ダブルヘリカルリボン翼の撹拌実験

「ヘリカルリボン翼」とは

ヘリカルリボン翼とは、高粘度の撹拌で度々用いられる撹拌翼です。ヘリカルは「螺旋状の」を意味し、文字通り帯状の金属板が螺旋状に巻かれた形状が大きな特徴です。

原理は後述いたしますが、その形状から上下の流動を発生させるのに適した撹拌翼となっています。なお、ダブルヘリカルリボン翼は1本の撹拌軸にヘリカルリボン翼が2枚取り付いているのでこの名前になっています。

ちなみに、弊社においてダブルヘリカルリボン翼は特注でのご対応となります。どの容器サイズに合わせた場合でも都度特注となりますので、ご注文を希望される場合はご留意ください。

実験で使うもの
撹拌棒・撹拌翼2種（アンカー翼、ダブルヘリカルリボン翼）、 撹拌用モーター一式、500mlセパラブルフラスコ、CMC溶液（濃度5.5％ 粘度約35,000mPa・s）、着色料

実験方法
①500mlセパラブルフラスコにCMC溶液400gを流し入れる。その際、先に耳かき一杯程度の着色料で着色したCMC溶液20gを入れ、その後残りの380gを上から注いで着色された部分が底に沈殿したようにする。
②アンカー翼付き撹拌棒を差し込み、20rpmで撹拌を行う。
③液全体が均一に着色されるまでにかかった時間を計測する。
④撹拌翼をダブルヘリカルリボン翼付き撹拌棒と入れ替え、①～③を同じく行う。

アンカー翼で撹拌を行った時は、溶液全体がおおよそ均等に着色されるまでに40分程度かかりました。一方、ダブルヘリカルリボン翼は溶液全体がむらなく均等に着色されるまで約2分もかかりませんでした。

アンカー翼と比較してダブルヘリカルリボン翼が全体混合をするのにより適していることがわかります。

今回実験で使用したダブルヘリカルリボン翼（かき下げ）は、上記図のようなフローパターンでCMC溶液が流動しています。

アンカー翼の場合、容器の外周部では翼が回転しているため流動が大きいですが、容器中央の回転軸付近は流動が小さくなっています。

対してヘリカルリボン翼の場合、容器外側は螺旋状に流体が押し上げられ、上向きの流動が起こります。一方、容器中央の回転軸付近では下向きの水流が発生し、これにより溶液全体が効率よく撹拌されています。

ヘリカルリボン翼にも幾つか弱点があります。

特にネックとなるのが、加工難易度がアンカー翼に比べて高い点です。比較的加工難易度の低いアンカー翼のほうが価格面では優位となります。

また、ヘリカルリボン翼はホイップクリームのような粘着性があまりなく、せん断されやすい流体は得意ではないとされています。アンカー翼は上下の流動では劣りますが、容器の壁面付近の付着に対して有効といったような利点もあり、全体混合の適正のみで優劣をつけることはできません。

以上の点などから、撹拌翼の選定はケースバイケースで、高粘度の撹拌にはアンカー翼でも充分というケースは多々ございます。

簡単ではありますが、ヘリカルリボン翼の機能についてお見せ致しました。
今回の検証実験では粘度35,000mPa・sのCMC溶液で撹拌を行いましたが、更に高い粘度の流体でも有効となります。またいずれの機会でご紹介できればと存じます。