JP2011042094A - 揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置 - Google Patents

揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、原料ホッパー内の原料溶液をギアポンプを用いることなく脱気を行って排出口から下方へ排出することを目的とする。
【解決手段】本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置は、原料ホッパー(44)内の原料溶液(65)をゲートバルブ(66)を介して自重落下で第1シリンダ(21)内に供給し、第1スクリュ(28)の順送りフライト(28A)でダム部(60)を介して排出口(67)に搬送すると共に、逆送りフライト(28B)により戻すことによって排出口(67)から下方へ脱気済みの原料溶液(65)を排出する方法と構成である。
【選択図】図1

Description

本発明は、揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置に関し、特に、原料ホッパー内の原料溶液をギアポンプを用いることなく排出し、かつ揮発成分を含む原料溶液を減容するための新規な改良に関する。
従来、用いられいたこの種の脱揮装置としては、例えば、特許文献1に開示された構成を図8に示すことができる。
図8において、符号10で示されるものは脱揮装置であり、この脱揮装置10は、従来から周知の構成機器であるスクリュ式多段ベント押出機20及びこのスクリュ式多段ベント押出機20の下流に設けられる造粒装置30に対してその上流側に原料供給用ギアポンプ40、造粒用ギアポンプ50及びスクリーンチェンジャ60が加えて構成されている。
すなわち、前記スクリュ式多段ベント押出機20の上流にホッパー44を有する前記原料供給用ギアポンプ40が設けられ、前記スクリュ式多段ベント押出機20と前記造粒装置30との間に、造粒用ギアポンプ50及びスクリーンチェンジャ60が設けられている。前記スクリュ式多段ベント押出機20は、下流端を突出口27とする貫通内孔が形成されたシリンダ21及びこのシリンダ21に回転駆動可能に挿入されたスクリュ28により構成され、前記シリンダ21には、上流部に原料供給口22、この原料供給口22のさらに上流側に1箇所及び下流側に3箇所のベント部23,24,25,26がシリンダ21を貫通して各々形成されている。尚、前記スクリュ28の上流端は、回転駆動装置28Aへ連結され、各ベント部23,24,25,26は、それぞれ図示しない吸引装置へ連結されている。
前記スクリュ式多段ベント押出機20の原料供給口22には、前記原料供給用ギアポンプ40が連結され、この原料供給用ギアポンプ40は、ポンプ本体41及びホッパー44により構成されている。前記原料供給用ギアポンプ40は、ギアポンプ本体41の吐出口42が前記スクリュ式多段ベント押出機20の原料供給口22へ連結されている。前記ホッパー44は、一端が前記ギアポンプ本体41の吸入口43へ、他端が図示しないポリマー重合装置と接続する原料供給管へ連結されている。尚、前記ギアポンプ40とスクリュ式多段ベント押出機20との連結管には多種原料の対応及び供給原料条件の変動を緩和するために管内圧力を調整することができるバルブを設置することもある。
前記造粒用ギアポンプ50は、吸入口51が前記スクリュ式多段ベント押出機20の吐出口27へ、その吐出口52が前記スクリーンチェンジャ60の上流口61へ、それぞれ連結されている。前記スクリーンチェンジャ60の下流口62は前記造粒装置30のダイス31へ連結されている。前記造粒装置30は、このダイス31及びカッタ装置32により構成されており、前記造粒用ギアポンプ50及び前記造粒装置30のカッタ装置32は、図示しない駆動装置により回転駆動され、前記スクリーンチェンジャ60は、図示しない周知の駆動装置により往復駆動される。
以上のように構成された脱揮装置10において、合成樹脂原料は以下のように脱揮処理され、ペレット状の合成樹脂材料が生産される。すなわち、ポリマー重合装置から原料供給管を経て供給される高温溶融状態の合成樹脂原料は、まず、原料供給用ギアポンプ40において、ホッパー44で受け入れられ、ギアポンプ本体41から原料供給口22を経てスクリュ式多段ベント押出機30へ供給される。
