レポート概要
本書のポイント
◎前書籍より写真を増やしさらにわかりやすくし、新たな項目も加えた改訂版。
撹拌、混合あるいはミキシングとよばれる技術は、流体を扱う製造業に関して非常に重要な技術である。旧版が出版されてから6年が経過したが、その間、本技術に関わる理論は急速に進展した。
その中で最も重要なものは、大阪大学名誉教授の井上義朗先生が確立した流脈による流体混合評価である。層流における混合状況は流脈を観察することができれば一目瞭然といえる程である。本書では新たにその章を独立して設け詳細に紹介することにする。流脈を観察することにより、各種撹拌翼の混合性能の比較に利用だけでなく、新しい撹拌翼を開発するヒントをつかむ可能性を秘めていることにも言及した。
さらに、乱流混合において最も重要である、私の恩師の平岡節郎先生が確立した撹拌所要動力の推算方法に関しても、さらに応用範囲が広がった。日本を代表する大型パドル翼のみならず、種々の複雑な形状をした撹拌翼から、いろいろな内装物および槽形状に関して所要動力を推算することが可能になった。
本書の構成は旧版と基本的に変えていない。また、発行からかなり時間が経過しているが今でも好評につき増刷されている化学工学会監修：「ミキシング技術の基礎と応用」、三恵社(2008)と内容が重複しないようにというスタイルも踏襲した。ただし、初学者向けに混合過程の可視化写真を増やし、直感的に理解できるように工夫した。
(改訂版 序より)
◎初学者がぶち当たるミキシングにおける壁「計算」をマスター
⇒項目ごとに例題を収載した必携の一冊
【例題】内径2mのジャケット付き円筒槽に、内径と同じ深さに20℃の水を入れ、
翼径0.8m、翼幅0.13mの6枚羽根タービン翼を上下2段に取り付けて、60rpmで
撹拌している。ジャケット側に加熱用温水を通した場合の伝熱速度を求めよ。
ただし、槽壁温度は50℃とし、ジャケットの伝熱面積は12m2とする
【例題】内径1.5mの完全邪魔板条件の円筒槽に、25℃の水(密度1000kg/m3、
粘度0.001Pa･s)を槽径と等しい深さまで入れ、槽底部より空気を1分当り液容量の
1/5吹き込み、翼径0.5m、翼幅0.1mの標準6枚羽根タービン翼で120rpmで撹拌した場合の
撹拌所要動力および酸素の吸収速度を求めよ
★複雑な計算式を詳細に解説!!
・2枚羽根パドル翼に対する永田の式/パドル翼に対する亀井・平岡らの式/
・傾斜パドル翼に対する平岡・亀井らの式/
・プロペラ翼、ファウドラー翼に対する式/ヘリカルリボン翼に対する式/
・アンカー翼に対する式/乱流撹拌槽における混合時間の推算式
◎邪魔版あり撹拌槽の動力相関式/大型翼動力相関式
◎幾何形状撹拌槽の動力関数(角型/電熱コイル付/ドラフトチューブ付/偏芯)槽
☆層流撹拌で重要な流脈の解説
◎大型翼の流脈
(マックスブレンド/フルゾーン/スーパーミックスMR205型/マックスブレンドR型)
◎新型撹拌翼(HB)の流脈/幾何形状の最適化/他の翼形状との比較
◎その他大型翼の流脈(サンメラー/ベンドリーフ)/乱流域の流脈
★各種実験法を整理紹介!!
・撹拌所要動力（?軸トルク測定法?消費電力測定法?温度測定法）
・循環時間分布・フローパターン・混合過程の可視化、混合時間
・物質移動係数・固液間物質移動係数
・気液間物質移動容量係数（?ダイナミック法、カラーチェンジ法）
◎流脈の可視化法
★異相系の撹拌の計算紹介!!
・ガス吹き込み時の撹拌所要動力/ガス吹き込み時の物質移動容量係数
◎大型リングスパージャー/コンケーブタービン
・固液系での撹拌所要動力/固液撹拌での粒子浮遊限界限度/
・液液系での撹所要動力/Sauter平均液滴径
レポート詳細
執筆者
名古屋工業大学 教授 博士（工学） 加藤 禎人 先生
【ご略歴】
1988年東レ株式会社入社後、炭素繊維の生産技術開発に携わる。
1991年名古屋工業大学応用化学科の助手となり、現在まで撹拌槽全般の研究に関わる。
その間、揺動撹拌槽に関する実験的研究というテーマにおいて九州大学で学位を取得。
2001年助教授となり、すぐに1年間ドイツアーヘン工科大学（現RWTHアーヘン大学）に留学し、バイオリアクター研究に従事した。
1992年から、化学工学会ミキシング技術特別研究会（現(公社)化学工学会粒子・流体プロセス部会ミキシング技術分科会）の幹事、
2006年から4年間分科会の副会長兼庶務幹事を務め、2012年に教授となり、2014年から同分科会の会長。
目次
第1章 撹拌の目的と撹拌槽の構造
1.撹拌の目的
2.撹拌槽の構成
3.撹拌翼の種類
4.大型翼について
5.撹拌に使用される主な無次元数
第2章 乱流撹拌における撹拌所要動力の重要性
1.撹拌所要動力から推定できること
2.撹拌翼を使用しない撹拌方式もふくめた撹拌性能の評価方法
第3章 層流撹拌における流脈の重要性
1.流脈とは
