JPH11510728A - 自由流動塊状固形体と液体またはガスとの接触装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は反応器中で自由流動塊状の固形体を液体と接触させ或いは反応媒質を互いに接触させることで固形体を液体とガスに接触させるための装置であって、当該反応器は接触を起こす部位に篩を含む外殻を備え、−篩は回転式篩ドラム５であり、−篩ドラム５は作動中底部受槽内で回転し、当該受槽は固形体と反応するガスまたは液体媒質を保持し、−化学反応または物理的処理を変更や中断したい場合には、篩ドラム５内の固形体と底部受槽１０の媒質が何時でも相互に分離し得るように、底部受槽１０が下降され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 自由流動塊状固形体と液体またはガスとの接触装置 本発明は、反応物質を互いに接触させることにより、反応器内で自由流動塊状 固形体を液体またはガスと接触させる装置に関するもので、当該反応器は接触の 起こる部位に篩を備えた外殻を有している。 ＤＥ ３２ ４４ ９７２ Ｃ１には、例えば針状のアルミニュウム粉砕粒子 を充填した籠状穿孔板を備えた外殻を有する反応器を備えた、アルミニューム・ アルコラート連続製造工程と装置が開示されている。篩籠は受槽の上部に位置す る反応帯を形成する。充分な高変換速度を得るには、反応帯にアルミニュウム粒 子を懸濁させる必要がある。これは極めて多量の液体（アルコラート）を配管を 通して受槽にポンプで連続的に送り込み、この受槽の上部に位置する籠の篩板を 通り反応帯を満たすことで達成される。受槽にポンプで送り込まれた多量の液体 は穿孔した受槽底部を通りポンプ戻液槽に排出される。反応帯に達した液体は籠 の側壁を通り排出される。液体の活発な再循環は穿孔した受槽を通る排出やポン プ戻液槽への逆流と相俟って、著しいエネルギー消耗要因となる。篩板を通り下 方から充満した流動液量を経済的に適切な水準に維持するために、微小な可溶性 金属粒子が必要となる。例えば、長さ５−１２ｍｍ、直径０．５−０．８ｍｍの 針状金属粒子が通常用いられる。他方、金属粒子は極めて急速に沈澱し篩籠の底 部に凝固するから、この篩の大部分または全部が閉塞し、反応器は作動停止に至 る。 また、既存の反応器の欠点として、微細な針状金属粒子の製造は極めて高価で ある。更に、大量の液体の再循環とこの給液量を分割して一部で上部を充たし残 部を下部に送り込む必要性から、相当のエネルギーと投下経費が必要で、既存の 反応器操作が不利になる。既存の反応器では、例えば篩の汚染のような作動不全 時の反応物質相互間の完全急速分離が不可能である。従って、アルミニュウムと アルコールによる発熱反応の制御の保証は不可能である。 ＤＥ ４０ ２６ ９３８ Ａ１には、穿孔した篩ドラムを含む回転円筒式反 応器について記述されている。当該反応器は吸着作用による物質取得に用いられ る。この特許明細書には固形体、特にアルコールによる塊状アルミニュウムの溶 解を目的とする反応やその際生ずる特殊な問題点についての記述がない。 本発明の目的は、上述のような固形体の溶解に当たり、より経済的な安定運転 を可能にする装置を供給することである。 本発明によれば、以下各項に示す装置が備えられる。 −篩は回転式篩ドラムである。 −篩ドラムは作動時に底部受槽内で回転し、当該受槽は固形体と反応するガスま たは液体媒質を保持する。 −反応を変更または中断したい場合、篩ドラム内の固体と底部受槽の媒質を随時 相互分離し得るように、底部受槽を下降可能にする。 