撹拌計算 書籍

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出版物

撹拌計算を極める

撹拌槽操作・設計のための
計算法実験法


●こちらの書籍は絶版となりました   ★「改定増補版」はこちらを参照下さい★

発刊・体裁・価格

発刊  2009年10月  定価  32,000円 + 税
体裁  B5判ソフトカバー 162ページ  ISBN 978-4-904080-34-4

 


◎撹拌操作を論じる上で最も重要なことは撹拌所要動力を評価することである.
 一般的な技術者が動力と聞くと、まず、最初に思い浮かべるのは、撹拌モーターの選定であろう。
しかし、「撹拌所要動力」とは、単に撹拌翼を回転させるための動力ではなく、流体にどのくらいのエネルギーを投入したかという尺度と理解することが重要である。
後の章で説明するが、撹拌所要動力を見積もることができれば、撹拌槽の評価指標である混合時間(混合特性)、吐出流量(流動特性)、伝熱係数(伝熱特性)、物質移動係数(物質移動特性)等、多くの性能を評価することができる。
 さらに、一般的に知られている動力相関式で推算される動力には、摩擦等の機械的なロスは含まれておらず、消費電力とは大きく異なることに注意を要する。
撹拌所要動力を計算することの目的と詳細な計算方法は次章以降で説明するが、
     まずは、撹拌所要動力を確実に計算できるようになっていただきたい。(第1章より)

◎初学者がぶち当たるミキシングにおける壁「計算」をマスター
⇒項目ごとに例題を収載した必携の一冊 

【例題】内径2mのジャケット付き円筒槽に、内径と同じ深さに20℃の水を入れ、
翼径0.8m、翼幅0.13mの6枚羽根タービン翼を上下2段に取り付けて、60rpmで
撹拌している。ジャケット側に加熱用温水を通した場合の伝熱速度を求めよ。
ただし、槽壁温度は50℃とし、ジャケットの伝熱面積は12m2とする

【例題】内径1.5mの完全邪魔板条件の円筒槽に、25℃の水(密度1000kg/m3
粘度0.001Pa・s)を槽径と等しい深さまで入れ、槽底部より空気を1分当り液容量の
1/5吹き込み、翼径0.5m、翼幅0.1mの標準6枚羽根タービン翼で120rpmで撹拌した場合の
撹拌所要動力および酸素の吸収速度を求めよ

★複雑な計算式を詳細に解説!!
・2枚羽根パドル翼に対する永田の式/パドル翼に対する亀井・平岡らの式/
・傾斜パドル翼に対する平岡・亀井らの式/
・プロペラ翼、ファウドラー翼に対する式/ヘリカルリボン翼に対する式/
・アンカー翼に対する式/乱流撹拌槽における混合時間の推算式

★各種実験法を整理紹介!!
・撹拌所要動力(@軸トルク測定法A消費電力測定法B温度測定法)
・循環時間分布・フローパターン・混合過程の可視化、混合時間
・物質移動係数・固液間物質移動係数
・気液間物質移動容量係数(@ダイナミック法、カラーチェンジ法)

★トピックの異相系の撹拌の計算も追加!!
・ガス吹き込み時の撹拌所要動力/ガス吹き込み時の物質移動容量係数
・固液系での撹拌所要動力/固液撹拌での粒子浮遊限界限度/
・液液系での撹所要動力/Sauter平均液滴径                          

執筆者


名古屋工業大学  准教授 博士(工学) 加藤 禎人 先生

【ご略歴】
1988年東レ株式会社入社後、炭素繊維の生産技術開発に携わる。
1991年名古屋工業大学応用化学科の助手となり、現在まで撹拌槽全般の研究に関わる。その間、揺動撹拌槽に関する実験的研究というテーマにおいて九州大学で学位を取得。2001年助教授となり、すぐに1年間ドイツアーヘン工科大学(現RWTHアーヘン大学)に留学し、バイオリアクター研究に従事した。
1992年から、化学工学会ミキシング技術特別研究会(現化学工学会粒子・流体プロセス部会ミキシング技術分科会)の幹事、2006年からは同分科会の副会長兼庶務幹事を務め、現在に至る。

