上部設置型撹拌機は、主にモーター、撹拌棒、撹拌シール装置の3つの部分から構成されます。モーターは動力源であり、ブラケットに固定され、回転速度は速度コントローラーで調整されます。
1. 撹拌棒はモーターに接続されています。電源を入れると、モーターが撹拌棒を回転させ、撹拌を行います。撹拌シール装置は撹拌棒を反応器に接続し、密閉系内で反応が行われるようにします。
撹拌効率は、撹拌棒の構造に大きく依存します。反応器の大きさや形状、ボトルの開口部の大きさ、反応条件の要件に基づいて、適切な撹拌棒を選定する必要があります。
2. 撹拌棒を選定する際に、まず明確にしておくべき概念は粘度です。粘度とは、流体の流れに対する抵抗のことです。これは、液体が1cm/sの速度で流れる際に、表面積1平方センチメートルあたりに必要なせん断応力として定義されます。これを動粘度と呼び、単位はPa・sです。粘度は流体の特性です。
撹拌工程において、粘度が5Pa・s未満の流体は一般的に低粘度流体とみなされ、例えば水、ヒマシ油、麦芽糖、ジャム、蜂蜜、潤滑油、重油、低粘度エマルジョンなどが挙げられます。一方、粘度が5～50Pa・sの流体は中粘度流体とみなされ、例えばインクや歯磨き粉などが挙げられます。粘度が50～500 Pa・sの流体は、チューインガム、プラスチゾル、固体燃料などの高粘度流体であり、粘度が500 Pa・sを超える流体は、ゴム混合物、プラスチック溶融物、有機ケイ素化合物などの超高粘度流体です。
一般的に、上部設置型撹拌機の技術パラメータには、cps単位で測定される最大撹拌粘度が含まれます。cpsの換算式は、1 Pa・s = 1000 mPa・s = 1000 cpsです。例えば、従来の上部設置型撹拌機の最大撹拌粘度は20,000 cpsで、これは約20 Pa・sに相当します。つまり、この撹拌機は低粘度から中粘度の流体の撹拌に適しているということです。
3. インペラの選択も、上部設置型撹拌機にとって重要なパラメータです。低粘度媒体の場合、小径・高速の攪拌機を用いることで、周囲の流体を循環させ、一定の距離まで移動させることができます。しかし、高粘度流体には直接攪拌が必要です。
低粘度および中粘度流体に適したインペラには、パドル型、オープンタービン型、プロペラ型、長尺薄型プロペラ型、ディスクタービン型、ブルマシン型、プレートアンドフレームパドル型、三枚羽根後向き湾曲型、MIGインペラなどがあります。
高粘度および超高粘度流体に適したインペラには、リボン型、スクリュー型、アンカー型、フレーム型、プロペラ型などがあります。反応によって粘度が変化する流体の場合、ユニバーサルインペラなど、幅広い粘度範囲に対応できるインペラが必要となります。