JP2013151621A - 樹脂合成装置及び樹脂の合成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体を、質的及び熱的に速やかにより均一に混合でき、また、合成量の調節を容易に行うことができる樹脂合成装置及び樹脂の合成方法の提供を目的とする。
【解決手段】樹脂合成装置１は、投入口２２１を有する撹拌槽２と、撹拌軸３１、この撹拌軸３１と連結されたヘリカルリボン翼３２及びアンカー翼３３を有する撹拌手段３と、撹拌槽２に設けられ、ジャケット用熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケット４と、撹拌槽２の内部に設けられ、バッフル用熱媒体を流すことによって温度制御を行うバッフル５とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】樹脂合成装置１は、投入口２２１を有する撹拌槽２と、撹拌軸３１、この撹拌軸３１と連結されたヘリカルリボン翼３２及びアンカー翼３３を有する撹拌手段３と、撹拌槽２に設けられ、ジャケット用熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケット４と、撹拌槽２の内部に設けられ、バッフル用熱媒体を流すことによって温度制御を行うバッフル５とを備えている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、樹脂合成装置及び樹脂の合成方法に関し、特に、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体の質的及び熱的な混合を、速やか、かつ、より均一に行うことができ、また、合成量の調節を容易に行うことができる樹脂合成装置及び樹脂の合成方法に関する。
従来、樹脂の原料を投入するための投入口を有する撹拌槽と、この撹拌槽の内部で回転する撹拌軸、及び、この撹拌軸と連結された撹拌翼を有する撹拌手段とを備えた樹脂合成装置は、化学工業の分野において広く使用されている。
（従来例）
次に、従来例にかかる樹脂合成装置について、図面を参照して説明する。
図５は、従来例にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略断面図を示している。
図５において、従来例の樹脂合成装置１０１は、樹脂の原料を投入するための投入口１２０を有する撹拌槽１０２と、この撹拌槽１０２の内部で回転する撹拌軸３１、並びに、撹拌軸３１と連結された二条のヘリカルリボン翼１３２及びアンカー翼１３３を有する撹拌手段１０３と、撹拌槽１０２に設けられ、熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケット１０４などを備えている。
なお、高粘度流体の撹拌には、撹拌槽１０２の内壁付近の流体移動や撹拌槽１０２内の流体循環を促進する目的で、ヘリカルリボン翼１３２が、通常、用いられている。
次に、従来例にかかる樹脂合成装置について、図面を参照して説明する。
図５は、従来例にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略断面図を示している。
図５において、従来例の樹脂合成装置１０１は、樹脂の原料を投入するための投入口１２０を有する撹拌槽１０２と、この撹拌槽１０２の内部で回転する撹拌軸３１、並びに、撹拌軸３１と連結された二条のヘリカルリボン翼１３２及びアンカー翼１３３を有する撹拌手段１０３と、撹拌槽１０２に設けられ、熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケット１０４などを備えている。
なお、高粘度流体の撹拌には、撹拌槽１０２の内壁付近の流体移動や撹拌槽１０２内の流体循環を促進する目的で、ヘリカルリボン翼１３２が、通常、用いられている。
ヘリカルリボン翼１３２は、撹拌槽１０２内の中央部に配置された撹拌軸３１に、連結部材３２１及び四本のアーム１３４を介して連結されている。連結部材３２１は、撹拌軸３１の下端に取り付けられる筒状部３２１１、及び、この筒状部３２１１から径方向に突設された二本の棒状部３２１２を有し、棒状部３２１２の先端に、ヘリカルリボン翼１３２の下端が連結されている。また、二本のアーム１３４は、撹拌軸３１の中部から径方向に突設されており、他の二本のアーム１３４は、撹拌軸３１の上部から径方向に突設されており、各アーム１３４の先端がヘリカルリボン翼１３２と連結されている。
また、対向する一対のアンカー翼１３３は、ほぼ帯状としてあり、一端が上記筒状部３２１１の下部に固定された状態でほぼ水平方向に突設され、突設された先端側が上方に湾曲しヘリカルリボン翼１３２の下端と連結されている。
また、対向する一対のアンカー翼１３３は、ほぼ帯状としてあり、一端が上記筒状部３２１１の下部に固定された状態でほぼ水平方向に突設され、突設された先端側が上方に湾曲しヘリカルリボン翼１３２の下端と連結されている。
ただし、上記構成の樹脂合成装置１０１は、撹拌軸３１の周囲や撹拌槽１０２の底部付近において、撹拌される流体が十分に流動しないために、均一な混合を行う合成に不具合を生じることがあった。なお、樹脂合成装置１０１は、ヘリカルリボン翼１３２がアーム１３４によって保持される構造としてあるので、撹拌軸３１とヘリカルリボン翼１３２との間にバッフル（図示せず）を設けることができない構造であった。