次に、スクリュ式多段ベント押出機20において、すでに高温溶融状態の合成樹脂原料は、回転駆動されるスクリュ28により、混練攪拌されながら順次下流方向へ輸送される。また、輸送中に各ベント部23,24,25,26から合成樹脂原料に含まれる揮発物質が脱揮され、吸引排気される。その後、下流端の吐出口27から造粒用ギアポンプ50へ排出される。
次に、造粒用ギアポンプ50において、吸入口51から供給される脱揮処理を終了した合成樹脂原料は、吐出口52から高圧力でスクリーンチェンジャ60へ押出される。その後、スクリーンチェンジャ60において、合成樹脂原料は、高圧力により上流口61から下流口62へ流動する間に、固形不純物を除去される。その後、下流口62から造粒装置30のダイス31へ排出され、造粒装置30において、合成樹脂原料はダイス31から多数のストランド状に押出され、カッタ装置32によりペレット状に造粒され、合成樹脂材料として生産される。
特開2000−296546号公報
従来の脱揮装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の従来装置においては、揮発成分を含んだプラスチックや合成ゴム等の原料溶液を安定してシリンダの下流側へ搬送するためには、原料供給用ギアポンプが必要であり、この原料供給用ギアポンプを導入するには、多額の投資金額が高くなり、現在のような設備投資の低コスト化に対応することは困難であった。
また、脱揮装置を加熱したまま長時間停止した場合は、原料ホッパー内の原料溶液がギアポンプの内部隙間を経てシリンダ内に流入し、原料溶液がベントを閉塞させ、次回の運転時にトラブル発生となることもあった。
本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容方法は、一対の互いに異方向回転する第1スクリュを内設した第1シリンダの上流側に設けられた第1上流ベントと、前記第1シリンダの前記第1上流ベントの下流側に設けられ原料ホッパーに接続された第1原料供給口と、前記原料ホッパーと前記第1シリンダとの間に設けられ開閉自在なゲートバルブと、前記第1シリンダの下流側に下向きに設けられた排出口と、前記排出口と前記第1原料供給口との間で前記第1シリンダの内壁に形成されたダム部と、前記第1シリンダの前記排出口の下流側に設けられると共に前記排出口の排出口穴下流端から所定距離離間して設けられた第1下流ベントと、前記第1スクリュに形成され前記排出口よりも上流側又は前記排出口穴下流端まで位置する順送りフライトと、前記第1スクリュに設けられ前記順送りフライトの下流側に位置する逆送りフライトと、前記排出口穴下流端と前記第1下流ベントの下流ベント穴上流端の各位置は前記第1シリンダの軸方向において互いに重ならないように配設され、前記原料ホッパー内の原料溶液は、前記ゲートバルブを経て前記第1シリンダ内へ供給され、前記順送りフライト、ダム部及び逆送りフライトを介して前記排出口より減容された状態で排出される方法であり、また、前記第1シリンダの前記排出口に設けられた接続管が第2原料供給口に接続され第2スクリュを内設した第2シリンダと、前記第2シリンダの前記第2原料供給口の上流側に設けられた第2上流ベントと、前記第2シリンダの第2原料供給口の下流側に設けられた1個又は複数の第2下流ベントと、を備え、前記第1シリンダで減容された前記原料溶液は、前記排出口、接続管及び第2原料供給口を経て前記第2シリンダ内に供給されて減容される方法であり、また、本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容装置は、一対の互いに異方向回転する第1スクリュを内設した第1シリンダの上流側に設けられた第1上流ベントと、前記第1シリンダの前記第1上流ベントの下流側に設けられ原料ホッパーに接続された第1原料供給口と、前記原料ホッパーと前記第1シリンダとの間に設けられ開閉自在なゲートバルブと、前記第1シリンダの下流側に下向きに設けられた排出口と、前記排出口と前記第1原料供給口との間で前記第1シリンダの内壁に形成されたダム部と、前