通氣攪拌におけろ混合状態および區分
（気液および気液固流動層による）
加
藤
康
夫
Mixing Patterns in Air Agitator
(Gas-Liquid Fluidized Ped and Gas-Liquid-Solid Fluidized Bed)YasuoKato
Mixing Patterns of liquid−1iquid systems and liquid−solid systems by air which was blowed through the screen or the porous media were observed． In the water−benzol system and the water−carbontetra−chloride system， the critical air velocity of the complete ’，mixing increased with decreasing the ratio of each liquid． In th・w・ter−・91ass b・11・y・t・m and th・w・ter−sand ・’凵Et・m， the criti・・al v・1・city was pr・P・・ti・− nal to the 1．4 power of the particle diameter and to the O32 power of the solid concentration． The critical velocity of the water−sand system was somewhat greater than that of the water−glass ball systm．1，緒
言 接触反応装置として、従来の研究は、気液系につい ては、充揖塔、棚段塔、および、気体を底の中央より 吹込み撹拝器で撹拝混合する通気撹拝などがある。液 液系については、撹拝器によるWS？？、管式反応装置に よる混合、液液向流抽出、およびパルセイシヨソコラ ムなどがある。固液系については、撹拝器による撹 拝（3），（4）および液流動層c）などがある。これら反応装 置のほかに、圧搾室気吹込みによる濾過層の洗糠があ る。著者は、−有効接触面積の増大とdead spaceを少 くして、混合接触を有効ならしめるために、気体を金 網および多孔層を通して底面の全面より吹込んだ場合 の混合状態および均一混合限界塞気速度などについて 観察および写真により判定した。本装置は、特に常庄 以外の反応装置として有効と思われる。2．実験装置および方法
装置略図をFig・1に示す。測定部は、管径90mm， 長さ400mmのガラス管で、室気吹込み部には、80メ ツシユの金綱2枚にしたものと、この金網の間に砂を IQmmの厚さの層につめたものを用いた。室気は、室 気庄縮機より圧送されて、オリプィス流量計を通り下 部の吹込部より入る。この室気は、室気吹込み部」この111
液、液一液、または、液一固を撹絆混合する。 Fig．1 Experimental ApParatus3．混合状態および匿分
A・室気一水系：Fig・2は、最初o）水の高さを10 cmにして、室気流速を変化させた場合の状態変化の 写真の代表的な例を示す。露出時間は1／50秒である。 室気量が少ないときは、細かい気泡が液の中を上昇し巨召不031コ｛三7ナヨ
山梨大学工学部研究報告
第 7 号 室気量が増すにつれて、全部が気泡となり次第に層の 高さが高くなる。室気流速（室管基準）約17cm／sec において最高となり、管壁の泡は、ほとんど、動かな いように見える。更に室気量を増すと、室気は管の中 央部を吹きぬけるようになり、ついには沸とう状態に なる。 B．室気による液液麗絆 イ）室気一水一ベソゼソ系：Fig．3は水の高さ10 cm，ベソゼソo）高さ5cm，すなはち、全液の高さを 15cmにして、空気を吹き込んだ場合の状態変化の例 を示す。露出時間は1／50秒である。室気量が極めて少 ない場合には、液は二層のまXで、室気はそれらの中 を気泡となつて上昇する。室気量が増すにつれて、両 層の境界の乱れがはげしくなり、ベソゼンが滴状にな つて水の層の方に入つて来る。室気流速がO．4cm／sec （室管基準）になると、ほとんど、均一な混合状態に なる。ベンゼソの水に対する割合、γ，が少くなると、 均一混合の限界速度は大きくなる。 Pt ）室気一水一四塩化宏素：Fig．4は、全液の高 さ15cmで、四塩化笈素の水に対する割合が0．5の場合 の例を示す。露出時間1／50秒である。この場合は、四 塩化炭素が水の中に滴状となつて分散して行く場合 で、室気流速が1・22cm／secになると、ほぼ均一な混 合薯犬態になる。 C．室気による固液撹絆 イ）室気一水一ガラス球：Fig．