JP4378102B2

JP4378102B2 - インライン静止型混合装置及びその混合方法

Info

Publication number: JP4378102B2
Application number: JP2003114735A
Authority: JP
Inventors: 雅彦堀江
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP2004314011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を均質に混合するインライン静止型の混合装置、及びその混合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インライン静止型混合器を用いて、粘性の異なる流体を静止型混合する場合、例えば、ペースト状の食品に液状添加物を加える場合、又は、ポリマーに重合停止剤を添加する場合などにおいて、両流体を均質混合することは困難である場合が多い。
【０００３】
使用されているインライン静止型混合器としては、図１に示すようなミキシングエレメント（エレメント）を管状ハウジング内に有する混合器が知られている（特許文献１参照）。このエレメントは、可動部を有さず、複数のバッフル板が管軸を中心として軸方向に沿って配列されている（このような形状のエレメントを装置したインライン静止型混合器を「スタティックミキサー」という）。当該静止型混合器において、流体は、管状ハウジング内を移動する過程で、管内に装置されたエレメントによって、分割・転換・反転作用を受け混合される。
【０００４】
また、別タイプのインライン静止型混合器として、多角形の小室で構成されたハニカム状の板をエレメントとして多数重合配列させた混合器（特許文献２参照）が知られている。かかる混合器において、流体は、管内内部の小室を管内中心部から外側へ、外側から中心部へと順次移動することにより分散・反転・渦流作用を受けて混合される。
【０００５】
しかしながら、これらの静止型混合器に高粘性流体と低粘性流体を通過させると、低粘性流体がエレメントによる混合作用を受けずに、管内エレメントと管ハウジングとの隙間を通り抜けてしまう現象が起き、両流体は均質に混合され得ない。よって、従来は、粘性の異なる流体同士を混合する場合、低粘性流体の通り抜け現象を防止するため、エレメントと管ハウジングの全周溶接を施していた。しかし、エレメントを溶接すると、混合器から取り外せなくなるため、管内の洗浄が不可能になり、清潔性を失うことになる。
【０００６】
また、混合不良に対するこの他の対処法として、エレメント構造の複雑化、混合器の長尺化などの方法が考えられるが、これらの対処法は、低粘性流体の通り抜け現象の有効な防止策ではなく、混合時の圧力損失の増大、装置の大型化、洗浄労力の増大などの問題を生じさせる。
【０００７】
そのため、粘性の異なる流体のインライン混合においては、動力型の混合器が用いられていることが多い（特許文献３参照）。特許文献３の混合器では、管軸に沿って配置された風車状はずみ車の動力回転により混合が行われる。しかし、動力型混合器は、静止型混合器と比較し、電力の必要、防爆への対応、高価格、メンテナンスの必要、洗浄の不便などの問題を有している。
【０００８】
【特許文献１】
特公平１−３１９２８号公報
【特許文献２】
特開昭５８−１３３８２２号公報
【特許文献３】
特開平８−３３８３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、粘性の異なる流体を混合する場合においても、エレメントの溶接及び複雑化等の対処をすることなく、流体の均質混合を可能にするインライン静止型の混合装置、及びその混合方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、静止型混合器に導入する前の流体に、バルブにより剪断力を加えて流体の初期混合を促進させることによって、均質な流体混合を達成するものである。特に、高粘性流体と低粘性流体の混合において、剪断力を加えて低粘性流体を高粘性流体に絡み合わせる（なじませる）ことによって、静止型混合器の移動の際に低粘性流体がエレメントと管ハウジングの隙間を通り抜けてしまう現象を防ぎ、最終的に均質に混合された流体を得るものである。
【００１１】
本発明によれば、静止型混合器のエレメントは管ハウジングに溶接する必要がなく、エレメントを取り外して混合器内部の洗浄を行うことができるので、混合器内の清潔性を保つことができる。また、エレメントの複雑化、長距離化の対処が不要であるため、圧力損失を増大させることなく均質混合を行うことができる。
【００１２】
ここで、静止型混合器導入前の流体に剪断を加える手段として、混合する前の流体の流量に応じて、バルブ閉止時に弁座が接触する弁体着座面と弁座との間隔を所定の開度に調節可能であって、弁体着座面が弁座に対して任意の開度において略一様な距離を構成して形成される開口を有しているバルブを使用する。
【００１３】
使用するバルブの種類は、弁体着座面と弁座によって混合する前の流体に剪断力を加えることができるバルブであればいずれのものであってもよい。しかし、好ましくは弁体着座面と弁座が略一様な距離を構成する玉形弁、アングル弁、Ｙ型弁などの止め弁、ないしはウェアー式ダイヤフラム弁である。ここで、玉形弁、アングル弁、Ｙ型弁などの止め弁は、円形の弁座に対し、弁座の中心軸に沿って可動するディスク状ないし柱状弁体の外周部に形成された弁体着座面を有するバルブであり、ウェアー式ダイヤフラム弁は、管軸に対して垂直に配置されてあって、線状ないし弧状に隆起した形状を有する弁座に対し、垂直方向に可動する可撓性の弁体上に形成された弁体着座面を有するバルブである。なお、上記バルブ名称（弁名称）は、ＪＩＳ規格Ｂ０１００「バルブ用語」に基づいている。
【００１４】
静止型混合器は、流体に剪断力を加えるバルブの下流側に直列配置させる。使用する混合器は、バルブに直結でき、かつ駆動部を有さない混合器であればいずれのものでもよい。しかし、圧力損失の低減、洗浄容易性などを考慮すれば、ミキシングエレメントを管ハウジングに溶接していないスタティックミキサーを１基以上直列配置させた構成を有する静止型混合器が好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明にかかるインライン静止型混合装置の構成について説明する。図２及び図３は、本発明におけるインライン静止型混合装置の構成を示す概略模式図であり、図２はバルブにアングル弁を用いた装置、図３はダイヤフラム弁を用いた装置を示す。
【００１６】
図２に示す構成について説明する。インライン静止型混合装置１は、各流体の導入口２Ａ、２Ｂ、バルブ３、及び静止型混合器５から構成されており、バルブ３は、静止型混合器５の直前に設置してある。
【００１７】