記第1シリンダの前記排出口の下流側に設けられると共に前記排出口の排出口穴下流端から所定距離離間して設けられた第1下流ベントと、前記第1スクリュに形成され前記排出口よりも上流側又は前記排出口の穴下流端まで位置する順送りフライトと、前記第1スクリュに設けられ前記順送りフライトの下流側に位置する逆送りフライトと、前記排出口穴下流端と前記第1下流ベントの下流ベント穴上流端の各位置は前記第1シリンダの軸方向において互いに重ならないように配設され、前記原料ホッパー内の原料溶液は、前記ゲートバルブを経て前記第1シリンダ内へ供給され、前記順送りフライト、ダム部及び逆送りフライトを介して前記排出口より減容された状態で排出される構成であり、また、前記第1シリンダの前記排出口に設けられた接続管が第2原料供給口に接続され第2スクリュを内設した第2シリンダと、前記第2シリンダの前記第2原料供給口の上流側に設けられた第2上流ベントと、前記第2シリンダの第2原料供給口の下流側に設けられた1個又は複数の第2下流ベントと、を備え、前記第1シリンダで減容された前記原料溶液は、前記排出口、接続管及び第2原料供給口を経て前記第2シリンダ内に供給されて減容される構成である。
本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、一対の互いに異方向回転する第1スクリュを内設した第1シリンダの上流側に設けられた第1上流ベントと、前記第1シリンダの前記第1上流ベントの下流側に設けられ原料ホッパーに接続された第1原料供給口と、前記原料ホッパーと前記第1シリンダとの間に設けられ開閉自在なゲートバルブと、前記第1シリンダの下流側に下向きに設けられた排出口と、前記排出口と前記第1原料供給口との間で前記第1シリンダの内壁に形成されたダム部と、前記第1シリンダの前記排出口の下流側に設けられると共に前記排出口の排出口穴下流端から所定距離離間して設けられた第1下流ベントと、前記第1スクリュに形成され前記排出口よりも上流側又は前記排出口穴下流端まで位置する順送りフライトと、前記第1スクリュに設けられ前記順送りフライトの下流側に位置する逆送りフライトと、前記排出口穴下流端と前記第1下流ベントの下流ベント穴上流端の各位置は前記第1シリンダの軸方向において互いに重ならないように配設され、前記原料ホッパー内の原料溶液は、前記ゲートバルブを経て前記第1シリンダ内へ供給され、前記順送りフライト、ダム部及び逆送りフライトを介して前記排出口より減容された状態で排出されることにより、押出機上部の原料ホッパーに溜っている原料溶液を二本のスクリュが異方向回転することにより、原料ホッパーから落下する原料溶液を、異方向内回りの場合2本のスクリュ間の空隙に引き込むことができ、異方向外回りの場合、各スクリュとシリンダ間の2箇所の空隙に引き込むことができるため、供給ギアポンプが不要となる。また、原料溶液の引き込みと同時に、揮発成分が分離し、上流ベントで除去できるため、濃縮された原料溶液を安定して装置下流に輸送することができる。
また、押出機内の空隙を狭めることができるダム部を配備することにより、押出機内部の原料溶液の流路に圧損を発生させ、スクリュ溝部の漏洩流を増加させることで、スクリュの輸送能力を低下させ、押出量を調整することができる。また、原料溶液を排出しながら下流ベントで揮発成分を分離除去できるため、原料溶液の発泡や、揮発成分の蒸気圧による圧力ムラによる不安定な排出を抑制し、安定して排出することができる。また、排出口穴と下流ベント穴を重ならないように配備することにより、排出口で発生する圧力に対して、下流ベントから原料溶液が溢れ出ることなく排出することができる。
また、押出機を加熱したまま長時間停止した場合は、従来の装置では、原料ホッパーに溜った揮発成分を含んだ原料溶液が、ギアポンプ内部隙間を通って、シリンダ内に流入し、原料溶液がベントを閉塞させ、次回運転時にベントを機能させないトラブルを発生させる恐れがあったが、本発明では、原料ホッパーと原料溶液の減容化装置間の流路にゲートバルブを配備し、不使用時には、閉塞されることで防止できる。
また、排出口をシリンダの略下側に配備することにより、減容化された原料溶液の更なる揮発分を除去するためのタンデム型装置とした場合の取り合いが容易であり、揮発成分を含むプラスチック及び合成ゴムなどの原料溶液の高能力脱気システムを構成することができる。
