JP4309114B2

JP4309114B2 - Mixing equipment

Info

Publication number: JP4309114B2
Application number: JP2002306149A
Authority: JP
Inventors: 俊治平岡
Original assignee: Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
Current assignee: Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-10-21
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2022-10-21
Also published as: JP2004141693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生産ラインにおける、液体、粉体、または液体・粉体の混合物の均一な混合、反応、分散、抽出、洗浄、乳化などを行うための流体の混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体の均一な混合を連続して行うために、様々なタイプの混合装置が実用に供されている。
【０００３】
従来の混合装置としては、一または複数個の羽根材を回転軸に取り付け、この回転軸を外部動力あるいは、供給される流体自身の流動力を利用して、ケーシング内で回転させることにより、そのケーシング内に供給される被混合流体をせん断して攪拌し、それによって混合するように構成された回転式の混合装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、複数個の小孔またはスリットが穿設された板状部材を複数個等ピッチに、かつ水平に（あるいは、一様に傾斜させて）軸体の胴部に取り付け、この軸体をケーシング内で往復動させることにより、そのケーシング内に供給される被混合流体をせん断して攪拌し、それによって、その被混合流体を混合する往復動式の混合装置も知られている（例えば特許文献２、３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４５８２７号公報
【特許文献２】
特許第２７６２３８８公報
【特許文献３】
特開２００２−５８９０３号公報
【０００６】
図６には、この種従来の往復動式の混合装置（以下、「従来装置」という。）の縦断面図が示されている。図６に示されるように、従来装置１００は、円柱状の内部空間を有する抽出部１０１ａと、この抽出部１０１ａの上部および下部にそれぞれ設けられ、その抽出部１０１ａより大径の内部空間を有する上部中空塔１０１ｂおよび下部中空塔１０１ｃから構成される第１のケーシング１０１を備えている。この第１のケーシング１０１の内部には、長尺の駆動軸１０２がその第１のケーシング１０１の上部中空塔１０１ｂの頂部を貫通するように、上下方向に向けて配されており、前記第１のケーシング１０１の上方には、前記駆動軸１０２を上下方向に往復動させる駆動部１０３が設けられている。
【０００７】
前記駆動部１０３は、前記第１のケーシング１０１上に載置される第２のケーシング１０４と、この第２のケーシング１０４の側方に配される外部モータ１０５と、前記第２のケーシング１０４の一側部を貫通して水平方向に配されるとともに、前記外部モータ１０５の回転を伝達する偏心軸１０６と、前記第２のケーシング１０４内に配されるとともに、前記偏心軸１０６の回転運動を上下方向の往復運動に変換する変換機構１０７と、この変換機構１０７と前記駆動軸１０２の上端部とを接続するコネクテングロッド１０８から構成されている。こうして、外部モータ１０５を駆動させることで、前記駆動軸１０２が第１のケーシング１０１内部で上下方向に往復動するようにされている。なお、前記第１のケーシング１０１の頂部における駆動軸１０２の貫通部および、第２のケーシング１０４の一側部における偏心軸１０６の貫通部にはシール部材１０９、１１０がそれぞれ配されている。また、図中符号１１１、１１２が付されるものは、偏心軸１０６を支持するための軸受けである。
【０００８】
前記駆動軸１０２は、その下端部が、前記第１のケーシング１０１の抽出部１０１ａと下部中空塔１０１ｃとの境界付近に位置するようにされており、この駆動軸１０２の胴部で前記抽出部１０１ａの内部に位置する範囲には、複数個の孔部が穿設される、複数枚の多孔板１１３、１１３、…が水平方向にかつ等ピッチに配されている。それによって、前記外部モータ１０５を駆動した際、前記各多孔板１１３、１１３…が駆動軸１０２の動きに伴ない、前記中部中空室１０１ａ内部を上下方向に往復動するように構成されている。
【０００９】
前記第１のケーシング１０１の上部中空塔１０１ｂの下部一側部および、抽出部１０１ａの下部一側部それぞれには、被混合流体を第１のケーシング１０１内部に供給するための供給口１１４、１１５がそれぞれ設けられており、前記上部中空塔１０１ｂの上部一側部には、第１のケーシング１０１内で生成された混合溶液を外部に排出するための排出口１１６が、第１のケーシング１０１の下部中空塔１０１ｃの底部には、混合の過程において生じる残液を外部へ排出するための残液排出口１１７がそれぞれ設けられている。
【００１０】
このように構成される従来装置１００においては、前記外部モータ１０５を駆動し、前記駆動軸１０２および各多孔板１１３、１１３…を抽出部１０１ａ内で上下方向に往復動させ、その一方で、供給口１１４、１１５から被混合流体をケーシング１０１内部に供給する。こうして供給された被混合流体は、第１のケーシング１０１内で往復動する多孔板１１３、１１３…の縁部および孔部によってせん断・攪拌され、それによって良好に混合される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来装置１００においては、前記各多孔板１１３、１１３…を往復動させて被混合流体をせん断して攪拌することで、その被混合流体を混合するようにされているが、高粘度の被混合流体を混合する場合、その高粘度の被混合流体は流動性に乏しくせん断力に対して強い耐性を有するので、十分にせん断・攪拌することができず、そのため、十分に混合することができないという問題点がある。
【００１２】
加えて、前記従来装置１００においては、外部モータ１０５の回転運動を駆動軸１０２の往復運動に変換するための複雑な機構（偏心軸１０６、変換機構１０７およびコネクティングロッド１０８等）が必要であって、メンテナンスが困難であるほか、前記駆動軸１０２をシールするシール部材等も設ける必要があって、装置構成が複雑になるという問題点もある。
【００１３】
また、外部モータ１０５の代わりに、振動モータを用いて前記駆動軸１０２を往復動させる方法が考えられるが、このような場合においては、回転運動から往復運動へ変換するための変換機構が不要となるものの、振動モータと駆動軸１０２との接触部分に振動応力が集中してトラブルが発生するために、種々の応力分散手段の検討が必要であって、結局のところ複雑な構造の機構が必要であることには変わりがない。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、高粘度の流体が内部に供給された場合であっても、その高粘度流体をたやすくせん断・攪拌して、他の被混合流体との混合を良好に行うことができる混合装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による混合装置は、
ａ）筒状に形成され、上下方向に向け配置されるとともに、下端付近に被混合流体の入口が、上端付近に混合された流体の出口がそれぞれ設けられるケーシングと、
ｂ）被混合流体を通過させるための貫通孔を有するとともに、前記ケーシング内を多段の混合室に仕切る仕切り板と、
ｃ）この仕切り板を貫通するように前記ケーシング内に上下方向に向けて配される軸体と、
ｄ）この軸体を前記ケーシング内で上下方向に往復動させる軸体駆動手段と、
ｅ）被混合流体をせん断する孔もしくはスリットを有するとともに、前記軸体の胴部に互いに所要間隔を隔てて多段に、かつ前記仕切り板に干渉しない位置に取り付けられる攪拌翼とを備え、
