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技術 ミキシングエレメントおよびそれを使用した静止型流体混合器

出願人 株式会社アネモス
発明者 小嶋久夫
出願日 2010年12月3日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2010-270023
公開日 2011年4月7日 (8年7ヶ月経過) 公開番号 2011-067819
状態 特許登録済
技術分野 溶解、混合、フローミキサー 吸収による気体分離 蒸発、蒸留、凝縮、昇華、コールドトラップ 物理的、化学的プロセスおよび装置
主要キーワード 次通路 捻り角度 交換工事 穿設孔 除塵操作 捩り応力 捻り羽根 環境関連
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年4月7日)のものです。
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図面 (19)

課題

低コストで高混合攪拌効果を有し、大型化の容易なミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器を提供する。

解決手段

ミキシングエレメント1は、流体通流する筒状の通路管2と、この通路管2内に内設された複数の螺旋状の多孔体から成る右回転型第1羽根体3を有し、この羽根体3の内側に筒状の第1内筒管5が配置され、この内筒管5内に複数の螺旋状の右回転型羽根体6を内設し、この羽根体6の軸心部に開口部9を形成している。そのミキシングエレメント1を少なくとも1つ以上使用して静止型流体混合器は形成されている。

概要

背景

従来のミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器は、本発明者によって出願されているが、通路管内に2枚ないし4枚の右捻り又は左捻りの螺旋状の羽根体で構成されている。そして、静止型流体混合器は中心部に開口部を有し、右捻り羽根体と左捻りの羽根体との端縁同士がスペース部を介して直交して交互に配置されている。この羽根体の捻り角度は、90°,180°,270°である。更に、この静止型流体混合器の製造方法は、通路管の長手方向を複数個に分割し、この分割した通路管の内壁部に2枚ないし4枚の羽根体を接合する工程と、この通路管の分割面同士を接合する工程を含んでいる(例えば、特許文献2参照)。

次に、筒状の通路管の内側に配設されて複数個の流体通路を形成する羽根体を有し、流体通路同士は開口部を介して連通しているミキシングエレメントの製造方法について説明する。このミキシングエレメントは、通路管と羽根体は別体で製造され、各々が接合されて製造される。ミキシングエレメントの捻り角度は90°,180°,270°,360°である(特許文献4参照)。又、ミキシングエレメントは、通路管内に配設された螺旋状の複数の羽根体から形成され、羽根体は通路管の中心部で欠落し、この欠落部に機械的強度を強くするために間欠的に内筒管を設置している。羽根体の回転角度は、90°,180°,又は30°,45°,135°で構成されている(例えば、特許文献5参照)。
更に、ミキシングエレメントには、外筒管とこの外筒管内に設けられた羽根とこの羽根を外筒管に配設するために間欠的に内筒管が設けられている。(例えば、特許文献6参照)に開示されている。

従来のミキシングエレメントは、流体通流する通路管の内径が大きくなるにつれて、製作上の困難性から、開口部(中心部)の断面積つまり直径を拡大させる必要がある。そのために、流体が開口部を通流して、つまり短絡して、混合・攪拌効果が低下する欠点がある。又、混合・攪拌効果の低下を補うために、ミキシングエレメントを多数配置する必要があり、設備費が高価となる。

更に、大口径(内径1000mm以上)のミキシングエレメントを製作する場合、製作が不可能となり、かつ混合・攪拌効率は大に低下する欠点がある。更に又、既設蒸留塔内充填物として配置することは、部材が大きいために不可能である。
更に又、小さな回転角度(たとえば約10°)でミキシングエレメントを製作,使用することで既設の蒸留塔内に充填物として配置することが可能となり、高性能化ともに生産能力が大きく向上する。

概要

低コストで高混合攪拌効果を有し、大型化の容易なミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器を提供する。ミキシングエレメント1は、流体が通流する筒状の通路管2と、この通路管2内に内設された複数の螺旋状の多孔体から成る右回転型第1羽根体3を有し、この羽根体3の内側に筒状の第1内筒管5が配置され、この内筒管5内に複数の螺旋状の右回転型羽根体6を内設し、この羽根体6の軸心部に開口部9を形成している。そのミキシングエレメント1を少なくとも1つ以上使用して静止型流体混合器は形成されている。

目的

本発明によれば混合効率の高性能化と製造の簡易性の向上と製造費の低価格なミキシングエレメントを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

流体通流する筒状の通路管と、前記通路管内に内設された右回転又は左回転螺旋状の第1羽根体と、前記第1羽根体の軸心部に配置された第1内筒管と、前記第1内筒管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第2羽根体と、前記第2羽根体の軸心部に配置された第2内筒管とを備え、前記第1羽根体及び前記第2羽根体は、多孔体で形成され、前記第1羽根体及び前記第2羽根体の前記通路管の軸心方向における長さは、異なっていることを特徴とするミキシングエレメント

請求項2

前記第1内筒管の直径が前記通路管の直径の10〜60%であることを特徴とする請求項1に記載のミキシングエレメント。

請求項3

前記第2内筒管の直径が前記第1内筒管の直径の10〜30%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のミキシングエレメント。

請求項4

前記第1羽根体及び前記第2羽根体の開口率が5〜95%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のミキシングエレメント。

