JP7375054B2 - 均質混合装置 - Google Patents

Description

本発明は均質混合装置に関する。

中国発明特許「ＣＮ１０３３４９９２４Ｂ」の特許出願はオゾンガスの液体への溶解を促進するシステムを開示し、ここでは、動的撹拌機に関し、回転子または回転子と固定子の組み合わせの方式を採用し、加圧したオゾンガスと一定の圧力を有する液体を圧力条件下で十分に物質移動させ、それによってオゾンガスが液体中に溶解する速度を加速し、混合効率を向上させ、最終的に溶解が十分なオゾン液体が得られる。当該動的撹拌機は固定子と回転子を含み、固定子は軸方向または軸方向と垂直な方向に複数列の固定子歯を形成し、各列の固定子歯は周方向に配列される複数の歯を含み、回転子は固定子の内側に位置し、かつ回転軸によって固定子に対して回転可能に設けられ、回転子は軸方向または軸方向と垂直な方向に複数列の回転子歯を形成し、各列の回転子歯は周方向に配列される複数の歯を含み、各列の固定子歯と回転子歯は軸方向または軸方向と垂直な方向に交互に配列される。各列の固定子歯と回転子歯との間には、軸方向隙間と半径方向隙間とがある。動的撹拌機はハウジングをさらに含み、ハウジングの一端には材料を導入するための導入端が設けられ、ハウジングの他端には材料を送出するための送出端が設けられ、固定子と回転子はすべてハウジング内に設けられる。

本発明者らは、上記動的撹拌機が、液体中へのオゾンガスの混合溶解を促進するためだけでなく、気・液混合、液・液／液・固溶解、分散、乳化などの他の物質の二相または多相混合溶解、分散または乳化にも使用できることを認識した。ここでは、混合溶解とは機械的方法または物理的方法によって２種類以上の相互溶解可能な材料を互いに混合し、各成分の濃度を一定の均一度にするということである。分散とは、相互溶解性が悪い気体または固体を液体と混合し、固体粒子または気体微小気泡を液体中に分散させて懸濁状態にすることである。乳化とは、２種類の通常不混和性液体を密に混合し、１種類の液体を粉砕して小滴にした後に別の液体に分散させる操作過程を指す。

本発明の目的は、異なる混合要求に対応する柔軟な動作モードを提供することができる均質混合装置を提供することである。

本発明は均質混合装置を提供し、材料の送給方向を有し、ここでは、循環ユニットは材料を貯蔵可能な材料貯蔵空間、材料を送給可能な供給端および材料を送出可能な排出端を含み、動的混合ユニットは送給方向に沿って順に材料の流通可能な方式で直列に接続される一段動的混合装置、二段動的混合装置と三段動的混合装置を含み、それぞれ材料の混合溶解、分散と乳化に対応し、前記一段動的混合装置の供給口は前記循環ユニットの排出端と連通し、前記三段動的混合装置の排出口は前記循環ユニットの供給端と連通し、前記一段動的混合装置の上流側に、前記二段動的混合装置に材料を添加可能な第１添加装置がさらに設けられ、前記二段動的混合装置の上流側に、前記一段動的混合装置にガスを輸送可能なガス輸送装置がさらに設けられ、前記三段動的混合装置の上流側には前記三段動的混合装置に材料を添加可能な第２添加装置が設けられ、かつ各動的混合装置は動的撹拌機を含み、制御ユニットは、前記動的混合ユニットを制御可能に構成され、これによって、前記一段動的混合装置、二段動的混合装置および三段動的混合装置の動的撹拌機は独立して起動し停止し、独立した回転速度で動作することができる。前記動的撹拌機は固定子と回転子を含み、前記一段動的混合装置、二段動的混合装置と三段動的混合装置の動的撹拌機の回転速度範囲は順次増大し、回転子と固定子の間隔は順次減少する。

一実施形態において、前記一段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が０～５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が１０～２０ｍｍであるように設けられ、前記二段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が５００ｒ～１５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が５～１０ｍｍであるように設けられ、前記三段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が１５００ｒ～３０００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が０．１～５ｍｍであるように設けられる。

一実施形態では、当該均質混合装置は、熱交換媒体を介して前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置と熱交換することによって温度制御を行うサーモスタット装置をさらに含む。

一実施形態では、前記サーモスタット装置は、熱交換媒体を回収し、熱交換媒体を所定の温度に処理して輸送するサーモスタットと、熱交換媒体を輸送する熱交換配管とを含み、前記熱交換配管は前記サーモスタットの出口端から順に前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置を経て前記サーモスタットの入口端に戻る。

