JP2017507015A - バッフルを備えた回分式反応器 - Google Patents

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Abstract

バッフルの設置構造を改善した回分式反応器を提供する。回分式反応器は、反応物を受容するための反応器本体と、反応器本体の内部に設置されている攪拌翼であって、反応物を攪拌するための攪拌翼と、攪拌翼の回転軸に結合しているモータであって、攪拌翼を回転させるためのモータと、反応器本体の内壁と攪拌翼の間に位置しており、反応器本体の周方向に沿って互いから離隔して設置されている複数のバッフルと、を含んでいる。複数のバッフルそれぞれが、反応器本体の径方向及び周方向に沿って互いに隣り合うように配置された複数の配管を含んでいる。

Description

本発明は、回分式反応器に関し、より詳しくは、バッフルの設置構造に関する。
通常の回分式反応器は、反応物を受容するための反応器本体と、反応器本体の内部に設置されている攪拌翼であって、反応物を攪拌するための攪拌翼と、攪拌翼を回転させる駆動モータとを含んでいる。また、回分式反応器は、反応物の温度を制御するための構成として、反応器ジャケットとバッフル及びリフラックスコンデンサなどを含むことができる。
バッフルは、その内部に熱交換のための流体が流れる管から構成され、攪拌翼の外側で反応器本体の内壁に近く位置する。バッフルは、攪拌翼の回転に応じた反応物の周方向流れを上下方向に変えて反応物の混合を良好にし、反応物と熱交換を通じて反応物の温度を一定に維持させる温度制御（制熱）機能を果たす。
しかしながら、バッフルの設置形態に応じて攪拌翼の大きさとバッフルの表面積（電熱面積）の拡大に制限がある。例えば、バッフルが反応器本体の径方向に沿って長い領域を占める場合、攪拌翼を拡大させることができないので、反応物の攪拌性能と反応性能を高めるのに制限がある。また、反応器が大型化するほど同一の構造のバッフル形態ではバッフルの電熱面積が反応器体積に比べて小さくなるので、バッフルの温度制御機能が低下する。
本発明の目的は、バッフルの設置構造を改善することによって、攪拌翼の大きさ及びバッフルの電熱面積のうち少なくとも１つを拡大させることによって、反応物の混合性能を改善したり反応物の制熱性能を向上させることができる回分式反応器を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る回分式反応器は、反応物を受容するための反応器本体と、反応器本体の内部に設置されている攪拌翼であって、反応物を攪拌するための攪拌翼と、攪拌翼の回転軸に結合しているモータであって、攪拌翼を回転させるためのモータと、反応器本体の内壁と攪拌翼の間に位置しており、反応器本体の周方向に沿って互いから離隔して設置されている複数のバッフル（baffle）と、を含んでいる。複数のバッフルそれぞれが、反応器本体の径方向及び周方向に沿って互いに隣り合うように配置された複数の配管を含んでいる。
複数の配管は、回転軸と平行であり、Ｕ字状の連結部を介して蛇行パターンで一体に連結させることができる。複数の配管のうちいずれか１つの配管は、反応器本体の底部を貫通しており、他の１つの配管は反応器本体の側壁を貫通している場合がある。
複数の配管は、三角パターンで配列された少なくとも３つの配管を含むことができる。そして、３つの配管のうち少なくとも２つの配管は、反応器本体の径方向に沿って配列されてもよい。
他方、複数の配管は、ジグザグパターンで配列されてもよい。複数の配管は、２つの列をなし、ジグザグパターンで配列された少なくとも５つの配管を含むことができる。２つの列のうち少なくとも１つの列は、反応器本体の径方向と平行であってもよい。
本実施形態によれば、攪拌翼の大きさを拡張させて反応物の乱流増加及び混合性能を改善することができる。他方、従来と同等水準の攪拌能力を維持しながらバッフルの電熱面積を拡大させて反応物の制熱性能を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態に係る回分式反応器の概略図である。 図１のＩ−Ｉ線を基準に切開した回分式反応器の概略断面図である。 比較例による回分式反応器を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態による回分式反応器の概略断面図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回分式反応器の概略図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ線を基準に切開した回分式反応器の概略断面図である。
図１及び図２を参照すると、第１の実施形態の回分式反応器１００は、反応物１０を受容するための反応器本体２０と、反応器本体２０の内部に設置されている攪拌翼３１であって、反応物１０を回転させるための攪拌翼３１と、攪拌翼３１の回転軸３２に結合しているモータ３３であって、攪拌翼３１を回転させるためのモータ３３と、反応器本体２０の内壁と攪拌翼３１の間に位置する複数のバッフル４０とを含んでいる。
回分式反応器１００は、例えば、高分子重合のための重合反応器であってもよい。反応器本体２０は、円筒形の側壁２１と底部２２及び蓋部２３から構成され得る。図示は省略したが、反応器本体２０は、二重壁構造で形成されてており、二重壁内部との熱交換のために流体を循環させることができる。言い換えれば、反応器本体２０に熱交換ジャケットが設置されている。
攪拌翼３１、回転軸３２、及びモータ３３が攪拌装置３０を構成する。回転軸３２は、反応器本体２０の中央でモータ３３と結合する。攪拌翼３１は、反応器本体２０の内部で回転軸３２に結合しており、攪拌翼３１の長さ方向は反応器本体２０の径方向と一致している。
１セットの攪拌翼３１が回転軸３２の下側端部に設置されているか、又は、複数のセットの攪拌翼が回転軸３２の長さ方向に沿って互いから離隔して設置されている。１セットの攪拌翼３１は、少なくとも２つの攪拌翼３１から構成されている。図１及び図２では回転軸３２の下側端部に２つの攪拌翼３１が設置されている構成を例に上げて示したが、攪拌翼３１の設置位置と個数は示した例に限定されない。
攪拌翼３１の攪拌性能は、回分式反応器１００の反応性能に影響を与える。攪拌翼３１は、パドル（ｐａｄｄｌｅ）タイプ、プロペラ（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）タイプ、及びタービン（ｔｕｒｂｉｎｅ）タイプなどがあり、図１及び図２ではパドルタイプの攪拌翼３１を例に上げて示したが、攪拌翼３１は示した例に限定されない。
バッフル４０は、攪拌翼３１の回転に応じた反応物１０の周方向流れを上下方向流れに変えて反応物１０の混合を良好にする機能を果たす。また、バッフル４０は、その内部へ熱交換のための流体が流れる配管から構成されるため、反応物１０との熱交換を通じて反応物１０の温度を一定に維持させる温度制御（制熱）機能を果たす。
