JP6742136B2

JP6742136B2 - 攪拌装置

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Publication number: JP6742136B2
Application number: JP2016084132A
Authority: JP
Inventors: 哲也田端; 貴浩前澤
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: JP2017192896A

Description

本発明は、アンカー翼を備えた攪拌装置に関する。

従来、シリカ分散液の如き比較的高粘度で沈降性の高いスラリー等の攪拌処理を行う攪拌装置として、攪拌槽内に攪拌翼としてアンカー翼を備えたものが知られている（特許文献１及び２）。アンカー翼を備えた攪拌装置の典型的な構成は、特許文献１及び２に記載の攪拌装置の如く、竪型円筒状の攪拌槽の中心部に回転自在に垂設される攪拌軸を備え、この攪拌軸にその攪拌槽の底壁及び側壁に沿う正面視略Ｕ字状に形成されたアンカー翼が装着されて構成されており、攪拌槽の底部には、攪拌槽の内容物を排出する底部排出部が設けられている。

図４には、従来のアンカー翼を備えた攪拌装置の底部排出部及びその近傍が示されている。図４に示す攪拌装置９０においては、攪拌槽９１の底部を構成する底壁９２の一部、具体的には底壁９２における攪拌槽９１の中心部に位置する部分が周辺部よりも鉛直下方に突出して中空の底部突出部９３を形成し、その底部突出部９３の最下部に、攪拌槽９１内に収容されている被処理液を排出する底部排出部９４が設けられている。また、底部突出部９３には、底部排出部９４から排出された被処理液が流通する配管９５が接続されると共に、配管９５を流通する被処理液の流量を制御するバルブ９６が設けられており、バルブ９６が開いた状態で、攪拌槽９１内の被処理液が底部突出部９３の中空部９３０を通って配管９５に流入するようになされている。また、攪拌軸９７の下端部にアンカー翼部９８が装着され、底壁９２に沿って回転可能に配されている。

特開２００４−３５１８１５号公報特開２００７−８３１５７号公報

図４に示す如き従来のアンカー翼を備えた攪拌装置９０においては、底部突出部９３の中空部９３０に存する被処理液を撹拌する手段が存在せず、中空部９３０は被処理液の循環流が生じないデッドスペースとなるため、製造ラインの停止時においてバルブ９６を閉じた状態で攪拌槽９１内の被処理液をアンカー翼部９８で攪拌しつつ貯留している場合に、被処理液中の成分、例えば被処理液がスラリーであればその分散媒に比して比重が大きい分散質が、中空部９３０に堆積し、それによって底部排出部９４が詰まることで被処理液の排出に支障をきたすという問題があった。この問題を解決する手段として、被処理液の循環機構を導入し、中空部９３０に被処理液の循環流が生じるようにすることが考えられるが、そのような循環機構の導入は、装置の複雑化、大型化に繋がり、製造コストや装置メンテナンス性の点で不利である。

本発明の課題は、攪拌のデッドスペースがなく、沈降性の高いスラリー等の攪拌処理に使用しても排出部の詰まりが生じ難い攪拌装置を提供することに関する。

本発明は、底壁及び側壁によって画成された収容部を有する攪拌槽と、該収容部の中心部に回転自在に垂設される攪拌軸を有する攪拌翼とを備え、該攪拌槽の底部における該攪拌軸の仮想延長線と交わる部分に、該収容部内の被処理液を排出する底部排出部が設けられた攪拌装置であって、前記攪拌翼は、前記攪拌軸周りに設けられるアンカー翼部を有し、該アンカー翼部は、該攪拌軸から前記底壁に沿って延びる第１翼部と、該第１翼部の先端部から前記側壁に沿って鉛直上方に延びる第２翼部とを有し、前記攪拌槽の前記底壁の一部が周辺部よりも鉛直下方に突出して中空の底部突出部を形成し、該底部突出部に前記底部排出部が設けられており、前記アンカー翼部は、前記底部突出部の中空部に挿入配置される底部突出部配置部を有し、前記攪拌翼の回転に伴う該底部突出部配置部の回転により、該中空部内の被処理液を攪拌可能になされている攪拌装置である。

