JPH11276871A - 竪型撹拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高液深撹拌槽、または半頂角６０°以下の鋭角
コニカルボトムを用いた撹拌槽、あるいはこれらを組み
合せた撹拌槽での上下均一混合時間の短縮、上下方向で
の流速の均一化および伝熱時間の短縮を達成できる竪型
撹拌装置を提供する。 【構成】撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転軸８を
配置し、回転軸８の下部に、面積の大きなボトムパドル
翼５を装着し、このボトムパドル翼５の上側の回転軸８
に、縦グリッド１と横アーム２とを組み合せた格子翼３
を設置し、この格子翼３の最外側の縦グリッド１の外縁
部１ａと回転軸８の中心との距離をボトムパドル翼５の
それより大とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、各種の流体，半
流体，粉体等の槽内撹拌に用いられる撹拌装置、特に高
液深撹拌槽あるいは鋭角コニカルボトム形の撹拌槽で槽
上下の均一混合を達成できる竪型撹拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の撹拌装置は一般に、撹拌槽内の
中心に、撹拌翼をもつ回転軸を該槽から突出するように
軸支し、該回転軸を槽外から回転駆動することにより、
撹拌翼の回転に伴なって槽内の処理物（被撹拌物質）に
旋回流と上下循環流とを生じさせて撹拌、混合を行う。
従来の撹拌翼としては、タービン翼、パドル、プロペ
ラ、後退翼など吐出型の翼、あるいはゲート、ヘリカル
リボン翼、スクリュウ、アンカーなど剪断型の撹拌翼が
知られている。

【０００３】図５は、従来の２段タービン翼を用いた撹
拌装置の断面図である。この例で撹拌槽２０は底部が半
頂角αのコニカルボトム形となっており、槽中心に外部
から回転駆動される回転軸２１が槽全長にのびて設けら
れ、回転軸２１の中途部に１体または複数体の撹拌翼２
３が取り付けられている。撹拌翼２３は回転軸２１の回
転により液を周囲へ吐出し、その吐出流により槽内に該
液を循環させる作用を行う。槽２０の内周部にはコイル
２４が設置される場合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の撹拌翼では、例
えば、高液深撹拌槽（槽底から液面までの液深Ｌと槽
内径Ｄの比率でＬ／Ｄ＞１．５）の場合、上下の均一混
合が達成できない。半頂角６０°以下の鋭角コニカル
ボトム形の撹拌槽では、コニカルの先端部分に液の滞留
部が発生し、その部分は混合が進まない。特にコイルを
槽内の周部に設置した場合は上述の，の不具合は一
層顕著になる。

【０００５】図５および図６〜図９を参照して、上述し
た従来の不具合を詳細に説明する。図６のように前記吐
出型の撹拌翼２３を１段で使用する場合は、通常ＴＬ
（槽の直胴部とコニカル部の接合ライン）付近に翼２３
が設置されるが、高液深の状態になると、槽底部２０ａ
から液面２５までの移動距離が長いため、吐出された液
が移動している途中で流速の減衰（図６のＡ部分）が起
こり、上下の均一混合が達成されず、図６のＢ部で滞留
が生じる。

【０００６】この不均一状態を解消するため図７に示す
ように撹拌翼を２段以上の多段形態で使用する場合もあ
るが、翼２３ａと翼２３ｂの間で吐出流の衝突が起こ
り、符号２６で示す如くあたかも隔壁を設けた如き状態
となり、上下の均一混合はこの隔壁状液相によってむし
ろ阻害される結果となる。

【０００７】図５および図８，図９の半頂角６０°以下
のコニカルボトム型の撹拌槽２０では、コニカルの先端
に近づくほど断面積が小さくなるため、液が流れる場合
の流体抵抗を生じやすくなる。そのため、実際には槽の
先端部まで液が流れず、抵抗の少ない方へ流れようとす
る、いわゆる流れの剥離が起こる。その結果コニカルの
先端部に液の滞留部２７が発生することとなる。この傾
向は粘度が高くなる程強い。なお、図５で斜線を施した
部分は液が流動不良を起している部分を示す。

