TW202346371A - 混合裝置及混合液之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之混合裝置具備：供給管線、混合槽、攪拌裝置及輸送管線。供給管線係供給含液體之2種以上材料。混合槽係容置通過供給管線供給之2種以上材料。攪拌裝置係在混合槽內攪拌2種以上材料之混合液。輸送管線係與混合槽連接，且將混合槽內之混合液輸送至混合槽外。混合裝置係以下述方式構成：藉由對通過供給管線往混合槽內供給之2種以上材料的供給量、及通過輸送管線往混合槽外輸送之混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將混合槽內之混合液的液面高度維持在固定範圍內。
Description
本發明涉及混合裝置及混合液之製造方法。
專利文獻1揭示一種白色度優異之聚丙烯酸(鹽)系吸水性樹脂之製造方法。專利文獻1之製造方法包含：儲存或製造丙烯酸之步驟；將包含聚合抑制劑之丙烯酸、水、交聯劑及鹼性組成物混合及/或中和而調製單體水溶液之步驟；將該單體水溶液聚合之步驟；將所得含水凝膠狀交聯聚合物進行乾燥之步驟；以及，進行表面交聯之步驟等。
在上述調製單體水溶液之步驟中可使用裝置2或裝置26，其等具備：中和槽3、泵4、熱交換器6、管線混合器8、聚合器10及連接該等之配管。在裝置2中，中和槽3之出口24、泵4、熱交換器6及中和槽3之入口22係依序連接而形成循環迴路。又，在裝置2中，在熱交換器6與中和槽3之入口22之間從循環迴路分支的配管係與下游之管線混合器8及聚合器10連接。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開第2011/040575號
發明欲解決之課題
在構成前述循環迴路之中和系統中，會連續供給包含丙烯酸之液體與鹼性水溶液。藉此，可獲得包含丙烯酸鹽的混合液，該丙烯酸鹽係藉由丙烯酸與鹼性物質之中和反應所產生者。該混合液係在中和槽3內被攪拌並在循環迴路中循環，另一方面，其一部分亦被連續供給至聚合器10中，且係同時進行混合液之循環與往聚合器之供給。在循環迴路中會產生因中和反應所致之中和熱，但藉由用熱交換器6調整混合液溫度，可將循環迴路中之混合液溫度維持在所期望之範圍內，而可達成預定之中和率。
然而，根據發明人之研討，不僅會因為溫度而產生混合液之品質參差，也會因為混合液之攪拌條件而產生混合液之品質參差。更具體而言，中和槽內之混合液若有攪拌不均的情形，混合液之中和程度便會變得不固定，由於會將該混合液供給至聚合器，進而可能會使最後所得之吸水性樹脂之品質產生不佳的參差。在專利文獻1中並未考慮到此點。此外，上述之點不限於在藉由酸性物質與鹼性物質之中和進行混合液之調製來製造吸水性樹脂的情況，在以按所期望之程度混合2種以上材料之方式來調製混合液的情況下、或在進行混合液之調製來製造吸水性樹脂以外之製品的情況下亦同樣適用。
本發明目的在於提供一種可抑制所製造之混合液的品質參差之混合裝置、及混合液之製造方法。
用以解決課題之手段
本發明第1觀點之混合裝置具備：材料供給管線、混合槽、攪拌裝置及輸送管線。材料供給管線係供給含液體之2種以上材料。混合槽係容置通過前述材料供給管線供給之前述2種以上材料。攪拌裝置係在前述混合槽內攪拌前述2種以上材料之混合液。輸送管線係與前述混合槽連接，且將前述混合槽內之混合液輸送至前述混合槽外。混合裝置係以下述方式構成：藉由對通過前述材料供給管線往前述混合槽內供給之前述2種以上材料的供給量、及通過前述輸送管線往前述混合槽外輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
