JP3078472B2 - 反応槽の回転翼型消泡装置 - Google Patents

反応槽の回転翼型消泡装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化学反応を行う反応槽に
おける消泡装置に関するものであり、特に加熱中だけで
なく、真空脱水の際、反応液中から発生する水分や他の
揮発物による多量の泡沫を消泡して、上方にあるコンデ
ンサーへ泡沫が上昇するのを防止したり、反応槽上部の
空間部にまで泡沫が到達しないので、製品の仕込量を増
加させることができる回転翼型の消泡装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、反応槽内で発生する泡沫を消泡す
る消泡装置として、図7及び図8に示すように、撹拌軸
(31)または(33)の上部に、2枚から4枚の羽根
(32)を持つ45度角度付きパドル型消泡翼(図
7)、又は羽根(34)の上下に多数の小径のバー(3
5)を付けた2枚から4枚の羽根を持つ45度角度付き
パドル型消泡翼(図8)、あるいは上下に多数の小径の
バーを付けた水平バーを2本から4本持つ消泡装置など
がある。しかしながら、これらの装置は上昇して来る泡
沫の消泡を十分に行えず、逆に発泡を起こすこともあ
り、泡沫が消泡翼又は消泡装置のレベルを越えて、上方
のコンデンサーに上昇して泡詰りを発生させるという欠
点があった。また、十分な消泡が出来ないため、反応槽
の上部の空間容積を泡沫に占められるので、原材料の仕
込量を増やせず、生産性を低下させる欠点があった。こ
れら消泡装置では消泡が不十分であるので、反応液に消
泡剤を投入して消泡を行う場合も多いが、これでも消泡
が十分出来ないのが実情である。
【0003】また、この消泡剤には、シリコーン系のも
のが多く用いられるため、反応生成物が製品として使用
されるとき、塗面にピンホールやはじきが発生するとい
う品質上の欠点や安全衛生面で問題となるケースが生じ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、反応槽内で
発生した泡沫の消泡について、前述のように従来の回転
翼型の消泡装置による消泡は不十分で、このためコンデ
ンサーへの泡沫の上昇に伴う泡詰りの発生や、反応槽の
上部空間が泡沫に占められることによる製品の仕込量が
増やせないこと、さらに消泡剤を反応液に投入すること
による製品へのコンタミネーションが生じるという問題
点を解決するため種々検討を行った結果完成されたもの
で、その目的とするところは、通常の反応工程だけでな
く、水分や他の揮発物の発生する量が大きく、これに伴
って泡沫が大量に発生する真空脱水工程においても、反
応液粘度が低いものから高いものへ広範囲にわたって強
力な消泡力を有する回転翼型消泡装置を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、反応槽内の上部に、消泡翼としてファン
タービン型翼を上下多段に重ねて回転軸に取り付け、こ
の翼を回転させて翼の羽根の剪断作用と遠心作用により
化学反応中に発生して来る泡沫を破壊するものである。
この消泡翼の種類には4枚から16枚程度の、好ましく
は6枚から12枚の羽根を持つ直角パドル翼、すなわち
直角ファンタービン翼(図1)、回転方向に向かって羽
根が凸になっている湾曲羽根ファンタービン翼(図
2)、又は湾曲羽根とは逆回転方向で用いる、即ち回転
方向に向かって羽根が凹になっている逆湾曲羽根ファン
タービン翼(図3)が通常使用され、これらは消泡作用
が大きい。図1ないし図3において、(21),(2
3),(25)はそれぞれボス(22),(24),
(26)に取り付けられた羽根を示す。これらの装置
