JP5011192B2 - 撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学分野に限らず、薬品、食品、金属鉱業、素材産業全般における混合を目的とした撹拌処理用の撹拌装置に関し、高粘度の撹拌処理物の混合は言うまでもなく、粘度が著しく異なる撹拌処理物の混合にも有用である。尚、撹拌処理物の混合は、液体同士の混合に限らず、固体（あるいは粉体）と液体との混合、固体（あるいは粉体）同士の混合、通気をした状態での液体同士の混合などを含む。

高粘度の撹拌処理物の混合を目的とした撹拌処理用の撹拌装置としては、撹拌槽の上下方向の撹拌特性が良好であるヘリカルリボン翼（中でも特にダブルヘリカルリボン翼）が適していると言われている（特許文献１〜３）。

この種の撹拌装置は、ヘリカルリボン翼の上面にて吐出力を作用させる方向に回転駆動、即ち、ヘリカルリボン翼の送り方向が上向きとなるように回転駆動（以下、これを「掻き上げ回転」という）することにより、中心側で上方より撹拌処理物が吸い込まれて撹拌槽の底部に沿って中心側から外周側へと送られ、そして、撹拌槽の内壁に沿って上方に送られた後、撹拌処理物の表面近くで中心側に吸い込まれて下向きに下降し、再び吸い込まれるという一連の循環流を発生させて混合を行う。

一方、ヘリカルリボン翼の下面にて吐出力を作用させる方向に回転駆動、即ち、ヘリカルリボン翼の送り方向が下向きとなるように回転駆動（以下、これを「掻き下げ回転」という）すれば、中心側で下方より撹拌処理物が吸い込まれて撹拌処理物の表面近くで中心側から外周側へと送られ、そして、撹拌槽の内壁に沿って下方に送られた後、撹拌槽の底部に沿って中心側に吸い込まれて上向きに上昇し、再び吸い込まれるという一連の循環流を発生させて混合を行うこともできる。

但し、ヘリカルリボン翼だけでは、翼よりも中心側に撹拌処理物の流動が生じない不動点が発生し、全体としての混合が十分に行われないことがあるとして、撹拌槽の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアームを介して撹拌軸に取り付けられる複数の撹拌翼と、該撹拌翼と干渉しない位置にて撹拌槽の内壁から延出するそれぞれサポートアームに取り付けられ、撹拌翼よりも中心側に配設される複数のバッフルとを備える撹拌装置が提案されている（特許文献４）。

特許第２６４９１３１号公報 特開２０００−３１７２９２号公報 特開平８−２６６８８１号公報 特公平５−５９７８２号公報

ところで、上記特許文献４に記載の撹拌装置は、撹拌槽の径方向における撹拌翼の幅が撹拌槽の内径（直径）の５〜１０％の範囲内に設定されている。即ち、特許文献４に記載の撹拌装置は、撹拌槽の断面で見れば、撹拌翼が回転して通過する撹拌槽の外周領域、即ち、撹拌翼による上向き（掻き上げ回転の場合）又は下向き（掻き下げ回転の場合）の吐出力が直接的に作用する撹拌槽の外周領域が約１９〜３６％と狭く、撹拌翼が通過しない撹拌槽の中心領域、即ち、撹拌翼による吐出力が直接的に作用しない撹拌槽の中心領域が約６４〜８１％と広くなっている。そのため、特許文献４に記載の撹拌装置は、撹拌槽の中心側において、流動（掻き上げ回転であれば、下向きの流動（下降流）、掻き下げ回転であれば、上向きの流動（上昇流））が十分に発生しにくい。この事実は、中粘度（10〜200poise）の撹拌処理物を対象とする特許文献４に記載の撹拌装置にとっては問題とならないが、高粘度（200〜poise）の撹拌処理物を混合する場合は、撹拌槽内の全体に亘って十分に上下方向の循環流が発生しないという結果を生み、全体としての混合特性が良好とならないという問題が残る。

そこで、本発明は、撹拌槽内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができ、その結果、高粘度の撹拌処理物であっても全体としての混合特性が良好となる撹拌装置を提供することを課題とする。

本発明に係る撹拌装置は、円筒形の撹拌槽１と、該撹拌槽１の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸２と、撹拌槽１の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム６を介して撹拌軸２に取り付けられる複数の撹拌翼７，…と、該撹拌翼７，…と干渉しない位置にて撹拌槽１の内壁から延出するそれぞれサポートアーム８に取り付けられ、撹拌翼７，…よりも中心側に配設される複数のバッフル９，…とを備える撹拌装置において、撹拌槽１の底部に沿って配設され、撹拌軸２に取り付けられる平板状のボトムパドル翼１１をさらに備え、ボトムパドル翼１１は、回転時に、最下段のバッフル９及び当該バッフル９を取り付けるサポートアーム８並びに撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を通過する延在部１１ｂを、径外方の上方に備え、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅Ｗ₁ が撹拌槽１の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁ 及び撹拌槽１の径方向における撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスＣ₂ のそれぞれが撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定されることを特徴とする。
また、本発明に係る撹拌装置は、円筒形の撹拌槽１と、該撹拌槽１の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸２と、撹拌槽１の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム６を介して撹拌軸２に取り付けられる複数の撹拌翼７，…と、該撹拌翼７，…と干渉しない位置にて撹拌槽１の内壁から延出するそれぞれサポートアーム８に取り付けられ、撹拌翼７，…よりも中心側に配設される複数のバッフル９，…とを備える撹拌装置において、撹拌槽１の底部に沿ってヘリカル状に配設され、撹拌軸２に取り付けられるボトムリボン翼１４をさらに備え、ボトムリボン翼１４は、回転時に、上部が最下段のバッフル９及び当該バッフル９を取り付けるサポートアーム８並びに撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を通過するように、配設され、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅Ｗ ₁ が撹拌槽１の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ ₁ 及び撹拌槽１の径方向における撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスＣ ₂ のそれぞれが撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定されることを特徴とする。