一実施形態では、前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティと、前記混合キャビティを取り囲む熱交換媒体通路とを含み、前記熱交換媒体通路は、前記熱交換媒体が前記混合キャビティの外周側を流れて前記混合キャビティと熱交換することを可能にする。

一実施形態では、各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティを取り囲む内側層と外側層との二層構造を採用し、内側層と外側層との間に環状の前記熱交換媒体通路が設けられる。

一実施形態では、前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティを含み、前記熱交換配管は、各動的混合装置内において、前記混合キャビティの内壁または外壁に固定される金属コイルとして設計される。

一実施形態では、前記動的混合ユニットの下流側に圧力調整装置がさらに設けられ、前記圧力調整装置は、測定された圧力を前記制御ユニットにフィードバックする圧力計と圧力弁とを含み、前記制御ユニットは、測定された圧力に基づいて圧力制御信号を出力し、前記圧力弁を制御して圧力調整を実現する。

一実施形態では、前記動的混合ユニットの下流側には、温度を測定する温度測定装置がさらに設けられ、前記温度測定装置は、測定された温度を前記制御ユニットにフィードバックし、前記制御ユニットは、測定された温度に基づいて温度制御信号を出力して、前記サーモスタット装置を制御して、温度調整を実現する。

一実施形態では、前記循環ユニットの供給端には、排気ガスを吸収分解して排出するための排気ガス処理装置がさらに設けられる。

上記均質混合装置は、異なる混合要求に対応するために、コントローラの制御作用を介して柔軟な動作モードを提供することができる。また、上記均質混合装置はさらに操作者の操作難易度を簡略化することができ、操作者はコントローラの制御によって、異なる材料または添加剤を添加するだけで異なる材料の異なる混合程度を実現することができる。また、上記均質混合装置を採用することにより、混合効率を大幅に向上させ、混合時間を短縮し、混合効率が高く、混合効果も向上させることができる。

本発明に係る以上に記載の、および他の特徴、性質と利点は、以下の図面と実施例の説明から更に明らかになるであろう。

均質混合装置の概略図である。 動的撹拌機の例示的な構成図である。

以下、具体的な実施例と図面に合わせて本発明を詳細に説明する。本発明を十分に理解するために、以下の説明において詳細に記載されているが、本発明がここで説明したものと異なる複数の別の態様で実施可能であることは明らかである。当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、実際的応用状況に基づいて展開し、演繹することができるため、具体的な実施例の内容で発明の保護範囲を限定すべきではない。

例えば、本明細書において後に記載される第１特徴は、第２特徴の上または上に形成され、第１および第２特徴が直接関連して形成される実施形態を含んでもよく、第１および第２特徴の間に追加の特徴が形成される実施形態を含んでもよく、これによって第１および第２特徴の間は直接関連していなくてもよい。さらに、これらの開示内容は、様々な例において、符号および／または文字を繰り返すことができる。この繰り返しは、簡潔さおよび明確さのためであり、それ自体は、議論されるべき様々な実施形態および／または構造間の関係を表していない。更に、第１要素が第２要素に接続されているか、または第２要素に結合されていると説明する場合、この説明は、第１および第２要素が直接互いに接続されている実施形態を含み、第１要素が第２要素に間接的に接続されているか、または互いに結合されているように１つまたは複数の他の介在要素が追加されている実施形態も含む。

本発明に示すように、文脈によって明確に示さない限り、「１つ」、「１種」および／または「当該」などの用語は、特に単数形を特定するものではなく、複数形を含でもよい。一般的に、「備える」および「含む」という用語は、明確に標示したステップおよび要素を含むことを示すためのものにすぎず、これらのステップと要素は、排他的な列挙ではなく、方法または装置は他のステップまたは要素も含でもよい。

説明の便宜上、ここでは、例えば「下」、「下方」、「より低い」、「下」、「上方」、「上」などの空間関係用語を用いて、図面に示される１つの素子或いは特徴ともう一つの素子或いは特徴との間の関係を説明する場合がある。理解すべきことは、これらの空間関係用語は、使用中または操作中の装置の、図面に示される方向以外の他の方向を含むことを意図することである。例えば、図面における装置を反転させる場合、他の素子或いは特徴の「下方」または「下」または「下面」にある素子の方向は前記他の素子或いは特徴の「上方」に変更する。そのため、「下方」と「下」という例示的な用語は上と下という２つの方向を含んでもよい。デバイスは他の方向（９０度回転しまたは他の方向に位置する）を有するため、ここで使用される空間関係を説明する用語はそれに応じて解釈されるべきである。更に、理解すべきことは、１層が２層「の間」にあると説明する場合、それは前記２層の間にある唯一の層であってもよく、またはその間に介在する層が１つまたは複数存在してもよいことである。