請求項5

前記第1内筒管は前記第1羽根体の軸心方向の一部分に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のミキシングエレメント。

請求項6

流体が通流する筒状の通路管と、前記通路管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第1羽根体と、前記第1羽根体の軸心部に配置された第1内筒管と、前記第1内筒管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第2羽根体と、前記第2羽根体の軸心部に配置された第2内筒管とを備え、前記第1羽根体及び前記第2羽根体は、多孔体で形成され、前記第1羽根体及び前記第2羽根体の前記通路管の軸心方向における長さは、異なっているミキシングエレメントを、少なくとも1つ以上備えることを特徴とする静止型流体混合器

請求項7

筒状のケーシング内に右回転及び左回転の前記ミキシングエレメントを、スペーサを介して交互に配置したことを特徴とする請求項6に記載の静止型流体混合器。

請求項8

流体が通流する筒状の通路管と、前記通路管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第1羽根体と、前記第1羽根体の軸心部に配置された第1内筒管と、前記第1内筒管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第2羽根体と、前記第2羽根体の軸心部に配置された第2内筒管とを備え、前記第1羽根体及び前記第2羽根体は、多孔体で形成され、前記第1羽根体及び前記第2羽根体の前記通路管の軸心方向における長さは、異なっているミキシングエレメントが、向流で流体が通流する蒸留塔方式気液接触装置内に少なくとも1つ以上配置されていることを特徴とする気液接触装置。

請求項9

流体が通流する筒状の通路管と、前記通路管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第1羽根体と、前記第1羽根体の軸心部に配置された第1内筒管と、前記第1内筒管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第2羽根体と、前記第2羽根体の軸心部に配置された第2内筒管とを備え、前記第1羽根体及び前記第2羽根体は、多孔体で形成され、前記第1羽根体及び前記第2羽根体の前記通路管の軸心方向における長さは、異なっているミキシングエレメントが、並流液体が通流する蒸留塔方式気液接触装置内に少なくとも1つ以上配置されていることを特徴とする気液接触装置。

技術分野

0001

本発明は1種類又は2種類以上の流体液体気体固体又はこれらの混合物)を機械可動部分を有しないで混合する静止型流体混合器に使用されるミキシングエレメントの改良に関する。

0002

この種の静止型流体混合器は、混合,攪拌,抽出,蒸留ガス吸収,溶解,放散乳化熱交換,分散,粉粒体混合等で使用されている。
また、静止型流体混合器は、化学工業,紙パルプ工業,石油化学工業,製薬工業,半導体工業光ファイバー製造工業,エネルギー産業環境関連産業等の多くの分野で使用されている。

0003

例えば、排ガス中のHcl,NH3,NOx,SOx,Sicl4,SiHcl3,SiF4,CO2,Hg,ダイオキシンなどの有害物質気液接触による吸収塔方式の排ガス処理装置又は排ガス中のSiO2,媒塵などの微粒子粉塵捕集回収する除塵装置,及び蒸留装置充填物として使用されている。その他、排水の放散処理による有機塩素系化合物アンモニア(NH4+)等の除去・回収装置として使用されている。

背景技術

0004

従来のミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器は、本発明者によって出願されているが、通路管内に2枚ないし4枚の右捻り又は左捻りの螺旋状の羽根体で構成されている。そして、静止型流体混合器は中心部に開口部を有し、右捻り羽根体と左捻りの羽根体との端縁同士がスペース部を介して直交して交互に配置されている。この羽根体の捻り角度は、90°,180°,270°である。更に、この静止型流体混合器の製造方法は、通路管の長手方向を複数個に分割し、この分割した通路管の内壁部に2枚ないし4枚の羽根体を接合する工程と、この通路管の分割面同士を接合する工程を含んでいる(例えば、特許文献2参照)。

0005

次に、筒状の通路管の内側に配設されて複数個の流体通路を形成する羽根体を有し、流体通路同士は開口部を介して連通しているミキシングエレメントの製造方法について説明する。このミキシングエレメントは、通路管と羽根体は別体で製造され、各々が接合されて製造される。ミキシングエレメントの捻り角度は90°,180°,270°,360°である(特許文献4参照)。又、ミキシングエレメントは、通路管内に配設された螺旋状の複数の羽根体から形成され、羽根体は通路管の中心部で欠落し、この欠落部に機械的強度を強くするために間欠的に内筒管を設置している。羽根体の回転角度は、90°,180°,又は30°,45°,135°で構成されている(例えば、特許文献5参照)。
更に、ミキシングエレメントには、外筒管とこの外筒管内に設けられた羽根とこの羽根を外筒管に配設するために間欠的に内筒管が設けられている。(例えば、特許文献6参照)に開示されている。

0006

従来のミキシングエレメントは、流体が通流する通路管の内径が大きくなるにつれて、製作上の困難性から、開口部(中心部)の断面積つまり直径を拡大させる必要がある。そのために、流体が開口部を通流して、つまり短絡して、混合・攪拌効果が低下する欠点がある。又、混合・攪拌効果の低下を補うために、ミキシングエレメントを多数配置する必要があり、設備費が高価となる。