本発明に係る撹拌装置によると、撹拌槽１の断面で見れば、撹拌翼７，…が回転して通過する撹拌槽１の外周領域、即ち、撹拌翼７，…による上向き（掻き上げ回転の場合）又は下向き（掻き下げ回転の場合）の吐出力が直接的に作用する撹拌槽１の外周領域が約３６〜６４％と従来に比べて広くなり、一方、撹拌翼７，…が通過しない撹拌槽１の中心領域、即ち、撹拌翼７，…による吐出力が直接的に作用しない撹拌槽１の中心領域が約３６〜６４％と従来に比べて狭くなり、しかも、両者の差も小さくなるか無くなる。そのため、撹拌槽１の中心側において、流動（掻き上げ回転であれば、下向きの流動（下降流）、掻き下げ回転であれば、上向きの流動（上昇流））が十分に発生し、その結果、撹拌槽１内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができる。

また、粘度が異なる二種以上の撹拌処理物を混合（より詳しくは、高粘度の撹拌処理物中に低粘度の撹拌処理物を投入して両者を混合）する場合、掻き上げ回転であれば、撹拌処理物の表面の中心側が流動の生じにくい不動点となり、低粘度の撹拌処理物が高粘度の撹拌処理物とうまく混合せずに撹拌処理物の表面の中心側に溜まる（いわゆる「溜まり」）現象が起きて混合不良が発生するという問題が生じ得るが、本発明に係る撹拌装置によると、掻き上げ回転において、回転撹拌翼７，…による上向きの吐出力が従来に比べて大きくなり、その結果、撹拌処理物の表面における外周側から中心側への流動が大きくなるため、「溜まり」を解消することができる。

さらに、粘度が異なる二種以上の撹拌処理物を混合（より詳しくは、高粘度の撹拌処理物中に低粘度の撹拌処理物を投入して両者を混合）する場合、掻き下げ回転であれば、低粘度の撹拌処理物が高粘度の撹拌処理物とうまく混合せずに撹拌槽の内壁に沿って分布し、それに囲まれた高粘度の撹拌処理物が塊状のまま撹拌翼の回転に伴って回転する（いわゆる「スリップ」）現象が起きて混合不良が発生するという問題が生じ得るが、本発明に係る撹拌装置によると、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁が撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定され、両者の隙間が小さくなっており、その結果、掻き下げ回転において、撹拌翼７，…による吐出力が撹拌槽１の内壁に好適に作用するため、「スリップ」を解消することができる。

但し、撹拌翼７の幅Ｗ₁が撹拌槽１の内径（直径）の２０％を越えると、撹拌翼７，…が回転して通過する撹拌槽１の外周領域の占める割合が大きくなり過ぎるため、上下方向の流動バランスが崩れ、均一混合が阻害されて好ましくない。

ここで、本発明に係る撹拌装置は、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅Ｗ₁、撹拌槽１の径方向におけるバッフル９の幅Ｗ₂、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスＣ₂、の四つの和が撹拌槽１の内径（直径）の１５〜３０％の範囲内に設定されるのが好ましい。

かかる構成によると、上下方向の流動バランスを適正にすることができる。

本発明に係る撹拌装置においては、ボトムパドル翼１１は、回転時に、最下段のバッフル９が通過するのを許容する凹部１１ａを、上方に備えてもよい。また、本発明に係る撹拌装置においては、ボトムリボン翼１４は、幅方向における外側が下となり且つ下端に向かって漸次ひねり角度が大きくなるように形成されてもよい。さらに、本発明に係る撹拌装置においては、ボトムリボン翼１４は、撹拌槽１の内壁から撹拌槽１の底部中心側に延びるように配設されてもよい。加えて、本発明に係る撹拌装置においては、ボトムリボン翼１４は、上部及び下部がそれぞれサポートアーム１０，１５を介して撹拌軸２に取り付けられてもよい。

これらの構成によると、掻き上げ回転、掻き下げ回転を問わず、ボトムパドル翼１１やボトムリボン翼１４が撹拌槽１の底部に停滞沈着する撹拌処理物を強制的に上方に押し上げることで、高粘度の撹拌処理物や粘度が異なる二種以上の撹拌処理物の混合特性がさらに良好となる。

また、本発明に係る撹拌装置は、撹拌翼７又はバッフル９の上端が撹拌槽１に装填される撹拌処理物の表面から突出するように配設されると共に、当該撹拌翼７又はバッフル９が撹拌処理物の表面に対して傾斜して配設されてもよい。即ち、撹拌翼７又はバッフル９が撹拌処理物の表面にかかるような構成を採用することができる。

かかる構成によると、撹拌槽１に装填される撹拌処理物の表層に対して、撹拌翼７とバッフル９の何れかが表面から突出することにより、撹拌処理物の表層におけるせん断力が有効に作用するため、高粘度の撹拌処理物中に低粘度の撹拌処理物を投入する操作において、低粘度の撹拌処理物が好適に分散され、その結果、掻き上げ回転であれば、「溜まり」がより効果的に解消され、掻き下げ回転であれば、「スリップ」がより効果的に解消されることとなり、掻き上げ回転、掻き下げ回転を問わず、より良好な異粘度混合を実現することが可能となる。

