８５７号公報、特開平１１−２６７４８４号公報あるい
は特開平１１−２６７４８５号公報に記載されているよ
うに、撹拌槽の直胴部に、上下方向にのびる邪魔板が２
〜４枚程度周方向に間隔をおいて設置されていることが
多い。槽内液量変化のほとんど無い回分式操作のみなら
ず、例えば、反応熱や重合熱が大きい成分を連続的に攪
拌槽内に追加して発熱量を徐熱能力に対応させることで
槽内液の温度制御を行ったり、反応系の品質安定性を高
めるため、あるいは一つの攪拌槽内で複数の反応を副原
料を追加しながら段階的に行うことで攪拌槽の数を減少
させる場合などのように、液量変化を伴う半回分式操作
においても、同様の攪拌装置が用いられている。

【０００３】また、攪拌翼としては、例えば前記特開平
８−２８１０８９号公報、特開平１０−１７４８５７号
公報、特開平１１−２６７４８４号公報さらには特開平
１１−２６７４８５号公報に記載されているように、液
量が少ない場合にも攪拌可能とするために、攪拌槽底部
の底壁面に近接して攪拌槽が設けられている。このよう
に槽内の液量が少ない場合にも撹拌可能な撹拌翼として
は、アンカー翼の他、例えば、三菱重工（株）製のサン
メラー翼、佐竹化学機械工業（株）のスーパーミックス
翼、綜研化学（株）製のＨｉ−Ｆミキサー、神鋼パンテ
ック（株）製のフルゾーン翼、住友重機（株）製のマッ
クスブレンド翼（以上の翼名は全て商品名である。）の
ように、撹拌槽底部の底壁面との間に僅かな間隔をおい
て底壁面に近接した翼を有するものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、攪拌槽
内の液量が少ない状態での攪拌操作の場合、例えば槽内
の液量増加を伴う半回分式操作を伴う撹拌の初期段階な
ど、直胴部以下にしか液体が存在しない低液量状態で撹
拌を行う場合、直胴部に設置された邪魔板の効果が期待
できず、良好な混合性能は得られない。従って、そのよ
うな場合には、撹拌翼による旋回流のみでの混合になる
ため、良好な混合をあきらめることが多かった。特に、
攪拌開始からの槽内液量の増加が５倍以上となるような
半回分式操作による攪拌の場合には、攪拌開始直後には
直胴部の邪魔板に全く槽内液がかからず、直胴部邪魔板
による効果は全く期待できない。しかし、品質や熱交換
などの観点から、このような低液量でも良好な混合性能
を必要とする系は多数存在する。そこで、直胴部邪魔板
の効果が期待できないほど低液量の場合に良好な混合性
能を得ようとすれば、撹拌翼の回転数を高くするなどの
操作を行う必要があるが、操作、装置とも煩雑になり、
実設備でのコストも高くなるため、実用的な方法とは言
い難いものであった。

【０００５】本発明は上記のような従来の攪拌装置及び
攪拌方法における問題点に鑑み、液量増加を伴う半回分
式の操作により攪拌を行う場合のように、攪拌槽内の液
量が少量の場合であっても、良好な混合性能を得ること
ができ、しかも構造や操作も簡単な攪拌装置及び攪拌方
法を提供せんとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため鋭意研究した結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明に係る攪拌装置は、筒状の
直胴部と該直胴部下端の下向き凸状の底部とを有する攪
拌槽に攪拌軸を配し、該攪拌軸の下端に前記攪拌槽底部
の底壁面に近接した攪拌翼を設け、前記攪拌槽の直胴部
内側面に上下方向にのびる直胴部邪魔板を攪拌槽の周方
向に間隔をおいて設けるとともに、前記攪拌槽底部の底
壁面に、前記直胴部邪魔板の内側縦辺の位置より攪拌槽
の中心に向かって突出する底部邪魔板を１枚または攪拌
槽の周方向に間隔をおいて複数枚設けてなることを特徴
とする。

【０００７】前記底部邪魔板は、直胴部邪魔板と同じ幅
とすることができ、また、直胴部邪魔板と同数設けるこ
とができ、さらに、直胴部邪魔板と一体に設けることが
できる。前記底部邪魔板は攪拌槽底部の底壁面と間隔を
あけて設けることが好ましく、また、底部邪魔板の先端
を攪拌翼に近接して設けることが好ましい。