0007

更に、大口径(内径1000mm以上)のミキシングエレメントを製作する場合、製作が不可能となり、かつ混合・攪拌効率は大に低下する欠点がある。更に又、既設蒸留塔内に充填物として配置することは、部材が大きいために不可能である。
更に又、小さな回転角度(たとえば約10°)でミキシングエレメントを製作,使用することで既設の蒸留塔内に充填物として配置することが可能となり、高性能化ともに生産能力が大きく向上する。

0008

特開昭58−128134号公報
特開平5−168882号公報
特開平7−80279号公報
特開平7−284642号公報
特開2001−170476号公報
特開2001−187313号公報
欧州特許0678329号
米国特許5,605,400号
米国特許6,431,528号

先行技術

0009

S.J.チェン,他「スタティックミキシングハンドブック総合化学研究所,1973年6月発行
輝一郎,森島 泰,他「静止型混合器基礎と応用−」日刊工業新聞社,1981年9月30日発行

発明が解決しようとする課題

0010

従来のミキシングエレメント及びそれを使用した静止型流体混合器は、ミキシングエレメントの直径が拡大するにつれて、混合・攪拌効率が低下するために、流体同士の混合・攪拌時間を多くする必要がある。そのために、設備費が高価になる。又、大口径になるにつれて製作・組立が難しくなり、金型費も高価になる。更に、既設の蒸留塔内に充填物としての使用することは部材の大きさと性能面から不可能であった。又、大風量処理の既設の吸収塔内に充填物としての使用は前記同様に不可能であった。

0011

更に、充填物を使用した蒸留塔においては、大きな気液接触界面積,高性能な液分配機能,低い圧力損失下での広い運転操作範囲が要求されている(例えば、特許文献3参照)。焼却炉船舶発電所等から発生する排ガスの処理風量大容量化にともない、排ガス処理装置に使用される吸収塔の高性能化,省スペース化省エネルギー化低価格化要望されている。

課題を解決するための手段

0012

上記の課題を解決するための本発明のミキシングエレメントは、流体が通流する筒状の通路管と、通路管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第1羽根体と、第1羽根体の軸心部に配置された第1内筒管と、第1内筒管内に内設された右回転又は左回転の螺旋状の第2羽根体と、第2羽根体の軸心部に配置された第2内筒管とを備え、第1羽根体及び第2羽根体は、多孔体で形成され、第1羽根体及び第2羽根体の通路管の軸心方向における長さは、異なっていることを特徴とする。本発明によれば混合効率の高性能化と製造の簡易性の向上と製造費の低価格なミキシングエレメントを提供する。また、大口径(1m以上)の蒸留塔方式および吸収塔方式の気液接触装置に適用できるミキシングエレメントを提供する。

発明の効果

0013

本発明のミキシングエレメントによれば、混合・攪拌効率の向上により気液接触時間は短縮される。また、製造は容易になることで製造費も低減される。さらに、大口径の蒸留塔、吸収塔の製作は簡易になる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施例に係る90°右回転型ミキシングエレメントの斜視図である。
同じくミキシングエレメントの底面図である。
同じくミキシングエレメントの部分拡大斜視図である。
本発明の実施例に係る右回転型第1羽根体と左回転型第2羽根体とから成るミキシングエレメントの斜視図である。
本発明の実施例に係る90°左回転型ミキシングエレメントの斜視図である。
同じく左回転型第1羽根体と右回転型第2羽根体とから成るミキシングエレメントの斜視図である。
本発明の実施例に係る右回転型ミキシングの断面を示す説明図である。
本発明の実施例に係る15°右回転型ミキシングエレメントの斜視図である。
本発明の実施例に係る15°右回転型羽根体から成るミキシングエレメントを4段配置したミキシングエレメントの斜視図である。
同じく30°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図である。
同じく60°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図である。
同じく90°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図である。
本発明の実施例に係るミキシングエレメントを使用した静止型流体混合器の概略側断面図である。
同じく静止型流体混合器の概略側部分断面図である。
同じく静止型混合器の概略側部分断面図である。
本発明に係る静止型流体混合器の概略縦断面斜視図である。
本発明に係るミキシングエレメントを蒸留塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分縦断面図である。
同じく吸収塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分縦断面図である。

実施例

0015

以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例に係る90°右回転型ミキシングエレメントの斜視図,図2は第1実施例に係る90°右回転型ミキシングエレメントの底面図,図3は第2実施例に係る90°右回転型ミキシングエレメントの部分拡大斜視図,図4は本発明の第3の実施例に係る右回転型の第1羽根体と左回転型第2羽根体から成るミキシングエレメントの斜視図,図5は同様に第4の実施例に係る左回転型のミキシングエレメントの斜視図,図6は同様に第5の実施例に係る左回転型の第1羽根体と右回転型第2羽根体から成るミキシングエレメントの斜視図,図7は本発明の第1実施例に係る右回転型ミキシングエレメントの直径方向の断面を示す説明図,図8は同様に第6の実施例に係る15°右回転型ミキシングエレメントの斜視図,図9は本発明の第6実施例の15°右回転型ミキシングエレメントを4段配置したミキシングエレメントの斜視図,図10は同様に第7実施例の30°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図,図11は同様に第8実施例の60°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図,図12は同様に第9実施例の90°右回転型ミキシングエレメントを3段配置したミキシングエレメントの斜視図,図13は本発明のミキシングエレメントを使用した第1実施例に係る静止型流体混合器の概略側断面図,図14は本発明のミキシングエレメントを使用した第2実施例に係る静止型流体混合器の概略側部分断面図,図15は同様に第3実施例に係る静止型流体混合器の概略側部分断面図,図16図13で示した本発明の実施例に係る静止型流体混合器の概略縦断面斜視図,図17は本発明のミキシングエレメントを蒸留塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分縦断面図,図18は同様に吸収塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分側断面図である。