また、従来例の樹脂合成装置１０１は、上述した構成を有しているが、均一な混合を行うために、様々な技術が提案されている。
また、従来例の樹脂合成装置１０１は、上述した構成を有しているが、均一な混合を行うために、様々な技術が提案されている。
たとえば、特許文献１には、撹拌槽内において螺旋状帯翼の半径方向内側の位置に、上方から下方に伸びる棒状バッフルを設けたことを特徴とする粉体・高濃度スラリー用撹拌装置の技術が開示されている。さらに、この技術は、棒状バッフルの代りに、棒状の伝熱コイルを取付けたことをも特徴としている。
また、特許文献２には、撹拌槽の回転軸の下方にアンカー翼を設け、該アンカー翼にヘリカルリボン翼を配置し、該回転軸と該ヘリカルリボン翼の中間にバッフルを設けて撹拌することを特徴とする撹拌方法の技術が開示されている。
また、特許文献３には、高発熱重合に対して、撹拌槽内に冷却コイルを垂直バッフル状又はヘリカルコイル状に設置する撹拌装置の技術が開示されており、この冷却コイルによって、邪魔板を設けた場合と同様の効果が得られ、槽内の循環流が促進されることをも特徴としている。
しかしながら、上記の樹脂合成装置１０１は、撹拌槽１０２内で合成反応が進行すると、分子量の増加に伴い流体が高粘度になるため、上述したように、撹拌軸３１の周囲や撹拌槽１０２の底部付近において、撹拌される流体が十分に流動しなくなる。これにより、撹拌槽１０２内の流体全体を均一に撹拌できず、質的にも熱的にも不均一となり、結果として合成品の品質がばらつくという問題があった。
また、樹脂合成装置１０１は、常に満量での合成でないと撹拌槽１０２内の液面付近で品質不良が発生する恐れがあり、撹拌槽の満量よりも少ない量での合成即ち減量合成ができないという問題があった。
また、樹脂合成装置１０１は、常に満量での合成でないと撹拌槽１０２内の液面付近で品質不良が発生する恐れがあり、撹拌槽の満量よりも少ない量での合成即ち減量合成ができないという問題があった。
また、特許文献１の技術は、アンカー翼を備えておらず、撹拌槽の底部付近において、撹拌される流体が十分に流動しないために、均一な混合を行う合成に不具合を生じることがあった。また、この技術は、棒状バッフルの代りに、棒状の伝熱コイルを取付けたことをも特徴としているが、棒状の伝熱コイルでは、撹拌される流体を冷却することはできなかった。
また、特許文献２の技術は、バッフルを備えているものの、このバッフルは、温度制御機能を有しておらず、撹拌される流体を効果的に温度制御することはできなかった。
さらに、特許文献３の技術は、撹拌槽内に邪魔板として機能する冷却コイルを備えているものの、撹拌槽内の全体的な温度制御をより速やかに、かつ、より均一に行うことが要望されていた。
また、特許文献２の技術は、バッフルを備えているものの、このバッフルは、温度制御機能を有しておらず、撹拌される流体を効果的に温度制御することはできなかった。
さらに、特許文献３の技術は、撹拌槽内に邪魔板として機能する冷却コイルを備えているものの、撹拌槽内の全体的な温度制御をより速やかに、かつ、より均一に行うことが要望されていた。
本発明は、以上のような問題を解決するために提案されたものであり、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体を、質的及び熱的に速やか、かつより均一に混合でき、また、合成量の調節を容易に行うことができる樹脂合成装置及び樹脂の合成方法の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の樹脂合成装置は、樹脂の原料を投入するための投入口を有する撹拌槽と、この撹拌槽の内部で回転する撹拌軸、並びに、前記撹拌軸と連結されたヘリカルリボン翼及びアンカー翼を有する撹拌手段と、前記撹拌槽に設けられ、ジャケット用熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケットと、前記撹拌槽の内部に設けられ、バッフル用熱媒体を流すことによって温度制御を行うバッフルとを備え、前記ジャケットは、前記撹拌槽の深さ方向に分割される複数の領域ごとに設けられてなる構成としてある。
また、本発明の樹脂の合成方法は、上記の樹脂合成装置を用いる樹脂の合成方法であって、前記樹脂の原料を前記撹拌槽に投入する投入工程と、前記ジャケットを用いて前記撹拌槽の内部を加熱するとともに、投入された前記原料を撹拌し、前記樹脂を合成する合成工程と、前記ジャケット及び前記バッフルを用いて合成された前記樹脂を冷却する冷却工程と、前記撹拌槽に溶媒を加えて、前記樹脂と前記溶媒とを撹拌して混合し、前記樹脂の粘度を調整する粘度調整工程とを有する方法としてある。
本発明の樹脂合成装置及び樹脂の合成方法によれば、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体の質的及び熱的混合を、速やかに、しかもより均一に行うことができるので、合成される樹脂の品質を安定させることができる。また、合成量の調節を容易に行うことができ、特に、品質不良の発生を抑制することができる。
［樹脂合成装置及び樹脂の合成方法の実施形態］
図１は、本発明の実施形態にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略断面図を示している。