当該装置は、固形体の溶解に加え、例えば触媒処理、接種、染色、消毒、吸着 、熱処理、低温処理又は混合のような化学反応または物理的処理も実行し得る。 回転式篩ドラムを用いると、大量の反応液の再循環が不必要になる。この篩ド ラムは固形体を再循環するので、反応器や受槽のガスまたは液体媒質との完全接 触が確保される。回転により、固形体を懸濁状態に保つ必要がない。従って、例 えばペレット、立方体、長方形の塊から営業的に利用されるインゴット切断材や 総重量２５ｋｇに達するインゴット本体のような大型塊に至る、著しく大型の固 形体でも使用し得る。この種の固形体は可成り低コストで製造可能で、インゴッ ト本体でも付加コストなしに利用し得る。媒質の活発な再循環および高価な固形 体の使用は最早や不必要であるから、より経済的な操業が可能になる。底部受槽 を下降し得るから、反応帯での反応物質の急速分離が可能になる。分離度を０− １００％の範囲で選択し得るので、反応のより精密な制御および操作の信頼性改 善が図れる。 回転式篩ドラムは完全浸透性の反応帯を形成する。反応器外殻の下部では液体 が底部受槽からドラムへ流入しまた受槽へ還流することが可能で、上部では反応 気体と蒸気がドラムから反応器外殻へ導入され冷却あるいは凝縮され得る。媒質 がアルコールの場合、反応生成物は水素である。アルコール蒸気は強発熱反応時 に生成した熱の除去用媒質として利用できる。ドラムに充満した反応液はドラム 壁の各部に浸透する。 篩ドラムの上半部にある無液断面は充分に広くなるので、極めて多量のガスや 蒸気の逸出が可能である。 当該装置の今一つの利点は、ドラムの簡単な延展或いは底部受槽の上下移動に より反応容積を処理能力や固体の反応速度に応じて調節し得ると言う事実に基づ いている。 本発明の具体例では、篩ドラムに伸びるランスを備え、新しい媒質をドラムの 全長に亘り均等に或いは特定のドラム断面に選択的に供給し得るので、特に内側 ドラムでは急速な反応が誘発される。 本発明の他の具体例では、互いに同心軸に嵌め込まれた２基の篩ドラムを装備 し、内側ドラムの篩の溝孔の幅が外側ドラムの溝孔の幅より大きい。従って、内 側ドラムの固形体は加熱と表面侵食による分解を起こし、内側ドラムの溝孔を通 り外側ドラムに落下し完全溶解するに至る。大型の固形体を用いる場合には、内 側ドラムはまた、より細かな外側篩の機械的保護具を与える。 本発明の他の具体例によれば、固形体はドラム軸を通りドラムに補給されるか ら、連続かつ円滑な装入が可能となる。 本発明の他の具体例によれば、固形体を循環させる羽根がドラム内側に取り付 けられているので、回転式篩ドラム内の固形体の水平および垂直方向の循環を改 善し得ると共に均一分布も可能になる。 本発明の他の具体例では、洗浄媒質が配置されたノズル列を通り篩ドラムの外 側に吹き付けられる。篩ドラムの各部は回転時に洗浄媒質を高圧で吹き付けるノ ズルとすれ違って移動するから、篩ドラムの最適洗浄が可能になる。外側ドラム は作動時に連続洗浄されるから、最早や洗浄の目的で装置を停止することは勿論 取り外す必要もない。ドラムに吹き付ける媒質量は、反応と冷却を維持するため に添加すべき作用物質の量に依存する。この際、洗浄液や水洗液も反応物質およ び冷却剤として役立つ。 本発明の他の具体例では、ドラムの内側に自由に移動し得る研磨媒体が備えら れている。この研磨媒体は媒質に抵抗する各種材料製の球体、立方体或いは柱状 を呈している。篩ドラム内の固体はドラムの回転だけで研磨される。この研磨媒 体を使用すると、表面活性化の改善により研磨性と溶解速度が好影響を受け、結 果的に操作時の反応速度を高める。 