0016

(実施例1)
図1は本発明に係る第1実施例を示す90°右回転型(時計方向)ミキシングエレメントの斜視図,図2はこのミキシングエレメントの底面図である。ミキシングエレメント1は筒状の通路管2と、この通路管2内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体3を有している。この第1羽根体3は多数の穿設孔4を有する多孔体で形成されている。この第1羽根体3の内側に筒状の第1内筒管5が配置されている。この第1内筒管5は第1羽根体3の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この第1内筒管5内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体6を有し、この羽根体6は多数の穿設孔7を有する多孔体で形成されている。この第2羽根体6の内側に筒状の第2内筒管8を配置し、開口部9を形成している。この第2内筒管8は第2羽根体6の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この第2内筒管8は必要に応じて第2羽根体6の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。第1羽根体3は第1内筒管5の外周面に一端部が接続され、通路管2の内周面に向かうにつれて、時計方向(右回転)に螺旋状に捩られて他端部が通路管2の内周面に接続されている。

0017

同様に、第2羽根体6は第2内筒管8の外周面に一端部が接続され、第1内筒管5の内周面に向かうにつれて、時計方向(右回転)に螺旋状に捩られて他端部が第1内筒管5の内周面に接続されている。第2内筒管8は中心部が開口されているので、第2羽根体6は第2内筒管8の軸心部に存在せず、この部分が欠落している。これにより図1および図2に示すように、第2内筒管8の軸心部に羽根体が存在しない開口部9が形成されている。 羽根体3および6の回転角度(捩り角度)は90°に限定されることなくミキシングエレメント1の内径に応じて約5°〜270°の範囲が好ましく、より好ましくには約10°〜90°である。また、内筒管の配置数は開口部9の直径が最小径、たとえば50mm以下になるようにミキシングエレメント1の内径に応じて第3,第4,第5,第n内筒管のように少なくとも1つ以上を適宜増減させて使用できる。同様に、羽根体も適宜使用できる。また、羽根体3および6の内設数は12枚および6枚に限定されることなく適宜増減させて使用できる。

0018

(実施例2)
図3は本発明に係る第2実施例を示す90°右回転型ミキシングエレメントの部分拡大斜視図である。
図1および図2に示したミキシングエレメント1同様に、ミキシングエレメント10は筒状の通路管11と、この通路管11内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体12を有している。この羽根体12は多数の穿設孔13を有する多孔体で形成されている。この羽根体12の内側に筒状の第1内筒管14が配置され、この内筒管14の外周部に羽根体12の一端部が接続されている。この内筒管14は多数の穿設孔15を有する多孔体で形成されている。この内筒管14内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体16を有し、この羽根体16は多数の穿設孔17を有する多孔体で形成されている。この羽根体16の内側に筒状の第2内筒管18が配置されている。この内筒管18は多数の穿設孔19を有する多孔体で形成されている。

0019

第1内筒管14および第2内筒管18を多数の穿設孔15および19を有する多孔体で形成することで、ミキシングエレメント10内の軸心方向(長手方向)を通流する流体の混合効果がより向上する。孔15および19の形状は三角状,四角状,楕円状,スリット状など必要に応じ適宜選択使用される。この孔15および19の開口率は約5%〜95%の範囲で適宜選択使用される。

0020

(実施例3)
図4は本発明に係る第3実施例を示すミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント20は筒状の通路管21と、この通路管21内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体22を有している。この羽根体22は多数の穿設孔23を有する多孔体で形成されている。この羽根体22の内側に筒状の第1内筒管24が配置されている。この内筒管24内に複数の螺旋状の左回転型第2羽根体25を有し、この羽根体25は多数の穿設孔26を有する多孔体で形成されている。この羽根体25の内側に筒状の第2内筒管27を配置し、開口部28を形成している。
即ち、ミキシングエレメント20内に右回転(時計方向)の第1羽根体22と左回転(反時計方向)の第2羽根体25とを内設している。これにより、ミキシングエレメント20内を通流する右回転および左回転の流体はミキシングエレメント20内の直径方向における相反する渦流により強力なせん応力が発生して、混合効率はより向上する。なお、内筒管24および内筒管27を多孔体で形成することで混合効率はさらに向上する。

