JPS6227845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉粒体の混合撹拌、固一気反応、固
一固反応、固体分解反応、粉粒状重合体の製造な
どに使用される撹拌装置に関する。

このような目的のための反応装置としては、一
般に、粉粒体相互の混合速度が大きいこと、気体
あるいは液体物質と粉粒体との接触が良好なこ
と、粉粒体の伝熱能力（伝熱面積×伝熱係数）が
大きいこと、発生するガスや蒸気を粉粒体から分
離する速度が大きい等の諸性能が要求され、大量
のガスを吹込んで粉粒体を流動化する流動床式反
応装置（以下単に流動床と呼ぶ。）が広く使用さ
れている。

しかし流動床は、大量のガス吹込みあるいは循
環を前提としており、大容量の圧縮機及びその動
力、ガスに同伴する微粉の除去装置を必要とする
ばかりでなく、流動化用の大量のガス吹込みを嫌
う反応系には適用できない。

この流動床に対して、機械的撹拌のみで、流動
床と実質的に同様の流動化状態を形成し、流動床
と同様の特徴を有する装置（以下撹拌流動層と呼
ぶ。例えば、特開昭55−157605号及び同57−
73011号公報、ラピツド・ドライヤー、
FORBERG瞬間混合機）が知られている。しかし
撹拌流動層は、伝導型の熱交換用部材をその層中
に挿入する場合、熱交換用部材の形状及び配置が
流動に著しく影響を及ぼすので、熱交換用部材と
粉粒体との接触を好ましい状態にするために、ま
た、付着性や粘着性が大きい粉粒体などの場合
に、熱交換用部材の表面に付着する粉粒体を、強
制的に掻き取るために、熱交換用部材の形状及び
配置の制約が大きい。

撹拌流動層中に挿入する伝導型の熱交換用部材
としては、従来、Ｕ字状、スパイラル状などのル
ープ状に構成された細管が知られている（上記特
開昭57−73011号公報）が、発明者らは検討の結
果、回転軸に円盤状部材をソロバン玉状に接続し
た形状のものが好適であることを見い出した。こ
のような、内部に熱交換用媒体を流通する中空構
造の円盤状の熱交換用部材は、従来、乾燥などを
目的とした粉粒体の撹拌装置において、比較的低
速度で回転させることが知られている（例えば、
月島機械回転デスク溝型乾燥機、玉川機械デイス
クドライヤ、ホソカワミクロント−ラスデイス
ク、奈良機械パドルドライヤー）。これらの撹拌
装置は、熱交換用の円盤状部材の外周に備けたパ
ドル状撹拌翼によつて、粉粒体の流動を行なつて
いるが、いずれも撹拌翼の巾が狭まく、例えば回
転速度を高めても、撹拌流動層のような激しい粉
粒体の流動状態を得ることができず、このため粉
粒体の混合速度及び熱交換の効率に大きな制限が
あり、さらに円盤状部材表面へ粉粒体が付着し易
い問題点がある。

一般に、上述のように熱交換用部材などへの粉
粒体が付着する場合、固定した掻取具を別に取り
付けるとか、二軸で回転する熱交換用部材を相互
に近接させるとかして、付着した粉粒体を強制的
に掻き取ることが行なわれる。しかし、前者の掻
取具を別に取り付ける場合には、掻取具が粉粒体
の流動を阻害するので、その影響を回避するため
に、掻取具の取り付け位置及び形状の制約が大き
い。

本発明は上記の諸問題を一挙に解決した粉粒体
の撹拌装置を提供する。

本発明によれば、内部に加熱又は冷却媒体が流
通する円盤状部材を取り付けた複数の回転軸が容
器の側壁を貫通して設けられており、円盤状部材
の最外周に撹拌翼が取り付けられており、容器の
下部が撹拌翼の先端の軌跡に沿つた部分円筒で構
成されており、容器の上部が円弧状に形成されて
おり、開口部を有する掻取具が、回転軸の軸心よ
り下方の位置において、円盤状部材の表面及び回
転軸の外周に近接して設けられていることを特徴
とする粉粒体の撹拌装置が提供される。

