JP2017159259A

JP2017159259A - スラリーの混練・分散装置

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Publication number: JP2017159259A
Application number: JP2016047112A
Authority: JP
Inventors: 順一長嶋; Junichi Nagashima; 嘉浩金丸; Yoshihiro Kanemaru
Original assignee: Inoue Mfg Inc
Current assignee: Inoue Mfg Inc
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP6726003B2

Abstract

【課題】化学、医療、電子、セラミックス、薬品、食品、飼料その他の固体/液体系処理材料であるスラリーを混練・分散する際、処理槽の外部に供給ポンプを設けずに、連続式に処理できるようにしたスラリーの混練・分散装置を提供する。【解決手段】処理材料の供給口５と吐出口６を有する処理槽１内に環状の微少間隙１４を存して回転体２を回転可能に設ける。回転体２と供給口５の間にはポンプ室８が形成され、このポンプ室には回転により負圧を生じる吸引円板１７が設けられている。吸引円板１７は、外周が上記微少間隙１４に近接する外径であり、ボス部１９の半径方向には先端が基端より幅狭の隆起部２１が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、化学、医薬、電子、食品、飼料その他の各種分野で使用されている固体/液体系処理材料であるスラリーを混練・分散処理する装置において、スラリーを供給するための供給ポンプを外部に設けずに処理槽に循環させて連続的に処理できるようにしたスラリーの混練・分散装置に関するものである。

従来、固体/液体系の処理材料であるスラリーを混練・分散処理する場合、連続式に行うときは、処理槽の外部に供給ポンプを設けて処理材料を処理槽内に送り込むように構成することが多い。そのため、処理材料の品種替え等のときには、処理槽の洗浄とは別に供給ポンプの洗浄作業が必要になる。しかし、洗浄液として有機溶剤を使用しなければならないときは、作業環境的に好ましくなく、供給ポンプの完全洗浄は困難であった。また、供給ポンプにより原材料が破壊するおそれもあった。

分散媒体(ビーズ)を用いて分散処理を行う媒体分散装置では、処理槽の外部に供給ポンプを設けずに連続式に処理できるようにした装置が知られている(例えば特許文献１参照)。この装置は、処理槽内に複数の円板を近接して設け、この円板を回転することによりディスクフローポンプの要領で吸引作用を発揮させて吸引口から処理槽内に処理材料を吸引し、分散媒体とともに円板で撹拌して分散処理する。そして、処理後の処理材料は、分散媒体を処理材料から分離する媒体分離装置を介して吐出口から吐出され、再び上記のように処理槽の吸引口から吸引されて循環処理することにより連続式に分散処理するように構成されている。この装置によれば、分散媒体を使用することにより効率よく分散処理することができるが、媒体分離装置部分や配管での付着ロス分が多くなり、高価な処理材料では数百ミリリットル程度の少量処理は困難であるから、簡単な確認テストに使用するというような使用態様はむずかしい。その上、分散機能が分散媒体のビーズ径や材質により変化し、分散媒体の磨耗や破損によりコンタミを生じたり、分散媒体による剪断、衝撃作用によって処理材料中の固体(粉体)が粒子破壊することもあった。

液体/液体系の処理材料を混合する装置では、ケーシング内に設けた混合要素の回動中心軸に開口部を有する中空部を設け、ケーシング内に吸い込んだ処理材料を、開口部を通して中空部に導き、その後中空部から連通流路を通して混合要素の外周に導いて混合処理する方法、装置が提案されている(例えば特許文献２参照)。しかし、この装置で処理する処理材料は、液/液系の処理材料、すなわち粉体が部分凝集した凝集体のように解砕しにくい材料を含まないエマルジョンが対象であり、貫通孔を備えた複数の円板を重ねて中空部を有する混合要素を形成し中空部に入った処理材料を外周に流出させてディスクフローポンプの応用で循環する構成である。したがって、固体/液体系の処理材料であるスラリーのように、解砕しにくい粉体の凝集体を含む処理材料の場合には、積層した円板間を通して中空部から外周に流出させるだけでは、十分に解砕することができず、スラリーの混練・分散処理に適応することはむずかしい。

