撹拌講座 貴方の知らない撹拌の世界

さて、 ここは前回と同じ、 とある化学会社の試作用実験棟です。 現在試作中の製品は、 低粘度モノマー原料が、 最終段階では高粘度ポリマー（20Pa・s程度）となり、 その後に150℃での温度を80℃まで冷却して後工程へ移送する、 という処方です。

その他の記号は以下です。

あらあら、 Nu数に、 Pr数･･･、 また聞きなれない言葉が出てきましたね、 詳細な説明は専門書へお任せするとして、 各無次元数の意味合いは、 簡単に言えば、 以下とお考えください。

Nu数とは？：
「対流熱伝達により運ばれる熱量」と「熱伝導により運ばれる熱量」の比です。

撹拌で言えば、 「回転翼による強制対流での伝熱量」と「液自体の熱伝導での伝熱量」の比です。
よって、 完全に静止した流体（熱伝導のみにより熱が伝わる）ではNu＝1になります。
ほら、 ここにもNp値やRe数と同じように、 「代表長さD」が入っていることにご注意下さい。 よって、 Np値と同じように幾何学的相似条件が崩れた場合は、 Nu数の大小で伝熱性能の大小を論じることはできません。 尚、 ジャケット伝熱では通常、 代表長さは槽内径Dを用います。

Pr数とは？：
「速度境界層の厚み」と「温度境界層の厚み」の比を示している。

うーん、 解り難いですよね。 撹拌槽でのジャケット伝熱で考えれば、 以下の説明になります。
「速度境界層の厚み」とは、 流速がゼロとなる槽内壁表面から、 安定した槽内流速になるまでの半径方向の距離を言います。
「温度境界層の厚み」とは、 温度が槽内壁表面の温度から、 安定した槽内温度になるまでの半径方向の距離を言います。
よって、 Pr数が小さいほど「流体の動きに対して熱の伝わり方が大きい」ことを示しています。
粘度、 比熱、 熱伝度の物質特性値で決まる無次元数ですので、 代表的なものは、 オーダを暗記して下さいね。 20℃での例は以下の通りです。
空気＝0.71、 水＝約7.1、 スピンドル油が168程度。 流体がネバネバ（高粘度）になれば、 Pr数がどんどん大きくなるのです。

さて、 基本式（1）から、 撹拌槽の境膜伝熱係数hiの各因子との関係は以下となります。

よって、 因子毎の寄与率は以下となります。

本式（式3）から、 撹拌槽の境膜伝熱係数hiを考える時のポイントを説明します。