【０００８】またゲート、ヘリカルリボン翼、スクリュ
ウ、アンカーなど剪断型の撹拌翼については、一般的に
低速で回転し、液を持ち上げたり、掻き取ったりするこ
とで混合を促進するとされているが、この場合、これら
の剪断型の翼が公称されているとおりの性能を発揮する
のはＲｅ数が少なくとも１００以下の、いわゆる層流域
に限定されており、それ以外では液の上下循環流を形成
する能力はきわめて低い。Ｒｅ数１００以上の場合には
上下の混合は進みにくい。なお、Ｒｅ数とはレイノズル
数であり、ｄ² ｎρ／μで表される。ここでｄは撹拌翼
径〔ｍ〕、ｎは翼の回転数〔１／ｓ〕、ρは密度〔ｋｇ
／ｍ³ 〕、μは粘度〔ｋｇ／ｍ・ｓ〕である。

【０００９】さらに従来の撹拌装置では、壁面近傍で上
向きの流れ（図５の符号２８，２９）を形成させる翼形
状、翼の組み合せがほとんどであり、このような従来の
翼形状では鋭角のコニカルボトムの中心では上昇流を形
成することができない。さらには高液深やコイル付きの
条件では流速が途中で減衰するため、槽内はひとつの循
環流にはならず、いくつもの副循環流（全体の流動から
孤立した流れ）が形成されてしまい、槽内全体の均一混
合性はきわめて悪い。

【００１０】本発明は上述した従来の不具合をなくし、
高液深撹拌槽、または半頂角６０°以下の鋭角コニカル
ボトムを用いた撹拌槽、あるいはこれらを組み合せた撹
拌槽での上下均一混合時間の短縮、上下方向での流速の
均一化および伝熱時間の短縮を達成できる竪型撹拌装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による竪型撹拌装
置は、撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転軸を配置
し、前記回転軸の下部に、ボトムパドル翼を装着し、前
記ボトムパドル翼の上側の前記回転軸に、縦グリッドと
横アームとを組み合せた格子翼を設置し、前記格子翼の
最外側の前記縦グリッドの外縁部と前記回転軸の中心と
の距離を前記ボトムパドル翼のそれより大としたもので
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明を好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。図１は本発明の１実施
例による竪型撹拌装置の側面図である。なお、この図で
外殻の槽ケース１０は明瞭化のため仮想線で示してあ
る。撹拌槽は直胴部６と、略逆円錐形の槽底部７と、直
胴部６の上部を蓋閉する蓋体１３とで構成された槽ケー
ス１０を有し、その中心部に槽底から蓋体１３を貫通し
てのびる撹拌軸（回転軸）８が設けられている。蓋体１
３から上方へ突出した撹拌軸８は蓋体上部に搭載された
電動機９および減速機１８の出力軸に連結され、該電動
機９の付勢により回転駆動される。槽ケース１０の直胴
部６から槽底部７にかけてその内壁近傍に伝熱用のコイ
ル１１が適当なコイルサポート１２を介して設置されて
いる。図示の例ではコイル１１は２重となっているが、
１重あるいは多重のものでもよい。必要に応じて槽ケー
ス１０の内壁に邪魔板が設けられるが、この邪魔板は図
示実施例のようにコイルサポート１２で兼用するように
してもよい。なお、ケース１０にはコイル１１に冷却水
あるいは熱媒を通水するためのノズル１４が取り付けら
れている。

【００１３】撹拌軸８は槽底部７の底板１５と槽上部の
蓋体１３で軸支されるが、直胴部６に対応する位置で撹
拌軸８の外側部に、後述する格子翼３が設けられ、槽底
部７に対応する位置の撹拌軸８に横投影面積の大きなコ
ニカルボトムパドル翼５が取り付けられている。パドル
翼５は図示のように槽底部７の逆円錐形に沿うように先
端（下端）側５ａが鋭角に形成され、上端近くでは垂直
な外側部５ｂを有している。パドル翼５は傾斜、屈折、
後退させた形態としてもよい。なお、前記傾斜とは水平
・鉛直方向から見てパドル翼５が傾いているものをい
い、屈折とは鉛直方向から見てパドル翼５が屈折してい
るものをいい、後退とは鉛直方向から見てパドル翼５が
湾曲しているものをいう。

