JP3567379B2 - 自由流動塊状固形体と液体またはガスとの接触装置 - Google Patents

Description

本発明は、反応物質を互いに接触させることにより、反応器内で自由流動塊状固形体を液体またはガスと接触させる装置に関するもので、当該反応器は接触の起こる部位に篩を備えた外殻を有している。
DE 32 44 972 C1には、例えば針状のアルミニュウム粉砕粒子を充填した籠状穿孔板を備えた外殻を有する反応器を備えた、アルミニューム・アルコラート連続製造工程と装置が開示されている。篩籠は受槽の上部に位置する反応帯を形成する。充分な高変換速度を得るには、反応帯にアルミニュウム粒子を懸濁させる必要がある。これは極めて多量の液体（アルコラート）を配管を通して受槽にポンプで連続的に送り込み、この受槽の上部に位置する籠の篩板を通り反応帯を満たすことで達成される。受槽にポンプで送り込まれた多量の液体は穿孔した受槽底部を通りポンプ戻液槽に排出される。反応帯に達した液体は籠の側壁を通り排出される。液体の活発な再循環は穿孔した受槽を通る排出やポンプ戻液槽への逆流と相俟って、著しいエネルギー消耗要因となる。篩板を通り下方から充満した流動液量を経済的に適切な水準に維持するために、微小な可溶性金属粒子が必要となる。例えば、長さ５−12mm、直径0.5−0.8mmの針状金属粒子が通常用いられる。他方、金属粒子は極めて急速に沈澱し篩籠の底部に凝固するから、この篩の大部分または全部が閉塞し、反応器は作動停止に至る。
また、既存の反応器の欠点として、微細な針状金属粒子の製造は極めて高価である。更に、大量の液体の再循環とこの給液量を分割して一部で上部を充たし残部を下部に送り込む必要性から、相当のエネルギーと投下経費が必要で、既存の反応器操作が不利になる。既存の反応器では、例えば篩の汚染のような作動不全時の反応物質相互間の完全急速分離が不可能である。従って、アルミニュウムとアルコールによる発熱反応の制御の保証は不可能である。
DE 40 26 938 A1には、穿孔した篩ドラムを含む回転円筒式反応器について記述されている。当該反応器は吸着作用による物質取得に用いられる。この特許明細書には固形体、特にアルコールによる塊状アルミニュウムの溶解を目的とする反応やその際生ずる特殊な問題点についての記述がない。
本発明の目的は、上述のような固形体の溶解に当たり、より経済的な安定運転を可能にする装置を供給することである。
本発明によれば、以下各項に示す装置が備えられる。
−篩は回転式篩ドラムである。
−篩ドラムは作動時に底部受槽内で回転し、当該受槽は固形体と反応するガスまたは液体媒質を保持する。
−反応を変更または中断したい場合、篩ドラム内の固体と底部受槽の媒質を随時相互分離し得るように、底部受槽を下降可能にする。
当該装置は、固形体の溶解に加え、例えば触媒処理、接種、染色、消毒、吸着、熱処理、低温処理又は混合のような化学反応または物理的処理も実行し得る。
回転式篩ドラムを用いると、大量の反応液の再循環が不必要になる。この篩ドラムは固形体を再循環するので、反応器や受槽のガスまたは液体媒質との完全接触が確保される。回転により、固形体を懸濁状態に保つ必要がない。従って、例えばペレット、立方体、長方形の塊から営業的に利用されるインゴット切断材や総重量25kgに達するインゴット本体のような大型塊に至る、著しく大型の固形体でも使用し得る。この種の固形体は可成り低コストで製造可能で、インゴット本体でも付加コストなしに利用し得る。媒質の活発な再循環および高価な固形体の使用は最早や不必要であるから、より経済的な操業が可能になる。底部受槽を下降し得るから、反応帯での反応物質の急速分離が可能になる。分離度を０−100％の範囲で選択し得るので、反応のより精密な制御および操作の信頼性改善が図れる。
回転式篩ドラムは完全浸透性の反応帯を形成する。反応器外殻の下部では液体が底部受槽からドラムへ流入しまた受槽へ還流することが可能で、上部では反応気体と蒸気がドラムから反応器外殻へ導入され冷却あるいは凝縮され得る。媒質がアルコールの場合、反応生成物は水素である。アルコール蒸気は強発熱反応時に生成した熱の除去用媒質として利用できる。ドラムに充満した反応液はドラム壁の各部に浸透する。