また、本発明に係る撹拌装置においては、最下段の撹拌翼７は、回転時に、下部が最下段のバッフル９及び当該バッフル９を取り付けるサポートアーム８並びに撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を通過するように、配設されてもよい。

また、本発明に係る撹拌装置は、バッフル９が、撹拌翼７の傾斜角度αに対して−１０〜９０度の角度範囲、より好ましくは、撹拌翼７の傾斜角度αに対して−１０〜１５度の角度範囲となるよう配設される構成を採用することができる。かかる構成によると、バッフル効果が好適に作用し、掻き上げ回転であれば、「溜まり」の解消効果をより高めることができ、掻き下げ回転であれば、「スリップ」の解消効果をより高めることができる。

次に、本発明に係る撹拌方法は、上記何れかの撹拌装置を用いて沸騰重合を行う際に、その単位体積あたりの撹拌動力を０．２〜５．０ｋＷ／ｍ³、好ましくは０．３〜３．０ｋＷ／ｍ³として撹拌することを特徴とするものであったり、上記何れかの撹拌装置を用いて、高粘度の撹拌処理物中にその粘度差が１万倍を超える低粘度の撹拌処理物を投入して分散混合をする際に、その単位体積あたりの撹拌動力を０．２〜５．０ｋＷ／ｍ³、好ましくは０．３〜３．０ｋＷ／ｍ³として撹拌することを特徴とするものである。

本発明に係る撹拌方法によると、動力範囲を上記範囲に設定することによって、効率的に撹拌することができるばかりでなく、混合効果に対するエネルギロスを抑えることができる。

また、本発明に係る撹拌方法は、撹拌処理物が２００〜１００００poiseの粘度のものを採用することができる。

以上、本発明に係る撹拌装置によると、撹拌槽内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができ、その結果、高粘度の撹拌処理物であっても全体としての混合特性が良好となるばかりでなく、粘度が異なる二種以上の撹拌処理物を混合する場合においては、低粘度の撹拌処理物の「溜まり」や撹拌処理物間の「スリップ」を効果的に抑制することができ、その結果、混合不良が発生するのを防止できて全体としての混合特性が良好となる。従って、本発明に係る撹拌装置であれば、撹拌処理物が200poiseを超える粘度での沸騰重合、又は、高粘度の撹拌処理物中に低粘度の撹拌処理物を投入する操作における１万倍を超える粘度差での均一な分散混合が可能となる。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態に係る撹拌装置について図１〜図４を参酌しつつ説明する。

本実施形態に係る撹拌装置は、図１に示す如く、撹拌槽１と、該撹拌槽１の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸２と、撹拌槽１の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム６を介して撹拌軸２に取り付けられる複数の撹拌翼７，…と、該撹拌翼７，…と干渉しない位置に配設されるそれぞれサポートアーム８を介して撹拌槽１の内壁に取り付けられ、撹拌翼７，…よりも中心側に配設される複数のバッフル（インナーバッフル）９，…と、撹拌槽１の底部に沿って配設され、それぞれサポートアーム１０を介して撹拌軸２に取り付けられる一対のボトムパドル翼１１，１１とを備える。

撹拌槽１は、円筒形撹拌槽で、円筒状の直胴部と、該直胴部の下端に取り付けられる断面形状が半楕円形の底部と、直胴部の上端に取り付けられる頂部とからなり、軸芯が垂直となるように保持される。駆動装置を撹拌槽１の底部の下方に配設する場合は、撹拌軸２は、撹拌槽１の頂部に設けられる軸受３を介して上端が支持され、撹拌槽１の底部の下方に配設される駆動装置にカップリングを介して下端が接続される。また、駆動装置は撹拌槽１の頂部の上方にカップリングを介して配設することもできる。その場合は、軸受３は撹拌槽１の底部に設け、撹拌軸２の下端が支持される。

撹拌翼７は、撹拌槽１の直胴部の中間に一対配設され（上段における一対の撹拌翼７Ａ₁，７Ｂ₁）、該上段における撹拌翼７とボトムパドル翼１１との間に一対配設される（下段における一対の撹拌翼７Ａ₂，７Ｂ₂）。より具体的には、各段において、一対のサポートアーム６，６が相反する方向に延出して一対の撹拌翼７，７が１８０度の位相差となると共に、上段における一対の撹拌翼７，７と下段における一対の撹拌翼７，７とが９０度の位相差となって、各撹拌翼７が配設される。撹拌翼７は、円弧帯状の平板である、いわゆるパドル翼である。

また、撹拌翼７は、図２にも示す如く、回転方向に対して傾斜してサポートアーム６に支持される。より具体的には、撹拌翼７は、回転方向一方側（図２においては、反時計回り側）が下となるよう傾斜し、回転方向に対する傾斜角度αは３０度である。従って、上段における撹拌翼７Ａ₁と、該撹拌翼７Ａ₁よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行する下段における撹拌翼７Ａ₂とが撹拌槽１の内壁に沿った断続的なヘリカルを構成し（第１のヘリカル）、上段における撹拌翼７Ｂ₁と、該撹拌翼７Ｂ₁よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行する下段における撹拌翼７Ｂ₂とが撹拌槽１の内壁に沿って断続的なヘリカルを構成し（第２のヘリカル）、二つのヘリカルラインが１８０度の位相差となる、いわゆるダブルヘリカルリボン翼に類似した形態となる。