本発明によれば、攪拌のデッドスペースがなく、沈降性の高いスラリー等の攪拌処理に使用しても排出部の詰まりが生じ難い攪拌装置が提供される。

図１は、本発明の攪拌装置の一実施形態の概略を示す縦断面図である。図２は、図１に示す攪拌装置の要部である底部排出部及びその近傍（底部突出部）の拡大縦断面図である。図３（ａ）は、図１に示す攪拌装置が備える攪拌翼の模式的な上面図、図３（ｂ）は該攪拌翼の模式的な側面図である。図４は、従来の攪拌装置の底部排出部及びその近傍（底部突出部）の拡大縦断面図（図２相当図）である。

以下本発明を、その好ましい実施態様に基づき図面を参照しながら説明する。図１には、本発明の攪拌装置の一実施形態である攪拌装置１の概略構成が示されている。攪拌装置１は、図１に示すように、底壁２１及び側壁２２によって画成された収容部２０を有する攪拌槽２と、収容部２０の中心部に回転自在に垂設される攪拌軸３０を有する攪拌翼３とを備える。

攪拌槽２は、図１に示すように、上部及び底部が皿状に形成された竪型円筒状をなしている。攪拌槽２は、底壁２１及び側壁２２に加えてさらに上壁２３を有しており、攪拌槽２の上部は上壁２３によって形成され、攪拌槽２の底部は底壁２１によって形成されている。上壁２３には、図示しない投入口が少なくとも１つ形成されており、該投入口から被処理液を、直接又は図示しない配管を介して、投入可能になされている。側壁２２は円筒状をなし、上壁２３の端部に連接されて該端部から垂下し、その下端部にて底壁２１の端部に連接されている。底壁２１は、鉛直方向（攪拌軸方向）Ｘの外方に向かって凸状に湾曲しており、その底壁２１の凸の頂部は、攪拌槽２の中心部即ち攪拌軸３０の仮想延長線（図示せず）上に位置している。

攪拌翼３を構成する攪拌軸３０は、攪拌槽２（収容部２０）の中心位置にて、上壁２３を厚み方向に貫通して攪拌槽２の内外にわたって鉛直方向Ｘに延びており、その上端部側が、攪拌槽２の外部に配置された駆動モータ４に連結されている。駆動モータ４を作動させると攪拌翼３が回転する。

攪拌翼３は、攪拌軸３０周りに設けられるアンカー翼部３１を有しており、収容部２０内を底壁２１及び側壁２２に沿って回転可能に配されている。アンカー翼部３１は、図１に示すように、攪拌軸３０から底壁２１に沿って攪拌槽２の半径方向（攪拌軸方向と直交する方向）Ｙに延びる第１翼部３１Ａと、第１翼部３１Ａの先端部から側壁２２に沿って鉛直上方に延びる第２翼部３１Ｂとを有し、全体として正面視略Ｕ字状をなし、攪拌軸３０を基準として対称に形成されている。第１翼部３１Ａは攪拌軸３０下端部に装着されている。

本実施形態においては、攪拌翼３は図１及び図３に示すように、収容部２０内の被処理液を撹拌する部材として、１枚のアンカー翼部３１に加えてさらに、攪拌軸３０の鉛直方向Ｘに対して傾斜した複数（８枚）の傾斜翼部３２を有している。複数の傾斜翼部３２は、それぞれ、平面視長方形形状をなし、その長手方向一端が攪拌軸３０に連結され、その攪拌軸３０との連結部からアンカー翼部３１の第２翼部３１Ｂに向かって半径方向Ｙに延びており、攪拌軸３０の長手方向即ち鉛直方向Ｘに間欠配置されている。また図１に示すように、複数の傾斜翼部３２は、アンカー翼部３１の一対の第２翼部３１Ｂ，３１Ｂのうちの一方の第２翼部３１Ｂに向かって半径方向Ｙに延びる一群と、これとは反対側の他方の第２翼部３１Ｂに向かって半径方向Ｙに延びる他の群とに分けられ、且つ該一群の第２翼部３１Ｂと該他方の群の第２翼部３１Ｂとが、攪拌軸３０の長手方向において交互に配されている。複数の傾斜翼部３２は、アンカー翼部３１と共に回転し、収容部２０に収容されている被処理液の攪拌処理に供される。

図１及び図２に示すように、攪拌槽２の底部における攪拌軸３０の仮想延長線（図示せず）と交わる部分、即ち攪拌槽２又は収容部２０の中心部には、収容部２０内の被処理液を排出する底部排出部２４が設けられているところ、底部排出部２４は、攪拌槽２の底部の中心部に位置する中空の底部突出部５に設けられている。底部突出部５は、攪拌槽２の底壁２１の一部（中心部）が周辺部よりも鉛直下方に突出して形成されており、中空部５０を有している。底部突出部５の中空部５０は、鉛直方向Ｘの上方から下方に向けて半径方向Ｙの長さが漸次減少する先細り形状をなし、収容部２０と繋がっている。底部排出部２４は、底部突出部５の最下部に設けられている。

