JP2010540403A - 過炭酸ナトリウム製造用ノズルの使用 - Google Patents

Abstract

粒状過炭酸ナトリウム製造用の保護ガスを用いる２流体スプレーノズル１の使用に関する。ノズルは、過酸化水素水溶液用の出口を有する中心管２と、該中心管の周囲に同軸に配置され、炭酸ナトリウム水溶液用の出口を有する内側ジャケット管３と、前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置され、保護ガス用の出口を有する外側ジャケット管４と、前記中心管と前記内側ジャケット管との間に、前記中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロット５とからなり、該リングスロットのネジ山は前記中心チューブの長手軸方向に対して角度αを有するように配置してあり、前記保護ガスは０．７バール未満の圧力で使用される。本発明はまた、粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法にも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粒状過炭酸ナトリウム製造用の保護ガスを備えた２流体（two-way）スプレーノズルの使用に関する。ノズルは、過酸化水素水溶液用の出口を有する中心管と、該中心管の周囲に同軸に配置され、炭酸ナトリウム水溶液用の出口を有する内側ジャケット管と、中心管及び内側ジャケット管の周囲に同軸に配置され、保護ガス用の出口を有する外側ジャケット管と、中心管と内側ジャケット管との間に、中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロット（threaded ring slot）とからなり、リングスロットのネジ山は中心管の長手軸方向に対して角度αを有するように配置されている。本発明はまた、粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法に関する。

従来技術において、いくつかの異なる粒化過炭酸ナトリウム製造用ノズルが知られている。例えば、文献ＥＰ ７１６ ６４０において、粒化過炭酸ナトリウムの製造方法が提示されている。この方法は３流体噴霧ノズル（three-way atomiser nozzle）を使用しており、該ノズルは中央管と、該中央管の周囲に同軸に配置された二つのジャケット管とを有し、該中心管は少なくともその半径部分がノズル先端においてジャケット管から突出して延在している。溶液のうちの一つは中心管に導入され、二つ目の溶液は中心管と内側ジャケット管との間に形成された環状の隙間に導入され、推進ガス（propellant gas）が２つのジャケット管の間に形成された外側の環状の隙間に導入される。

公開ＥＰ ７８７ ６８２もまた、粒化過炭酸ナトリウムの製造方法を記載している。この方法は４流体噴霧ノズル（four-way atomiser nozzle）を使用しており、該ノズルは中心管と、該中心管の周囲に同軸に配置された３つのジャケット管とを有する。当該方法において、溶液のうちの一つが中心管に導入され、推進ガスが中心管と内側（＝第１）ジャケット管との間に形成された環状の隙間に導入され、サスペンション（懸濁液）が第１及び第２のジャケット管の間に形成された環状の隙間に導入され、そして推進ガスが２つのジャケット管の間に形成された外側の環状の隙間に導入される。

米国公開２００６／００４９２８１の文献は、液状物質を噴射するためのノズルを提示している。このノズルは筒状のノズル本体とノズル口金とを含む。前記ノズル本体は内管と外管とを含み、内管は噴射される物質の供給部に接続され、外管は霧化ガス又はキャリヤガスの供給部に接続している。

しかしながら、これらの従来技術に提示されているノズルは全て、霧化ガス及びキャリヤガスとして加圧空気を使用しており、液体の霧化及び液滴の形成の双方をその作用としている。これに関する問題点は、加圧空気は重要な必要性を有するものであるが、操作やメンテナンス及び設備投資の面から見て、かなりコストが大きいことである。

本発明の目的は、従来技術の解決において存在した問題を最小限にするか、又は完全に回避することである。

上述に鑑みて、本発明は粒化過炭酸ナトリウム製造用のノズルの使用を提供することを目的とし、該ノズルはより低圧の空気を使用することによって、従来技術のノズルと比較して操作コストを減らすことができる。さらに、本発明は、公知のノズルよりも故障やメンテナンスの少ないノズルの使用を提供することを目的とする。

