【発明の詳細な説明】
動力学的に強化されたＶ型ブレンダー 発明の背景
Ｖ型ブレンダーは、粉体の混合、造粒および乾燥を必要とする多くの業界で広
く使用されている。Ｖ型ブレンダー（ツインシェルブレンダーとも呼ばれる）は
、典型的な例では９０度の角度で連結され、通常長さの相等しい、二つの中空円
筒形シェルまたは脚から成る一種のタンブリングミキサである（第１図）。典型
的な例では、混合容器は、容器またはシェル内にある粉体のタンブリング運動を
引き起こす回転軸に連結されている。回転軸は通例地面に対し平行であり、ブレ
ンダーの対称面に対しては垂直である。Ｖ型ブレンダーには、シェルの１００倍
の速度で回転する増強バー（intensifier bar）が据え付けられることもある。
増強バーは、典型的な例では、シェルの回転軸に沿って配置されている。Ｖ型ブ
レンダーは、小規模製品開発ユニットとして研究室で、また、大規模生産ユニッ
トとして製造工業でも使用されている。
多くの既存のＶ型ブレンダーは、定速タンブリング運動を用
いて粉体を混合している。例としては、Ｐａｕｌ Ｏ．Ａｂｂｅ Ｉｎｃ．社（
ニュージャージー州Ｌｉｔｔｌｅ Ｆａｌｌｓ）製、Ｂｏｗｅｒｓ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｃ．社（オンタリオ州Ｓｔａｆｆｏｒｄ）製、
Ｇｅｍｃｏ社（ニュージャージー州Ｍｉｄｄｌｅｓｅｘ）製、Ｊａｙｇｏ Ｉｎ
ｃ．社（ニュージャージー州Ｍａｈｗａｈ）製、Ｌｏｗｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅ
ｓ Ｉｎｃ．社（ケンタッキー州Ｃａｄｉｚ）製、Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ Ｉｎｄ
ｕｓｔｒｉｅｓ Ｌｔｄ．社（オンタリオ州Ｓｃａｒｂｏｒｏｕｇｈ）製および
Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ−Ｋｅｌｌｅｙ社（ペンシルバニア州Ｅａｓｔ Ｓｔｒｏｕ
ｄｓｂｕｒｇ）製のＶ型ブレンダーが挙げられる。多くの場合、ある混合物から
抜き取ったサンプルの標準偏差が任意の混合物の標準偏差と等しいとき、または
それがある特定の利用に対して許容ばらつき範囲内にあるとき、その混合物は十
分混合されているとみなされている。
このような装置では混合が不完全である、または時間がかかるという報告が多
数なされている。Ｇｒａｙは、砂とチタン鉄鉱の混合物が、速度２４ｒｐｍで１
０００回転させた後もなおその混合を増進し続けることを見いだした。（Ｇｒａ
ｙ，ｊ．，”
Ｓｏｌｉｄｓ Ｍｉｘｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ”，Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｐｒ
ｏｇｒ．，５３，（１９５７）２５）。Ｗｉｅｄｅｎｂａｕｍ他は、同サイズの
砂と塩両粒子の任意の混合物が、速度２４ｒｐｍで５０００回転させた後でも得
られないことを見いだした。（Ｗｉｅｄｅｎｂａｕｍ，Ｓ．Ｓ．，他、”Ｍｉｘ
ｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ ｉｎ ａ Ｔｗｉｎ Ｓｈｅｌｌ Ｂｌｅｎｄｅ
ｒ”，Ｃｅｒａｍｉｃ Ａｇｅ，７９，（１９６３），３９）。Ｃｈｏｗｈａｎ
とＬｉｎｎは、凝集薬品が自由流れ賦形剤と十分に混合している系を得るには、
速度２４ｒｐｍでおよそ１１００回転させる必要があることを見いだした。（Ｃ
ｈｏｗｈａｎ，Ｚ．Ｔ．，他、”Ｍｉｘｉｎｇ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉ
ｃａｌ Ｓｏｌｉｄｓ，Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２４，（１９７
９），２３７）。Ｃａｈｎ他は、同サイズのＣａＣＯ3とＳｉＯ2両粒子が十分混
合している系を得るために、速度２４ｒｐｍで１０００回転を必要とした。（Ｃ
ａｈｎ，Ｄ．Ｓ．，他、”Ｂｌｅｎｄｅｒ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ｔｈｅ
Ｍｉｘｉｎｇ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ”，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．，ＰＤ ＆
Ｄ，４，（１９６５），３１８）。ＣａｒｓｔｅｎｓｅｎとＰａｔｅｌ
は、同サイズのラクトースとコーンスターチの系が速度２４ｒｐｍで５００回転
させても十分に混合しないことを見いだした。（Ｃａｒｔｅｎｓｅｎ，Ｊ．Ｔ．
，他、”Ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｉｒｒｅｇｕｌａｒｌｙ Ｓｈａｐｅｄ Ｐ
ａｒｔｉｃｌｅｓ，Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，１７，（１９７７
），２７３）。Ｈａｒｎｂｙは、雑穀と塩の混合物が速度３３ｒｐｍで１０００
回転させた後にもかなり分離していることを見いだした。（Ｈａｒｎｂｙ，Ｎ．
，”Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｏｌｉｄｓ Ｍｉｘｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｇｒ
ｅｇａｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
１，（１９６７）９４”）。ＳａｍｙｎとＭｕｒｔｈｙは、１１８μのアスピリ
ンと８７μのラクトースが混合するのに６０分かかることを見いだした。ただし
、この場合の回転速度は明記されていない。（Ｓａｍｙｎ，Ｊ．Ｃ．，他”Ｅｘ
ｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｂｌｅｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｕｎｂ
ｌｅｎｄｉｎｇ，Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｓｃｉ．６３，（１９７４）３７１”）。
これらの実験における分離の主なタイプは、軸方向分離であ
ることが判明した。従来型のＶ型ブレンダーにはこの方向に流れを誘発する機構
が備わっていないため、分離領域が長時間存続することがある。従来型のＶ型ブ
レンダーを変形したもの三種については、軸流に外乱を加えることによって混合
の改善が可能である。このようなブレンダーには、（１）長さの異なる脚を備え
たＶ型ブレンダー（Ｐ−Ｋ Ｃｒｏｓｓ−ＦｌｏｗTMブレンダー、Ｐａｔｔｅｒ
ｓｏｎ Ｋｅｌｌｅｙ、ペンシルバニア州Ｅａｓｔ Ｓｔｒｏｕｓｂｕｒｇ）、
（２）地面に平行に取り付けられているが、ブレンダーの対称面に直交する軸を
はずして置かれている回転軸を備えたＶ型ブレンダー（ＣｈａｌｌｅｎｇｅｒTM
ＯｆｆｓｅｔTMブレンダー、Ｌｏｗｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，ケン
タッキー州Ｃａｄｉｚ）、および（３）ブレンダーの「Ｖ」面で回転するように
取り付けられている回転ブレードを備えたＶ型ブレンダー（Chopperblades、Ｌ
ｏｗｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．，ケンタッキー州Ｃａｄｉｚ）が含ま
れる。
本特許出願においては、制御された軸流の外乱によって混合が増進されるＶ型
ブレンダーから成る、改良された混合方法を開示する。一つの例として、外乱は
、装置をその軸に関して揺
動させることによって導入される。このような外乱は対流軸流を形成し、混合プ
ロセスを大いに促進することになる。粒子の流れに外乱を起こす他の手段によっ
ても同様の増進が得られることを主張しておく。発明の概要
本発明は、Ｖ型ブレンダーと制御された軸流の外乱を利用して、固体の混合を
増進する方法に関する。固体の混合を増進するために、制御された軸流の外乱を
導入することが可能なＶ型ブレンダー装置も、また本願の範囲内に含まれる。図面の簡単な説明
本特許のファイルには、少なくとも一枚のカラー仕上げの図面が含まれる。カ
ラー図面を含めた本特許の写しは、要請および必要な手数料の支払いがあり次第
、特許庁から提供される。
第１図はＶ型ブレンダー（ツインシェルブレンダー）の混合容器の略図である