本発明の他の具体例によれば、底部受槽の下降用にロープ・ウィンチが装備さ れている。この具体例の考え方を更に進め、底部受槽の昇降用に水圧ホイストが 装備される。作動不全の場合には、底部受槽の下降による緊急停止が極めて重要 になる。反応は容器の緩速下降により制御される。緊急時には、制動（不記載） 解除用の補助器具を使用する必要なしに、底部受槽が水圧またはロープ・ウィン チにより下降し得るから、媒質と固形体の急速分離が可能となり、結果的に反応 が終止する。 本発明の他の具体例によれば、底部受槽はドラム軸に平行な軸の周りを回転す ることで傾動可能になる。構造的観点から特に興味あるこの具体策によれば、受 槽下降機器が必要なのは底部受槽の片側のみである。 本発明の他の具体例によれば、反応器の外殻の断面には上部と下部に、縁部が 壁で互いに連結された半円筒形の皿型が内蔵されており、従って外殻は底部受槽 が下降し得る方向に延びている。しかし、外殻に生ずる圧力による外殻の剛性を 改良する必要がある。この場合、本具体例の別の態様は、反応器の外殻断面は円 筒形になる。 本発明の他の具体例では、円筒形篩ドラムが装備されているが、多角形のドラ ムを充当することもある。 本発明の他の具体例によれば、反応物質、すなわち固形体およびガスまたは液 体媒質は逆行、並行または交差モードで、中空軸の端部を通り篩ドラムに装入さ れる。 本発明の他の具体例によれば、篩ドラム内を再循環する固形体と反応器中のガ ス媒質との反応が可能になる。 本発明の他の具体例では、金属アルコラートを製造するために、単体、混合物 または合金状のアルミニュウム、マグネシュウム或いは珪素製の自由流動塊状固 形体が、篩ドラムの中で、単体或いは混合物状のＣ1−Ｃ12アルコールと接触す ることになる。 本発明の他の具体例では、アルミニュウム・アルコラートを製造するため、自 由流動塊状の固体アルミニュウムが、篩ドラムの中で、単体あるいは混合物状の Ｃ2−Ｃ10脂肪族アルコール、望ましくは単体あるいは混合物状のＣ5−Ｃ8アル コール、特に望ましくはＣ6アルコールと接触する。 本発明は、以下、添付の図面に言及しながらより詳細に説明される。 図１はアルミニュウムとアルコールの反応を促進する篩ドラムを有する金属ア ルコラート製造装置である。 図２は当該装置の外殻内部にある受槽のロープ・ウィンチによる下降を示す。 図３は装置の内部にある受槽の水圧シリンダーによる下降を示す。 図４および図５は異なった溝孔幅を有する篩ドラムの内側と外側にあるブリッ ジの断面図である。 図６、図７、図８は底部受槽の下降時の変化の概念図である。 図９は図１−図８に関する装置の配置図を示す。 一般に本発明に基づく装置は、塊状で存在する固形体と固形体を溶解し得るガ スまたは液体媒質との間の反応を促進する目的に供される。固形体として望まし い材質はアルミニュウム、マグネシュウムまたは珪素であるが、その他の材質も 使用可能である。この固形体を溶解し得る媒質は、全て適切なガスまたは液体媒 質となり得る。液体媒質使用の場合、特に直鎖や枝分れ鎖状のＣ1−Ｃ12アルコ ール、多価のＣ2−Ｃ12アルコール、環状芳香族の一価または多価アルコールが 充てられる。塊状アルミニュウムとアルコールからアルミニュウム・アルコラー ト製造にに関し、本発明の具体的な一例を以下に記述するが、これは一例と見な されるべきで、本発明の限界と解釈されるべきものではない。 図１はアルミニュウム・アルコラート製造装置の概略図で、反応器には外殻３ が付帯しているが、反応器外殻３の内部を図示するため、その前壁３ａ（図２に 記載）は図示していない。