JPH07504716A - 可変円環流動ゾーン使用の高混合効率を有する中程度コンシステンシー用ミキサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 可　動ゾーン　の高゛合クーを有　る中　コンシスチンシー紙パルプの業界にお ける多くのプロセスでは、中程度フンシスチンシーのバルブ（典型的には約５− １８％のコンシスチンシーを有するバルブ）の中に化学薬剤を流体（ガスまたは 液を問わず）の形で混合することが長年望ましいとされてきている。これを効果 的に行なうには、バルブ懸濁液（セルロース繊維を細かく砕いたもの）を流動化 することが必要である。これは、例えば、円環部にバルブを化学薬剤と一緒に流 しながら、混合羽根を極めて高速で、つまり流動化を起こさせるに十分な速度で 回転することによって行なわれる。この混合羽根は、円環を定義する構成要素の 一つであり、突出部またはベーンを有しているものである。例えば、米国特許第 ４．３３９．２０６号および第４．５７７．９７４号明細書およびカナダ特許第 １．１０２．６０４号明細書を参照されたい。このようなミキサーは、通常好適 な撹拌作用を与えるけれども、流体混合ゾーンでのバルブと化学薬剤との滞留時 間が短かいので、混合効率は必ずしも望み通りとはならない。ところが、本発明 によれば、中程度コンシスチンシーミキサーの効率を望み通りに上げられるので ある。

本発明を用いれば、中程度コンシスチンシーのバルブに使用するのに好適なミキ サー、および混合方法が得られ、少なくとも一つの流動層ゾーンで乱流作用を強 化することによって、従来の技術に対比してミキサーの効率が向上する。これを 達成するには、本発明では、円環部の流動ゾーンを絶えず変化させ、バルブが非 定常の剪断力の場にさらされるようにする。本発明では、一時に単に一つの場、 例えば、バルブの速度が円環部の断面の関数である軸方向の面の場のみに曝され るのではなく二つの互いに直交する面の場に同時に曝されるのである。

本発明では、剪断力の一つの場は、剪断が所与の回転速度に対して半径の関数で ある半径方向の面に作られる。一方、もう一つの剪断力の場は、同時に軸方向の 面に作られる。二つの面に非定常の剪断力の場を作ることによって混合効率が著 しく向上する。

本発明の実施態様の一つによれば、混合を通じて約５−１８％のコンシスチンシ ーを有するセルロースバルブを流体と混合する方法が提供されるが、本方法は以 下の工程、すなわち、（ａ）約５−１８％のコンシスチンシーを有するバルブと 流体とを、第一流動化ゾーンの第−流動化円環部へ導入する行程、（ｂ）第一流 動化ゾーンの第−流動化円環部でバルブを流動化させながら、同時に半径方向お よび軸方向の両方向に同時に引き起こされた常時変化する剪断力場にこのバルブ と流体とを曝す行程、および（Ｃ）第一流動化ゾーンから、流体と混じったまま 、上記バルブを抜き出す工程を包含する。第二流動化ゾーンも、第一ゾーンの前 かその後に設けることもできるが、この場合は、実質的に一つの面（半径方向の 面）にだけ引き起こされた常時変化剪断力場においてバルブと流体とが曝される 。

本発明の実施態様の別の一つによれば、特に（限定されるものではないが）上記 の方法に使われるミキサーが提供される。本ミキサーを構成要素としては以下の 要素が挙げられる。すなわち、軸方向面を包接する第一内部、第二内部、第一人 口、第二人口、および出口を有するハウジング。ローター。少なくともハウジン グ第一内部空間内の、軸方向の面に設けられている第−軸の回りに回転するロー ターを取り付ける手段。第−軸の回りにローターを回転させる手段。なお、ハウ ジング第一内部とローターとは、常時変化する形状を有する流動ゾーンを定義す るように形成されており、軸方向面およびこれに実質直角な半径方向面に常時変 化する剪断力場を作りだしている。そして、第一人口、第二人口、および出口の 相互位置は、二つの異なる流体が第一人［コと第二人口とを通って導入され、し かる後混合され、その後で混合された流体が出口から排出されるといった関係で ある。

