JP5726406B2 - ワックス及びワックス状の材料を造粒する装置及び方法 - Google Patents
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Description
この形態は、おそらく最古の製法であり、最も基本的である。本質的には、溶融ワックスが円形、矩形等の所望の形状の型に注入され、冷却される。この製造方法の欠点には、溢出とオペレータへの飛散の危険性、長期の保管、大きな冷却スペース、注入中の汚染の危険性を含み、また一般的にはそのような技術は労力を有する。後にこれらのブリック又はケーキを使用するとき、全質量が大きいため、るつぼ(melt pot)が必要であり、ワックスを再溶融するのに時間がかかる。部分的に液体ワックスで満たされた既存の容器にブリックを入れすぎると、オペレータに飛散する危険性が増加する。投入及び輸送方法は全く高度化されていない。
小球化は長い断熱管を走らせた非常に高い塔(及び建物)を必要とし、基本的には噴霧ノズルを利用する。噴霧されたワックスは一般に、ワックス滴を固体状態に冷却するのに必要な距離だけ、逆流する冷却ガス中を自由落下する。ワックスと物事の調整方法に依存して、この方法は、粉末、小ビード、ペレットのように、約2から3mmのサイズの微粒子を生成することができる。この方法は、ワックスが低粘度型であるとき、最適な順応性(flexibility)をもってうまくゆく傾向がある。しかし、粘度が増加すると、ワックスは固体流れすなわち糸状(string)に注入することが好ましいので、噴霧概念(spray concept)を実施させる難題がある。さらに、これらの塔は非常に高いので、相当な空間(高さ及び容量)と建設作業が必要である。さらに、ガス冷却は重合体を処理する最も効率的な方法ではない。したがって、冷却及びガス循環機能を行うのに、相当なエネルギーが必要であり、加えて特に大気温度が非常に高い地域では、このような大きな設備に大量の断熱構造がある。
この形態は、溶融ワックスを連続ストランド(strand)としてベルト、通常は鋼製ベルトの上にポンピング及び/又は押し出しして、ワックスが固化するまでワックスからベルトに熱エネルギが吸収される結果である。ベルトの端では、ワックスストランド又はストリップ(ストランドは平坦になる傾向があるので)がカッタに供給され、これによりストリップはスラット又はチップに剪断される。この欠点はまた非効率であることである。ストランドがベルトに落下すると、接触面は迅速に冷却/固化する。しかし、これは境界層を形成し、その上のワックスの残部を断熱する傾向がある。したがって、攪拌又は冷却面を除去/再生することなく、ワックスがベルトに滞留するにつれて、冷却工程が減速する。この結果、鋼製ベルトは、(鏡面のように)研磨仕上げしなければならず、相当な生産率を得るには非常に長く幅広になる。このような精密な研磨ベルトは非常に高価で、損傷を受けやすく、大掛かりな冷却支持装置が必要である。ベルトは大きな床面積をとり、速度増加(又は粘性増加)の場合には、より長い長さが必要であり、プラント配置で通路を変更し又は悪くする必要がある。粘性が高いワックス等級に関しては、既存のベルトラインを著しく低下させることを必要とする傾向があり、冷却時間が増加し、この結果生産出力が相当損失する。さらに、湿気の多い季節、又は湿度が高い場所では、非常に冷たい鋼製ベルトは結露し、ワックスが湿る(通常乾燥の可能性はない)。これを補償するために、高価なカバーをベルトの上又は回りに設置することができる。しかしこれもまた、環境制御しなければならない。そのようなカバーがなければ、生産物はほこり、昆虫、その他の汚染物質にさらされ、それらは依然として溶融しているワックスに埋没する。カバーがあっても無くても、温度上昇時に大いに酸化にさらされる。
この製法も、鋼製ベルトの原理を利用している。この欠点の多くは、「スラット及びチップ」の方法で前述したものと同じである。一つの著しい相違は、ペレット又はレンズ形状に似た最終ワックス製品の形状である。最終製品は非常に均質である傾向がある。逆に、この方法は、ワックスの「滴」がベルトに落下する原理を使用しているが、高粘度グレードを達成するときに制限される。この方法では、ワックス製品がベルトに落下する代わりにベルトに注がれる。したがって、この方法は、低粘度の範囲に制限される傾向にある。さらに、「パステル」サイズは、非常に制限され、ベルト製法が「マイクロペレット」サイズを造るには効率が悪く実際的でないことを意味する。
ある小球化(prilling)の適用例は、「近似パウダー」サイズを生成することができ、又は近似ペレットサイズ(2から3mmのような)を造ることができ、次にパウダーに粉砕することができる。あるワックスは、十分に高い粘度を有し、十分な溶融強度を有し、水中造粒法により適切に造粒するのに液体から固体状態への十分に広い温度範囲を有する。そのようなワックス等級は、ペレット形態(径が約3mm)で販売することができるし、微粒パウダー形態に粉砕することもできる。