また、これらおよび後続する他の図面は例示的なものに過ぎず、等しい比率で描画されるものではなく、さらにこれによって本発明の実際に請求する特許請求の範囲を限定すべきではないことに留意されたい。また、異なる実施形態における変換方式は、適宜組み合わせてもよい。

図１を参照すると、図１は均質混合装置１００の概略図を示す。均質混合装置１００は、材料の送給方向Ｄ０を有しており、送給方向Ｄ０に示すものは、材料の流路または送給経路Ｕとみなすこともでき、送給経路Ｕは、例えば配管で構成することができる。図１において、送給方向Ｄ０は、矢印で示され、ほぼ図中の反時計回り方向に沿っている。

均質混合装置１００は、循環ユニット１を含む。循環ユニット１は、材料を貯蔵することができる貯蔵空間Ｓを含む。循環ユニット１は、材料を送給することができる供給端１１と、材料を送出することができる排出端１２とをさらに含む。例えば、循環ユニット１は、貯蔵タンクであってもよい。図示の実施形態では、供給端１１は、外部から材料を送り込むための送り口１３と、材料を回収するための戻し口１４とを含み、排出端１２は、外部に排出するための排出口１５と、材料を後述する動的混合ユニット５に輸送して混合操作を行うための輸送口１６を含む。

均質混合装置１００は、送給方向Ｄ０に沿って一段動的混合装置５１と、二段動的混合装置５２と、三段動的混合装置５３とを順に含む動的混合ユニット５を含み、一段動的混合装置５１と、二段動的混合装置５２と、三段動的混合装置５３とは、材料が流通可能に直列に接続されている。すなわち、一段動的混合装置５１は送給方向Ｄ０の最上流に位置し、三段動的混合装置５３は送給方向Ｄ０の最下流に位置し、二段動的混合装置５２は送給方向Ｄ０において一段動的混合装置５１と三段動的混合装置５３との間に位置する。また、材料は、一段動的混合装置５１を通って二段動的混合装置５２に流れ、次いで三段動的混合装置５３に流れることができる。

ここでは、一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２と三段動的混合装置５３はそれぞれ材料の混合溶解、分散と乳化に対応する。一段動的混合装置５１の供給口５１１は、循環ユニット１の排出端１２（具体的には、排出端１２の輸送口１６）と連通し、三段動的混合装置５３の排出口５３２は、循環ユニット１の供給端１１（具体的には、排出端１１の戻り口１４）と連通する。

また、一段動的混合装置５１の上流側には、一段動的混合装置５１に、例えば、混合対象となる添加剤や材料、あるいは混合を容易にするために添加する必要がある他の添加剤や材料、あるいは後の分散作用に対応する分散剤を添加することができる第１添加装置６１が設けられる。図示の実施形態では、第１添加装置６１は、送給方向Ｄ０において、一段動的混合装置５１と二段動的混合装置５２との間に設けられる。

図示の実施形態では、均質混合装置１００は、送給方向Ｄ０において、循環ユニット１と動的混合ユニット５または一段動的混合装置５１との間に設けられる移送ポンプ３をさらに含み、材料は、移送ポンプ３によって循環ユニット１から動的混合ユニット５または一段動的混合装置５１に送給される。図２において、第１添加装置６１は、送給方向Ｄ０において、移送ポンプ３と動的混合ユニット５または一段動的混合装置５１との間に設けられる。

また、二段動的混合装置５２の上流側には、ガスを二段動的混合装置５２に輸送することができるガス輸送装置４が設けられる。図示の実施形態では、ガス輸送装置４は、一段動的混合装置５１と二段動的混合装置５２との間に設けられ、これによって、二段動的混合装置５２を用いて液体中にガスを分散させる。

ガス輸送装置４は、ガスの輸送方向Ｄ１において、ガスを輸送することができ、送給されたガスを加圧することができるガス加圧ポンプ４１と、ガスの流量を測定および／または制御することができるガス流量制御装置４２とを含むことができ、例えば、ガス流量制御装置４２は、ガス流量計および／または流量制御弁であり得る。例えば、ガス輸送装置４は、酸素、オゾン、二酸化炭素等のガスを加え、ガス流量制御装置４２によりガス添加量を制御し、液体中でのガスの溶解濃度が最も高くなるように適切な気液比に調整し、余剰ガスを無駄にしないようにしてもよい。ガスの輸送方向Ｄ２および前の第１添加剤の輸送方向Ｄ１と後の第２添加剤の輸送方向Ｄ３は共に白抜き矢印で示されており、各輸送方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３から輸送または送給されたガスまたは添加剤が送給経路Ｕに加えられた後に、送給方向Ｄ０に沿って送給された材料の一部となるため、各輸送方向Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に指示された流路または送給経路も送給経路Ｕの分岐とみなすことができる。

