JP7166119B2

JP7166119B2 - 分散機

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Publication number: JP7166119B2
Application number: JP2018181871A
Authority: JP
Inventors: 誠佐藤; 元洋井村; 耕士本田
Original assignee: SATAKE MULTIMIX CORPORATION; Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: SATAKE MULTIMIX CORPORATION; Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-11-07
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP2019063791A

Description

本発明は、例えば、晶析操作や乳化重合操作や化学反応操作などにおいて、複数の液体を速やかに分散、混合をおこなうための分散機に関するものである。

図８は、例えば、流通型の晶析装置に用いられる従来の分散機を示し、ａは、該分散機の撹拌容器、ｂは、該撹拌容器ａ内に垂設された、回転装置ｃに連結された回転シャフト、ｄは、該回転シャフトｂの下端に固定された撹拌翼、ｅは、溶質を溶解した良溶媒などの第１の液体を前記撹拌容器ａ内に供給する第１の供給管、ｆは、貧溶媒などの第２の液体を前記撹拌容器ａ内に供給する第２の供給管、ｇは、前記撹拌容器ａ内の液体を容器ａ外に排出する排出管を示す。

前記流通型の晶析装置に用いられる分散機においては、前記第１の供給管ｅから前記撹拌容器ａ内に連続的に溶質が溶解された良溶媒（第１の液体）を供給し、そして、前記撹拌翼ｄを回転させながら、前記第２の供給管ｆから貧溶媒（第２の液体）を供給して、前記良溶媒に貧溶媒を分散、混合させることにより、溶媒の溶解度を低下させて、溶質を結晶として晶析させて、該結晶を前記排出管ｇから排出していた。

例えば、前記晶析装置に用いられる分散機としては、例えば、特許文献１がある。

特開２００４－３３９５１号公報

しかしながら、析出した結晶は、均一な粒度を得るためにも、速やかに撹拌容器外に排出されることが好ましいが、前記従来の分散機では、前記撹拌容器ａ内に長時間留まる結晶も多く存在し、該長時間滞留した結晶粒子は、設計以上の大きさに成長してしまい、最終的に得られる結晶群の粒度分布はシャープにならない問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決することを目的とし、特に、複数の液体を速やかに分散、混合すると共に、分散、混合した液体を速やかに容器外に排出できる分散機を提供することを目的とする。

前記の目的を達成すべく、本発明の分散機は、内周面の断面形状が円形となる筒状の側壁部分を有する撹拌容器と、該撹拌容器の前記側壁部分に、該側壁部分の中心軸と同軸に設けられた、外周面の断面形状が円形となる柱状のロータと、前記撹拌容器に接続された、第１の液体供給部と、第２の液体供給部とよりなり、前記第１の液体供給部は、前記ロータよりも上方に形成された該撹拌容器内の空間内に連通するように接続され、前記ロータの外周面は、前記撹拌容器の側壁部分の内周面に、所望の隙間を存して形成され、該ロータの外周面と前記側壁部分の内周面との間に、前記空間内に連通する第１の流路が形成され、前記第２の液体供給部は、前記第１の流路に連通するように前記撹拌容器に接続され、前記撹拌容器の底部に、前記第１の流路に連通した液体排出用の開口が形成されていることを特徴とする。

また、前記撹拌容器の側壁部分の内周面は、円筒状に形成され、前記ロータは、円柱状に形成されたことを特徴とする。

また、前記撹拌容器の側壁部分の内周面は、円錐台形状に形成され、前記ロータは、円錐台状に形成されたことを特徴とする。

また、前記撹拌容器の側壁部分の下端に、前記ロータの底面に所望の距離離間した、前記撹拌容器の底部を塞ぐ底板を設け、該底板に、前記液体排出用の開口を形成したことを特徴とする。

また、前記撹拌容器の底板の内底面は、凹状の逆円錐形状に形成され、前記ロータの底面は、前記撹拌容器の底板の内底面に、所望の隙間を存するように逆円錐形状又は逆円錐台状に形成されることを特徴とする。