。
第２図はプレキシガラスシリンダ内に取り付けられたプレキシガラスＶ型ブレ
ンダーの（ａ）正面略図と（ｂ）正面図と直角をなす側面略図である。
第３図は（ａ）プランジャを挿入し、（ｂ）赤色のビーズを
一方の脚に添加し、（ｃ）緑色のビーズを他方の脚に添加して（ｄ）容器を垂直
の位置に回転させるという容器の充填手順を示す図である。
第４図は初めにビーズが二つの脚に分離されている、混合実験の初期状態を示
す図である。
第５図は金属容器を取り付けているＶ型ブレンダーの（ａ）正面略図と（ｂ）
正面図と直角をなす側面略図である。
第６図は流体タンク、ポンプおよび溶液吐出し装置を含む浸透装置の略図であ
る。
第７図は凝固混合物のスライスパターンを示す図である。
第８図は（ａ）揺動させずに５分間、（ｂ）揺動させずに４５分間、（ｃ）揺
動運動が±１０度であって、１回の揺動サイクルにつき３．１４回転の揺動比で
５分間、それぞれの場合に回転速度１６ｒｐｍで混合した６００ミクロン粒子の
外部構造を示す図である。
第９図は（ａ）揺動させず、（ｂ）揺動運動が±１０度であって、１回の揺動
サイクルにつき３．１４回転の揺動比、それぞれの場合に回転速度１６ｒｐｍで
１０分間混合した６６ミクロン粒子の内部混合パターンを示す図である。
第１０図は画像解析装置セットアップの略図である。
第１１図は視野細区分を使用したスライスの略図である。
第１２図は（ａ）揺動させず、（ｂ）１回の揺動サイクルにつき３．１４回転
の揺動比で揺動運動が±１０度、それぞれの場合に回転速度１６ｒｐｍで１０分
間混合した後の、ビーズ配合に対する混合パラメータの影響を表すグラフである
。
第１３図は赤色と緑色のビーズが最初はそれぞれ左脚と右脚にあったものにつ
いて、（ａ）単に回転させただけの場合と（ｂ）揺動させながら回転させた場合
の、凝固混合物の左端スライス（上）、中央スライス（中）、右端スライス（下
）の写真である。
第１４図は単に回転させただけの場合と揺動させながら回転させた場合それぞ
れの、凝固混合物の左端スライスの赤色ビーズ濃度の確率分布関数、第１４（Ａ
）図と第１４（Ｂ）図（シート１４／１７）、単に回転させただけの場合と揺動
させながら回転させた場合それぞれの、凝固混合物の中央スライスの赤色ビーズ
の濃度の確率分布関数、第１４（Ｃ）図と第１４（Ｄ）図（シート１５／１７）
、および単に回転させただけの場合と揺動させながら回転させた場合それぞれの
、凝固混合物の右端
スライスの赤色ビーズの濃度の確率分布関数、第１４（Ｅ）図と第１４（Ｆ）図
（シート１６／１７）である。
第１５図は（ａ）単に回転させただけの場合と（ｂ）揺動させながら回転させ
た場合それぞれの、凝固混合物全体にわたる赤色ビーズの濃度の確率分布関数を
示す図（シート１７／１７）である。発明の詳細な説明
本発明は、制御された軸流の外乱を含むＶ型ブレンダー内で固体を混合する方
法に関する。
本発明の方法の一つの実施形態によれば、制御された軸流の外乱は、
（ａ）揺動運動とシェルの回転運動、
（ｂ）揺動運動とシェルの時間依存性回転速度、
（ｃ）揺動運動とシェルの時間依存性かつ可逆的回転方向、
（ｄ）リボンの回転運動とシェルの回転運動、および
（ｅ）増強バーに取り付けられたリボンの時間依存性回転方向とシェルの回転
運動から成る群より選択される。
制御された軸流の外乱が、シェルの回転運動と揺動運動とを組み合せることに
よって導入されること、ならびに約０度ない
し約＋１０度または−１０度の揺動角度、約０ないし約５０ｒｐｍの回転速度、
および約０ないし約３１．４回の回転回数に対し１回の揺動によって定義される
ことを特徴とする方法。揺動運動と組み合されたシェルの回転運動の好ましい条
件は、約＋１０度ないし約−１０度の揺動角度と約１．８回の回転回数に対し１
回の揺動とによって定義される。
制御された軸流の外乱が、揺動運動と組み合されたシェルの時間依存性回転速
度によって導入されること、ならびに約０ないし約５０ｒｐｍの回転速度、約０
ないし約１回の回転毎の回転速度変化回数、約０度ないし約＋１０度または−１
０度の揺動角度、および約０ないし約３１．４回の回転回数に対し１回の揺動に
よって定義されることを特徴とする方法。
制御された軸流の外乱が、揺動運動と組み合されたシェルの時間依存性回転方
向によって導入されること、ならびに約０ないし約５０ｒｐｍの回転速度、約０
ないし約１回転毎の回転方向変化回数、約０度ないし約＋１０度または−１０度
の揺動角度、および約０ないし約３１．４回の回転回数に対し１回の揺動によっ
て定義されることを特徴とする方法。
制御された軸流の外乱が、リボンの回転運動と組み合された
シェルの回転運動によって導入されること、ならびに約０ないし約５０ｒｐｍの
シェルの回転速度と、約０ないし約３６００ｒｐｍのリボンの回転速度によって
定義されることを特徴とする方法。
制御された軸流の外乱が、リボンの時間依存性回転速度と組み合されたシェル
の回転運動によって導入されること、ならびに約０ないし約５０ｒｐｍのシェル
の回転速度、約０ないし約３６００ｒｐｍのリボンの回転速度、および約０ない
し約１回のシェルの回転毎のリボンの回転方向変化の回数によって定義されるこ
とを特徴とする方法。
制御された軸流の外乱が、
（ａ）シェルの回転運動と揺動運動を組み合せること、
（ｂ）シェルの時間依存性回転速度と揺動運動を組み合せること、
（ｃ）シェルの時間依存性回転方向と揺動運動を組み合せること、
（ｄ）シェルの回転運動とリボンの回転運動を組み合せること、および
（ｅ）シェルの回転運動とリボンの時間依存性回転方向を組
み合せること、
によって導入されることを特徴とするＶ型ブレンダー。
リボンの回転運動は、Ｖ型ブレンダーの増強バーに取り付けられているリボン
の回転運動と定義される。
十分制御された流れの外乱が、部分的に充填されたＶ型ブレンダー内部の混合
プロセスに及ぼす効果について調べるために、別誂えで設計された混合装置を組
み立てた。回転運動および揺動運動（第２図）は、コンピュータ（Ｇａｔｅｗａ
ｙ ２０００、サウスダコタ州Ｎｏｒｔｈ Ｓｉｏｕｘ Ｃｉｔｙ）にインタフ
ェースさせた二つのステッピングモータ（Ａｒｒｉｃｋ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ、テ
キサス州Ｈｕｒｓｔ）を用いてそれぞれ独立に制御した。一方のモータは駆動軸
に直接連結させて、混合容器が回転できるようにした。他方のモータは、プロペ
ラ軸を使って、駆動軸を収容しているフレームに連結させた。このモータによっ
て、フレームはピボットの周りを部分的に回転することができ、混合容器に垂直
の揺動運動が生じた。モータ制御用コンピュータプログラムを開発し、回転回数
と揺動回数の両方を独立に精確に制御することが可能となった。このプログラム
によって、両モータの動きは同時性を有することになった。
二種類の実験を用いて、揺動運動を応用することによって混合が増進されるこ
とを立証した。第一の実験では、直径３インチかつ長さ６インチで両シェルが直
角に連結されている市販のプレキシガラス（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ）Ｖ型ブレンダ
ーの容器（Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ Ｋｅｌｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｉｎｃ．，ペ
ンシルバニア州Ｅａｓｔ Ｓｔｒｏｕｄｓｂｕｒｇ）を使用して、混合プロセス
の直視を達成した。これらのプレキシガラスＶ型ブレンダーの容器は直径１０イ
ンチのプレキシガラスシリンダの内部に取り付けられており、一方このシリンダ
は、二つのローラの上端に自由に動くように取り付けられ、かつ自由に回転する
ローラの上層部より１／３のきまった場所に保持されている（第２図）。所定の
実験の間、回転速度、混合時間および揺動サイクル毎の回転数を、モータの制御
に必要なその他のパラメータとともに明記し、算出した。各揺動サイクルは、下
方へ１０度の傾き、次いで水平位置への立て直し、さらに反対方向へ１０度の傾
きから成る。１サイクルはブレンダーが水平位置にもどったときに完了する。
直視実験では、６００μの赤色および青色ガラスビーズ（Ｊａｙｇｏ Ｉｎｃ
．，ニュージャージー州Ｕｎｉｏｎ）を使用
した。各実験における総充填量は、容器の総容量の５０％とした。容器は軸方向
に充填され、各シェルには一色のビーズが充填された。また、充填は一回に一色
ずつ行った。先ず、プランジャをツインシェルの一端に挿入した（第３ａ図）。
実測量の赤色ビーズをシェルの他端に添加し（第３ｂ図）、次いでプランジャの