反応器外殻３の内部には篩ドラム５がある。この篩ド ラム５の軸６は、反応器外殻３に取り付けられた支柱８により保持されるベアリ ング７を通る。パッキング９を通り反応器外殻３から突き出した２本の軸６は中 空である。 図１と図２に示すように、篩ドラム５の下半部は底部受槽１０内に位置してい る。図１で僅か上昇した位置に描かれている底部受槽１０は、一方でアルミニュ ウムとアルコールとの反応から得られるアルコールまたはアルミニュウム・アル コラートと他方で篩ドラム５内の塊状アルミニュウムとが互いに完全分離し得る ように、下降可能になっている。 反応器外殻３は地面１２に立つ脚部１１により支持されている。反応器外殻の 底側３ｂには、液体排出口１３が備えられている。反応器外殻３の左側壁３ｃに は、マンホール１４が備えられている。 底部受槽１０昇降用のロープ・ウィンチ１５と水圧ホイスト１６を各々図２と 図３に示す。ロープ・ウィンチ１５は反応器外殻３の外側支柱にモーター１５ａ が取り付けてある。ベアリング１５ｂを通りモーター１５ａで駆動するロープ・ ウインチの軸１５ｃは反応器３の上側３ｄに位置する。それは本質的に反応器外 殻３全体に亘って延展する。巻取り具１５ｄから垂れ下るロープ１５ｅはその上 端１０ｂで底部受槽１０を締め付けている。また、底部受槽１０を上昇位置に確 保するため、底部受槽１０を保持するロープ１５ｅを停止するロープ・ブレーキ （不記載）も備えられている。 図３に底部受槽１０用の水圧ホイスト１６を図示する。この水圧ホイストは受 槽をその上端部１０ｂで固定し得るように、ピストン１６ｂと桿１６ｃを含む数 本のシリンダー１６ａを付帯している。 篩ドラム５は外側の篩ドラム５ａ或いは選択的に２個の同軸篩ドラム、すなわ ち外側ドラム５ａと内側ドラム５ｂから成っている。篩ドラム５ａと５ｂには穿 孔板５ａ１、５ｂ１および混合用の羽根５ｃを保持し得るように設計され、縦横 両方向に輪郭を示すブリッジから成る支柱が含まれている。穿孔板５ａ１と５ｂ １とはブリッジ（不記載）により格子を形成するように相互連結し、そのブリッ ジにより処理用の塊状アルミニュウムが篩ドラム５に保持される。２個の篩ドラ ム５ａと５ｂは支持棒５ｃ１で相互連結されている。 図４と図５は縦方向のブリッジ５ａ１と５ｂ１の断面図である。両図は平行し て位置する一組のブリッジを示す。図４は外側篩ドラム５ａの２個の縦方向ブリ ッジを図示し、図５は内側篩ドラム５ｂの２個の縦方向ブリッジを示す。外側篩 ドラムの縦方向ブリッジ５ａ１には０．２−０．４ｍｍ幅、望ましくは０．３ｍ ｍの溝孔５ａ２が付いている。内側篩ドラム５ｂの縦方向ブリッジ５ｂ１の間に ある溝孔５ｂ２の幅は１０−５０ｍｍである。洗浄液を矢印５ｋで示す方向に注 入すると、溝孔５ａ２が良く洗浄される。 図６に細長い反応器外殻３の断面図を示す。この外殻には２個の円筒状半皿型 ３ｆが壁３ａにより相互連結して付いている。反応器外殻３の高さがこの図のよ うに延展していると、例え篩ドラムが大径でも、篩ドラム内の塊状アルミニュウ ムの活動球体から完全に引っ込む限度まで、底部受槽１０の下降が可能である。 高圧用には、図７と図８に示す円筒状反応器外殻３ｈが良く用いられる。 図８に円筒状反応器外殻３ｈを使用した本発明の具体例を示す。図６と図７に 比べ、受槽１０が垂直方向に下降しない代わりに、ドラム軸６に平行に伸びる軸 １０ｃの周りで傾動可能である。この方法で受槽１０を据付けると、受槽の片方 の縁部１０ｂの昇降しか必要ないから、水圧機器１６とウィンチ１５の両者によ る吊り上げが容易になる。傾動可能な縁部には受槽からの円滑かつ規則的な排液 を保証するために、鋸歯状の堰を備えている。 