また、前記撹拌容器の底板の内底面は、平面状に形成され、前記ロータの底面は、前記撹拌容器の底板の内底面に、所望の隙間を存するように平面状に形成されることを特徴とする。

また、前記撹拌容器の側壁部分の下端に、所望の長さの筒状の液体排出部を設け、該筒状の液体排出部の内径は、前記側壁部分の下端により形成される開口と同径、または、それより大きい内径に形成されていることを特徴とする。

また、前記第２の液体供給部は、複数設けられることを特徴とする。

本発明によれば、速やかに複数の液体を分散、混合することができる。また、分散、混合した液体を容器外に排出することができる。これにより、撹拌装置内の滞留時間の制御が可能となり、液体反応時間の制御や、晶析形成時間などの制御が可能となる。

本発明の実施例１の分散機の縦断側面図である。本発明の実施例２の分散機の縦断側面図である。本発明の分散機の液体の粒子の運動の軌跡をシミュレーションした説明図である。図３の模式図である。本発明の分散機の液体の垂直方向の速度をシミュレーションした説明図である。本発明の実施例３の分散機の縦断側面図である。本発明の分散機の液体の粒子の運動の軌跡をシミュレーションした説明図である。従来の分散機の縦断側面図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の実施例１を図１によって説明する。

図１において、１は、例えば、結晶操作などに用いられる本発明の分散機、２は、該分散機１の撹拌容器（ステータ）を示し、該撹拌容器２は、例えば、縦型の、内周面の横断面が円形となる円筒状の側壁２ｃと、前記側壁２ｃの下端を塞ぐ底板２ａと、前記側壁２ｃの上端を塞ぐ天井板２ｂとよりなる密閉した容器よりなり、該底板２ａの内底面３は、例えば、凹状の逆円錐形状に形成されている。

また、前記撹拌容器２の、後述するロータ６より下の部分の底部には、液体排出用の開口が形成され、例えば、前記撹拌容器２の底板２ａの中心部に、液体排出用の開口２ｄが形成されている。

なお、前記撹拌容器２の側壁２ｃは、後述するロータ６の外周面が配置される側壁部分において、内周面の横断面が円形となる円筒状であればよく、すなわち、該側壁部分は、該側壁部分の下端から上端までの内周面形状が、直線状に延びる中心軸に対して軸対称で、該中心軸に対して直交する断面（横断面）が、同一の径の円状になるように形成される。

また、前記逆円錐形状の底板２ａの内底面３は、前記中心軸に対して軸対称に形成されると共に、該内周面３の傾斜面は、直線状となるように形成される。

また、前記底板２ａは、前記ロータ６の底面から若干離間して、例えば、前記撹拌容器２の側壁部分の下端１７に設けられる。

４は、モータなどの回転装置（図示せず）により回転する、前記撹拌容器２の前記側壁部分の中心軸に垂設された回転シャフトを示し、該回転シャフト４の上端は、例えば、前記撹拌容器２の天井板２ｂに形成された貫通孔５を、液密にシールされて貫通して上方に延び、該撹拌容器２の上方に設けられた前記回転装置に連結されている。

６は、前記回転シャフト４の下端に固定された、前記撹拌容器２の側壁２ｃの側壁部分内に配置されたロータを示し、該ロータ６は、前記撹拌容器２の中心軸方向に延びる、外径が同一径の円柱状に形成され、該ロータ６の回転軸が、前記回転シャフト４の回転軸（側壁部分の中心軸）と一致するように固定されている。

また、前記円柱状のロータ６の外周面６ａは、例えば、前記撹拌容器２の側壁部分の内周面７に平行に、所望のせん断場が生ずるよう所望の一定の隙間を存するように形成され、該ロータ６の外周面６ａと前記撹拌容器２の内周面７との間に第１の流路８を形成すると共に、前記ロータ６の底面６ｂは、前記撹拌容器２の底板２ａの内底面３に平行に、所望の一定の隙間を存するように逆円錐形状又は逆円錐台形状に形成され、該ロータ６の底面６ｂと前記撹拌容器２の底板２ａの内底面３との間に第２の流路９が形成される。