2.流脈の可視化に基づく層流撹拌槽の混合性能評価方法
3.各種大型翼の流脈
3.1 マックスブレンド
3.2 フルゾーン
3.3 スーパーミックスMR205
3.4 マックスブレンドR型
3.5 撹拌レイノルズ数
3.6 翼上端から液面までの距離の影響
4.流脈の可視化に基づく新型翼の開発
4.1 新型撹拌翼（HB翼）の流脈
4.2 HB翼の幾何形状の最適化
4.3 他の翼形状との比較
4.4 撹拌レイノルズ数の限界
4.5 液深の影響
4.6 数値解析による速度分布と圧力分布
5.今まであまり紹介されていない大型翼の流脈
5.1 サンメラー
5.2 ベンドリーフ
6.乱流域の流脈
第4章 流動特性
1.層流と乱流および放射流と軸流
2.旋回流速度分布と固体的回転半径
3.中心部液面低下と槽壁部液面上昇
4.循環流量と吐出流量
5.循環時間分布
6.計算例
第5章 動力特性
1.撹拌レイノルズ数と動力の関係
2.邪魔板無し撹拌槽の動力相関式
2.1 2枚羽根パドル翼に対する永田の式
2.2 パドル翼に対する亀井・平岡らの式
2.3 傾斜パドル翼に対する平岡・亀井らの式
2.4 プロペラ翼、ファウドラー翼に対する式
2.5 ヘリカルリボン翼に対する式
2.6 アンカー翼に対する式
3.邪魔板あり撹拌槽の動力相関式
3.1 完全邪魔板条件
3.2 最高撹拌所要動力
3.3 種々の邪魔板条件での最高撹拌所要動力
3.4 ディスパー翼の撹拌所要動力
4.各種大型翼の動力相関式
5.種々の幾何形状の撹拌槽の動力相関式
5.1 角型槽
5.2 伝熱コイルを備えた槽
5.3 ドラフトチューブを備えた槽
5.4 偏芯された槽
5.5 翼板厚さの影響
6.計算例
第6章 混合特性
1.混合時間とは
2.典型的な混合パターン
2.1 層流の場合の混合パターン
2.2 動力線図と混合パターンの関係
3.混合時間の推算式
4.1 乱流撹拌槽における混合時間の推算式
4.2 高粘度流体の混合時間の推算式
4.大型翼の混合パターン
5.角槽の混合パターン
6.非ニュートン流体の混合パターン
7.計算例
第7章 伝熱特性
1.撹拌槽の伝熱方式
2.撹拌槽壁伝熱係数
3.伝熱コイル表面の伝熱係数相関式
4.計算例
第8章 異相系の撹拌
1.気液系の撹拌
1.1 ガス吹き込み時の撹拌所要動カ
1.2 ガス吹き込み時の物質移動容量係数
1.3 大型リングスパージャー
1.4 コンケーブタービン
2.固液系の撹拌
2.1 固液系での撹拌所要動力
2.2 固液撹拌での粒子浮遊限界速度
3.液液系の撹拌
3.1 液液系での撹拌所要動力
3.2 Sauter平均液滴径
4. 計算例
第9章 スケールアップ
1.スケールアップにおける影響因子
1.1 力学的スケールアップ
1.2 主なスケールアップの要因
2.具体的なスケールアップ則と採るべきデータ
2.1 単位体積当たりの所要動力一定
2.2 混合時間一定
2.3 翼先端速度一定
2.4 単位体積当たり伝熱量一定
2.5 懸濁粒子浮遊条件一定
3.計算例
第10章 各種実験方法
1.撹拌所要動力の測定方法
1.1 測定方法の種類
1.2 動力曲線を作成する時の注意
2.循環時間分布の測定方法
3.フローパターンの測定方法
4.混合過程の可視化および混合時間の測定方法
4.1 脱色法
4.2 電気伝導度法
5.物質移動係数(壁面伝熱係数)の測定方法
6.固液間物質移動係数の測定方法
6.1 物質移動のモデル
6.2 実験方法
7.気液間物質移動容量係数の測定方法
7.1 実験方法
7.2 酸素濃度計を使用する場合の取り扱い
7.3 ダイナミック法の実験手法
7.4 カラーチェンジ法
8.流脈の可視化方法
第11章 流動数値解析
1.流動数値解析の検証
2.パドル翼付き層流撹拌槽の計算プログラム例
3.大型翼の層流撹拌流動解析結果
第12章 実機と実験装置における撹拌所要動力の差異
1.皿底槽(実機)と平底槽（実験機）の違い
2.検討した系
3.乱流域での翼取り付け位置に対する動力の差異
3.1 パドル翼
3.2 ラシュトンタービン翼
3.3 ピッチドパドル翼
3.4 プロペラ翼
4.遷移域から層流域での動力の差異
第13章 非定常撹拌操作
1.非定常撹拌とは
2.層流における非定常撹拌
2.1 翼の断続的な運転
2.2 翼の回転方向の変動
2.3 翼の上下移動
2.4 翼の回転方向の変動と上下移動の組み合わせ
2.5 非対称な撹拌翼の効果
3.乱流における非定常撹拌
3.1 乱流に対する非定常撹拌の意義
3.2 定常撹拌と非定常撹拌の比較
3.3 断続運転と正逆運転の差
3.4 トルク変動特性
3.5 動力による混合性能評価
第14章 揺動撹拌操作
1.揺動撹拌の歴史
2.旋回揺動撹拌
2.1 混合限界回転数
2.2 整流棒の効果
3.往復揺動撹拌
3.1 往復揺動における混合限界回転数
3.2 往復揺動に邪魔板を設置した場合
