JP2013202426A

JP2013202426A - 混合装置、混合方法

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Publication number: JP2013202426A
Application number: JP2012070738A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Honda; 郁雄本田; Hiroteru Nakamura; 博輝中村; Satoru Abe; 哲阿部; Masamitsu Ikeda; 正光池田
Original assignee: MIHARA KOGYO KK; Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: MIHARA KOGYO KK; Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP5432310B2

Abstract

【課題】比重が異なる複数種類の固形物を混合する場合でも、その固形物を破壊することなく、且つ均一な混合結果を得ることのできる混合装置及び混合方法を提供すること。
【解決手段】複数種類の固形物及び水を収容する混合槽内の水位を予め定められた所定の高水位に調節した状態で前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合し（Ｓ２〜Ｓ３）、その後、前記混合槽内の水位を前記所定の高水位よりも低い予め定められた所定の低水位に調節した状態で、前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合する（Ｓ４〜Ｓ５）。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数種類の固形物（例えば２種類のイオン交換樹脂など）を混合する混合装置及び混合方法に関し、特に、比重の異なる複数種類の固形物でも均一に混合することのできる混合装置及び混合方法に関するものである。

従来から、半導体製品の製造過程の洗浄工程などでは超純水が用いられる。この超純水はイオン交換装置によって生成される。イオン交換装置は、アニオン（陰イオン）交換樹脂やカチオン（陽イオン）交換樹脂などのイオン交換樹脂の粒子を用いて超純水を生成するものである。

ここに、イオン交換装置で用いられるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の２種類のイオン交換樹脂を混合したものであることが考えられる。この場合、２種類のイオン交換樹脂を混合する混合装置が用いられる。例えば、特許文献１に開示されているようにスクリュー等で攪拌する機械攪拌式の混合装置を用いることが考えられる。

特開２００３−１５４２４６号公報

しかしながら、スクリュー等を用いる機械攪拌式の混合装置では攪拌する際に樹脂自体が破壊されるおそれがある。そこで、混合槽の下層部のイオン交換樹脂を、水流を利用して該混合槽の上層部に循環させる混合手法が考えられる。このとき、イオン交換樹脂の流動性を高めるためには混合槽内のイオン交換樹脂の積載上面よりも高い位置に水位を設定することが望ましい。

但し、アニオン交換樹脂はカチオン交換樹脂に比べて比重が小さい。そのため、高水位の状態で混合を行うと、その混合後の沈静段階でアニオン交換樹脂が上層部に偏ってしまい均一な混合結果が得られないという問題が生じる。

従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比重が異なる複数種類の固形物を混合する場合でも、その固形物を破壊することなく、且つ均一な混合結果を得ることのできる混合装置及び混合方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、複数種類の固形物及び水を収容する混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させて前記複数種類の固形物を混合する循環混合手段と、前記混合槽内の水位を調節する水位調節手段と、前記水位調節手段により前記混合槽内の水位を予め定められた所定の高水位に調節した状態で前記循環混合手段により前記複数種類の固形物を混合させた後、前記水位調節手段により前記混合槽内の水位を前記所定の高水位よりも低い予め定められた所定の低水位に調節した状態で前記循環混合手段により前記複数種類の固形物を混合させる混合制御手段と、を備えてなることを特徴とする混合装置として構成される。例えば、前記複数種類の固形物は比重の異なる２種類のイオン交換樹脂である。

本発明によれは、前記所定の高水位の状態で前記循環混合手段による混合が行われた後、前記所定の低水位の状態で前記循環混合手段による混合が行われるため、比重の小さい固形物の上層部への偏りが防止されて均一な混合結果を得ることができる。また、機械攪拌式の混合装置のように前記固形物を破壊するおそれもない。

また、予め定められた量の前記複数種類の固形物を計量して前記混合槽に供給する計量手段をさらに備える構成では、前記混合制御手段が、前記計量手段、前記水位調節手段及び前記循環混合手段を制御することにより前記複数種類の固形物の計量から混合までの各処理工程を自動実行させるものであることが考えられる。これにより、前記複数種類の固形物の計量から混合までの各処理工程について人的作業を省略することができる。