なお、前記第１の流路８の前記撹拌容器２と前記ロータ６との間の距離は、せん断場を形成するために、例えば、０．０５ｍｍ～５ｍｍなど狭く形成され、また、第２の流路９の前記撹拌容器２と前記ロータ６との距離は、前記第１の流路８からの液体を、前記開口２ｄを介して、後述する液体排出管１０から排出できるように、前記第１の流路８の間隔に比べて大きく形成される。

なお、前記第１の流路の隙間は、流量や滞留時間やせん断力などを総合的に考慮して設計されるものであり、前記範囲に限定されるものではない。

１０は、該撹拌容器２の底部２ａの開口２ｄに連通して、前記底板２ａに接続された液体排出管を示し、前記撹拌容器２内の第２の流路９からの液体が、前記開口２ｄ及び該液体排出管１０を介して、前記撹拌容器２外に排出されるように形成されている。

１１は、前記撹拌容器２外から容器２内に第１の液体を供給する第１の液体供給管などの液体供給部を示し、該液体供給管１１は、前記ロータ６よりも上方に形成される前記撹拌容器２内の空間１３内に連通するよう、前記撹拌容器２の側壁２ｃ又は天井板２ｂに接続されている。

１２は、前記撹拌容器２外から容器２内に第２の液体を供給する第２の液体供給管などの液体供給部を示し、該第２の液体供給管１２は、前記第１の流路８に連通するよう、前記撹拌容器２の側壁２ｃに接続されている。

なお、前記第２液体供給管１２は、前記撹拌容器２の側壁２ｃに、上下方向に、または周方向に複数設けてもよい。

次に本第１実施例の分散機の作用と効果を説明する。

本発明の第１実施例においては、前記第１の液体供給管１１から、前記撹拌容器２内の空間１３内に、例えば、溶質を溶解した良溶媒（第１の液体）を連続的に供給し、また、前記ロータ６を回転させながら、前記第２の液体供給管１２から貧溶媒（第２の液体）を前記第１の流路８内に供給する。

そして、前記第１の液体は、前記空間１３に連通した前記第１の流路８に流れ、該第１の流路８内は、ステータとして機能する前記撹拌容器２の内周面７と前記ロータ６の外周面６ａとの速度差により、強いせん断作用が働き、この強いせん断作用が働く第１の流路８内に、直接第２の液体を注入するために、前記第１の液体と前記第２の液体が速やかに分散、混合するようになる。

そして、この貧溶媒の速やかな分散、混合により、溶解度が低下し、溶質が結晶として析出し、該結晶は、前記第１の流路８に連通した前記第２の流路９を介して、該第２の流路９に連通した前記液体排出管１０から撹拌容器２外に排出され、均一な粒径の結晶を得ることができるようになる。

本発明の第１実施例によれば、複数の液体を速やかに分散、混合し、液体排出管１０から撹拌容器２外に排出するので、液体の撹拌装置２内での滞留時間を少なくすることができ、これにより、結晶形成時間の制御や、液体反応時間の制御などが容易になる。

本発明の実施例２を図２～図５によって説明する。

本発明の第２実施例においては、前記第１実施例の分散機１において、該分散機１の撹拌容器２の側壁２ｃの中間から下端までの下方側壁１４を、内周面が円錐台状となる筒状に形成し、該下方側壁１４の内周面７を、下方に向かうに従って、径が徐々に直線状に若干広くなるように形成すると共に、底板２ａの内底面３ａを水平の平面状に形成する。

なお、前記下方側壁１４は、少なくとも、前記ロータ６の外周面が配置される側壁部分において、内周面が円錐台状となる筒状であればよく、すなわち、該側壁部分は、該側壁部分の内周面形状が、直線状に延びる中心軸に対して軸対称で、該内周面の傾斜面は、直線状となるように形成される。