・造粒システムの資本設備コストが少ない。
・造粒システムによるエネルギ消費が少ない。
・造粒システムに要求される床面積が少ない。
・水がもはや必要とされないので、処理水の消費量、排水からの環境の問題をもはや考慮する必要がない。
・重ねて言うが、水が必要とされないので、脱水の問題、所望のペレット面水分レベルを達成することの問題は懸念する必要がない。
・造粒システムのプラント設置は複雑でない。
・ダイホールの数及び/又はサイズを増加し、「ホール当たりのレート(rate per hole)」を減少し、背圧をより良く制御し、又はさらに減少することができる。水中処理では、ダイの閉塞(freeze-off)の危険性を最小にするために、ホール当たりのレート又は速度を高く維持することが通常重要である。これは本発明による処理でもはや関係がない。
・小さな造粒モータを使用することができ、及び/又は、造粒モータによるエネルギー消費が少ない。水中造粒モータのamp負荷の大部分が水中で切断刃を回転させるのに要求される。この結果、空中で切断刃を回転させる動作は最小量のエネルギを要する。
・2−3mmの小サイズのワックスペレットを容易に生成することができる。径が約1mmのようなマイクロペレットでも信頼性をもって予測可能に生成することができる。
軟化点− 110−120℃
密度 − 0.70−0.80グラム/cm3@液体供給温度
− 0.92−0.95グラム/cm3@45℃(固体)
粘度 − 5−200センチポアゼ@149℃
2 排出端
3 低粘度ポンプ
4 濾過要素
5 第1段冷却器
6 流量計
7 切換弁
8 第2段冷却器
9 重合体切換弁
10 造粒機
11 ベルトコンベア
12 分類段階
Claims (17)
- 固体状態から液体状態への狭い遷移温度として規定される鋭敏融点を有するワックス又はワックス状材料を造粒する方法において、
(a)上流の溶融/混合装置にて流動性の高い状態に溶融された鋭敏融点を有するワックス又はワックス状材料を第1段階の冷却のために溶融物冷却器に入力し、
(b)ワックス又はワックス状材料が良好な非閉塞流れを有する液体のまま第2段階の冷却に入るように、前記溶融物冷却器のワックス又はワックス状材料をその溶融温度の直上の温度まで冷却し、
(c)前記溶融物冷却器を液体のまま流出するワックス又はワックス状材料を前記第2段階の冷却のために冷却押出機に入力し、
(d)入口部、該入口部の後の冷却部、及び該冷却部の後の押出部を有する冷却押出機内の冷却表面を使用して、前記冷却部で前記ワックス又はワックス状材料をその融点以下の温度に冷却して、該材料を押出し可能な固体状態の固体材料にし、
この冷却工程では、前記ワックス又はワックス状材料を前記押出機の冷却表面に露出して冷却層を形成し、ワックスの冷却層が移動し、温熱層に進入し、比較的均一に混合して
前記冷却表面に戻り、前記ワックス又はワックス状材料が前記押出機の冷却部にいる間にさらに熱エネルギーを減少し、この過程を冷却押出機の長手方向に下りながら何回も繰り返し、
(e)前記比較的均質の混じった前記固体状態のワックス又はワックス状材料をダイプレートのダイオリフィスに通して押し出してストランドを形成し、
(f)前記押し出された固体のストランドを切断チャンバ内の回転カッターにより液体なしで切断して前記ワックス又はワックス状材料をペレットに形成する方法。 - 前記ペレットを重力により前記切断チャンバの底開口部の外に落下させるように構成されている請求項1に記載の方法。
- 前記切断チャンバを出るペレットをコンベアに導き、該コンベアによりペレット選別機、冷却器、及び/又は包装装置に搬送する請求項2に記載の方法。
- 前記切断チャンバと前記回転カッターは水又は他の冷却液体無しでドライフェース造粒機として作動する水中造粒機の一部である請求項1に記載の方法。
- 前記ワックス又はワックス状材料は、酸性ワックス、蜜蝋、キャンデリラ蝋、カルナウバ蝋、セレシン蝋、シナ蝋、共重合体ワックス、エステルワックス、酸化形態を含むフィッシャー-トロプスワックス、高密度低分子ポリエチレンすなわちHDLMWPE、ヒドロキシステアリンアミドワックス、日本蝋、ラードセイン、褐炭蝋、直線鎖及び分岐鎖ワックス、マレイン酸ワックス、モンタン蝋、微少結晶蝋、無極性及び有極ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリオレフィン蝋、酸化蝋、地蝋、パラフィン蝋又は石油蝋、ポリエチレン蝋、ポリオレフィン蝋、米糠蝋、鹸化及び部分鹸化蝋、置換アミドワックス、サトウキビ蝋、スルホン酸ワックス、表面修飾ワックス、ベーラムノキ、カノーラ、ココナッツ、トウモロコシ、綿実、ハマナ、亜麻仁、ヤシ、ヤシの実、ピーナッツ、ぶどうの実、大豆から得た植物蝋からなる群から選ばれる請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(b)における前記溶融物冷却器による前記第1段階の冷却でのワックス又はワックス状材料の温度は、前記ワックス又はワックス状材料の液体固体遷移温度以上で約5℃以下まで低下させる請求項1に記載の方法。