前記多段の混合室のうち、最下段に位置する混合室に前記被混合流体の入口およびダイヤフラムが設けられ、
前記軸体駆動手段が、空気の供給・排出によって前記ダイヤフラムを膨縮動させるダイヤフラム駆動手段であることを特徴とするものである。
【００１６】
このように構成される混合装置においては、各混合室内で攪拌翼が仕切り板−仕切り板間を上下に往復動することによって、攪拌翼−仕切り板間を流動する被混合流体が繰り返し加圧され、それによって、被混合流体は通常よりも格段にせん断され易い状態となる。そのため、低粘度の流体は無論のこと、せん断に対して耐性を備える高粘度の流体であっても、前記攪拌翼に設けられる孔またはスリットによって容易にせん断することができ、各混合室内で良好に混合することができる。しかも、本発明においては、このような流体のせん断・攪拌が各混合室を通過する毎に繰り返し行われるので、外部から供給された被混合流体の混合を確実かつ良好に行うことができる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記軸体駆動手段として、空気の供給・排出によってダイヤフラムを膨縮動させるダイヤフラム駆動手段（例えば、ダイヤフラムポンプ等）が用いられているので、軸体駆動手段の構造を簡素化することができるため、故障が発生し難く、メンテナンス性が良好となって、低コスト化を図ることができる。しかも、駆動音が静かであるという効果もある。
【００１８】
また、前記多段の混合室のうち、最下段に位置する混合室に被混合流体の入口およびダイヤフラムが設けられているので、入口を介して導入された被混合流体を直接ダイヤフラムの膨縮動により確実に攪拌・混合して上方へ送り出すことができる。また、軸体の動力源を下方に配置することになるので、混合装置全体の安定性を良好なものにすることができるという効果もある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の混合装置における具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図１には、本発明の一実施形態に係る混合装置の縦断面図が示されている。
【００２１】
本実施形態における混合装置１は、図１に示されるように、上下両端部に開口を備える複数個の円筒状の筒状部材２、３、…、３、４を多段に積み重ねてなるとともに、その内部空間に二種類以上の被混合流体が供給されるケーシング５と、このケーシング５の中心軸付近に上下方向に向け配される往復動軸（軸体）６と、この往復動軸６の胴部に取り付けられるとともに、ケーシング５内部に供給される被混合流体を攪拌する複数個の攪拌翼７、７…と、前記ケーシング５の下部に配されて当該ケーシング５を支持するとともに、前記往復動軸６を上下方向に往復動させるダイヤフラムポンプ（軸体駆動手段）２０から構成されている。なお、符号２が付されるのは、ケーシング５の最下段に配される筒状部材であり、符号４が付されるのはケーシング５の最上段に配される筒状部材である。
【００２２】
前記ケーシング５の最下段に配される筒状部材２の胴部には、被混合流体をケーシング５の内部に供給するための供給口（入口）５ａ、５ｂがタンゼンシャルに設けられ、ケーシング５の最上段に配される筒状部材４の一側部には、ケーシング５内部で混合された混合流体を系外に排出するための排出口（出口）５ｃが設けられている。
【００２３】
前記各筒状部材２、３、…、３、４の上下両端部の外縁部には、上部フランジ部２'、３'、…、３'、４'および下部フランジ部２"、３"、…、３"、４"がそれぞれ設けられており、前記各筒状部材２、３、…、３、４が多段に積み重ねられた際に、それら各筒状部材２、３、…、３、４の上下両部フランジ部２'、３"；３'、３"；、…、；３'、４"が上下に隣接配置されるように構成されている。これら上下に隣接配置される各上下両部フランジ部２'、３"；３'、３"；、…、；３'、４"は、ボルト締結によって固定される。また、図１に示されるように、前記各筒状部材２、３、…、３、４の境界には、仕切り板８、８、…が水平方向にそれぞれ配されており、それによって、ケーシング５の内部空間が各筒状部材２、３、…、３、４の内部空間毎に多段の混合室に画成されている。
【００２４】
図２（ａ）に示されるように、前記各仕切り板８、８…の中央部には、前記往復動軸６よりも大径の孔部８'が穿設されており、その往復動軸６が孔部８'内に配された際、往復動軸６の胴部と各孔部８'、８'…の縁部との間に環状の間隙（貫通孔）が形成されるように構成されている。そして、前記ケーシング５内に供給される被混合流体は、それら各間隙を順次通過するように構成されている。また、前記各仕切り板８、８…は、それぞれの外周部が前記各筒状部材２、３、…、３、４の互いに隣接配置されボルト締結される上下両部フランジ部２'、３"；３'、３"、…、；３'、３"；３'、４"の各対向面間に挾着され支持されている。
【００２５】
前記ケーシング５の最下段に配される筒状部材２の上部フランジ部２'と、下から二段目に配される筒状部材３の下部フランジ部３"との対向面間には、前記仕切り板８の外周部に加え、断面略逆台形状に形成される仕切り板９のフランジ部９ｃが挾着されている。この仕切り板９は、図３に示されるように、中央部に前記仕切り板８の孔部８'と略同径の孔部９'が穿設される円板状の底部９ａと、この底部９ａの外縁部から上広がり状に延設される胴部９ｂと、この胴部９ｂの上端部外周部から、外方に向け水平に延設される前記フランジ部９ｃから構成されており、前記仕切り板８の下面側に配されている。そして、この仕切り板９のフランジ部９ｃが前記各筒状部材２、３の上下両部フランジ部２'、３"の対向面間に挾着されることによって、前記筒状部材２の内部空間が、前記仕切り板９、８によって囲まれた領域と、仕切り板９と筒状部材２の内周壁と後述のダイヤフラム２３によって囲まれた領域とに画成される。また、前記仕切り板９の胴部９ｂには、複数個（本実施形態においては８個）の小径の孔部９ｄ、９ｄ…が円周方向にかつ等ピッチに穿設されており（図３（ａ）参照）、それによって、仕切り板９によって分割された両領域間の流体の流通が可能なようにされている。
【００２６】
なお、前記ケーシング５の最上段に配される筒状部材４の上部フランジ部４'には、天板１０がボルト締結されている。
【００２７】
一方、前記ダイヤフラムポンプ２０は、空気の吸入・排出を交互に繰り返し行う駆動部２１と、この駆動部２１の上部に固定されるとともに前記ケーシング５を支持する支持部２２を備えている。
【００２８】
前記支持部２２は、前記駆動部２１との空気の供給・排出を行うための小径の通気孔２２ａ、２２ａ'を備える円板状の底部２２ｂと、この底部２２ｂの外縁部から上広がり状に延設される胴部２２ｃと、この胴部２２ｃの上端部から外方に向け水平に延設されるフランジ部２２ｄを備えており、このフランジ部２２ｄは、前記ケーシング５の最下段に配置される筒状部材２の下部フランジ部２"とボルト締結されている。なお、前記各フランジ部２２ｄ、２"；２'、３"；３'、３"、…、；３'、３"；３'、４"がボルト締結された際に、前記各筒状部材２、３、…、３、４および前記支持部２２の中心軸が、同一軸線上になるように構成されている。
【００２９】
また、筒状部材２の下部フランジ部２"と支持部２２のフランジ部２２ｄの対向面間には、中央部に小径の孔が穿設されるダイヤフラム２３の外周部が挾着されており、それによってそのダイヤフラム２３が筒状部材２と、支持部２２との間に支持されている。また、このダイヤフラム２３は、流体が供給されるケーシング５の内部空間と、前記ダイヤフラムポンプ２０の支持部２２の内部空間を画成するようにされている。そして、前記支持部２２の底部２２ｂ、胴部２２ｃおよび、前記ダイヤフラム２３に囲まれる空間によって空気室２４が形成されている。
【００３０】