また、図２は、本発明の実施形態にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略平面図を示している。
図１、２において、本実施形態の樹脂合成装置１は、撹拌槽２、撹拌手段３、ジャケット４及びバッフル５などを備えた構成としてある。この樹脂合成装置１は、樹脂の原料を撹拌して混合することによって、樹脂を合成する。
ここで、樹脂の原料とは、樹脂を合成する際に用いる材料であり、本実施形態の樹脂合成装置１においては、たとえば、トリメリット酸無水物、無水ピロメリット酸等の粉体材料、トリレンジイソシアネート等の液体材料、及び、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等の溶媒であり、ポリイミド、ポリウレタン等の樹脂を合成する。なお、本発明において、樹脂の原料は、上記の原料に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略断面図を示している。
また、図２は、本発明の実施形態にかかる樹脂合成装置を説明するための要部の概略平面図を示している。
図１、２において、本実施形態の樹脂合成装置１は、撹拌槽２、撹拌手段３、ジャケット４及びバッフル５などを備えた構成としてある。この樹脂合成装置１は、樹脂の原料を撹拌して混合することによって、樹脂を合成する。
ここで、樹脂の原料とは、樹脂を合成する際に用いる材料であり、本実施形態の樹脂合成装置１においては、たとえば、トリメリット酸無水物、無水ピロメリット酸等の粉体材料、トリレンジイソシアネート等の液体材料、及び、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等の溶媒であり、ポリイミド、ポリウレタン等の樹脂を合成する。なお、本発明において、樹脂の原料は、上記の原料に限定されるものではない。
（撹拌槽）
撹拌槽２は、槽本体２１及び上蓋２２などを有しており、槽本体２１は、縦型のほぼ円筒状の槽としてあり、下端に鏡板を有し、上端が開口しており上蓋２２によって閉止される。また、上蓋２２は、ほぼ円板状であり、上述した樹脂の原料を投入するための投入口２２１を有している。
なお、撹拌槽２の大きさ（容量）は、特に限定されるものではなく、また、撹拌槽２は、異物混入や錆付き防止のため、鉄製よりもステンレス製が好ましい。
また、撹拌槽２は、図示してないが、温度センサなどが取り付けられている。
撹拌槽２は、槽本体２１及び上蓋２２などを有しており、槽本体２１は、縦型のほぼ円筒状の槽としてあり、下端に鏡板を有し、上端が開口しており上蓋２２によって閉止される。また、上蓋２２は、ほぼ円板状であり、上述した樹脂の原料を投入するための投入口２２１を有している。
なお、撹拌槽２の大きさ（容量）は、特に限定されるものではなく、また、撹拌槽２は、異物混入や錆付き防止のため、鉄製よりもステンレス製が好ましい。
また、撹拌槽２は、図示してないが、温度センサなどが取り付けられている。
上記の投入口２２１は、断面が楕円形（たとえば、長径４００ｍｍ×短径３００ｍｍ）の筒状体としてあり、該筒状体の軸心が撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間を向くように、上蓋２２に設けられている。このようにすると、投入口２２１が仕込み用ロートとして機能し、樹脂の原料を撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間に投入することができ、通常、低速で回転するヘリカルリボン翼３２の上方に合成終了まで原料が残ってしまい、品質不良を引き起こすといった不具合を効果的に回避することができる。
また、投入口２２１には槽本体２１内部に異物やゴミが入らないよう蓋（図示せず）が取り付けられ、この蓋は、通常、厚さ１０〜３０ｍｍのステンレス板や鉄板で作られ、中央にサイトグラスと呼ばれる覗き窓を有している。
なお、上記の蓋は、重量物であるため、容易に開けられるようバランサーという器具が備え付けられることが好ましい。また、樹脂合成中などに、内容物が外部に流出しないよう、ゴムやテフロン（登録商標）製のパッキンを備えることがより好ましい。
また、投入口２２１には槽本体２１内部に異物やゴミが入らないよう蓋（図示せず）が取り付けられ、この蓋は、通常、厚さ１０〜３０ｍｍのステンレス板や鉄板で作られ、中央にサイトグラスと呼ばれる覗き窓を有している。
なお、上記の蓋は、重量物であるため、容易に開けられるようバランサーという器具が備え付けられることが好ましい。また、樹脂合成中などに、内容物が外部に流出しないよう、ゴムやテフロン（登録商標）製のパッキンを備えることがより好ましい。
（撹拌手段）
撹拌手段３は、撹拌槽２の内部中央で回転する撹拌軸３１、並びに、撹拌軸３１と連結されたヘリカルリボン翼３２及びアンカー翼３３などを有している。また、本実施形態のヘリカルリボン翼３２は、ダブルヘリカルリボン翼としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、一条のヘリカルリボン翼又は三条以上のヘリカルリボン翼としてもよい。
撹拌軸３１は、図示してないが、上部が軸支されるとともに、駆動手段と連結されており、下端に連結部材３２１が取り付けられている。また、撹拌軸３１は、材質が鉄やステンレスなどがあるが、溶剤や酸への耐性を考えるとステンレスであることが好ましい。さらに、腐食性が強い原料を用いる場合には、撹拌軸３１の表面をガラスで覆うグラスライニングという手法を取り入れてもよい。