5は、全体の高さ を10cmとして、室気流速を変化させた場合の状態変 化の例を示す。室気量が少ない場合は、ある個所から 室気が吹出し、泡の運動エネルギーによりガラス球が 浮遊するが、室気量が増すにつれて、水の層に懸吊す る量が増し、ついにはガラス球全部が均一に分布して 流動する。均一混合限界速度は、粒径が大きい程大で あり、また、ガラス球の量が多い程大である。実験は 粒径が、150∼200メツシz、コ00∼150メツシユ、80∼ 100メツシユ、および、40∼60メツシユについて、ガ ラス球o）濃度（wt％）10．4，21．7，40％に変化させて 行つた。 ロ）室気一水一砂：粒径80∼100メツシユ、および、 50∼60メツシユについて上述と同じような実験をし た。その例をFig・6に示す。混合状態は大体ガラス 球の場合と同じようである。 以上の結果よに液液撹拝においては、両液層の物 理特性に関係し、また、両液の容積比に関係あること がわかつた。両液の容積比、γ，と不完全混合と完全 混合の限界室気流速、Ue，とを図示すればFig，7の如 f，e 0．8 0、6 ミこ04
o．3 O．2 ’B，3 Fig．7＼〈c6H’“H，°ノ＼
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OA O，6 ｛），8 LO l5 Ue〔c m／se（l Critical Velocity vs Volume Ratio of each Liquid くなる。Ucはγが小さいほど大きい。これは、吹き込 む室気量が同じであれば、泡の運動エネルギt−’がほC 同程度と考えられるから、両液層の境界面附近の乱れ は大体同じと考えられる。する1二、分散範囲の広い場 合、すなわち、γの小さい場合には、完全混合するに 必要な運動エネルギーほ大となることによるものと思 われる。固液系働宇における粒径、濃度、および、限 界塞気流速との関係をFig．8に示す。限界室気流速 ・Q4 03 言 LE a2 ぜ o．1 o．03 c曇翻モ㍑
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● α、〔c用／∫・♂ Fig．8Critical Velscity vs Particle Diameter 15 は、粒径の1．4乗1こ比例し、また、濃度o）0．32i乖に比 例して増加する．疎水ゾルは、固体の濃度が増すと、 その粘度が増すことが、理論および実験によつて確め られている。混合には、レイノルズ数が関係するから 粘度が増ぜば、大きな憤性力が必要となるから、当然 大きな室気速度が必要となる。このため、限界室気流 速が、濃度と共に大きくなるものと思われる。流動層 の高さの増加率は、濃度の大きい場合減少する。c 繋1 膿！ a b tC d e f u〔cm／sec〕3．73i 5．48 10．4 14．、3 16．8 19．1 Fig・2 The mixing patterns at・various air rates in air・−water fluidized bed ・・ ” e （initial hight Ho＝10cm） 、、 a b c d e uLcm／sec〕・0．14］ 0．27 0．33 0．43 0．62 Fig．3 The mlxing Patterns at vジ，rious air aates in air−water−C6H6 （Ho＝15cm，γ＝0．5） f サ 1工’，3 fluidized bed ・づ。1／ 6 a b c d e f u〔cm／sec〕0．22 0．45 0．79 1．13 1．22 1．93 Fig64 The mixing patterns at various air rates in air−water＿CCI4 fluidized bed （Ho・＝15cm， or＝ O・5）
繊懸灘懸辮。 一一一＿一占ΨWw鰯為堀仲灘∼ d 2．10 0．089 a b c u〔cm／sec〕 0．39 1．58 1．98 ’ dm〔mm〕 〆0．089 0．08g IO．089！ Fig．5 The mixing patterns at various air rates （Ho＝10cm， C＝21．7wt．％） e 2．30 0．126 1n alr−water−glass ball f 2．80 0．126 fluldized bed u〔cm／sec〕 C〔wt．％〕 a b c d e I ノ 5．9 10．2 18．1 2．6 9．0 12．6 5．2 ｛5．2 5．2 33．8 33．8 33．8 Fig．6 The mixing Patterns at varlous air rates in air−−water−sand fluidized bed （H〔1＝15cm ， dm＝O．Z7mm） 1 グ
