JP3093137B2 - 反応槽の回転翼型消泡装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、反応槽上部の
空間部にまで泡沫が到達せず、かつ、回転による泡沫の
飛沫が覗き窓に付着しない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、撹拌軸の上部に２〜４枚の羽根を持
つ４５度角度付きパドル型消泡翼、羽根の上下に多数の
小径のバーを付けた２〜４枚の羽根を持つ４５度角度付
きパドル型消泡翼、あるいは上下に多数の小径のバーを
付けた水平バーを２〜４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、減圧状態のもとで、反応槽の上部まで泡沫が上昇
して来る場合には運転者が常時所定の真空度に下がるま
で反応槽上部の覗き窓から内部を見ながら、手動操作で
泡沫の上昇を調整せねばならず、他の作業ができないと
いう欠点が有った。加えて、大きな問題として、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】本発明者は、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、特願平７−
１６５０４４号として特許出願した。これは、反応槽内
の上部に消泡翼としてファンタービン型翼を設け、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反応槽の回転翼
型消泡装置に関するものであり、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消泡装置である。本発明は前記特
願平７−１６５０４４号を更に改良したものであり、回
転時に泡沫の飛沫が垂直方向に飛散せず、飛沫が覗き窓
に付着したり、コンデンサーへのベーパー上昇管に達す
るのを防止するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、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
設け、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反応
槽の回転翼型消泡装置において、消泡翼の各羽根の外周
部を、下端から上端へ外側に傾斜した傾斜部としたこと
を特徴とする回転翼型消泡装置である。

【０００６】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）、湾曲羽根
ファンタービン翼（図２）、又は逆回転方向で用いる逆
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），（２３），（２５）はそれぞれボス（２
２），（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、タンタル、ハフニウム、ジルコニウ
ム、ニオブ、チタンから選ばれた金属材料又はこれらの
合金材料を使用するのが好ましい。あるいはプラスチッ
ク材、場合によっては木材も使用可能である。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、中心近くに押込む圧力により泡沫をつぶ
すので消泡力が最も大きいタイプである。

【０００７】

【発明の実施の形態】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段のみで用いても良
く、２段以上重ねて用いてもよい。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（２
７）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％だけ上段側の翼を回転方向と逆方
向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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】この消泡中に、消泡翼の回転に伴って羽根
先端で発生した遠心力により泡沫の飛沫が飛散する。特
願平７−１６５０４４号明細書に記載の発明のように、
羽根先端が垂直形状のものは、図９のように、泡沫の飛
沫が斜め上方ないし垂直上方に飛散する場合が多くあ
り、反応槽上面についているガラス製の覗き窓に飛沫が
付着し、反応槽内が見えにくくなる欠点があり、このこ
とにより仕込量を大きく増加させることが困難となる。
加えて、この飛沫は反応槽上面についている蒸気上昇管
の入口から、上昇する気体に伴ってコンデンサーに達
し、コンデンサー内に泡詰りを発生させる恐れがある。
消泡翼の先端周速度が大きくなると、この飛沫がより多
く垂直上方に飛散するようになる。

【００１３】かかる欠点の解決方法として、図７のよう
に、消泡翼の各羽根の先端部を、下端から上端へ外側に
傾斜した傾斜部とし、傾斜部の水平方向に対する角度を
好ましくは３０〜７５度、更に好ましくは４５〜６０度
とするにより達成される。なお、消泡効率の点を考慮す
ると、羽根先端の傾斜部の角度が小さいものより大きい
もの、即ち図７では、（ｄ）の３０度の場合より順に
（ｃ）の４５度，（ｂ）の６０度、更に（ａ）の７５度
が有利である。

【００１４】図５あるいは図６（これらの図については
実施例の項で説明する）のように、各羽根の先端部に上
記の特定した角度を持たせた羽根から構成される消泡翼
を攪拌軸に取付けることにより大きな先端周速度で回転
して消泡している時においても、消泡翼の羽根先端から
の飛沫は図１０のように傾斜部の角度にほぼ沿って（例
えば、４５度の角度の場合は、最大でおよそ４５度）斜
め上方に飛散する。このときの消泡翼の構成は、２段以
上重ねてもよく、下段翼の羽根の先端部と上段翼の羽根
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％ずつ上段側の翼を回転方向と逆方向
に順にずらして取り付ける。羽根先端の傾斜部形状につ
いて、４５度で２段翼の例を図８（ａ）及び（ｂ）に示
す。いずれの場合も上記解決方法となるが、上部翼径及
び翼幅いずれも同一のときは、羽根の面積が大きい
（ａ）が消泡効率の点で優れている。