底部突出部５には、底部排出部２４から排出された被処理液が流通する配管６が接続されると共に、配管６を流通する被処理液の流量を制御するバルブ７が設けられており、バルブ７が開いた状態で、攪拌槽２の収容部２０に収容されている被処理液が底部突出部５の中空部５０を通って配管６に流入するようになされている。底部突出部５を含む、攪拌槽２の底部及びその近傍の構成は、図４に示す従来の攪拌装置９０におけるものと基本的に同じである。

本実施形態の攪拌装置１の主たる特徴の１つとして、図１及び図２に示すように、アンカー翼部３１が、底部突出部５の中空部５０に挿入配置される底部突出部配置部３１Ｃを有し、攪拌翼３の回転に伴う底部突出部配置部３１Ｃの回転により、中空部５０内の被処理液を攪拌可能になされている点が挙げられる。

本実施形態においては、底部突出部配置部３１Ｃは、アンカー翼部３１を構成する第１翼部３１Ａの一部、具体的には攪拌翼３の回転中心に位置する部分が、中空部５０に向けて下方に延長した部分であり、アンカー翼部３１の他の部分と同様に板状である。また図２に示すように、底部突出部配置部３１Ｃの平面視形状は、中空部５０の図２に示す如き縦方向に沿う断面視における形状と同形状であり、即ち略等脚台形状をなしている。

このように、アンカー翼部３１の最下部に、底部突出部５の中空部５０に挿入配置される底部突出部配置部３１Ｃが設けられていることにより、中空部５０は被処理液の循環流が生じないデッドスペースとはならないため、従来の攪拌装置９０で問題となっていた、
製造ラインの停止時（バルブ７を閉じて配管６における被処理液の流通を停止している状態）での中空部５０における被処理液中の分散質の堆積が効果的に抑制される。従って本実施形態の攪拌装置１は、沈降性の高いスラリー等の攪拌処理に使用しても、沈降性物質が中空部５０に溜まって底部排出部２４を詰まらせると言った不都合が生じ難く、配管６を通じた被処理液の排出をスムーズに行うことができる。しかも、底部突出部配置部３１Ｃは、攪拌装置１の基本装備とも言える攪拌翼３（アンカー翼部３１）の一部であって構造的にシンプルなものであり、装置の複雑化や大型化を招くようなものではないから、その採用は製造コストや装置メンテナンス性の点でも有利である。

底部突出部配置部３１Ｃによる作用効果をより確実に奏させるようにする観点から、底部突出部５の中空部５０を画成する壁部（底壁２１）と底部突出部配置部３１Ｃとの間隔Ｄ（図２参照）は、好ましくは８ｍｍ以下、さらに好ましくは１．０ｍｍ以下である。また間隔Ｄは、好ましくは０．１ｍｍ以上である。

アンカー翼部３１における第１翼部３１Ａ及び第２翼部３１Ｂの幅Ｗ１（図１参照）は、好ましくは５．０ｍｍ以上、さらに好ましくは１０．０ｍｍ以上、そして、好ましくは３００．０ｍｍ以下、さらに好ましくは１００．０ｍｍ以下である。
アンカー翼部３１の外径Ｒ（図１参照）は、好ましくは１７９．８ｍｍ以上、さらに好ましくは２３９．８ｍｍ以上、そして、好ましくは４９９９．８ｍｍ以下、さらに好ましくは１４９９．８ｍｍ以下である。

傾斜翼部３２の幅Ｗ２（図１参照）は、好ましくは５．０ｍｍ以上、さらに好ましくは１０．０ｍｍ以上、そして、好ましくは３００．０ｍｍ以下、さらに好ましくは１００．０ｍｍ以下である。
傾斜翼部３２の鉛直方向に対する傾斜角度θ（図３（ｂ）参照）は、好ましくは１０°以上、さらに好ましくは３０°以上、そして、好ましくは８０°以下、さらに好ましくは６０°以下である。
攪拌槽２の内径は、好ましくは１８０．０ｍｍ以上、さらに好ましくは２４０．０ｍｍ以上、そして、好ましくは５０００．０ｍｍ以下、さらに好ましくは１５００．０ｍｍ以下である。