そして、撹拌翼７及びサポートアーム６の先端部には、締結手段としてのボルト（図示しない）を挿通するための貫通孔（図示しない）が設けられ、撹拌翼７は、ボルト・ナットの締結によりサポートアーム６の先端部に取り付けられる。しかも、貫通孔は、ボルトのネジ部よりも大径となっており、サポートアーム６に対する撹拌翼７の取り付け位置を可変にして撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスを調整可能としている。

バッフル９は、撹拌翼７との相互作用により撹拌処理物に対してせん断力を生じさせて、混合を促進させるためのもので、撹拌翼７と逆向きに傾斜するよう配設され、上段における撹拌翼７の上位、上段における撹拌翼７と下段における撹拌翼７との間、そして、下段における撹拌翼７の下位（即ち、下段における撹拌翼７とボトムパドル翼１１との間）、に三段配設される（上位から下位にかけて三つのバッフル９Ａ₁，９Ａ₂，９Ａ₃）。バッフル９は、パイプバッフルからなり、上段、中段のバッフル９が同じ長さで、これより下段のバッフル９が（下端部が下方に突き出るようにして）長く形成される。

バッフル９が上記のように設けられるので、バッフル９を取り付けるサポートアーム８は、上段における撹拌翼７（を取り付けるサポートアーム６）の上位、上段における撹拌翼７（を取り付けるサポートアーム６）と下段における撹拌翼７（を取り付けるサポートアーム６）との間、そして、下段における撹拌翼７（を取り付けるサポートアーム６）の下位（即ち、下段における撹拌翼７（を取り付けるサポートアーム６）とボトムパドル翼１１（を取り付けるサポートアーム１０）との間）、の三箇所位置にて撹拌槽１の内壁に取り付けられる。

従って、上段における撹拌翼７は、上半分が上段のバッフル９、該バッフル９を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過し、下半分が中段のバッフル９、該バッフル９を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過し、一方、下段における撹拌翼７は、上半分が中段のバッフル９、該バッフル９を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過し、下半分が下段のバッフル９、該バッフル９を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過することとなる。

そして、バッフル９及びサポートアーム８の先端部には、締結手段としてのボルト（図示しない）を挿通するための貫通孔（図示しない）が設けられ、バッフル９は、ボルト・ナットの締結によりサポートアーム８の先端部に取り付けられる。しかも、貫通孔は、ボルトのネジ部よりも大径となっており、サポートアーム８に対するバッフル９の取り付け位置を可変にして撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスを調整可能としている。

図１に戻り、ボトムパドル翼１１は、撹拌槽１の底部に一対配設される（一対の撹拌翼１１Ａ，１１Ｂ）。より具体的には、撹拌軸２の下端部において、一対のサポートアーム１０，１０が相反する方向に延出し、一対の撹拌翼１１Ａ，１１Ｂが１８０度の位相差で取り付けられる。また、一対のボトムパドル翼１１，１１を取り付ける一対のサポートアーム１０，１０は、下段における一対の撹拌翼７，７を取り付ける一対のサポートアーム６，６と９０度の位相差で撹拌軸２に取り付けられるため、下段における一対の撹拌翼７，７と一対のボトムパドル翼１１，１１とは９０度の位相差となる。

また、ボトムパドル翼１１は、図３にも示す如く、回転方向に対して傾斜してサポートアーム１０に支持される。より具体的には、ボトムパドル翼１１は、回転方向一方側（図３においては、反時計回り側）が下となるよう傾斜し、回転方向に対する傾斜角度βは４５度である。従って、撹拌軸２の下端部から１８０度の位相差で延出する一対のサポートアーム１０，１０に対し、一対のボトムパドル翼１１，１１は、９０度の交差角度で取り付けられる。

しかも、ボトムパドル翼１１は、上記の如くであるので、上段における撹拌翼７Ａ₁と下段における撹拌翼７Ａ₂とは、該撹拌翼７Ａ₂よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行するボトムパドル翼１１Ａを含めて上記第１のヘリカルを構成し、一方、上段における撹拌翼７Ｂ₁と下段における撹拌翼７Ｂ₂とは、該撹拌翼７Ｂ₂よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行するボトムパドル翼１１Ｂを含めて上記第２のヘリカルを構成し、撹拌槽１の直胴部から底部にかけて、二つのヘリカルラインが１８０度の位相差となる、いわゆるダブルヘリカルリボン翼に類似した形態となる。

さらに、ボトムパドル翼１１は、下端縁が撹拌槽１の底部の断面形状に沿った平板である、いわゆるパドル翼であり、回転時に下段のバッフル９の下端部が通過するのを許容する凹部１１ａを上方に備え、下段のバッフル９、該バッフル９を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過する延在部１１ｂを径外方に備え、回転時に撹拌槽１の底部から内部に突出する温度センサ（図示しない）が通過するのを許容する切り欠き１１ｃを下方に備える。

そして、ボトムパドル翼１１は、三つの平板を組み合わせたもので、図４に示す如く、サポートアーム１０に取り付けられる第１部材１１Ｘと、該第１部材１１Ｘの径外端部に取り付けられ、上記延在部１１ｂを構成する第２部材Ｙと、第１部材１１Ｘの下端縁に取り付けられる第３部材Ｚからなり、上記凹部１１ａは、第１部材１１Ｘと第２部材１１Ｙとの間に形成され、上記切り欠き１１ｃは、第３部材１１Ｚに形成される。

