JPH11267485A - 竪形撹拌装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス巻き込み量の向上を図り、気液接触面積
を大幅に増加させて気液混同を効率的に行えるようにし
た、竪形撹拌装置を提供する。 【解決手段】 竪形円筒形の撹拌槽１の中心に槽外から
回転可能な回転軸４を配置し、回転軸４の下部に、平板
状のボトムパドル５を装着し、ボトムパドル５の上側に
外側縦材７と内側縦材８を組み合わせた格子翼６を装着
し、撹拌槽１の側壁面に、上下方向にのびる複数本のバ
ッフル３を周方向に間隔を有して固着し、格子翼６の外
側縦材７は上方から下方に向って広幅にし、半径方向吐
出流を大きくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、竪形撹拌装置に関
する。さらに詳しくは、水素添加反応、ＥＯ（エチレン
オキサイド）・ＰＯ（プロピレンオキサイド）の付加反
応、高粘度ガス吸収反応、高粘度系培養などの用途に用
いられ、主として液中に気体を混合し撹拌する竪形撹拌
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】古くからある撹拌装置として、図４に示
すような、多段パドル翼100 あるいはタービン翼を用い
た装置がある。しかし、このような上下に不連続な撹拌
翼では、それぞれの撹拌翼により半径方向に吐出された
流れは、槽壁にぶつかって上下に分かれるが、その後の
流れが各撹拌翼の引き起こす流れの相互干渉のため、上
下に分離した複数の循環流101 となり、槽底から液面ま
で全体として単一流動での循環流とならず混合性能が低
下していた。また、不連続な撹拌翼配置のために液面変
化に対し、不安定なガス吸収性能しか得られなかった。

【０００３】そこで、このような問題を解決した撹拌翼
として、本出願人が提案しているパドルと格子翼を結合
した結合翼（従来例Ｉ、特公平１−３７１７３号公報）
や、前記従来例Ｉの格子翼を傾斜させ上方の半径を小さ
く下方の半径を大きくした傾斜結合翼（従来例II、特開
平８−２８１０８９号公報）がある。

【０００４】まず、前記従来例Ｉの結合翼を図５に基づ
き説明する。図５の(A) 図に示すように、円筒形の撹拌
槽１の中心に回転軸４が設けられ、この回転軸４に撹拌
翼２が固着されている。また、撹拌翼２の回転に伴う流
体の上下循環流を良好にするために槽内側壁に複数本の
バッフル３が設けられている。撹拌翼２は、回転軸４の
下部つまり槽底壁に近接する平板状のボトムパドル５
と、ボトムパドル５の上端に該パドル５の回転半径と同
じ回転半径をもつ格子翼６とからなる。この格子翼６は
一対の外側縦材７および一対の内側縦材８と、これらを
連結する横材によって構成されている。

【０００５】図５の(B) 図は半径方向吐出流の強さを示
しており、はボトムパドル５の吐出流、は外側縦材
７による吐出流、は内側縦材８による吐出流である。
同(C) 図は半径方向吐出流が撹拌槽１の内壁に衝突して
上向きに流れる上昇流の強さを示している。図７は半径
方向吐出流と上昇流を総合した流動パターンを示してい
る。

【０００６】前記図５の(B) 図〜(C) 図の流れを説明す
ると、撹拌槽１内に満たされた液は、ボトムパドル５に
より半径方向に吐出されて槽側壁面に衝突すると共に、
バッフル３により円運動を抑制されて槽上部へと上昇さ
せられ、槽上部の側壁側から中心側へ移動して回転軸４
および格子翼６の最上段部分の近傍から下方へ移動し、
ボトムパドル５の所へ戻る。かかる大きな循環流の中
で、ボトムパドル５より上位に配置された格子翼６の縦
材と横材により下降中の液が剪断細分化され、この細分
化された液は、縦材と横材の後側に発生する微細渦に巻
き込まれて混合され、図７に示すような渦流／混合流が
生ずる。

【０００７】この従来例Ｉによると、液深Ｈと槽内径
（直径）Ｄとの比率がＨ／Ｄ＜1.5 の低液深であり、か
つ低粘度では、液面からのガスの巻き込み量も多く、剪
断が強いために、巻き込んだガスが細分化され、非常に
大きな気液接触面積を形成し、気液反応に極めて有効な
翼形状である。

【０００８】しかし、高液深（Ｈ／Ｄ＞1.5 ）かつ高粘
度になると、ボトムパドル５の吐出力が不足するため、
上部の縦方向の格子部分で形成される吐出流と下部のボ
トムパドル５で形成された上昇流とが衝突し、上昇流が
減衰して液面上部に図５の(C) 図および図７に示す低流
動層Ｎができ、この結果、液面中心からの下降流が減少
してしまうために、一部のガスは下部の格子翼まで巻き
込まれずに上部の格子翼で吐出され、そのまま気相部へ
出るガスもあり、ガス巻き込み量が低下するという問題
があった。