軸方向面およびこれに実質直角な半径方向面に所望の変化する場を作りだす結果 となる上記のミキサーのローターの形状は、長さ方向に沿ってローターの断面積 が変わるような形状になっている。また、ハウジングの第−内部面は、ローター の変化する断面を実質的になぞらえて変化する断面を有している。ローターの形 としては、回転手段に最も近いその第−軸のところでは円板の形でよく、第二内 部ハウジング部分は、上記の円板と協同して流動化ゾーンを形成する表面を有し ている。

本発明はまた、ミキサー内に使用されるローター自体も包含する。本発明のロー ターのユニークさは、長形の方に伸びた本体要素を有し、長形方向に伸びた本体 要素の主要部に沿って連続的に変わる断面を有する外表面を有することである。

これは、交互に配向された複数の円錐台を模擬する形となっている外表面で形成 されることが好ましい。ローター本体要素には、複数のベーンが取り付けられて おり、ベーンの一部を含めて、本体要素の外表面の輪郭の周囲の形を一般になぞ るようになっている。最後に、ローターを軸に取り付ける手段が提供される。

選択的には、円板は、本体要素の長形部分に直角な面に取り付けられているのが よい。この円板は、ローターを軸に取り付ける手段の側に配設されているものと する。ベーンの連続体が、本体要素から円板へ（つまり、円板上の半径方向に伸 びて）設けられていてもよく、延長部は、長形部分の本体要素から軸方向に伸び ていてよい。ベーンの数とその位置は、広範に変えることができるが、実施態様 では、均一に平行に配置したベーンを四個配設している。

本発明の目的は、ユニークな構成を有するローターを含め、ミキサーの効率を上 げることであり、好ましい実施態様では、中程度のフンシスチンシーを有するバ ルブに用いることである。この目的や他の目的は、本発明の以下の詳細な説明の 吟味から、および末尾の特許請求の範囲から明白となろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明のミキサーの第一態様の側断面図である。

図２は、ミキサーのハウジングの第二態様に対する、図１のものと同様な図であ る。

図３は、本発明の例示的なローターの立話面図である。

図４は、図３のローターの上面図である。

図５は、図２の態様のハウジングの側面図であるが、一部断面、一部立面を示し ているものである。

割面の詳細望脱叫　・ 本発明の何時的なミキサーは、図１の参照数字１ｏで一般に示される。ミキサー １０の所要構成要素は、ハウジング１１、ローター１２、軸１３、およびモータ ー１４または軸１３に動力を与えるものを包含する。

ハウジング１１は、内部１６を有する第一部１５（軸部と呼称可）および内部１ ８を有する第二部１７（半径部と呼称可）を包含するのが好ましい。このハウジ ング１１には、セルロースパルプまたは類似の流体用の第一人口１９およびバル ブを処理する化学薬剤用の第二人口２ｏの二つの入口が包含される。第二人口２ ０へ導入される化学薬剤は、入口１９へ導入されるバルブと緊密に混合し得る流 体、例えば、処理液または処理ガスである。図１の態様での入口１９．２ｏはハ ウジング１１の軸部１５にある。

処理化学薬剤と緊密に混合されたバルブの出口２１は、第二部つまり半径方向ハ ウジング部１７に設けられている。

ローター１２とハウジング内部の軸部１６とは、それらの間に円環部２３を定義 するように構成される。バルブとバルブに混ぜるべき薬剤とは、入口１９．２０ から出口２１へと流れ進むに連れて、円環部２３へ強制的に流される。本発明に よれば、円環部２３は、二つの互いに直交する面（半径方向と軸方向）に非定常 の剪断力場を提供するように構成される。こうすれば混合効率が上がるのである 。

ローター１２は、軸方向に、つまり長形部分２６の方向に伸びた本体要素２５で あることが好ましい。本体要素２５は、中実でも中空でもよく、使用側の要求値 を満足する強度を有する限り、金属でも複合材でも良い。