以上、本実施形態に係る撹拌装置は、円筒形の撹拌槽１と、該撹拌槽１の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸２と、撹拌槽１の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム６を介して撹拌軸２に取り付けられる複数の撹拌翼７，…と、該撹拌翼７，…と干渉しない位置にて撹拌槽１の内壁から延出するそれぞれサポートアーム８に取り付けられ、撹拌翼７，…よりも中心側に配設される複数のバッフル９，…とを備える撹拌装置において、撹拌処理物が200poiseを超える粘度での沸騰重合、又は、高粘度の撹拌処理物中に低粘度の撹拌処理物を投入する操作における１万倍を超える粘度差での均一な分散混合を可能とすべく、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅Ｗ₁が撹拌槽１の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁及び撹拌槽１の径方向における撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスＣ₂のそれぞれが撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定される構成である。

そのため、本実施形態に係る撹拌装置は、撹拌槽１の断面で見れば、撹拌翼７，…が回転して通過する撹拌槽１の外周領域、即ち、撹拌翼７，…による吐出力が直接的に作用する撹拌槽１の外周領域が約５１％と大きく、且つ、撹拌翼７，…が通過しない撹拌槽１の中心領域、即ち、撹拌翼７，…による吐出力が直接的に作用しない撹拌槽１の中心領域（約４９％）とほぼ等しくなっており、これに伴い、撹拌槽１の中心側において、上向き又は下向きの流動（上昇流又は下降流）が十分且つ広範囲に亘って発生し、その結果、撹拌槽１内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、掻き上げ回転で、回転撹拌翼７，…による上向きの吐出力が大きく、その結果、撹拌処理物の表面における外周側から中心側への流動が大きくなるため、「溜まり」を解消することができ、しかも、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁が撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定されており、その結果、掻き下げ回転で、撹拌翼７，…による吐出力が撹拌槽１の内壁に好適に作用するため、「スリップ」を解消することができる。

従って、本実施形態に係る撹拌装置によると、撹拌槽１内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができ、その結果、高粘度の撹拌処理物であっても全体としての混合特性が良好となるばかりでなく、粘度が異なる二種以上の撹拌処理物を混合する場合においては、低粘度の撹拌処理物の「溜まり」や撹拌処理物間の「スリップ」を効果的に抑制することができ、その結果、混合不良が発生するのを防止できて全体としての混合特性が良好となる。

具体的には、特許文献４に記載の撹拌装置によると、撹拌処理物の粘度は200poiseが限度であったが、本実施形態に係る撹拌装置によると、10000poiseまでの高粘度混合が可能となる。そこで、例えば200poiseの粘度での沸騰重合が可能となる。また、特許文献４に記載の撹拌装置によると、粘度差は２０万倍（例えば、20,000cp 対 0.1cp ）が限度であったが、本実施形態に係る撹拌装置によると、１５０万倍（例えば、150,000cp 対 0.1cp）までの異粘度混合が対応可能となる。そこで、高粘度の液中に低粘度の液を投入する操作における例えば２０万倍を超える粘度差での均一な分散混合が可能となる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、撹拌槽１の底部に沿って配設され、撹拌翼７，…と同じく回転方向に対して傾斜させて撹拌軸２に取り付けられるボトムパドル翼１１をさらに備える。そして、ボトムパドル翼１１は、回転時に最下位のバッフル９Ａ₃の下端部を通過させるための凹部１１ａを上方に備え、最下位のバッフル９Ａ₃、該バッフル９Ａ₃を取り付けるサポートアーム８及び撹拌槽１の内壁で囲まれる領域を回転時に通過する延在部１１ｂを径外方に備え、撹拌翼７，…のヘリカルラインの延長線上又はその近傍に配設され、且つ該ヘリカルラインの延長線に沿って傾斜する。しかも、ボトムパドル翼１１の回転方向に対する傾斜角度βは、撹拌翼７の回転方向に対する傾斜角度αよりも大きくなるように設定される。これらの構成により、掻き上げ回転、掻き下げ回転を問わず、ボトムパドル翼１１，１１が撹拌槽１の底部に停滞沈着する撹拌処理物を強制的に上方に押し上げることで、高粘度の撹拌処理物や粘度が異なる二種以上の撹拌処理物の混合特性がさらに良好となる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、少なくとも最上位のバッフル９Ａ₁は、撹拌槽１に装填される撹拌処理物の液面Ｒにかかるよう、最上位の撹拌翼７Ａ₁，７Ｂ₁よりも上位に配設されるため、掻き下げ回転の場合、「スリップ」が解消され、掻き上げ回転の場合、「溜まり」が解消され、いずれを問わず、さらに良好な異粘度混合を実現する点で好ましい。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁を調整可能とすべく、サポートアーム６に対する撹拌翼７の取り付け位置が可変とされる。クリアランスＣ₁が広いと、動力不足、流動停滞、伝熱低下を引き起こし、一方、クリアランスＣ₁が狭いと、オーバーロードを引き起こすおそれがあるが、かかる構成によると、クリアランスＣ₁を適正な状態に調整することができる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランスＣ₂を調整可能とすべく、サポートアーム８に対するバッフル９の取り付け位置が可変とされる。この点によるメリットは、撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁を調整可能とする上記構成と同様である。