本発明の撹拌装置は、つぎの特長を有してい
る。

高速度で２軸の撹拌翼を、例えば第２図に示
す方向（回転軸の数及び回転方向はこれらに限
定されるものではない。）に回転させることに
より、粉粒体は容器の回転軸と平行な両側壁に
沿つて上昇し、容器中央部で激しく衝突・合流
して下降する流動パターン（以下強制循環流と
呼ぶ。）を呈する撹拌流動層を形成する。この
撹拌流動層は従来の流動床に匹敵する特徴を有
し、特に、粉粒体と熱交換用の円盤状部材との
伝熱速度は大きく、また粉粒体の混合撹拌も良
好であるため、例えば、反応物質として必要に
応じて添加される液体の分散も迅速であり、粉
粒体の温度ムラも少なく、所謂局部過熱やデツ
ドスペースの発生も避けることができ、処理能
力も大きく、また均質な製品を得ることができ
る。

熱交換用部材の形状を、その表面に付着する
粉粒体の強制的な掻き取りが容易である回転円
盤状とし、この粉粒体の掻取具の取り付け位置
および形状に、特に特徴を有する。すなわち、
この掻取具の取り付け位置を、粉粒体の流動の
ために撹拌翼から受ける力が最も大きく、また
粉粒体の空間密度も高い回転軸の軸心より下方
の位置とし、かつ、この掻取具の形状を、円盤
状部材表面及び回転軸外周に近接し、さらに粉
粒体が流通する開口部を有した形状とすること
によつて、粉粒体の流動に影響を与えることな
しに、熱交換用部材表面に付着する粉粒体を強
制的に掻き落すことができる。また、容器上部
も部分円筒で構成されているため、必要に応じ
て掻取具を装備できるので、付着力や粘性力が
大きい粉粒体も安定に処理できる。

強制循環流の粉粒体の流動は非常に安定性に
優れており、容器内の粉粒体のホールドアツプ
及び粉粒体の物性、例えば粉子径、湿潤度、粘
性などに対して、操作できる範囲が広い。

つぎに本発明を、その一実施例を示す図面に基
いて説明する。

容器１には、必要に応じて、加熱又は冷却媒体
を流通させるジヤケツト２が取り付けられてい
る。２本の回転軸３ａ，３ｂが容器１の両側壁を
貫通して設けられている。回転軸３ａ，３ｂは軸
受４で支持されている。回転軸３ａ，３ｂは互い
に平行に設けることが好ましい。回転軸３ａ，３
ｂの間隔は、後述する撹拌翼７ａ，７ｂの先端の
軌跡（回転円）が近接するか重なる程度であるこ
とが好ましい。尚、回転軸は３本以上設けること
もできるが、撹拌性能上大差はないので、実用上
は２軸で充分である。

回転軸３ａ，３ｂには、加熱又は冷却媒体が流
通する円盤状部材５ａ，５ｂが取り付けられてい
る。回転軸３ａ，３ｂ及び円盤状部材５ａ，５ｂ
の内部は、例えば、第３図に示すように、加熱又
は冷却媒体が流通する構造になつている。回転軸
３ａ，３ｂの一端には、加熱又は冷却媒体を回転
軸３ａ，３ｂ及び円盤状部材５ａ，５ｂに給排出
するためのロータリージヨイント６が取り付けら
れている。円盤状部材５ａ，５ｂの大きさ及び個
数は、加熱又は除去すべき熱量を考慮して当業者
が適宜決定することができる。円盤状部材５ａ，
５ｂの形状は、第３図に示す円錐状であることが
好ましいが、例えば、第４図及び第５図に示す形
状とすることもできる。

