专利名称：搅拌机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种搅拌机，用于以混合、溶解、析晶、反应等为目的的搅拌处理。
背景技术：
目前，对于搅拌机的搅拌叶片，多级地使用涡轮叶片、桨状叶片、螺旋桨状叶片等小型叶片的例子很多。使用这些搅拌叶片的搅拌机中，通过提高叶片旋转次数来增加从叶片向半径方向排出的液体的流量，这样液体冲撞于槽壁而向上方及下方旋转，并再次向叶片处返回从而产生循环流动，进行槽内的混合。
但是，如图14所示，使用上述小型叶片时，由于不能在整个槽内形成充分的上下循环流动，在上下之间会产生多个隔带Z，......，所以搅拌特性不是太良好。而且，叶片形状趋于复杂化，造成制作成本高，而且也不容易清洗。
针对上述情况，例如，在专利文献1中记载的平板型叶片，因其叶片形状简洁，所以具有抑制制作成本、容易清洗的优点，又因为在整个槽内从叶片向半径方向排出的液体流量大，所以具有搅拌特性良好的优点，特别适合于高粘度液体和含有容易下沉于槽底部的固体的液体的搅拌处理。
专利文献1日本国特开平10-174857号公报然而，即便采用平板型叶片，如果是专利文献1所记载的平板型叶片，或是没有开口的完整的平板，则如图15所示，因为在叶片的上半部分和下半部分中，从叶片向半径方向排出的液体的排出流量相等，所以从叶片的上半部分向下方的排出流动和从叶片的下半部分向上方的排出流动发生冲撞，在上下之间还是会产生隔带Z，造成搅拌特性不良。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种搅拌机，可以在整个槽内形成充分的上下循环流动，并能够发挥较佳的搅拌特性。
本发明的搅拌机中，在搅拌槽1内的中心部分设置有从槽外可旋转的搅拌轴2，该搅拌轴2上安装有平板且矩形状的搅拌叶片3，所述搅拌机的特征在于，所述搅拌叶片3按照如下条件包含多个开口4...(i)搅拌叶片3的上半部分U中的开口4的开口面积相对该上半部分U的总面积的比率(搅拌叶片3的上半部分U中的开口率)为45～80％；(ii)搅拌叶片3的下半部分D中的开口4的开口面积相对该下半部分D的总面积的比率(搅拌叶片3的下半部分D中的开口率)为18～50％；(iii)搅拌叶片3的下半部分D中的开口率相对搅拌叶片3的上半部分U中的开口率的比率为31～71％。
根据由上述结构组成的搅拌机，搅拌叶片3的上半部分U中的开口率大，而下半部分D中的开口率小，这样从下半部分D向半径方向排出的搅拌对象物的排出流量比从上半部分向半径方向排出的搅拌对象物的排出流量还多。因此，形成了从排出强的区域向排出弱的区域的上下循环流动，即形成了从搅拌槽1的下部向上部的连续的上下循环流动。其结果，不会产生隔带，搅拌对象物在整体上被搅拌。
也就是说，本发明的搅拌机，通过加大搅拌叶片的上半部分中的开口率，同时缩小其下半部分中的开口率，且通过适当地设置其开口率，可以在整个槽内形成充分的上下循环流动，从而能够发挥较佳的搅拌特性。
图1是本实施方式中的搅拌机的正面图。
图2是同实施方式中用于说明搅拌机的搅拌特性的概念图。
图3是搅拌叶片的上半部分的开口率和下半部分的开口率的关系中的搅拌特性(混合特性)的数据表。
图4是表示搅拌叶片的上半部分的开口率和下半部分的开口率的关系中的搅拌特性(混合特性)是否良好的图表。
图5是搅拌叶片的下半部分的开口率相对其上半部分的开口率的比和混合时间比之间关系的数据表。
图6是表示搅拌叶片的下半部分的开口率相对其上半部分的开口率的比和混合时间比之间关系的图表。
图7是图6中的近似曲线的数据表。
图8是其它实施方式(其1)中的搅拌机的正面图。
图9是其它实施方式(其2)中的搅拌机的正面图。
图10是其它实施方式(其3)中的搅拌机的正面图。
图11是其它实施方式(其4)中的搅拌机的正面图。
图12是其它实施方式(其5)中的搅拌机的正面图。
图13是其它实施方式(其6)中的搅拌机的正面图。
图14是用于说明现有的具有小型叶片的搅拌机的搅拌特性的概念图。
图15是用于说明现有的具有大型叶片的搅拌机的搅拌特性的概念图。
符号说明1搅拌槽2搅拌轴3搅拌叶片4开口5档板R1、R2上下循环流动Q1、Q2排出流量具体实施方式
下面根据图1对本发明的实施方式中的搅拌机进行说明。
1为圆筒形搅拌槽，在该槽1内的中心部分设置有搅拌轴2。搅拌轴2的下端通过设置在槽底部的轴承(未图示)支撑，其上端通过连接器(未图示)与槽顶部上方的驱动装置(未图示)连接。
3是设置有多个开口4的平板状的搅拌叶片，该搅拌叶片3呈矩形状，该搅拌叶片3在其宽度方向的中心部分被安装于搅拌轴2。在上半部分U多设置开口4，使搅拌叶片3的上半部分U中的开口率(搅拌叶片3的上半部分U中的开口4的总开口面积相对于该上半部分U的总面积(包含该上半部分U中的开口4的总开口面积)的比率)比搅拌叶片3的下部D中的开口率(搅拌叶片3的下半部分D中的开口4的总开口面积相对于该下半部分D的总面积(包含该下半部分D中的开口4的总开口面积))还大。在本实施方式中，具有相同开口面积的开口4在搅拌叶片3的上半部分U中以规定间隔形成有4个；在搅拌叶片3的下半部分D中以规定间隔形成有3个。