尚、本実施形態に係る撹拌装置は、次の実施形態においても同様であるが、沸騰重合を行う場合は、撹拌処理物の送り方向が上向きとなる掻き上げ回転で行うことが好ましい。これは、撹拌軸２の周辺で発生した気泡を撹拌槽１内に留めることがないばかりでなく、発生した気泡を撹拌のせん断力により細かくすることができ、その結果、撹拌処理物の突沸を防止できるからである。ここで、沸騰重合とは、撹拌処理物を沸騰させつつ重合させる方法である。撹拌処理物は沸騰させることで重合熱を除去することができ、重合を安定して行うことができる。さらに、沸騰重合を行う場合には、撹拌槽１の直径と高さの比、即ち、図１（及び図５）を参照して、撹拌槽１の内径（直径）Ｄに対する液面高さＨの比を０．６〜１．５とすると効率的である。沸騰重合で重合させることができる撹拌処理物としては、特に限定するものではないが、スチレン、アクリルエステル、メタクリルエステルなどの単量体や、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴムなどのゴム、及びこれらの共重合体などが挙げられる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、これも同じく次の実施形態においても同様であるが、その撹拌動力を０．２〜５．０ｋＷ／ｍ³とすることが好ましい。この範囲に設定することによって、効率的に撹拌することができるばかりでなく、混合効果に対するエネルギロスを抑えることができる。逆に、０．２を下回ると、十分に発達した上下方向の循環流が得られず、所望の性能が得られないという問題があり、一方、５．０を上回ると、入力エネルギ増加に見合うだけの混合性能の改善は見られず、経済的に好ましくなく、しかも、動力が増加された分だけ撹拌による発熱が起こり、熱収支が成立しづらくなるため、機器として成立が難しくなるという問題がある。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の他実施形態に係る撹拌装置について図５〜図８を参酌しつつ説明する。尚、本実施形態に係る撹拌装置と第一実施形態に係る撹拌装置とが異なる点は、ボトム翼の種類であり、それ以外については基本的は同じであるため、同じ構成については同じ符号を採番し、且つその説明を割愛する。

本実施形態に係る撹拌装置のボトム翼は、撹拌槽１の底部に対応するボトムリボン翼１４であり、撹拌軸２の下端部から突設されるサポートアーム１５にボトムリボン翼１４の先端（下端）上面が取り付けられる。ボトムリボン翼１４は、ヘリカル面を形成し、撹拌槽１の底部中心側に延びるようにして設けられるヘリカルリボン翼である。言い換えれば、ボトムリボン翼１４は、撹拌槽１の直胴部と底部との境界位置に位置する最下位のサポートアーム１０の先端部から始まり、底部中心近傍に至る区間に配設される。

また、ボトムリボン翼１４は、先端に向かって漸次径内方向に変位し且つ先端に向かって漸次幅狭となる平板状のリボン１４’（図８（イ）を参照）に対し、幅方向における外側が下となり且つ先端に向かって漸次ひねり角度が大きくなるようにしてひねりを加えた形状（図８（ロ）を参照）からなる。因みに、ボトムリボン翼１４の先端（下端）におけるひねり角度（最終的なひねり角度）は４５度に設定される。

サポートアーム１５は、最下位のサポートアーム１０と同じ高さ位置であって、９０度の位相差で配設される。しかも、サポートアーム１５は、２条のボトムリボン翼１４，１４（一対のボトムリボン翼１４Ａ，１４Ｂ）の各先端を支持すべく、一対設けられる。即ち、一対のサポートアーム１５は、撹拌軸２から相反する方向に延出して１８０度の位相差で且つ最下位における一対のサポートアーム１０，１０と９０度の位相差で配設され、２条のボトムリボン翼１４，１４が互いに１８０度の位相差となるように支持する。

しかも、ボトムリボン翼１４は、上記の如くであるので、上段における撹拌翼７Ａ₁と下段における撹拌翼７Ａ₂とは、該撹拌翼７Ａ₂よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行するボトムリボン翼１４Ａを含めて上記第１のヘリカルを構成し、一方、上段における撹拌翼７Ｂ₁と下段における撹拌翼７Ｂ₂とは、該撹拌翼７Ｂ₂よりも（９０度の位相差で）回転方向に先行するボトムリボン翼１４Ｂを含めて上記第２のヘリカルを構成し、撹拌槽１の直胴部から底部にかけて、二つのヘリカルラインが１８０度の位相差となる、いわゆるダブルヘリカルリボン翼に類似した形態となる。

また、各サポートアーム１５は、斜め径外方向に垂下される垂下部を有し、該垂下部の先端が回転方向に対して４５度にカットされることで、ボトムリボン翼１４の先端上面に当接可能な端面を有することとなり、この当接状態でボトムリボン翼１４がサポートアーム１５に支持される。尚、本実施形態においては、サポートアーム１５は、直管を所定箇所にて屈曲することにより垂下部が形成されるが、この曲げ量は、リボン１４’にひねりを加えることによって先端位置が下がったボトムリボン翼１４のその高低差に対応して設定される。

以上、本実施形態に係る撹拌装置は、第一実施形態に係る撹拌装置と同様、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅Ｗ₁が撹拌槽１の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランスＣ₁が撹拌槽１の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定される構成であるため、撹拌槽１内の全体に亘って十分に上下方向の循環流を発生させることができ、その結果、高粘度の撹拌処理物であっても全体としての混合特性が良好となるばかりでなく、粘度が異なる二種以上の撹拌処理物を混合する場合においては、低粘度の撹拌処理物の「溜まり」や撹拌処理物間の「スリップ」を効果的に抑制することができ、その結果、混合不良が発生するのを防止できて全体としての混合特性が良好となる。