奥行を調整して、ビーズの水平面がツインシェルのセンターラインに重なるよう
にした。次に、実測量の緑色ビーズを赤色ビーズ層の上面に注意深く添加し（第
３ｃ図）ビーズの赤色／緑色の境界面がツインシェルのセンターラインに沿って
維持されるようにした。最後に、容器を注意深く回転させて直立の状態にし（第
３図ｄ）、ツインシェルの両端をキャップで閉じた。実験の初期状態の写真を第
４図に示す。
第二の種類の実験は、粉体層の全体量にわたって混合物の構造が調べ易くなる
ように設計された。混合実験の終りには、粒子間のボイドに、架橋して凝固モノ
リスを産するような高分子溶液を浸透させることによって、混合物の構造を保存
した。引続きこのモノリスをスライスして、混合物の内部構造を明らかにした。
これらの凝固実験は、プレキシガラスＶ型ブレンダーの容器と寸法が等しくそれ
と同じ方法で充填される、別誂のア
ルミニウムツインシェル容器（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏ．、
ニュージャージー州Ｍｏｕｎｔａｉｎｓｉｄｅ）で実施した。広範囲の回転速度
および揺動速度を達成するために、計算機制御駆動装置のローラの一つを、取り
付け用延長部分を有する軸と取り替えた。ツインシェル容器は、取り付け用延長
部分に取り付けられたフレームの内側に収容した（第５図）。
凝固／スライス実験では、６６μの赤色および緑色ガラスビーズ（Ｐｏｔｔｅ
ｒｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．，ニュージャージー州Ｐａｒｓｉｐｐａ
ｎｙ）を使用した。混合作業が完了した後、混合物を乱さないように混合装置か
らツインシェル容器を注意深くはずした。次いで、はずしたツインシェル容器を
浸透装置の中に置き、安定した水平の位置に保持した。第６図に示すように、浸
透装置は流体タンク、ポンプ、およびノズルに連結させた配管から成っている。
使用した浸透媒体は、市販の、ＳＤアルコール４０、水、オクチルアクリルアミ
ド、アクリレートおよびブチルアミノメタクリレートコポリマーの混合物（Ｒａ
ｖｅR、Ｃｈｅｓｅｂｒｏｕｇｈ Ｐｏｎｄｓ ＵＳＡ Ｃｏ．、コネチカット
州Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ）である。
系の中に空気を閉じ込めるのを避けるために、媒体は混合物の上にゆっくりと注
がれた。媒体が粉体層の上を穏やかに流れるようにして、ノズルを容器のセンタ
ーラインの壁付近に配置した。これによって、空気は容器の開口端を通ってゆっ
くりと外に押し出される。繰り返し行った実験によって、浸透プロセスがなんら
混合物を乱す原因にならないことが明らかになっている。ぴったりはめ込まれて
いる混合物を、約２週間乾燥させた。
凝固構造物を容器からはずし、帯のこを用いてスライスした。先ず、容器に混
合物を入れたまま、混合容器をセンターラインに沿ってスライスした。次いで、
二つのシェルを、凝固ビーズの上表面に沿って切断した。シェルを一時的に加熱
すると、凝固構造物はシェル壁から簡単に分離し、容器からはずれた。次に、構
造物を第７図で示すような回転軸に沿って、０．５インチ間隔でスライスした。
各実験毎に約１４の断面が得られた。
揺動運動がツインシェルブレンダー内での混合に及ぼす影響を第８図に示す。
第８ａ図は、回転速度１６ｒｐｍで５分間、単純に回転させた後の混合状態であ
る。第８ａ図と初期状態（第４図）を比較すると、最小量の混合しか起きていな
いことが明らかである。揺動なしでは４５分間の混合の後でも（第８ｂ図）、
赤色と緑色のビーズは完全には混合していなかった。対照的に、第８ｃ図は、揺
動しながら回転速度１６ｒｐｍで５分間回転させた後の混合状態を示している。
この実験では、揺動サイクルに対する回転比を３．１４とした。この場合、ビー
ズは非常に良く混合されたように見える。
一連の類似の条件に対して内部の混合パターンを測定したが、それを第９図に
示す。スライスした後、それらスライスを９０度回転させ、回転軸に沿って混合
構造物を明らかにした。第９ａ図は、揺動せずに、回転速度１６ｒｐｍおよび総
混合時間１０分で実施した実験の写真である。写真から明らかなように、回転軸
に沿った各スライスの配合は、構造物の一端から他端の間で大きく変化している
。第９ｂ図は、揺動させながら実施した実験の写真である。この実験でも回転速
度は１６ｒｐｍとし総混合時間も前実験と同様（１０分）であり、揺動サイクル
に対する回転比は３．１４とした。この場合、配合は全てのスライスで本質的に
同じであった。構造物全体が非常に良く混合されており、注意深く点検して初め
てブレンダーのいずれの端が最初に赤色でいずれの端が最初に緑色であったかを
確定できるほどである。
定量的な混合データは、スライスを画像解析することで得られる。混合物の断
面を、デジタル８ビットのグレースケール画像として逐次記録し、数値アルゴリ
ズムを用いて解析する。第１０図は画像解析装置のセットアップを示している。
コンピュータ５５ｍｍＦ／２．８テレセントリックビデオレンズ（Ｅｄｍｕｎｄ
Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ、ニュージャージー州Ｂａｒｒｉｎｇ
ｔｏｎ）を備えたＡ ６５１０ＣＣＤ モノクロームカメラ（Ｃｏｈｕ Ｉｎｃ
．，カリフォルニア州Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ）が、画像の上方に垂直に据え付けら
れている。光ファイバ環状灯（Ｖｏｌｐｉ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＵＳ
Ａ、ニューヨーク州Ａｕｂｕｒｎ）によって、照度が十分均一な視野が得られる
。この光源は、Ｉｎｔｒａｌｕｘ ６０００−１制御装置（Ｖｏｌｐｉ Ｍａｎ
ｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＵＳＡ、ニューヨーク州Ａｕｂｕｒｎ）に収容されてい
る１５０ワットのハロゲン電球から供給される。赤色および緑色ガラスビーズの
混合物の場合、長波長を伝送しながら短波長（６９０ｎｍ以下）を減衰させるた
めにシャープカットフィルタ（Ｒ−６０，Ｎｅｗｐｏｒｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉ
ｏｎ、カリフォルニア州Ｉｒｖｉｎｅ）が使用される。このよう
なフィルタを使用することによって、赤色および緑色要素のグレースケールコン
トラストが最大化される。赤色要素は最も明るくなり、緑色要素は最も暗くなる
。各スライスは、コンピュータによって遠隔操作されるプログラム可能ｘｙテー
ブル（Ｕｎｉｄｅｘ Ａｅｒｏｔｅｃｈ Ｉｎｃ．，ペンシルバニア州Ｐｉｔｔ
ｓｂｕｒｇｈ）を援用して走査される。ビデオ信号は、８ビット画像（２５６グ
レーレベル）として、ＲＳ−１７０画像モニタ（Ｓｏｎｙ Ｔｒｉｎｉｔｒｏｎ
Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＰＶＭ−１３４２Ｃ、ソニー、東京、日本）上にデジタル
表示される。モニタからの出力信号は、ＭＶ２０画像処理ボード（Ｄａｔａｃｕ
ｂｅ Ｉｎｃ．，マサチューセッツ州Ｄａｎｖｅｒｓ）に送られ、そこで信号は
アナログからデジタルに変えられる。画像は、グレースケール画像としてＳｕｎ
Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ（Ｓｕｎ、カリフォルニア州Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉ
ｅｗ）上に表示され、そこでは画像処理ソフトウェアプログラム（最近、ｔｈｅ
Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｓ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔ
ｒｉａｌ Ｐｒｏｄｕｔｉｖｉｔｙ，Ｒｕｔｇｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ、
ニュージャージー州Ｐｉｓｃａｔａｗａｙで開発された）によってビ
デオ信号、情報検索および記憶が処理される。
獲得（acquisition）の間に、混合物のスライスはそれぞれ５ｍｍ×６．７ｍ
ｍの独立した視野に分割される。第１１図に、これら視野に細区分されたスライ
スのスケッチを示す。各視野はおよそ１０，０００個の粒子を含み、４８０×５
１２ピクセルにディジタイズされており、各ピクセルは０ないし２５５のスケー