特開２００１−１２０９７６公報（特許請求の範囲、図１）特開２０１３−１６３１８４公報（特許請求の範囲、図１、図２）

本発明の解決課題は、固体/液体系の混合物であるスラリーを、処理槽の外部に供給ポンプを設けることなく循環させて連続式に混練、分散できるようにしたスラリーの混練・分散装置を提供することである。

本発明によれば、固体/液体系処理材料の供給口と吐出口を有する処理槽と、該処理槽の内壁との間に環状の微少間隙を存して回転可能に設けられた回転体と、該回転体と上記供給口の間に設けられたポンプ室を具備し、該ポンプ室には上記回転体の端面に固定され上記微少間隙に近接する外径を有し回転により負圧作用を生じる吸引円板が設けられ、該吸引円板で処理材料を処理槽内に吸引して上記微少間隙で混練・分散し、上記吐出口から吐出することを特徴とするスラリーの混練・分散装置が提供され、上記解題が解決される。

また、本発明によれば、上記吸引円板には中央のボス部から半径方向に延びる羽根状の隆起部が突設され、回転した際、処理材料が当接する該隆起部の側面は、好ましくはボス部の外径より約４５度の角度で傾斜し、ボス部から外周に向かって幅狭に形成されている上記スラリーの混練・分散装置が提供され、上記解題が解決される。

本発明は上記のように構成され、処理槽は固体/液体系処理材料の供給口と吐出口を有し、該処理槽の内部には、内壁との間に環状の微少間隙を存して回転体が回転可能に設けられ、該回転体と上記供給口の間にポンプ室が設けられている。このポンプ室に、上記回転体の端面に固定され上記微少間隙に近接する外径を有し回転により負圧作用を生じる吸引円板を設けたので、吸引円板の回転により生じた負圧作用で供給口から処理槽内に処理材料が吸引され、この処理材料は、吸引円板の外周から吐出されて上記微少間隙に入り込み、該微少間隙内で回転体の外面と処理槽の内壁により混練・分散され、上記吐出口から吐出する。したがって、スラリーのように凝集力の大きい粉体も連続式に確実に解砕され、効率よく混練・分散処理することができる。また、色変えその他処理材料の品種変更等のときは、従来のように処理槽とは別に設けた供給ポンプ部分が存在しないので、洗浄作業の必要がなく、作業性が良くなり、連続化のための配管も短縮することができる。

本発明において、上記吸引円板に、中央のボス部から半径方向に延びる羽根状の隆起部を突設し、回転した際、処理材料が当接する該隆起部の側面を、好ましくはボス部の外径より約４５度の角度で傾斜させ、ボス部から外周に向かって幅狭に形成すると、この側面に当たったスラリー中の粗大粒子は吸引円板の回転方向(入力方向)に飛ばされるものと、半径方向(出力方向)に飛ばされるものがほぼ等しくなり、吸収円板を安定状態で運転することが可能となる。また、隆起部を先端に向かって幅狭に形成すると、隣接する隆起部間の凹部空間は、円周方向の幅が中心部から外周部に向かって幅広となり、この凹部空間に入り込んだ処理材料は、上記隆起部に沿って拡散するように吐出され、吐出量が多くなってポンプ作用が十分に発揮され、外周に運ばれた処理材料は、回転体と処理槽の内壁間の環状の微少間隙に積極的に入り込み、確実に混練・分散処理をすることができる。

本発明の一実施例を示し、処理槽部分を断面して示す説明図。回転体部分の説明図。吸引円板の一実施例を示す正面図。吸引円板の断面図。隆起部の一部を断面した説明図。吸引円板の一実施例を示す斜視図。隆起部側面のボス部に対する傾斜角度による相違を示し、(Ａ)は４５度傾斜させたとき、(Ｂ)は３０度傾斜させたとき、(Ｃ)は６０度傾斜させたときの各説明図。他の実施例を示し、処理槽を外した回転体部分の斜視図。