0021

(実施例4)
図5は本発明に係る第4実施例を示す90°左回転型(反時計方向)ミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント29は筒状の通路管30と、この通路管30内に内設された複数の螺旋状の左回転型第1羽根体31を有している。この第1羽根体31は多数の穿設孔32を有する多孔体で形成されている。この第1羽根体31の内側に筒状の第1内筒管33が配置されている。この第1内筒管33は第1羽根体31の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この第1内筒管33内に複数の螺旋状の左回転型第2羽根体34を有し、この羽根体34は多数の穿設孔35を有する多孔体で形成されている。この第2羽根体34の内側に筒状の第2内筒管36を配置し、開口部37を形成している。前記同様に、この第2内筒管36は第2羽根体34の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この第2内筒管36は必要に応じて第2羽根体34の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。第1羽根体31は第1内筒管33の外周面に一端部が接続され、通路管30の内周面に向かうにつれて、反時計方向(左回転)に螺旋状に捩られて他端部が通路管30の内周面に接続されている。

0022

同様に、第2羽根体34は第2内筒管36の外周面に一端部が接続され、第1内筒管33の内周面に向かうにつれて、反時計方向(左回転)に螺旋状に捩られて他端部が第1内筒管33の内周面に接続されている。第2内筒管36は中心部が開口されているので、第2羽根体34は第2内筒管36の軸心部に存在せず、この部分が欠落している。
前記同様に、羽根体31および34の回転角度(捩り角度)は90°に限定されることなくミキシングエレメント29の内径に応じて約5°〜180°の範囲が好ましく、より好ましくには約10°〜90°の範囲である。また、内筒管の配置数はミキシングエレメント29の内径に応じて、少なくとも1つ以上で適宜増減させて使用できる。また、羽根体31および34の内設数は12枚および6枚に限定されることなく製作可能な範囲で適宜増減させて使用される。

0023

(実施例5)
図6は本発明に係る第5実施例を示すミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント38は筒状の通路管39とこの通路管39内に内設された複数の螺旋状の左回転型第1羽根体40を有している。この羽根体40は多数の穿設孔41を有する多孔体で形成されている。この羽根体40の内側に筒状の第1内筒管42が配置されている。この内筒管42内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体43を有し、多数の穿設孔44を有する多孔体で形成されている。この羽根体43の内側に筒状の第2内筒管45を配置し、開口部46を形成している。

0024

前記同様に、即ち、ミキシングエレメント38内に左回転(反時計方向)の羽根体40と右回転(時計方向)の羽根体43とを内設している。これにより、ミキシングエレメント38内を通流する右回転および左回転の流体はミキシングエレメント38内の直径方向における相反する渦流により強力なせん断応力が発生して、混合効率はより向上する。なお、内筒管42および内筒管45を多孔体で形成することで混合効率はさらに向上する。

0025

図7は、本発明に係るミキシングエレメントにおける通路管と内筒管との直径における寸法(長さ)に関する説明図である。ミキシングエレメント47は、前記図1,2,3で説明したごとく、通路管48,第1羽根体49,第1内筒管50,第2羽根体51,第2内筒管52で構成され、開口部53を形成している。ミキシングエレメント47における通路管と内筒管との直径の寸法比率は、通路管48の直径をφD,内筒管50の直径をφdとすると、φdはφDの約1%〜95%の範囲が好ましい。より好ましくは10%〜60%の範囲である。また、開口部53の直径は小口径たとえば50mm以下が好ましく、第1内筒管50の直径φdの約5%〜50%の範囲である。より好ましくは約10%〜30%の範囲である。なお、通路管と内筒管との寸法比率は通路管の寸法に応じて適宜選択使用される。また、第1内筒管,第2内筒管に限定されることなく、内筒管は、例えば第3,第4,第5内筒管そして第n内筒管と順次通路管の中心部に向けて配置し、同様に羽根体を配置して適宜選択使用される。

0026

(実施例6)
図8は本発明に係る第6実施例を示す15°右回転型(時計方向)ミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント54aは筒状の通路管55と、この通路管55内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体56を有している。この羽根体56は多数の穿設孔57を有する多孔体で形成されている。この羽根体56の内側に筒状の第1内筒管58が配置されている。この内筒管58は第1羽根体56の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この内筒管58内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体59を有し多数の穿設孔60を有する多孔体で形成されている。この羽根体59の内側に筒状の第2内筒管61を配置し、開口部62を形成している。この内筒管61は羽根体59の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この第2内筒管61は必要に応じて第2羽根体59の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。第1羽根体56は第1内筒管58の外周面に一端部が接続され、通路管55の内周面に向かうにつれて、約15°時計方向(右回転)に螺旋状に捩られて他端部が通路管55の内周面に接続されている。

0027

同様に、第2羽根体59は第2内筒管61の外周面に一端部が接続され、第1内筒管58の内周面に向かうにつれて、時計方向(右回転)に螺旋状に捩られて他端部が第1内筒管58の内周面に接続されている。第2内筒管61は中心部が開口されているので、第2羽根体59は第2内筒管61の軸心部に存在せず、この部分が欠落している。これにより、第2内筒管61の軸心部に羽根体が存在しない開口部62が形成されている。ミキシングエレメント54b,54c,54dは、ミキシングエレメント54aと前記同様に形成されている。