熱交換のための流体は、低温の場合、ほぼ４℃〜３５℃の温度を有することができ、 高温の場合、ほぼ５０℃〜２００℃の温度を有することができる。
複数のバッフル４０は、反応器本体２０の周方向に沿って互いから離隔して配置されている。言い換えれば、複数のバッフル４０は、攪拌翼３１から一定距離で離隔して反応器本体２０の周方向に沿って設置されており、好ましくは周方向に沿って等間隔に設置されている。
バッフル４０それぞれは、回転軸３２と平行な複数の配管４１、４２、４３が蛇行パターンで一体に連結した構成から成る。具体的に、バッフル４０は、第１の配管４１と、Ｕ字状の第１の連結部４４を介して第１の配管４１に結合した第２の配管４２と、Ｕ字状の第２の連結部４５を介して第２の配管４２に結合した第３の配管４３とを含むことができる。第１の配管４１は、反応器本体２０の底部２２を貫通しており、第３の配管４３は、反応器本体２０の側壁２１を貫通している場合がある。第１の連結部４４と第２の連結部４５は、Ｕ字状の構造に限定されない。
第１の実施形態では、バッフル４０それぞれは、第１〜第３の配管４１、４２、４３を含んでおり、第１〜第３の配管４１、４２、４３は、反応器本体２０の径方向及び周方向に沿って互いに隣り合うように配置されている。言い換えれば、いずれか１つの配管に対して他の１つの配管の少なくとも一部が反応器本体２０の径方向に沿って対向しており、他の配管の少なくとも一部が反応器本体２０の周方向に沿って対向している。
例えば、第１〜第３の配管４１、４２、４３は、互いから一定距離で離隔して三角パターンで配列されてもよい。このような配管構成は、反応器本体２０の径方向に沿ってバッフル４０が占める領域の大きさを縮小させて攪拌翼３１の拡張を可能にする。攪拌翼３１を拡張することによって、反応物１０の攪拌性能及び反応性能が向上する。
この時、第１〜第３の配管４１、４２、４３のうち２つの配管は、反応器本体２０の径方向に沿って配列されてもよい。この場合、攪拌翼３１によって回転される反応物１０とバッフル４０の接触性を良好にしてバッフル４０の制熱性能を高めることができる。
図３は、比較例による回分式反応器を示す概略断面図である。
図３を参照すると、比較例の回分式反応器１０１で複数のバッフル４０１それぞれが、反応器本体２０１の径方向に沿って一列に配置された第１〜第３の配管４１１、４２１、４３１から構成される。
図２及び図３を参照すると、第１の実施形態の第１〜第３の配管４１、４２、４３と比較例の第１〜第３の配管４１１、４２１、４３１が同一の長さの同一の直径を有する場合、第１の実施形態のバッフル４０と比較例のバッフル４０１は、同一の電熱面積を有しているので、ほとんど同等な制熱性能を発揮する。
しかしながら、比較例の場合、バッフル４０１が反応器本体２０１の径方向に沿って大きい領域を占めるので、攪拌翼３１１がバッフル４０１と衝突しないようにするためには、攪拌翼３１１の大きさを小さくせざるを得ない。言い換えれば、バッフル４０１に起因して、攪拌翼３１１の大きさの拡大が著しく制限される。
反面、第１の実施形態では、第１〜第３の配管４１、４２、４３が三角パターンで稠密に配列されているので、バッフル４０は、反応器本体２０の径方向に沿って大きい領域を占めない。従って、第１の実施形態に係る回分式反応器１００では、攪拌翼３１の大きさを拡張させることができ、反応物１０の乱流増加及び混合性能を改善して反応物１０の製造品質を向上させることができる。
図４は、本発明の第２の実施形態による回分式反応器の概略断面図である。
図４を参照すると、第２の実施形態による回分式反応器２００は、バッフル５０が５つの配管５１、５２、５３、５４、５５から構成されたことを除き、前述した第１の実施形態と類似する構造から成る。第１の実施形態と同一の部材については同一の図面符号を使い、以下では第１の実施形態と同一の構成について主に説明する。
複数のバッフル５０は、攪拌翼３１から一定距離で離隔して反応器本体２０の周方向に沿って等間隔に設置されており、バッフル５０それぞれは、回転軸３２と平行な第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５が蛇行パターンで一体に連結した構成から成る。
第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５は、図示しないＵ字状の連結部を介して一体に結合されており、１つのバッフル５０を構成している。第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５のうちいずれか１つの配管が反応器本体２０の底部２２を貫通しており、他の１つの配管が反応器本体２０の側壁２１を貫通している場合がある。
第２の実施形態では、バッフル５０それぞれは、第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５を含んでおり、第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５は、反応器本体２０の径方向及び周方向に沿って互いに隣り合うように配置されている。言い換えれば、いずれか１つの配管に対して他の１つの配管の少なくとも一部が反応器本体２０の径方向に沿って対向しており、他の配管の少なくとも一部が反応器本体２０の周方向に沿って対向している。
例えば、第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５は、２つの列をなしてジグザグパターンで配列されてもよい。図４を基準に最右側に位置するバッフル５０で第１〜第５の配管５１、５２、５３、５４、５５の中心を連結する仮想のジグザグ連結線を点線で表示した。
この時、２つの列のうち少なくとも１つの列は、反応器本体２０の径方向に沿って一列に配列され得る。この場合、攪拌翼３１によって反応器本体２０の周方向に沿って流される反応物１０とバッフル５０の接触面積を増やしてバッフル５０の制熱性能を向上させることができる。
図４は、第１〜第３の配管５１、５２、５３が反応器本体２０の径方向に沿って１つの列をなし、第４及び第５の配管５４、５５が隣り合う他の列を成して配列された構成を例に上げて示す。
前述した第２の実施形態では、図３に示した比較例に比べて攪拌翼３１の幅は同一に維持しながらバッフル５０を構成する配管の数を増やしてバッフル５０の電熱面積を６０％以上拡大させることができる。従って、第２の実施形態の回分式反応器２００は、比較例と同等水準の攪拌能力を確保しながら反応物１０の制熱性能を効果的に向上させることができる。
以上で、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。
本発明の一実施形態によれば、攪拌翼の大きさを拡張させて反応物の乱流増加及び混合性能を改善することができ、従来と同等水準の攪拌能力を維持しながらバッフルの電熱面積を拡大させて反応物の制熱性能を向上させることができる。
２０ 反応器本体
３１ 攪拌翼
３２ 回転軸
３３ モータ
４０ バッフル
５０ バッフル
１００ 回分式反応器
２００ 回分式反応器
４０１ バッフル