篩ドラムの上半部にある無液断面は充分に広くなるので、極めて多量のガスや蒸気の逸出が可能である。
当該装置の今一つの利点は、ドラムの簡単な延展或いは底部受槽の上下移動により反応容積を処理能力や固体の反応速度に応じて調節し得ると言う事実に基づいている。
本発明の具体例では、篩ドラムに伸びるランスを備え、新しい媒質をドラムの全長に亘り均等に或いは特定のドラム断面に選択的に供給し得るので、特に内側ドラムでは急速な反応が誘発される。
本発明の他の具体例では、互いに同心軸に嵌め込まれた２基の篩ドラムを装備し、内側ドラムの篩の溝孔の幅が外側ドラムの溝孔の幅より大きい。従って、内側ドラムの固形体は加熱と表面侵食による分解を起こし、内側ドラムの溝孔を通り外側ドラムに落下し完全溶解するに至る。大型の固形体を用いる場合には、内側ドラムはまた、より細かな外側篩の機械的保護具を与える。
本発明の他の具体例によれば、固形体はドラム軸を通りドラムに補給されるから、連続かつ円滑な装入が可能となる。
本発明の他の具体例によれば、固形体を循環させる羽根がドラム内側に取り付けられているので、回転式篩ドラム内の固形体の水平および垂直方向の循環を改善し得ると共に均一分布も可能になる。
本発明の他の具体例では、洗浄媒質が配置されたノズル列を通り篩ドラムの外側に吹き付けられる。篩ドラムの各部は回転時に洗浄媒質を高圧で吹き付けるノズルとすれ違って移動するから、篩ドラムの最適洗浄が可能となる。外側ドラムは作動時に連続洗浄されるから、最早や洗浄の目的で装置を停止することは勿論取り外す必要もない。ドラムに吹き付ける媒質量は、反応と冷却を維持するために添加すべき作用物質の量に依存する。この際、洗浄液や水洗液も反応物質および冷却剤として役立つ。
本発明の他の具体例では、ドラムの内側に自由に移動し得る研磨媒体が備えられている。この研磨媒体は媒質に抵抗する各種材料製の球体、立方体或いは柱状を呈している。篩ドラム内の固体はドラムの回転だけで研磨される。この研磨媒体を使用すると、表面活性化の改善により研磨性と溶解速度が好影響を受け、結果的に操作時の反応速度を高める。
本発明の他の具体例によれば、底部受槽の下降用にロープ・ウィンチが装備されている。この具体例の考え方を更に進め、底部受槽の昇降用に水圧ホイストが装備される。作動不全の場合には、底部受槽の下降による緊急停止が極めて重要になる。反応は容器の緩速下降により制御される。緊急時には、制動（不記載）解除用の補助器具を使用する必要なしに、底部受槽が水圧またはロープ・ウィンチにより下降し得るから、媒質と固形体の急速分離が可能となり、結果的に反応が終止する。
本発明の他の具体例によれば、底部受槽はドラム軸に平行な軸の周りを回転することで傾動可能になる。構造的観点から特に興味あるこの具体策によれば、受槽下降機器が必要なのは底部受槽の片側のみである。
本発明の他の具体例によれば、反応器の外殻の断面には上部と下部に、縁部が壁で互いに連結された半円筒形の皿型が内蔵されており、従って外殻は底部受槽が下降し得る方向に延びている。しかし、外殻に生ずる圧力による外殻の剛性を改良する必要がある。この場合、本具体例の別の態様は、反応器の外殻断面は円筒形になる。
本発明の他の具体例では、円筒形篩ドラムが装備されているが、多角形のドラムを充当することもある。
本発明の他の具体例によれば、反応物質、すなわち固形体およびガスまたは液体媒質は逆行、並行または交差モードで、中空軸の端部を通り篩ドラムに装入される。
本発明の他の具体例によれば、篩ドラム内を再循環する固形体と反応器中のガス媒質との反応が可能になる。
本発明の他の具体例では、金属アルコラートを製造するために、単体、混合物または合金状のアルミニュウム、マグネシュウム或いは珪素製の自由流動塊状固形体が、篩ドラムの中で、単体或いは混合物状のC1−C12アルコールと接触することになる。