5是挡板，在搅拌槽1的侧壁沿周向以规定间隔安装有多个(图中只示出1个)。该挡板5具有的特性为从搅拌槽1的侧壁下部至上部沿轴长方向连续，使搅拌叶片3排出的搅拌对象物上升至搅拌槽1的上部。
本实施方式中的搅拌机由上述结构组成，下面根据图2对本实施方式中的搅拌机的搅拌特性进行说明。
通常周知，从叶片向半径方向排出的搅拌对象物的排出流量，与搅拌叶片3的轴长方向上的单位宽度面积和该单位宽度面积的外径的3次幂的乘积成比例。因此，如本实施方式中的搅拌叶片3所示，搅拌叶片3的上半部分U中的开口率大，而下半部分D中的开口率小时，下半部分D中的搅拌对象物的排出流量Q1比上半部分U中的搅拌对象物的排出流量Q2还多。
于是，根据搅拌叶片3的上半部分U和下半部分D的排出流量的不同，即根据排出强度的不同，形成从排出强的区域向排出弱的区域的上下循环流动R1，即形成从搅拌槽1的下部向上部的连续的上下循环流动R1。其结果，不会产生隔带，能够全面地对搅拌对象物进行搅拌，所以搅拌特性变得良好。
另外，上下循环流动R1达到上部后，从搅拌槽1的侧壁侧向中心侧移动，形成沿搅拌轴2及搅拌叶片3向下方移动的上下循环流动R2，虽然会返回到槽底部，但在搅拌叶片3中设置有多个开口4，从而下降中的搅拌对象物被这些开口4......剪断细分，这被细分的搅拌对象物被卷入到搅拌叶片3的旋转方向后侧产生的微小漩涡中，从而被进一步细细搅拌。
再有，为了方便理解，图2中只在单侧一面示出了排出流量(排出流动)Q1、Q2以及上下循环流动R1、R2，但是，显然，在搅拌槽1的周向整个区域中产生同样的流动形态。
在这里，本发明人为说明如何设置搅拌叶片3的开口率更好，进行了各种实验。
进行以下实验，并在图4中标出其实验结果(图3)后，描绘边界线。
<实验条件>
·槽内径D(搅拌槽1的槽体的内径)310mm·叶片径d(搅拌叶片3的宽度)165mm·叶片高度B(从槽底部的最下位置到搅拌叶片3的最上端的高度)295mm·液体深度L(从槽底部的最下位置到液面的高度)357mm·槽底部形状半椭圆·挡板有·液量25升·液体粘度1cp(水)·搅拌功率0.2kW/m3<实验方法>
采用碘还原脱色法来观察流动状态。也就是说，将搅拌槽1内的液体用碘染成赤褐色，投入脱色液之后进行搅拌的基础上，观测(VTR记录)槽内液体的脱色进展情况及是否产生隔带。该方法为在例如Mixing(1975)ShinjiNAGATA John Wiley&Sons，P187，4.3.1 Method of Measuring MixerPerformance、Handbook of Industrial Mixing，John Willy&Sons，P167，4-4.3Approximate Mixing Time Measurement with Colorimetric methods中也已被公开的公知方法。顺便指出“○”是针对从搅拌槽1的下部排出的流动顺畅地到达上部、形成在上下方向上连续的一个上下循环流动的情况的评价；“△”是针对从搅拌槽1的下部排出的流动差不多到达上部、但发现其中一部分在途中向中心侧流动的情况的评价；“×”是针对上下循环流动明显地被切断的情况的评价。
在与上述同样的实验条件下进行相同实验，测量进行搅拌后、槽内液体完全脱色为止的时间，并在图6中标出其实验结果(图5)后，描绘近似曲线。再有，混合时间比是指将混合时间的最佳值(实验中为3.1秒)作为100％时的各混合时间的比率；上下开口率比是指搅拌叶片3的下半部分D中的开口率相对于搅拌叶片3的上半部分U中的开口率的比率。其中，混合时间的最佳值(平均值)是指对混合时间短的区域中的10个混合时间数据进行平均后得到的值。具体而言，是在图5的从上第5个数据(3.1秒)到第14个数据(3.4秒)中，将第13个数据(4.0秒)作为特殊点除外，对剩下的9个数据进行平均后得到的值。图7是近似曲线的数据。
从图3及图4可知，如果搅拌叶片3的上半部分U中的开口率为45～80％，下半部分D中的开口率为18～50％，并且搅拌叶片3的上下开口率比为31～71％(将纵轴设为y、横轴设为x时，夹在y＝0.31x和y＝0.71x之间的区域)，则流动状态(混合特性)良好，进一步，如果将搅拌叶片3的上下开口率比缩小为37～65％(夹在y＝0.37x和y＝0.65x之间的区域)，则流动状态(混合特性)变得更加良好。
从图6及图7可知，在110％以内的范围，搅拌叶片3的上下开口率比是37～65％，在120％以内的范围，搅拌叶片3的上下开口率比是31～71％。该事实和从图3及图4导出的上述事实相符。
综上所述，搅拌叶片3的开口率，(1)优选为搅拌叶片3的上半部分U中的开口率为45～80％，下半部分D中的开口率为18～50％，并且搅拌叶片3的上下开口率比为31～71％；(2)进一步优选为搅拌叶片3的上半部分U中的开口率为45～80％，下半部分D中的开口率为18～50％，并且搅拌叶片3的上下开口率比为37～65％。