【０００９】つぎに、前記従来例IIの傾斜結合翼を図６
に基づき説明する。図６の(A) 図に示すように、撹拌槽
の底部近くのボトムバドルを半径の大きい大形のパドル
翼５Ａとし、これに結合される格子翼６Ａを上方へ向け
て半径が漸減するように構成した傾斜格子翼６Ａとした
ものである。図６の(B) 図は半径方向吐出流の強さを示
しており、はボトムパドル５Ａの吐出流、は外側縦
材７Ａによる吐出流、は内側縦材８による吐出流であ
る。同(C) 図は半径方向吐出流が撹拌槽１の内壁に衝突
して上向きに流れる上昇流の強さを示している。図８は
半径方向吐出流と上昇流を総合した流動パターンを示し
ている。

【００１０】この従来例IIでは、液深比Ｈ／Ｄが1.5 以
上のものでも大形パドル翼５Ａによる強い吐出流を確保
でき、格子翼６Ａの外側部が先細形に傾斜していること
から、槽上部に低流動層が形成されにくくなっている。
しかし、パドル翼５Ａの半径の長大化により回転数が低
下しており、格子部分での剪断が小さくなる。特に、高
粘度となりレイノイズ数が低くなると、巻き込んだガス
が細分化されにくくなり、やはり気体と液体の混合は十
分に行われ難いという問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
み、ガス巻き込み量の向上を図り、気液接触面積を大幅
に増加させて気液混合を効率的に行えるようにした、竪
形撹拌装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の竪形撹拌装置
は、竪形円筒形の撹拌槽の中心に槽外から回転駆動され
る回転軸を配置し、該回転軸の下部に、前記撹拌槽の底
壁面と僅かな間隔をあけて平板状のボトムパドルを装着
し、前記回転軸における前記ボトムパドルの上側に外側
縦材と内側縦材を組み合わせた格子翼を装着し、前記格
子翼の縦材の幅を上方から下方に向かって増大させてお
り、前記撹拌槽の側壁面に、上下方向にのびる複数本の
バッフルを周方向に間隔を有して固着していることを特
徴とする。請求項２の竪形撹拌装置は、前記格子翼の縦
材の内、外側の縦材の幅を上方から下方に向って増大さ
せたことを特徴とする。

【００１３】請求項１の発明によれば、格子翼の縦材は
上方が狭く、下方に向うにつれて広幅になっているの
で、格子翼の半径方向吐出流は上方から下方に向うにつ
れて強くなっている。また、撹拌翼の下端のボトムパド
ルは最も半径方向吐出流が強いので、撹拌翼全体として
みると、半径方向吐出流は上方から下方に向って強くな
っている。したがって、槽内で底部から槽内壁に沿って
上方に向う強い上昇流が得られ、しかも槽内上部の半径
方向吐出流は弱いので、上昇流との衝突が弱くなる。こ
のため、上下循環流が大きくなり、このことによって軸
中心部はより負圧となって、気液界面からガス巻き込み
量が増加し気液混合が効率よく行われる。請求項２の発
明によれば、軸心から遠く離れた格子翼の外側の縦材を
上方が狭く、下方に向くにつれて広幅にしているので、
広幅の部分の半径方向吐出流が強くなる。このため、上
下循環流が大きくなり、このことによって軸中心部はよ
り負圧となって、気液界面からガス巻き込み量が増加し
気液混合が効率よく行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態に係る竪
形撹拌装置の縦断面図、図２の(A) 図は本発明の竪形撹
拌装置の概略縦断面図、同(B) 図は半径方向吐出流の説
明図、同(C) 図は上昇流の説明図、図３は図１の竪形撹
拌装置における液体の流動パターンの説明図である。

【００１５】図１において、１は円筒形の撹拌槽であ
り、この中心に回転軸４が上下に延びるように設けられ
ている。回転軸４の上方には、図示しない駆動モータ等
が連結され、回転軸４の下端は図示しない軸受で回転自
在に支持されている。また、撹拌槽１の内壁には複数本
のバッフル３が取付けられている。このバッフル３は、
流体の水平面内での旋回を止め、半径方向の吐出流を上
昇流に変換するためのものである。

【００１６】前記回転軸４には、撹拌翼２が取付けられ
ており、この撹拌翼２はボトムパドル５と格子翼６とか
ら構成されている。ボトムパドル５は槽底壁との間にわ
ずかの隙間をあけて、回転軸４の下部に取付けられた板
状の翼である。格子翼６は前記ボトムパドル５と同一半
径を有し、ボトムパドル５の上方において回転軸４に取
付けられている。そして、格子翼６の翼径は、上下方向
において同じである。