前記駆動部２１の両側部には、空気の供給・排出用の空気供給口２１'および空気排出口２１"が設けられており、内部には空気の供給および排出を交互に行うためのエアー切換弁（図示せず）が配されている。そして、前記空気室２４への空気の供給と、前記空気室２４からの空気の排出を交互に繰り返し行うことで、前記ダイヤフラム２３を周期的に膨縮動させるように構成されている。なお、前記ダイヤフラム２３は、空気室２４の中心軸付近において、最も大きな振幅で膨縮動するようにされている。
【００３１】
前記空気室２４の内部には、ダイヤフラム２３および前記往復動軸６を支持するための支持軸２５が、空気室２４の中心軸線上に上下方向に配されている。この支持軸２５は、その上端部付近が、ダイヤフラム２３の中央に穿設された孔よりやや小径にされ、その他の部分が上端部付近に比して大径にされた段付き円柱形状とされている。この支持軸２５の下部は、前記底部２２ｂの中心軸および駆動部２１に設けられる軸受２６に挿入されており、それによって前記支持軸２５が空気室２４の中心軸線上をブレることなく上下に往復動するように構成されている。また、支持軸２５の小径にされた上端部付近は、前記ダイヤフラム２３の中央部に穿設された孔を下方から貫通して、そのダイヤフラム２３の上方に突出するようにされている。
【００３２】
前記ダイヤフラム２３の上方に突出する支持軸２５の上端部には雄ネジ部が形成されており、この雄ネジ部は大型のナット２７と螺合されている。それによって、前記ダイヤフラム２３の孔の周辺部位が、支持軸２５の段部（小径部分と大径部分の境界）とナット２７の下面とによって挾着され支持されている。
【００３３】
一方、前記往復動軸６は、長尺の円柱状に形成されており、前記各孔部８'、…、８'、９'を介して、各仕切り板８、…８、９を貫通するように、前記ケーシング５の中心軸線上に上下方向に向け配されている。
【００３４】
また、前記往復動軸６の下端部にも、前記支持軸２５の上端部と同様に、雄ネジ部が形成されている。この往復動軸６の下端部に形成される雄ネジ部は前記ナット２７の上方からそのナット２７のネジ孔の上半部にねじ込まれている。それによって、前記往復動軸６は、前記支持軸２５と連結されるとともに、その支持軸２５に支持されている。こうして、前記ダイヤフラム２３の中央部に穿設された孔の周辺部位を挾着する支持軸２５およびナット２７、ならびにその支持軸２５に連結される往復動軸６は、前記ダイヤフラム２３の膨縮動に伴ない、ケーシング５および空気室２４の中心軸線上を上下方向に往復動するように構成されている。なお、この往復動軸６の上端部はフリーな状態にされている。また、前記ナット２７の下面とダイヤフラム２３の上面との間、およびダイヤフラム２３の下面と支持軸２５の段部（小径部分と大径部分の境界）との間には、ガスケット２８ａ、２８ｂが配されており、空気室２４への被混合流体の漏出および、ケーシング５の内部空間への空気の漏出が防止されている。
【００３５】
前記往復動軸６に取り付けられる攪拌翼７、７、…は、図２（ｂ）に示されるように、その外径寸法が各筒状部材２、３、…、３、４の内径より小径の円板状に形成されており、筒状の支持体１１、１１、…を介して前記往復動軸６の胴部に等ピッチにかつ水平に取り付けられている。これら攪拌翼７、７…は、最上段および最下段を除く筒状部材３、３…の内部空間それぞれに対して、一個づつ配されるとともに、前記ダイヤフラム２３の膨張時と収縮時との中間時（図１にて実線表示される位置）に、各筒状部材３、３…の上部および下部にそれぞれ配される仕切り板８、８の略中間位置に位置するようにされている。こうして、前記ダイヤフラムポンプ２０の駆動によって前記往復動軸６が上下方向に往復動する際、各攪拌翼７、７、…は、各筒状部材３、３、…の内部空間を、上部および下部境界に配置される仕切り板８、８に接触することなく、上下方向に往復動するようにされている。また、図２（ｂ）に示されるように、前記各攪拌翼７、７…には、ケーシング５内部に供給される被混合流体をせん断するための複数個の小径の孔部（せん断手段）７'、７'、…が同心円周状に穿設されている。
【００３６】
次に、このように構成される混合装置１による、高粘度の流体と希釈液との混合の態様について図４を参照にしつつ説明する。
【００３７】
まず、前記ダイヤフラムポンプ２０の駆動部２１を駆動し、前記空気室２４内部への空気の供給および空気室２４からの空気の排出を交互に繰り返して行い、それによって、前記ダイヤフラム２３を膨縮動させて、往復動軸６ならびに攪拌翼７、７、７…を上下方向に往復動させ、同時に、ケーシング５の最下段の筒状部材２にタンゼンシャルに設けられる両供給口５ａ、５ｂそれぞれから、高粘度流体および希釈液を筒状部材２内部に連続して供給する。
【００３８】
タンゼンシャルに設けられる前述の供給口５ａ、５ｂから、最下段の筒状部材２の内部に供給された高粘度流体および希釈液は、最下段の筒状部材２の内部を旋回しながら中心軸方向に流動する。こうして、筒状部材２の中心軸部に流れ込んだ被混合流体（高粘度流体、希釈液）は、その中心軸部において最も大きな振幅で膨縮動するダイヤフラム２３より付与される上向きの力と、自身の流動力によって、前記往復動軸６の軸周りを螺旋を描きつつ上昇する（図中には、簡単のため二次元的な流体の流れを明示し、三次元的な流れの要素、つまり往復動軸６を中心とする流体の回転方向の流れ（螺旋状の流れを含む）については明示を省略する。）。
【００３９】
往復動軸６の軸周りを上昇する高粘度流体と希釈液のうち、往復動軸６の近傍を流れる高粘度流体と希釈液（矢印Ａ〜Ｃ参照）は、前記仕切り板９の孔部９'を通過して仕切り板９、８に囲まれた領域内に送り出される。これに対して、往復動軸６からやや離れた位置を流動する流体は、仕切り板９の下面に沿って、筒状部材２の外周方向へ流動する（矢印Ｄ参照）。
【００４０】
前記孔部９'を通過した被混合流体（高粘度流体および希釈液）は、孔部９'を通過する際にせん断されるとともに、流体力学における所謂オリフィス効果（オリフィスを通過した流体は、通過前の流体に対して加速されるとともに膨張して流れ出る効果）によって、加速・拡散されて、仕切り板８、９に挟まれた領域内を流動する（矢印Ａ〜Ｃ参照）。その後、この被混合流体の一部は、逆テーパ状の仕切り板９の孔部９ｄ、９ｄ、…を通過して仕切り板９より下側の領域に還流され（矢印Ｅ参照）、一部は、仕切り板８の孔部８'を通過して一段上段側に配置された筒状部材３内部に送出される（矢印Ｆ、Ｇ参照）。
【００４１】
仕切り板８、９に囲まれた領域から、仕切り板９より下部に囲まれた領域に還流された被混合流体（矢印Ｅ参照）および、前述の仕切り板９の下面に沿って筒状部材２の外周方向へ流動する流体（矢印Ｄ参照）は、仕切り板９より下側の領域における孔部９ｄ、９ｄ…の付近で合流し、それによって、それら両流体が攪拌される。この合流した被混合流体は、筒状部材２内部を流動した後、いずれ、仕切り板９、８の孔部９'、８'を通過して上段側に配置される筒状部材３内に送出される。
【００４２】
以上の過程において、最下段に配置される筒状部材２内部の高粘度流体と希釈液は、特に、▲１▼螺旋を描きつつ上昇する過程、▲２▼孔部９'を通過した際のせん断、▲３▼仕切り板９より下側の領域における二流体の合流によって生じる攪拌（矢印Ｄ，Ｅ参照）によって、不完全ではあるが、ある程度の混合状態にまで混合される。
【００４３】
最下段に配置される筒状部材２の一段上段側に配置される筒状部材３（下から二段目に配置される筒状部材３）の内部空間に入り込んだ高粘度流体と希釈液との不完全な混合流体は、やはり仕切り板８の孔部８'を通過する際にせん断・加速・拡散されて混合される。
【００４４】
前記筒状部材３で攪拌翼７より下側を流動する被混合流体（高粘度流体および希釈液）は、攪拌翼７が下方に向け（図中ｌ位置に向け）移動する際、筒状部材３の最下部（図中一点鎖線で囲まれた領域Ｌにて示す）に向け押しやられることと、下段側の筒状部材２から筒状部材３の下部中心部に向け被混合流体（矢印Ｆ，Ｇ参照）が供給されることによって強く加圧される。筒状部材３の最下部に押しやられた被混合流体は、加圧されることによってエネルギーが蓄えられ、そのエネルギーが臨界点を越えたとき、攪拌翼７の孔部７'、７'…を勢い良く上方に向け通過する。このような被混合流体は、孔部７'、７'…を通過することにより、せん断・加速・拡散されて、前記攪拌翼７の上面側を不規則に流動する。また、加圧された被混合流体の一部は、外周方向に流動し、攪拌翼７の外縁部と筒状部材３の内周部間に形成される間隙を通って、上方に向け移動する。こうして、筒状部材３の最下部に位置する被混合流体が過度に加圧されるのが防止され、攪拌翼７および仕切り板８の損傷が防止される。