これらの目的は、本発明に係る使用、特に下記に示す独立請求項の特徴部分の特徴を備えた使用によって少なくとも部分的に達成される。

本発明に係る代表的な使用は、粒状過炭酸ナトリウム製造用の保護ガスを用いる２流体スプレーノズルの使用であって、該ノズルが、
過酸化水素水溶液用の出口を有する中心管と、
前記中心管の周囲に同軸に配置され、炭酸ナトリウム水溶液用の出口を有する内側ジャケット管と、
前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置され、保護ガス用の出口を有する外側ジャケット管と、
前記中心管と前記内側ジャケット管との間に、前記中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロットとからなり、前記リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸方向に対して角度αを有するように配置してあり、
前記炭酸ナトリウム水溶液が、主に、前記ネジ山付きリングスロットの使用によって得られる炭酸ナトリウム水溶液の旋回運動によって引き起こされる遠心力によって液滴に形成され、前記保護ガスが０．７バール未満の圧力で使用されることを特徴とする。

本発明はまた、粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法に関する。本発明に係る代表的な方法において、
過酸化水素水溶液が、ノズルの中心管を介して反応器に加えられ、
炭酸ナトリウム水溶液が、前記中心管の周囲に同軸に配置された内側ジャケット管を介し、且つ前記中心管と前記内側ジャケット管との間に配置されたネジ山付きリングスロットを介して前記反応器に加えられ、前記リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸方向に角度αを有するように配置してあり、
保護ガスが、前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置された外側ジャケット管を介して前記反応器に加えられ、
前記炭酸ナトリウム水溶液が、主に前記ネジ山付きリングスロットによって得られる炭酸ナトリウム水溶液の旋回運動によって引き起こされる遠心力によって液滴に形成され、且つ前記保護ガスが前記外側ジャケット管を介して０．７バール未満の圧力で加えられることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るノズル装置を模式的に示す図である。 図１の詳細を模式的に示す図である。

ネジ山付きリングスロットを備えた２流体スプレーノズルを使用することで、炭酸溶液に強力な旋回運動を与え、主に旋回運動によって引き起こされる遠心力によって液滴化することが可能であるということが、今や驚くべきことに明らかになった。主に遠心力によって炭酸溶液を液滴に形成するので、圧縮ガス、例えば圧縮空気を液滴形成に使用する必要がない。驚くべきことに、圧力が０．７バール未満の保護ガスを使用してもなお、良好な液滴形成と二溶液の混合の獲得が可能となったことも注目すべきである。同時に、ノズル先端付近での詰まりも低減されたことも注目すべきである。

本願において、「ネジ山付きリングスロット（threaded ring slot）」という用語は、中心管と密接して中心管の周囲に配置され、リング状に形成されたブッシュ又はスリーブを意味する。ブッシュ又はスリーブは、中心管に面する内面と、内側ジャケット管に面する外面を有する。ネジ山はスリーブ又はブッシュの外面に配置されており、好ましくはブッシュ又はスリーブの長手軸の周囲に螺旋状になっている。

本願において「保護ガス」という用語は、外側ジャケットチューブから反応器内に噴射されるガスを意味する。ノズルから排出された保護ガスの主たる作用は、反応器内で製造プロセスの構成物質（constituents）の流動化を維持し、それらがノズル先端で詰まるのを抑制することである。保護ガスは、少なくとも高い程度まで、炭酸溶液の液滴形成の役割を負っていない。しかしながら、ノズルの外では、保護ガスは反応器内の内部混合プロセスを補助することが可能である。

本願において、「２流体ノズル（two-way nozzle）」という用語は、該ノズルの射出端に、中心管の開口部と、その中心開口部を同軸に包囲する２つのリング状管の開口部とを有するノズルを意味する。ノズルは２つの溶液を反応器に導入するために用いられ、保護ガスによって保護されている。中心開口部は第１の溶液用であり、該中心開口部に密接し且つ包囲する第１のリング状開口部は第２の溶液用であり、該第１の開口部に密接し且つ包囲する第２のリング状開口部は保護ガス用である。

本発明に係る代表的な使用は、粒状過炭酸ナトリウム製造用の保護ガスを用いる２流体スプレーノズルの使用であって、該ノズルが、
過酸化水素水溶液用の出口を有する中心管と、
該中心管の周囲に同軸に配置され、炭酸ナトリウム水溶液用の出口を有する内側ジャケット管と、
前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置され、保護ガス用の出口を有する外側ジャケット管と、
前記中心管と前記内側ジャケット管との間に、前記中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロットとからなり、該リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸方向に対して角度αを有するように配置してあり、
前記保護ガスが０．７バール未満の圧力で使用される。