撹拌手段３は、撹拌槽２の内部中央で回転する撹拌軸３１、並びに、撹拌軸３１と連結されたヘリカルリボン翼３２及びアンカー翼３３などを有している。また、本実施形態のヘリカルリボン翼３２は、ダブルヘリカルリボン翼としてあるが、これに限定されるものではなく、たとえば、一条のヘリカルリボン翼又は三条以上のヘリカルリボン翼としてもよい。
撹拌軸３１は、図示してないが、上部が軸支されるとともに、駆動手段と連結されており、下端に連結部材３２１が取り付けられている。また、撹拌軸３１は、材質が鉄やステンレスなどがあるが、溶剤や酸への耐性を考えるとステンレスであることが好ましい。さらに、腐食性が強い原料を用いる場合には、撹拌軸３１の表面をガラスで覆うグラスライニングという手法を取り入れてもよい。
ヘリカルリボン翼３２は、連結部材３２１を介して撹拌軸３１に連結されている。この連結部材３２１は、撹拌軸３１の下端に取り付けられる筒状部３２１１、及び、この筒状部３２１１から径方向に突設された二本の棒状部３２１２を有し、棒状部３２１２の先端に、ヘリカルリボン翼３２の下端が連結されている。また、上記棒状部３２１２の先端には、棒状の支持部材３２２が立設されており、ヘリカルリボン翼３２の中部及び上部が、支持部材３２２と連結されている。このヘリカルリボン翼３２は、撹拌槽２の内面付近の流体、特に高粘度流体をせん断しながら回転し、撹拌槽２内に上下流を生み出すことによって、流体の均一化を図ることができる。また、ヘリカルリボン翼３２は、上述した従来例とは異なり、アーム１３４を介して連結されていないので、ヘリカルリボン翼３２と撹拌軸３１との間に、バッフル５を設けるスペースを形成する。
アンカー翼３３は、一対の主翼３３１を有しており、各主翼３３１は、ほぼ平板状であり、連結部材３２１と連結されている。また、主翼３３１の下方の部分は、槽本体２１の鏡板とほぼ対応する形状を有しており、下方の縁部が、鏡板の内面から数ｍｍ〜十数ｍｍ離れている。これにより、樹脂合成装置１は、撹拌槽２の底部付近において、撹拌される流体を十分に流動させることができ、より均一な混合を行うことができる。
ここで、好ましくは、各主翼３３１は、下方の縁部から上方に伸びる切欠３３３を有するとよい。このようにすると、流体へのせん断力が増し、特に高粘度流体を撹拌する際に、主翼３３１と流体が供回りすることを防ぎ、撹拌槽２内のより均一な撹拌を促進することができ、また、樹脂合成時の温度を随時観測できるように、撹拌槽２の底部に温度センサ（図示せず）を設置する空間を提供できる。
ここで、好ましくは、各主翼３３１は、下方の縁部から上方に伸びる切欠３３３を有するとよい。このようにすると、流体へのせん断力が増し、特に高粘度流体を撹拌する際に、主翼３３１と流体が供回りすることを防ぎ、撹拌槽２内のより均一な撹拌を促進することができ、また、樹脂合成時の温度を随時観測できるように、撹拌槽２の底部に温度センサ（図示せず）を設置する空間を提供できる。
さらに、アンカー翼３３が、主翼３３１及び該主翼３３１より翼幅が小さい副翼３３２を有し、副翼３３２が、主翼３３１と直交する向きに設けられるとよい。このようにすると、アンカー翼３３と流体が供回りすることをさらに防ぐことができ、撹拌槽２内の流体（上述した樹脂の原料及び合成された樹脂からなる流体）のより均一な撹拌を促進することができる。
また、上記構成の撹拌手段３によれば、低粘度から高粘度まで広い粘度範囲で、良好な混合特性を発揮することができる。
また、上記構成の撹拌手段３によれば、低粘度から高粘度まで広い粘度範囲で、良好な混合特性を発揮することができる。
（ジャケット）
ジャケット４は、ジャケット用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うためのものであり、撹拌槽２の側部及び下部に設けられる。
ここで、ジャケット４は、前記撹拌槽２の深さ方向に分割される複数の領域ごとに設けられてなる。すなわち、本実施形態では、ジャケット４として、撹拌槽２のほぼ上部から下方に向かって上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３が順に設けられている。このようにすると、たとえば、合成する量が少ない場合、上部ジャケット４１にジャケット用熱媒体を流さず、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３にジャケット用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の液面付近で品質不良が発生するといった不具合を抑制できるとともに、省エネを図りつつ合成を行うことができる。すなわち、樹脂合成装置１は、合成量の調節を容易に、かつ、品質不良の発生を抑制しつつ行うことができる。
ジャケット４は、ジャケット用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うためのものであり、撹拌槽２の側部及び下部に設けられる。