【００４５】
前記攪拌翼７の上側を流動する被混合流体は、攪拌翼７が上方に向け（図中ｈ位置に向け）移動することによって、筒状部材３の最上部（領域Ｈ参照）に押しやられる。こうして押しやられた被混合流体のうち、往復動軸６の付近に位置する被混合流体（矢印Ｆ'、Ｇ'参照）は、上部境界側に配置される仕切り板８の孔部８'を介して、１段上段側の（つまり、下から三段目に配置される）筒状部材３の内部空間に送出される。一方、筒状部材３の最上部に押しやられた被混合流体のうち、前記往復動軸６よりやや離れた箇所に位置する被混合流体は、攪拌翼７が上方に向け移動することによって（筒状部材３の下部に比べて若干弱めではあるが）加圧され、加圧されることによってエネルギーが蓄えられる。そして、このエネルギーが臨界点を越えたとき前記攪拌軸７の孔部７'を下方に向け通過する。それによって、せん断・加速・拡散され、攪拌翼７の下面側を不規則に流動する。
【００４６】
このような、攪拌翼７の上下両面に発生する不規則な流体の流れは、攪拌翼７が往復動することによって、筒状部材３の内部空間全体に広がり、それによって、筒状部材３内の被混合流体全体が攪拌され、前記高粘度流体と希釈液とがより良好に混合される。
【００４７】
こうして、より良好な混合状態にされた高粘度流体および希釈液は、その後、下から三段目の筒状部材３、四段目の筒状部材３、…と順次送出され、その都度二段目に配置された筒状部材３内部と同様に、せん断、攪拌、混合されて、段階的に良好な混合状態にされる。そして、十分混合された高粘度流体および希釈液の混合流体は、最終的に最上段の筒状部材４の内部に送出され、その筒状部材４の一側部に設けられる排出口５ｃから系外に連続して排出される。
【００４８】
本実施形態においては、仕切り板８、８によって画成された各筒状部材３、３、…内の被混合流体を、各筒状部材３、３、…内で往復動する攪拌翼７によって加圧することで、その流体にエネルギーを付与し、せん断され易い状態にするようにされているので、せん断に対して強い耐性を備える高粘度流体を混合する場合であっても、容易にせん断して攪拌することができ、それによって良好に混合することができる。また、本実施形態においては、被混合流体を各筒状部材３、３…内で段階的に繰り返し混合するようにされているので、その被混合流体を確実に混合することができる。
【００４９】
さらに、ケーシングの内部に複数個の仕切り板８、８…を配し、攪拌翼７をそれら仕切り板８−仕切り板８間で上下に往復動させるという、極めて簡便な方向で、高粘度流体の混合が可能にされているので、製造コストを安価にできるという効果がある。
【００５０】
また、本実施形態においては、被混合流体を混合するための往復動軸６および攪拌翼７の駆動源として、空気駆動式のダイヤフラムポンプ２０が使用されているため、構造が簡単で、故障し難く、メンテナンスも簡便であり、低コストである。しかも、駆動音が静かであるという効果もある。
【００５１】
本実施形態においては、複数個の孔が穿設された攪拌翼７を使用したが、このような形状に特に限定する必要はなく、例えば、図５（ａ）に示されるように、複数個のスリット７ａ'を放射状にかつ等ピッチに設けてなる攪拌翼７ａを用いても良い。このような攪拌翼７ａを用いた場合であっても本実施形態と同様に高粘度流体を良好に混合することができる。また、本実施形態においては、複数個の攪拌翼７、７、７…を水平方向に取り付けた場合について説明したが、各攪拌翼７（７ａ）の外周部を上下方向に彎曲させて角度を持たせるようにしても良く、あるいは、各攪拌翼７（７ａ）全体を一方向に傾斜させるようにしても良い。また、本実施形態においては、最下段および最上段を除く筒状部材３、３…の内部空間に、攪拌翼７を一個ずつ配するようにしたが、筒状部材３、３…の内部空間それぞれに対して、二個もしくは複数個の攪拌翼７、７…を配しても良い。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、中央部に孔部８'が穿設された円板状の仕切り板８が使用されているが、特にこの形状に限定する必要はなく、例えば、図５（ｂ）に示されるように、中央部の孔部８'に加えて、複数個の小孔８ａ'が穿設された仕切り板８ａを用いることも可能である。
【００５３】
本実施形態においては、断面略逆台形状の仕切り板９によって、最下段の筒状部材２の内部空間を画成するようにされているが、略逆台形状の仕切り板９を配置する代わりに、攪拌翼７（７ａ）を最下段の筒状部材２内部に配置し往復動させるようにすることもできる。
【００５４】
本実施形態においては、高粘度流体を混合させる場合に限定して説明したが、低粘度流体を混合することもでき、さらに、粉体や、粉体と流体との混合流体を扱うことも可能である。
【００５５】
また、本実施形態においては、複数個のフランジ付きの筒状部２、３、…、３、４を上下に多段に積み重ね、上下に隣接する上下両部フランジ部２'、３"；、３'、３"；、…、；３'、３"；３'、４"をボルト締結されてなるケーシング５について説明したが、内部に仕切り板８が配されているならば、このような方式に特に限定する必要はなく、例えば、複数本のタイロッドを用いて固定するという方式を採用することもできる。
【００５６】
本実施形態の混合装置は、混合のみならず、広い化学工業において低粘度域から高粘度域の流体の反応、分散、抽出、洗浄、乳化等の用途にも使用することができ、その工業的意義は極めて大きい。
【００５７】
なお、本実施形態においては、被混合流体をケーシング５内部に供給するための供給口５ａ、５ｂを最下段の筒状部材２にタンゼンシャルに設けたが、必ずしもタンゼンシャルに設ける必要はなく、例えば、両供給口５ａ、５ｂを互いに対向するように設けても良い。こうした場合であっても、仕切り板８および攪拌翼７によって、高粘度の流体を良好に混合することができる。
【００５８】
なお、本実施形態における筒状部材２、３、…、３、４の各内部空間が、本発明における混合室に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態に係る、混合装置の縦断面図である。
【図２】図２は、図１におけるＸ−Ｘ線視断面図（ａ）およびＹ−Ｙ線視断面図（ｂ）である。
【図３】図３は、最下段の筒状部材および、下から二段目に配される筒状部材によって支持される断面略逆台形状の仕切り板の平面図（ａ）ならびに縦断面図（ｂ）である。
【図４】図４は、本実施形態における混合装置に供給された被混合流体の流れを説明する説明図である。
【図５】図５は、他の形状の攪拌翼（ａ）および仕切り板（ｂ）を示す図である。
【図６】図６は、従来装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１混合装置
２、３、４筒状部材
５ケーシング
５ａ、５ｂ供給口
５ｃ排出口
６往復動軸
７、７ａ攪拌翼
７' 孔部
８、８ａ、９仕切り板
８'、９'、９ｄ孔部
２０ダイヤフラムポンプ
２２駆動部
２３ダイヤフラム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid mixing apparatus for performing uniform mixing, reaction, dispersion, extraction, washing, emulsification, and the like of a liquid, powder, or a mixture of liquid and powder in a production line.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of mixing devices have been put to practical use in order to continuously perform uniform mixing of fluids.