根據第1觀點之混合裝置，係以將混合槽內之混合液的液面高度維持在固定範圍內之方式來對往混合槽供給之包含液體之材料的供給量及從混合槽往外部輸送之混合液的輸送量中之至少一者進行控制。藉此，由攪拌裝置所行之攪拌可大致恆定地擴及混合槽內之混合液，而可抑制因攪拌不均所造成之混合液的品質參差。
本發明第2觀點之混合裝置係如第1觀點之混合裝置，其中前述攪拌裝置具有：軸部，其可在前述混合槽內旋轉；及1個或複數個攪拌葉片，其係與前述軸部連結，且伴隨前述軸部之旋轉而在前述混合槽內旋轉。混合裝置係以將前述液面高度維持為如下述之方式構成：令沿著鉛直方向從前述混合槽之底部最下方位置至最上方之前述攪拌葉片之上端的高度為H1，此時前述液面高度為1.21H1以下且為前述最上方之攪拌葉片之下端的高度以上。
根據第2觀點之混合裝置，液面高度上限係以最上方之攪拌葉片之上端的高度為基準來設定，且液面高度下限係以最上方之攪拌葉片之下端的高度為基準來設定。藉此，由攪拌葉片所行之攪拌可確實擴及液面與其附近，而可抑制因攪拌不均所造成之混合液的品質參差。
本發明第3觀點之混合裝置係如第1觀點或第2觀點之混合裝置，其中前述輸送管線係與形成於前述混合槽下部的下部排出口連接；且前述輸送管線具有回送管線，該回送管線係將從前述下部排出口排出之前述混合液從前述混合槽上方再次送回前述混合槽內。
根據第3觀點之混合裝置，從混合槽之下部排出口排出之混合液係通過回送管線再次從混合槽上方被送回混合槽中。藉此，混合液整體之攪拌效果會增加，且混合液會更均質化。
本發明第4觀點之混合裝置係如第1觀點至第3觀點中任一觀點之混合裝置，其係以下述方式構成：藉由對通過前述材料供給管線供給至前述混合槽中之前述2種以上材料的供給量、通過前述回送管線回送至前述混合槽中之前述混合液的回送量、及通過前述輸送管線從前述混合槽往其他設備輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
本發明第5觀點之混合裝置係如第3觀點或第4觀點之混合裝置，其中前述材料供給管線具有第1開口，該第1開口係在前述混合槽上方將前述2種以上材料排出至前述混合槽內；前述回送管線具有第2開口，該第2開口係在前述混合槽上方將前述混合液排出至前述混合槽內。該混合裝置係以下述方式構成：以前述混合槽之中心軸為基準，將前述混合槽之橫剖面按60°之間隔分割成6份，並往順時針方向依序規定出相鄰之第1~第6假想區域時，前述2種以上材料係通過前述第1開口排出至存在於前述第1假想區域內及前述第2假想區域中之至少一者的前述混合液之液面，回送之混合液係通過前述第2開口排出至存在於前述第4假想區域及第5假想區域中之至少一者的前述混合液之液面，且通過前述第1開口排出之前述2種以上材料及通過前述第2開口排出之混合液並未排出至存在於前述第3假想區域及前述第6假想區域的前述混合液之液面。
根據第5觀點之混合裝置，可在混合槽之液面充分隔離排出2種以上材料之區域與排出所回送之混合液之區域。藉此，在混合液之液面及其附近，所排出之材料彼此容易混合，而可抑制因材料之供給而產生局部的濃度分布不均。
本發明第6觀點之混合液之製造方法包含以下(1)~(4)。
(1)通過前述材料供給管線將含液體之2種以上材料供給至與材料供給管線及輸送管線連接之混合槽中。
(2)在前述混合槽內攪拌前述2種以上材料之混合液。
(3)通過前述輸送管線將前述混合液輸送至前述混合槽外。