【０００８】また、本発明に係る攪拌方法は、上記のよ
うな攪拌装置を用いて、攪拌開始からの液量増加が５倍
以上になる半回分式操作による攪拌を行う、また、上記
のような攪拌装置を用いて、粘度が５Ｐａ・ｓ以下の液
体を含む系の攪拌を行う、というものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る攪拌装置及び攪拌方
法を、図１に示す実施例の攪拌装置に基づいて更に説明
する。攪拌装置は、筒状の直胴部２と該直胴部２下端の
下向き凸状の底部３とを有する攪拌槽１を備える。前記
攪拌槽１の中心には、モータなど図示しない駆動手段に
より攪拌槽１の外部から回転可能な攪拌軸４を設けてあ
る。該攪拌軸４の下端には、攪拌槽１の底部３の底壁面
３ａに近接して攪拌翼５を設けてある。そして、前記攪
拌槽１の直胴部２の内側面２ａには、上下方向に直胴部
２の下端までのびる直胴部邪魔板６を攪拌槽１の周方向
に間隔をおいて複数設けてある。さらに、本発明の攪拌
装置においては、前記攪拌槽１の底部３の底壁面３ａ
に、前記直胴部邪魔板６の内側縦辺６ａの位置より攪拌
槽１の中心に向かって攪拌翼５の方向に突出する底部邪
魔板７を設けてある。この底部邪魔板７は、攪拌槽１の
底部３の底壁面３ａとの間に適宜間隔をおいて、または
底壁面３ａに接した状態で、１枚または攪拌槽１の周方
向に間隔をおいて複数枚を設けてある。

【００１０】上記のように本発明の攪拌装置の底壁面３
ａに設けられる底部邪魔板７は、撹拌槽１内の直胴部２
より下部にある撹拌槽底部３の底壁面３ａに、直胴部邪
魔板６の内側縦辺６ａの位置よりも攪拌槽１の中心に向
かって突出した状態に設ける必要がある。即ち、一般に
直胴部邪魔板６の水平方向の幅ｗ₁は、混合性能などの
点から、攪拌槽１の内径ｄ₁の１０％前後が好ましいと
されており、直胴部邪魔板６の幅ｗ₁をそれ以上大きく
すると、逆に混合性能を低下させてしまったり、攪拌軸
４の回転に過大な動力を必要とするなどの問題が生じ、
効率的な混合が阻害されるおそれがある。しかし、本発
明で設ける底部邪魔板７における底壁面３ａにそった水
平方向の幅ｗ₂が前記直胴部邪魔板６の幅ｗ₁と同じ程度
では、単に直胴部邪魔板６を底部３の底壁面３ａにまで
延長した場合と変わるところはなく、本発明の目的とす
る低液量での良好な混合性能を得ることができない。こ
れに対し本発明では、底壁面３ａにそった底部邪魔板７
の水平方向の幅ｗ₂を直胴部邪魔板６の水平方向の幅ｗ₁
より大きくする、即ち、底部邪魔板７を直胴部邪魔板６
の内側縦辺６ａの位置よりも攪拌槽１の中心に向かって
突出した状態に設けることにより、槽内液が直胴部邪魔
板６にかからないほどに低液量の場合であっても、良好
な混合性能を発揮することができるのである。この底部
邪魔板７の水平方向の幅ｗ₂、即ち底部邪魔板７の半径
方向長さは、撹拌翼に接しない範囲で長い方が好まし
く、底部邪魔板７の先端が攪拌翼５に近接した状態に設
けることが好ましい。この底部邪魔板７を底壁面３ａに
そって長く設けるほど低液量での攪拌性能が向上し、ま
た、より低液量の攪拌操作にも対応可能となる。一方、
この底部邪魔板７の長さが短い場合には、極少液量の場
合には、直胴部邪魔板６はおろか、この底部邪魔板７に
すら液がかからず、底部邪魔板７による混合性能向上効
果が得られないことがある。

【００１１】前記直胴部邪魔板６や底部邪魔板７の形状
や設置数は、特に限定されるものではないが、通常の場
合、直胴部邪魔板６は、直胴部２の内側面２ａに、混合
性能を考慮した所定の幅に設定された上下方向にのびる
長尺状の平板が、攪拌槽１の周方向に間隔をおいて２〜
４枚程度固着される。また、底部邪魔板７の形状は、前
記混合性能を勘案して設定された直胴部邪魔板６を同様
の幅とすることが好ましく、また、図示したように直線
状に設けてあってもよし、撹拌槽底部３の底壁面３ａの
形状に沿って湾曲した形状でも良い。底部邪魔板７の数
は、１〜４枚が好ましく、より好ましくは、底部邪魔板
７の設置数を直胴部邪魔板６の数と同一にする。直胴部
邪魔板６と底部邪魔板７とは別体として設けてもよい
し、図示したように一体に設けてあってもよい。また、
直胴部邪魔板６と底部邪魔板７は、それぞれ直胴部２の
内側面２ａや底部３の底壁面３ａと接して設けてあって
もよいが、これら邪魔板背面側における液滞留を避ける
ため、それらの面との間に間隔ｃ₁、ｃ₂をおいて設ける
ことが好ましい。底部邪魔板７と底壁面３ａとの間隔ｃ
₂は、直胴部２での直胴部邪魔板６と内側面２ａとの間
隔ｃ₁と同一あるいはそれ以上であることが好ましい。
底部邪魔板７の場合には、底壁面３ａとの間隔が広くと
も、液量が少ない分だけ直胴部邪魔板６に較べて混合性
能への影響が少ないと考えられるからである。