次に、混合する流体の流れについて図２を用いて説明する。混合する高粘性流体Ａ及び低粘性流体Ｂは、導入口２Ａ及び導入口２Ｂよりそれぞれ混入され、バルブ３まで移動する。バルブ３において、所定の開度に設定されてある弁体４が分離状態にある高粘性流体Ａと低粘性流体Ｂに剪断を加えることによって、両流体は密接に絡み合わされ（なじまされ）、混合流体の初期混合が促進されることになる。これにより、低粘性流体Ｂは、静止型混合器５内を通過する際に、エレメント６と管壁との間を通り抜けることなく、エレメント６による混合作用を受けることができ、高粘性流体Ａと均質に混合されることになる。
【００１８】
また、低粘性流体Ｂの導入においては、図４に示すように、図２及び図３とは異なる形態をとることもできる。図２、図３の装置においては、混合する前の流体は、いずれも、バルブ３、９の前に設置された導入口２、８から混合装置系内に供給される。しかしながら、図４に示す装置においては、低粘性流体Ｂは、弁体１５の支持体１４を介する導入路１３を通じて、弁体１５に形成された注入口１６より、混合装置内に供給される。
【００１９】
図４に示す構成によれば、注入口１６から混合装置内に供給された低粘性流体Ｂが高粘性流体Ａと合流するのとほぼ同時に、弁体１５による剪断が両流体に加えられる。この場合、低粘性流体Ｂは、管壁側に移動する前に剪断が加えられることになるため、より確実に静止型混合器内における低粘性流体Ｂの通り抜け現象を防止できることになる。
【００２０】
ここで、導入路１３の構成について説明する。図４（ａ）に示す構成においては、導入路１３ａは、弁体１５ａの支持体１４ａの外壁側から支持体１４ａ内に挿入するように接続されている。このため、導入路１３ａの支持体外部に露出した部分は、弁の開閉動作（支持体の上下運動）に対応できるように、伸縮可能であるか、または可撓性を有するフレキシブル管のようなものを用いる。また、導入路１３ａ周囲のバルブのハウジング部分は、開放するか、柔軟性を有するもので覆うことによって、または、導入路１３ａをハウジングで固定し、導入路１３ａの可撓性のみによって、弁の開閉動作に対応することもできる。
【００２１】
また、図４（ｂ）に示すように、弁体１５ｂの支持体１４ｂ（弁軸）を管状にして、導入路１３ｂを形成することにより、弁の開閉動作による影響を少なくすることもできる。
【００２２】
図４は、アングル弁の模式図であるが、玉形弁、ダイヤフラム弁などにおいても、各バルブの形状、構成に応じて、弁体の支持体を介して導入路を形成することができる。
【００２３】
以下に、図２の構成を有する本発明の一実施例を示す。高粘性流体Ａ及び低粘性流体Ｂの各性質を表１に示し、従来及び本発明の混合装置の構成及び条件を表２に示す。
【００２４】
本実施例において使用する静止型混合器５はスタティックミキサーである。エレメント６は図１に示す形状のものを使用しており、スタティックミキサー１基に対して６個のエレメントを使用している。図６に、スタティックミキサー１基の構成を示す。本実施例において使用するスタティックミキサーの寸法は、Ｌ＝５２０ｍｍ、Ｄ＝５２．７ｍｍである。また、本実施例において使用するバルブは、エアー駆動型のＬ字管用アングル弁である（図２参照）。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
本実施例においては、高粘性流体Ａとしてポリマーを、低粘性流体Ｂとして温水を使用する。従来、これらの流体をインライン静止型混合装置を用いて均質に混合するためには、エッジシールを施したスタティックミキサー１７ａを４基直列に連結する必要があった（図５（ａ）参照）。ここで、エッジシールとは、低粘性流体の通り抜け現象を防止するために、エレメントと管ハウジングとを全周溶接することをいう。エッジシールを施した従来の静止型混合器においては、エレメントの抜き出しができないため、静止型混合器内の洗浄が不可能である。よって、静止型混合器内の清潔性を保つためには、化学的分解処理（溶融塩浴法など）を行う必要があったが、その処理に日数がかかる等の問題があった。
【００２８】
しかし、本発明にかかる混合装置においては、スタティックミキサーの直前にバルブ１８（アングル弁）１基を設けることにより、エッジシールを施していないスタティックミキサー１７ｂを用いて、流体を均質に混合することができる。これより、スタティックミキサー内の洗浄は、エレメントの抜き出しにより、容易に行うことができる。また、本実施例においては、従来の方法に比べ、エッジシールが不要にも関わらず、スタティックミキサーを２基削減することができるため、装置の全長及び混合時の圧力損失を減少させることもできる（図５（ｂ）及び表２参照）。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、動力型混合器を用いなければならないような大きな剪断力を必要とする系、例えば高粘性流体と低粘性流体とを混合する系において、動力型混合器を使用せずとも均質に混合された流体を得ることができる。動力装置を使用しないため、省エネルギー、防爆対応不要、メンテナンス低頻度及び低価格を実現することができる。
【００３０】
また、本発明においては、低粘性流体の静止型混合器通り抜け現象を防止することができるため、エレメントの溶接、複雑化、長距離化などの対応をとる必要がない。そのため、分解洗浄、インライン洗浄に関わらず、混合器内の洗浄を容易に行うことができる。さらには、混合時における圧力損失の低減にも好効果を及ぼす。
【００３１】
バルブを用いることにより、必要とする剪断力の大きさに応じて、バルブの開度を調節できるため、圧力損失を最小限に抑えることができる。また、混合装置の性能を向上させたい場合には、スタティックミキサー等の混合器を直列付加するまでもなく、バルブの開度を狭くすることにより性能向上させることができるため、手間をかけずに性能向上させることができ、また、省スペース化にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタティックミキサーのミキシングエレメント形状の一例を示す図である。
【図２】本発明のインライン静止型混合装置の構成を示す概略模式図である。
【図３】本発明のインライン静止型混合装置の構成を示す概略模式図である。
【図４】図２及び図３とは異なる形態のインライン静止型混合装置の構成を示す概略模式図である。
【図５】表１及び表２の混合条件における（ａ）従来及び（ｂ）本発明の静止型混合装置を示す概略フロー図である。
【図６】本発明の実施例において使用するスタティックミキサー１基に関する寸法構成図である。
【符号の説明】
２Ａ、２Ｂ、８Ａ、８Ｂ流体導入口
４、１０、１５ａ、１５ｂ弁体
６、１２エレメント
１３ａ、１３ｂ導入路
１４ａ、１４ｂ弁体の支持体
１６ａ、１６ｂ注入口
１７ａスタティックミキサー（エッジシール有）
１７ｂスタティックミキサー（エッジシール無）
３、９、１８バルブ