目次


第1章 撹拌の目的と撹拌槽の構造
 1. 撹拌の目的
 2. 撹拌槽の構成
 3. 撹拌翼の種類
 4. 大型翼について
 5. 撹拌に使用される主な無次元数

第2章 撹拌所要動力の重要性
 1. 撹拌所要動力から推定できること
 2. 撹拌翼を使用しない撹拌方式もふくめた撹拌性能の評価方法

第3章 流動特性
 1. 層流と乱流および放射流と軸流
 2. 旋回流速度分布と固体的回転半径
 3. 中心部液面低下と槽壁部液面上昇
 4. 循環流量と吐出流量
 5. 循環時間分布
 6. 計算例

第4章 動力特性
 1. 撹拌レイノルズ数と動力の関係
 2. 邪魔板無し撹拌槽の動力相関式
  2.1 2枚羽根パドル翼に対する永田の式
  2.2 パドル翼に対する亀井・平岡らの式
  2.3 傾斜パドル翼に対する平岡・亀井らの式
  2.4 プロペラ翼、ファウドラー翼に対する式
  2.5 ヘリカルリボン翼に対する式
  2.6 アンカー翼に対する式 
 3. 邪魔板あり撹拌槽の動力相関式
  3.1 完全邪魔板条件
  3.2 最高撹拌所要動力
  3.3 種々の邪魔板条件での撹拌所要動力
 4. 計算例

第5章 混合特性
 1.混合時間とは
 2.典型的な混合パターン
  2.1 層流の場合の混合パターン
  2.2 動力線図と混合パターンの関係
 3.混合時間の推算式
  3.1 乱流撹拌槽における混合時間の推算式
  3.2 高粘度流体の混合時間の推算式
 4. 計算例

第6章 伝熱特性
 1. 撹拌槽の伝熱方式
 2. 撹拌槽壁伝熱係数
 3. 伝熱コイル表面の伝熱係数相関式
 4.計算例

第7章 異相系の撹拌
 1. 気液系の撹拌
  1.1 ガス吹き込み時の撹拌所要動カ  
  1.2 ガス吹き込み時の物質移動容量係数  
 2. 固液系の撹拌
  2.1 固液系での撹拌所要動力
  2.2 固液撹拌での粒子浮遊限界速度 
 3. 液液系の撹拌
  3.1 液液系での撹拌所要動力  
  3.2 Sauter平均液滴径  
 4. 計算例

第8章 スケールアップ
 1.スケールアップにおける影響因子
  1.1 力学的スケールアップ
  1.2 主なスケールアップの要因
 2. 具体的なスケールアップ則と採るべきデータ
  2.1 単位体積当たりの所要動力一定
  2.2 混合時間一定
  2.3 翼先端速度一定
  2.4 単位体積当たり伝熱量一定
  2.5 懸濁粒子浮遊条件一定
 3. 計算例

第9章 各種実験方法
 1. 撹拌所要動力の測定方法
  1. 1 測定方法の種類
  1. 2 動力曲線を作成する時の注意
 2. 循環時間分布の測定方法
 3. フローパターンの測定方法
 4. 混合過程の可視化および混合時間の測定方法
  4. 1 脱色法
  4. 2 電気伝導度法
 5. 物質移動係数(壁面伝熱係数)の測定方法
 6. 固液間物質移動係数の測定方法
  6.1 物質移動のモデル
  6.2 実験方法
 7. 気液間物質移動容量係数の測定方法
  7.1 実験方法
  7.2 酸素濃度計を使用する場合の取り扱い
  7.3 ダイナミック法の実験手法
  7.4 カラーチェンジ法

第10章 流動数値解析
 1. 流動数値解析の検証
 2. パドル翼付き層流撹拌槽の計算プログラム例

第11章 実機と実験装置における撹拌所要動力の差異
 1.皿底槽(実機)と平底槽(実験機)の違い
 2. 検討した系
 3.乱流域での翼取り付け位置に対する動力の差異
  3.1 パドル翼
  3.2ラシュトンタービン翼
  3.3 ピッチドパドル翼
  3.4 プロペラ翼
 4. 遷移域から層流域での動力の差異

第12章 非定常撹拌操作
 1. 非定常撹拌とは
 2. 層流における非定常撹拌
  2.1 翼の断続的な運転
  2.2 翼の回転方向の変動
  2.3 翼の上下移動
  2.4 翼の回転方向の変動と上下移動の組み合わせ
  2.5 非対称な撹拌翼の効果
3. 乱流における非定常撹拌
  3.1 乱流に対する非定常撹拌の意義
  3.2 定常撹拌と非定常撹拌の比較
  3.3 断続運転と正逆運転の差
  3.4 トルク変動特性
  3.5 動力による混合性能評価

番号:BC091001

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