1997 Fiscal Year Annual Research Report
撹拌槽内の3ステップ混合機構の解明とそれに基づく最適設計・操作方法の決定
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08455353
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小川 浩平 東京工業大学, 工学部・化学工学科, 教授 (00016635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 史郎 東京工業大学, 理工学国際交流センター, 助教授 (40220602)
黒田 千秋 東京工業大学, 理工学国際交流センター, 教授 (80114867)
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| Keywords | 撹拌槽 / 通気撹拌槽 / 混合度 / 情報エントロピー / インパルス応答 |
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| Research Abstract |
通気撹拌槽内には、混合開始から十分時間が経った後も、吸収された気体の液中濃度斑が存在することが確認されている。このような濃度斑は生成物の品質不良等につながる場合が少なくなく、この濃度斑の解消を図るためには、まず槽内の混合現象について十分な知見を得る必要がある。従来より槽内の混合現象についての実験は、実験の容易さから、液中に液体トレーサーを注入したり、通気ガスをステップ状にトレーサーガスに変えたりしてなされてきた。しかし、流体輸送の視点から考えられる槽内の混合を促進する因子である液の大きな循環流と小さな流動流だけに注目した場合にも、両因子の混合効果を分離して評価することも未だ達成されていないのが現状である。
そこで本研究では、CO_2ガスをトレーサーガスとして用い、従来ほとんど試みられていないインパルス状にトレーサーガスを液に注入して吸収させる応答実験を行い、液に吸収されたCO_2ガスの槽内液中濃度分布の経時変化を電気伝導度法により測定し、情報エントロピーに基づく混合度の経時変化を求めることにより、通気撹拌槽内の混合過程に関する基礎的知見を得ることを主たる目的とした。
その結果、算出された混合度と経過時間の関係から混合過程は、ガス注入後に気泡が上昇して翼へ到達するまでの上昇流の効果が顕著な段階、翼から吐出される液が槽内を1循環するまでの循環流の効果が顕著な段階、そして循環流とともに変動流の効果も顕著となる段階の3段階に分けられることが明らかになった。さらに、通気撹拌槽内の混合速度は翼回転数と理想的混合状態と実際の混合状態の差の積に比例し、それらは混合過程に依らず一定の式形で表されることがわかった。
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