ところで、本発明は混合方法の発明として捉えてもよい。即ち、本発明を、複数種類の固形物及び水を収容する混合槽内の水位を予め定められた所定の高水位に調節した状態で前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合した後、前記混合槽内の水位を前記所定の高水位よりも低い予め定められた所定の低水位に調節した状態で前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合することを特徴とする混合方法として捉えてもよい。

本発明によれば、比重が異なる複数種類の固形物（特に２種類のイオン交換樹脂など）を混合する場合でも、その固形物を破壊することなく、且つ均一な混合結果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る混合装置Ｘの概略構成を示す模式図。本発明の実施の形態に係る混合装置Ｘにおける混合動作処理を説明するためのフローチャート。本発明の実施の形態に係る混合装置Ｘの混合槽２１内を上方から見た要部模式図。本発明の実施の形態に係る混合装置Ｘにおける混合動作処理の２回目の循環による混合工程の効果を説明するための図。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

まず、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る混合装置Ｘの概略構成について説明する。図１に示すように、混合装置Ｘは、計量槽１１、計量槽１２、混合槽２１、給水配管２３、循環ポンプ３１、ラインミキサー３２、排水ポンプ４１、混合制御装置５１などを有している。前記混合制御装置５１（混合制御手段の一例）は、ＣＰＵやＡＳＩＣ等の演算部を備えており、所定の制御プログラムに従った処理を実行することにより当該混合装置Ｘの動作を統括的に制御する。

前記混合槽２１は、水平断面が略矩形状となる角形混合槽である。また、前記混合槽２１の底面は下方に向けて略角錐状に形成されている。もちろん、前記混合槽２１の形状はこれに限らず、立方体形状や円柱形状であること、水平断面が略円形状となる円形混合槽であってその底面が円錐状であること等も考えられる。

前記混合装置Ｘは、前記計量槽１１及び前記計量槽１２に個別に収容された２種類の固形物を混合するものである。前記混合槽２１で混合された固形物は、例えば前記混合槽２１の底面に接続された不図示の排出部を通じて取り出すことも可能である。なお、前記混合装置Ｘは３種類以上の固形物を混合するものであってもよい。

本実施の形態では、前記計量槽１１に粒状のアニオン（陰イオン）交換樹脂が収容され、前記計量槽１２に粒状のカチオン（陽イオン）交換樹脂が収容されるものとする。即ち、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が複数種類の固形物の一例である。ここで、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の比重は異なり、アニオン交換樹脂はカチオン交換樹脂に比べて比重が小さい。

前記混合装置Ｘにおいて、前記計量槽１１及び前記計量槽１２各々は移送管１１Ａ及び移送管１２Ａ各々により前記混合槽２１に接続されている。前記混合装置Ｘでは、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が前記計量槽１１及び前記計量槽１２から個別の前記移送管１１Ａ及び前記移送管１２Ａを通じて前記混合槽２１に供給される。そのため、前記混合槽２１の前段でアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が混合されることが防止され、予め定めた比率で正確に混合することができる。なお、前記計量槽１１、１２における計量手法などについては従来と同様であるためここでは説明を省略する。

また、前記混合槽２１の下層部２１Ａと上層部２１Ｂとは循環配管３１Ａによって外部で接続されている。そして、前記循環配管３１Ａの経路上には前記循環ポンプ３１、前記ラインミキサー３２、及び分岐バルブ３３が設けられている。前記混合装置Ｘでは、前記循環ポンプ３１の駆動により、前記混合槽２１内のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂と水とが前記混合槽２１の下層部２１Ａから上層部２１Ｂに循環され、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が混合される。また、このとき前記循環配管３１Ａで循環されるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は前記ラインミキサー３２によっても攪拌混合される。ここに、前記循環配管３１Ａ、前記循環ポンプ３１及び前記ラインミキサー３２が循環混合手段の一例である。なお、前記ラインミキサー３２は省略することも考えられる。