ここで、ジャケット４は、前記撹拌槽２の深さ方向に分割される複数の領域ごとに設けられてなる。すなわち、本実施形態では、ジャケット４として、撹拌槽２のほぼ上部から下方に向かって上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３が順に設けられている。このようにすると、たとえば、合成する量が少ない場合、上部ジャケット４１にジャケット用熱媒体を流さず、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３にジャケット用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の液面付近で品質不良が発生するといった不具合を抑制できるとともに、省エネを図りつつ合成を行うことができる。すなわち、樹脂合成装置１は、合成量の調節を容易に、かつ、品質不良の発生を抑制しつつ行うことができる。
また、本実施形態では、ジャケット用熱媒体は、図３に示すように、液相熱媒方式によって、ジャケット４（上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３の少なくとも一つ）に流される。また、ジャケット用熱媒体の温度を制御する温度制御手段を備えている。
すなわち、樹脂合成装置１Ａは、ジャケット用熱媒体としての熱媒油をジャケット４に送るポンプ６２と、このポンプ６２の吐出側に並列に接続された冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４と、これら冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４によって温度制御された熱媒油を上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３に供給する自動弁付きの配管と、上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３からポンプ６２に熱媒油を戻す配管とを有している。冷却用熱交換器６３には、冷却水が供給され、熱媒油を冷却し、加熱用熱交換器６４には、熱媒ボイラ６によって加熱された第二の熱媒油が供給され、熱媒油を加熱する。また、冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４には、熱媒油の流量を制御する流量制御弁が接続されており、たとえば、３０〜２６０℃に制御された液相熱媒をジャケット４に供給することができる。
すなわち、樹脂合成装置１Ａは、ジャケット用熱媒体としての熱媒油をジャケット４に送るポンプ６２と、このポンプ６２の吐出側に並列に接続された冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４と、これら冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４によって温度制御された熱媒油を上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３に供給する自動弁付きの配管と、上部ジャケット４１、中部ジャケット４２及び下部ジャケット４３からポンプ６２に熱媒油を戻す配管とを有している。冷却用熱交換器６３には、冷却水が供給され、熱媒油を冷却し、加熱用熱交換器６４には、熱媒ボイラ６によって加熱された第二の熱媒油が供給され、熱媒油を加熱する。また、冷却用熱交換器６３及び加熱用熱交換器６４には、熱媒油の流量を制御する流量制御弁が接続されており、たとえば、３０〜２６０℃に制御された液相熱媒をジャケット４に供給することができる。
このようにすると、３０〜２６０℃に制御された液相熱媒を用いることができ、図示してないが、熱媒ボイラ６によって加熱された高温の第二の熱媒油を直接ジャケット４に流す場合と比べると、撹拌槽２内の流体温度を考慮した緩やかな加熱を行うことができるので、ジャケット４内の流体が槽本体２１の壁面で焼き付いてしまい目的の機能を有する樹脂を合成できなくなってしまうという不具合を回避することができる。
なお、加熱用熱交換器６４に供給された第二の熱媒油は、タンク６１に回収され、熱媒ボイラ６に供給される。また、３０〜２６０℃に制御された液相熱媒は、その温度によって、熱媒や冷媒として作用する。さらに、液相熱媒として、通常、沸点が３００℃以上の熱媒油が用いられる。
なお、加熱用熱交換器６４に供給された第二の熱媒油は、タンク６１に回収され、熱媒ボイラ６に供給される。また、３０〜２６０℃に制御された液相熱媒は、その温度によって、熱媒や冷媒として作用する。さらに、液相熱媒として、通常、沸点が３００℃以上の熱媒油が用いられる。
（バッフル）
バッフル５は、図１、２に示すように、撹拌槽２の内部に設けられ、後述するように、バッフル用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うことができる。このバッフル５は、撹拌槽２の内部、すなわち、撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間に設けられており、撹拌軸３１を中心に水平方向に起こる単調な流体の流れを阻害し上下流を生み出すことができる。これにより、従来例のダブルヘリカルリボン翼１３２であったような撹拌軸３１の付近で流動性が悪いといった現象を改善することができ、流体の混合を効率よく行うことができる。また、本実施形態のバッフル５は、上蓋２２から下方に突き出た直管状の構造としてあり、撹拌軸３１を中心とする同心円上の四箇所に、等間隔（等角度）で配設されている。ここで、バッフル５は、必ずしも等間隔（等角度）に配置される必要はないし、撹拌軸３１を中心とする同心円上に必ず配置される必要もない。ただし、バッフル５が撹拌軸３１を中心とする同心円上に配置されていると、流体との接触抵抗を低く抑えることが出来るため好ましい。