【００１４】パドル翼５に隣接してその上側の撹拌軸８
に取り付けられる格子翼３は、該撹拌軸８に取り付けら
れた複数本の横アーム２と、横アーム２の先端に設けら
れかつ撹拌軸８と平行にのびる縦グリッド１とを有して
いる。図１および図２（Ａ），（Ｂ）、図３（Ａ），
（Ｂ）を参照して、横アーム２の外端にある縦グリッド
１の最外縁１ａと撹拌軸８の中心との距離Ｌは下部の大
型パドル翼５の片側最大幅寸法Ｗ（図１）より大となっ
ている。また、この縦グリッド１は全体として上部の幅
が広く、下部の幅が狭く形成されている。この場合、図
１のように１段に下部の内側を切除した形態、または図
３（Ａ）のように多段に内側を切除して上下方向に段階
的に変化させた形態とするか、あるいは図３（Ｂ）のよ
うに上部から下部へ向って連続的に内側を切除して下方
の幅が狭くなるようにしてもよい。

【００１５】撹拌軸８と横アーム外端の縦グリッド１と
の間で横アーム２にさらに１本あるいは複数本の中間縦
グリッド４が設けられている。アーム外端の縦グリッド
１は図２（Ａ）のように液の流れに対して傾斜させる
か、同図（Ｂ）のように後退させた形態で取り付けても
よい。なお同図（Ａ），（Ｂ）に示す矢印はいずれも撹
拌軸８の回転方向を示している。

【００１６】図４は図１に示す実施例において槽を横方
向から見たときの撹拌槽作動中の液の流れを図式的に示
した側面図である。上述したように縦グリッド１の幅を
上部を広く、下部を狭くしてあることにより、槽直胴部
６の内壁面近傍にはすべて下向きの流れ１６が発生す
る。下部の大型パドル翼５の側部はその上部近くから下
側部までコニカル状の槽底部７の壁面に沿っているの
で、ここでは槽底壁に向う流れ１７を生じさせるととも
に、パドル翼中心では槽底から上方へ液を送り出す（符
号１９）作用をする。この直胴部壁面側の下向きの流れ
１６と、下部大型パドル翼５が槽底部の液を吸い上げる
作用を互いに邪魔することなく組み合せることで、いわ
ゆる一筆書きの循環流（連続し副循環流が無い流れ）を
形成することが可能となり、槽内全域の均一混合時間の
短縮および流速の均一化がもたらされる。

【００１７】また、本発明では、格子翼３の下部に面積
の大きなボトムパドル翼５を設置しているため、大型翼
による槽底部の液を吸い上げる作用により、撹拌槽底部
の形状が半頂角６０°以下の鋭角をもつ場合でも、槽底
の先端部に液の滞留を起こすことなく、均一な混合を実
現できる。

【００１８】さらに槽底部が半頂角６０°以下のコニカ
ル状で、かつ、高液深（槽底から液面までの液深Ｌと槽
内径Ｄの比率Ｌ／Ｄ＞１．５）の槽形状とした場合に
も、運転可能な液量範囲の幅が広く、最大液量の２００
分の１の液量まで対応可能となる。即ち、運転の液量が
初期を１とした場合に最終で２００まで増加するような
液量変動の大きな場合、従来は大小２種の槽を組み合せ
て使用していたものが、本発明を用いると１つの槽で対
応可能となる。

【００１９】コイル付きの撹拌槽の場合、本発明で上部
格子翼の縦グリッド１の外径を、内側のコイル１１の巻
径ｄｃに対し０．７以上として該コイルに近接して設置
すれば、翼からの吐出流により伝熱ジャケットやコイル
近傍の流速が従来の撹拌翼に比べ著しく高く、その結果
として高い伝熱性能を実現することができる。