本発明の攪拌装置は、種々の被処理液の攪拌処理に使用することができる。被処理液の典型的なものは、分散質と分散媒とからなるスラリーである。

スラリーの分散質としては、例えば、鉄、アルミニウム、亜鉛、マンガン、マグネシウム、カルシウム等の被酸化性金属粒子；シリカ、黒曜石、黒鉛、雲母、中空セラミックス、フライアッシュ等の無機粒子；活性炭（椰子殻炭、木炭粉、暦青炭、泥炭、亜炭等）、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素成分；フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等の有機粒子；炭素繊維、ロックウール、セラミック繊維、天然鉱物繊維、ガラス繊維、シリ力繊維、金属繊維等の無機繊維；木材パルプ、コットンパルプ、リンターパルプ、竹、藁、古紙パルプ等の有機繊維等が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を混合して用いることができる。

攪拌処理に供するスラリーの分散質として、分散媒に比して比重が大きく沈降性の高いものを用いると、分散質が攪拌槽の底部に堆積してスラリーの排出に支障をきたすおそれがあるが、本発明の攪拌装置によれば、前述した攪拌翼の工夫により、そのような不都合が起こり難いため、沈降性の高い高比重の分散質を含むスラリーの攪拌処理を円滑に行うことができる。例えば分散媒が水の場合に、その分散媒としての水に比して比重の大きな分散質としては、例えば、前記の被酸化性金属粒子、無機粒子等が挙げられる。

スラリーには、前記以外の他の成分として、例えば、セルロース系、デンプン系、ポリ（メタ）アクリル酸（塩、エステル）系、シロップ系、海藻類、植物粘質物、微生物による粘質物、タンパク質系、多糖類系、有機系、無機系、合成系等の高分子成型助剤等の増粘剤;ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂等の凝集剤；界面活性剤、着色剤等；ｐＨ調整剤等を含有させることができ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

本発明の攪拌装置によれば、比較的高粘度の被処理液であっても、これを攪拌槽から底部排出部を通じて排出する際に詰まらせることなく効率良く攪拌することができる。被処理液の粘度は、２０℃・６０％ＲＨにおいて、好ましくは１０００ｍＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以上、そして、好ましくは５００００ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは１８０００ｍＰａ・ｓ以下である。液の粘度は次のようにして測定される。内径６０ｍｍのビーカー内に１００ｍｌの測定対象液（前記混合液、塗布液等）を投入し、Ｂ型粘度計（東機産業（株））を用いて測定する。Ｂ型粘度計による粘度測定においては、ローターＮｏ．４を６ｒｐｍで回転させ、１分後に指示値を読み取り、換算表にて粘度に変換する。測定環境は２０℃、６０％ＲＨとする。

本発明の攪拌装置に好適な被処理液の一例として、下記特性を全て備えたスラリーが挙げられる。
（１）分散質：
・鉄粉；好ましくは１０．００質量％以上、さらに好ましくは２０．００質量％以上、そして、好ましくは７０．００質量％以下、さらに好ましくは６０．００質量％以下。
・活性炭；好ましくは１．００質量％以上、さらに好ましくは３．００質量％以上、そして、好ましくは３０．００質量％以下、さらに好ましくは２５．００質量％以下。
（２）分散媒：水
（３）その他成分：
・キサンタンガム；好ましくは０．０５質量％以上、さらに好ましくは０．１０質量％以上、そして、好ましくは０．２５質量％以下、さらに好ましくは０．２０質量％以下。
（４）固形分濃度：好ましくは１１．０５質量％以上、さらに好ましくは２０．００質量％以上、そして、好ましくは８０．００質量％以下、さらに好ましくは７０．００質量％以下。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば底部突出部配置部３１Ｃの平面視形状は、前記実施形態のように、中空部５０の縦方向に沿う断面視における形状と同形状でなくても良く、要は、攪拌軸３０の回転に伴って回転した際に中空部５０内の略全域を攪拌し得る形状であれば良く、例えば、中空部５０の縦方向に沿う断面視における形状（図２では略等脚台形状）を半径方向Ｙに二分した場合の一方側のみからなる形状でも良い。底部突出部配置部３１Ｃの平面視形状が、このような攪拌軸３０を基準として左右非対称であっても、攪拌軸３０周りに回転すれば、中空部５０内の被処理液を十分に攪拌することが可能である。また、底部突出部配置部３１Ｃは、これを厚み方向に貫通する貫通孔あるいは切り欠き部を有していても良く、例えば、平面視線状の切り欠き部がその長手方向と直交する方向に複数配されたような、櫛歯状をなしていても良い。