Claims

バルブと静止型混合器を有するインライン静止型混合装置において、
前記バルブは、混合する前の流体の流量に応じて、バルブ閉止時に弁座が接触する弁体着座面と弁座との間隔を所定の開度に調節可能であって、前記弁体着座面が前記弁座に対して任意の開度において略一様な距離を構成して形成される開口を有しており、
前記静止型混合器は、前記バルブの下流側において前記バルブに直列配置されていることを特徴とするインライン静止型混合装置。
前記バルブは、
円形の前記弁座に対し、前記弁座の中心軸に沿って可動するディスク状ないし柱状弁体の外周部に形成された前記弁体着座面を有しているか、または、
管軸に対して垂直に配置されてあって、線状ないし弧状に隆起した形状を有する前記弁座に対し、垂直方向に可動する可撓性の弁体上に形成された前記弁体着座面を有していることを特徴とする請求項１記載のインライン静止型混合装置。
前記弁体は、混合する前の一の流体を前記インライン静止型混合装置内に導入路を介して供給する注入口を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のインライン静止型混合装置。
前記静止型混合器は、ミキシングエレメントが管ハウジングに溶接されていないスタティックミキサーであって、前記スタティックミキサーが１個以上直列に配置された構成を有していることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のインライン静止型混合装置。
流体を混合する方法において、
混合する前の流体の流量に応じて、バルブ閉止時に弁座が接触する弁体着座面と弁座との間隔を所定の開度に調節してあって、前記弁体着座面が前記弁座に対して任意の開度において略一様な距離を構成して形成される開口を有しているバルブに、混合する前の流体を前記弁体着座面と前記弁座とで押し挟みながら通過させ、前記バルブの下流側において前記バルブに直列配置されている静止型混合器に前記バルブを通過した流体を通過させることを特徴とするインライン静止型の混合方法。
混合する前の一の流体を、導入路を介して弁体に形成された注入口からインライン静止型混合装置内に供給することを特徴とする請求項５記載のインライン静止型の混合方法。