本発明の一実施形態においては、保護ガスは０．５バール未満、好ましくは０．３バール未満の圧力で使用される。

従来技術のノズルにおいて、一般的に１〜３．６バールの圧力で霧化ガスを使用している。したがって、本発明の使用が０．７バール未満の保護ガスの圧力しか必要としないノズルを提供することにより、加圧ガスの必要性を大きく減らすことができる。

さらに、本発明で使用するノズルでは、液体の液滴を、従来技術のノズルの圧縮された霧化エアーではなく、ノズル外の液体出口における圧力差によって形成する。したがって本発明では、エアーを、流動化のため、即ち過炭酸ナトリウムの顆粒が形成される流動層（fluid bed）の顆粒をノズル外に維持してノズル頭部に流動媒体が詰まることを防ぐために、使用している。

本発明の好適な一実施形態によれば、前記保護ガスは空気である。必要とされる圧力はかなり低いものなので、圧縮空気用のコンプレッサーの代わりに、単に送風装置、例えばファンや送風機等を用いることができる。これによって、製造プロセスにおけるエネルギー消費を減らすことができる。一般的に、送風装置のメンテナンスはコンプレッサーシステムよりも簡単で、かつ工業規模の製造プロセスにおいては、より信頼性が高い。

本発明の一実施形態によれば、ノズルは狭い粒度分布（narrow size distribution）を有する液滴を形成する。液滴の平均径は５０〜１０００マイクロメートルに変化可能である。代表的な液滴のサイズは約５００マイクロメータで、３００〜６００マイクロメータの範囲にわたる。一般的に、本発明に記載される、遠心力によって形成する炭酸溶液の液滴（carbonate droplets）は、炭酸溶液の霧化用の圧縮空気を使用して形成する液滴よりも、若干サイズが大きい。液滴のサイズが大きくなると液滴の寿命も長くなる。即ち、液滴からの水分が蒸発する時間が長くかかるようになり、個々の液滴が反応器において凝集体（agglomerate）又は凝集種（agglomerate seed）に当たる可能性が改善し増加する。このように、本発明は製造プロセス全体の経済効率も改善する。

本発明の技術分野において、圧縮空気を用いれば液滴のサイズをかなり広い範囲にすることが可能であることが知られている。しかしながら、本発明では、液滴は圧縮空気を使用した従来技術のノズルにおける液滴よりもサイズがより均一である。より均一な液滴のサイズによって、粒状過炭酸ナトリウムの製造プロセスを制御することが容易となり、その効果は最終生産物（final product）まで持続する。

本使用によって、炭酸ナトリウム水溶液、ソーダ灰とも呼ばれるが、これのためにより大きな開口部を有するノズルを設けることができ、開口部の詰まりを減らすことができる。また一方で、ネジ山付きリングスロット上により強度の高いネジ山を設け、より大きな許容範囲で使用することが可能となり、ノズルを省メンテナンス指向（less maintenance intensive）にすることができる。これらの特徴は全て、製造、メンテナンス、使用コストを抑えることに繋がる。本発明の一つの好適な実施形態によれば、ノズルの中心管はノズル先端を越えて延在しない。これは、中心管は内側及び外側ジャケット管とほぼ同じ長さであることを意味する。

本発明の別の効果としては、液滴のノズルからの出口速度（exit velocity）が、過炭酸ナトリウムの製造において使用されてきた従来型のノズルに比較して大きく減速することである。実際、従来型のノズルの出口速度はおよそ秒速５０メートルであるのに対し、本発明においてこの出口速度はおよそ秒速１０〜３０メートルしかない。

本発明において、液体のノズル注入及び射出の間の圧力差は４〜８バールである。圧力差は、霧化に使用されるエネルギーを意味することになる。これも、公知の過炭酸ナトリウム用２流体ノズル、即ち霧化のために空気を使用しないノズルよりも明らかに低い。

本発明において、液体に対する空気の質量比は、好ましくは０．０５〜０．１である。

本発明の一実施形態によれば、保護ガスの圧力は、０．０１，０．０５，０．１，０．１５，０．２０，０．２５，０．３，０．４，０．４５，０．５，０．５５，０．６，又は０．６５バールから、０．０５，０．１，０．１５，０．２０，０．２５，０．２８，０．３，０．４，０．４５，０．５，０．５５，０．６又は０．７０バールまでを選択することができる。圧力の好適な範囲は、例えば０．０１〜０．７バール、０．０１〜０．５バール、０．１〜０．３バール、０．１〜０．２５バール又は０．０１〜０．１バールである。