【００２０】上述の実施例は撹拌槽の底部を鋭角コニカ
ルボトムタイプとした場合であるが、本発明はこのよう
な構造に限定されるものでなく、直胴部のみの槽構成、
例えば図６，図７のような撹拌槽であってもよく、この
場合にも槽全体について所謂一筆書きの液流が得られ、
撹拌槽での上下均一混合時間の短縮、上下方向での流速
の均一化、および伝熱時間の短縮が図られる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、格
子翼の縦グリッドの幅を、上部を広く下部を狭くし、し
かも下部大型パドル翼よりも縦グリッドの最外縁を前記
パドル翼の外径より大きくしたので、槽壁面に沿って下
向きの液流が生じ、一方、槽底部がコニカルボトム型の
場合でも、前記大型パドル翼によって槽底部の液を吸い
上げるようにすることにより、槽の壁面近傍を下向きと
した一筆書きの循環流を形成することができ、高液深撹
拌槽あるいは半頂角６０°以下の鋭角コニカルボトムを
用いた撹拌槽での上下均一混合時間の短縮、上下方向で
の流速の均一化、および伝熱時間の短縮を図り得る効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例による竪型撹拌装置の側面図
である。

【図２】本発明の実施例による縦グリッドを横アームに
対して傾斜あるいは後退して取り付けた場合の平面図で
ある。

【図３】本発明の実施例による縦グリッドの幅を変化さ
せた形態例を示す正面図である。

【図４】図１に示す実施例における撹拌槽作動中の液の
流れを図式的に示した側面図である。

【図５】従来の２段タービン翼を用いた撹拌装置の断面
図である。

【図６】吐出型の１段翼を用いた従来の撹拌装置の概略
図である。

【図７】２段翼を用いた従来の撹拌装置で上下の液が分
離する状態を示す図である。

【図８】従来のコニカルボトム型撹拌槽で槽底部に液の
滞留部ができる様子を示す図である。

【図９】従来のコニカルボトム型撹拌槽で槽底部に液の
滞留部ができる様子を示す図である。

【符号の説明】

１ 縦グリッド ２ 横アーム ３ 格子翼 ５ コニカルボトムパドル翼 ６ 直胴部 ７ 槽底部 ８ 撹拌軸 ９ 電動機 １０ 槽ケース １１ コイル １２ コイルサポート

フロントページの続き (72)発明者 山岡 正男 京都府京都市東山区一橋野本町11番地の１ (72)発明者 中野 峰夫 京都府京都市東山区一橋野本町11番地の１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転軸
   を配置し、前記回転軸の下部に、ボトムパドル翼を装着
   し、前記ボトムパドル翼の上側の前記回転軸に、縦グリ
   ッドと横アームとを組み合せた格子翼を設置し、前記格
   子翼の最外側の前記縦グリッドの外縁部と前記回転軸の
   中心との距離を前記ボトムパドル翼のそれより大とした
   ことを特徴とする竪型撹拌装置。
2. 【請求項２】前記格子翼の前記最外側の縦グリッドの幅
   を、上側を広く、下側を狭くしたことを特徴とする請求
   項第１項に記載した竪型撹拌装置。
3. 【請求項３】前記格子翼の前記最外側の縦グリッドを、
   前記横アームに対して前記撹拌槽の周方向に傾斜させた
   ことを特徴とする請求項第１項または第２項に記載した
   竪型撹拌装置。
4. 【請求項４】前記格子翼の前記最外側の縦グリッドを、
   前記横アームに対して撹拌液の流れに沿った前記撹拌槽
   の周方向に湾曲傾斜させたことを特徴とする請求項第１
   項ないし第３項に記載した竪型撹拌装置。
5. 【請求項５】前記撹拌槽の底部を半頂角６０°以下の鋭
   角コニカル状とし、前記回転軸の下部に、前記撹拌槽の
   コニカルボトム形底部の半頂角に沿った外形を有するコ
   ニカルボトムパドル翼を装着したことを特徴とする請求
   項第１項ないし第４項に記載した竪型撹拌装置。