JP6278362B2 - 粘性物質及びペーストの搬送を調整する混合混練機 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの処理室において、板状部材を介してある角度を成して棒を取付けた少なくとも１つのシャフトの回転により粘性物質及びペーストの輸送を調整する混合混練機に関する。

従来から、反応の進行又は熱的操作に撹拌容器がよく用いられている。タンクに充填し過ぎか、充填不足となるか、又は原料又は生成物の容器内の滞留時間が異なるので、撹拌容器を連続的に操作する際には、容器の充填度を調整することが望ましい。堰を溢れさせる重力式又は液面計を備えたポンプにより、充填度の調整が行われる。

粘性物質又はペーストでは、撹拌器は強制的に送給するように構築する必要があるので、重力式の充填調整はできない。強制的に供給する力は、重力よりも大きく、従って撹拌容器の充填度に応じて決まる。一般的には、例えば特許文献６に記載のようなスクリューコンベヤが用いられる。この場合、生成物は、容器の壁に押圧されてそこで擦られる。壁の摩擦に阻まれた生成物は、スクリュー斜面により送給方向に押し進められる。このような構成では、スクリューの公称送給量及び回転数により、充填度が決まる。スクリューの公称供給量は、スクリューの形状に基づいて算定できる。回転数を変えてもスクリュー内の充填度が変えられる。

スクリューコンベヤの能力は、スクリューの径の二乗に比例するところに問題がある。従って、容器を大きくした場合、充填度を高く保つにはスクリューのピッチを極めて小さくする必要がある。そのため、二軸式スクリューのように自己清浄とする場合には、軸は大きく重くなる。その代わりに、回転数を著しく落として、容器の撹拌能力を制限することもできる。スクリュー内の充填度を高めると、裏側からの逆流が停滞する。次いで、スクリューは、よどみ点の前で満杯となり、スクリューへの逆流となる。逆流と増大した充填度により高められた送給能力は、全く同じとなる。この場合、スクリューにより、逆流の圧力降下に応じて、送給装置内に停滞に対抗する圧力が生成される。そのため、スクリューにおいて充填度が高くなるが、投入域における充填度が低くスクリューある長さに渉っては１００％の充填度となるので、均質の充填度とはならない。この方法では、多量のエネルギーを消費する。

間隙を小さくすることにより、スクリューが効果的に圧力を生成するように構築でき、機械的エネルギーの損失が少なくなる。これにより、１００％充填された部分が短くなり、効果的な充填度を調整するとの目標は果たせなくなる。

充填度を改善するために、大容量の混練機が開発された。そのような装置は、混合混練機とも称され、多目的に用いられる。第一には、溶媒を回収する為にバッチ又は連続で時には減圧下の蒸発に用いられる。例えば、蒸留残滓であるトルエンディイソシアネートを処理するが、化学品及び薬品の残渣である毒性又は高沸点の溶剤、並びに溶液重合の溶剤、接着剤及び連結剤からの洗浄剤及びワニススラッジ、樹脂溶液、エラストマー溶液も処理される。

更に、バッチ又は連続的に時には減圧下で、水分及び／又は溶媒を含む製品からの接触脱水が行われる。特に、顔料、染料、ファインケミカル、塩、酸化物、水酸化物、抗酸化剤などの添加剤、温度に敏感な医薬及びビタミン剤、作用剤、高分子、合成ゴム、高分子懸濁液、ラテックス、ヒドロゲル、ワックス、殺虫剤及び塩、触媒、残留物、アルカリ廃液などの化学又は医薬品からの残滓に用いられる。この方法は、例えば、塊状乳、砂糖代替品、澱粉誘導体、アルギン酸塩を製造及び／又は処理する際に、産業スラッジ、オイルスラッジ、バイオスラッジ、製紙スラッジ、ラッカースラッジの処理並びにねばねばした高粘性の付着物、廃棄物及びセルロース誘導体の処理にも用いられる。