ルで表されるグレーレベルをもつ。処理の間、各視野は、本明細書で「パッチ」
と呼ぶ規則的に区切られた領域にさらに細区分される。局所の配合は、これら小
さなパッチの各々について、そのパッチ内のピクセルの平均グレーレベル強度を
計算することによって測定される。パッチは、実験で評価される最小の領域とな
る。それゆえに、パッチのサイズが混合分析における検査の尺度を決定すること
になる。パッチ内で平均をとるため画像細部については一部「ぼやける」部分も
あるが、パッチは小さく、したがって多数のパッチが解析に使われる（一つのス
ライスにつき１０3から１０4）ため、混合物全体の配合の統計値は詳細に特性づ
けられることになる。
平均値、モード、標準偏差などの統計値は各パッチ毎に計算される。これらの
データおよび視野の画像の生ピクセル値は、
後処理や解析用に別々のファイルに書き込まれる。一つの視野についてデータ収
集が終ると、プログラムはｘｙテーブルを次の視野アドレスに移動させるコマン
ドを実行する。データ収集をして移動するというコマンドの順序は、スライス全
体が走査されるまで繰り返される。
単に回転させるだけの場合と揺動させながら回転させる場合との量的な比較を
第１２図に示すが、両実験とも第９図に示したと同様の条件下で実施した。配合
対軸方向の位置の関係を両条件について示してある。グラフの最も著しい特徴は
、単に回転させるだけの場合では、ツインシェルの左半分と右半分でその配合に
大きな相違があることである。シェルの左半分の各局所（初めは赤色）は、赤色
粒子を少なくとも７０パーセント含んでいる。シェルの右半分（初めは緑色）の
全スライスは、赤色粒子を４０パーセント未満しか含んでいない。この場合、ツ
インシェルの各半分についてはそれぞれかなり十分に混合されているのだが、混
合物全体としては確かに分離してしまっている。揺動を利用する場合には、全ス
ライスの配合は５０パーセント近い。この点については、各実験における左端、
中央、右端スライスを比較する（第１３図）ことによってよりよく説明
することができる。写真に見られる質的な相違を第１４図で量的に示す。単に回
転させるだけの場合の確率分布関数は、その性質が互いに全く異なっており、軸
方向の混合が不足していることが明らかである。標準偏差が５．８％ないし６．
３％の範囲にあるスライスのサンプルの標準偏差から明らかなように、粒子が一
方のシェルから他方のシェルへとその境界を越してしまうと、それらは比較的速
く混合することが両実験によって明らかである。ミキサのセンターラインを横切
る粒子はゆっくりと拡散混合するために、単に回転させるだけの場合の中央スラ
イス（第１４図）は他のどのスライスより大量の分離をしていることがわかる。
相応じて、そのサンプル配合の標準偏差（９．５％）は他のどのスライスより５
０％大きくなっている。揺動を利用した場合は、各スライスとも標準偏差（６％
）がほぼ同じであって、全体平均（赤色５２％）の１０％範囲内の配合となって
いる。両混合物の全確率密度関数を第１５図に示す。単に回転させるだけの場合
は双峰分布となり、一方揺動を利用した場合は正規分布となっている。両混合物
の平均値は本質的に同一（赤色５２％）であるが、単に回転させるだけの場合の
相対標準偏差は、揺動を利用した場合が６．９％であるのに対し
２３．９％となっている。
直視実験および凝固実験の両実験から得られた証拠に基づけば、ビーズは、所
定の対の互いに隣接するスライス間の境界をいったん越してしまうと、そのスラ
イス内で比較的速く混合されることは明らかである。この故に、従来のＶ型ブレ
ンダー内の混合プロセスの限界は、軸沿いのゆっくりとした運動のせいである。
揺動運動の効果とは、系に軸方向の対流性流れを与えることである。本願に記述
されているＶ型ブレンダーなどの、混合容器のセンターラインを横切って軸方向
の対流運動が加えられるようなＶ型ブレンダーは、混合速度が大いに増進し、こ
の故に混合時間が低減されることは、実験による証拠から明らかである。
本願に記述した技術は、小規模の実験室用装置の設計に直接応用することがで
きる。サイズや重量といった点が、揺動を大規模装置に応用することへの妨げに
なるかもしれないが、軸流の外乱を違った方法で利用して同様の混合増進をもた
らすこともできよう。これを達成する一つの方法は、大規模装置内で改装可能な
増強バーに取り付けた回転リボンを利用することである。効率のよい混合は、リ
ボンの回転方向を繰り返し逆転させ
ること、および混合の増進に必要な中央境界にを横切る軸流を、あたかも揺動を
利用しているかのような方法で創出することによって達成することができよう。
流れの外乱がＶ型ブレンダー内の混合速度に及ぼす効果については調査済みで
ある。揺動運動は、軸方向に対流性の流れ成分を加えることによって、回転粒子
流に外乱を起こさせる。このような流れの外乱によって、混合は大いに増進され
る。実験室規模では、同サイズの粒子は、揺動Ｖ型ブレンダーを使用することに
よって、従来のＶ型ブレンダー使用の場合に比べより速くかつより完全に混合す
る。
本明細書に記述した軸流の外乱を起こすために、すなわち混合を増進すること
が可能な改良されたＶ型ブレンダーを造るために、市販のＶ型ブレンダーに変更
を加えることが可能である。このような変更の一例としては、Ｖ型ブレンダー内
の増強バーに、制御された流れの外乱を起こすことが可能であるような回転リボ
ンを取り付けることが挙げられる。さらに、シェルおよび／または増強バー用モ
ータを、プログラム可能制御装置を具備した可変速可逆モータと取り替えること
もできよう。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Dynamically enhanced V-blender Background of the Invention
V-blenders are widely used in many industries that require powder mixing, granulation and drying.
Used well. V-type blender (also called twin shell blender)
, Typically two hollow circles connected at an angle of 90 degrees and usually of equal length
This is a kind of tumbling mixer consisting of a cylindrical shell or legs (FIG. 1). Typical
In a typical example, a mixing vessel provides a tumbling motion of the powder in the vessel or shell.
Linked to the axis of rotation that causes it. The axis of rotation is usually parallel to the ground and
Perpendicular to the plane of symmetry of the underlayer. 100 times the shell for a V-type blender
An intensifier bar that rotates at a speed of may be installed.
The augmenting bar is typically located along the axis of rotation of the shell. V type
Render is a small product development unit in the lab and a large production unit.
Used in the manufacturing industry.
Many existing V-blenders use constant speed tumbling motion
And the powder is mixed. For example, Paul O.M. Abbe Inc. Company (
Bowers Process, manufactured by Little Falls, NJ
ss Equipment Inc. (Staffford, Ontario)
Jaygo In, manufactured by Gemco (Middlesex, NJ)
c. Low Industries, Inc. (Mahwah, NJ)