(4)藉由對通過前述材料供給管線往前述混合槽內供給之前述2種以上材料的供給量、及通過前述輸送管線往前述混合槽外輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
發明效果
根據上述觀點，可提供一種可抑制所製造之混合液的品質參差之混合裝置、及混合液之製造方法。
用以實施發明之形態
以下，一邊參照圖式一邊說明本發明一實施形態之混合裝置、及使用該混合裝置之混合液之製造方法。在以下說明中，係以下述情況為例進行說明：使用本發明一實施形態之混合裝置，利用酸性物質與鹼性物質之(包含部分中和)中和來連續製造混合液。本實施形態中，混合裝置所製造之混合液會歷經聚合步驟或乾燥步驟而成為吸水性樹脂。
＜1.混合裝置＞
圖1係本實施形態之混合裝置100的整體構成圖。混合裝置100係下述裝置：用以製造包含含液體之2種以上材料的混合液CL，並且將其連續送往後續步驟。混合裝置100具備：混合槽1，其係用以容置混合液CL；攪拌裝置2，其係用以在混合槽1內攪拌混合液CL；材料供給管線3，其係用以將上述材料供給至混合槽1內；及輸送管線4，其係用以將混合液CL輸送至混合槽1外。又，混合裝置100具備控制部7，該控制部7係藉由控制攪拌裝置2、材料供給管線3及輸送管線4之動作來控制混合液CL之製造步驟。以下，說明混合裝置100之各要素。
[混合槽]
混合槽1係用對混合液CL具有耐受性之材料構成內壁面的容置器，在本實施形態中，該混合槽1具有在俯視下為圓形之大致圓筒形狀。混合槽1係以其中心軸A1沿著鉛直方向延伸之方式配置，且具有：朝向上方之頂面部10、朝向下方之底面部11、及於頂面部10與底面部11之間延伸之軀幹部12。混合槽1係透過頂面部10與材料供給管線3連接。藉此，混合液CL之材料會通過材料供給管線3被供給至混合槽1內的空間。於底面部11形成有下部排出口110，其係用以將混合液CL排出至混合槽1外之開口，且混合槽1係透過下部排出口110與輸送管線4連接。在進行製造步驟之期間下部排出口110呈開放，由此混合液CL會連續流出至輸送管線4中。
混合槽1進一步透過頂面部10與回送管線4b連接。回送管線4b係從輸送管線4分支的分支路徑。如後續所述，透過下部排出口110從混合槽1排出之後的混合液CL之至少一部分會由回送管線4b從混合槽1上方再次被送回混合槽1內。以下，會有區別通過回送管線4b被回送至混合槽1內之混合液CL而將其稱為「混合液CL1」的情形。
[攪拌裝置]
攪拌裝置2具有：軸部20，其可在混合槽1內旋轉；與攪拌葉片21，其連結於軸部20且其全體皆容置在混合槽1內。軸部20係以沿著混合槽1之中心軸A1延伸之方式進行對位，且係被馬達等之驅動源(未圖示)驅動而可以預定旋轉速度繞著中心軸A1旋轉。攪拌葉片21係以軸部20為基準往直徑方向外側延伸，且係伴隨軸部20之旋轉而以軸部20為中心在混合槽1內旋轉。藉此，在混合液CL中會產生對流，而可攪拌混合液CL。軸部20之旋轉速度係藉由控制部7來控制。
攪拌葉片21不受此限，惟例如可由1個或複數個槳葉構成。槳葉具有大致板狀之外觀形狀，且係以其最寬之面(主面)相對於水平方向為傾斜之方式將一端側連接於軸部20。槳葉主面相對於水平方向之傾角無特別限定，可為大於0度且90度以下，亦可在主面之途中變化。又，槳葉之主面可包含平坦面，亦可包含彎曲面。槳葉亦可進一步具備輔助性鰭片。此外，以複數個槳葉構成攪拌葉片21時，可於軸部20之鉛直方向之相同位置以軸部20為中心按等間隔之方式配置各槳葉。