再有，本发明中的搅拌机并不局限于上述实施方式，在没有超出本发明要点的范围内可以进行多种更改。
例如，在上述实施方式中，上下开口率比是31％以上、更优选为37％以上，71％以下、更优选为65％以下，但是如果考虑到混合时间比进入100％以内的范围，则上下开口率比进一步优选为46％以上、56％以下，还有，如果考虑到混合时间比比99％还低，则上下开口率比更进一步优选为48％以上、54％以下。
在上述实施方式中，上半部分U中的开口率是45％以上、80％以下，但如果只考虑评价为“○”的情况，则上半部分U中的开口率更优选为50％以上、76％以下。
另外，上述实施方式中，将横长矩形状的开口4以纵向排列方式配置，但也可以如图8所示，将纵长狭缝状的开口4以横向排列方式配置的形态(为了让上下开口率不同，将开口4的长度设为不同)；如图9所示，将各开口4的大小设为不同，并对这些开口进行适当地配置的形态；如图10所示，相对搅拌轴2以非线对称方式配置的形态；如图11所示，夹着搅拌轴2且将左右开口4的布局以轴长方向上错开的方式配置的形态；如图12所示，相对轴长方向将开口4以交错状配置的形态；如图13所示，将开口4以方格状配置的形态等等，主要是如果搅拌叶片3的上半部分U中的开口率小于下半部分D中的开口率，则对开口4的形状、数目、大小及配置不作限定。
此外，在上述实施方式中，通过在板材打孔的方式形成开口，但也可以如锚型叶片那样，将构成部件组合后作为平板且矩形状的搅拌叶片，将各构成部件之间的空隙作为开口。
此外，上述实施方式中，搅拌轴2的下端由槽底部支撑，但该下端也可以从槽底部分离，不由槽底部支撑。
此外，上述实施方式中，在槽顶部侧设置有驱动装置，用于将搅拌轴2从槽外旋转驱动，但也可以将该驱动装置设在槽底部侧。
此外，上述实施方式中，设置有挡板5，但该挡板5在本发明中不是必需的结构。
此外，虽然不是分别对槽内径D、叶片径d、叶片高度B、液体深度L作特别的限定，但一般来说，可以将叶片径比d/D(叶片径d/槽内径D)设置为40～75％、叶片高度比B/D(叶片高度B/槽内径D)设置为50～100％、液体深度比L/D(液体深度L/槽内径D)设置为10～150％。
权利要求
1.一种搅拌机，在搅拌槽(1)内的中心部分设置有从槽外可旋转的搅拌轴(2)，该搅拌轴(2)上安装有平板且矩形状的搅拌叶片(3)，所述搅拌机的特征在于，所述搅拌叶片(3)按照如下条件包含多个开口(4、...)(i)搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口(4)的开口面积相对该上半部分(U)的总面积的比率(搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口率)为45～80％；(ii)搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口(4)的开口面积相对该下半部分(D)的总面积的比率(搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口率)为18～50％；(iii)搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口率相对搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口率的比率为31～71％。
2.根据权利要求1所述的搅拌机，所述开口(4、...)相对所述搅拌轴(2)配置成非线对称。
全文摘要
本发明提供一种搅拌机，可以在整个槽内形成充分的上下循环流动，并能够发挥较佳的搅拌特性。本发明按照如下条件对搅拌叶片(3)设置开口(4)。(i)搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口(4)的开口面积相对该上半部分(U)的总面积的比率(搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口率)为45～80％；(ii)搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口(4)的开口面积相对该下半部分(D)的总面积的比率(搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口率)为18～50％；(iii)搅拌叶片(3)的下半部分(D)中的开口率相对搅拌叶片(3)的上半部分(U)中的开口率的比率为31～71％。
文档编号B01F7/16GK101022884SQ20058003171
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月21日
发明者弥富隆一, 森永昌二 申请人:住重机器系统株式会社