は、通常反応液に対して耐腐食性のある金属により製作
され、金属イオンのコンタミネーションを嫌う場合には
ジルコニウム化合物又はプラスチック材、場合によって
は木材により製作される。このうち逆湾曲羽根ファンタ
ービン翼は回転する方向に羽根が内側に向いているので
互いに隣り合う羽根と羽根の間に泡沫を誘い込み、中心
近くに押込むことにより泡沫をつぶすので消泡力が最も
大きいタイプである。
【0006】図1ないし図3の三つのタイプの中から特
定枚数の羽根を持つ翼を1段のみで用いることもできる
が、2段以上重ねて用いることにより消泡効果が高めら
れる。2段以上の場合、その翼のボス同士を上下に実質
的に隙間なく2段重ね又は3段重ね以上にして用いる。
その場合に、図4に示す2段重ねの場合、上下接する2
枚の消泡翼は回転軸(27)に固定されたボス(26)
に取り付けられるが、下段翼(25a)の羽根の先端部
と上段翼(25b)の羽根の先端部とが直線距離で翼径
の0%から20%、好ましくは5%から10%だけ上段
側の翼を円周方向に順に後部にずらして取り付けられ
る。この消泡翼は回転することにより、2段翼では下段
翼の羽根で消泡出来なかった泡沫を上段翼の羽根で消泡
する。また、2段翼で十分に消泡出来ない場合は3段翼
以上とすることにより、上方の翼の羽根に泡沫が上って
いく程順次消泡効果が高められ、泡沫が最上段翼の上部
レベルをほぼ越えることなく消泡できるのである。
【0007】上述の2段翼では下段翼の隣り合う2枚の
羽根の中間点に上段翼の1枚の羽根が来るよう円周方向
にずらせて取付けたり、3段以上すなわちn段の場合に
は下段翼の隣り合う2枚の羽根の1/n等分にした位置
に、この上方段の翼の1枚の羽根が来るように順次円周
方向にずらせて取付けることもできる。
【0008】この消泡翼の取付け方法は、例えば、図5
のように、撹拌軸上部に取付ければ撹拌翼の回転と共に
消泡翼が回転するので、撹拌機のモーター動力に余裕が
ある場合は便利である。また、図6のように、撹拌翼と
は別の回転軸に反応槽の上方に消泡装置として取り付け
ることもできる。撹拌翼の回転数が低く(通常毎分10
0回転であるが、この場合例えば毎分20〜40回
転)、泡沫の発生量が著しい場合に消泡翼の回転数を上
げるためには撹拌軸の外側に中空軸方式で回転軸を設け
て、それに消泡翼を取付け、この回転軸を別駆動とし、
後述する高い回転数とすることも好ましい方法である。
消泡翼の羽根枚数は、反応槽内の洗滌や保守を行う作業
者が、上部マンホールから入る時に邪魔にならない羽根
間距離をとる必要があることからある程度限定される
が、少なくとも4枚は必要であって、特に急激に発泡速
度が大きくなる場合には羽根枚数が多い程高い消泡効果
を発揮する。しかし、羽根枚数が多いと上述のように保
守の作業性が悪くなり、そして、ボス径が大きくなるこ
ともあり消泡翼の重量が増し、所要動力も大きくなるの
で、設計面で注意を要する。
【0009】次に消泡翼径と反応槽内径との比率は限り
なく1.0に近い程、即ち翼端部と槽壁との距離が小さ
い程消泡効果が高い。しかし現実にはこの比率は前述の
ように反応槽内の保守の作業性を考慮して、通常0.3
から0.95まで、好ましくは0.4から0.8までを
選定することになる。ボスへの羽根の取付け角度は好ま
しくは軸方向と平行とし、翼幅(上下方向の長さ)すな
わち羽根の幅は羽根外径との比率を通常5%から40%
まで、好ましくは7%から20%までとする。ボス幅と
それに取付ける羽根幅はほぼ同一寸法とし、上述のよう
に必要枚数の羽根を取付けて翼を製作し、その翼1段の
みで、又は2段あるいは3段以上に重ねて消泡翼を構成
する。この合計幅は、消泡効果の点から上記比率で、通
常10%から40%、好ましくは15%から30%とす