攪拌裝置2可具有1個攪拌葉片21，亦可具有複數個配置於軸部20之鉛直方向之不同位置的攪拌葉片21。本實施形態之攪拌裝置2具有由複數個槳葉構成之2個攪拌葉片21a、21b。攪拌葉片21a係最上方之攪拌葉片，其配置於較接近頂面部10之位置，且攪拌葉片21b係最下方之攪拌葉片，其配置於較接近底面部11之位置。在製造步驟之期間，攪拌葉片21a、21b之鉛直方向的位置係固定的。以下係將攪拌葉片21a之鉛直方向最下方位置稱為攪拌葉片21a之下端，且將攪拌葉片21a之鉛直方向的最上方位置稱為攪拌葉片21a之上端。沿著鉛直方向從混合槽1之底面部11最下方位置至攪拌葉片21a之上端的高度為H1，且至攪拌葉片21a之下端的同高度為H2(參照圖4)。
[材料供給管線3]
材料供給管線3係用以將混合液CL之材料供給至混合槽1內的供給路徑，在本實施形態中為3條供給管線3a~c之總稱。供給管線3a~c分別與混合槽1連接。在進行製造步驟之期間，係從供給管線3a供給酸性物質為主之材料至混合槽1內，從供給管線3b供給鹼性物質為主之材料至混合槽1內，且從供給管線3c供給水至混合槽1內。於供給管線3a~c分別安裝有控制閥30a~c，可藉由控制部7控制該等控制閥30a~c的開關量來控制各材料之供給量。控制閥30a~c係構成為可計測供給管線3a~c中之材料流量，亦可構成為可將其輸出至控制部7。
在本實施形態中，係分別從供給管線3a供給包含乙烯性不飽和單體的水溶液作為酸性物質，且從供給管線3b供給包含前述乙烯性不飽和單體之中和劑的水溶液作為鹼性物質。從供給管線3a~c供給之材料亦可分別包含其他添加劑。從供給管線3a~c供給之材料容置於混合槽1內時，便會成為混合有2種以上材料之混合液CL。
此外，水溶性乙烯性不飽和單體可舉例如：(甲基)丙烯酸及其鹽、2-(甲基)丙烯醯胺-2-甲基丙磺酸及其鹽、(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基胺基乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二乙基胺基丙基(甲基)丙烯酸酯、二乙基胺基丙基(甲基)丙烯醯胺等。又，中和劑可舉如氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀等鹼金屬鹽；氨等。
材料供給管線3具有第1開口，該第1開口係用以在混合槽1之上方將材料排出至混合槽1內。在本實施形態中，形成於供給管線3a~c之開口300a~c相當於第1開口。開口300a~c可分別於供給管線3a~c形成有1個，亦可形成有複數個。又，在供給管線3a~c，開口300a~c之數量可相同亦可互異。
[輸送管線]
輸送管線4係用以將混合槽1內之混合液CL透過下部排出口110輸送至混合槽1外的輸送路徑，且具有：後續步驟管線4a，其係用以將混合液CL輸送至其他設備；及回送管線4b，其係用以將混合液CL1再次回送至混合槽內。輸送管線4具有泵5及控制閥40a、40b，且藉由控制部7控制泵5之移送量及控制閥40a之開關量，可控制通過後續步驟管線4a之混合液CL的輸送量。同樣地藉由控制部7控制泵5之移送量及控制閥40b之開關量，可控制通過回送管線4b之混合液CL1的回送量。控制閥40a、40b係構成為可分別計測後續步驟管線4a中之混合液CL的流量及回送管線4b中之混合液CL1的流量，亦可構成為可將其輸出至控制部7。此外，亦可省略泵5。
後續步驟管線4a係連接於與混合裝置100不同之另一設備(未圖示)，在另一設備中會進行製造步驟的後續步驟。在進行製造步驟之期間，混合液CL會通過後續步驟管線4a往另一設備輸送。因此，一旦被輸送至後續步驟管線4a之混合液CL就不會被回送至混合裝置100中。