s Inc. Patterson Ind (Cadiz, Kentucky)
industries Ltd. (Scarborough, Ontario) and
Patterson-Kelley (East Strou, PA)
dsburg). Often from a mixture
When the standard deviation of the extracted sample is equal to the standard deviation of any mixture, or
The mixture is adequate when it is within acceptable variability for a particular application.
Minutes are considered mixed.
There are many reports that mixing is incomplete or time consuming on such devices.
Numbers have been made. Gray states that the mixture of sand and ilmenite is 1 rpm at a speed of 24 rpm.
It was found that the mixing continued to improve after 000 revolutions. (Gra
y, j. , "
Solids Mixing Equipment ", Chem. Eng. Pr.
ogr. , 53, (1957) 25). Wiedenbaum et al. Have the same size
Any mixture of sand and salt particles is obtained even after 5000 revolutions at a speed of 24 rpm
I found something I couldn't do. (Wiedenbaum, SS, et al., "Mix
ing of Solids in a Twin Shell Blende
r ", Ceramic Age, 79, (1963), 39).
And Linn said that to obtain a system in which the flocculant was well mixed with the free-flowing excipient,
It was found that it was necessary to make approximately 1100 revolutions at a speed of 24 rpm. (C
howhan, Z .; T. , Et al., “Mixing of Pharmaceuti
cal Solids, Powder Technology 24, (197
9), 237). Cahn et al. Use the same size CaCOThreeAnd SiOTwoBoth particles are sufficiently mixed
1000 rotations at a speed of 24 rpm were required to obtain a mating system. (C
ahn, D.A. S. , Et al., “Blender Geometry in the
Mixing of Solids ", Ind. Eng. Chem., PD &
D, 4, (1965), 318). Carstensen and Patel
Is the same size lactose and corn starch system at 500 rpm at 24 rpm
It was found that they did not mix well. (Cartensen, JT.
, Et al., "Blending of Irregularly Shaped P
Articles, Powder Technology ", 17, (1977).
), 273). Harnby says that the mixture of millet and salt is 1000 at a speed of 33 rpm.
I found that they were still quite separated after rotating. (Harnby, N .;
, "A Comparison of the Performance of
Industrial Solids Mixers Using Segr
egating Materials, Powder Technology,
1, (1967) 94 "). Samyn and Murthy have a
It was found that it took 60 minutes for the lactose and 87μ of lactose to mix. However
The rotational speed in this case is not specified. (Samyn, JC, et al. "Ex
peripherals in Powder Blending and Unb
lending, J.M. Pharm. Sci. 63, (1974) 371 ").
The main type of separation in these experiments is axial separation.
Turned out to be. A mechanism that induces flow in this direction in a conventional V-type blender
, The separation region may last for a long time. Conventional V-shaped
For three types of deformed renders, mixing is performed by applying disturbance to the axial flow.
Can be improved. Such blenders have (1) legs with different lengths
V-type blender (P-K Cross-FlowTMBlender, Pattern
Son Kelley, East Strousburg, PA),
(2) An axis mounted parallel to the ground but perpendicular to the plane of symmetry of the blender
V-type blender with a rotating shaft placed off (ChallengerTM
OffsetTMBlender, Low Industries, Inc. , Ken
(Cadiz, TN), and (3) to rotate in the "V" plane of the blender
V-shaped blender with rotating blades attached (Chopperblades, L
ow Industries, Inc. Inc., Cadiz, Kentucky)
It is.
In this patent application, a V-shape in which mixing is enhanced by controlled axial flow disturbances
An improved mixing method comprising a blender is disclosed. As an example, the disturbance is
Shake the device about its axis
Introduced by moving. Such disturbances form a convective axial flow, and the mixing
Will greatly accelerate the process. Other means of disturbing the particle flow
It is argued that a similar increase can be obtained.Summary of the Invention
The present invention utilizes a V-blender and controlled axial flow disturbance to mix solids.