[0003]
As a conventional mixing apparatus, one or a plurality of blade members are attached to a rotating shaft, and the rotating shaft is rotated in a casing by using external power or the flow force of the supplied fluid itself. 2. Description of the Related Art A rotary mixing device configured to shear and agitate a fluid to be mixed supplied into a casing and mix by the shearing is known (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In addition, a plurality of plate-like members having a plurality of small holes or slits are attached to the body of the shaft body at equal pitches and horizontally (or uniformly inclined), and the shaft body is attached to the casing. Also, a reciprocating mixing device is known in which the mixed fluid supplied into the casing is sheared and stirred by reciprocating in the casing, thereby mixing the mixed fluid (for example, Patent Documents). 2 and 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-145827 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2762388
[Patent Document 3]
JP 2002-58903 A
[0006]
FIG. 6 shows a longitudinal sectional view of this type of conventional reciprocating mixing device (hereinafter referred to as “conventional device”). As shown in FIG. 6, the conventional apparatus 100 is provided with an extraction unit 101a having a cylindrical inner space, and an upper space and a lower portion of the extraction unit 101a, and has an inner space larger in diameter than the extraction unit 101a. A first casing 101 including an upper hollow tower 101b and a lower hollow tower 101c is provided. Inside the first casing 101, a long drive shaft 102 is arranged in the vertical direction so as to penetrate the top of the upper hollow tower 101b of the first casing 101. Above the casing 101 is provided a drive unit 103 for reciprocating the drive shaft 102 in the vertical direction.
[0007]
The drive unit 103 includes a second casing 104 placed on the first casing 101, an external motor 105 disposed on the side of the second casing 104, and the second casing 104. An eccentric shaft 106 that passes through one side and is arranged in the horizontal direction and transmits the rotation of the external motor 105, and an eccentric shaft 106 that is arranged in the second casing 104 and that rotates the eccentric shaft 106. A conversion mechanism 107 that converts the reciprocating motion in the vertical direction, and a connecting rod 108 that connects the conversion mechanism 107 and the upper end of the drive shaft 102 are included. Thus, by driving the external motor 105, the drive shaft 102 reciprocates in the vertical direction inside the first casing 101. Note that seal members 109 and 110 are disposed in a penetrating portion of the drive shaft 102 at the top of the first casing 101 and a penetrating portion of the eccentric shaft 106 in one side portion of the second casing 104, respectively. Also, bearings 111 and 112 in the drawing are bearings for supporting the eccentric shaft 106.
[0008]
The drive shaft 102 has a lower end located near the boundary between the extraction portion 101a of the first casing 101 and the lower hollow tower 101c. The body of the drive shaft 102 is connected to the extraction portion. A plurality of perforated plates 113, 113,..., In which a plurality of holes are formed, are arranged in the horizontal direction and at an equal pitch in a range located inside 101a. Accordingly, when the external motor 105 is driven, each of the perforated plates 113, 113... Reciprocates in the middle hollow chamber 101 a in the vertical direction as the drive shaft 102 moves.
[0009]
Supply ports 114 and 115 for supplying a fluid to be mixed to the inside of the first casing 101 in the lower one side of the upper hollow tower 101b of the first casing 101 and the lower one side of the extraction unit 101a, respectively. And a discharge port 116 for discharging the mixed solution generated in the first casing 101 to the outside is provided on one side portion of the upper hollow tower 101b. At the bottom of the lower hollow tower 101c, a residual liquid discharge port 117 for discharging the residual liquid generated in the mixing process to the outside is provided.
[0010]
In the conventional apparatus 100 configured as described above, the external motor 105 is driven to reciprocate the drive shaft 102 and the perforated plates 113, 113... The fluid to be mixed is supplied into the casing 101 from the ports 114 and 115. The fluid to be mixed thus supplied is sheared and agitated by the edges and holes of the perforated plates 113, 113... Reciprocating in the first casing 101, thereby being mixed well.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional apparatus 100, the mixed fluid is mixed by shearing and stirring the mixed fluid by reciprocating the perforated plates 113, 113... When mixing the mixed fluid, the high viscosity mixed fluid has poor fluidity and strong resistance to shearing force, so it cannot be sufficiently sheared and stirred. There is a problem that can not be.
[0012]
In addition, the conventional apparatus 100 requires a complicated mechanism (such as the eccentric shaft 106, the conversion mechanism 107, and the connecting rod 108) for converting the rotational motion of the external motor 105 into the reciprocating motion of the drive shaft 102. In addition to the difficulty of maintenance, it is necessary to provide a sealing member for sealing the drive shaft 102, and there is a problem that the apparatus configuration becomes complicated.
[0013]
Further, a method of reciprocating the drive shaft 102 using a vibration motor instead of the external motor 105 is conceivable. In such a case, however, a conversion mechanism for converting the rotational motion to the reciprocating motion is unnecessary. However, since troubles occur due to concentration of vibration stress at the contact portion between the vibration motor and the drive shaft 102, it is necessary to study various stress distribution means, and eventually a complicated structure mechanism is required. There is no change.
[0014]
The present invention has been made to solve such a problem, and even when a high-viscosity fluid is supplied to the inside, the high-viscosity fluid is easily sheared and stirred, It is an object of the present invention to provide a mixing apparatus that can satisfactorily mix with a fluid to be mixed.
[0015]
[Means for solving the problems and actions / effects]
  In order to achieve the object, the mixing device according to the present invention comprises:
  a) It is formed in a cylindrical shape and arranged in the vertical direction,lower endNear the mixed fluidThe inlet is filled with fluid mixed near the top.Casings each provided with an outlet;
  b) a partition plate having a through-hole for allowing the fluid to be mixed to pass through, and partitioning the casing into a multistage mixing chamber;
  c) A shaft body arranged vertically in the casing so as to penetrate through the partition plate;
  d) shaft body driving means for reciprocating the shaft body in the vertical direction in the casing;
  e) Stirrer blades having holes or slits for shearing the fluid to be mixed and attached to the body of the shaft body in multiple stages at a required distance from each other and at positions that do not interfere with the partition plateAnd
  Among the multi-stage mixing chambers, the mixing chamber located at the lowest stage is provided with an inlet and a diaphragm for the fluid to be mixed,
  The shaft body driving means is diaphragm driving means for expanding and contracting the diaphragm by supplying and discharging air.It is characterized by this.
[0016]
In the mixing apparatus configured as described above, the mixed fluid flowing between the stirring blade and the partition plate is repeatedly pressurized by the stirring blade reciprocating up and down between the partition plate and the partition plate in each mixing chamber. As a result, the fluid to be mixed is in a state where it is much more easily sheared than usual. For this reason, of course, a low-viscosity fluid can be easily sheared by the holes or slits provided in the stirring blades even in the case of a high-viscosity fluid having resistance against shearing. Can be mixed. Moreover, in the present invention, such fluid shearing / stirring is repeated each time it passes through each mixing chamber, so that the fluid to be mixed supplied from the outside can be mixed reliably and satisfactorily.
[0017]
  Moreover, according to the present invention,The shaft body driving meansAsDiaphragm driving means for expanding and contracting the diaphragm by supplying and discharging air (for example, a diaphragm pump)Is used,Since the structure of the shaft body driving means can be simplified, failure is unlikely to occur, the maintainability is improved, and the cost can be reduced. In addition, there is an effect that the driving sound is quiet.
