Title
邪魔板挿入深さを変化させた場合のプロペラ翼の撹拌所
要動力 Effect of Baffle Length on Power Consumption of
Propeller Impeller
Author(s)
加藤, 禎人; 中岡, 梓; 古川, 陽輝; 多田, 豊; 高, 承台; 李, 泳
世
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化学工学論文集, 38(2): 87-89
2012
http://repo.lib.nitech.ac.jp/handle/123456789/20660
(ｃ)化学工学会
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邪魔板挿入深さを変化させた場合のプロペラ翼の撹拌所要動力
加藤禎人1††・中岡梓1・古川陽輝1・多田豊1・高承台2・李泳世3
1
名古屋工業大学 生命・物質工学科，466-8555 名古屋市昭和区御器所町
2
韓国東洋大学校 生命化学工学科，750-711韓国慶北榮州市豊基邑校村洞1
3
韓国慶北大学校 NANO素材工学部化学工学専攻，742-711韓国慶北尚州市佳庄洞386
キーワード：撹拌，混合，動力数，邪魔板，プロペラ翼
軸流翼として代表的なプロペラ翼を備えた乱流撹拌槽の撹拌所要動力に与える邪魔板挿入深さの影響を実験的
に検討した。プロペラ翼の動力数は前報(Kato et al. ,2009)の相関式を邪魔板挿入深さで修正することにより相関可能
であった。さらに、この相関式はプロペラ翼の吐出方向によらず成立した。
緒
1. 実験方法
言
邪魔板付撹拌所要動力推算に関する研究は最近活発になされ
使用した撹拌槽は前報と同様(Kato et al., 2011b)，アクリル樹脂
ている。亀井ら(Kamei et al.,1996)が提案したパドル翼に関する相
製の平底円筒槽と 10%皿底円筒槽であり，その内径 D は 185mm
関式および平岡ら(Hiraoka et al.,1997)が提案した傾斜パドル翼に
である。Figure 1 に各幾何形状の記号を示す。邪魔板条件は以下
関する相関式を元に、プロペラ翼やファウドラー翼(Kato et
の通りとした。邪魔板幅 BW/D は 0.05, 0.1, 0.13 および 0.145 の 4
al.,2009)、さらにアンカー翼(Kato et al.,2011a)に至るまで広いレイ
種類，邪魔板枚数 nB は 1,2,3 および 4 枚の 4 種類，また，邪魔板
ノルズ数にわたって相関可能な相関式が続々と提案されている。
の挿入深さ hB は静止液面から邪魔板先端までの距離とし，hB/H
実装置においては，バッフルを常に標準条件（槽径の 1/10 の幅で，
は 0.1～1.0 まで 0.1 刻みで細かく測定した。使用した流体は水道
液面から槽底面までの板を 4 枚）で設置できるわけではなく，槽
水であり，液高さ H は槽内径と等しくした。軸流翼は通常下向き
内の内装物によって邪魔板枚数や邪魔板挿入深さが制限される
吐出で使用することが多いが、上向き吐出に対しても検討した.
ことも多い。それを念頭に置いて筆者らはラシュトンタービン翼、
Bw
パドル翼および傾斜パドル翼の邪魔板挿入深さが変化した場合
の撹拌所要動力相関式を提案した(Kato et al.,2011b)。その際、傾斜
パドル翼に関しては平岡ら(Hiraoka et al.,1997)が提案した相関式
b
Ѳ
hB
をごく簡単に補正するのみで使用可能であることを見いだした
(Kato et al.,2011b)。それは、パドル翼やラシュトンタービン翼と比
H
較して軸流成分が強い傾斜パドル翼は翼取り付け位置が変化し
d
ても動力数の変化が小さく、フローパターンの変化がほとんどな
C
いためであった。
そこで、本報ではさらに軸流成分の強いプロペラ翼を対象とし
た動力相関式を構築するために、吐出方向も下向きのみではなく、
D
Fig.1 Geometry of mixing vessel
上向きの場合に対しても検討したので、その結果を報告する。
1
10
1
1
Bottom
nB Bw/D
Flat
4
Bottom
0.05
0.1
0.13
0.145
Flat
Dished
Np/Npmax[–]
Np/Npmax[–]
3
2
Dished
1
10
10
0
nB Bw/D
4
3
0.1
2
1
0
10
–1
–1
10 –1
10
0
0.8
10 –1
10
1
10
10
0.72
4.5(Bw/D)nB (hB/H)/(2θ/π)
10
0.8
0
1
10
0.72
4.5(Bw/D)nB (hB/H)/(2θ/π)
0.2
Npmax +Np0/Npmax [–]
0.2
Npmax +Np0/Npmax [–]
Fig.3 Correlation of power number(up-flow)
Fig.2 Correlation of power number(down-flow)
結
その際は回転方向を変えることで対応した。使用したプロペラ
翼は作成が容易な傾斜パドル翼のエッジを切削した形状であり、
言
プロペラ翼は翼の取り付け位置に対して動力の変化も少なく、
寸法は，d=0.073 m, b=0.019 m, nP=3, θ=π/4 とした。 撹拌所要動力
安定しているため邪魔板挿入深さが変化しても従来の相関式を
は，最も一般的な軸トルク測定法によって測定した。使用したト
わずかに補正するのみで動力数を相関することができた。さらに
ルクメーターは SATAKE ST-1000 と ST-3000 である。詳細は前報
槽底形状が平底であっても皿底であっても、また、吐出方向が下
と同様なので省略する。
向きであっても上向きであっても、同一の相関式で動力数の推算
が可能であった。
2. 結果と考察
Nomenclature
Figure 2 に通常の下向き吐出のプロペラ翼，Figure 3 に翼を逆
b
回転させた上向き吐出の結果を示す。傾斜パドル翼の場合(Kato et
al.,2011b)と同様、プロペラ翼の相関式(Kato et al.,2009) の第一項
に邪魔板挿入深さ(hB/H)を乗じて、 4.5(BW/D) nB0.8(hB/H)/{(2θ/π)
NP max ,θ0.2}と修正したパラメータを用いることにより吐出の向
= height of impeller blade
[m]
BW = baffle width
[m]