なお、前記底板２ａは、前記ロータ６の底面から若干離間して、例えば、前記撹拌容器２の側壁部分の下端１７に設けられる。

また、前記第１実施例の分散機１のロータ６の外周面６ａを、例えば、前記撹拌容器２の側壁２ｃの下方側壁１４の側壁部分の内周面７に平行に、所望のせん断場が生ずるよう所望の一定の隙間を存するように、下方に向かうに従って径が徐々に直線状に若干広くなる円錐台形状に形成し、該ロータ６の外周面６ａと前記撹拌容器２の内周面７との間に第１の流路８を形成すると共に、前記ロータ６の底面６ｂは、前記撹拌容器２の底板２ａの内底面３に平行に、所望の一定の隙間を存するように水平の平面状に形成し、該ロータ６の底面６ｂと前記撹拌容器２の底板２ａの内底面３との間に第２の流路９が形成されるようにする。

なお、前記第１の流路８の前記撹拌容器と前記ロータ６との間の距離は、せん断場を形成するために、例えば、０．０５ｍｍ～５ｍｍなど狭く形成され、また、第２の流路９の前記撹拌容器２と前記ロータ６との距離は、前記第１の流路からの液体を、前記開口２ｄを介して、前記排出管１０から排出できるように、前記第１の流路８の間隔に比べて大きく形成される。

また、前記撹拌容器２の下方側壁１４の内周面の傾斜面の鉛直方向に対する傾斜角度（内周面の傾斜面と中心軸を通る縦断面とが交差する傾斜線と、鉛直方向とのなす角）は、前記ロータ６の回転周速度の差による僅かな圧力差により意図した方向への流動作用を生み出すため、０度よりも大きい僅かな角度であればよく、例えば、０．１度以上４５度以内、より好ましくは、例えば、０．５度以上１５度以内に設計されるが、滞留時間や流量や流速に応じて、上記範囲に関わらず、任意に設計される。

また、前記第１の流路の隙間は、流量や滞留時間やせん断力などを総合的に考慮して設計されるものであり、前記範囲に限定されるものではない。

なお、前記第２の実施例の分散機１において、説明を省略した部分は、前記第１実施例の分散機１と同じ構成である。

次に本第２実施例の分散機の作用と効果を説明する。

本発明の第２実施例の分散機においても、前記第１実施例の分散機と同様に、第１の液体供給管１１から、例えば、溶質を溶解した良溶媒（第１の液体）を連続的に供給し、また、前記ロータ６を回転させながら、前記第２の液体供給管１２から貧溶媒（第２の液体）を前記第１の流路８内に供給する。

そして、前記第１の液体は、前記空間１３に連通した前記第１の流路８に流れ、強いせん断作用が働く第１の流路８内で、前記第１の液体と前記第２の液体が速やかに分散、混合し、析出した結晶は、前記第１の流路８に連通した前記第２の流路９を介して、該第２の流路に連通した前記液体排出管１０から撹拌容器２外に排出されるようになる。

本発明の第２実施例においても、第１実施例と同様に、液体を速やかに分散、混合させ、液体排出管から排出するので、撹拌装置内の反応場の滞留時間を少なくすることができる。

また、前記第１実施例の分散機において、液体を所望の時間、分散、混合した時の、第２の液体供給管１２から供給された第２の液体の粒子の運動の軌跡をシミュレーションしたところ、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、軌跡１５のように表された。

これに対して、第１の流路を、下方に向かうに従って径が徐々に広くなる円錐台状とした前記第２実施例の分散機においては、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、軌跡１６で表され、第１実施例に比べて、液体の垂直方向の移動量が大きく、これにより、第１の流路８で分散、混合した液体を、滞りなく、スムーズに第２の流路９を通じて、排出管１０から排出できるようになる。