【００１５】図１０に示すように、消泡翼を攪拌軸に取
付ける位置、及び羽根先端位置（即ち、消泡翼径）を適
切に選定することによって、羽根先端から斜め上方に延
長した線を泡沫が飛散する最高の位置とし、この線が反
応槽内壁に当る位置を求め、この位置が反応槽の覗き窓
のガラス取付部分及びベーパー上昇管入口の取付部分よ
り下位になるようにすることが出来るのである。

【００１６】本発明によれば、反応槽内で、特に真空脱
水の際、大気圧から−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場合があるが、１段又
は多段式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湾曲状の羽根が求心力の働
く方向に回転しているので、隣接する２枚の羽根の間に
泡沫を誘い込み、中央下方にに押し込む圧力により泡沫
をつぶすのである。

【００１７】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方向に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。一方、羽根の先端以遠で中央部に取り
入れられなかった泡沫を羽根の先端で発生した遠心力に
より飛散させ、更に反応槽内壁に衝突させてつぶすので
ある。このようにして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。

【００１８】他方、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。そして、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。

【００１９】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。

【００２０】

【実施例】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。

【００２１】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。

【００２２】

【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
満たすことができる。更に、消泡翼の各羽根の先端部
を、下端から上端へ外側に傾斜した傾斜部とすることに
より、消泡翼の回転時に泡沫の飛沫が垂直方向に飛散せ
ず、飛沫が覗き窓に付着したり、コンデンサーへの上記
上昇管に達するのを防止する。従って、反応液の量を従
来より多く（通常１０〜２０容量％）仕込むことが可能
となる。大幅な生産性向上に寄与するほか、反応槽の運
転者が内部を覗きながら常時手動で調整するという操作
が不要となるので、反応槽運転の省人化、無人化を可能
とするのみならず、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。

【００２３】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】 本発明の消泡翼の一例である直角ファンター
ビン翼の斜視図

【図２】 本発明の消泡翼の他の例である湾曲羽根ファ
ンタービン翼の斜視図

【図３】 本発明の消泡翼の他の例である逆湾曲羽根フ
ァンタービン翼の斜視図

【図４】 ２段重ねの消泡翼の斜視図

【図５】 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】 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】 消泡翼の羽根先端の傾斜部の角度を示す正面
図

【図８】 ２段重ねの消泡翼の羽根先端の傾斜部部を示
す正面図

【図９】 反応槽において、羽根先端が垂直である場合
の泡沫の飛散方向を示す概略図

【図１０】 反応槽において、消泡翼の羽根先端を傾斜
部とした場合の泡沫の飛散方向を示す概略図

【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 ８ 泡沫の表面 ２１，２３，２５，２５ａ，２５ｂ 羽根 ２２，２４，２６ ボス ２７ 回転軸 ２８，２９ 消泡翼 ３１ ベーパー上昇管 ３２ マンホール ３３ 覗き窓 ３４ ガラス窓

Claims (6)

(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設け、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反応槽の回転翼型消泡装置に
   おいて、消泡翼の各羽根の先端部を、下端から上端へ外
   側に傾斜した傾斜部としたことを特徴とする回転翼型消
   泡装置。
2. 【請求項２】 前記傾斜部の水平方向に対する角度が３
   ０〜７５度である請求項１記載の消泡装置。
3. 【請求項３】 消泡翼が、直角ファンタービン翼、湾曲
   羽根ファンタービン翼又は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。
4. 【請求項４】 消泡翼が上下多段重ねで回転軸に取り付
   けられている請求項１記載の消泡装置。
5. 【請求項５】 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記載の消泡装置。
6. 【請求項６】 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％だけ円周方向後部に順次ずらし
   て取り付けられる請求項４又は５記載の消泡装置。