三段動的混合装置５３の上流側には、第２添加装置６２がさらに設けられ、第２添加装置６２は、三段動的混合装置５３に、例えば、乳化作用に対応する乳化剤、または混合を容易にするように添加する必要がある、または混合の対象となる添加剤または材料を添加することができる。図示の実施形態では、第２添加装置６２は、送給方向Ｄ０において、二段動的混合装置５２と三段動的混合装置５３との間に設けられる。各動的混合装置、すなわち、一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２、および三段動的混合装置５３は、いずれも動的撹拌機を含む。

添加装置６１、６２は、例えば流量制御弁により定量添加することができ、反応の微細化制御を実現して最適な混合反応生成物を得ることができる。分散剤、乳化剤などの添加速度および均質混合装置１００全体の優れた分散乳化効率を制御することによって、少量の分散剤、乳化剤の添加で良好な分散乳化効果を達成し、コストを削減する。添加装置６１、６２によって添加されるのは、ガスであってもよい。

動的撹拌機５０の例示的な構成を図２に示す。図２を参照すると、動的撹拌機５０は、固定子５０１および回転子５０２を含む。動的撹拌機５０はハウジング５０３をさらに含む。ハウジング５０３の一端には材料を導入するための導入端５０５が設けられ、ハウジング５０３の他端には材料を送出するための送出端５０４が設けられる。なお、動的撹拌機５０による撹拌操作の前の材料と撹拌後の材料は混合状態が異なっており、例えば、一段動的混合装置５１の動的撹拌機５０の導入端５０５から導入された材料は気体と液体との二相混合物であってもよく、一段動的混合装置５１の動的撹拌機５０による混合溶解作用後に、一段動的混合装置５１の動的撹拌機５０の送出端５０４から送出される材料は気体が液体中に溶解した溶液である可能性がある。また、第１添加装置６１、ガス輸送装置４または第２添加装置６２が異なるガスまたは添加剤を送給経路Ｕに添加するにつれて、材料の成分もリアルタイムに変化する。

動的撹拌機５０において、固定子５０１はハウジング５０３内に設けられ、固定子５０１は軸方向に沿って複数列の固定子歯５０７を形成し、各列の固定子歯５０７は周方向に配列される複数の歯を含むことができ、各固定子歯５０７は軸方向に垂直な方向に延在する。回転子５０２はハウジング５０３内に設けられ、回転子５０２は固定子５０１の内側に設けられ、回転軸５０６によって固定子５０１に対して回転可能であり、回転子５０２は軸方向に複数列の回転子歯５０８を形成し、各列の回転子歯５０８は円周方向に配列される複数の歯を含むことができ、各列の固定子歯５０７と回転子歯５０８は軸方向に交互に配列される。各回転子歯５０８は、軸方向に垂直な方向に延びており、固定子歯５０７と回転子歯５０８とが軸方向に交互に配列される。各列の固定子歯５０７は、好ましくは、回転子歯５０８の軸方向隙間Ｌ１と等しく、各列の固定子歯５０７の歯が回転子歯５０８の根元に当接するまでの半径方向隙間Ｌ２と、各列の回転子歯５０８の歯が固定子歯５０７の根元に当接するまでの半径方向隙間Ｌ２とが等しいことが好ましい。回転子５０２と固定子５０１との間隔は、軸方向隙間Ｌ１と半径方向隙間Ｌ２とを含む。

動的撹拌機５０内には複数列の回転子と固定子が設けられ、回転子と固定子が互いに交互に嵌合し、回転するとき、回転子と固定子が相対運動し、回転子と固定子の高速撹拌によって、異なる物質を十分に混合させ、混合、分散、乳化に死角がなくなり、効率がより高く、時間がより短い。

均質混合装置１００は、一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２、および三段動的混合装置５３の動的撹拌機５０が独立して起動し停止し、独立した回転速度で動作するように動的混合装置５を制御できるように構成される制御ユニット９をさらに含む。制御ユニット９は、一つまたは複数のコントローラを含むことができ、例えば、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、精密命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、アプリケーション固有命令統合プロセッサ（ＡＳＩＰ）、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、物理処理ユニット（ＰＰＵ）、マイクロコントローラユニット、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、高レベルＲＩＳＣマシン（ＡＲＭ）、プログラマブル論理装置（ＰＬＤ）、１つまたは複数の機能を実行可能な任意の回路またはプロセッサのうちの１種または複数種の組み合わせが挙げられる。