本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置を示す構成図である。 図1の要部拡大図である。 図1のスクリュを示す説明図である。 図3の他の形態を示す説明図である。 図3の他の形態を示す説明図である。 図1の他の形態を示す構成図である。 図1の他の形態を示す構成図である。 従来の押出機の脱気装置を示す概略構成図である。
本発明は、一対の異方向回転するスクリュ、ゲートバルブ、ダム部、順送りフライト及び逆送りフライトを用いることにより、従来のギアポンプを用いることなく、高効率の脱気を行うようにした揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置を提供することを目的とする。
以下、図面と共に本発明による揮発成分を含む原料溶液の減容方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図1において、符号10で示されるものは、二軸押出機よりなる脱気装置であり、この脱気装置10の第1シリンダ21内には、第1スクリュ28が一対の第1、第2軸シール・軸受け61,62を介して回転自在に内設されている。
前記第1スクリュ28は、この第1シリンダ21の外部に設けられたモータ63及び減速機64により回転駆動されるように構成されると共に、その上流側には順送りフライト28A、その下流側には逆送りフライト28Bが設けられている。
前記第1シリンダ21の前記第1出力ベント23の下流側には、第1原料供給口22に接続された原料ホッパー44が設けられ、この原料ホッパー44内の原料溶液65は、この原料ホッパー44の下部に設けられたゲートバルブ66の開閉弁によって第1シリンダ21内への供給が制御できるように構成されている。従って、装置10を加熱したまま長時間停止した場合でも、ゲートバルブ66を閉弁しておくことにより、原料溶液65の第1シリンダ21内への垂れを防止できる。
前記第1シリンダ21の前記第1原料供給口22の下流側における内壁21aには、その内方へ向けて突出すると共に、その突出状態が図示しないアクチュエータによって可変となるように構成されたダム部60が設けられ、前記第1シリンダ21内を上流側から下流側へ流れる原料溶液65に圧損を発生させ、押出量の調整を行うことができるように構成されている。
前記第1シリンダ21の前記ダム部60の下流には第1下流ベント26が設けられており、前記ダム部60と第1下流ベント26との間の第1シリンダ21の底面21bには下方に向けて開口する排出口67が形成されている。
前記第1下流ベント26は、前記排出口の排出口穴上流端68から所定距離Lだけ離間して設けられ、前記順送りフライト28Aは、前記排出口67よりも上流側又は前記排出口67の排出口穴下流端69まで位置するように構成されている。
前記逆送りフライト28Bは前記順送りフライト28Aの下流側でかつ前記第1下流ベント26に対応し、前記排出口穴下流端69と前記第1下流ベント26の下流ベント穴上流端68の各位置は第1シリンダ21の軸方向Aにおいて、前記所定距離Lにより、互いに重ならないように配設されている。
前記第1スクリュ28は、図3から図5で示されるように、二軸の異方向回転型で構成され、図3のように異方向噛み合い型(内回り、外回り)、図4のように異方向非噛み合い型(内回り、外回り)、さらに、図5のように異方向非噛み合い型(内回り、外回り)の何れかによって構成されている。
次に、本発明による原料溶液の減容方法及び装置の動作について述べる。まず、押出機上部の原料ホッパー44に溜っている原料溶液65は自重で落下し、異方向回転する第1スクリュ28が引き込み、順送りフライト28Aにより押出機の下流へ引き込んだ原料溶液65を輸送する。
その際、原料溶液65の揮発成分が分離するため、原料ホッパー44より上流側に配備された第1上流ベント23から分離した揮発成分が除去され、原料溶液65は濃縮される。原料ホッパー44から排出口67の間に、押出機内の空隙を狭めることができるダム部60が配備されており、原料溶液65が狭い流路を流れることで圧損を発生させ、第1スクリュ28の搬送能力を低下させることで、押出量を低下させることができる。また、ダム部60での流路を広げたり、狭めたりすることで、押出量を調整することができる。