操業時、篩ドラム５は滑車１７により回転し始める。ペレット、立方体又は長 方形の塊状からインゴット切断材やインゴット本体に至るまで各種の形状のアル ミニュウムが片方本或いは両方の中空軸６を通りドラム５に装入され、広幅で噛 み合った内側ドラム５ｂに落ち込む。反応物質、すなわちアルミニュウムとアル コールを、逆行モードで、２本の中空軸を通り篩ドラム５に導入することも可能 である。Ｃ1−Ｃ12アルコールを装入口１９を通り反応器外殻に装入すると塊状 アルミニュウムとアルコールの混合物は容器１０で囲まれた篩ドラムの下半部に 到達する。処理時、篩ドラム５の回転中に塊状アルミニュウムは緩やかに溶解し 、充分小さくなり内側ドラム５ｂからより狭い溝孔を有する外側ドラム５ａに落 下する。外側ドラム５ａのより狭い溝孔５ａ２には閉塞の危険がある。この溝孔 の閉塞を防止するため、篩ドラム５の全長に亘り分布する数本のノズル１８ａか ら成るノズル列１８が配置されている。アルコールが高圧でこの各ノズルを通り 篩ドラム５ａの外壁の外側に注がれるので、作動中の篩ドラム５は恒常的に洗浄 さ れる。 図９に反応器外殻３、篩ドラム５、底部受槽１０の配置を示す。アルミニュウ ム粒子は装入機２１を用いてホッパー２２に装入される。ホッパーを出たアルミ ニュウム粒子は、互いに距離を置いて直列に配置され、ゲート制御２３ｃにより 制御される遮断弁２３ａを備えたゲート２３に到達する。このゲートは、処理中 に過圧とか有害または可燃性ガスや蒸気を使用する場合に必ず使われる。このゲ ートは、例えば窒素その他の中性ガスにより、弁２３を経由して噴射される。ア ルミニュウム粒子はゲート２３を通過後、中空軸６に到達し、ねじ・コンベアー ２４により篩ドラム５に運び込まれる。固定ゲート２３と回転軸６とは、回転パ ッキングを介して互いに連結している。新しいアルコールはポンプ２５により装 置に注入される。配管２６は噴射配管１８を経由して、ノズル１８ａを通りドラ ム５にアルコールを高圧注入する別のポンプ２７に達する。初充填や補充用の新 しいアルコールも、矢印２８に示す方向に沿って軸６を通り篩ドラム５にランス ５１により注入され、小矢印５ｍで図示する均等分布が可能になる。 篩ドラム５はモーター２９により回転する。処理中に生成する水素とアルコー ル蒸気は装入口１９を通り液体収集器３１を有する凝縮器に吸引される。アルコ ール蒸気は凝縮後に、例えば矢印２８の示す方向に、処理工程を再循環する。セ ンサ３２によりレベル制御されるポンプ受け３１から出た液流は吐出弁３３を作 動させる。アルミニュウム・アルコラートはポンプ３５により、配管３４を通っ て排出される。ゲート２３から出た蒸気とガスは送風機３０により吸引され、例 えば凝縮器下流の水素流に供給されて再使用される。 本発明の具体例は連続処理工程について記載されている。但し、この実例は不 連続処理工程にも適用可能で、例えば当初使用された媒質とは異なる媒質で継続 するとか、液相運転から気相運転に切り替えるために反応の中断が望ましい時で も適用し得る。反応促進のために加熱管を受槽やドラムに装備してもよい。一方 、例えば加熱管に冷却液を導入して冷却することで、反応速度を低下させること ができるであろう。 反応温度は、底部受槽１０に取り付けられた測定器具（不記載）により監視さ れ得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０７Ｃ 35/46 Ｃ０７Ｃ 35/46 37/66 37/66 39/44 39/44 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．