一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２および三段動的混合装置５３の動的撹拌機５０の回転速度範囲は順次増加し、回転子５０２と固定子５０１の間隔は順次減少し、すなわち、軸方向隙間Ｌ１および半径方向隙間Ｌ２は共に順次減少する。例えば、一段動的混合装置５１の動的撹拌機は、回転数が０～５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が１０～２０ｍｍであり、混合溶解に対応するように設けられる。二段動的混合装置５２の動的撹拌機は、回転速度が５００ｒ～１５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が５～１０ｍｍであり、分散に対応するように設けられる。三段動的混合装置５３の動的撹拌機は、回転数１５００ｒ～３０００ｒ／ｍｉｎ、回転子と固定子の間隔が０．１～５ｍｍであり、乳化に対応するように設けられる。回転速度が高ければ高いほど、間隔が小さければ小さいほど、混合効果が良い。回転子と固定子の間隔が異なり、一次から三次までの間隔が小さくなり、動的撹拌機の回転子と固定子の剪断効果が強くなり、混合物はより小さくより分散した形態を呈して互いに混合し、単位時間当たりの混合物間の接触面積が大きくなり、したがって混合効率が高くなる。多段動的混合装置を設けることにより、混合物を、異なるパラメータの動的混合装置において十分に反応させて対応する反応段階に達することができる。

図示の実施形態では、均質混合装置１００は、サーモスタット装置８０をさらに含む。サーモスタット装置８０は、液相水のような熱交換媒体を介して、動的混合ユニット５における動的混合装置５１、５２、５３の各々と熱交換することによって温度制御をすることができ、それには、冷却のために冷却することを含むが、プロセスの要求に応じて昇温または保温することもできる。

サーモスタット装置８０は、サーモスタット８０１と、熱交換媒体を回収し、熱交換媒体を所定の温度に処理して輸送する熱交換配管８０２とを含み、熱交換配管８０２は、サーモスタット８０１の出口端８０３から動的混合ユニットにおける各動的混合装置を順に経て、すなわち、図１の中実矢印によって示される熱交換方向Ｄ４に沿って、動的混合装置５１、５２、５３を順次経て、最終的にサーモスタット８０１の入口端８０４に戻るように熱交換媒体を輸送する。すなわち、サーモスタット８０１は、入口端８０４を介して熱交換媒体を回収し、次いで、熱交換媒体を所定の温度に処理し、熱交換配管８０２による輸送によって動的混合装置５１、５２、５３と熱交換することで恒温作用を達成する。均質混合装置１００では、サーモスタット装置８０における熱交換媒体を循環させて使用することができ、熱交換媒体を節約することができ、したがってコストを削減し、各動的混合装置５１、５２、５３に対する恒温効果が一致している。

各動的混合装置５１、５２、５３は、材料混合のための混合キャビティと、混合キャビティを取り囲む熱交換媒体通路とを含むことができ、すなわち、熱交換媒体通路は、混合キャビティの周りに設けられる。例えば、各動的混合装置５１、５２、５３は、材料混合のための混合キャビティを取り囲む内側層と、外側層との二層構造またはサンドイッチ構造を採用し、内側層と外側層との間に環状の熱交換媒体通路が設けられる。したがって、混合キャビティ内の温度を調整することができ、キャビティ壁と材料の混合物の接触面積が大きく、熱伝達速度が速く、混合物の反応温度を精確に制御することができ、反応を最適化することができる。例えば、各動的混合装置５１、５２、５３の動的撹拌機５０は、その内側層によって囲まれた混合キャビティと見なすことができ、さらに、動的撹拌機５０の外周に外ハウジング構造が追加設けられ、外ハウジング構造と動的撹拌機５０の間に熱交換媒体通路を形成する。あるいは、動的撹拌機５０は円筒形内側層と円筒形外側層とを含む二重円筒形構造として設計されることができ、内側層は固定子と回転子が相互作用する円筒形混合キャビティとして取り囲まれ、円筒形内側層と円筒形外側層との間に環状熱交換媒体通路を形成する。熱交換媒体通路は、熱交換媒体が混合キャビティの外周側を流れて混合キャビティと熱交換することを可能にすることができる。