前述の状態で、前記排出口67から下流には逆送りフライトが配備されているため、排出口67より下流に原料溶液65がいくことなく、第1シリンダ21下側に配備された排出口67から原料溶液65が押し出される。その際、原料溶液65から分離した揮発成分は、排出口67より下流に配備している第1下流ベント26から除去され、さらに原料溶液65は濃縮される。この場合、前記排出口穴下流端69と下流ベント穴上流端68が重なっていないため、排出口67で圧力が発生しても、第1スクリュ28の戻し側輸送能力で第1下流ベント26から原料溶液65が溢れ出すことはない。
また、前記第1シリンダ21上流端及び下流端に、第1スクリュ28のスクリュ軸シールと軸受けをするための一対の第1、第2軸シール・軸受け61,62が設けられているため、第1上流ベント23、第1下流ベント26での揮発成分の排気圧力を600−1200mmHgで調整し除去することで、原料溶液65の濃縮を促進することができる。
さらに、下流端にスクリュ軸のシールと軸受けするための第2軸シール・軸受け62がない場合、第2軸シール・軸受け62第1下流ベント26の圧力は、1−1200mmHgで調整し除去することで、原料溶液65の濃縮を促進することができる(すなわち、図6に示す他の形態)。
また、図7の他の形態においては、前述の図1の構成の脱気装置(押出機)10の排出口67に接続管70を介して他の押出機である第2シリンダ71の第2原料供給口72が接続されている。
尚、前述の図1と同じ構成の脱気装置10については、図1と同じ符号を付し、その説明は省略する。
前記第2シリンダ71の第2スクリュ73は、第1シリンダ21と同様にモータ63及び減速機64によって回転駆動するように構成され、第2シリンダ71には、第2上流ベント74、一対の第2下流ベント75,76、一対の混練部77,78及び原料吐出部79が設けられている。
従って、前述の図7の他の構成においては、第1シリンダ21と第2シリンダ71との組合わせにより、周知のタンデム型の高能力脱揮システムであるタンデム型脱気システム80が構成されている。
前記第1シリンダ21を用いた脱気装置10で脱気されて減容された原料溶液65は、接続管70を経て第2原料供給口72から第2シリンダ71内に送られ、第2スクリュ73の各混練部77,78を経て混練・脱気が行われ、高度に揮発成分が除去された原料溶液65が原料吐出部79から外部に吐出される。
本発明は、揮発成分を含むプラスチック及び合成ゴム等の原料溶液の脱気に限ることなく、例えば、不要な不純物又は混合物等を含む原料の不要物除去等にも適用可能である。
10 脱気装置(押出機)
21 第1シリンダ
21a 内壁
21b 底面
22 第1原料供給口
23 第1上流ベント
26 第1下流ベント
28 第1スクリュ
28A 順送りフライト
28B 逆送りフライト
44 原料ホッパー
60 ダム部
61 第1軸シール・軸受け
62 第2軸シール・軸受け
63 モータ
64 減速機
65 原料溶液
66 ゲートバルブ
67 排出口
68 下流ベント穴上流端
69 排出口穴下流端
A 軸方向
L 所定距離
70 接続管
71 第2シリンダ
72 第2原料供給口
73 第2スクリュ
74 第2上流ベント
75,76 第2下流ベント
77,78 混練部
79 原料吐出部
80 タンデム型脱気システム

Claims (4)

  1. 一対の互いに異方向回転する第1スクリュ(28)を内設した第1シリンダ(21)の上流側に設けられた第1上流ベント(23)と、前記第1シリンダ(21)の前記第1上流ベント(23)の下流側に設けられ原料ホッパー(44)に接続された第1原料供給口(22)と、前記原料ホッパー(44)と前記第1シリンダ(21)との間に設けられ開閉自在なゲートバルブ(66)と、前記第1シリンダ(21)の下流側に下向きに設けられた排出口(67)と、前記排出口(67)と前記第1原料供給口(22)との間で前記第1シリンダ(21)の内壁(21a)に形成されたダム部(60)と、前記第1シリンダ(21