なお、前記シミュレーションは、前記第２の液体供給管１２を前記第１の流路８の上部に連通する側壁２ｃに設けた場合であるが、第１の流路８の下部に連通する側壁２ｃに第２の液体供給管１２を接続した場合でも、前記と同様に、液体の垂直方向の移動量が大きく、第２の液体供給管１２の接続位置に関わらず、第２実施例においては、液体の垂直移動量を大きくすることができる。

また、前記第１実施例の分散機において、液体を分散、混合している時の、流路内の液体の垂直方向の速度をシミュレーションしたところ、図５（ａ）に示すように、第２の流路９及び排出管１０内において、戻り流が生じ、液体がスムーズに排出されない場合が確認されたが、第２の流路９を平面状に形成した第２の実施例の分散機においては、図５（ｂ）に示すように、第２の流路９及び排出管１０において、第１実施例のような戻り流が抑制され、第１の流路から排出される液体が、スムーズに第２の流路９及び液体排出管１０を流れるようになる。

従って、第１実施例に比べて、第２実施例においては、戻り流を少なくすることができるので、分散、混合した液体を、速やかに、撹拌装置２外に排出することができ、これにより、更に、液体を速やかに分散、混合させ、液体排出管から容器２外に排出するので、撹拌容器２「内の反応部の滞留時間を少なくすることができ、これにより、結晶形成時間の制御や、液体反応時間の制御などが容易になる。

本発明の第３の実施例を図６及び図７によって説明する。

本発明の第３実施例においては、前記第１実施例の分散機、又は、実施例２の分散機において、前記撹拌容器２の側壁部分の下端を、底板２ａにより塞ぐことなく、図６に示すように、前記側壁部分の下端１７に、軸方向に所望の長さの筒状の液体排出部１８を形成し、又は、接続する。

なお、前記筒状の液体排出部１８の所望の長さは、例えば、撹拌容器２とロータ６の隙間の５倍以上が好ましい。

また、該筒状の液体排出部１８の内径を、前記側壁部分の下端１７により形成される開口と同径、又は、それより大きい内径に形成する。

そして、前記筒状の液体排出部１８の下流端に、例えば、該下流端と同内径の前記液体排出管１０を接続する、或いは、前記下流端を底板で塞ぐと共に、該底板に開口を形成し、該開口に連通するよう、液体排出用の前記液体排出管１０を接続するようにする。

なお、前記撹拌容器２の側壁部分より下側の側壁を、前記液体排出部１８の全部、又は一部としても良い。

また、前記液体排出管１０を、前記液体排出部１８の全部、又は一部としても良い。

なお、前記液体排出部１８の内径は、下流側に向かうに従って、徐々に内径が大きくなるようにしてもよい。

本発明の第３の実施例においては、分散場となる前記第１の流路８からの液体の排出が良くなり、撹拌装置内の反応場の滞留時間を少なくすることができる。

なお、図７（ａ）、（ｂ）は、第１の実施例における分散機と、第３の実施例における分散機の第２の液体の粒子の運動の軌跡をシミュレーションした図を示し、第１の実施例の分散機に比べ、第３の実施例の分散機の方が、液体の排出がスムーズであることが分かる。

本発明の分散機は、食品工業や化学工業等あらゆる分野において利用される。

１分散機
２撹拌容器
２ａ底板
２ｂ天井板
２ｃ側壁
２ｄ開口
３内底面
４回転シャフト
５貫通孔
６ロータ
６ａ外周面
６ｂ底面
７内周面
８第１の流路
９第２の流路
１０液体排出管
１１第１の液体供給管
１２第２の液体供給管
１３空間
１４下方側壁
１５軌跡
１６軌跡
１７下端
１８液体排出部