How to improve. Controlled axial disturbances to enhance solids mixing
V-blender devices that can be introduced are also included within the scope of the present application.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
The file of this patent contains at least one drawing with color finish. Mosquito
Copies of this patent, including color drawings, will be available upon request and payment of the necessary fee.
, Provided by the Patent Office.
FIG. 1 is a schematic view of a mixing container of a V-type blender (twin-shell blender).
.
FIG. 2 shows a Plexiglas V-shaped shaker mounted in a Plexiglas cylinder.
FIG. 2 is a schematic side view of the underlayer, which is perpendicular to (a) a front view and (b) a front view.
Fig. 3 shows (a) inserting the plunger and (b) inserting the red beads.
Add (c) green beads to the other leg and (d) container vertically
FIG. 7 is a view showing a procedure for filling a container in which the container is rotated to the position of FIG.
FIG. 4 shows the initial state of the mixing experiment, where the beads are first separated into two legs.
FIG.
FIG. 5 is a schematic (a) front view and (b) of a V-type blender to which a metal container is attached.
It is a side view schematic which makes a right angle with a front view.
FIG. 6 is a schematic diagram of an osmosis device including a fluid tank, a pump and a solution discharge device.
You.
FIG. 7 is a diagram showing a slice pattern of the coagulated mixture.
FIG. 8 shows (a) 5 minutes without rocking, (b) 45 minutes without rocking, and (c) rocking.
Dynamic motion is ± 10 degrees, with a rocking ratio of 3.14 rotations per rocking cycle
Of 600 micron particles mixed for 5 minutes in each case at a rotation speed of 16 rpm
It is a figure showing an external structure.
FIG. 9 shows (a) no swing, (b) swing motion ± 10 degrees, and one swing
A rocking ratio of 3.14 revolutions per cycle, in each case at a rotational speed of 16 rpm
FIG. 4 shows the internal mixing pattern of 66 micron particles mixed for 10 minutes.
FIG. 10 is a schematic diagram of an image analysis apparatus setup.
FIG. 11 is a schematic diagram of a slice using a visual field subdivision.
FIG. 12 shows (a) no rocking, (b) 3.14 rotations per rocking cycle
Oscillating motion is ± 10 degrees at an oscillating ratio of 10 minutes at a rotation speed of 16 rpm in each case.
FIG. 4 is a graph showing the effect of mixing parameters on bead formulation after intermixing.
.
Figure 13 shows red and green beads that were originally on the left and right legs, respectively.
And (a) simply rotating, and (b) rotating while swinging
The leftmost slice (top), middle slice (middle), rightmost slice (bottom) of the coagulation mixture
).
Fig. 14 shows the case of simply rotating and the case of rotating while swinging.
The probability distribution function of the red bead concentration of the leftmost slice of the coagulation mixture, No. 14 (A
) And FIG. 14 (B) (seat 14/17), the case of simply rotating and swinging
Red beads in the center slice of the coagulation mixture, respectively, when rotated while rotating
14 (C) and 14 (D) (Sheet 15/17)
, And when it is simply rotated and when it is rotated while swinging,
The right end of the coagulation mixture
Probability distribution function of the concentration of red beads in slices, FIGS. 14 (E) and 14 (F)
(Sheets 16/17).
FIG. 15 shows (a) the case of simply rotating and (b) the rotation while swinging.
The probability distribution function of the concentration of red beads throughout the coagulation mixture for each
It is a figure (sheet 17/17) shown.Detailed description of the invention
The present invention relates to a method for mixing solids in a V-blender containing controlled axial disturbances.
About the law.
According to one embodiment of the method of the invention, the controlled axial disturbance is:
(A) oscillating motion and shell rotational motion,
(B) oscillating motion and time-dependent rotation speed of the shell,
(C) oscillating motion and time-dependent and reversible rotational direction of the shell,
(D) the rotational movement of the ribbon and the rotational movement of the shell, and
(E) Time-dependent rotation direction and rotation of the ribbon attached to the reinforcing bar
Selected from the group consisting of exercise.
Controlled axial flow disturbances combine the rotational and oscillating movements of the shell.
Not introduced, as well as about 0 degrees
A swing angle of about +10 degrees or -10 degrees, a rotation speed of about 0 to about 50 rpm,
And one swing for about 0 to about 31.4 turns
A method comprising: Preferred line of rotational movement of the shell combined with rocking movement
The condition is 1 for a swing angle of about +10 degrees to about -10 degrees and about 1.8 rotations.
Defined by the swing of the times.
Time-dependent rotational speed of shell combined with oscillating motion with controlled axial disturbance
Degrees, and a rotational speed of about 0 to about 50 rpm, about 0 to about 50 rpm.
To about one rotation, the number of rotation speed changes per rotation, about 0 degrees to about +10 degrees or -1
1 swing for 0 degree swing angle and about 0 to about 31.4 rotations
A method characterized by being defined by:
Time-dependent rotation of a shell with controlled axial flow disturbance combined with oscillating motion
Direction, and a rotational speed of about 0 to about 50 rpm, about 0
To the number of rotation direction changes per rotation, about 0 to about +10 degrees or -10 degrees
Angle and the number of rotations from about 0 to about 31.4.
A method characterized by being defined by:
Controlled axial disturbance combined with ribbon rotational motion
Introduced by the rotational movement of the shell, and from about 0 to about 50 rpm
Depending on the rotational speed of the shell and the rotational speed of the ribbon from about 0 to about 3600 rpm
A method characterized by being defined.
Shell with controlled axial flow disturbance combined with ribbon time-dependent rotation speed
And a shell of about 0 to about 50 rpm
Rotation speed of the ribbon, from about 0 to about 3600 rpm, and about 0
It is defined by the number of changes in the direction of rotation of the ribbon per approximately one shell rotation.
And the method characterized by the above.
The controlled axial disturbance is
(A) combining the rotational and oscillating movements of the shell;
(B) combining the time-dependent rotational speed of the shell and the oscillating motion;
(C) combining the time-dependent rotation direction of the shell and the oscillating movement;
(D) combining the rotational movement of the shell with the rotational movement of the ribbon; and
(E) Set the rotational motion of the shell and the time-dependent rotational direction of the ribbon
Combining,
V-blender characterized by being introduced by:
The rotation of the ribbon is controlled by the ribbon attached to the augmenting bar of the V-blender.
Is defined as the rotational motion of
Well controlled flow disturbances can cause mixing inside the partially filled V-blender.
To study the effect on the process, a custom designed mixing device was assembled.
I stood up. The rotational movement and the oscillating movement (FIG. 2) are performed by a computer (Gateway).
y 2000, North Sioux City, South Dakota)
Aged two stepper motors (Arrick Robotics,
(Hurst, Kiss.). One motor is the drive shaft
To allow the mixing vessel to rotate. The other motor is
Using a shaft, it was connected to the frame housing the drive shaft. This motor
The frame can rotate partly around the pivot and is perpendicular to the mixing vessel
Rocking motion occurred. Developed a computer program for motor control and
And the number of swings can be independently and precisely controlled. This program
As a result, the movements of both motors are synchronized.
