凝集（フロキュレーション）において、特定の回転速度でマグネチックスターラーを使用するのはなぜですか？粒子成長効率の最適化

電気凝固後の凝集段階では、マグネチックスターラーは特定の低速回転速度で使用され、精密な流体力学的環境を作り出します。

高速混合は化学反応に使用されますが、凝集には穏やかで制御された速度勾配（通常は約40 rpm）が必要です。この特定の速度は、電解中に生成された微細な粒子が、これらの壊れやすい構造を引き裂くのに十分な乱流を発生させることなく、汚染物質に衝突して付着し、より大きな集合体（フロック）を形成することを促進します。

凝集の効果は、力の繊細なバランスに依存します。撹拌は粒子衝突を誘発するのに十分でなければなりませんが、新たに形成されたフロックを破壊するせん断力を防ぐには穏やかでなければなりません。

粒子凝集の物理学

必須の衝突の促進

電気凝固は、微細な凝固剤粒子を水中に放出します。これらの粒子が水を浄化するためには、汚染物質と物理的に接触する必要があります。

距離の克服

外部エネルギーがない場合、これらの粒子は懸濁したまま分離されたままになります。マグネチックスターラーは運動エネルギーを導入し、粒子を移動させて互いに衝突させます。

沈降性フロックの形成

これらの衝突が発生するにつれて、粒子はフロックとして知られるより大きなクラスターに凝集します。これらのフロックのサイズを増やすことが主な目標です。なぜなら、より大きな質量はより速く沈降し、きれいな水から分離しやすくなるからです。

制御速度の重要な役割

速度勾配（G値）

スターラーの技術的な目的は、しばしばG値と呼ばれる特定の「速度勾配」を提供することです。この値は、流体積に対する混合の強度を表します。

特定の速度が重要な理由

40 rpmなどの特定の速度は、このG値を最適化するために選択されます。この速度は、粒子がお互いにぶつかる確率を最大化するのに十分な流体運動を提供します。

反応混合との対比

この段階を一般的な化学混合と区別することが重要です。実験室用スターラーは、初期混合段階で濃度勾配を排除し反応を加速するために1000 rpmで動作するかもしれませんが、そのような速度は凝集中は破壊的です。

トレードオフの理解：せん断対成長

せん断力の危険性

回転速度が高すぎると、スターラーは凝集剤ではなくブレンダーとして機能します。高速は液体に強いせん断力を生み出します。

せん断誘発破壊

これらのせん断力は、成長中のフロックから粒子を引き剥がす可能性があります。せん断力がフロックを保持する結合強度を超えると、集合体は破壊されます。

沈降への影響

フロックが過剰な混合によって破壊されると、それらは効果的に沈降しない小さなサイズに戻ります。これは、後続の沈降プロセスの効率を直接低下させ、汚染物質が水中に懸濁したままになります。

混合不足のリスク

逆に、速度が低すぎると、粒子は十分に頻繁に衝突しません。フロックは効果的に溶液から沈降するのに十分な大きさになることはありません。

プロセス戦略の最適化

水処理プロセスの効率を最大化するには、処理の特定の段階に基づいて撹拌強度を調整する必要があります。

• 主な焦点が初期化学反応である場合：均一な混合を確保し、熱または濃度勾配を排除するために、高速（例：1000 rpm）を使用します。
• 主な焦点がフロックの成長と分離である場合：せん断誘発破壊を避けながら凝集を促進するために、速度を大幅に（例：40 rpm）低下させます。

回転速度を二項設定ではなく精密な変数として扱うことにより、効果的な汚染物質分離に必要な物理的安定性を確保できます。

概要表：

混合段階	標準速度（RPM）	主な目的	物理的結果
電気凝固	高（800 - 1000+）	化学反応	凝固剤の均一な分布
凝集	低（20 - 40）	粒子凝集	大きくて沈降性のフロックの形成
過度の速度	100 RPM超	高せん断	フロック破壊と沈降不良
不十分な速度	10 RPM未満	低い衝突率	集合体の成長が最小限

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参考文献

1. Emily K. Maher, Patrick J. McNamara. Removal of Estrogenic Compounds from Water Via Energy Efficient Sequential Electrocoagulation-Electrooxidation. DOI: 10.1089/ees.2019.0335

この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Solution ナレッジベース .