本発明の他の具体例では、アルミニュウム・アルコラートを製造するため、自由流動塊状の固体アルミニュウムが、篩ドラムの中で、単体あるいは混合物状のC2−C10脂肪族アルコール、望ましくは単体あるいは混合物状のC5−C8アルコール、特に望ましくはC6アルコールと接触する。
本発明は、以下、添付の図面に言及しながらより詳細に説明される。
図１はアルミニュウムとアルコールの反応を促進する篩ドラムを有する金属アルコラート製造装置である。
図２は当該装置の外殻内部にある受槽のロープ・ウィンチによる下降を示す。
図３は装置の内部にある受槽の水圧ホイストによる下降を示す。
図４および図５は異なった溝孔幅を有する篩ドラムの内側と外側にあるブリッジの断面図である。
図６、図７、図８は底部受槽の下降時の変化の概念図である。
図９は図１−図８に関する装置の配置図を示す。
一般に本発明に基づく装置は、塊状で存在する固形体と固形体を溶解し得るガスまたは液体媒質との間の反応を促進する目的に供される。固形体として望ましい材質はアルミニュウム、マグネシュウムまたは珪素であるが、その他の材質も使用可能である。この固形体を溶解し得る媒質は、全て適切なガスまたは液体媒質となり得る。液体媒質使用の場合、特に直鎖や枝分れ鎖状のC1−C12アルコール、多価のC2−C12アルコール、環状芳香族の一価または多価アルコールが充てられる。塊状アルミニュウムとアルコールからアルミニュウム・アルコラート製造にに関し、本発明の具体的な一例を以下に記述するが、これは一例と見なされるべきで、本発明の限界と解釈されるべきものではない。
図１はアルミニュウム・アルコラート製造装置の概略図で、反応器には外殻３が付帯しているが、反応器外殻３の内部を図示するため、その前壁3a（図２に記載）は図示していない。反応器外殻３の内部には篩ドラム５がある。この篩ドラム５の軸６は、反応器外殻３に取り付けられた支柱８により保持されるベアリング７を通る。パッキング９を通り反応器外殻３から突き出した２本の軸６は中空である。
図１と図２に示すように、篩ドラム５の下半部は底部受槽10内に位置している。図１で僅か上昇した位置に描かれている底部受槽10は、一方でアルミニュウムとアルコールとの反応から得られるアルコールまたはアルミニュウム・アルコラートと他方で篩ドラム５内の塊状アルミニュウムとが互いに完全分離し得るように、下降可能になっている。
反応器外殻３は地面12に立つ脚部11により支持されている。反応器外殻の底側3bには、液体排出口13が備えられている。反応器外殻３の左側壁3cには、マンホール14が備えられている。
底部受槽10昇降用のロープ・ウィンチ15と水圧ホイスト16を各々図２と図３に示す。ロープ・ウィンチ15は反応器外殻３の外側支柱にモーター15aが取り付けてある。ベアリング15bを通りモーター15aで駆動するロープ・ウィンチの軸15cは反応器３の上側3dに位置する。それは本質的に反応器外殻３全体に亘って延展する。巻取り具15dから垂れ下るロープ15eはその上端10bで底部受槽10を締め付けている。また、底部受槽10を上昇位置に確保するため、底部受槽10を保持するロープ15eを停止するロープ・ブレーキ（不記載）も備えられている。
図３に底部受槽10用の水圧ホイスト16を図示する。この水圧ホイストは受槽をその上端部10bで固定し得るように、ピストン16bと棹16cを含む数本のシリンダー16aを付帯している。
篩ドラム５は外側の篩ドラム5a或いは選択的に２個の同軸篩ドラム、すなわち外側ドラム5aと内側ドラム5bから成っている。篩ドラム5aと5bには穿孔板5a1、5b1および混合用の羽根5cを保持し得るように設計され、縦横両方向に輪郭を示すブリッジから成る支柱が含まれている。穿孔板5a1と5b1とはブリッジ（不記載）により格子を形成するように相互連結し、そのブリッジにより処理用の塊状アルミニュウムが篩ドラム５に保持される。２個の篩ドラム5aと5bは支持棒5c1で相互連結されている。