【００１７】この格子翼６は、一対の外側縦材７と一対
の内側縦材８を有し、これらを結合する複数本の横材９
とから構成されている。図示の例では、横材９を上端に
のみ１本設けているが、格子翼６の上端と下端の間に適
数本の横材を組合せてもよい。

【００１８】前記内側縦材８は上下にわたって同じ幅で
あるが、前記外側縦材７は、上端から下端に向うにつれ
て広幅となるように連続的に変化しており、この点に本
実施形態の特徴がある。

【００１９】上記の竪形撹拌装置では、図２の(B) 図に
示すように、半径方向の吐出量、すなわち、ボトムパド
ル５の吐出流、内側縦材８の吐出流は図７の従来例
Ｉと同様であるが、つぎの特徴がある。すなわち、格子
翼６外側縦材７の吐出流は、上方が弱く、下方に向う
につれて連続的に強くなっている。この結果、撹拌翼２
の下方に強い半径方向吐出流が得られ、それが槽内壁に
衝突して強い上昇流となり、一方では格子翼６の上方の
半径方向吐出流は弱いので、上昇流との衝突も弱くな
る。このため、同図(C) に示すように、上方に向って連
続的に減少するが下方で非常に強い上昇流が発生し、図
３に示すよう上下循環流が大きくなる。

【００２０】上記の理由により、軸中心部はより負圧の
程度が高くなり、気液界面からのガス差込み量が増加す
るので、気液混合が効率よく行える。さらに、格子翼６
を構成する縦材７．８や横材９により、液を剪断細分化
することができるので、気体を微細渦に巻き込みやすく
なる。よって、槽内径（直径）Ｄと液深Ｈの比が、高液
深（H/D>1.5 ）であり、かつ高粘度であっても、効率よ
く気液混合することができる。なお、内側縦材８を外側
縦材７と同様に上端から下端に向けて広幅とした場合、
外側縦材ほどの効果はないが半径方向吐出流を変化させ
ることはでき、上記に準ずる気液混合効果を奏すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、格子翼の半径
方向吐出流は上方から下方に向うにつれて強くなってい
るので、槽内で底部から槽内壁に沿って上方に向う強い
上昇流が得られ、しかも槽内上部の半径方向吐出流は弱
いので、上昇流との衝突が弱くなる。このため、上下循
環流が大きくなり、このことによって軸中心部はより負
圧となって、気液界面からガス巻き込み量が増加し気液
混合が効率よく行われる。よって、高液深かつ高粘度で
あっても、効率の良い気液混合が行える。請求項２の発
明によれば、軸心から遠く離れた格子翼の外側の縦材を
上方が狭く、下方に向くにつれて広幅にしているので、
広幅の部分の半径方向吐出流が強くなる。このため、上
下循環流が大きくなり、このことによって軸中心部はよ
り負圧となって、気液界面からガス巻き込み量が増加し
気液混合が効率よく行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る竪形撹拌装置の縦断
面図である。

【図２】(A) 図は図１の竪形撹拌装置の概略縦断面図、
(B) 図は半径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説
明図である。

【図３】図１の竪形撹拌装置における液体の流動パター
ンの説明図である。

【図４】従来の撹拌装置の縦断面図である。

【図５】(A) 図は従来例Ｉの撹拌装置の縦断面図、(B)
図は半径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説明図
である。

【図６】(A) 図は従来例IIの撹拌装置の縦断面図、(B)
図は半径方向吐出流の説明図、(C) 図は上昇流の説明図
である。

【図７】従来例Ｉにおける流動パターンの説明図であ
る。

【図８】従来例IIにおける流動パターンの説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 撹拌槽 ２ 撹拌翼 ４ 回転軸 ５ ボトムパドル ６ 格子翼 ７ 外側縦材 ８ 内側縦材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】竪形円筒形の撹拌槽の中心に槽外から回転
   駆動される回転軸を配置し、該回転軸の下部に、前記撹
   拌槽の底壁面と僅かな間隔をあけて平板状のボトムパド
   ルを装着し、前記回転軸における前記ボトムパドルの上
   側に外側縦材と内側縦材を組み合わせた格子翼を装着
   し、前記格子翼の縦材の幅を上方から下方に向かって増
   大させており、前記撹拌槽の側壁面に、上下方向にのび
   る複数本のバッフルを周方向に間隔を有して固着してい
   ることを特徴とする竪形撹拌装置。
2. 【請求項２】前記格子翼の縦材の内、外側の縦材の幅を
   上方から下方に向って増大させたことを特徴とする請求
   項１記載の竪形撹拌装置。