Moneytizerによる広告を掲載しています。撹拌槽は化学プラントの中で最も重要な装置の1つです。撹拌槽の用途は様々ですが、特に重要なのが反応器としての用途です。一般に槽型反応器と呼ばれる形式で、槽内の液体を撹拌翼で混合することで濃度と温度が均一な反応場を作り出しています。実際に撹拌槽の設計や運転に携わってみると、濃度や温度を均一にすることは容易ではないことがわかります。この記事では撹拌槽の温度を均一にする、という点に絞り撹拌槽の伝熱について解説していきます。反応においては反応槽の温度管理が非常に重要になります。発熱反応であれば、反応が進行するにつれて熱が発生し反応槽内の温度が上昇します。反応槽の温度管理をしていないと、どんどん温度が上昇し、そのうちに反応液の沸点に達してしまします。液体が気体へと変化すると約1000倍の体積増加となりますから、槽内圧力が急上昇し最悪の場合は反応槽の破裂や爆発に至ります。したがって、通常は反応槽温度が一定に保てるように除熱する必要があります。反応槽の除熱能力は装置形状や運転条件によって様々な制約を受けます。その代表例として、反応槽のスケールアップ時の伝熱性能について考えてみます。上図に示すような平底の撹拌槽を10倍にスケールアップするとします。槽内の液は底面と側面のジャケットで熱交換させます。簡単のために、スケールアップ前の槽径、液高さを1とします。相似形状を保ったままスケールアップすると、スケールアップ後の槽径、液高さは10となります。スケールアップ前後のジャケット伝熱面積Aと液体積Vを計算すると下の表になります。撹拌槽において伝熱面積が足りているかどうかの指標として、単位液量当たりの伝熱面積A/Vをよく使用します。スケールアップ前後でA/Vを比較すると、スケールアップ前はA/Vが5であるのに対して、スケールアップ後は0.5しかありません。単位液量当たりに使用できる伝熱面積がスケールアップ後は小さくなることを意味しています。撹拌槽のサイズや液の物性、スケールアップ倍率によってA/Vの値は変化しますが、スケールアップ後のA/Vが小さくなるという傾向はどんな撹拌槽でも変わりません。したがって、何も考えずにスケールアップすると撹拌槽の伝熱能力が不足し、所定の温度で運転できない可能性が高いです。そこで通常は伝熱能力を補うために、何かしらの工夫をする必要があります。具体的にどのような工夫をすべきかについての知見は非常に少ないです。この記事では撹拌槽の伝熱能力についての考え方や計算方法、どのようにすれば伝熱性能を改善させることができるのか、について解説しています。以下、内容について目次を表示します。(1981)伝熱関連の参考書10冊、論文5件の内容から撹拌槽伝熱の内容を抜粋し、私自身の経験や考察を加えてまとめております。絶版になっている参考書もあるので他では手に入らない情報が多いですし、これらの参考書をいちから読む時間を考えると圧倒的に費用対効果が良いです。ご購入いただくと閲覧できます。このコンテンツはご購入後、閲覧いただけます。1,500円(税込)コンテンツを購入するすでに購入されていますか?ご購入時に入力されたメールアドレスと購入キーを入力し、認証するボタンを押してください。Email:購入キー:認証する認証しています....決済はStripeを通して安全に処理されます。当サイトではクレジットカード情報を一切保持しません。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。date*日本語が含まれない投稿は無視されますのでご注意ください。撹拌槽のスケールアップ指標について解説ラボスケールで開発してきた製品を量産化するために、反応器・反応槽を実機スケールへとスケールアップするのは化学工学エンジニアの代表的な仕事の1つと言えるでしょう。本記事では撹拌槽のスケールアップ指標についていくつかまとめました。熱力学の分野では、取り扱う対象を系といい、系に無関係なすべてを周囲(あるいは外部、外界、環境)といいます。大きく3つに分類されます。粒子を含む流体中にフィルター等の障害物を設置すると、流体は障害物を避けて流れますが、粒子は障害物を避けきれずに衝突し捕集されます。このような慣性力を利用した捕集機構を慣性捕集機構といいます。気体混合物の体積が、同温・同圧下での各ガス成分の純物質体積の和になることをAmagat(アマガー)の法則といいます。一般に温度が高くなると反応速度は速くなります。このような温度依存性を表わす式をアレニウスの式といいます。本記事ではアレニウスの式を線形プロットして頻度因子Aと活性化エネルギーEを算出するアレニウスプロットについて解説します。対流による物質移動流束と分子拡散による物質移動流束の比を表わす無次元数をシャーウッド数Shといいます。実用上は、シャーウッド数に含まれる物質移動係数kを算出するのに使用することが多いです。【バッフル(邪魔板)】を解説:上下循環で撹拌槽の混合効果up【伝熱】既設プラント伝熱計算でのポイント5つプロフィールこのブログを運営しているルートです。化学メーカーで働くケミカルエンジニアです。