図３に見られるように、本体要素２５は、長形部分２６の本体要素２５の主要部 に沿って連続的に変化する断面積を有する外部表面輪郭を有する。図３に実際に 示しである特定の態様では、本体要素２５の断面積は、その第一端２９の近くに あるハブ２８のところを除いては連続的に変化する。図面に示した好ましい態様 では、本体要素２５の外部表面は、軸方向に交互に配向された複数の円錐台を包 絡するようになっている。例えば、円錐２９は、直円錐（直角三角形の斜辺を中 心軸のまわりに回転させて得られる）でよい。円錐２９は、長形２６の中で同一 の長さを有している必要はない。互いに接する線３０のところで同一面積寸法を 持っていることだけが必要なのである。例えば、図３に示されている頂部の円錐 ２９″は、他の円錐２９の約二倍の長さがある。円錐の表面が垂線に対してなす 角度は（図３に示されるように）、約１０−６０°　（例えば、３０°）である ことが好ましい。「軸方向に交互に配向している」とは、隣同志の円錐台の底部 と頂部とが図３に示されるように（３０のところで）接するということを意味す る。

ローター１２は、また図１と図３とに参照数字３２で示されているが、本体要素 ２５に取付けられて（例えば、溶接されて）いる金属製の複数のベーンを包含す るのが好ましい。このベーン３２は、　（図３に示されている部分３３のように ）本体要素２５の外部表面の輪郭を全体としてなぞるにようになっている部分を 有するのが好ましい。ベーンの枚数は、形に色々あるのと同じように、いかなる 枚数でも構わない。しかし、簡単のためには、図４に示されているように、本体 要素２５の周囲に均等に複数（例えば、４枚）のベーンを配設するのが好ましい 。図３と図４に示されているベーン３２は、長形部分２６のところでは直線で長 いものとして示されているが、特定の状況次第で螺旋でも、折れ曲がったもので も、あるいは状況次第で他の形に構成されたものでもよい。

このベーン３２は、また延長部を有することも可能で、図１と図３とで参照数字 ３４で示されているが、ここでは長形部分２６において本体要素２５の平らな第 一端３５を越えて伸びている。

ローター１２はまた、ローターが軸３６の回りに回転するように軸１３にロータ ー１２を取付ける手段も包含する（図１を参照）。結合手段は、好適な機械的結 合手段ならどんなものでもよく、例えば、軸１３の第一端３７とハブ２８の内部 表面との間のキー結合手段がその一つである。軸受は手段３９に支えられ、従来 的モーター１４に繋がっている軸１３は、高角速度で回転するごとによって、円 環部２３内の中程度コンシスチンシーバルブの流動化を起こす。

ローター１２には、選択的にローター１２の第一端２９に隣接する円板を取付け ても良い。この円板４０には、上部表面４１があり、内部ハウジング部１８と組 みあわさってもう一つの流動化ゾーン容量４２を定義する。ベーン３２には、そ の延長部４３を円板４０の上表面に設け、図４に示されるように円板４０上にそ の半径方向に伸びさせてもよい。　内部ハウジング部１６．１８にはまた、ベー ン３２．４３と共同して機能するリブもあってよい。図５に見られるように、リ ブ４４（例えば、四枚のリプ）が、内部表面部１６に設けられ、リプ３２に対応 する。また、ハウジングの内部表面１６は、図５に見られるように、ローター１ ２の本体要素２５の外表面の形状をなぞる形状を有する。内部表面１８は、それ から伸びるリプ４５を有するが、これは、一般にリブ４３に相当するものである 。

図１に記載されているように、前記のミキサー１０を使用する際には、ハウジン グの第一内部１６とローター外表面２５とは、常時変化する形状を有する流動ゾ ーン２３を定義するように形成されておるので、軸方向面およびこれに実質垂直 な半径方向面に常時変化する剪断力場を作りだしている。剪断力は、したがって 、半径方向の面および軸方向の面に生起されるが、剪断力は所与の回転スピード に対して半径の関数であり、パルプの速度は円環部２３の断面の関数となる。

また、第二流動化ゾーン４２の半径方向の面に剪断力の場が作り出され、これに よって混合作用ががさらに行なわれる。また、入口１９、入口２０、および出口 ２１は、流動化ゾーン（円環部２３）へ導入された二つの異なる流体（例えば、 パルプと処理液）が、出口２１から混合流体が排出される前までに混合されるよ うに配置されていることを注記する。