さらに、前記混合槽２１の下層部２１Ａには排水管４１Ａが接続されており、該混合槽２１内の水は前記排水ポンプ４１の駆動により前記排水管４１Ａを通じて排水可能である。ここに、前記排水管４１Ａは、前記混合槽２１側の端部にアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の通過を遮るためのフィルタを有しており、前記混合槽２１内から水だけを排水することが可能である。なお、前記循環ポンプ３１及び前記排水ポンプ４１各々の動作は前記混合制御装置５１によって制御される。

また、前記給水配管２３は、前記混合槽２１に接続されており、前記混合槽２１に超純水（或いは純水）を供給するために用いられる。ここで、前記給水配管２３から前記混合槽２１に供給する超純水の水量は、前記給水配管２３の経路上に設けられた不図示のバルブやポンプなどが前記混合制御装置５１によって制御されることで調節される。即ち、前記混合制御装置５１は、前記給水配管２３からの吸水量や前記排水ポンプ４１による排水量を調節することにより前記混合槽２１内の水位を調節する機能を有している。ここに、係る水位の調節機能を実現するときの前記混合制御装置５１が水位調節手段に相当する。

ところで、前記混合装置Ｘでは、該混合装置Ｘ内におけるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の通過経路に窒素ガス（Ｎ_２）が封入される。即ち、前記混合装置Ｘにおいて、前記計量槽１１、前記計量槽１２、前記移送管１１Ａ、前記移送管１２Ａ、前記混合槽２１、前記循環配管３１Ａ、前記循環ポンプ３１、前記ラインミキサー３２は密閉された状態にある。そのため、前記混合装置Ｘ内においてアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が大気に触れることはない。従って、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂による大気中の炭酸ガス（ＣＯ_２）の吸収が防止される。また、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂に大気中の埃が混入することも防止される。

以下、図２のフローチャートを参照しつつ、前記混合装置Ｘにおいて前記混合制御装置５１によって実行される混合動作処理の手順の一例について説明する。ここに、図２中のＳ１、Ｓ２…は処理手順（ステップ）番号を表す。

前記混合装置Ｘでは、前記混合制御装置５１によって所定の制御プログラムに従った処理が実行され、各構成要素の駆動が制御されることにより、図２に示すように前記計量槽１１、１２の計量から前記循環ポンプ３１による混合までの各処理工程が自動的に実行される。これにより、前記混合装置Ｘによる混合動作では人的作業を省略することができる。なお、複数の制御部が連携して一連の当該混合動作処理を実行することも他の実施例として考えられる。また、本願発明は、以下の各工程を順に実行する混合方法の発明として捉えてもよい。

（ステップＳ１）
まず、ステップＳ１において、前記混合制御装置５１は、前記計量槽１１及び前記計量槽１２各々によりアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂各々を予め定められた量だけ計量して前記混合槽２１に供給させる。なお、係る動作を行うときの前記計量槽１１及び前記計量槽１２が計量手段の一例である。

（ステップＳ２）
次に、ステップＳ２において、前記混合制御装置５１は、前記給水配管２３を通じて前記混合槽２１に超純水を供給して該混合槽２１内の水位を、予め定められた所定の高水位に調節する。なお、前記混合槽２１内の水位の調節については、不図示の水位計による検出結果に基づいて行うことや、前記所定の高水位となるように予め設定した給水量を供給することなど、各種の周知手法を採用すればよい。

具体的に、前記所定の高水位とは、前記混合槽２１内に収容されたアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から上方に４０ｍｍの位置とする。以下、この状態を高水位状態と言う。なお、前記所定の高水位として予め設定する水位はこの値に限らず、前記混合槽２１内のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の流動性が高まるように、少なくとも前記混合槽２１内におけるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の積載上面よりも高い水位であればよい。