0028

ミキシングエレメント54は、第1羽根体56および第2羽根体59の回転角度を約15°にすることで、羽根体56および59の設置数を容易に増やすことが可能となり、混合効率はより向上する。また、大口径(直径1000mm以上)の製作が簡易になり、製造費も安価になる。さらに、既存の蒸留塔,吸収塔内に配置が可能となり、現場および内での組立、据付工事が容易にできるようになる。ミキシングエレメント54の製造方法は通路管55,羽根体56および59,内筒管58および61は各々別体で製造される。通路管55および内筒管58,61は長手方向で少なくとも2つ以上に分割した複数の部材で製作して、この分割した複数の部材を接続させて筒状の通路管55および内筒管58,61を形成してもよい。同様に羽根体56,59も2つ以上に分割し、この分割した複数の部材を接続させて螺旋状の羽根体56,59を形成してもよい。なお、通路管55,内筒管58,61および羽根体56,59は、各々溶接接着および溶着係止などの手段により接続されることで容易にミキシングエレメント54が製造される。

0029

図9に示すミキシングエレメント63は前記15°右回転型ミキシングエレメント54a,54b,54c,54dを4段配置して羽根体56の回転角度(捩り角度)が約60°に成るように接続されている。即ち隣接する第1羽根体56同士を接合することで、15°+15°+15°+15°=60°になる羽根体を有するミキシングエレメント63が形成される。

0030

このようにミキシングエレメント54を必要段数配置することで約180°,約270°,約360°など任意の回転角度を有するミキシングエレメントを容易に製造できる。 なお、隣接する羽根体56の端縁同士を所定位置で接合することに限定されることなく任意の位置に配置して使用してもよい。また、ミキシングエレメントは右回転型羽根体のみに限定されることなく、図3図4図5図6で示したミキシングエレメント10,20,29,38を形成する羽根体の回転方向組合せは必要に応じて適宜選択使用される。

0031

(実施例7)
図10は本発明に係る第7実施例を示す30°右回転型(時計方向)ミキシングエレメントの斜視図である。図8で示したミキシングエレメント同様に、ミキシングエレメント64は筒状の通路管65と、この通路管65内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体66を有している。この第1羽根体66は多数の穿設孔67を有する多孔体で形成されている。この第1羽根体66の内側に筒状の第1内筒管68が配置されている。この内筒管68は羽根体66の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この内筒管68内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体69を有し多数の穿設孔70を有する多孔体で形成されている。この羽根体69の内側に筒状の第2内筒管71を配置し、開口部72を形成している。この内筒管71は羽根体69の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この内筒管71は必要に応じて羽根体69の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。

0032

以下は図8で示したミキシングエレメントと同様であるので詳細な説明は省略する。
図10に示すミキシングエレメント64は約30°右回転型ミキシングエレメント64a,64b,64cを3段配置して羽根体66の回転角度が約90°に成るように接続されている。図9に示すミキシングエレメント63同様に30°+30°+30°=90°に成る羽根体を有するミキシングエレメント64が形成される。

0033

(実施例8)
図11は本発明に係る第8実施例を示す60°右回転型(時計方向)ミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント73は筒状の通路管74と、この通路管74内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体75を有している。この羽根体75は多数の穿設孔76を有する多孔体で形成されている。この羽根体75の内側に筒状の第1内筒管77が配置されている。この内筒管77は羽根体75の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この内筒管77内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体78を有し多数の穿設孔79を有する多孔体で形成されている。この羽根体78の内側に筒状の第2内筒管80を配置し、開口部81を形成している。この内筒管80は羽根体78の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この内筒管80は必要に応じて第2羽根体78の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。

0034

以下は図8で示したミキシングエレメントと同様であるので詳細な説明は省略する。
図11に示すミキシングエレメント73は約60°右回転型ミキシングエレメント73a,73b,73cを3段配置して羽根体75の回転角度が約180°に成るように接続されている。図9に示すミキシングエレメント63同様に60°+60°+60°=180°に成る羽根体を有するミキシングエレメント73が形成される。

0035

(実施例9)
図12は本発明に係る第9実施例を示す90°右回転型(時計方向)ミキシングエレメントの斜視図である。ミキシングエレメント82は筒状の通路管83と、この通路管83内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体84を有している。この羽根体84は多数の穿設孔85を有する多孔体で形成されている。この羽根体84の内側に筒状の第1内筒管86が配置されている。この内筒管86は羽根体84の接続部に軸心方向(長手方向)における必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。この内筒管86内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体87を有し多数の穿設孔88を有する多孔体で形成されている。この羽根体87の内側に筒状の第2内筒管89を配置し、開口部90を形成している。この内筒管89は羽根体87の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。この内筒管89は必要に応じて羽根体87の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。以下は図8で示したミキシングエレメントと同様であるので詳細な説明は省略する。
図12に示すミキシングエレメント82は約90°右回転型ミキシングエレメント82a,82b,82cを3段配置して羽根体84の回転角度が約270°に成るように接続されている。図9に示すミキシングエレメント63同様に90°+90°+90°=270°に成る羽根体を有するミキシングエレメント82が形成される。