ミキサー１０を使用して、混合を通じて中程度のコンシスチンシー（例えば、約 ５−１８％）を有するセルロースバルブを流体と混合する方法を実施することが できる。本方法は、以下の工程を包含する。すなわち、（ａ）（２０を経ての） ｆｆｉ体と（１９を経ての）約５−１８％のコンシスチンシーを有するパルプと を、第一流動化ゾーン（ハウジング部１５内）の第−流動化円環部２３へ導入す る工程、（ｂ）第−流動化円環部２３でパルプを（軸１３を経てモーター１４で ローター１２を高速回転させることによって）流動化させながら、同時に半径方 向および軸方向の両方に同時に引き起こされた常時変化する剪断力場にこのパル プと流体とを曝す工程、および（Ｃ）第一流動化ゾーン（ハウジング部１５内） から（出口２１を経て）、流体と混じったまま、上記パルプを抜き出す工程。

図１の装置１０を用いる場合、工程（Ｃ）は以下のように行われる。すなわち、 パルプを、流体と混じったまま、第二流動化ゾーン４２へ排出し、ここで流体と 混じったパルプを（ベーン４３を上に装着した円板４０を高速回転させることに よって）流動化させながら、同時に実質半径方向のみに引き起こされた常時変化 する剪断力場にこのパルプと流体とを曝すのである。

図２は、図１のものとほとんど同じであるが、「逆方向に」動くミキサーを示す ものである。図１のものと同じ構成要素は、同じ参照数字で示される。図２の態 様での唯一顕著な差は、構造１９が、薬剤と混じったパルプの出口であり、一方 構造２１が第一人口で、構造５０が（図１の態様での入口２０の代わりをして） 薬剤用の第二人口である。図２の態様を運転する時は、パルプと流体（２１と５ ０のところで導入される）とは、先ず第二流動化ゾーン４２へ送られ、このゾー ン４２でパルプを流動化させながら、同時に実質的に半径方向のみに引き起こさ れた常時変化する剪断力場にこのパルプと流体とを曝すのである。

次にこのパルプをゾーン４２から円環部２３へ送り、最後には出口１９から排出 する。ローター１２が円板４０と一緒に図示されているけれども、円板４０は選 択的である。円板４０を用いずにミキサー１０を運転する場合には、パルプ（お よび処理流体と一緒のパルプ）の流れの方向にかかわらず、出口に関して１０〜 ９０°の範囲のどの角度にでも入口を位置させることが可能である。

従って理解されることであるが、パルプと、これと緊密に混合されるべき流体が 動く円環状断面積が変わると、二つの互いに直交する面に非定常の剪断力の場が 生起され、この作用によって混合効率が増大するのである。