円盤状部材５ａ，５ｂの最外周に接して、撹拌
翼７ａ，７ｂが取り付けられている。撹拌翼７
ａ，７ｂの形状については特に制限はないが、容
器１内で粉粒体の循環流を形成するために、平板
状の撹拌翼を回転軸３ａ，３ｂと平行にすること
が好ましい。容器１の回転軸方向への粉粒体の移
動を促進する目的には、撹拌翼７ａ，７ｂを、軸
方向に対して傾斜させたり、平行羽根と傾斜羽根
とを組合せたりすることもできる。撹拌翼７ａ，
７ｂは、複数個対称に取り付けられ、３枚羽根や
４枚羽根も採用し得るが、通常は２枚で充分であ
る。撹拌翼７ａ，７ｂは、双方の翼が回転によつ
て接触の起こらないよう取り付けられる。撹拌翼
７ａ，７ｂの回転半径に対する巾は、この巾が大
きくなると、円盤状部材５ａ，５ｂの半径が小さ
くなり、伝熱面積が少なくなるため、粉粒体の循
環流が形成される限り、小さいことが望ましい。

容器１の下部は、撹拌翼７ａ，７ｂの先端の軌
跡に沿つた部分円筒で構成されている。部分円筒
の限度は１／２円筒までである。すなわち、撹拌
翼７ａ，７ｂの先端の軌跡が離れている場合は、
その中間部分の容器１下部に、粉粒体の滞留が生
じないように、山形の接続部を設けることが好ま
しい。容器１の底面と撹拌翼７ａ，７ｂの先端と
の間隙は小さいほど好ましく、一般には10mm以下
である。

回転軸３ａ，３ｂの軸心より下部に、第１〜第
３図に例示するように、粉粒体が流通する開口部
を有し、かつ、円盤状部材５ａ，５ｂの表面、及
び回転軸３ａ，３ｂの外周に近接する構造の粉粒
体の掻取具９ａ，９ｂが設けられている。掻取具
ａ，９ｂの開口部８の大きさは、粉粒体の流通の
ためには広い程好ましいが、掻取具９ａ，９ｂが
受ける機械的応力を考慮して決定される。掻取具
９ａ，９ｂの断面形状については特に制限はな
く、矩形、三角形あるいはエツヂ形状であること
ができる。

容器１の上部は円弧状に形成されている。特
に、回転軸３ａ，３ｂの中心を通る水平線の容器
壁間の距離を直径とする部分円筒で、容器１の上
部が構成されていることが好ましい。

容器１の一側壁には堰１０が設けられており、
堰１０と連接して、粉粒体抜出ノズル１１が設け
られている。尚、粉粒体抜出装置は図示されるも
のに限定されることなく、たとえば、容器１の底
部に、ジヤケツト２を貫通する抜出ノズルを設け
ることもできる。

容器１の軸方向の長さは任意であるが、通常撹
拌翼７ａ，７ｂの回転円の直径の１〜７倍、特に
1.5〜５倍が適当である。容器１は水平に設置す
ることが好ましいが、粉粒体の軸方向への移動を
促進する目的においては、水平より10゜を越えな
い傾斜で設置することも可能である。

つぎに、本発明の撹拌装置の操作方法を、ホル
ムアルデヒドの重合を一例にとつて説明する。

ガス状ホルムアルデヒドおよび公知の重合触媒
が、それぞれ、ノズル１２及び１３から容器１に
供給される。必要に応じ、共単量体が図示しない
ノズルから容器１に供給される。

回転軸３ａ，３ｂは図示しない駆動装置によつ
て等速度で回転される。回転軸３ａ，３ｂの回転
方向は任意でよいが、撹拌の均一性の点から両軸
を互に反対方向に回転させることが好ましく、第
２図において、回転軸３ａを時計方向に、回転軸
３ｂを反時計方向に回転させることが特に好まし
い。回転軸３ａ，３ｂの回転速度は、撹拌翼７
ａ，７ｂの先端速度として、１〜5m／秒である
ことが好ましい。