0036

図13は本発明のミキシングエレメントを使用した第1実施例に係る右回転型ミキシングエレメントと第4実施例に係る左回転型ミキシングエレメントを、スペーサを介して縦列に接続した静止型流体混合器の概略側断面図である。筒状の静止型流体混合器91は筒状のケーシング92内に右回転型ミキシングエレメント93と左回転型ミキシングエレメント94を、ミキシングエレメント93,94の直径と同径のスペーサ95を介して交互に配置して形成されている。また、右回転型第2羽根体98は右回転型第1羽根体96の全長に亘って配置されている。更に、ミキシングエレメント93および94は図1および図5に示した第1内筒管97および第2内筒管99を各々配置して形成している。開口部100は小口径(直径50mm以下)に形成することが好ましい。なお、この筒状のスペーサ95を配置しないでミキシングエレメント93,94を交互にケーシング92内に配置して静止型流体混合器を形成してもよい。また、ミキシングエレメント93,94の端縁同士を接合して静止型流体混合器を形成してもよい。

0037

前記の如く構成された静止型流体混合器91内を2種の流体FA,FBが通流する間に流体の一部は螺旋状に羽根体の回転角度に沿って回転し、時計方向の旋回流となり、一部は羽根体の穿設孔を通流して剪断され、また一部は内筒管の穿設孔を通流して剪断されて流体は合流し、さらに反転、分割される。このように回転、通過、剪断、合流、反転、分割が繰り返されて、2種類の流体FA,FBが混合される。

0038

図14は本発明のミキシングエレメントを使用した図3に示す第2実施例に係る静止型流体混合器の概略側部分断面図である。筒状の静止型流体混合器101は筒状のケーシング102内に右回転型ミキシングエレメント103と同一直径を有する筒状のスペーサ110を配置して形成されている。このミキシングエレメント103内に内設されている右回転型第1羽根体104は図13に示したミキシングエレメント93と同様であるが、右回転型第2羽根体106は第1内筒管105の軸心方向(長手方向)の長さの必要な部分に空間部109を介して配置し、第2内筒管107及び開口部108を有してミキシングエレメント103を形成している。このように第1内筒管105内に第2羽根体106が欠落した空間部109を形成することで流体の径方向での合流の効果により、混合効率がより向上する。

0039

図15は、本発明のミキシングエレメントを使用した図4に示す第3実施例に係る静止型流体混合器の概略側部分断面図である。筒状の静止型流体混合器111は筒状のケーシング112内に右回転型ミキシングエレメント113と同一直径を有する筒状のスペーサ120を配置して形成されている。このミキシングエレメント113内に内設されている右回転型第1羽根体114は図13に示したミキシングエレメント93と同様であるが、第1内筒管115内に内設されている第2羽根体116は左回転型で形成されている。また、図14に示したミキシングエレメント103と同様に左回転型第2羽根体116は空間部119を介して配置してミキシングエレメント113を形成している。更に、図13同様に第2内筒管117、開口部118を形成している。
このように構成された静止型流体混合器111は右回転と左回転の旋回流の発生により混合効率は更に向上する。

0040

図16は、図13で示した本発明の実施例に係る静止型流体混合器の軸心方向(長手方向)の概略縦断面斜視図である。筒状の静止型流体混合器121は筒状の右回転型ミキシングエレメント122と筒状の左回転型ミキシングエレメント123とは筒状のスペーサ124を介して交互に配置して形成されている。

0041

右回転型ミキシングエレメント122は筒状の通路管125と、この通路管125内に内設された複数の螺旋状の右回転型第1羽根体126を有している。この羽根体126は多数の穿設孔127を有する多孔体で形成されている。この羽根体126の内側(中心部)に筒状の穿設孔を有する第1内筒管128が第1羽根体126の全長に亘って配置されている。この内筒管128内に複数の螺旋状の右回転型第2羽根体129を有し、多数の穿設孔130を有する多孔体で形成されている。この羽根体129の内側(中心部)に筒状の第2内筒管131を配置し、開口部133を形成している。この内筒管131は第1内筒管128同様に多数の穿設孔132を有して形成されている。ミキシングエレメント122と同一直径を有する筒状のスペーサ124の一端部はミキシングエレメント122の端縁部と接合されている。このスペーサ124の軸心方向(長手方向)での長さは、ミキシングエレメント122の全長に対して0.1倍から10倍の範囲が好ましい。なお、スペーサ124の全長はこの範囲に限定されることなく適宜選択使用できる。

0042

左回転型ミキシングエレメント123の一端部はスペーサ124の他端部に接合されている。この左回転型ミキシングエレメント123は、前記右回転型ミキシングエレメント122同様に、詳細な説明は省略するが、筒状の通路管134と、この通路管134内に内設された複数の螺旋状の左回転型第1羽根体135を有している。この羽根体135は多数の穿設孔136を有する多孔体で形成されている。この羽根体135の内側(中心部)に図3同様に穿設孔を有する筒状の第1内筒管137が第1羽根体135の全長に亘って配置されている。この内筒管137内に複数の螺旋状の左回転型第2羽根体138を有し、多数の穿設孔を有する多孔体で形成されている。この羽根体138の内側(中心部)に筒状の第2内筒管を配置し開口部133を形成している。この内筒管は第1内筒管137同様に多数の穿設孔を有して形成されている。この左回転型ミキシングエレメント123の他端部は前記同様のスペーサ124を接合し、さらに、このスペーサを介して前記同様の右回転型ミキシングエレメント122を接合して、静止型流体混合器121を形成している。この静止型流体混合器121は2体のミキシングエレメント122と1体のミキシングエレメント123で構成されているが、これに限定されることなく、少なくとも1つ以上のミキシングエレメントを使用して静止型流体混合器を形成してもよい。ミキシングエレメントの配置数、回転角度、回転方向および羽根体の配置数は用途に応じて適宜選択使用される。