バッフル５は、図１、２に示すように、撹拌槽２の内部に設けられ、後述するように、バッフル用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うことができる。このバッフル５は、撹拌槽２の内部、すなわち、撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間に設けられており、撹拌軸３１を中心に水平方向に起こる単調な流体の流れを阻害し上下流を生み出すことができる。これにより、従来例のダブルヘリカルリボン翼１３２であったような撹拌軸３１の付近で流動性が悪いといった現象を改善することができ、流体の混合を効率よく行うことができる。また、本実施形態のバッフル５は、上蓋２２から下方に突き出た直管状の構造としてあり、撹拌軸３１を中心とする同心円上の四箇所に、等間隔（等角度）で配設されている。ここで、バッフル５は、必ずしも等間隔（等角度）に配置される必要はないし、撹拌軸３１を中心とする同心円上に必ず配置される必要もない。ただし、バッフル５が撹拌軸３１を中心とする同心円上に配置されていると、流体との接触抵抗を低く抑えることが出来るため好ましい。
また、バッフル５は、図４に示すように、内管５１及び外管５２からなる二重管構造を有している。すなわち、外管５２は、上蓋２２の貫通孔に挿入された状態で上蓋２２に設けられており、上端側の側面に戻り配管が接合されている。また、内管５１は、外管５２の上端の貫通孔に挿入され、下端が外管５２の下端付近に位置する状態で外管５２に接合されている。これにより、バッフル５は、内管５１の上方の端部から、バッフル用熱媒体としてのチラー水（通常、５〜１０℃に冷却された水）が供給されると、チラー水が下方の端部まで流れ、次に、外管５２と内管５１との間に形成された流路を上昇するように流れ、続いて、戻り配管に流れる。
このように、バッフル５は、バッフル用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うことができる。すなわち、樹脂合成装置１は、撹拌槽２にバッフル５を設けることによって、低粘度及び高粘度の流体の上下流を促進し、撹拌槽２内の流体全体を均一に撹拌でき、かつ、バッフル５は温度制御機能を有するため、特に高粘度流体を撹拌する場合、撹拌槽２内の熱分布を均一にする効果も得られる。
また、バッフル５は、上述したように、撹拌槽２の上部からバッフル用熱媒体が供給されるので、構造を単純化することができ、製造原価のコストダウンを図ることができる。
このように、バッフル５は、バッフル用熱媒体を流すことによって、撹拌槽２内の流体の温度制御を行うことができる。すなわち、樹脂合成装置１は、撹拌槽２にバッフル５を設けることによって、低粘度及び高粘度の流体の上下流を促進し、撹拌槽２内の流体全体を均一に撹拌でき、かつ、バッフル５は温度制御機能を有するため、特に高粘度流体を撹拌する場合、撹拌槽２内の熱分布を均一にする効果も得られる。
また、バッフル５は、上述したように、撹拌槽２の上部からバッフル用熱媒体が供給されるので、構造を単純化することができ、製造原価のコストダウンを図ることができる。
なお、バッフル５は、チラー水だけでなく、温水やスチームをバッフル用熱媒体として流すことで、撹拌槽２内の流体を加熱する際の温度均一化を促進することもできる。また、冷却する場合、通常の水（２０〜２５℃）の代わりにチラー水を流すことで、冷却効率を向上させ、冷却工程の時間短縮を図ることができるので、より好ましい。
また、バッフル５の有する温度制御機能を使用した場合と使用しない場合で冷却能力の比較を行ったところ、一例として以下のようになり、バッフル５による温度制御機能による冷却能力が、非常に有効であることが確認された。
未使用時 使用時
総括伝熱係数Ｕ[kW/(m2・K)]：２．５７ → ３．７８
伝熱面積Ａ[m2]： ５．３２ → ６．５２（１．２倍）
冷却能力[kW/K]： １３．６７ → ２５．９８（１．９倍）
また、バッフル５の有する温度制御機能を使用した場合と使用しない場合で冷却能力の比較を行ったところ、一例として以下のようになり、バッフル５による温度制御機能による冷却能力が、非常に有効であることが確認された。
未使用時 使用時
総括伝熱係数Ｕ[kW/(m2・K)]：２．５７ → ３．７８
伝熱面積Ａ[m2]： ５．３２ → ６．５２（１．２倍）
冷却能力[kW/K]： １３．６７ → ２５．９８（１．９倍）
次に、上記構成の樹脂合成装置１の動作及び本実施形態の樹脂の合成方法などについて、説明する。
本実施形態の樹脂の合成方法は、樹脂合成装置１を用いる樹脂の合成方法であり、まず、樹脂合成装置１は、上述した樹脂の原料が投入口２２１から撹拌槽２に投入される（投入工程）。
この際、上述したように、投入口２２１が仕込み用ロートとして機能し、樹脂の原料を撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間に投入することができ、通常、低速で回転するヘリカルリボン翼３２の上方に合成終了まで原料が残ってしまい、品質不良を引き起こすといった不具合を効果的に回避することができる。