- 前記ペレットは、前記切断チャンバの一側に導入された不活性ガスにより、前記切断チャンバから取り出して、前記切断チャンバの他側の外に搬送する請求項4に記載の方法。
- 前記ステップ(b)と(d)で実行される前記第1段階と第2段階の冷却は、前記材料が処理の柔軟性を失った場合に、造粒される材料の温度を上昇する工程をさらに含む請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(d)における前記冷却押出機での前記第2段階の冷却はスクリュ型押出機で実行し、該スクリュ型押出機は2以上のスクリュを備える請求項1に記載の方法。
- 前記ドライフェース造粒機は、水を使用する水中造粒機に交換し、水を使用しないドライフェース造粒機に戻すことができる請求項4に記載の方法。
- 溶解状態に溶融された鋭敏融点を有するワックス又はワックス状材料からペレットを形成する装置であって、前記鋭敏融点は固体状態から液体状態への狭い遷移温度として規定される装置において、
(a)前記ワックス又はワックス状材料が良好な非閉塞流れを有する液体のまま第2段階の冷却に入るように、流動性の高い状態に溶融された前記ワックス又はワックス状材料を受け入れて、第1段階の冷却で前記流動性のある状態のワックス又はワックス状材料をその溶融温度の直上の温度まで冷却する溶融物冷却器と、
(b)入口部、該入口部の後の冷却部、及び該冷却部の後の押出部を有し、前記ワックス又はワックス状材料が前記第2段階の冷却のために冷却部にある間に前記ワックス又はワックス状材料の温度をその融点以下にさらに低下させる冷却表面を有し、同時に当該ワックス又はワックス状材料を完全に混合した押し出し可能な固体材料に混合及び再混合する押出機であって、
前記ワックス又はワックス状材料を前記押出機の冷却部の冷却表面に露出して、ワックスの冷却層が移動し、温熱層に進入し、比較的均一に混合して、前記押出機の前記冷却表面に戻り、前記ワックス又はワックス状材料が前記押出機にいる間にさらに熱エネルギーを減少し、この過程を押出機の長手方向に下りながら何回も繰り返す、押出機と、
(c)ダイオリフィスとダイフェースを備えたダイプレートであって、前記押し出し可能な固体材料は前記冷却器から受け取られ、前記ダイオリフィスを通して押し出される、ダイプレートと、
(d)前記ダイフェースと協働し、前記ダイオリフィスを通して押し出された前記完全に混合した押出し可能な固体を液体の無い状態でペレットに切断する切断チャンバ及び回転カッターと、
からなる装置。 - 前記ワックス又はワックス状材料は、酸性ワックス、蜜蝋、キャンデリラ蝋、カルナウバ蝋、セレシン蝋、シナ蝋、共重合体ワックス、エステルワックス、酸化形態を含むフィッシャー-トロプスワックス、高密度低分子ポリエチレンすなわちHDLMWPE、ヒドロキシステアリンアミドワックス、日本蝋、ラードセイン、褐炭蝋、直線鎖及び分岐鎖ワックス、マレイン酸ワックス、モンタン蝋、微少結晶蝋、無極性及び有極ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリオレフィン蝋、酸化蝋、地蝋、パラフィン蝋又は石油蝋、ポリエチレン蝋、ポリオレフィン蝋、米糠蝋、鹸化及び部分鹸化蝋、置換アミドワックス、サトウキビ蝋、スルホン酸ワックス、表面修飾ワックス、ベーラムノキ、カノーラ、ココナッツ、トウモロコシ、綿実、ハマナ、亜麻仁、ヤシ、ヤシの実、ピーナッツ、ぶどうの実、大豆から得た植物蝋からなる群から選ばれる請求項11に記載の装置。
- 前記ダイプレートと前記回転カッターはドライフェース造粒機の一部である請求項11に記載の装置。
- 前記切断チャンバは、前記ペレットを重力により落下させる底開口部を有する請求項11に記載の装置。
- 前記切断チャンバから出る前記ペレットを搬送するコンベアをさらに有する請求項14に記載の装置。
- 前記溶融物冷却器は、プレートアンドフレーム型、コイル型、スクレープウォール型、静的ミキサーを備えた又は備えていないUチーブ型、静的ミキサーを備えた又は備えていないシェルアンドチューブ型を含む熱交換器である請求項11に記載の装置。
- 前記押出機は、前記装置を通過する柔軟性を失った場合に、その中のワックス又はワックス状材料の温度を上昇させる加熱要素をさらに有する請求項11に記載の装置。
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