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インペラ

効率が高いインペラシステムを混合技術の個別要件向けに開発

近年、産業応用向けの混合システムの要件が、着実に厳しくなっています。インペラの設計、適切な混合システムの選択、さらにはかくはん機への個別コンポーネントの配置は、プロセスエンジニアリングと機械的特性に決定的な影響をおよぼします。

これはかくはん機ばかりでなく、反応器とそのコンポーネントにも当てはまります。業界特有の面に合わせて従来のインペラを包括的に再適化することは、EKATOインペラファミリーの開発の基礎でした。それにより、混合技術の分野の新しい規格を継続的に確立したのです。

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インペラのカテゴリ

混合技術において、多様なインペラが広範囲にわたる応用のために使用されています。さまざまな設計は、いくつかの基本タイプへと遡ることが可能です。これらの寸法と名称は、DIN 28131で標準化されています。原則として、以下の点に従いかくはん機をカテゴリ分けするのに役立ちます:

実際のところインペラは通常、一次流動方向に従い分類されます。

所望の軸流または遠心流に加えて、各かくはん機で、液体への回転運動の伝達を介して、接線流動も生成されます。したがって三次元の流動が、混合容器内に存在します。この流動場は、コンテナ内のコンポーネントの影響を強く受けます。かくはんシステム内の望ましくない接線流は、多くの場合、容器壁にバッフルを設置して低減可能です。


従来のインペラ

プロペラ

低粘性媒体向けの典型的な軸流ポンプ式インペラは、3ブレードプロペラです。この多機能なインペラは、特に均質化および懸濁に適しています。流動パターンとしては強力な軸方向の吸引、および乱流域で強く束ねられた排出流が見られます。出口ジェット流は底部で偏向され、容器の壁領域の表面に到達します。液体はプロペラの領域で加速されます。

ピッチブレードタービン 

ほぼ匹敵する流動パターンが、4ブレード、45°ブレード角度のピッチブレードタービンで生成されます。しかし、遠心方向により強い成分が形成されます。プロペラの向かい側で、応用領域が拡大され、最大20,000 mPaの粘度を処理することができます。したがって、応用領域は層流および乱流の様式へと拡大しますが、非常に単純なブレード形状であるため、効率は比較的低くなります。

ヘリカルリボンインペラ

ヘリカルリボンインペラは、高粘性の媒体の均質化に適しています。クロスバーでシャフトに固定される帯状のらせん構造物からなります。プロペラとは対照的に、軸流は圧力差によって引き起こされるのではなく、層流様式における変位効果によって引き起こされます。ヘリカルリボンインペラの利点の1つは、安定のためクロスピースが強制使用されることです。これにより、バッフル、浸漬管などの設置が防止され、多くの実際的な応用において有益である、または必要であると見られます。直径比が0.9~0.99であるヘリカルリボンインペラは、壁式インペラに接近します。

遠心流インペラは、主に容器壁に向かって進んでから上下へと偏向する、遠心方向の流動を生成します。 これにより、2つの反対方向に回転するリング渦が形成されます。これらにより、インペラへと向かう軸流が上下から生じます。 

フラットブレードディスクタービン

よく使用される遠心ポンプ式インペラの代表例は、フラットブレードディスクタービンです。複数(通常6枚)の垂直な長方形のブレードを、水平に配置されたキャリアディスクの円周に沿って対称に配置します。フラットブレードディスクタービンは、主にガス処理応用に使用されます。この場合のインペラの欠点は、比較的低い洪水限界が比較的低いこと、および出力低下が大きいことです。さらなる混合作業の拡大は、特定の条件下でのみ可能です。このインペラによる実際の混合作用は、主に遠心流出のせん断ゾーンで起こります。

溶解槽ディスク

さらなる典型的な遠心流ポンプ式インペラは、溶解槽ディスク(別名、分散機ディスク)です。EKATO DISSOLVERはキャリアディスクからなり、その上には、歯状の要素が円周に沿って縦に配置されています。溶解槽ディスクは、高いせん断勾配(例えば、乳化、固体の破砕、湿式粉砕)が必要な混合作業に適しており、混合システムとして他のインペラと組み合わせて使用されることが多いです。そのため、必要とされる高い局所せん断力は小容積内での高い円周速度により達成されます。粘性の高い媒体の場合、軸流インペラを追加することで容器内で十分な循環が保たれます。

後退湾曲インペラ

後退湾曲インペラは、流動方向の後方に曲がった(通常)3つのブレードを有する比較的高速度なインペラです。主な流動は遠心方向です。軸流の量は、インペラの直径比および底部隙間により異なります。後退湾曲インペラは通常、一般的に低粘性である流体の均質化および熱伝達改善のための混合システムで、1~2つの指型バッフルと共に使用されます。しかし、適合性は限られています。後退湾曲インペラの形状は元々ガラス張りの応用のために設計されたため、流体力学的には最適ではなく、より効率的なインペラに置き換えられることが次第に増えています。

アンカーインペラ

接線流をもたらすインペラの典型的な代表例として、一般にシャフトに平行に配置された2つのブレードからなるアンカーが挙げられます。これらは容器底の輪郭に沿って、クロスバーを介して接続されています。直径比が0.9~0.99であるアンカーインペラは、壁隙間が狭くなっています。その主な作業は、容器壁に付着する高粘度の境界層の厚さを減らし、熱交換を強化することです。フィンガー/フレームインペラは今でも時折使用されることがあり、アンカーインペラを同様の特性があります。 

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