別の実施形態では、各動的混合装置５１、５２、５３は、材料混合のための混合キャビティを含むことができ、熱交換配管８０２は各動的混合装置５１、５２、５３内に、混合キャビティの内壁または外壁に固定される金属コイルとして設計することができる。例えば、動的撹拌機５０の内部空間Ｎは混合キャビティを形成し、熱交換配管８０２は、動的撹拌機５０のハウジング５０３の外に固定される金属コイルとして、内部空間Ｎと熱交換するように各動的混合装置５１、５２、５３内で設計することができる。金属コイルは接触面積を高め、温度伝導を加速することができる。動的撹拌機５０の内部空間Ｎによって構成される混合キャビティは密封設計であり、したがって、混合物はこの混合キャビティまたは内部空間Ｎを完全に満たすことができ、したがって空気を排除するため、乳化時に外気を持ち込んで気泡を生成することが容易ではなく、負圧操作を必要とせず、乳化効果がさらによい。

図１に示す実施形態では、動的混合ユニット５の下流側に圧力調整装置７がさらに設けられる圧力調整装置７は、圧力計７１と圧力弁７２とを含み、圧力計７１は、圧力を測定し、測定された圧力を制御ユニット９にフィードバックし、続いて制御ユニット９は、圧力計７１によって測定された圧力に基づいて、対応する圧力制御信号を出力して圧力弁７２を制御して圧力調整を実現する。圧力弁７２は、例えば、材料が通過する通路の開口の大きさを調整することによって、圧力制御を行うことができる。圧力調整装置７は、動的混合ユニット５内および送給経路Ｕ内の圧力をリアルタイムで調整して、混合物の反応に最適な圧力を達成することができる。例えば、制御ユニット９によって所望の動作圧力を設定し、続いて圧力弁７２を制御して開口の大きさを調整し、圧力に変化を発生して、圧力計７１によって受信し、圧力計７１は受信した圧力信号を制御ユニット９にフィードバックし、フィードバックされた圧力が設定された圧力と一致すると、圧力弁７２の調整を停止し、所望の圧力の調整を実現することができる。

図１に示す実施形態では、動的混合ユニット５の下流側に、温度を測定する温度測定装置７３、例えば温度計がさらに設けられ、温度測定装置７３は、測定された温度を制御ユニット９にフィードバックし、続いて制御ユニット９は、温度測定装置７３によって測定された温度に基づいて対応する温度制御信号を出力して、温度調整を実現するようにサーモスタット装置８０を制御することができる。

図１を参照すると、循環ユニット１の供給端１１には、排気ガスを吸収分解して排出することができる排気ガス処理装置８がさらに設けられる。混合反応中に発生した有害ガスは循環ユニット１に蓄積され、貯蔵空間Ｓの先端の排気ガス処理装置１１で吸収分解されて空気中に放出され、環境を汚染しないようにする。

次に、上述した均質混合装置１００を用いて製品を製造するための異なる動作モードについて例示する。

１）酸素補給チョコレートの製作
定量の低温圧搾植物油を輸送口１３を介して循環ユニット１に入れ、移送ポンプ３を介して植物油を一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２および三段動的混合装置５３に移送し、ガスマイナスイオン酸素をガス輸送装置４を介して送給経路Ｕに導入し、ガス流量制御装置４２を調整して植物油と比例で混合させ、二段動的混合装置５２を設定してその動的撹拌機の回転数を１０００ｒ／ｍｉｎにし、一段動的混合装置５１、三段動的混合装置５３を動作せず、圧力弁７３を、圧力が２ｂａｒになるように調整して循環させ、反応が完了するまでサーモスタット８０１を１８℃に調整する。液体ココアバターを第１添加装置６１を介して送給経路Ｕに添加し、一段動的混合装置５１をその動的撹拌機の回転数が５００ｒ／ｍｉｎになるように設定し、二段動的混合装置５２、三段動的混合装置５３を動作せず、サーモスタット８０１を、その温度が４０℃になるように調整し、循環させ、反応完了後に完成品を排出口１５から排出する。

２）酸素補給クリームの製造
定量低温圧搾植物油を輸送口１３を介して循環ユニット１に入れ、移送ポンプ３を介して植物油を一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２および三段動的混合装置５３に移送し、ガスマイナスイオン酸素をガス輸送装置４を介して送給経路Ｕに導入し、ガス流量制御装置４２を調整して植物油と比例で混合させ、二段動的混合装置５２を設定してその動的撹拌機の回転数を１０００ｒ／ｍｉｎにし、一段動的混合装置５１、三段動的混合装置５３を動作せず、圧力弁７３を、圧力が２ｂａｒになるように調整して循環させ、反応が完了するまでサーモスタット８０１を１８℃に調整する。シリコーンオイル、香料を順次に比例して第１添加装置６１を介して管路に添加し、一段動的混合装置５１をその動的撹拌機の回転数が７００ｒ／ｍｉｎになるように設定し、二段動的混合装置５２、三段動的混合装置５３を動作せず、サーモスタット８０１を、その温度が２５℃になるように調整し、反応が完了するまで循環させる。乳化剤、脱イオン水を順次に比例して第２添加装置６２を介して送給経路Ｕに添加し、三段動的混合装置５３をその動的撹拌機の回転数が３０００ｒ／ｍｉｎになるように設定し、一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２を動作せず、サーモスタット８０１を、その温度が２５℃になるように調整し、循環させ、反応完了後に完成品を排出口１５から排出する。