図４と図５は縦方向のブリッジ5a1と5b1の断面図である。両図は平行して位置する一組のブリッジを示す。図４は外側篩ドラム5aの２個の縦方向ブリッジを図示し、図５は内側篩ドラム5bの２個の縦方向ブリッジを示す。外側篩ドラムの縦方向ブリッジ5a1には0.2−0.4mm幅、望ましくは0.3mmの溝孔5a2が付いている。内側篩ドラム5bの縦方向ブリッジ5b1の間にある溝孔5b2の幅は10−50mmである。洗浄液を矢印5kで示す方向に注入すると、溝孔5a2が良く洗浄される。
図６に細長い反応器外殻３の断面図を示す。この外殻には２個の円筒状半皿型3fが壁3aにより相互連結して付いている。反応器外殻３の高さがこの図のように延展していると、例え篩ドラムが大径でも、篩ドラム内の塊状アルミニュウムの活動球体から完全に引っ込む限度まで、底部受槽10の下降が可能である。
高圧用には、図７と図８に示す円筒状反応器外殻3hが良く用いられる。
図８に円筒状反応器外殻3hを使用した本発明の具体例を示す。図６と図７に比べ、受槽10が垂直方向に下降しない代わりに、ドラム軸６に平行に伸びる軸10cの周りで傾動可能である。この方法で受槽10を据付けると、受槽の片方の縁部10bの昇降しか必要ないから、水圧機器16とウィンチ15の両者による吊り上げが容易になる。傾動可能な縁部には受槽からの円滑かつ規則的な排液を保証するために、鋸歯状の堰を備えている。
操業時、篩ドラム５は滑車17により回転し始める。ペレット、立方体又は長方形の塊状からインゴット切断材やインゴット本体に至るまで各種の形状のアルミニュウムが片方本或いは両方の中空軸６を通りドラム５に装入され、広幅で噛み合った内側ドラム5bに落ち込む。反応物質、すなわちアルミニュウムとアルコールを、逆行モードで、２本の中空軸を通り篩ドラム５に導入することも可能である。C1−C12アルコールを装入口19を通り反応器外殻に装入すると塊状アルミニュウムとアルコールの混合物は容器10で囲まれた篩ドラムの下半部に到達する。処理時、篩ドラム５の回転中に塊状アルミニュウムは緩やかに溶解し、充分小さくなり内側ドラム5bからより狭い溝孔を有する外側ドラム5aに落下する。外側ドラム5aのより狭い溝孔5a2には閉塞の危険がある。この溝孔の閉塞を防止するため、篩ドラム５の全長に亘り分布する数本のノズル18aから成るノズル列18が配置されている。アルコールが高圧でこの各ノズルを通り篩ドラム5aの外壁の外側に注がれるので、作動中の篩ドラム５は恒常的に洗浄される。
図９に反応器外殻３、篩ドラム５、底部受槽10の配置を示す。アルミニュウム粒子は装入機21を用いてホッパー22に装入される。ホッパーを出たアルミニュウム粒子は、互いに距離を置いて直列に配置され、ゲート制御23cにより制御される遮断弁23aを備えたゲート23に到達する。このゲートは、処理中に過圧とか有害または可燃性ガスや蒸気を使用する場合に必ず使われる。このゲートは、例えば窒素その他の中性ガスにより、弁23を経由して噴射される。アルミニュウム粒子はゲート23を通過後、中空軸６に到達し、ねじ・コンベアー24により篩ドラム５に運び込まれる。固定ゲート23と回転軸６とは、回転パッキングを介して互いに連結している。新しいアルコールはポンプ25により装置に注入される。配管26は噴射配管18を経由して、ノズル18aを通りドラム５にアルコールを高圧注入する別のポンプ27に達する。初充填や補充用の新しいアルコールも、矢印28に示す方向に沿って軸６を通り篩ドラム５にランス51により注入され、小矢印5mで図示する均等分布が可能になる。
篩ドラム５はモーター29により回転する。処理中に生成する水素とアルコール蒸気は装入口19を通り液体収集器31を有する凝縮器に吸引される。アルコール蒸気は凝縮後に、例えば矢印28の示す方向に、処理工程を再循環する。センサ32によりレベル制御されるポンプ受け31から出た液流は吐出弁33を作動させる。アルミニュウム・アルコラートはポンプ35により、配管34を通って排出される。ゲート23から出た蒸気とガスは送風機30により吸引され、例えば凝縮器下流の水素流に供給されて再使用される。