また、攪拌槽２の周囲に温度調整用ジャケットが配され、該ジャケットに供給される熱媒又は冷媒により、攪拌槽２の収容部２０に収容されている被処理液を加温又は冷却可能になされていても良い。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は斯かる実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１〜図３に示す攪拌装置１と同様の構成の攪拌装置を用い、被処理液としてのスラリーの貯留を行った。より具体的には、下記組成のスラリー３００ｋｇを攪拌槽の収容部に収容し、バルブを閉じて配管における被処理液の流通を停止した状態で収容部内の攪拌翼を操作して、「回転数３０ｒｐｍで１分間回転後、４分間停止」という動作を繰り返した。スラリーの貯留開始から７２時間が経過した時点で、攪拌槽における底部排出部の詰まりの有無を確認したところ、詰まりは確認できなかった。

実施例１で使用したスラリーの組成は下記の通り。分散媒としては水を使用した。
・鉄粉：５８．１２質量％
・活性炭：４．６３質量％
・キサンタンガム：０．１４質量％
・リン酸三カリウム：１．０４質量％
・４８％水酸化カリウム：０．２７質量％
・水：３５．８０質量％

〔比較例１〕
アンカー翼部が底部突出部配置部を有しておらず、底部排出部が存する攪拌槽の底部突出部の中空部にスラリーの撹拌手段が存在しない点以外は、実施例１と同様にしてスラリーの貯留を行った。その結果、スラリーの貯留開始から約２０時間経過時点で、攪拌槽における底部排出部の詰まりが確認された。

１，９０攪拌装置
２，９１攪拌槽
２０収容部
２１，９２底壁
２２，側壁
２３上壁
２４，９４底部排出部
３攪拌翼
３０，９７攪拌軸
３１，９８アンカー翼部
３１Ａ第１翼部
３１Ｂ第２翼部
３１Ｃ底部突出部配置部
３２傾斜翼部
４駆動モータ
５，９３底部突出部
５０，９３０中空部
６，９５配管
７，９６バルブ

Claims

底壁及び側壁によって画成された収容部を有する攪拌槽と、該収容部の中心部に回転自在に垂設される攪拌軸を有する攪拌翼とを備え、該攪拌槽の底部における該攪拌軸の仮想延長線と交わる部分に、該収容部内の被処理液を排出する底部排出部が設けられた攪拌装置であって、
前記攪拌翼は、前記攪拌軸周りに設けられるアンカー翼部を有し、該アンカー翼部は、該攪拌軸から前記底壁に沿って延びる第１翼部と、該第１翼部の先端部から前記側壁に沿って鉛直上方に延びる第２翼部とを有し、
前記攪拌槽の前記底壁の一部が周辺部よりも鉛直下方に突出して中空の底部突出部を形成し、該底部突出部に前記底部排出部が設けられており、
前記底部突出部には、該底部排出部から排出された被処理液が流通する配管が接続されていると共に、該配管を流通する被処理液の流量を制御するバルブが設けられており、該バルブが開いた状態で、前記攪拌槽の前記収容部に収容されている被処理液が該底部突出部の前記中空部を通って該配管に流入するようになされており、
前記アンカー翼部は、前記底部突出部の中空部に挿入配置される底部突出部配置部を有し、前記攪拌翼の回転に伴う該底部突出部配置部の回転により、該中空部内の被処理液を攪拌可能になされており、
前記底部突出部の中空部を画成する壁部と前記底部突出部配置部との間隔が８ｍｍ以下である攪拌装置。
前記底部突出部の中空部は、鉛直方向の上方から下方に向けて半径方向の長さが漸次減少する先細り形状をなしている請求項１に記載の攪拌装置。
前記底部突出部配置部は板状である請求項１又は２に記載の攪拌装置。
前記被処理液は、分散質と分散媒とからなるスラリーである請求項１〜３の何れか１項に記載の攪拌装置。
前記分散質は、前記分散媒に比して比重が大きい請求項４に記載の攪拌装置。
前記被処理液の粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以上５００００ｍＰａ・ｓ以下である請求項１〜５の何れか１項に記載の攪拌装置。