以下の表は、様々な製造方法によって製造されたクリーム中の遊離油の体積分率を示す。

以上の表には、２４ｈ、４８ｈはそれぞれ、クリームの製造が完了した後に４０℃のオーブン内に２４ｈおよび４８ｈ置くことを意味する。

異なる動的混合装置の回転子と固定子の間隔、回転速度はそれぞれ異なるため、異なる混合効果を十分に達成することができる。以上のことから、一、二、三段動的混合装置を採用して協力して製造したクリームは単独で単段動的混合装置を採用して製造したクリームより安定性が良く、解乳しにくい。

３）酸素補給精油の製造
定量低温圧搾茶種油を輸送口１３を介して循環ユニット１に入れ、移送ポンプ３を介して茶種油を一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２および三段動的混合装置５３に移送し、第１添加装置６１を介して送給経路Ｕにチョクラソウ精油を添加し、その動的撹拌機の回転速度が３００ｒ／ｍｉｎになるように一段動的混合装置５１を設定し、ガスマイナスイオン酸素をガス輸送装置４を介して送給経路Ｕに導入し、ガス流量制御装置４２を調整して茶種油と比例で混合させ、二段動的混合装置５２を設定してその動的撹拌機の回転数を１２００ｒ／ｍｉｎにし、三段動的混合装置５３を動作せず、圧力弁７３を、圧力が２ｂａｒになるように調整して循環させ、反応が完了するまでサーモスタット８０１を１８℃に調整する。反応終了後、完成品を排出口１５から排出する。

４）植物油乳液の製造
定量低温圧搾植物油を送り口１３を介して循環ユニット１に供給し、植物油を移送ポンプ３を介して一段動的混合装置５１、二段動的混合装置５２および三段動的混合装置５３に輸送し、茶樹精油を第１添加装置６１を介して送給経路Ｕに供給し、一段動的混合装置５１をその動的撹拌機の回転速度が２００ｒ／ｍｉｎとなるように設定し、乳化剤、脱イオン水を、第２添加装置６２によって送給経路Ｕに順次比例して添加し、三段動的混合装置５３を、その動的撹拌機の回転数２８００ｒ／ｍｉｎになるように設定し、二段動的混合装置５２を動作せず、サーモスタット８０１を３０℃に調整して循環させ、反応完了後、完成品を排出口１５から排出する。

上記製造例から明らかなように、上記均質混合装置を用いることにより、実際のニーズに応じて動作モードの柔軟な選択を行うことができる。操作員は操作が非常に便利で、かつ汎用性が高い。さらに、複数セットの装置を組み合わせて使用する必要がなく、操作プロセスを簡略化し、製造コストを低下させる。上記均質混合装置は異なる混合、分散、乳化などのプロセスによって制御ユニットを利用して反応温度、回転速度などのパラメータを修正することができ、適用範囲が広い。

上記均質混合装置は、循環混合反応を達成することができ、反応混合物は、循環ユニットに戻された後、反応が完了するまで、例えば、移送ポンプを介して動的混合ユニットに再び入ることができる。

上記均質混合装置は気－液混合、液－液／液－固溶解、分散、乳化のレンタルを実現することができる。

上記均質混合装置は、高粘度の液体分散乳化に対して特に有利であり、上記動的混合装置は、高粘度の流体剪断混合に対してより効果的である。

本発明は、好ましい実施例によって前記の通り開示されたが、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、種々の変更や修正をすることができる。そのため、本発明の技術的解決手段の内容から逸脱しない限り、本発明の技術趣旨に基づいて以上の実施例に対して行われたいかなる修正、等価物による変更および修飾は、全て本発明の請求項に限定される範囲には含まれるべきである。

Claims (10)