また、本実施形態に係る撹拌装置は、撹拌槽１の底部に沿って配設され、撹拌翼７，…と同じく回転方向に対して傾斜させて撹拌軸２に取り付けられるボトムリボン翼１４をさらに備える。そして、ボトムリボン翼１４は、先端に向かって漸次径内方向に変位し且つ先端に向かって漸次幅狭となる平板状のリボン１４’に対し、幅方向における外側が下となり且つ先端に向かって漸次ひねり角度が大きくなるようにしてひねりを加えた形状からなる。また、撹拌軸２の下端部からサポートアーム５が延出され、ボトムリボン翼１４の先端上面にサポートアーム５が取り付けられる。これらの構成により、掻き上げ回転、掻き下げ回転を問わず、ボトムリボン翼１４，１４が撹拌槽１の底部に停滞沈着する撹拌処理物を強制的に上方に押し上げることで、高粘度の撹拌処理物や粘度が異なる二種以上の撹拌処理物の混合特性がさらに良好となる。

尚、本発明に係る撹拌装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、撹拌翼７が二段で配設され、バッフル９が三段で配設されるが、これに限定されず、本発明がこれよりも多くのものを含み得るのは言うまでもない。また、段になっていることも必須ではなく、従って、二条の断続的なヘリカルである場合、一のヘリカルにおける撹拌翼７と他のヘリカルにおける撹拌翼７とが軸長方向に位置がずれていても構わない。

また、上記実施形態においては、撹拌翼７がひねりの無い平板で構成されるが、例えば、特許文献４に係る撹拌装置のように撹拌翼がヘリカルラインに沿ってひねられた曲面板で構成されるものであってもよい。本発明に係る「ヘリカル状」とは、「平板」、「曲面板」の何れをも含む趣旨である。但し、平板の方が加工・作製が簡単となる分、コストを低減することができる。

また、上記実施形態においては、撹拌翼７の傾斜角度αが３０度とされているが、これには限定されず、適宜の角度範囲から選択可能である。

また、上記実施形態においては、最上位のバッフル９Ａ₁が撹拌槽１に装填される撹拌処理物の液面Ｒにかかるよう、液量が調整されるが、最上位の撹拌翼７Ａ₁，７Ｂ₁及び最上位のバッフル９Ａ₁のかみ合い領域が撹拌槽１に装填される撹拌処理物の液面Ｒにかかるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、複数のバッフル９，…が縦に並んで配設され、回転方向で見れば、一箇所にのみ配設されるが、回転方向に所定間隔を有して（例えば、１８０度の位相差となる対向位置や１２０度の位相差となる三等分位置）複数を配設するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、撹拌軸２を槽外から回転駆動するための駆動装置を撹拌槽１の底部側に設けているが、撹拌槽１の頂部側に設けてもよい。

また、上記実施形態においては、撹拌槽１の底部が断面形状が半楕円形のものを採用するが、皿形や、鈍角の頂角を有する円錐形の底部であってもよい。

また、上記実施形態においては、撹拌槽１の底部に、ボトムパドル翼１１やボトムリボン翼１４を配置するようにしたが、これには限定されず、他の形態の翼を配置するようにしてもよいし、あるいは、これら翼を撹拌槽１の底部に配置しなくてもよい。

また、上記実施形態においては、バッフル９を取り付けるサポートアーム８が撹拌槽１の内壁に取り付けられることにより、バッフル９の取り付け角度は固定であったが、図９に示す如く、サポートアーム８の取り付け角度を変更することにより、バッフル９は、撹拌翼７の傾斜角度αと平行な場合を０度として、−１０度〜垂直方向（即ち、９０度）の範囲内、より好ましくは、−１０〜１５度の範囲内で変更することが可能である。

第一実施形態に係る撹拌装置の縦断面図を示す。 （イ）は、図１のＡ−Ａ線断面図、（ロ）は、（イ）のＣ矢視図を示す。 （イ）は、図１のＢ−Ｂ線断面図、（ロ）は、（イ）のＤ矢視図を示す。 同撹拌装置に用いられるボトムパドル翼の分解図を示す。 第二実施形態に係る撹拌装置の縦断面図を示す。 図５のＥ−Ｅ線断面図を示す。 同撹拌装置の要部縦断面図であって、図５のＦ矢視図を示す。 同撹拌装置に用いられるヘリカルパドル翼の下部形状であって、（イ）は、ひねりを加える前の状態図、（ロ）は、ひねりを加えた後の状態図、を示す。 撹拌翼に対してバッフルがどのような角度範囲で配設されるかの状態図を示す。

符号の説明

１…撹拌槽、２…撹拌軸、３…軸受、６…サポートアーム、７（７Ａ₁，７Ａ₂，７Ｂ₁，７Ｂ₂）…撹拌翼、８…サポートアーム、９…バッフル(９Ａ₁，９Ａ₂，９Ａ₃)、１０…サポートアーム、１１(１１Ａ,１１Ｂ)…ボトムパドル翼、１１ａ…凹部、１１ｂ…延在部、１４（１４Ａ，１４Ｂ）…ボトムリボン翼、１５…サポートアーム、Ｄ…撹拌槽の内径（直径）、Ｈ…液面高さ、Ｒ…液面、Ｗ₁…撹拌槽１の径方向における撹拌翼７の幅、Ｗ₂…撹拌槽１の径方向におけるバッフル９の幅、Ｃ₁…撹拌槽１の径方向における撹拌翼７と撹拌槽１の内壁との間のクリアランス、Ｃ₂…撹拌槽１の径方向における撹拌翼７とバッフル９との間のクリアランス