本発明の具体例は連続処理工程について記載されている。但し、この実例は不連続処理工程にも適用可能で、例えば当初使用された媒質とは異なる媒質で継続するとか、液相運転から気相運転に切り替えるために反応の中断が望ましい時でも適用し得る。反応促進のために加熱管を受槽やドラムに装備してもよい。一方、例えば加熱管に冷却液を導入して冷却することで、反応速度を低下させることができるであろう。
反応温度は、底部受槽10に取り付けられた測定器具（不記載）により監視され得る。

Claims (18)

1. 接触が起こる部位に篩を備えた外殻を有する反応器内で、自由流動塊状固形体と液体とを接触させ、あるいは反応物質を相互に接触させて固形体と液体またはガスとを接触させるための装置であって、
   −上記篩は回転式篩ドラム５で、
   −上記篩ドラム５は運転時に底部受槽10内で回転し、該受槽10は固形体と反応するガスまたは液体媒質を保持しており、
   −上記底部受槽10は上記篩ドラム５に対して下降可能で、化学反応または物理的処理を変更または中断したい場合には何時でも、上記底部受槽10を上記篩ドラム５に対して下降させ、上記篩ドラム５内の固形体と底部受槽10内の媒質とを相互に分離し得る、自由流動塊状固形体と液体またはガスとの接触装置。
2. 上記固形体がドラム軸６を通って上記ドラムに装入される、請求項１に記載する装置。
3. 上記ドラムの内側に上記固形体を循環させる羽根5cが取り付けられた、前記各請求項の何れかに記載する装置。
4. 洗浄媒質を上記篩ドラムの外側に散布するノズル列18を備えた、前記各請求項の何れかに記載する装置。
5. 上記ドラムの内側に自由に移動し得る研磨媒体を備えた、前記各請求項の何れかに記載する装置。
6. ロープ・ウィンチ15が上記底部受槽10の下降用に装備された、前記各請求項の何れかに記載する装置。
7. ピストン16bとこのピストン16bと底部受槽10とを連結する棹16cを含む複数のシリンダー16aを備えた水圧ホイスト16が上記底部受槽10の下降用に装備された、請求項１ないし５の何れかに記載する装置。
8. 上記底部受槽10が上記ドラム軸６に平行な軸の周りを回転することにより傾動可能である、前記各請求項の何れかに記載する装置。
9. 上記反応器の外殻断面３は上部と下部に半円筒形の皿型を有し、該皿型の縁部が壁3aと相互連結している、前記各請求項の何れかに記載する装置。
10. 上記反応器の外殻断面3hが円筒形である、請求項１ないし８の何れかに記載する装置。
11. 二個の篩ドラムである外側ドラム5aと内側ドラム5bが相互に同軸に固定され、内側ドラム5bの篩の溝孔の幅が外側ドラム5aのそれより大きい、前記各請求項の何れかに記載する装置。
12. 新鮮な媒質をドラムの全長に亘り均等に或いは特定のドラム部位５に向けて選択的に供給するため、篩ドラム5bの中に伸びるランス51を備えた、請求項11に記載する装置。
13. 上記篩ドラム5a、5bが円筒形あるいは多角形である、請求項11に記載する装置。
14. 上記篩ドラム５内で再循環する固形体が上記反応器内のガス媒質と反応可能な、請求項１に記載する装置。
15. 金属アルコラート製造用として、単体、混合物または合金状のアルミニュウム、マグネシュウムあるいは珪素製の自由流動塊状固形体が、上記篩ドラムの中で、純粋または混合物状のC1−C12アルコールと接触する、前記各請求項の何れかに記載する装置。
16. アルミニュウム・アルコラート製造用として、自由流動塊状の固体アルミニュウムが、上記篩ドラムの中で、純粋または混合物状のC1−C12アルコールと接触する、請求項15に記載する装置。
17. アルミニュウム・アルコラート製造用として、自由流動塊状の固体アルミニュウムが、上記篩ドラム中で、純粋または混合物状の脂肪族C2−C10アルコール、好ましくは純粋または混合物状の脂肪族C5−C8アルコールと接触する、請求項16に記載する装置。
18. 請求項１ないし17の少なくとも１つに記載する装置を使用し、ガスまたは液体媒質によって固形体を溶解することによる製品の製造方法。

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