（ステップＳ３）
そして、次にステップＳ３において、前記混合制御装置５１は、前記高水位状態のままで前記循環ポンプ３１を駆動させることにより、前記循環配管３１Ａを通じてアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を水と共に前記混合槽２１の下層部２１Ａから上層部２１Ｂに循環させ、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を混合する。このとき、前記循環配管３１Ａ上には前記ラインミキサー３２が設けられているため、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は前記ラインミキサー３２によっても混合される。この循環による混合は例えば６０分程度行われる。

このようにして前記ステップＳ３において前記混合槽２１が高水位状態で行われる混合動作では、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が流動しやすい状態にあるため、これだけでは、混合後の沈静段階において前記混合槽２１の上層に比重の小さいアニオン交換樹脂が偏る。

（ステップＳ４）
そこで、前記混合装置Ｘでは、前記混合槽２１の上層へのアニオン交換樹脂の偏りを防止するため、続くステップＳ４〜Ｓ５において更なる混合工程が実行される。具体的に、ステップＳ４において、前記混合制御装置５１は、前記排水ポンプ４１を制御することにより前記混合槽２１に貯留した超純水を排水して該混合槽２１内の水位を予め定められた所定の低水位に調節する。

ここに、前記所定の低水位とは、前記混合槽２１内に収容されたアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から下方に２０ｍｍの位置とする。以下、この状態を低水位状態と言う。なお、前記所定の低水位として予め設定する水位はこの値に限らず、混合後の沈静段階で比重の小さいアニオン交換樹脂が上層部に偏らないように、前記混合槽２１内におけるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の積載上面以下の水位であればよい。前記混合槽２１内の水位がアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の積載上面以下であれば、これらの流動性が低くなり比重の軽いアニオン交換樹脂の浮上を防止できるためである。

（ステップＳ５）
そして、続くステップＳ５において、前記混合制御装置５１は、前記低水位状態で前記循環ポンプ３１を駆動させることにより、前記循環配管３１Ａを通じてアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を水と共に前記混合槽２１の下層部２１Ａから上層部２１Ｂに循環させ、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を混合する。このときも、前記循環配管３１Ａ上の前記ラインミキサー３２によりアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が混合される。この循環による混合は例えば６０分程度行われる。

このように前記ステップＳ５において前記混合槽２１が低水位状態で行われる混合動作では、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が流動しにくい状態にある。そのため、混合後の沈静段階において前記混合槽２１の上層に比重の小さいアニオン交換樹脂が偏ることが防止され、均一な混合結果を得ることができる。また、混合を終了したアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は、前記ラインミキサー３２の出口側の配管３２Ａに前記分岐バルブ３３を介して接続された抜出配管３３Ａを通して必要に応じて分岐され、次工程へ移送される。

以上、説明したように、前記混合装置Ｘ及び該混合装置Ｘを用いて実行される混合方法によれば、比重が異なる２種類のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を混合する場合でも、その樹脂を破壊することなく、且つ均一な混合結果を得ることができる。また、前記混合装置Ｘは機械攪拌式ではないためイオン交換樹脂の破壊も防止される。

ここに、図３及び図４は、前記混合装置Ｘの混合槽２１内のアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面に対する水位と混合後の上層部におけるアニオン交換樹脂の偏りとの関係を説明するための図である。なお、図３は、前記混合槽２１の内部を上方から見た模式図である。また、図４は、混合後にアニオン交換樹脂が偏って存在する上層部の高さ［ｍｍ］の観測結果を示すものである。

ここでは、前記混合槽２１内の水位を、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から上方に１００ｍｍ、５０ｍｍ、１０ｍｍ、−２０ｍｍ（上面から下方に２０ｍｍ）の位置に設定したときそれぞれについて、混合時間を５分、１０分、１５分（但し、−２０ｍｍの位置については５分のみ）に設定した場合の混合結果を観察した。