Using two types of experiments, we can see that mixing is enhanced by applying rocking motion.
And proved. In the first experiment, both shells were 3 inches in diameter and 6 inches long,
Commercial Plexiglas V-shaped blender connected to the corner
Container (Patterson Kelley Company Inc.,
Mixing Process Using East Stroudsburg, NC
Achieved a direct view of. These plexiglass V-type blender containers have a diameter of 10 inches.
Is mounted inside the plexiglass cylinder of the
Is mounted on the upper end of two rollers so that it can move freely and rotates freely
The roller is held at a predetermined location 1/3 from the upper layer (FIG. 2). Predetermined
During the experiment, the rotation speed, mixing time and the number of rotations per rocking cycle were controlled by the motor.
It was specified and calculated together with other parameters necessary for the calculation. Each swing cycle is below
Tilt 10 degrees to the left, then re-establish horizontal position, and tilt 10 degrees in the opposite direction
Composed of One cycle is completed when the blender returns to the horizontal position.
For direct viewing experiments, 600μ red and blue glass beads (Jaygo Inc.
. , Union, NJ)
did. The total filling in each experiment was 50% of the total volume of the container. Container is axial
And each shell was filled with one-color beads. Filling is one color at a time
Went one by one. First, the plunger was inserted into one end of the twin shell (FIG. 3a).
The measured amount of red beads is added to the other end of the shell (FIG. 3b) and then the plunger
Adjust the depth so that the horizontal plane of the beads overlaps the centerline of the twin shell
I made it. Next, the measured green beads were carefully added to the upper surface of the red bead layer (No.
Figure 3c) Red / green interface of beads along the centerline of the twin shell
To be maintained. Finally, carefully rotate the container to an upright position (No.
3 FIG. D), both ends of the twin shell were closed with caps. Photo of initial state of experiment
It is shown in FIG.
The second type of experiment makes it easier to examine the structure of the mixture over the entire volume of the powder bed
Designed to be. At the end of the mixing experiment, the voids between particles are
Preserves the structure of the mixture by infiltrating a squirrel-producing polymer solution
did. The monolith was subsequently sliced to reveal the internal structure of the mixture.
These coagulation experiments were performed in the same size as the Plexiglas V-blender container.
Bespoke, filled in the same way as
Luminium twin shell container (American Aluminum co.,
(Mountainside, NJ). Wide range of rotation speed
And take one of the rollers of the computer control drive, to achieve the rocking speed
The shaft was replaced with a mounting extension. Twin shell container, extension for mounting
It was housed inside a frame attached to the part (FIG. 5).
For coagulation / slicing experiments, 66μ red and green glass beads (Potte
rs Industries Inc. , Parsippa, NJ
ny) was used. After the mixing operation is completed, set the mixing device so that the mixture is not disturbed.
Carefully removed the twin-shell container. Next, remove the removed twin shell container
Placed in the infiltrator and held in a stable horizontal position. As shown in FIG.
The permeator consists of a fluid tank, a pump, and piping connected to a nozzle.
The infiltration medium used was a commercially available SD alcohol 40, water, octylacrylamide.
Of butyl, acrylate and butylamino methacrylate copolymers (Ra
veRChesebrough Ponds USA Co., Ltd. , Connecticut
State of Greenwich).
The medium is poured slowly over the mixture to avoid trapping air in the system.
Spilled. With the medium flowing gently over the powder bed, place the nozzle in the center of the container.
-Near the wall of the line. This allows air to flow through the open end of the container.
It is pushed out outside. Repeated experiments show that the infiltration process
It has been shown that it does not disturb the mixture. Just fit
The mixture was allowed to dry for about two weeks.
The solidified structure was removed from the container and sliced using a band saw. First, mix in a container
With the mixture still in place, the mixing vessel was sliced along the center line. Then
Two shells were cut along the top surface of the coagulated beads. Temporarily heat shell
The solidified structure then separated easily from the shell wall and came off the container. Next,
The construction was sliced at 0.5 inch intervals along the axis of rotation as shown in FIG.
About 14 cross sections were obtained for each experiment.
The effect of rocking movement on mixing in a twin-shell blender is shown in FIG.
FIG. 8a shows the mixed state after simple rotation at a rotation speed of 16 rpm for 5 minutes.
You. Comparing FIG. 8a with the initial state (FIG. 4), only a minimal amount of mixing has occurred.
It is clear that Without shaking, even after mixing for 45 minutes (FIG. 8b)
The red and green beads were not completely mixed. In contrast, FIG.
The state of mixing after rotating for 5 minutes at a rotation speed of 16 rpm while moving is shown.
In this experiment, the rotation ratio to the swing cycle was set to 3.14. In this case, bee
Looks very well mixed.
The internal mixing pattern was measured for a series of similar conditions and is shown in FIG.
Show. After slicing, rotate those slices 90 degrees and mix along the axis of rotation
Structure revealed. FIG. 9a shows a rotation speed of 16 rpm and a total
4 is a photograph of an experiment performed with a mixing time of 10 minutes. As you can see from the picture, the rotation axis
The composition of each slice along varies greatly from one end of the structure to the other
. FIG. 9b is a photograph of an experiment performed while rocking. Rotation speed in this experiment
The degree was 16 rpm, and the total mixing time was the same as in the previous experiment (10 minutes).
Was 3.14. In this case, the formulation is essentially every slice
It was the same. The entire structure is very well mixed and should be carefully inspected
To determine which end of the blender was initially red and which end was initially green
It can be determined.
Quantitative mixed data is obtained by image analysis of the slice. Breaking the mixture
Surface is sequentially recorded as a digital 8-bit grayscale image, and a numerical algorithm
Analyze using the mechanism. FIG. 10 shows the setup of the image analysis apparatus.
Computer 55mmF / 2.8 Telecentric Video Lens (Edmund
Scientific Company, Barring, NJ
A 6510 CCD monochrome camera (Cohu Inc.) equipped with
. , San Diego, CA) is mounted vertically above the image
Have been. Optical Fiber Ring Light (Volpi Manufacturing US)
A, Auburn, NY) provides a field of view with sufficiently uniform illuminance.
. The light source was an Intralux 6000-1 controller (Volpi Mann).
ufacturing USA, Auburn, NY)
From a 150 watt halogen bulb. Of red and green glass beads
In the case of a mixture, a short wavelength (690 nm or less) was attenuated while transmitting a long wavelength.
Sharp cut filter (R-60, Newport Corporation)
on, Irvine, CA) is used. like this
Gray filters for the red and green components
Trust is maximized. Red elements are lightest and green elements are darkest
. Each slice is a programmable xy table that is remotely controlled by a computer.
Bull (Unidex Aerotech Inc., Pitt, PA)
scanning with the aid of a sburgh). The video signal is an 8-bit image (256
RS-170 image monitor (Sony Trinitron)
Model No. Digital on PVM-1342C, Sony, Tokyo, Japan)
Is displayed. An output signal from the monitor is output from an MV20 image processing board (Dataacu).
be Inc. , Danvers, MA) where the signal is
You can change from analog to digital. The image is Sunscale as a grayscale image.