[0018]
  Also,Among the multistage mixing chambers, the mixing chamber located at the lowest stageCoveredA mixed fluid inlet and diaphragm are provided.BecauseThe fluid to be mixed introduced through the inlet can be reliably stirred and mixed by the expansion and contraction of the diaphragm and sent out upward. Further, since the power source of the shaft body is disposed below, there is an effect that the stability of the entire mixing apparatus can be improved.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of the mixing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a mixing apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0021]
As shown in FIG. 1, the mixing device 1 in this embodiment is formed by stacking a plurality of cylindrical cylindrical members 2, 3,... A casing 5 in which two or more kinds of mixed fluids are supplied to the internal space, a reciprocating shaft (shaft body) 6 disposed in the vertical direction near the central axis of the casing 5, and the reciprocating shaft 6 A plurality of stirring blades 7, 7... For stirring the fluid to be mixed that is supplied to the inside of the casing 5 and attached to the lower portion of the casing 5 to support the casing 5 and to reciprocate. It comprises a diaphragm pump (shaft body drive means) 20 that reciprocates the moving shaft 6 in the vertical direction. The reference numeral 2 is a cylindrical member arranged at the lowermost stage of the casing 5, and the reference numeral 4 is a cylindrical member arranged at the uppermost stage of the casing 5.
[0022]
Supply portions (inlets) 5 a and 5 b for supplying a fluid to be mixed to the inside of the casing 5 are provided in a tangential manner in the body portion of the cylindrical member 2 disposed at the lowermost stage of the casing 5. A discharge port (exit) 5c for discharging the mixed fluid mixed inside the casing 5 to the outside of the system is provided at one side of the cylindrical member 4 arranged in the uppermost stage.
[0023]
On the outer edge portions of the upper and lower ends of each of the cylindrical members 2, 3,..., 4, upper flange portions 2 ', 3', ... 3 ', 4' and lower flange portions 2 ", 3", 3 ", 4" are provided, and when the cylindrical members 2, 3, ... 3, 4 are stacked in multiple stages, the respective cylindrical members 2, 3, ... 3, The upper and lower flange portions 2 ′, 3 ″; 3 ′, 3 ″;..., 3 ′, 4 ″ are arranged vertically adjacent to each other. The upper and lower flange portions 2 ′, 3 ″; 3 ′, 3 ″;..., 3 ′, 4 ″ are fixed by bolt fastening. As shown in FIG. 1, partition plates 8, 8,... Are arranged in the horizontal direction at the boundaries between the cylindrical members 2, 3,. Five internal spaces are defined in multistage mixing chambers for each of the cylindrical members 2, 3,.
[0024]
As shown in FIG. 2 (a), a hole 8 'having a diameter larger than that of the reciprocating shaft 6 is formed in the central portion of each of the partition plates 8, 8,. When 6 is arranged in the hole 8 ′, an annular gap (through hole) is formed between the body of the reciprocating shaft 6 and the edge of each hole 8 ′, 8 ′. It is configured. And the to-be-mixed fluid supplied in the said casing 5 is comprised so that these gaps may pass sequentially. Each of the partition plates 8, 8... Has upper and lower flange portions 2 ′, 3 ″ whose outer peripheral portions are arranged adjacent to each other of the respective cylindrical members 2, 3,. 3 ′, 3 ″,...; 3 ′, 3 ″; 3 ′, 4 ″.
[0025]
Between the opposing surfaces of the upper flange portion 2 ′ of the cylindrical member 2 arranged at the lowermost stage of the casing 5 and the lower flange portion 3 ″ of the cylindrical member 3 arranged at the second stage from the bottom, In addition to the outer peripheral portion of the partition plate 8, a flange portion 9c of the partition plate 9 having a substantially inverted trapezoidal cross section is attached, as shown in FIG. A disc-shaped bottom portion 9a in which a hole portion 9 'having substantially the same diameter as the hole portion 8' of the partition plate 8 is bored, and a body portion 9b extending upward from the outer edge portion of the bottom portion 9a; The flange portion 9c extends horizontally outward from the outer peripheral portion of the upper end portion of the trunk portion 9b, and is disposed on the lower surface side of the partition plate 8. The flange portion 9c is attached between the opposing surfaces of the upper and lower flange portions 2 'and 3 "of the cylindrical members 2 and 3 respectively. The inner space of the cylindrical member 2 is defined by a region surrounded by the partition plates 9 and 8, and a region surrounded by the partition plate 9, the inner peripheral wall of the cylindrical member 2, and a diaphragm 23 described later. The A plurality (eight in this embodiment) of small-diameter holes 9d, 9d,... Are formed in the body 9b of the partition plate 9 in the circumferential direction at an equal pitch (FIG. 3). Thereby, the fluid can be circulated between the two regions divided by the partition plate 9.
[0026]
A top plate 10 is bolted to the upper flange portion 4 ′ of the cylindrical member 4 disposed on the uppermost stage of the casing 5.
[0027]
On the other hand, the diaphragm pump 20 includes a drive unit 21 that alternately and repeatedly sucks and discharges air, and a support unit 22 that is fixed to the upper part of the drive unit 21 and supports the casing 5.
[0028]
The support portion 22 has a disk-like bottom portion 22b provided with small-diameter vents 22a and 22a ′ for supplying and discharging air to and from the drive portion 21, and extends upward from the outer edge portion of the bottom portion 22b. An extending body portion 22c and a flange portion 22d extending horizontally outward from the upper end portion of the body portion 22c are provided. The flange portion 22d is disposed at the lowermost stage of the casing 5. The lower flange portion 2 "of the cylindrical member 2 is bolted. The flange portions 22d, 2"; 2 ', 3 "; 3', 3", ..., 3 ', 3 "; When 3 ′, 4 ″ are bolted, the cylindrical members 2, 3,..., 4, and the central axis of the support portion 22 are configured to be on the same axis.
[0029]
Further, between the opposed surfaces of the lower flange portion 2 ″ of the cylindrical member 2 and the flange portion 22d of the support portion 22, an outer peripheral portion of a diaphragm 23 in which a small-diameter hole is drilled in the center portion is attached. Thereby, the diaphragm 23 is supported between the tubular member 2 and the support portion 22. The diaphragm 23 includes an internal space of the casing 5 to which a fluid is supplied and a support portion of the diaphragm pump 20. An air chamber 24 is formed by a space surrounded by the bottom 22b, the body 22c, and the diaphragm 23 of the support portion 22.
[0030]
Air supply ports 21 ′ and air discharge ports 21 ″ for supplying and discharging air are provided on both sides of the drive unit 21. Air switching for alternately supplying and discharging air is provided inside. A valve (not shown) is disposed, and the diaphragm 23 is periodically expanded by alternately supplying air to the air chamber 24 and discharging air from the air chamber 24. The diaphragm 23 is configured to expand and contract with the largest amplitude in the vicinity of the central axis of the air chamber 24.
[0031]
Inside the air chamber 24, a support shaft 25 for supporting the diaphragm 23 and the reciprocating shaft 6 is arranged vertically on the central axis of the air chamber 24. The support shaft 25 has a stepped columnar shape in which the vicinity of the upper end is made slightly smaller in diameter than the hole drilled in the center of the diaphragm 23 and the other part is made larger in diameter than the vicinity of the upper end. ing. The lower portion of the support shaft 25 is inserted into the center shaft of the bottom portion 22b and the bearing 26 provided in the drive unit 21, so that the support shaft 25 moves up and down without shaking on the center axis of the air chamber 24. It is configured to reciprocate. Further, the vicinity of the upper end portion of the support shaft 25 having a small diameter penetrates a hole formed in the central portion of the diaphragm 23 from below and protrudes above the diaphragm 23.
[0032]
A male screw portion is formed at the upper end portion of the support shaft 25 protruding above the diaphragm 23, and this male screw portion is screwed into a large nut 27. As a result, the peripheral portion of the hole of the diaphragm 23 is fixedly supported by the step portion (boundary between the small diameter portion and the large diameter portion) of the support shaft 25 and the lower surface of the nut 27.