C
= clearance between bottom and impeller
[m]
D
= vessel diameter
[m]
d
= impeller diameter
[m]
H
= liquid depth
[m]
hB
= length of baffle plate
NP
= power number (=P/rn d )
[－]
NP0
= power number at non-baffled condition
[－]
0.72
きや槽底形状によらず、同一の式でよい相関が得られた。図中の
曲線は次式で表される相関値である。
-3
NP/NPmax,θ=(x +1)
-1//3
(1)
[m]
3 5
x=4.5(BW/D) nB0.8 ( hB/H) /{(2θ/π) 0.72NPmax,θ0.2}+ NP0/NPmax,θ
(2)
NPnax θ
NPmax,θ=6.5(np0.7bsin 1.6θ/d) 1.7
(3)
n
= impeller rotational speed
[s-1]
また、平底，皿底の両方で動力は翼位置の高さに関係なく,C/H を
nB
= number of baffle plate
[－]
含まない式で相関できた。
np
= number of impeller blade
[－]
P
= power consumption
[W]
T
= shaft torque
[N・m]
m
= liquid viscosity
[Pa・s]
2
= power number at fully baffled condition
[－]
r
[kg・m-3]
= liquid density
θ
= angle of impeller blade
Power Consumption for Propeller and Pfaudler Type Impeller,” J.
Chem. Eng. Japan, 42, 6－9 (2009)
[－]
Kato, Y., N. Kamei, Y. Tada, N. Kato, T. Kato, T. Ibuki, H. Furukawa and
Literature Cited
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Y. Nagatsu ; “Power Consumption of Anchor Impeller over
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Wide Range of Reynolds Number,” Kagaku Kogaku
Vessels With and Without Baffles,” Kagaku Kogaku Ronbunshu,
Ronbunshu, 37, 19－21(2011a)
Kato, Y., N.Kamei, Y. Tada, A. Nakaoka Y. Nagatsu, S.T. Koh and Y.S.
23, 969－975 (1997)
Kamei, N., S. Hiraoka, Y. Kato, Y.Tada, K. Iwata, K. Murai, Y.S. Lee, T.
Lee ; “Effect of Baffle Length on Power Consumption in
Yamaguchi and S.T. Koh; “Effects of Impeller and Baffle
Turbulent Mixing Vessel,” Kagaku Kogaku Ronbunshu, 37, 377
Dimensions on Power Consumption under Turbulent Flow in an
－380 (2011b)
Agitated Vessel with Paddle Impeller,” Kagaku Kogaku
Ronbunshu, 22, 249－256 (1996)
Kato, Y., Y. Tada, Y. Takeda, Y. Hirai and Y. Nagatsu; “Correlation of
Effect of Baffle Length on Power Consumption of Propeller Impeller
Yoshihito KATO1, Azusa NAKAOKA1, Haruki FURUKAWA1, Yutaka TADA1,
Song-Tae KOH2 and Young-Sei LEE3
1
Department of Life and Materials Engineering, Nagoya Institute of Technology, Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya-shi, Aichi
466-8555, Japan
2
Department of Bio-Chemical Engineering, Dongyang University,1 Kyochon, Punggi, Yeongju, Kyungbuk,
750-711, Korea
3
School of NANO&Material Engineering, Kyungpook National University,386 Gajangdong, Sangju, Kyungpook,
742-711, Korea
Keyword : Mixing, Agitation, Power Number, Baffle length, Propeller Impeller
The effect of the baffle length on the power consumption of a mixing vessel with propeller impeller was studied experimentally.
The power number of the propeller impeller can be correlated by the expression reported (Kato et al. ,2009) with modified baffle
length, regardless of the discharge flow direction of the propeller impeller.
3
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