ネジ山付きリングスロットのネジ山は、好ましくはスロット及びノズル自体の長手軸に関して螺旋状（helical or spiral）となっている。本発明の一実施形態によれば、角度αは中心管の長手軸方向に対して１〜８９°である。この角度αは例えば、中心管の長手軸方向に対して、１，３，５，１０，２０，２５，３０，４０，５０，６５，７０又は８０°から３，５，１０，２０，２５，３０，４０，５０，６５，７０，８０又は８９°までとすることができる。好適な範囲は、例えば中心管の長手軸方向に対して１〜８０°、１〜３°又は５〜２５°である。角度の測定は時計回りでも反時計回りでも良い。

本発明は中心管の周囲にネジ山付きリングスロットを使用しており、その作用は液体を螺旋状に押すことであり、これによって、圧縮空気などの圧縮されたガスの代わりに、溶液の螺旋状の動きによって溶液の霧化を行なうことができる。

本発明の別の一実施形態によれば、本発明で使用されるノズルは、中心管と、内側ジャケット管と、外側ジャケット管と、ネジ山付きリングスロットとからなるノズル本体を含んでいる。ノズル本体は流体パイプ（複数）に接続している。前記流体パイプ（複数）の他端部は１つの接続体に接続しており、該接続体は過酸化水素水溶液用の入口と、炭酸ナトリウム用の入口と、保護ガス用の入口とを有する。

本発明はまた、粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法に関する。本発明に係る代表的な方法において、
過酸化水素水溶液が、ノズルの中心管を介して反応器に加えられ、
炭酸ナトリウム水溶液が、前記中心管の周囲に同軸に配置された内側ジャケット管を介し、且つ前記中心管と前記内側ジャケット管との間に配置されたネジ山付きリングスロットを介して前記反応器に加えられ、前記リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸方向に角度αを有するように配置してあり、
保護ガスが、前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置された外側ジャケット管を介して前記反応器に加えられる。

本発明によれば、前記保護ガスが０．７バール未満の圧力で使用される。

本使用に関連して上述した詳細な説明と実施形態とは、必要な変更を加えて本発明に係る方法に適用される。

本発明を図面を参照してさらに詳細に説明する。図面は単純に概要として捉えるべきもので、本発明の保護を求める範囲を限定するように解釈されるものではない。さらに、特許請求の範囲に記載された参照符号もまた、本発明の保護を求める範囲を限定するように解釈されるものではない。

（図面の詳細な説明）
図１は本発明に係るノズルの配置を模式的に且つ断面で示したものである。図において、保護ガスを用いる２流体スプレーノズル１であって、中心管２と、該中心管２の周囲に同軸に配置された内側ジャケット管３と、中心管２及び内側ジャケット管３の周囲に同軸に配置された外側ジャケット管４と、中心管２の周囲に該中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロット５とを有するものが図示されている。

これらの部品は全てノズル本体６上に配置され、３つの独立した流体パイプ７に接続されており、流体パイプのそれぞれは各溶液と保護ガス用である。前記流体パイプ７の他端部は接続体８に接続されており、該接続体は過酸化水素水溶液用の入口９と、炭酸ナトリウム溶液用の入口１０と、保護ガス用の入口１１とを有する。

過酸化水素水溶液は中心管２の円形の開口部を介して反応室に導入される。中心管２の内径は中心管２の開口部直前で小さくなっている。過酸化水素溶液は流体パイプ７のうちの一本によって中心管へ供給され、当該流体パイプ７への過酸化水素溶液の導入は入口９を介して行なわれる。

中心管２の外壁には、該中心管に密接して、山付きリングスロット５が配置されている。言い替えれば、山付きリングスロットは中心管２の外壁面と内側ジャケット管３の内壁面とによって画成された空間に配置されている。ネジ山付きリングスロットは、ノズル先端と内側ジャケット管３のリング状の開口部とから間隔を置いて配置されている。炭酸ナトリウム溶液が、炭酸溶液用の入口１０から第２流体パイプ７を介する内側ジャケット管の開口部への流路においてネジ山付きリングスロットを通過するとき、リングスロット５の斜めの又はスキューした（oblique or skew）ネジ山によって、旋回する螺旋状の運動が引き起こされる。溶液の回転運動は、溶液に生じた遠心力による液滴形成を引き起こす。