[0033]
On the other hand, the reciprocating shaft 6 is formed in a long cylindrical shape, and penetrates the partition plates 8,..., 8, 9 through the holes 8 ′,. Thus, it is arranged on the central axis of the casing 5 in the vertical direction.
[0034]
The lower end portion of the reciprocating shaft 6 is also formed with a male screw portion, similarly to the upper end portion of the support shaft 25. A male thread portion formed at the lower end of the reciprocating shaft 6 is screwed into the upper half of the screw hole of the nut 27 from above the nut 27. Thereby, the reciprocating shaft 6 is connected to the support shaft 25 and supported by the support shaft 25. In this way, the support shaft 25 and the nut 27 that attach the peripheral portion of the hole drilled in the central portion of the diaphragm 23 and the reciprocating shaft 6 connected to the support shaft 25 are expanded and contracted by the diaphragm 23. Accordingly, the casing 5 and the air chamber 24 are configured to reciprocate in the vertical direction on the central axis. The upper end portion of the reciprocating shaft 6 is in a free state. Gaskets 28a and 28b are disposed between the lower surface of the nut 27 and the upper surface of the diaphragm 23, and between the lower surface of the diaphragm 23 and the step portion of the support shaft 25 (boundary between the small diameter portion and the large diameter portion). Thus, leakage of the fluid to be mixed into the air chamber 24 and leakage of air into the internal space of the casing 5 are prevented.
[0035]
As shown in FIG. 2B, the stirring blades 7, 7,... Attached to the reciprocating shaft 6 have outer diameters smaller than the inner diameters of the cylindrical members 2, 3,. Are attached to the body portion of the reciprocating shaft 6 at an equal pitch and horizontally via cylindrical supports 11, 11,. These stirring blades 7, 7... Are arranged one by one with respect to the internal spaces of the cylindrical members 3, 3... Except for the uppermost stage and the lowermost stage, and between the expansion and contraction of the diaphragm 23. .. (Position indicated by a solid line in FIG. 1) is positioned at a substantially intermediate position between the partition plates 8 and 8 respectively disposed above and below the cylindrical members 3 and 3. Thus, when the reciprocating shaft 6 reciprocates in the vertical direction by driving the diaphragm pump 20, the agitating blades 7, 7,... Pass through the internal spaces of the cylindrical members 3, 3,. It is made to reciprocate up and down without contacting the partition plates 8 and 8 arranged at the boundary. As shown in FIG. 2 (b), each of the stirring blades 7, 7... Has a plurality of small-diameter holes (shearing means) for shearing the mixed fluid supplied into the casing 5. 7 ′, 7 ′,... Are formed in a concentric circumferential shape.
[0036]
Next, an aspect of mixing the highly viscous fluid and the diluent by the mixing apparatus 1 configured as described above will be described with reference to FIG.
[0037]
First, the drive unit 21 of the diaphragm pump 20 is driven, and the supply of air into the air chamber 24 and the discharge of air from the air chamber 24 are alternately repeated, thereby expanding and contracting the diaphragm 23. The reciprocating shaft 6 and the stirring blades 7, 7, 7... Are reciprocated in the vertical direction. A high-viscosity fluid and a diluent are continuously supplied into the cylindrical member 2.
[0038]
The high-viscosity fluid and the diluent supplied from the supply ports 5a and 5b provided in the tangential to the inside of the lowermost tubular member 2 are rotated in the central axis direction while turning inside the lowermost tubular member 2. To flow. Thus, the fluid to be mixed (high-viscosity fluid, diluent) that has flowed into the central shaft portion of the cylindrical member 2 has an upward force applied from the diaphragm 23 that expands and contracts with the largest amplitude in the central shaft portion, By its own fluid force, it rises while drawing a spiral around the axis of the reciprocating shaft 6 (in the figure, for the sake of simplicity, a two-dimensional fluid flow is clearly shown, and a three-dimensional flow element, that is, The flow in the rotational direction of the fluid around the reciprocating shaft 6 (including a spiral flow) is not explicitly shown.)
[0039]
Of the high-viscosity fluid and diluent that rise around the reciprocating shaft 6, the high-viscosity fluid and diluent (see arrows A to C) that flow in the vicinity of the reciprocating shaft 6 pass through the holes 9 of the partition plate 9. It passes through 'and is fed into the area surrounded by the partition plates 9 and 8. On the other hand, the fluid flowing at a position slightly away from the reciprocating shaft 6 flows along the lower surface of the partition plate 9 toward the outer periphery of the cylindrical member 2 (see arrow D).
[0040]
The mixed fluid (high-viscosity fluid and diluent) that has passed through the hole 9 'is sheared when passing through the hole 9', and the so-called orifice effect in fluid dynamics (the fluid that has passed through the orifice passes through). Accelerated and diffused by the effect of being accelerated with respect to the previous fluid and expanding and flowing out, and flows in the region sandwiched between the partition plates 8 and 9 (see arrows A to C). Thereafter, a part of the fluid to be mixed passes through the holes 9d, 9d,... Of the inversely tapered partition plate 9 and is returned to the region below the partition plate 9 (see arrow E). Then, it passes through the hole 8 'of the partition plate 8 and is sent out into the cylindrical member 3 arranged on the upper stage side (see arrows F and G).
[0041]
The fluid to be mixed (see arrow E) recirculated from the region surrounded by the partition plates 8 and 9 to the region surrounded by the lower part of the partition plate 9 and the cylindrical member 2 along the lower surface of the partition plate 9 described above. The fluid flowing in the outer circumferential direction (see arrow D) joins in the vicinity of the holes 9d, 9d... In the region below the partition plate 9, whereby both the fluids are agitated. The mixed fluid to be mixed flows through the cylindrical member 2 and then passes through the holes 9 ′ and 8 ′ of the partition plates 9 and 8 to be sent into the cylindrical member 3 disposed on the upper side. Is done.
[0042]
In the above process, the high-viscosity fluid and the dilution liquid inside the cylindrical member 2 arranged at the lowermost stage are, in particular, (1) the process of rising while drawing a spiral, and (2) when passing through the hole 9 ′. Due to the shearing and (3) agitation caused by the merging of the two fluids in the region below the partition plate 9 (see arrows D and E), the mixture is mixed to a certain degree, though incomplete.
[0043]
A high-viscosity fluid and a diluting liquid that have entered the internal space of the cylindrical member 3 (the cylindrical member 3 disposed in the second stage from the bottom) disposed on the upper stage side of the tubular member 2 disposed in the lowermost stage; The imperfect mixed fluid is mixed by being sheared, accelerated and diffused when passing through the hole 8 ′ of the partition plate 8.
[0044]
The fluid to be mixed (high-viscosity fluid and diluent) that flows below the stirring blade 7 in the cylindrical member 3 is moved when the stirring blade 7 moves downward (toward position l in the figure). 3 is pushed toward the lowermost part (indicated by a region L surrounded by a one-dot chain line in the figure), and the fluid to be mixed (arrow F) from the lower cylindrical member 2 toward the lower central part of the cylindrical member 3. , G)) is supplied and is strongly pressurized. The fluid to be mixed pushed to the lowermost part of the cylindrical member 3 stores energy by being pressurized, and when the energy exceeds a critical point, the fluid flows through the holes 7 ′, 7 ′,. Passing upwards vigorously. Such a mixed fluid is sheared, accelerated, and diffused by passing through the holes 7 ′, 7 ′, and flows irregularly on the upper surface side of the stirring blade 7. Part of the pressurized fluid to be mixed flows in the outer peripheral direction, and moves upward through a gap formed between the outer edge portion of the stirring blade 7 and the inner peripheral portion of the cylindrical member 3. . Thus, the fluid to be mixed located at the lowermost part of the cylindrical member 3 is prevented from being excessively pressurized, and the stirring blade 7 and the partition plate 8 are prevented from being damaged.