混合混練機において、脱気及び／又は蒸発が行われる。このことは、ポリエステル又はポリアミド溶融物の凝縮後の高分子溶融物、合成繊維用の紡糸液並びに固体状の高分子又はエラストマー粒子又は粉末に用いられる。

混合混練機においては、連続で溶融状態において、特に、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセテート、ポリイミド、熱可塑性高分子、エラストマー、シリコーン、尿素樹脂、フェノール樹脂、洗剤及び肥料など高分子凝縮反応が行われることも多い。

ポリアクリレート、ヒドロゲル、ポリオール、熱可塑性高分子、エラストマー、シンディオタクティクポリステロール及びポリアクリルアマイドを連続で重合反応を行わせることも多い。

混合混練機においては、固体、液体又は多相反応が普く行われる。すなわち、フッ化水素酸、ステアリン酸、シアネート、ポリリン酸塩、シアヌル酸、セルロース誘導体、エステル類、エーテル類、ポリアセタール樹脂、スルファニル酸、銅フタロシアニン、澱粉誘導体、リン酸アンモニウム重合体、スルホン酸塩、殺虫剤及び肥料に用いられる。

更に、固−気反応（例えばカルボキシル化）又は液−気反応が行われる。すなわち、酢酸塩、酸、例えば、ＢＯＮ、サリチル酸ナトリウム塩、パラヒドロキシ安息香酸塩及び薬物などへのコルベーシュミット反応に用いられる。

液−液反応は、中和反応及びエステル交換反応において行われる。

混合混練機による溶解及び／又は脱気は、合成繊維、ポリアミド、ポリエステル及びセルロースの紡糸液において行われる。

いわゆるフラッシュは、顔料の処理又は製造の際に行われる。

固体の後凝縮は、ポリエステル及びポリアミドの製造又は処理において行われる。すなわち、例えばセルロース繊維などの繊維を溶剤と共に処理するスラリー化、塩、精密化学品、ポリオール、アルコキシドを処理する溶融物又は溶液からの結晶化、シリコーン、連結剤、フライアッシュを重合化混合するコンパウンド化又は混合（連続又はバッチ）、高分子懸濁液の（特に連続的）凝析処理に用いられる。

混合混練機において、別のバッチ又は連続の操作、例えば、加熱、乾燥、溶融、結晶化、混合、脱気、反応を組み合わせてもよい。それによって、高分子、エラストマー、無機製品、残滓、薬物、食料品、印刷用インクが製造又は処理される。

混練混練機において、減圧昇華又は凝縮もでき、例えば、アントラキノン、金属塩化物、金属有機結合などの中間製品が精製される。更に医薬中間体の製造も可能である。

例えばアントラキノン、精密化学製品などの有機中間製品では、担体ガスが連続的に凝縮される。

基本的には、一軸と二軸の混合混練機は異なったものである。一軸の混合混練機は特許文献１に記載されている。多軸の混合・混練機は特許文献２〜５に記載されている。その混練機には、軸に径方向に向かう板状部材が備えられ、板状部材の間に軸方向に配列された混練棒が配置されている。板状部材の間には、枠状に他の軸上に形成された混合・混練部材が噛み合っている。この、混合・混練部材が、第一の軸の板状部材と混練棒を清浄にしている。２つの軸の混練棒が、ハウジングの内壁を清浄にしている。

大抵の場合は、ハウジング内に水平に配置された軸が回転する構成で、円筒状の主軸には板状部材が装着されている。板状部材は中断されて、生成物が軸方向に流れる空隙が形成される。板状部材には、棒又は搬送棒と呼ばれる搬送部材が固定されている。

一軸の混練機では、ハウジング内に邪魔板が固定され、軸の動きにより板状部材、棒及び邪魔板が規則的にすれ違う。多軸の混練機では、板状部材と対抗軸の棒と間ですれ違いが起こる。軸上の板状部材をずらし、対向軸の動き合わせた形状としてもよい。これにより種々の構造の混練機が可能となる。