)の前記排出口(67)の下流側に設けられると共に前記排出口(67)の排出口穴下流端(69)から所定距離(L)離間して設けられた第1下流ベント(26)と、前記第1スクリュ(28)に形成され前記排出口(67)よりも上流側又は前記排出口穴下流端(69)まで位置する順送りフライト(28A)と、前記第1スクリュ(28)に設けられ前記順送りフライト(28A)の下流側に位置する逆送りフライト(28B)と、前記排出口穴下流端(69)と前記第1下流ベント(26)の下流ベント穴上流端(68)の各位置は前記第1シリンダ(21)の軸方向(A)において互いに重ならないように配設され、
    前記原料ホッパー(44)内の原料溶液(65)は、前記ゲートバルブ(66)を経て前記第1シリンダ(21)内へ供給され、前記順送りフライト(28A)、ダム部(60)及び逆送りフライト(28B)を介して前記排出口(67)より減容された状態で排出されることを特徴とする揮発成分を含む原料溶液の減容方法。
  2. 前記第1シリンダ(21)の前記排出口(67)に設けられた接続管(70)が第2原料供給口(72)に接続され第2スクリュ(73)を内設した第2シリンダ(71)と、前記第2シリンダ(71)の前記第2原料供給口(72)の上流側に設けられた第2上流ベント(74)と、前記第2シリンダ(71)の第2原料供給口(72)の下流側に設けられた1個又は複数の第2下流ベント(75,76)と、を備え、
    前記第1シリンダ(21)で減容された前記原料溶液(65)は、前記排出口(67)、接続管(70)及び第2原料供給口(72)を経て前記第2シリンダ(71)内に供給されて減容されることを特徴とする請求項1記載の揮発成分を含む原料溶液の減容方法。
  3. 一対の互いに異方向回転する第1スクリュ(28)を内設した第1シリンダ(21)の上流側に設けられた第1上流ベント(23)と、前記第1シリンダ(21)の前記第1上流ベント(23)の下流側に設けられ原料ホッパー(44)に接続された第1原料供給口(22)と、前記原料ホッパー(44)と前記第1シリンダ(21)との間に設けられ開閉自在なゲートバルブ(66)と、前記第1シリンダ(21)の下流側に下向きに設けられた排出口(67)と、前記排出口(67)と前記第1原料供給口(22)との間で前記第1シリンダ(21)の内壁(21a)に形成されたダム部(60)と、前記第1シリンダ(21)の前記排出口(67)の下流側に設けられると共に前記排出口(67)の排出口穴下流端(69)から所定距離(L)離間して設けられた第1下流ベント(26)と、前記第1スクリュ(28)に形成され前記排出口(67)よりも上流側又は前記排出口穴下流端(69)まで位置する順送りフライト(28A)と、前記第1スクリュ(28)に設けられ前記順送りフライト(28A)の下流側に位置する逆送りフライト(28B)と、前記排出口穴下流端(69)と前記第1下流ベント(26)の下流ベント穴上流端(68)の各位置は前記第1シリンダ(21)の軸方向(A)において互いに重ならないように配設され、
    前記原料ホッパー(44)内の原料溶液(65)は、前記ゲートバルブ(66)を経て前記第1シリンダ(21)内へ供給され、前記順送りフライト(28A)、ダム部(60)及び逆送りフライト(28B)を介して前記排出口(67)より減容された状態で排出されることを特徴とする揮発成分を含む原料溶液の減容装置。
  4. 前記第1シリンダ(21)の前記排出口(67)に設けられた接続管(70)が第2原料供給口(72)に接続され第2スクリュ(73)を内設した第2シリンダ(71)と、前記第2シリンダ(71)の前記第2原料供給口(72)の上流側に設けられた第2上流ベント(74)と、前記第2シリンダ(71)の第2原料供給口(72)の下流側に設けられた1個又は複数の第2下流ベント(75,76)と、を備え、
    前記第1シリンダ(21)で減容された前記原料溶液(65)は、前記排出口(67)、接続管(70)及び第2原料供給口(72)を経て前記第2シリンダ(71)内に供給されて減容されることを特徴とする請求項3記載の揮発成分を含む原料溶液の減容装置。
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