本発明は、化学、医薬、電子、セラミックス、食品、飼料その他の分野の固体/液体系の処理材料であるスラリーを混練、分散処理して微粒子化することができ、粘度範囲が約１〜１００ｄＰａ・ｓの低粘度から中粘度の処理材料(スラリー)の処理に好適に使用することができる。

図１に示すように、本発明の混練・分散装置は、処理槽(ベッセル)１とこの処理槽内で回転する回転体(ローター)２を有する。処理槽１の前蓋３には、固体と液体を含む処理材料をホッパー４から受け入れる供給口５が設けられ、回転体の後方には処理された材料を処理槽から吐出する吐出口６が設けられ、該吐出口６は配管７を通して上記ホッパー４に連絡され、回転体２と供給口５の間にはポンプ室８が形成されている。なお、供給口５の位置は、図１に示すように、処理材料が低粘度のときは処理槽１の中心部とし、中粘度のときは後記する吸引作用により生じる吸引位置の程度に応じて中心部より上方に設けることが好ましい。処理槽１の周囲には、冷却水等の調温媒体を流通させるジャケット９が設けられ、ジャケットには流入口１０と流出口１１が設けられている。上記回転体２は、メカニカルシール１２を通して駆動モーター(図示略)に連結された駆動軸１３により回転される。

上記処理槽１の内壁と回転体２の外周面間には環状の微少間隙１４が形成され、上記供給口５から供給された処理材料(スラリー)は、この環状の微少間隙１４に送り込まれ、混練・分散処理を受ける。この微少間隙の寸法は、約１．０〜１０ｍｍ、好ましくは約２．０〜５．０ｍｍ程度に形成してある。

上記回転体２は、種々の形状に形成することができるが、図１に示す実施例では断面円形の筒状体に形成され、回転体の回転により処理材料は、微少間隙内で連続的に圧縮、剪断作用を受けことにより混練・分散される。回転体の外周面はフラットな面でもよいが、図１に示す実施例では、回転体２の外周面に、円周方向に間隔をあけて凹部１５を設けることにより長手方向に延びる複数の帯状突起１６を形成してある。このように、回転体２に長手方向に延びる帯状突起１６を形成すると、この帯状突起１６の部分で処理材料は圧縮、剪断作用を受け、突起間の凹部１５では、開放、膨張作用を受ける。このような圧縮、剪断作用と開放、膨張作用は、供給口５側から吐出口６側に流動する間に処理材料に繰り返して作用される。

また、上記回転体２の表面は、回転体製造時の表面のままでもよいが、混練、分散を推進できる形状、構造にすることもできる。例えば回転体２の表面全体や上記帯状突起１６の表面に、ローレット加工により、刻み目を形成することができる。図１に示す実施例では、回転体の帯状突起１６の表面に、水平線状、斜め線状等の平目状ローレットや、四角目、クロス目、ダイヤ目等の綾目状ローレットの刻み目を形成してある。この刻み目により形成される微小凹凸部の高さは、約１．０〜０．１ｍｍ、好ましくは約０．６〜０．３ｍｍに設けられている。