[0045]
The fluid to be mixed flowing on the upper side of the stirring blade 7 is pushed to the uppermost portion (see region H) of the cylindrical member 3 when the stirring blade 7 moves upward (toward the position h in the figure). Of the fluid to be mixed pushed in this way, the fluid to be mixed (see arrows F ′ and G ′) located in the vicinity of the reciprocating shaft 6 passes through the hole 8 ′ of the partition plate 8 arranged on the upper boundary side. Then, it is delivered to the internal space of the cylindrical member 3 on the upper stage side of the first stage (that is, the third stage from the bottom). On the other hand, of the mixed fluid pushed to the uppermost part of the cylindrical member 3, the mixed fluid located at a position slightly away from the reciprocating shaft 6 is moved by the stirring blade 7 moving upward (cylinder). The pressure is applied (although slightly weaker than the lower part of the member 3), and energy is stored by being pressurized. And when this energy exceeds a critical point, it passes through the hole 7 'of the stirring shaft 7 downward. As a result, shearing, acceleration, and diffusion occur, and the lower surface side of the stirring blade 7 flows irregularly.
[0046]
The irregular fluid flow generated on the upper and lower surfaces of the stirring blade 7 spreads in the entire internal space of the cylindrical member 3 by the reciprocating motion of the stirring blade 7. The whole fluid to be mixed is agitated, and the high-viscosity fluid and the diluent are mixed better.
[0047]
In this way, the highly viscous fluid and the diluting liquid in a better mixed state are then sequentially sent from the bottom to the third-stage cylindrical member 3, the fourth-stage cylindrical member 3,... Similar to the inside of the cylindrical member 3 arranged in the eye, shearing, stirring and mixing are performed to obtain a good mixed state step by step. Then, the sufficiently mixed fluid of the high-viscosity fluid and the diluent is finally sent into the uppermost cylindrical member 4 and is discharged from the discharge port 5c provided on one side of the cylindrical member 4. It is continuously discharged outside.
[0048]
In the present embodiment, the fluid to be mixed in the cylindrical members 3, 3,... Defined by the partition plates 8, 8 is stirred by the stirring blades 7 that reciprocate in the cylindrical members 3, 3,. By applying pressure, energy is given to the fluid to make it easy to be sheared. Therefore, even when mixing a high-viscosity fluid with strong resistance to shearing, it easily shears. And can be mixed well. Moreover, in this embodiment, since the fluid to be mixed is repeatedly mixed stepwise within each of the cylindrical members 3, 3..., The fluid to be mixed can be reliably mixed.
[0049]
Further, a plurality of partition plates 8, 8... Are arranged inside the casing, and the stirring blade 7 is reciprocated up and down between the partition plates 8 and the partition plate 8. Since mixing is enabled, there is an effect that the manufacturing cost can be reduced.
[0050]
In this embodiment, since the air-driven diaphragm pump 20 is used as a driving source for the reciprocating shaft 6 and the stirring blade 7 for mixing the fluid to be mixed, the structure is simple and the failure occurs. It is difficult, easy to maintain, and low cost. In addition, there is an effect that the driving sound is quiet.
[0051]
In the present embodiment, the stirring blade 7 having a plurality of holes is used. However, the shape of the stirring blade 7 is not particularly limited. For example, as shown in FIG. The agitating blades 7a in which the slits 7a 'are provided radially and at an equal pitch may be used. Even when such a stirring blade 7a is used, a high-viscosity fluid can be mixed well as in the present embodiment. Moreover, in this embodiment, although the case where the several stirring blades 7, 7, 7 ... were attached to the horizontal direction was demonstrated, the outer peripheral part of each stirring blade 7 (7a) is bent up and down, and an angle is made. Alternatively, the entire stirring blade 7 (7a) may be inclined in one direction. In the present embodiment, the stirring blades 7 are arranged one by one in the inner space of the cylindrical members 3, 3... Excluding the lowermost stage and the uppermost stage, but the inner space of the cylindrical members 3, 3. Two or a plurality of stirring blades 7, 7... May be arranged for each.
[0052]
Furthermore, in the present embodiment, a disc-shaped partition plate 8 having a hole 8 ′ formed in the center is used, but it is not particularly limited to this shape. For example, FIG. In addition to the central hole 8 ', a partition plate 8a having a plurality of small holes 8a' can be used as shown in FIG.
[0053]
In this embodiment, the partition plate 9 having a substantially inverted trapezoidal cross section defines the inner space of the lowermost tubular member 2, but instead of arranging the substantially inverted trapezoidal partition plate 9. In addition, the stirring blade 7 (7a) may be disposed inside the lowermost cylindrical member 2 and reciprocated.
[0054]
In this embodiment, the description is limited to the case of mixing a high-viscosity fluid, but a low-viscosity fluid can also be mixed, and furthermore, a powder or a mixed fluid of a powder and a fluid can be handled. It is.
[0055]
In the present embodiment, a plurality of flanged cylindrical portions 2, 3,..., 3 and 4 are stacked in a vertical direction, and upper and lower adjacent flange portions 2 ', 3 "; 3 ′, 3 ″; 3 ′, 4 ″ have been described with respect to the casing 5. However, if the partition plate 8 is arranged inside, such a system is used. For example, a method of fixing using a plurality of tie rods may be employed.
[0056]
The mixing apparatus of the present embodiment can be used not only for mixing but also for applications such as reaction, dispersion, extraction, washing, emulsification, etc. of fluids in a low to high viscosity range in a wide chemical industry. Significance is enormous.
[0057]
In the present embodiment, the supply ports 5a and 5b for supplying the fluid to be mixed into the casing 5 are tangentially provided in the lowermost tubular member 2, but it is not always necessary to provide the tangential, for example, Both supply ports 5a and 5b may be provided to face each other. Even in such a case, a highly viscous fluid can be mixed well by the partition plate 8 and the stirring blade 7.
[0058]
In addition, each internal space of the cylindrical members 2, 3, ..., 3, 4 in this embodiment corresponds to the mixing chamber in the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a mixing apparatus according to the present embodiment.
2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 1 (a) and a cross-sectional view taken along line YY (b) in FIG.
FIG. 3 is a plan view (a) and a longitudinal sectional view of a partition plate having a substantially inverted trapezoidal cross section supported by a lowermost cylindrical member and a cylindrical member arranged second from the bottom. (B).
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the flow of the fluid to be mixed supplied to the mixing device according to the present embodiment.
FIG. 5 shows another shape.Stirring blade(A) andPartition plateIt is a figure which shows (b).
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Mixing device
2, 3, 4 Tubular member
5 Casing
5a, 5b supply port
5c outlet
6 Reciprocating shaft
7, 7a stirring blade
7 'hole
8, 8a, 9 Partition plate
8 ', 9', 9d hole
20 Diaphragm pump
22 Drive unit
23 Diaphragm

Claims

a) a casing that is formed in a cylindrical shape and is arranged in the vertical direction, and is provided with an inlet for a fluid to be mixed near the lower end and an outlet for the fluid mixed near the upper end ;
b) a partition plate having a through hole for allowing the fluid to be mixed to pass through, and partitioning the casing into a multistage mixing chamber;
c) A shaft body arranged vertically in the casing so as to penetrate through the partition plate;
d) shaft body driving means for reciprocating the shaft body in the vertical direction in the casing;
e) having a hole or slit for shearing the fluid to be mixed, and a stirrer blade attached to the barrel of the shaft body in multiple stages at a required interval from each other and at a position not interfering with the partition plate ,
Among the multi-stage mixing chambers, the mixing chamber located at the lowest stage is provided with an inlet and a diaphragm for the fluid to be mixed,
The mixing device, wherein the shaft body driving means is diaphragm driving means for expanding and contracting the diaphragm by supplying and discharging air .