【００１２】なお、上記のように特別に底部邪魔板７を
設けるかわりに、内部コイル等の槽内付属物を設置する
際のサポート材に板を取り付けて、上記のような底部邪
魔板７と同様の機能を付与しても良い。

【００１３】攪拌槽１の形状は円筒形状であるのが好ま
しいが、これに限られず、角柱状、円錐形状などでもよ
い。また、直胴部２よりも下の底部３の形状は、図例の
ような縦断面半楕円形状やコーン型等、特に限定はな
い。

【００１４】一般的に、高粘度の液体を撹拌する場合
は、邪魔板の裏側に液体の滞留部が出来るのを防ぐた
め、邪魔板を少なくするか取り付けないことが多い。本
発明に係る攪拌装置においては、低液位から高液位まで
混合性能を十分満足させるため、底部にも邪魔板７を設
けてある。従って、本発明の攪拌装置を用いた攪拌方法
は、対象となる処理液体が、５Ｐａ・ｓ以下の中粘度ま
での液体を含む場合により効果的である。粘度が高くな
りすぎると、邪魔板の裏側部に液体の滞留部分ができや
すいことから、本発明の目的とする混合性能向上効果が
発揮されない場合がある。

【００１５】また、上記のように本発明に係る攪拌装置
は、攪拌槽１の底部３にも邪魔板を設けることで、低液
量の場合の混合性能を向上させてなるものであり、この
攪拌装置を用いた攪拌方法としては、槽内液量が直胴部
２に設置した直胴部邪魔板６が十分機能しない低液量で
ある場合に効果的であり、例えば、槽内液量が、攪拌開
始時には直胴部２より液面が下方に位置する程度に少量
で、その後に槽内液量が攪拌開始時より５倍以上増加す
る半回分操作などの場合に特に有効である。

【００１６】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明す
るが、この実施例は何ら本発明を制限するものではな
い。

【００１７】（攪拌装置の構造）図１は、本発明に係る
攪拌装置の１実施例を示している。攪拌装置は、内径ｄ
₁が６００ｍｍの円筒状の直胴部２の下端に、深さｈが
１５０ｍｍで縦断面が縦横比（ｗ：ｈ）が（２：１）の
半楕円形状とした下向き凸状の底部３とを有し、最大使
用適量が２００Ｌであり、槽内液量２００Ｌの場合の液
深さが７００ｍｍの攪拌槽１を備える。前記攪拌槽１の
中心には、図示しないモータなどの駆動手段により攪拌
槽１の外部から回転可能な攪拌軸４を設けてあり、該攪
拌軸４の下端には、翼径ｄ₂が３２０ｍｍで、攪拌槽１
の底部３の底壁面３ａに近接した攪拌翼５（住友重機械
工業株式会社製、商品名；マックスブレンド）を設けて
いる。また、攪拌槽１の直胴部２の内側面２ａには、図
示しない取付金具を介して内側面２ａとの間に１２ｍｍ
の間隔ｃ₁をおいて幅ｗ₁が４８ｍｍで上下方向に直胴部
２の下端近傍までのびる直胴部邪魔板６を、攪拌槽１の
周方向に等間隔に４数設けてある。さらに、前記攪拌槽
１の底部３の底壁面３ａには、幅ｗ₃が前記直胴部邪魔
板６の幅ｗ₁と同じ４８ｍｍで、直胴部邪魔板６の内側
縦辺６ａの位置より攪拌槽１の中心に向かって攪拌翼５
の方向に突出する底部邪魔板７を、攪拌槽１の底部３の
底壁面３ａとの間に２０〜４０ｍｍの間隔ｃ₂をあけ
て、前記直胴部邪魔板６と一体に形成して攪拌槽１の周
方向に等間隔で４枚設けてある。この底部邪魔板７の半
径方向の長さ、即ち水平方向の幅ｗ₂は、その先端部が
撹拌翼５に当たらない長さとし、底部邪魔板７先端と攪
拌翼５との間に約３０ｍｍの間隔ｃ₃を設けている。