本発明については、現在好ましいと考えられている態様に関して説明が行なわれ たが、本発明は、記載の態様に限定されるものではなく、逆に以下の特許請求の 範囲ならびにその精神に含まれる多くの修正や等価の配列をも含むものとする。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成６年８月３１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ミキサー用ローターにおいて、 長形方向に伸びておる本体要素であって、そして各々底部と頂部を有する複数の 円錐台を軸方向に交互に、少なくとも二個の円錐台の底部が合い接し、かつ少な くとも二個の円錐台の頂部が合い接するように配向させた複数の円錐台をなぞる ような形状をしている外表面輪郭を有する本体要素、前記本体要素に取付けられ た複数のベーン（その一部分を含む）であって、前記本体要素の外表面の輪郭を 一般になぞる複数のベーン、および前記ローターを軸に取り付ける手段 を包含するミキサー用ローター。 ２．前記本体要素の長形部分に直角な面に配設され、前記ローターを軸に取付け る前記手段の隣接位置に配設された円板を、更に包含する請求項１記載のロータ ー。 ３．前記本体要素から前記円板へ伸びている前記ベーンの連続体を、更に包含す る請求項２ 記載のローター。 ４．前記ベーンの前記連続体が、前記円板上で半径方向に伸びて設けられている 請求項３記載のローター。 ５．前記本体要素、ベーン、取り付け手段、および円板から成る請求項２記載の ローター。 ６．前記本体要素、ベーン、および前記取り付け手段のみから成る請求項１記載 のローター。 ７．前記本体要素およびベーンが金属製であり、しかも前記円錐台が、直角三角 円錐である請求項１記載のローター。 ８，前記本体要素が中空で、しかも金属製である請求項１記載のローター。 ９．前記本体要素を軸に取り付ける前記手段が、前記本体要素の第一軸端に配設 されるハブを包含する請求項１記載のローター。 １０．前記ベーンが、前記本体要素から、その長形部分にて、前記本体要素の第 二軸端つまり第一軸端の反対側から、軸方向に伸びている延長部を包含する請求 項９記載のローター。 １１．前記複数のベーンが、前記本体要素のまわりに等間隔で配置されている請 求項１記載のローター。 １２．前記ベーンが、互いに均等に配置され、前記本体要素に沿って軸方向に伸 び、しかも実質的に直線形である請求項１記載のローター。 １３．ミキサー用のローターにおいて、長形部分方向に伸びておる金属製本体要 素であって、前記長形部分において前記本体要素の主要部に沿って連続的に変わ る断面を有する外表面輪郭を有する金属製本体要素、 前記本体要素に取付けられた複数のベーン（その一部分を含む）であって、前記 本体要素の外表面の輪郭を一般になぞる複数のベーン、および前記ローターを軸 に取り付ける手段 を包含するミキサー用ローター。 １４．ミキサーにおいて、 軸方向面を包接する第一内部、第二内部、第一入口、第二入口、および出口を包 含するハウジング； ローター； 少なくともハウジングの第一内部内の、前記軸方向面に設けられている第一軸の 回りに回転する前記ローターを取り付ける手段；前記第一軸の回りに前記ロータ ーを回転させる手段；前記ハウジングの第一内部と前記ローターとが、常時変化 する形状を有する流動ゾーンを定義するように形成されており、軸方向の面およ びこれに実質垂直な半径方向の面に常時変化する剪断カ場を作りだすようになっ ている、前記ハウジングの第一内部と前記ローター；および前記第一入口、第二 入口、および出口の相互配置が、二つの異なる流体が前記第一入口と前記第二入 口とを通って前記流動化ゾーンへ導入され、しかる後混合され、その後で混合さ れた流体が前記出口から排出されるようになっている、前記第一入口、第二入口 、および出口、 を包含するミキサー。 １５．前記ローターが、その長さに沿って変化する断面積を有する請求項１４記 載のミキサー。 １６．前記ハウジング第一内部が、前記ローターの変化する断面を実質的になぞ らえる断面を有している請求項１５記載のミキサー。 １７．前記ローターが、長形の本体要素であって、各々底部と頂部を有する複数 の円錐台を軸方向に交互に、少なくとも二個の円錐台の底部が合い接し、かつ少 なくとも二個の円錐台の頂部が合い接するように配向した複数の円錐台をなぞる ような形状をしている外表面を有する長形本体要素；および前記本体要素に取付 けられた複数のベーン（その一部分を含む）であって、前記本体要素の外表面の 輪郭を一般になぞる複数のベーン；を包含し、かつ前記ハウジング第一内部が、 前記ベーンと共同して機能する複数のりブを有する請求項１６記載のミキサー。 １８．前記ローターが、その第一軸のところであって、前記第一軸のまわりに前 記ローターを回転させる前記手段に最も近い位置に、円板を含み、かつ前記第二 内部ハウジング部が、前記円板と共同して流動化ゾーンを定義する表面を有する 請求項１７記載のミキサー。 １９．混合を通じて約５−１８％のコンシステンシーを有するバルブと流体とを 混合する方法において、以下の工程、すなわち、（ａ）約５−１８％のコンシス テンシーを有するバルブと流体とを、第一流動化ゾーンの第一流動化円環部へ導 入する工程、（ｂ）第一流動化ゾーンの第一流動化円環部でバルブを流動化させ ながら、同時に半径方向および軸方向の両方に同時に引き起こされた常時変化す る剪断カ場にこのバルブと流体とを曝す工程、および（ｃ）第一流動化ゾーンか ら、流体と混じったまま、上記バルブを抜き出す工程、を包含する方法。 ２０．工程（ｃ）が、パルブと流体を第二流動化ゾーンへ排出し、バルブを流動 させながら、実質的に半径方向の面のみに引き起こされた常時変化剪断力場にパ ルブと流体とを曝すようにして行なわれる請求項１９記載の方法。 ２１．工程（ａ）に先だって、バルブを流動させながら、実質的に半径方向の面 のみに引き起こされた常時変化剪断力場にパルブと流体とを曝す第二流動化ゾー ンヘパルブを送る追加の工程を包含する請求項１９記載の方法。