接触が起こる部位に篩を備えた外殻を有する反応器内で、自由流動塊状固 形体と液体とを接触させ、あるいは反応物質を相互に接触させて固形体と液体ま たはガスとを接触させるための装置であって、 −上記篩は回転式篩ドラム５で、 −上記篩ドラム５は運転時に底部受槽内で回転し、該受槽は固形体と反応するガ スまたは液体媒質を保持しており、 −上記底部受槽１０は下降可能で、化学反応または物理的処理を変更または中断 したい場合には何時でも、上記篩ドラム５内の固形体と底部受槽１０内の媒質と を相互に分離し得る、自由流動塊状固形体と液体またはガスとの接触装置。 ２．新鮮な媒質をドラムの全長に亘り均等に或いは特定のドラム部位５に向け て選択的に供給するため、篩ドラム５ｂの中に伸びるランス５ｄを備えた、請求 項１に記載する装置。 ３．二個の篩ドラムである外側ドラム５ａと内側ドラム５ｂが相互に同軸に固 定され、内側ドラム５ｂの篩の溝孔の幅が外側ドラム５ａのそれより大きい、請 求項１または２に記載する装置。 ４．上記固形体がドラム軸６を通って上記ドラムに装入される、請求項１−３ の何れかに記載する装置。 ５．上記ドラムの内側に上記固形体を循環させる羽根５ｃが取り付けられた、 前記各請求項の何れかに記載する装置。 ６．洗浄媒質を上記篩ドラム５ａの外側５ｅに散布するノズル列１８を備えた 、前記各請求項の何れかに記載する装置。 ７．上記ドラムの内側に自由に移動し得る研磨媒体を備えた、前記各請求項の 何れかに記載する装置。 ８．ロープ・ウィンチ１５が上記底部受槽１０の下降用に装備された、前記各 請求項の何れかに記載する装置。 ９．水圧ホイスト１６が上記底部受槽１０の下降用に装備された、請求項１− ７の何れかに記載する装置。 １０．上記底部受槽１０が上記ドラム軸６に平行な軸の周りを回転することによ り傾動可能である、前記各請求項の何れかに記載する装置。 １１．上記反応器の外殻断面３は上部と下部に半円筒形の皿型を有し、該皿型の 縁部が壁３ａと相互連結している、前記各請求項の何れかに記載する装置。 １２．上記反応器の外殻断面３ｈが円筒形である、請求項１−１０の何れかに記 載する装置。 １３．上記篩ドラム５ａ、５ｂが円筒形あるいは多角形である、前記の各請求項 の何れかに記載する装置。 １４．固形体とガス媒質または液体媒質のような反応物質が、逆行モードで中空 軸端６ｃを通り上記篩ドラム５に装入された、前記各請求項の何れかに記載する 装置。 １５．上記篩ドラム５内で再循環する固形体が上記反応器内のガス媒質と反応可 能な、請求項１に記載する装置。 １６．金属アルコラート製造用として、単体、混合物または合金状のアルミニュ ウム、マグネシュウムあるいは珪素製の自由流動塊状固形体が、上記篩ドラムの 中で、純粋または混合物状のＣ1−Ｃ12アルコールと接触する、前記各請求項の 何れかに記載する装置。 １７．アルミニュウム・アルコラート製造用として、自由流動塊状の固体アルミ ニュウムが、上記篩ドラムの中で、純粋または混合物状のＣ1−Ｃ12アルコール と接触する、請求項１６に記載する装置。 １８．アルミニュウム・アルコラート製造用として、自由流動塊状の固体アルミ ニュウムが、上記篩ドラム中で、純粋または混合物状の脂肪族Ｃ2−Ｃ10アルコ ール、好ましくは純粋または混合物状の脂肪族Ｃ5−Ｃ8アルコール、特に好まし くはＣ6アルコールと接触する、請求項１７に記載する装置。 １９．請求項１−１８の少なくとも１つに記載する装置を使用し、ガスまたは液 体媒質によって固形体を溶解することによる製品の製造方法。