【００１８】（攪拌試験）上記のような図１に示す構造
の攪拌装置の撹拌槽１内に水を仕込み、トレーサーとし
て食塩水を添加して攪拌し、槽内底部に設置した検出器
で連続的に測定する電気伝導度が一定値に到達するまで
の時間を完全混合時間とした。撹拌回転数を変えること
で、７×１０⁴〜３×１０⁵の範囲のレイノルズ（Ｒｅ）
数領域で完全混合時間を、液量が、３６Ｌ（実施例
１）、７１Ｌ（比較例１）、１０７Ｌ（比較例２）、１
４３Ｌ（比較例３）、２００Ｌ（比較例４）の場合につ
いてそれぞれ測定した。なお、２００Ｌの液量がこの攪
拌装置での標準的な最大使用液量である。この測定範囲
のＲｅ数領域では、撹拌回転数Ｎと完全混合時間θｍの
積である無次元混合時間Ｎ・θｍはほぼ一定値になり、
数値の小さい方が良好な混合性能を意味する。また、攪
拌槽１の底部３の底壁面３ａに邪魔板７を設置しないこ
と以外は、前記と同様にして、液量が、３６Ｌ（比較例
５）、７１Ｌ（比較例６）、１０７Ｌ（比較例７）、１
４３Ｌ（比較例８）、２００Ｌ（比較例９）の場合につ
いて測定を行った。以上の測定結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】この攪拌装置における攪拌槽１の最大使用
適量は２００Ｌであり、液量３６Ｌのみが、直胴部の邪
魔板６が液に浸らない条件であるが、実施例１の無次元
混合時間は５であるのに対し、同じ液量３６Ｌで底部邪
魔板７を設けていない比較例５の無次元混合時間は８で
あった。また、液量が７１Ｌ以上である比較例１〜４及
び比較例６〜９は、いずれも直胴部邪魔板６が液に浸る
条件であるが、この場合には、底部邪魔板７の有無によ
る無次元混合時間に有意差は認められなかった。この結
果から、本攪拌装置によれば、攪拌開始後の液量増加が
５倍以上となるような半回分式操作を伴う攪拌、混合操
作に有効であることが分かる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の攪拌装置は、撹拌槽内の液量が
直胴部以下である場合に、底部邪魔板を設けていない攪
拌装置に較べて混合性能を５０％程度向上させることが
でき、低液量における混合性能に優れている。しかも、
液量がそれ以上多くなっても従来装置と同等の混合性能
が確保でき、底部邪魔板を設けることによるマイナス面
もない。従って、本発明に係る攪拌装置は、攪拌開始後
に液量が５倍以上増加するような半回分式操作を伴う液
体を混合する場合などに特に効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の攪拌装置の１実施例を示す簡略縦断
図。

【符号の説明】

１：攪拌槽、２：直胴部、２ａ：直胴部内側面、３：底
部、３ａ：底壁面、４：攪拌軸、５：攪拌翼、６：直胴
部邪魔板、６ａ：直胴部邪魔板内側縦辺、７：底部邪魔
板。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の直胴部と該直胴部下端の下向き凸
   状の底部とを有する攪拌槽に攪拌軸を配し、該攪拌軸の
   下端に前記攪拌槽底部の底壁面に近接して攪拌翼を設
   け、前記攪拌槽の直胴部内側面に上下方向にのびる直胴
   部邪魔板を攪拌槽の周方向に間隔をおいて設けるととも
   に、前記攪拌槽底部の底壁面に、前記直胴部邪魔板の内
   側縦辺の位置より攪拌槽の中心に向かって突出する底部
   邪魔板を１枚または攪拌槽の周方向に間隔をおいて複数
   枚設けてなることを特徴とする撹拌装置。
2. 【請求項２】 前記底部邪魔板が直胴部邪魔板と同じ幅
   である請求項１記載の攪拌装置。
3. 【請求項３】 前記底部邪魔板が直胴部邪魔板と同数設
   けてある請求項１または２記載の攪拌装置。
4. 【請求項４】 前記底部邪魔板を直胴部邪魔板と一体に
   設けてある請求項１〜３のいずれかに記載の攪拌装置。
5. 【請求項５】 前記底部邪魔板が底壁面と間隔をあけて
   設けてある請求項１〜４のいずれかに記載の攪拌装置。
6. 【請求項６】 前記底部邪魔板の先端を攪拌翼に近接し
   て設けてある請求項１〜５のいずれかに記載の攪拌装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の攪拌装
   置を用いて、攪拌開始からの液量増加が５倍以上になる
   半回分式操作による攪拌を行うことを特徴とする攪拌方
   法。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の攪拌装
   置を用いて、粘度が５Ｐａ・ｓ以下の液体を含む系の攪
   拌を行うことを特徴とする攪拌方法。