Claims (10)

1. 円筒形の撹拌槽（１）と、該撹拌槽（１）の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸（２）と、撹拌槽（１）の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム（６）を介して撹拌軸（２）に取り付けられる複数の撹拌翼（７，…）と、該撹拌翼（７，…）と干渉しない位置にて撹拌槽（１）の内壁から延出するそれぞれサポートアーム（８）に取り付けられ、撹拌翼（７，…）よりも中心側に配設される複数のバッフル（９，…）とを備える撹拌装置において、
   撹拌槽（１）の底部に沿って配設され、撹拌軸（２）に取り付けられる平板状のボトムパドル翼（１１）をさらに備え、
   ボトムパドル翼（１１）は、回転時に、最下段のバッフル（９）及び当該バッフル（９）を取り付けるサポートアーム（８）並びに撹拌槽（１）の内壁で囲まれる領域を通過する延在部（１１ｂ）を、径外方の上方に備え、
   撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）の幅（Ｗ₁ ）が撹拌槽（１）の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）と撹拌槽（１）の内壁との間のクリアランス（Ｃ₁ ）及び撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）とバッフル（９）との間のクリアランス（Ｃ₂ ）のそれぞれが撹拌槽（１）の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定されることを特徴とする撹拌装置。
2. 円筒形の撹拌槽（１）と、該撹拌槽（１）の中心部に配設されて槽外から回転可能な撹拌軸（２）と、撹拌槽（１）の内壁に沿って断続的なヘリカル状に配設され、それぞれサポートアーム（６）を介して撹拌軸（２）に取り付けられる複数の撹拌翼（７，…）と、該撹拌翼（７，…）と干渉しない位置にて撹拌槽（１）の内壁から延出するそれぞれサポートアーム（８）に取り付けられ、撹拌翼（７，…）よりも中心側に配設される複数のバッフル（９，…）とを備える撹拌装置において、
   撹拌槽（１）の底部に沿ってヘリカル状に配設され、撹拌軸（２）に取り付けられるボトムリボン翼（１４）をさらに備え、
   ボトムリボン翼（１４）は、回転時に、上部が最下段のバッフル（９）及び当該バッフル（９）を取り付けるサポートアーム（８）並びに撹拌槽（１）の内壁で囲まれる領域を通過するように、配設され、
   撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）の幅（Ｗ ₁ ）が撹拌槽（１）の内径（直径）の１０〜２０％の範囲内に設定され、撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）と撹拌槽（１）の内壁との間のクリアランス（Ｃ ₁ ）及び撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）とバッフル（９）との間のクリアランス（Ｃ ₂ ）のそれぞれが撹拌槽（１）の内径（直径）の３％以下の範囲内に設定されることを特徴とする撹拌装置。
3. 撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）の幅（Ｗ₁ ）、撹拌槽（１）の径方向におけるバッフル（９）の幅（Ｗ₂ ）、撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）と撹拌槽（１）の内壁との間のクリアランス（Ｃ₁ ）、撹拌槽（１）の径方向における撹拌翼（７）とバッフル（９）との間のクリアランス（Ｃ₂ ）、の四つの和が撹拌槽（１）の内径（直径）の１５〜３０％の範囲内に設定される請求項１又は２に記載の撹拌装置。
4. ボトムパドル翼（１１）は、回転時に、最下段のバッフル（９）が通過するのを許容する凹部（１１ａ）を、上方に備える請求項１に記載の撹拌装置。
5. ボトムリボン翼（１４）は、幅方向における外側が下となり且つ下端に向かって漸次ひねり角度が大きくなるように形成される請求項２に記載の撹拌装置。
6. ボトムリボン翼（１４）は、撹拌槽（１）の内壁から撹拌槽（１）の底部中心側に延びるように配設される請求項２又は５に記載の撹拌装置。
7. ボトムリボン翼（１４）は、上部及び下部がそれぞれサポートアーム（１０，１５）を介して撹拌軸（２）に取り付けられる請求項２、５及び６の何れか１項に記載の撹拌装置。
8. 最下段の撹拌翼（７）は、回転時に、下部が最下段のバッフル（９）及び当該バッフル（９）を取り付けるサポートアーム（８）並びに撹拌槽（１）の内壁で囲まれる領域を通過するように、配設される請求項１〜７の何れか１項に記載の撹拌装置。
9. 撹拌翼（７）又はバッフル（９）の上端が撹拌槽（１）に装填される撹拌処理物の表面から突出するように配設されると共に、当該撹拌翼（７）又はバッフル（９）が撹拌処理物の表面に対して傾斜して配設される請求項１〜８の何れか１項に記載の撹拌装置。
10. 請求項１〜９に記載の撹拌装置を用いて沸騰重合を行う際に、又は、請求項１〜９に記載の撹拌装置を用いて、高粘度の撹拌処理物中にその粘度差が１万倍を超える低粘度の撹拌処理物を投入して分散混合をする際に、その単位体積あたりの撹拌動力を０．２〜５．０ｋＷ／ｍ³ として撹拌することを特徴とする撹拌方法。

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