0043

(応用例1)
図17は本発明の実施例に係るミキシングエレメントを蒸留塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分縦断面図である。蒸留塔139は筒状のケーシング140と、このケーシング140内にミキシングエレメント141a,141b,141c,141dを配置して形成されている。このミキシングエレメント141a,141b,141c,141dはケーシング140内に内設されたミキシングエレメント支持具142により、所定位置に係止されている。マンホール143はケーシング140内にミキシングエレメントの部材、作業者搬出入可能な構造および寸法で形成されている。

0044

このように構成された蒸留塔139においては蒸留塔139内を上昇する気体(FA)と下降する液体(FB)とは、ミキシングエレメント141内を向流で通流して、気体と液体とが攪拌混合され、気液が十分に接触する。この蒸留塔139をフラッシュ蒸留および水蒸気蒸留などに適用することで、液体中の異種物質の分離,精製および回収ができる。

0045

本発明によるミキシングエレメントを蒸留塔の充填物として使用することで、蒸留塔内ガス速度を従来充填物の1.5〜5倍の範囲のガス速度での処理が可能となり、設備費が安価になる。また、気液接触効率の向上により塔高も低くなり、低い圧力損失での運転が可能となり、供給スチーム量も低減する。さらに、運転操作範囲が広いので運転管理も容易になる。さらにまた、既存の蒸留塔の充填物との交換により、生産能力が容易に向上する。充填物の交換工事もマンホールを介して容易に作業可能となる。さらに、従来の静止型混合器を使用した蒸留塔と比較して、ミキシングエレメントの開口部の直径を最小(たとえば50mm以下)にすることが可能となり、気液接触効率がより向上し、またミキシングエレメントの製造が容易になり、狭い蒸留塔内での製作および据付が可能となる。さらに、大口径(1m以上)の蒸留塔の製作が安易になり、大容量の処理が可能となる。

0046

(応用例2)
図18は本発明の実施例に係るミキシングエレメントを吸収塔方式気液接触装置に適用した場合の応用例を示す概略部分縦断面図である。吸収塔144は筒状のケーシング145と、このケーシング145内にミキシングエレメント146a,146b,146c,146dを配置して形成されている。このミキシングエレメント146a,146b,146c,146dはケーシング145内に内設されたミキシングエレメント支持具147により、所定位置に係止されている。マンホール148はケーシング145内にミキシングエレメントの部材の搬出入および、作業者の出入が可能な構造および寸法で形成されている。

0047

このように構成された吸収塔144においては吸収塔144内を下降する気体(FA)と液体(FB)とは、ミキシングエレメント146内を並流で通流して、気体と液体とが攪拌混合され、気液が十分に接触する。この吸収塔144をガス吸収,ガス冷却除塵操作に適用することで、気体中の異種物質の分離,精製,回収および除害ができる。

0048

本発明によるミキシングエレメントを吸収塔の充填物として適用することで、吸収塔内ガス速度を従来充填物の1.5〜10倍の範囲のガス速度での処理が可能となり、設備費が安価になる。また、気液接触効率の向上により塔高も低く、塔径も小さくなり、低い圧力損失での運転が可能となり、省スペースおよび省エネルギーとなる。さらに、運転操作範囲が広いので運転管理も容易になる。さらにまた、既存の吸収塔の充填物との交換により、生産能力が容易に向上する。充填物の交換工事もマンホールを介して容易に作業可能となる。さらに、従来の静止型混合器を使用した吸収塔と比較して、ミキシングエレメントの開口部の直径を最小にすることが可能となることで、気液接触効率が向上し、また大口径(1m以上)ミキシングエレメントの製造が容易になる。さらに、大口径(1m以上)の吸収塔が容易に製造可能となり、大風量(30000m3/Hr以上)を処理する吸収塔は安価になる。

0049

1,10,20,29,38,47,54a,54b,54c,54d,63,64,64a,64b,64c,73,73a,73b,73c,82,82a,82b,82c,93,94,103,113,122,123,141a,141b,141c,141d,146a,146b,146c,146d・・・ミキシングエレメント、2,11,21,30,39,48,55,65,74,83,125,134・・・通路管、3,12,22,49,56,66,75,84,96,104,114,126・・・右回転型第1羽根体、6,16,43,51,59,69,78,87,98,106,129・・・右回転型第2羽根体、31,40,135・・・左回転型第1羽根体、25,34,116,138・・・左回転型第2羽根体、5,14,24,33,42,50,58,68,77,86,97,105,115,128,137・・・第1内筒管、8,18,27,36,45,52,61,71,80,89,99,107,117,131・・・第2内筒管、4,7,13,15,17,19,23,26,32,35,41,44,57,60,67,70,76,79,85,88,127,130,132,136・・・孔、9,28,37,46,53,62,72,81,90,100,108,118,133・・・開口部、91,101,111,121・・・静止型流体混合器、92,102,112,140,145・・・ケーシング、95,110,120,124・・・スペーサ、109,119・・・空間部、139・・・蒸留塔、144・・・吸収塔、142,147・・・支持具、143,148・・・マンホール

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