Claims

内周面の断面形状が円形となる筒状の側壁部分を有する撹拌容器と、
該撹拌容器の前記側壁部分内に、該側壁部分の中心軸と同軸に設けられた、外周面の断面形状が円形となる柱状のロータと、
前記撹拌容器に接続された、第１の液体供給部と、第２の液体供給部とよりなり、
前記第１の液体供給部は、前記ロータよりも上方に形成された該撹拌容器内の空間内に連通するように接続され、
前記ロータの外周面は、前記撹拌容器の側壁部分の内周面に、所望の隙間を存して形成され、該ロータの外周面と前記側壁部分の内周面との間に、前記空間内に連通する第１の流路が形成され、
前記第２の液体供給部は、前記第１の流路に連通するように前記撹拌容器に接続され、
前記撹拌容器の底部に、前記第１の流路に連通した液体排出用の開口が形成され、
前記撹拌容器の側壁部分の内周面は、下方に向かうに従って径が徐々に広くなる円錐台状に形成され、
前記ロータは、下方に向かうに従って径が徐々に広くなる円錐台状に形成されたことを特徴とする分散機。
前記撹拌容器の側壁部分の下端に、前記ロータの底面に所望の距離離間した、前記撹拌容器の底部を塞ぐ底板を設け、
該底板に、前記液体排出用の開口を形成したことを特徴とする請求項１に記載の分散機。
前記撹拌容器の底板の内底面は、凹状の逆円錐形状に形成され、
前記ロータの底面は、前記撹拌容器の底板の内底面に、所望の隙間を存するように逆円錐形状又は逆円錐台状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の分散機。
前記撹拌容器の底板の内底面は、平面状に形成され、
前記ロータの底面は、前記撹拌容器の底板の内底面に、所望の隙間を存するように平面状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の分散機。
内周面の断面形状が円形となる筒状の側壁部分を有する撹拌容器と、
該撹拌容器の前記側壁部分内に、該側壁部分の中心軸と同軸に設けられた、外周面の断面形状が円形となる柱状のロータと、
前記撹拌容器に接続された、第１の液体供給部と、第２の液体供給部とよりなり、
前記第１の液体供給部は、前記ロータよりも上方に形成された該撹拌容器内の空間内に連通するように接続され、
前記ロータの外周面は、前記撹拌容器の側壁部分の内周面に、所望の隙間を存して形成され、該ロータの外周面と前記側壁部分の内周面との間に、前記空間内に連通する第１の流路が形成され、
前記第２の液体供給部は、前記第１の流路に連通するように前記撹拌容器に接続され、
前記撹拌容器の底部に、前記第１の流路に連通した液体排出用の開口が形成され、
前記撹拌容器の側壁部分の下端に、前記ロータの底面に所望の距離離間した、前記撹拌容器の底部を塞ぐ底板を設け、
該底板に、前記液体排出用の開口を形成し、
前記撹拌容器の底板の内底面は、平面状に形成され、
前記ロータの底面は、前記撹拌容器の底板の内底面に、所望の隙間を存するように平面状に形成されることを特徴とする分散機。
内周面の断面形状が円形となる筒状の側壁部分を有する撹拌容器と、
該撹拌容器の前記側壁部分内に、該側壁部分の中心軸と同軸に設けられた、外周面の断面形状が円形となる柱状のロータと、
前記撹拌容器に接続された、第１の液体供給部と、第２の液体供給部とよりなり、
前記第１の液体供給部は、前記ロータよりも上方に形成された該撹拌容器内の空間内に連通するように接続され、
前記ロータの外周面は、前記撹拌容器の側壁部分の内周面に、所望の隙間を存して形成され、該ロータの外周面と前記側壁部分の内周面との間に、前記空間内に連通する第１の流路が形成され、
前記第２の液体供給部は、前記第１の流路に連通するように前記撹拌容器に接続され、
前記撹拌容器の底部に、前記第１の流路に連通した液体排出用の開口が形成され、
前記撹拌容器の側壁部分の下端に、所望の長さの筒状の液体排出部を設け、
該筒状の液体排出部の内径は、前記側壁部分の下端により形成される開口と同径、または、それより大きい内径に形成され、
前記液体排出部の所望の長さは、ロータの外周面と前記側壁部分の内周面との間の５倍以上であることを特徴とする分散機。
前記第２の液体供給部は、複数設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の分散機。