上記ポンプ室８には、環状の上記微少間隙１４に近接する外径を有し回転により負圧を発生してポンプ作用を生じる吸引円板１７が設けられている。該吸引円板１７は、筒状の上記回転体の端部に嵌合して固定するための嵌合部１８を基板の一端側に有し、他端側の中央に、回転体２と共に上記駆動軸１３に取り付けるためのボルト(図示略)を固定するナット嵌めこみ用の孔２０有するボス部１９が形成されている。該ボス部１９の外周にはボス部から半径方向に延びる羽根状の隆起部２１が突設されている。該隆起部２１は、吸引円板１７が回転した際、固体粒子の飛距離性と方向性を考慮して、ボス部付近に負圧を発生させて処理材料を吸引し、遠心力で処理材料を外周に飛散させて効率よくポンプ作用を奏することができる適宜の形状に形成されている。図に示す実施例では、あたかも手裏剣のように、十字手裏剣型に、基端から先端に向かって次第に幅狭になる形状の４個の隆起部２１を形成してあるが、３個、５〜１０個等複数の隆起部を設けることができる。そして、研究によれば、各隆起部２１は、図３に示すように、上記吸引円板１７の円形を４等分し、隆起部２１の中央線２２が、円の中心線２３から約６０度の角度で傾斜し、回転した際、処理材料が当接する隆起部側面２４が上記ボス部１９の外径、すなわち円形の上記中心線２３に直行する中心線２５に対し約４５度の角度で傾斜している形状が好ましいことが確かめられた。また、上記隆起部側面２４は、回転した際、ボス部１９から吸引円板の外周に流れる処理材料が上記隆起部側面２４側に入り込むよう傾斜しており(図５参照)、隆起部２１の外表面から見て隆起部に沿って少し内方に凹んでいる。

図７は、隆起部側面２４の傾斜角度による吸引円板１７の駆動作用の相違を示している。図７に示すように該隆起部側面２４に当たったスラリーに含まれている粗大粒子は、吸引円板の回転により吸引円板の回転方向(入力方向)と、半径方向(出力方向)に飛ばされるが、同(Ａ)に示すように、傾斜角度を約４５度に形成すると、回転方向(入力方向)に飛ばされるものと、半径方向(出力方向)に飛ばされるものがほぼ等しくなり、吸引円板を安定状態で運転することが可能となる。これに対し、例えば約３０度と、傾斜角度を大きくすると、同図(Ｂ)に示すように衝突量が多くなり、円板を回転させるための動力が大きくなり、また発熱も多くなって処理材料に影響を与えるおそれがある。一方、同図(Ｃ)に示すように、傾斜度が例えば約６０度と小さいと、衝突が少なくなり、円周方向流が主体となって吐き出しが弱くなり、ポンプ作用が減少する。

上記のように、隆起部２１の先端をボス部側の基端の幅より次第に狭く形成したことにより隣接する隆起部との間には円周方向の幅が中心部で狭く外周部で幅広になった凹部空間２６が形成される。この凹部空間２６には、負圧によりポンプ室に入った処理材料が入り込み、吸収引板１７の回転により凹部空間２６を通って外周に向かって拡散されるが、外周縁が幅広になっているので、吐出量を増大させることができる。その結果、吸引円板によるポンプ作用が高められ、上記環状の微少間隙に処理材料を積極的に送り込むことができる。

上記のようにしてポンプ室８から環状に微少間隙１４に送り込まれた処理材料は、回転体２の外面と処理槽１の内壁間で圧縮、剪断作用をうけて混練・分散され、上記吐出口６から吐出する。吐出口６から出た処理材料は配管７を通してホッパー４に戻り、再度供給口５から処理槽１に自己吸引され、所望程度になるまで連続式に混練・分散される。

図８に示す実施例は、回転体２の外面の形状が上記図１に示す実施例と相違している。この実施例では、回転体２は軸方向に沿って略平行四辺形の撹拌突起２７を間隔をあけて多数設けてある。この平行四辺形は、回転体の軸方向に長い２辺が並び、他の斜行する２辺は供給口側から吐出口側に向かって傾斜している。この回転体２によれば、処理槽１の内壁と回転体２の外面間の環状の微少間隙１４に送り込まれた処理材料はあたかも栓流(プラグフロー)状に流れ、効率よく混練・分散することができる。

上記実施例では、吸引円板によるポンプ作用は遠心ポンプを応用しており、渦巻ポンプに似ているが、隆起部の外側に位置するよう複数の案内羽根を前蓋の内側に設けてタービンポンプ様のポンプ作用にすることもできる。