より具体的には、図３に示す前記混合槽２１の四隅及び中央の位置Ｐ１〜Ｐ５各々にアクリル製の透明な筒部材を上方から挿入して取り出したときに、その筒部材の上層において比重の小さいアニオン交換樹脂が偏って存在した領域（以下、非混合層と言う）の長さ（ｍｍ）を観察した。なお、前記混合槽２１のサイズは、高さ×幅×奥行き＝100ｃｍ×100ｃｍ×100ｃｍである。

図４（Ａ）に示すように、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から上方に１００ｍｍの位置に水位を設定した場合、混合時間を長くすることで前記非混合層の長さを短くすることができるが、依然として８０〜１１０ｍｍの非混合層が上層に形成されており、均一に混合された状態とは言えない。

一方、図４（Ｂ）に示すように、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から上方に５０ｍｍの位置に水位を設定した場合、図４（Ａ）に示した混合結果に比べて前記非混合層の長さを短くすることができるが、依然として５０〜８０ｍｍの非混合層が上層に形成されており、やはり均一に混合された状態とは言えない。

これに対し、図４（Ｃ）に示すように、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から上方に１０ｍｍの位置に水位を設定した場合、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した混合結果とは異なり、前記非混合層の長さを０〜２０ｍｍにまで極端に短くすることができ、十分な混合状態を得ることができた。

さらに、図４（Ｄ）に示すように、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面から下方２０ｍｍの位置（−２０ｍｍの位置）に水位を設定した場合、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示した混合結果よりも短い混合時間（５分）で非混合層をなくすことができ、十分な混合状態を得ることができた。

即ち、前記混合槽２１内において、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面に対する水位が低いほど、前記混合槽２１の上層部２１Ｂにおける前記非混合層を減らすことができ、良好な混合結果を得ることができる。

従って、前記混合装置Ｘのように、前記混合動作処理（図２参照）における２回目の循環による混合工程（Ｓ５）において、前記混合槽２１内における水位をアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の上面以下に設定しておけば、該混合槽２１の上層部２１Ｂに比重の小さいアニオン交換樹脂が偏ることが防止され、均一な混合結果を得ることができる。

本発明は、複数種類の固形物（イオン交換樹脂など）を混合する混合装置及び混合方法への利用が可能である。

１１、１２：計量槽
１１Ａ、１２Ａ：移送管
２１：混合槽
２１Ａ：下層部
２１Ｂ：上層部
２３：給水配管
３１：循環ポンプ
３１Ａ：循環配管
３２：ラインミキサー
３２Ａ：配管
３３：分岐バルブ
３３Ａ：抜出配管
４１：排水ポンプ
４１Ａ：配水管
５１：混合制御装置
Ｓ１〜Ｓ５：処理手順（ステップ）番号
Ｘ：混合装置

Claims

複数種類の固形物及び水を収容する混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させて前記複数種類の固形物を混合する循環混合手段と、
前記混合槽内の水位を調節する水位調節手段と、
前記水位調節手段により前記混合槽内の水位を予め定められた所定の高水位に調節した状態で前記循環混合手段により前記複数種類の固形物を混合させた後、前記水位調節手段により前記混合槽内の水位を前記所定の高水位よりも低い予め定められた所定の低水位に調節した状態で前記循環混合手段により前記複数種類の固形物を混合させる混合制御手段と、
を備えてなることを特徴とする混合装置。
予め定められた量の前記複数種類の固形物を計量して前記混合槽に供給する計量手段をさらに備え、
前記混合制御手段が、前記計量手段、前記水位調節手段及び前記循環混合手段を制御することにより前記複数種類の固形物の計量から混合までの各処理工程を自動実行させるものである請求項１に記載の混合装置。
複数種類の固形物及び水を収容する混合槽内の水位を予め定められた所定の高水位に調節した状態で前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合した後、前記混合槽内の水位を前記所定の高水位よりも低い予め定められた所定の低水位に調節した状態で前記混合槽の下層部から上層部に前記複数種類の固形物及び水を循環させることにより前記複数種類の固形物を混合することを特徴とする混合方法。