る。この消泡翼はその回転数が大きくなる程、消泡効果
が高くなるが、通常毎分30回転から毎分200回転、
好ましくは毎分50回転から毎分150回転が用いられ
る。
【0010】また、毎分30回転より低い回転数の場合
は消泡翼径と反応槽内径との比率を0.8以上に取るこ
とで消泡効果が大きくなり、反対に毎分100回転以上
と高い回転数の場合は、この比率が0.4程度でも大き
な消泡効果を発揮する。これまで述べた考え方は反応液
の粘度が低いものから高いものにまで支障なく適用でき
る。
【0011】
【作用】本発明によれば、反応槽内で、特に真空脱水の
際、0から−100mmHgへ減圧するときに急激に多量
の泡沫が発生し上昇するが、多段のファンタービン型の
消泡翼は回転する羽根の剪断作用と遠心作用によりこの
泡沫を破壊する。加えて逆湾曲羽根ファンタービンは隣
接する2枚の羽根の間に泡沫を誘い込み、中心近くに押
し込むことにより泡沫をつぶすのである。
【0012】そして図4のように下段の翼と上段の翼の
それぞれ隣り合う羽根を円周に沿って回転方向の逆方向
少しずつづらすことにより、又はn段翼の隣り合う2
枚の羽根の1/nの位置に各段翼の羽根を円周に沿って
回転方向の逆方向にずらすことにより、下段翼の羽根で
消泡出来なかった泡沫が次の上段翼の羽根で順次消泡で
きるので泡沫が消泡翼の上部レベルをほとんど越えるこ
とがないので、高い消泡効果が得られる。
【0013】一方、常圧反応で泡沫が発生する場合、フ
ァンタービン型消泡翼、特に逆湾曲羽根ファンタービン
型消泡翼が空気を下向きに吹き付けることにより泡沫の
レベルを消泡翼の下面から離れた位置に抑えることがで
きる。この風速の最大値は消泡翼の先端速度とほぼ同等
である。従って、消泡翼径が大きいほど、翼幅が大きい
ほど、また回転数が大きいほど、下向きの風速が大きく
なる。この風力により十分な破泡が生じ、泡沫レベルを
下げることができるので、消泡効果が大きい。
【0014】また、真空下で反応を行う場合は空気は希
薄となっているので、下向きの風速は小さい。そして真
空作用で上昇速度を増した泡沫は、ファンタービン型消
泡翼のレベルに達している。このとき各羽根の下部は回
転する刃先となり、泡沫表面から上方に発泡する気泡を
削り取ることにより破泡を行い、泡沫レベルを消泡翼下
面以下に抑えることができる。この場合も、翼径が大き
いほど、又回転数が大きいほど、消泡効果が大きくな
る。
【0015】以下、本発明の一具体例を図面によって説
明する。図5及び図6は2段重ねの消泡翼を取り付けた
反応槽及びその内部を示す。図5、図6において、
(1),(11)は反応槽、(2),(12)は撹拌
翼、(4),(15)は回転軸を示す。(5),(1
6)はボスで、(5a),(16a)は下段翼、(5
b),(16b)は上段翼である。用いられる消泡翼の
種類は図1の直角ファンタービン翼、図2の湾曲羽根フ
ァンタービン翼、図3の逆湾曲羽根ファンタービン翼が
好ましい。羽根幅とボス幅をほぼ同一寸法とし、羽根枚
数は6枚から12枚までのいずれかを選定して、ボスに
直角に取付けて消泡翼を得、これを2組又は3組以上製
作し、その消泡翼を羽根の先端部間での直線距離で翼径
の5%から10%の寸法を円周に沿って回転方向の逆方
向にずらして上下に実質的に隙間なく2段重ね又は3段
重ね以上として、一組の消泡装置を構成する。
【0016】図5においては、反応槽(1)はモーター
(3)により同一の回転軸(4)に取付けた撹拌翼
(2)と消泡翼(5)を回転しながら、反応液(6)か
ら反応中に発生し上昇して来る泡沫(8)を2段重ねか
らなる消泡翼(5)のうちの下段翼(5a)で消泡し、
消泡しきれずに上昇してくる泡沫を上段翼(5b)で消
泡し、泡沫は上段翼(5b)の羽根上縁レベルを越えな