Workstation (Sun, Mountain Vi, CA)
ew), where the image processing software program (recently, the
Center for Computer Aids for Indust
real Productivity, Rutgers University,
Developed by Piscataway, NJ)
Video signals, information retrieval and storage are processed.
During the acquisition, the slices of the mixture were each 5 mm x 6.7 m
It is divided into m independent fields of view. Fig. 11 shows the slides subdivided into these fields of view.
Here is a sketch of Each field contains approximately 10,000 particles, 480 x 5
Digitized to 12 pixels, each pixel ranging from 0 to 255
Has a gray level represented by During processing, each field is referred to herein as a "patch"
Are further subdivided into regularly divided areas called "areas". The topical formulation is
For each of the smaller patches, calculate the average gray level intensity of the pixels in that patch.
It is measured by calculating. Patches are the smallest area evaluated in an experiment.
You. Therefore, the size of the patch determines the scale of the test in a mixed analysis
become. Some details are blurred due to averaging in the patch
However, the patches are small, so many patches are used for the analysis (one
10 per riceThreeFrom 10Four), The statistics of the composition of the whole mixture are characterized in detail
Be killed.
Statistical values such as the average value, mode, and standard deviation are calculated for each patch. these
The raw pixel values of the data and field of view images are
Written to separate files for post-processing and analysis. Data collection for one field of view
When the collection ends, the program moves the xy table to the next view address.
Execute the code. The order of commands to move and collect data is
Repeat until the body is scanned.
Quantitative comparison between the case of simply rotating and the case of rotating while swinging
As shown in FIG. 12, both experiments were performed under the same conditions as shown in FIG. Combination
The relationship between the positions in the axial direction is shown for both conditions. The most notable feature of the graph is
In the case of simply rotating, the left half and right half of the twin shell
There is a big difference. Each part of the left half of the shell (red initially) is red
Contains at least 70 percent particles. Of the right half of the shell (green initially)
All slices contain less than 40 percent red particles. In this case,
Although each half of the inshell is fairly well mixed,
The compound as a whole is certainly separated. When using rocking,
Rice mix is close to 50 percent. In this regard, the left end of each experiment,
Better explained by comparing the middle and rightmost slices (Figure 13)
can do. The qualitative differences seen in the photographs are shown quantitatively in FIG. Simply times
The properties of the probability distribution functions that are only inverted are completely different from each other.
It is clear that the direction mixing is lacking. Standard deviation between 5.8% and 6.
As can be seen from the standard deviation of a sample of slices in the range of 3%,
Once they cross that boundary from one shell to the other, they are relatively fast.
Good mixing is evident from both experiments. Crosses the mixer center line
The central particles are simply rotated to provide slow diffusion and mixing.
It can be seen that the chair (FIG. 14) has a greater amount of separation than any other slice.
Correspondingly, the standard deviation of the sample formulation (9.5%) is 5% higher than any other slice.
0% larger. When swinging was used, the standard deviation (6%
) Is almost the same, and the composition is within 10% of the overall average (red 52%).
I have. The total probability density function of both mixtures is shown in FIG. When simply rotating
Has a bimodal distribution, while a normal distribution is obtained when oscillation is used. Both mixtures
Are essentially the same (52% red), but only rotate
Relative standard deviation is 6.9% when using swing, whereas
23.9%.
Based on evidence from both direct-view and coagulation experiments, beads were
Once across the boundary between a given pair of adjacent slices, the slice
It is clear that the mixing is relatively fast in the chair. For this reason, the conventional V-shaped shake
The limitation of the in-underground mixing process is due to the slow movement along the axis.
The effect of the rocking motion is to give the system an axial convective flow. Described in this application
Axially across the center line of the mixing vessel, such as a V-blender
V-blenders, in which the convection of the air is added, greatly increase the mixing speed,
It is evident from experimental evidence that the mixing time is reduced because of this.
The techniques described in this application can be directly applied to the design of small laboratory equipment.
Wear. Size and weight hinder the application of rocking to large-scale equipment
May have a similar mixing enhancement using axial disturbances in a different way
I could do it. One way to achieve this is to be retrofittable in large equipment
Utilizing a rotating ribbon attached to the augmenting bar. Efficient mixing is
Repeatedly reverse the direction of Bonn rotation
Axial flow across the central boundary needed to enhance mixing, as if swinging
It could be achieved by creating in a way that is as if it were being used.
The effect of flow disturbance on the mixing speed in a V-blender has been investigated.
is there. The oscillating motion is created by adding a convective flow component in the axial direction,
Disturb the flow. Mixing is greatly enhanced by such flow disturbances.
You. On a laboratory scale, particles of the same size can be made using an oscillating V-blender.
Thus, faster and more thorough mixing than with a conventional V-blender.
You.
To cause an axial disturbance as described herein, i.e. to enhance mixing
Changed to a commercially available V-type blender to create an improved V-type blender
It is possible to add One example of such a change is in a V-blender.
Rotating ribs that can cause controlled flow disturbances
Attach a component. In addition, a shell and / or reinforcement bar
Replacing the motor with a variable speed reversible motor with a programmable controller
I can do it.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ
Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ
，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ
，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，
ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＲ，Ｋ
Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ
，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，
ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，Ｕ
Ｚ，ＶＮ
(72)発明者 ロビンソン，プリシラ・エイ
アメリカ合衆国、ニユー・ジヤージー・
07065、ローウエイ、イースト・リンカー
ン・アベニユー・126
(72)発明者 マジオ，フエルナンド・ジエイ
アメリカ合衆国、ニユー・ジヤージー・
08901、ニユー・ブランズウイツク、サマ
ーセツト・ストリート、オールド・クイー
ンズ（番地なし)
(72)発明者 ブローン，デイーン
アメリカ合衆国、ニユー・ジヤージー・
08901、ニユー・ブランズウイツク、サマ
ーセツト・ストリート、オールド・クイー
ンズ（番地なし)
(72)発明者 コナー，ケビン
アメリカ合衆国、ニユー・ジヤージー・
08901、ニユー・ブランズウイツク、サマ
ーセツト・ストリート、オールド・クイー
ンズ（番地なし)
(72)発明者 ウイトマン，キヤロリン
アメリカ合衆国、ニユー・ジヤージー・
08901、ニユー・ブランズウイツク、サマ
ーセツト・ストリート、オールド・クイー
ンズ（番地なし)────────────────────────────────────────────────── ───
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(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
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Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD
, RU, TJ, TM), AL, AM, AU, AZ, BA
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, MN, MX, NO, NZ, PL, RO, RU, SG,
SI, SK, TJ, TM, TR, TT, UA, US, U
Z, VN
(72) Inventor Robinson, Priscilla Ay
New Jersey, United States
07065, Lowway, East Linker
N Avenue 126
(72) Inventor Maggio, Fernando Jei
New Jersey, United States
08901, New Brunswick, Sama
Old Street, Old Street
(No address)
(72) Inventor Bloan, Dean
New Jersey, United States
08901, New Brunswick, Sama
Old Street, Old Street
(No address)
(72) Inventor Conner, Kevin
New Jersey, United States
08901, New Brunswick, Sama
Old Street, Old Street
(No address)
(72) Inventors Wightman, Carolyn
New Jersey, United States
08901, New Brunswick, Sama
Old Street, Old Street
(No address)