撹拌

単位体積(液量)当たりの撹拌所要動力をPV値といいます。PVは撹拌槽内の液に十分な動力がかかっているかを判断する指標としてよく使用されます。

流れの乱れ具合を表わすレイノルズ数を撹拌に当てはめた指標で、無次元数です。撹拌レイノルズ数は値によって層流、遷移域、乱流のどの状態であるかを判別できます。

動力数Npとは撹拌にかかる動力を無次元化した指標です。実務でNpを算出する目的は、新たに設計する撹拌槽の動力Pを計算するためです。

無次元混合時間ntMとは混合時間tM[s]に撹拌翼の回転数n[1/s]をかけて無次元化したものです。無次元混合時間の値そのものにはあまり意味はなく、混合時間tMの算出に使用することが多いです。

撹拌反応槽では撹拌によって2液が混合し反応が進行しますが、Pv一定でスケールアップしたとしてもラボで得られた反応率やスペックを得られないことがあります。これは混合速度に対する反応速度が相対的に大きい場合に生じやすいです。

撹拌・混合を目的としてタンクや槽に取り付けられており、回転することで液に流動を与える装置のプロペラ部分を撹拌翼といいます。

撹拌翼によって発生する旋回流を上下の循環流へと変換するために取り付ける案内板のことをバッフル(邪魔板)といいます。特に低粘度の液を撹拌する場合には、バッフルの設置は必須となります。

撹拌槽の壁面に内容物を加熱・冷却するための用役を流すスペースを設けることが多いですが、これをジャケットといいます。ジャケット伝熱は最も一般的な手法で、内部コイルと違って槽内部の流動状態に影響を与えることなく温度制御ができる点で優れています。

伝熱面積を稼ぐために撹拌槽内に設置して、熱交換させる装置を伝熱コイルといいます。撹拌槽サイズが大きくなるとジャケットからの伝熱だけでは伝熱能力が不足するようになります。この伝熱能力不足を解消する手法の1つとして、撹拌槽内に伝熱コイルを挿入し伝熱面積を稼ぐことが挙げられます。

気液撹拌はガス吸収や化学反応、あるいは発酵などの目的で行われます。撹拌槽への気体の供給方法によって大きく3種類に分けることができます。本記事では浸漬撹拌式の気液撹拌について、気泡の分散状態や撹拌動力について解説します。

液滴の大きさや分裂の指標となるウェーバー数Weを撹拌に適用させたものを撹拌ウェーバー数Weといいます。撹拌Weは液液混合系において、撹拌翼の回転によるせん断でどのくらいの大きさの液滴が生じるかを推算するときに使用します。

液液撹拌は乳化重合や液液抽出など、界面を通しての物質移動が重要になる系で行なわれる操作です。撹拌翼によるせん断により小さな液滴を発生させることで界面積が増加し、物質移動が促進されます。

"完全浮遊"の定義は通常、Zwieteringの定義による「粒子が1個も槽底に1～2秒以上留まっていない状態」とされており、この状態となるときの撹拌回転数を浮遊限界撹拌速度、もしくは完全浮遊撹拌速度といいます。

固液撹拌は様々な目的で実施されます。どの目的も化学メーカーではよくあるシチュエーションであり、実務で固液撹拌について検討する機会は多いでしょう。この記事では固液撹拌における粒子の分散状態や撹拌回転数の最適化についてまとめました。

ラボスケールで開発してきた製品を量産化するために、反応器・反応槽を実機スケールへとスケールアップするのは化学工学エンジニアの代表的な仕事の1つと言えるでしょう。本記事では撹拌槽のスケールアップ指標についていくつかまとめました。

撹拌槽を設計するうえで重要なのが寸法比です。過去の知見から、混合させる液の物性や目的に応じてある程度常識的な寸法比が決まっています。本記事では撹拌槽の代表的な寸法比を紹介します。