設備ドクター：反応釜用の磁気撹拌子の選び方

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　　反応釜用の磁気撹拌器を選定する際、良い方法としては2つの条件が求められます。1つは選定結果が合理的であること、もう1つは選定方法が簡便であることですが、これら2つを同時に満たすことはしばしば難しいのです。 　　液体の粘度は撹拌状態に大きな影響を与えるため、撹拌媒体の粘度の大きさに基づいて機種を選定することは基本的な方法です。いくつかの典型的な撹拌機は、粘度の高低に応じて異なる使用範囲を持っている。粘度が上昇するにつれて使用される各種撹拌機の順序は、プロペラ型、タービン型、スティック型、アンカー型、スクリュー型などであり、ここではプロペラ型について詳しく説明し、大量の液体の場合は低回転数、少量の液体の場合は高回転数を用いることを提案している。この選定図は、スラリーの種類に関する使用制限を絶対的に定めているわけではなく、実際にはさまざまなスラリーの使用範囲には重複がある。例えば、スラリータイプは構造がシンプルで、ダンパーを用いることで流動形態を改善できるため、低粘度の場合でも広く利用されている。一方、タービン式は対流循環能力、乱流拡散、せん断力がいずれも強いため、最も広く利用されているパルプタイプである。 　　撹拌プロセスの目的と撹拌子によって生じる流動状態から、そのプロセスに適したスラリーのタイプを判断することは、比較的適切な方法である。ソビエト連邦のパルプの種類の選択には同国独自の*慣習があるため、我が国でよく使われるパルプの種類とは必ずしも同じではありません。 　　推奨されるペーストタイプは、ペーストタイプを高速型と低速型の2つに分けるもので、前者は乱流状態で操作し、後者は層流状態で操作する。選定時は、撹拌の目的および流動状態に応じてスラリーの形状やダンパーの条件を決定し、流動状態の決定は撹拌媒体の粘度の高低に影響される。 　　その使用条件はかなり具体的で、スラリーのタイプや撹拌目的だけでなく、推奨される媒体の粘度範囲、撹拌回転数の範囲、およびタンクの容量範囲も定められている。 　　提案されている選定表も、撹拌の目的や撹拌時の流動状態に基づいて選定されており、さらに異なる撹拌プロセスの特徴に応じてスラリーの使用範囲を分類している点が利点であり、それによって選定がより具体的になる。上記の表を比較すると、選定の根拠と結果はかなり一致していることがわかります。ここでは、その中のいくつかの主要なプロセスについて、さらに説明します。 　　低粘度の均一な液体の混合は、最も容易な撹拌プロセスであり、容積が非常に大きく、かつ混合時間を短くしなければならない場合にのみやや困難になる。プッシュ式は循環能力が高く、動力消費も少ないため、最も適している。一方、タービン式は動力消費が大きく、高いせん断能力を持つものの、このような混合プロセスにおいてはそれほど必要とされないため、大量の液体を混合する場合にはその循環能力が不十分となる。 　　分散操作プロセスにおいては、タービン式が高いせん断力と大きな循環能力を持つため最も適しており、特に平板羽根タービンのせん断力は折り返し羽根や曲げ羽根のそれよりも大きいため、さらに適している。プッシュ型やスターラー型は、直線翼タービン型に比べてせん断力が小さいため、液体の分散量が少ない場合にのみ使用でき、そのうちスターラー型は分散操作にはほとんど用いられない。分散操作にはすべて、せん断効果を高めるための遮板があります。 　　固体懸濁操作においては、タービン式の適用範囲が最も広く、その中でも開放型タービン式が最適である。中央の円盤部分がないため、プロペラブレードの上下での液体の混合を妨げることがなく、さらに曲がったブレードを用いることでタービンの利点がより際立ちます。排液性に優れ、プロペラブレードの摩耗も少ないため、固体懸濁操作により適しています。プッシュ式の適用範囲は狭く、固液の比重差が大きい場合や固液比が50％を超える場合には使用できない。遮板を使用する際は、遮板の角に固体粒子が堆積するのを防ぐように注意しましょう。一般的に固液比が低い場合にのみダンパーが使用され、折りたたみ式タービンやプロペラ式はいずれも軸方向の流れとなるため、ダンパーを使わなくてもよい。 　　ガスの吸収過程にはディスク型タービンが最も適しており、そのせん断力が強く、さらにディスクの下部にガスを保持できるため、ガスの分散がより安定する。一方、タービンを起動する場合にはこの利点がない。スラリー式およびプロペルション式は、ガス吸収プロセスには基本的に適しておらず、吸収されるガスの量が少なく、分散度の低いことが求められる場合にのみ使用できる。 　　撹拌を伴う結晶化プロセスは非常に困難であり、特に結晶のサイズを厳密に制御する必要がある場合はそうです。一般的には、タービン式のような小径で高速に撹拌する方法は微粒子の結晶化に適しており、スラリー式のような大径で低速に撹拌する方法は大きな結晶の結晶化に用いられる。 　　ミキサーの分類方法は多くありますが、ここでは以下の数種類を紹介します。　　1、羽根の形状によって、平羽根型、斜め（折りたたみ）羽根型、曲がった羽根型、螺旋面羽根型のミキサーに分けられます。スラリー式およびタービン式の撹拌機は、平板羽根と斜め羽根の構造を持つ。一方、プロペラ式、スクリュー式、およびヘリカル式の羽根は螺旋面羽根の構造をしている。設置要件に応じて、一体型と分割型に分けられ、カップリングなどの他の部品を取り外すことなく、ミキサーを直接ミキシングシャフトに固定することができる。 　　2、ミキサーの用途によって、低粘度流体用ミキサーと高粘度流体用ミキサーに分けられる。低粘度流体用の撹拌機には、プロペラ型、スターラー型、オープンタービン型、ディスクタービン型、ブルマキン型、プレートアンドフレームスターラー型、三葉後完型などがある。高粘度流体用の撹拌器には、アンカー型、フレーム型、歯付き円板型、プロペラ型、スパイラルベルト型などがある。 　　3、流体の流れ方によって、軸方向流撹拌機と半径方向流撹拌機に分けられる。運転中に流体に軸方向の流れと半径方向の流れの両方が生じるタイプの撹拌機を、混合流型撹拌機と呼ぶ。推進型撹拌機は軸流型の代表であり、平板羽根円盤タービン撹拌機は径流型の代表、一方、斜め羽根タービン撹拌機は混合流型の代表である。 　　六斜葉開放型撹拌機は、直葉開放型タービンと比較して、半径方向の流れに加えて軸方向の分流も生じ、せん断性能は直葉型と曲葉型の中間に位置する。そのため、総合的な性能が優れており、分散、固体、懸濁、固体の溶解に適しているほか、他のプロセスにも応用可能であり、運転条件は六直葉開放型タービンと同じである。