1. 均質混合装置であって、材料の送給方向を有し、
   循環ユニットであって、材料を貯蔵することができる材料貯蔵空間、材料を送給することができる供給端と材料を送出することができる排出端を含むものと、
   動的混合ユニットであって、送給方向に沿って順に材料の流通可能な方式で直列に接続される一段動的混合装置、二段動的混合装置と三段動的混合装置を含み、それぞれ材料の混合溶解、分散と乳化に対応し、前記一段動的混合装置の供給口は前記循環ユニットの排出端と連通し、前記三段動的混合装置の排出口は前記循環ユニットの供給端と連通し、
   前記一段動的混合装置の上流側に、前記一段動的混合装置に混合対象となる材料を添加可能な第１添加装置が設けられ、
   前記一段動的混合装置の上流側に、前記二段動的混合装置に材料を添加可能な第１添加装置がさらに設けられるとともに、前記一段動的混合装置と前記二段動的混合装置との間に、前記二段動的混合装置にガスを輸送可能なガス輸送装置が設けられ、
   前記二段動的混合装置の上流側に、前記一段動的混合装置にガスを輸送することができるガス輸送装置がさらに設けられ、
   前記三段動的混合装置の上流側であって前記二段動的混合装置と前記三段動的混合装置との間に、さらに、前記三段動的混合装置に材料を添加可能な第２添加装置が設けられ、
   前記循環ユニットの前記供給端に送給される前記材料は、植物油であり、
   前記第１添加装置が前記一段動的混合装置に添加可能な前記材料は、液体であり、
   前記ガス輸送装置が前記二段動的混合装置に輸送可能な前記ガスは、酸素であり、
   前記第２添加装置が前記三段動的混合装置に添加可能な前記材料は、乳化剤であり、
   かつ各動的混合装置は動的撹拌機を含むものと、
   制御ユニットであって、前記動的混合ユニットを制御できるように構成され、これによって、前記一段動的混合装置、二段動的混合装置および三段動的混合装置の動的撹拌機は独立して起動し停止し、独立した回転速度で動作することができるものとを含み、
   前記動的撹拌機は固定子と回転子を含み、前記一段動的混合装置、二段動的混合装置と三段動的混合装置の動的撹拌機の回転速度範囲は順次増大し、回転子と固定子の間隔は順次減少することを特徴とする均質混合装置。
2. 前記一段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が０～５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子との間隔が１０～２０ｍｍであるように設けられ、
   前記二段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が５００ｒ～１５００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が５～１０ｍｍであるように設けられ、
   前記三段動的混合装置の動的撹拌機は、回転速度が１５００ｒ～３０００ｒ／ｍｉｎであり、回転子と固定子の間隔が０．１～５ｍｍであるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の均質混合装置。
3. 当該均質混合装置は、前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置と熱交換媒体を介して熱交換することによって温度制御を行うサーモスタット装置をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の均質混合装置。
4. 前記サーモスタット装置は、熱交換媒体を回収し、熱交換媒体を所定の温度に処理して輸送するサーモスタットと、熱交換媒体を輸送する熱交換配管とを含み、前記熱交換配管は前記サーモスタットの出口端から前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置を経て前記サーモスタットの入口端に戻ることを特徴とする請求項３に記載の均質混合装置。
5. 前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティと、前記混合キャビティを取り囲む熱交換媒体通路とを含み、前記熱交換媒体通路は、前記熱交換媒体が前記混合キャビティの外周側を流れて前記混合キャビティと熱交換することを可能にすることを特徴とする請求項３または４に記載の均質混合装置。
6. 各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティを取り囲む内側層と外側層との二層構造を採用し、内側層と外側層との間に環状の前記熱交換媒体通路が設けられることを特徴とする請求項５に記載の均質混合装置。
7. 前記動的混合ユニットにおける各動的混合装置は、材料混合のための混合キャビティを含み、前記熱交換配管は、各動的混合装置内において、前記混合キャビティの内壁または外壁に固定される金属コイルとして設計されることを特徴とする請求項４に記載の均質混合装置。
8. 前記動的混合ユニットの下流側には、圧力調整装置がさらに設けられ、前記圧力調整装置は、測定された圧力を前記制御ユニットにフィードバックする圧力計と圧力弁とを含み、前記制御ユニットは、測定された圧力に基づいて圧力制御信号を出力し、前記圧力弁を制御して圧力調整を実現することを特徴とする請求項７に記載の均質混合装置。
9. 前記動的混合ユニットの下流側には、温度を測定する温度測定装置がさらに設けられ、前記温度測定装置は、測定された温度を前記制御ユニットにフィードバックし、前記制御ユニットは、測定された温度に基づいて温度制御信号を出力して、前記サーモスタット装置を制御して、温度調整を実現することを特徴とする請求項３に記載の均質混合装置。
10. 前記循環ユニットの供給端には、排気ガスを吸収分解して排出するための排気ガス処理装置がさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載の均質混合装置。

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