保護ガスは、外側ジャケット管のリング状の開口部を介して反応室に導入される。ノズル内で保護ガスが流動する空間は、内側ジャケット管３の外壁面及び外側ジャケット管４の内壁面によって画成されている。通常、内側ジャケット管の外側のこの空間にはネジ山付きリングスロットは配置されない。そのため、保護ガスは旋回運動に導入されることはない。保護ガスは、入口１１に接続する流体パイプ７を介してノズル本体の外側ジャケット管に供給され、当該入口１１は送風機又はファン（図示せず）に接続している。

図２は、ネジ山付きリングスロット５を更に詳細な形で図示したものである。この図において、リングスロット５のネジ山１３は中心管２の長手軸１２方向に対して角度αを有するように配置されている。ネジ山１３は模式的に図示しているにすぎないことに留意されたい。

現在最も実用的で好適な実施形態と考えられるものを参照して、本発明を説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の請求項に記載された範囲内における異なる変形や同等な技術的解決も含むことを意図していることは理解されるべきである。

Claims (12)

1. 粒状過炭酸ナトリウム製造用の保護ガスを用いる２流体スプレーノズル（１）の使用であって、該ノズルが、
   過酸化水素水溶液用の出口を有する中心管（２）と、
   該中心管の周囲に同軸に配置され、炭酸ナトリウム水溶液用の出口を有する内側ジャケット管（３）と、
   前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置され、保護ガス用の出口を有する外側ジャケット管（４）と、
   前記中心管と前記第１のジャケット管との間に、前記中心管の出口から間隔を置いて配置されたネジ山付きリングスロット（５）とからなり、該リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸（１２）方向に対して角度αを有するように配置してあり、
   前記炭酸ナトリウム水溶液が、主に、前記ネジ山付きリングスロットの使用によって得られる炭酸ナトリウム水溶液の旋回運動によって引き起こされる遠心力によって液滴に形成され、且つ前記保護ガスが０．７バール未満の圧力で使用されることを特徴とする２流体スプレーノズルの使用。
2. 前記保護ガスが０．５バール未満の圧力で使用されることを特徴とする請求項１に記載の使用。
3. 前記保護ガスが０．３バール未満の圧力で使用されることを特徴とする請求項２に記載の使用。
4. 前記保護ガスが０．０１〜０．２８バールの圧力で使用されることを特徴とする請求項１に記載の使用。
5. 前記保護ガスが０．１〜０．２５バールの圧力で使用されることを特徴とする請求項４に記載の使用。
6. 前記保護ガスが０．０１〜０．１バールの圧力で使用されることを特徴とする請求項４に記載の使用。
7. 前記中心管の長手軸方向に対する前記角度αは１〜８９°であることを特徴とする請求項１に記載の使用。
8. 前記中心管の長手軸方向に対する前記角度αは１〜８０°であることを特徴とする請求項７に記載の使用。
9. 前記中心管の長手軸方向に対する前記角度αは１〜３°であることを特徴とする請求項８に記載の使用。
10. 前記中心管の長手軸方向に対する前記角度αは５〜２５°であることを特徴とする請求項８に記載の使用。
11. 前記保護ガスは空気であることを特徴とする請求項１に記載の使用。
12. 流動層反応器内で粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法であって、
    過酸化水素水溶液が、ノズルの中心管を介して前記反応器に加えられ、
    炭酸ナトリウム水溶液が、前記中心管の周囲に同軸に配置された内側ジャケット管を介し、且つ前記中心管と前記第１のジャケット管との間に配置されたネジ山付きリングスロットを介して前記反応器に加えられ、前記リングスロットのネジ山は前記中心管の長手軸方向に角度αを有するように配置してあり、
    保護ガスが、前記中心管及び前記内側ジャケット管の周囲に同軸に配置された外側ジャケット管を介して前記反応器に加えられ、
    前記炭酸ナトリウム水溶液が、主に前記ネジ山付きリングスロットによって得られる炭酸ナトリウム水溶液の旋回運動によって引き起こされる遠心力によって液滴に形成され、且つ前記保護ガスが前記外側ジャケット管を介して０．７バール未満の圧力で加えられることを特徴とする粒状過炭酸ナトリウムを製造する方法。

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