歴史的には、混練機は、スクリューマシーン（Schneckenmaschine）に由来する。そのため、ネジ切り装置（Schneckenapparat）のように、棒の側面に刃が配列されている。混練機が所望の方向に搬送できるように、スクリュー軸のフランク角に相当するある角度を成すように棒が板状部材に配置される。両者に大きな差異があるとしても、搬送の論理はスクリューマシーンと同様である。そのため、ネジ切り装置に比し、高速回転により充填度を高める可能性が大きく改善される。混練機が１００％充填されることなく、搬送スクリューを介して裏側から充填度が調整される。逆に、充填度は、全長に渉ってかなり均一で、突然ではなく直線状に上昇又は下降しているが、生成物の流動特性により突然に変化することある。

棒を整列させると、スクリューの形状との類推から、搬送するのに壁の摩擦が必要となる。非特許文献１には、高粘度の生成物は、混練機において壁の摩擦では無く、棒及び板状部材の邪魔板又は対抗軸の棒及び板状部材との噛み合いにより搬送されることが示されている。このモデルは、混練機の搬送特性の良い一次近似である。実用的には、このモデルはネジ切り装置の公称搬送能力に相当する。このモデルは、混練部材のすれ違い（噛み合いとも称する）により、生成物が容器内の空隙に逃れることを明らかにしている。この空隙は、搬送室の上流又は下流にあってもよい。このことにより、混練機の全長に渉って充填度を均一とするある傾向を有する脈動を生成される。従って、局所的な搬送能力は、局所的な充填度に依存し、混練機の公称搬送能力を決めるために、隣接する室の搬送能力から内挿する必要がある。
従来からシャフト軸に対した棒を用いることはよく知られている。このことは、例えば特許文献７、特許文献２、特許文献８に記載されている。
特許文献９にも同様に、２つの生成物の流れが出合うように、折れ曲げ形成してシャフト軸に装着する種々の搬送棒が記載されている。
特許文献１０には、搬送棒を搬送軸に対して異なった角度で且つ、互いに異なって配置した混練混合機が開示されている。

欧州特許出願公開第０４５１７４７号明細書 スイス特許出願公開第５０６３２２号明細書 欧州特許第０５１７０６８号明細書 独国特許出願公開第１９９４０５２１号明細書 独国特許第１０１６０５３５号明細書 独国特許出願公開第１５５７１６７号明細書 国際公開第２０１０／０３４４４６号パンフレット 独国特許出願公開第２１２３９５６号明細書 欧州特許第１７１４６９４号明細書 欧州特許出願公開第０２７４６６８号明細書

"Axialtransport in Kneader Reactors", Daniel U. Witte, Antec 2007

本発明は、従来からの混練機の生成物の処理及び搬送能力を改善し且つ生成物をより柔軟に調整することを目的としている。

搬送棒は、２つ以上の階段状に分割された断片を備え、シャフトの軸方向に前後に続く搬送棒の中心軸及び断片を周方向からずらすことにより本発明の課題が解決される。

混練機の断面を示す模式図 搬送棒の部分展開図 図１の混練機の搬送棒の別の配置を示す部分展開図 図１の混練機の搬送棒の更に別の配置を示す部分展開図

非特許文献１に記載の搬送モデルは、粘性物質及びペーストの搬送特性にあわせて混練棒を整列することは必ずしも必要ないと予想している。構造的には、棒の迎え角のみが搬送特性に影響を及ぼす。もしそうであるならば、棒の迎え角と連続する板状部材間の棒の配置角（いわゆる巻き角）とを切り離してもよい。従って、本発明では、迎え角と巻き角一致させないことを目標としている。これにより、搬送特性に対応する迎え角及び例えば軸の運動へ噛み合い力の分配に対応する巻き角を決めることができる。

搬送棒の軸心に対する角度は、軸心に沿って続く搬送棒の中点間の成す角度と異なっていることが考えられる。シャフト軸と複数の搬送棒のそれぞれとで形成される迎え角が部分的に異なっている。