(実施例１)
株式会社井上製作所のセラミック回転体(ローター)を有する混練・分散機ＣＰＭ−２を使用し、ローター２の端部に、図８に示すように吸引円板１７を取付けた。ホッパー４に水を供給し、周速３．６ｍ/secで運転したところ、１．７ｋg/minの吐出量で、滞留時間は４．４秒であり、水柱圧力計で測定したところ、ポンプ室に０．００７ＭPa(GAUGE)の吸引圧を生じた。
また、周速１１ｍ/secで運転したところ、８．６ｋg/minの吐出量で、滞留時間は０．８７秒、吸引圧は０．０３４ＭPa(GAUGE)であった。

(実施例２)
同じ装置を用い、ホッパーに供給粘度５５ｄPa・sの２．２５％のＣＭＣ(カルボキシメチルセルロース)水溶液を供給して運転した。吐出時２７ｄPa・sで周速７．３ｍ/sec時、０．１３ｋg/minの吐出量で、滞留時間は５８秒、吸引圧は０．０１ＭPa(GAUGE)であった。
また、周速１５ｍ/secで運転したところ、４．９ｋg/minの吐出量で、滞留時間は１．５秒、吸引圧は０．０５ＭPa(GAUGE)であり、中粘度材料の処理も可能であることが確かめられた。
(評価)
実施例１、２に示す通り吸収円板によりポンプ室に負圧を生じて吸引圧を発生することができ、従来のような供給ポンプを処理槽の外部に設ける必要がないことが確かめられた。

比較例

上記と同じ装置を用い、吸引円板の代わりに表面が平らな従来の円板ワッシャーを取り付けた。ホッパーに水を供給し、周速３．６ｍ/secから１１ｍ/secまで運転し、水柱圧力計による吸引圧を確認したところ、吸引圧は極めて低く、吐出量は約２ｋg/minであり、ポンプ作用は認められなかった。

以上のように、処理槽１の供給口５側にポンプ室８を設けてその内部で吸引円板１７を回転させることにより負圧によるポンプ作用を生じさせることができ、従来のように供給ポンプを処理槽の外部に設置する必要がない。そのため、供給ポンプが不要になり、かつ連続化のための配管を短縮することが可能となり、少量の処理材料の確認テストにも使用でき、スラリーを自己吸引式に連続して効率よく混練・分散処理することができる。

１処理槽
２回転体
５供給口
６吐出口
８ポンプ室
１４微少間隙
１７吸引円板
２１隆起部
２４隆起部側面
２６凹部空間

Claims

固体/液体系処理材料の供給口と吐出口を有する処理槽と、該処理槽の内壁との間に環状の微少間隙を存して回転可能に設けられた回転体と、該回転体と上記供給口の間に設けられたポンプ室を具備し、該ポンプ室には上記回転体の端面に固定され上記微少間隙に近接する外径を有し回転により負圧作用を生じる吸引円板が設けられ、該吸引円板で処理材料を処理槽内に吸引して上記微少間隙で混練・分散し、上記吐出口から吐出することを特徴とするスラリーの混練・分散装置。
上記吸引円板にはボス部から半径方向に延びる羽根状の隆起部が突設され、該隆起部はボス部から外周に向かって次第に幅狭に形成されている請求項１に記載のスラリーの混練・分散装置。
上記隆起部の側面は、ボス部の外径より４５度の角度で傾斜している請求項２に記載のスラリーの混練・分散装置。
上記吸引円板が回転した際、処理材料が当接する上記隆起部の側面は隆起部に沿って凹んでいる請求項２又は３に記載のスラリーの混練・分散装置。
上記吐出口と供給口はホッパーを介して連結され、処理槽で吸引された処理材料を連続式に処理するようにした請求項１から４のいずれかに記載のスラリーの混練・分散装置。