本実施形態の樹脂の合成方法は、樹脂合成装置１を用いる樹脂の合成方法であり、まず、樹脂合成装置１は、上述した樹脂の原料が投入口２２１から撹拌槽２に投入される（投入工程）。
この際、上述したように、投入口２２１が仕込み用ロートとして機能し、樹脂の原料を撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間に投入することができ、通常、低速で回転するヘリカルリボン翼３２の上方に合成終了まで原料が残ってしまい、品質不良を引き起こすといった不具合を効果的に回避することができる。
次に、樹脂合成装置１は、ジャケット４を用いて撹拌槽２の内部を加熱するとともに、投入された原料を撹拌し、樹脂を合成する（合成工程）。なお、合成する樹脂によっては、合成反応により発生した熱によって、撹拌槽２の内部が加熱し過ぎる場合があり、必要に応じて、ジャケット４及びバッフル５を用いて撹拌槽２の内部を冷却してもよい。また、本実施形態では、ジャケット４を用いて撹拌槽２の内部を加熱しているが、バッフル用熱媒体として温水やスチームなどを用いて、バッフル５による加熱をも行ってもよい。
この撹拌において、樹脂合成装置１は、撹拌手段３が上述したヘリカルリボン翼３２及びアンカー翼３３を有し、さらに、撹拌軸３１とヘリカルリボン翼３２との間にバッフル５が設けられているので、従来例と比べると、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体を、質的により均一に混合することができる。また、ジャケット４を用いて撹拌槽２の内部を加熱し、さらに必要に応じて、ジャケット４及びバッフル５を用いて撹拌槽２の内部を加熱したり冷却したりすることもきるので、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体を、熱的に速やかにより均一に混合することができる。このように、撹拌槽２内の流体を質的にかつ熱的により均一に混合できるので、品質の安定した樹脂を合成することができる。
なお、ジャケット用熱媒体は、熱媒油に限定されるものではなく、たとえば、スチームを用いてもよい。また、撹拌槽２の内部は、合成する樹脂に適した合成温度に制御される。
なお、ジャケット用熱媒体は、熱媒油に限定されるものではなく、たとえば、スチームを用いてもよい。また、撹拌槽２の内部は、合成する樹脂に適した合成温度に制御される。
次に、樹脂合成装置１は、ジャケット４及びバッフル５を用いて合成される樹脂を冷却する（冷却工程）。
ここで、樹脂合成装置１は、上述したように、バッフル５が優れた冷却能力を発揮することができるので、冷却工程の時間短縮を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、冷却工程において、樹脂合成装置１は、通常、撹拌手段３が合成した樹脂を撹拌しており、これにより、冷却効率を向上させることができる。なお、これに限定されるものではなく、たとえば、撹拌手段３を停止した状態で、冷却を行ってもよい。
ここで、樹脂合成装置１は、上述したように、バッフル５が優れた冷却能力を発揮することができるので、冷却工程の時間短縮を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、冷却工程において、樹脂合成装置１は、通常、撹拌手段３が合成した樹脂を撹拌しており、これにより、冷却効率を向上させることができる。なお、これに限定されるものではなく、たとえば、撹拌手段３を停止した状態で、冷却を行ってもよい。
次に、樹脂合成装置１は、撹拌槽２に溶媒を加えて、樹脂と前記溶媒とを撹拌して混合し、樹脂を所望の粘度に調整する（粘度調整工程）。
この撹拌においても、上述したように、樹脂合成装置１は、質的により均一に混合することができ、また、さらに必要に応じて、ジャケット４及びバッフル５を用いて撹拌槽２の内部を加熱したり冷却したりすることもできるので、熱的に速やかにより均一に混合することができる。なお、上記粘度調整工程は、上記冷却工程前でも上記冷却工程後に行ってもよいが、冷却工程後に行った方が、より安定した粘度を有する合成品を提供できる点で好ましい。このように、樹脂合成装置１は、粘度調整工程においても、撹拌槽２内の合成された樹脂を質的にかつ熱的により均一に混合できるので、品質の安定した樹脂を次工程に提供することができる。
この撹拌においても、上述したように、樹脂合成装置１は、質的により均一に混合することができ、また、さらに必要に応じて、ジャケット４及びバッフル５を用いて撹拌槽２の内部を加熱したり冷却したりすることもできるので、熱的に速やかにより均一に混合することができる。なお、上記粘度調整工程は、上記冷却工程前でも上記冷却工程後に行ってもよいが、冷却工程後に行った方が、より安定した粘度を有する合成品を提供できる点で好ましい。このように、樹脂合成装置１は、粘度調整工程においても、撹拌槽２内の合成された樹脂を質的にかつ熱的により均一に混合できるので、品質の安定した樹脂を次工程に提供することができる。
以上説明したように、本実施形態の樹脂合成装置１によれば、合成過程で低粘度から高粘度に粘度が変化する流体を、質的及び熱的に速やかにより均一に混合できるので、品質の安定した樹脂を合成することができる。また、合成量の調節を容易に、かつ、品質不良の発生を抑制しつつ行うことができる。