Claims (8)

  1. 反応物を受容するための反応器本体と、
    前記反応器本体の内部に設置されている攪拌翼であって、反応物を攪拌するための前記攪拌翼と、
    前記攪拌翼の回転軸に結合しているモータであって、前記攪拌翼を回転させる前記モータと、
    前記反応器本体の内壁と前記攪拌翼の間に位置しており、前記反応器本体の周方向に沿って互いから離隔して設置されている複数のバッフルと、
    を含んでいる回分式反応器において、
    前記複数のバッフルそれぞれが、前記反応器本体の径方向及び周方向に沿って互いに隣り合うように配置された複数の配管を含んでいることを特徴とする回分式反応器。
  2. 前記複数の配管は、前記回転軸と平行であり、Ｕ字状の連結部を介して蛇行パターンで一体に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の回分式反応器。
  3. 前記複数の配管のうちいずれか１つの配管は、前記反応器本体の底部を貫通しており、他の１つは前記反応器本体の側壁を貫通していることを特徴とする請求項２に記載の回分式反応器。
  4. 前記複数の配管は、三角パターンで配列された少なくとも３つの配管を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回分式反応器。
  5. 前記３つの配管のうち少なくとも２つの配管は、前記反応器本体の径方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項４に記載の回分式反応器。
  6. 前記複数の配管は、ジグザグパターンで配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回分式反応器。
  7. 前記複数の配管は、２つの列を成し、ジグザグパターンで配列された少なくとも５つの配管を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の回分式反応器。
  8. 前記２つの列のうち少なくとも１つの列は、前記反応器本体の径方向と平行であることを特徴とする請求項７に記載の回分式反応器。
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