容器１内のホルムアルデヒド重合体の量は、充
分な撹拌効果が得られる限り任意の量でよいが、
撹拌翼７ａ，７ｂが停止した状態で、撹拌翼７
ａ，７ｂの描く最高点付近の位置以下の量である
ことが好ましい。

容器１内では、ホルムアルデヒド重合体が撹拌
翼７ａ，７ｂによつてかき上げられ、強制盾環流
が形成されている。

重合反応熱は、ノズル１４からジヤケツト２に
供給され、ノズル１５から排出される冷却媒体、
およびノズル１６から回転軸３ａ，３ｂを介して
円盤状部材５ａ，５ｂに供給され、ノズル１７か
ら排出される冷却媒体によつて除去される。本発
明においては、円盤状部材５ａ，５ｂ全体にホル
ムアルデヒド重合体が激しく衝突し、さらに伝熱
面自体が回転することにより、粉体のすべり力が
増加し、しかも伝熱面が一様に流動物と接触す
る。このため伝熱面の更新がよく、境界面を乱す
ことにより伝熱係数を増大させることができる。
また、ホルムアルデヒド重合体が伝熱面に付着す
る程度は、操作条件によつて非常に異なるが、い
ずれの場合においても、掻き取り具９ａ，９ｂの
効果により、伝熱面を常に有効な重合熱除去が行
なえる状態に保つことが可能である。

生成する重合体はノズル１１から抜き出され
る。未反応ガスは、ノズル１８から排出される。

以上、本発明の撹拌装置を重合反応機として使
用する場合について説明したが、本発明の撹拌装
置は、これ以外に、粉粒体固体物質の熱分解反応
にも使用することができる。この場合、粉粒状固
体物質が撹拌流動層を形成しているため、熱分解
反応で生成するガス状物質の移動が容易であり、
これの移動が反応速度を律することを避けること
ができる。またこの装置は、単位容積当りの熱移
動量（伝熱面積×伝熱係数）が大きく、熱分解反
応に必要な熱量の供給も容易であり、さらに、撹
拌混合も良好であるので、装置の単位容積当りの
反応量は高く、かつ装置内の反応を均一化するこ
とができる。

さらに、本発明の撹拌装置は、穀物、農薬、セ
メント、合成樹脂などと各種添加物質との混合、
微粉炭、結晶硫安、種々の合成樹脂などの乾燥、
オレフインの気相重合等に使用することができ、
この外に、２種以上の粉粒体を均一に混合するた
めの混合機、ガス状物質と粉粒体固体物質との反
応あるいは異種の粉粒状固体物質の反応、粉粒状
固体物質の分解反応、粉粒状固体物質の分解反
応、粉粒状重合体の製造の際の反応機として使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の撹拌装置の回転軸に平行な
断面の概略図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ断
面に相当する概略図でああり、第３図は円盤状部
材と掻取具との相対位置関係、ならびに円盤状部
材および掻き取り具の構造の例を示す概略の部分
断面図であり、第４図及び第５図は円盤状部材の
他の例を示す概略図である。 １…容器、３ａ，３ｂ…回転軸、５ａ，５ｂ…
円盤状部材、７ａ，７ｂ…撹拌翼、９ａ，９ｂ…
掻取具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に加熱又は冷却媒体が流通する円盤状部
   材を取り付けた複数の回転軸が容器の側壁を貫通
   して設けられており、円盤状部材の最外周に撹拌
   翼が取り付けられており、容器の下部が撹拌翼の
   先端の軌跡に沿つた部分円筒で構成されており、
   容器の上部が円弧状に形成されており、開口部を
   有する掻取具が、回転軸の軸心より下方の位置に
   おいて、円盤状部材の表面及び回転軸の外周に近
   接して設けられていることを特徴とする粉粒体の
   撹拌装置。