以上、本発明の樹脂合成装置及び樹脂の合成方法について、好ましい実施形態などを示して説明したが、本発明に係る樹脂合成装置及び樹脂の合成方法は、上述した実施形態などにのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
例えば、バッフル５の形状、大きさ及び数量などは、特に限定されるものではなく、Ｕ字管状や板状の形状としてもよい。
また、ジャケット４の分割数についても、特に限定されるものではなく、撹拌手段３の大きさや合成する樹脂の製造工程などによって、適宜、設定されてもよい。
例えば、バッフル５の形状、大きさ及び数量などは、特に限定されるものではなく、Ｕ字管状や板状の形状としてもよい。
また、ジャケット４の分割数についても、特に限定されるものではなく、撹拌手段３の大きさや合成する樹脂の製造工程などによって、適宜、設定されてもよい。
１、１Ａ、１０１ 樹脂合成装置
２、１０２ 撹拌槽
３、１０３ 撹拌手段
４、１０４ ジャケット
５ バッフル
６ 熱媒ボイラ
２１ 槽本体
２２ 上蓋
３１ 撹拌軸
３２、１３２ ヘリカルリボン翼
３３、１３３ アンカー翼
４１ 上部ジャケット
４２ 中部ジャケット
４３ 下部ジャケット
５１ 内管
５２ 外管
６１ タンク
６２ ポンプ
６３ 冷却用熱交換器
６４ 加熱用熱交換器
１３４ アーム
２２１、１２０ 投入口
３２１ 連結部材
３２２ 支持部材
３３１ 主翼
３３２ 副翼
３３３ 切欠
３２１１ 筒状部
３２１２ 棒状部
２、１０２ 撹拌槽
３、１０３ 撹拌手段
４、１０４ ジャケット
５ バッフル
６ 熱媒ボイラ
２１ 槽本体
２２ 上蓋
３１ 撹拌軸
３２、１３２ ヘリカルリボン翼
３３、１３３ アンカー翼
４１ 上部ジャケット
４２ 中部ジャケット
４３ 下部ジャケット
５１ 内管
５２ 外管
６１ タンク
６２ ポンプ
６３ 冷却用熱交換器
６４ 加熱用熱交換器
１３４ アーム
２２１、１２０ 投入口
３２１ 連結部材
３２２ 支持部材
３３１ 主翼
３３２ 副翼
３３３ 切欠
３２１１ 筒状部
３２１２ 棒状部
Claims (11)
- 樹脂の原料の投入口を有する撹拌槽と、
この撹拌槽の内部で回転する撹拌軸、並びに、前記撹拌軸と連結されたヘリカルリボン翼及びアンカー翼を有する撹拌手段と、
前記撹拌槽に設けられ、ジャケット用熱媒体を流すことによって温度制御を行うジャケットと、
前記撹拌槽の内部に設けられ、バッフル用熱媒体を流すことによって温度制御を行うバッフルと
を備え、
前記ジャケットは、前記撹拌槽の深さ方向に分割される複数の領域ごとに設けられてなることを特徴とする樹脂合成装置。 - 前記バッフルが、二重管構造を有することを特徴とする請求項１に記載の樹脂合成装置。
- 前記バッフルが、前記撹拌軸と前記ヘリカルリボン翼との間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂合成装置。
- 前記バッフル用熱媒体が、前記撹拌槽の上部から供給されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の樹脂合成装置。
- 前記ジャケット用熱媒体の温度を制御する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の樹脂合成装置。
- 前記アンカー翼が、切欠を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の樹脂合成装置。
- 前記アンカー翼が、主翼及び該主翼より翼幅が小さい副翼を有し、該副翼が、前記主翼と直交する向きに設けられることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の樹脂合成装置。
- 前記投入口によって、前記撹拌軸と前記ヘリカルリボン翼との間に、前記樹脂の原料が投入される構造を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の樹脂合成装置。
- 前記請求項１乃至８の何れか一項の樹脂合成装置を用いる樹脂の合成方法であって、
前記樹脂の原料を前記撹拌槽に投入する投入工程と、
前記ジャケットを用いて前記撹拌槽の内部を加熱するとともに、投入された前記原料を撹拌し、前記樹脂を合成する合成工程と、
前記ジャケット及び前記バッフルを用いて合成された前記樹脂を冷却する冷却工程と、
前記撹拌槽に溶媒を加えて、前記樹脂と前記溶媒とを撹拌して混合し、前記樹脂の粘度を調整する粘度調整工程と
を有することを特徴とする樹脂の合成方法。 - 前記合成工程において、前記ジャケット用熱媒体として熱媒油又はスチームを用いることを特徴とする請求項９に記載の樹脂の合成方法。
- 前記バッフル用熱媒体としてチラー水を用いることを特徴とする請求項９又は１０に記載の樹脂の合成方法。
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|---|---|---|---|
| JP2012013775A JP2013151621A (ja) | 2012-01-26 | 2012-01-26 | 樹脂合成装置及び樹脂の合成方法 |
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