い。図6においては、撹拌翼(12)とは別の回転軸
(15)に反応槽の上方に消泡翼(16)を取り付けて
いる。
【0017】
【発明の効果】本発明の方法に従うと、反応中に反応液
から発生した泡沫を多段のファンタービン型消泡翼の回
転によって、機械的に消泡することが出来、従来の懸案
事項となっている真空脱水時に大量の泡沫が発生する時
にも消泡翼のレベル以上に上昇することがないので、コ
ンデンサーまで泡沫が上昇するという欠陥が除かれるだ
けでなく、消泡翼底部レベルから若干下のレベルまで反
応液を満たすことができので、反応液の量を従来の量よ
り多く仕込むことが可能となり、大幅な生産性向上に寄
与するほか、消泡剤を投入する必要がなくなるので、コ
ンタミネーションのない良質な反応生成物を提供するこ
とが出来、工業的に発泡を伴う化学合成の製造方法に好
適に採用することができる。
【0018】本発明の応用分野については、反応液の種
類は、尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエス
テル樹脂、酢酸ビニール樹脂エマルジョン、及びラテッ
クスが挙げられる。さらにポリビニールアルコール、C
MC、大豆粉を増粘度として用いた上記の樹脂、又は上
記と類似した樹脂に対しても、本発明は効果的である。
また、微生物の培養、あるいは清酒、ワイン、ビール等
の酒類の醸造にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 消泡翼の一例である直角ファンタービン翼
で、(a)は平面図、(b)は斜視図
【図2】 消泡翼の他の例である湾曲羽根ファンタービ
ン翼で、(a)は平面図、(b)は斜視図
【図3】 消泡翼の他の例である逆湾曲羽根ファンター
ビン翼で、(a)は平面図、(b)は斜視図
【図4】 本発明の2段重ねの消泡翼で、(a)は平面
図、(b)は斜視図
【図5】 本発明の消泡翼を取り付けた反応槽(一例)
の内部を示す斜視図
【図6】 本発明の消泡翼を取り付けた反応槽(他の
例)の内部を示す斜視図
【図7】 従来の消泡翼の一例の斜視図
【図8】 従来の消泡翼の他の例の斜視図
【符号の説明】
1,11 反応槽 2,12 撹拌翼 3,13,14 モーター 4,15 回転軸 5,16 消泡翼 5a,16a 下段翼 5b,16b 上段翼 6 反応液 7 泡沫 21,23,25 羽根 22,24,26 ボス 31,33 回転軸 32,34 羽根 35 小径のバー

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学反応を行う反応槽内の上部に、消
    泡翼としてファンタービン型翼を上下多段に重ねて回転
    軸に取り付け、この翼を回転させることにより化学反応
    中に反応液から発生した泡沫を機械的に消泡するように
    したことを特徴とする反応槽の回転翼型消泡装置。
  2. 【請求項2】 消泡翼が、直角ファンタービン翼、回転
    方向に向かって羽根が凸になっている湾曲羽根ファンタ
    ービン翼、又は回転方向に向かって羽根が凹になってい
    逆湾曲羽根ファンタービン翼である請求項1記載の消
    泡装置。
  3. 【請求項3】 消泡翼が上下2段ないし3段重ねで回転
    軸に取り付けられている請求項1又は2記載の消泡装
    置。
  4. 【請求項4】 多段重ねの消泡翼において、下段の消泡
    翼から上段の消泡翼へ、羽根の先端部が直線距離で消泡
    翼の径の0%から20%だけ円周に沿って回転方向の逆
    方向に順次ずらして取り付けられる請求項1,2又は3
    記載の消泡装置。
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