一軸の混練機では、巻き角と迎え角を切り離してもよい。構造上の障害はない。多軸の混練機では、噛み合っている部材は、軸の回転方向において噛み合うのではなく、回転する対抗軸に潜り込み、所定の角度回転した後に再び現れる。従って、混練機の回転する部材間に最小の遊びを設けると、軸の回転による棒の変形は無い。この問題は、棒を、それぞれが所望の迎え角を備えた少なくとも２つの断片に分割することにより解決され、ここでは巻き角は任意に選択できる。棒を形成する２つの断片は、前後に続く円板部材に装着されて、線状に構成されて、部材間の遊びは最小にできる。

以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。

図１は、ハウジング１内を回転する軸２上に板状部材３を備えた状態を示している。板状部材３には、ハウジングの内壁を擦る搬送棒４が装着されている。

搬送棒４及び板状部材３は、ハウジングの内壁から生成物空間８に突出した固定邪魔板５と相互に作用する。

図中の一点鎖線１２は、図２〜４の展開図における切断面を示す。

軸２は軸心Ａの周りを回転する。それぞれの搬送棒４は、中心点Ｍを通る中心軸Ｂを有する。中心軸Ｂは、軸心Ａに対してある角度を成す。

搬送棒４の側面９は、軸心Ａに対して搬送角と言われる角度７を成す。図２の例に示すように、側面９は中心軸Ｂにほぼ平行である。しかしながら、後続の搬送棒４．２、４．３はそれぞれ、所定の値ｂ又はａだけ周方向にずれているので、生成物には異なった時間に作用する。その際、混練機内の生成物空間８は、所定の部分が充填され、残りの部分は生成物の無い自由空間となる。軸２を例えば矢印Ｘの方向に回転させると、搬送棒４．１が上昇して生成物から離れるが、所定の回転後に下降して生成物空間８内の生成物内に現れる。次いで、搬送棒４．２、搬送棒４．３が同様に推移する。これにより、生成物の処理ばかりでなく、搬送速度並びに軸への力の掛り方に影響する。

６は、巻き角であり、板状部材の搬送棒の配置角である。図２の例では、巻き角６は搬送角７に相当する。

一方、図３の例では、巻き角６は、搬送角７よりも大きい。この例では、搬送棒４．１、４．２及び４．３のずれが図１よりも大きい。

図４の例では、それぞれの搬送棒は、互いに階段状にずれた断片１０．１及び１０．２に分割されている。この場合、隣接した搬送棒の向き合った断片の中心軸は、軸心に対して同一の角度を有している。この例でも、巻き角６及び搬送角７を示すが、更に、隣接した搬送棒の２つの向き合った断片と軸心Ａの成す角度１１も示す。

１ ハウジング
２ シャフト
３ 板状部材
４ 搬送棒
５ 固定邪魔板
６ 巻き角
７ 搬送角
８ 生成物空間
９ （搬送棒の）側面
１０ 断片
１１ 角度
１２ （展開図）の切断面
Ａ 軸心
Ｂ （搬送棒の）中心軸
Ｍ （搬送棒の）中心点
Ｘ （シャフトの）回転方向

Claims (2)

1. 少なくとも１つの処理空間（８）において少なくとも１つのシャフト（２）により粘性物質及びペーストの搬送を調整する混合混練機であって、
   前記シャフトには、軸心（Ａ）の周りを回転する板状部材（３）を介して複数の搬送棒（４）が装着され、
   搬送棒（４）の中心軸（Ｂ）は軸心（Ａ）対してある角度（７）を成し、
   それぞれの搬送棒（４）は、２つ以上の階段状に分割された断片（１０．１、１０．２）を備え、シャフトの軸心（Ａ）方向に前後に続く搬送棒（４）の中心軸（Ｂ）及び断片（１０．１、１０．２）は、周方向からずれていることを特徴とする混合混練機。
2. 隣接した搬送棒（４）の向き合った断片（１０．１、１０．２）の中心軸は、軸心（Ａ）に対して同一の角度を成していることを特徴とする請求項１に記載の混合混練機。

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