回送管線4b具有熱交換器6。熱交換器6係構成為可進行在回送管線4b內輸送之混合液CL1的溫度調整，亦可藉由控制部7來控制動作。在本實施形態中，熱交換器6係構成為可去除於混合液CL1中產生之中和熱的至少一部分。此外，亦可省略熱交換器6。
回送管線4b進一步具有第2開口，該第2開口係用以在混合槽1上方排出被回送至混合槽1內之混合液CL1。於回送管線4b可形成1個第2開口，亦可形成有複數個第2開口，在本實施形態中形成於回送管線4b之開口400相當於第2開口。藉由將混合液CL之至少一部分作為混合液CL1再次回送至混合槽1中，混合液CL之中和程度會更均一。又，藉由回送已去除中和熱之混合液CL1，可抑制混合槽1內之混合液CL的溫度上升。
[配置]
在此，供給管線3a~c與回送管線4b宜以下述方式構成：通過開口300a~c排出至混合槽1內之材料與通過開口400排出至混合槽1內之混合液CL1互相充分遠離。更具體而言，係如圖2A所示這般以中心軸A1為基準將軀幹部12之橫剖面以每60度分割成6份，並將該等所分割之區域往順時針方向依序假設為相鄰之第1~第6假想區域R1~R6。此時，宜為：材料分別通過開口300a~c排出至存在於第1假想區域R1及第2假想區域R2中之至少一者的混合液CL之液面，混合液CL1通過開口400排出至存在於第4假想區域R4及第5假想區域R5中之至少一者的混合液CL之液面，且材料及混合液CL1並未排出至存在於第3假想區域R3及第6假想區域R6(圖2A之網點區域)的混合液CL之液面。
另外，除了第1~第6假想區域R1~R6之外，將軀幹部12之橫剖面以中心軸A1為基準在其徑外方向分割成3份，並按接近中心軸A1之順序將該等所分割之區域假設為第7~第9假想區域R7~R9，此時，在存在於第1假想區域R1及第2假想區域R2中之至少一者的混合液CL之液面中，宜通過開口300a~c將材料分別排出至存在於第8假想區域R8及第9假想區域R9中之至少一者的液面，較宜通過開口300a~c將材料分別排出至存在於第9假想區域R9的液面。此時，宜不將材料排出至第7假想區域R7。此外，第7~第9假想區域R7~R9係以在該中心軸A1之徑外方向之長度互相相等之方式所分割的假想區域(參照圖2B)。
同樣地，在存在於第4假想區域R4及第5假想區域R5中之至少一者的混合液CL之液面中，宜通過開口400將混合液CL1排出至存在於第8假想區域R8及第9假想區域R9中之至少一者的液面，較宜通過開口400將混合液CL1排出至存在於第9假想區域R9的液面。此時，宜不將混合液CL1排出至第7假想區域R7。
根據發明人之研討，在混合液CL之液面以上述方式充分隔離材料之排出區域與混合液CL1之排出區域，藉此可避免在混合液CL之製造中產生析出物，由此可抑制混合液CL之品質參差。析出物譬如係中和劑之白色結晶，雖然藉由持續攪拌混合液CL，析出物會再次消失，但為此而要將混合液CL長期留置在混合槽1內很沒有效率。又，析出物之產生暗示混合液CL之中和程度產生不均(亦即品質有參差)，若將此種混合液CL送至後續步驟，則會成為使最終製品之品質參差增大的主因。因此，在製造步驟中宜不產生析出物。
發明人藉由實驗確認了下述情形：在如圖1之混合裝置100中，將中和劑水溶液及混合液CL1排出至存在於1個假想區域或2個相鄰之假想區域的混合液CL之液面時，會產生上述析出物。具體而言，係確認了若將中和劑水溶液、水及混合液CL1排出至存在於圖2A之第4假想區域及第5假想區域R5的混合液CL之液面，且將乙烯性不飽和單體之水溶液排出至存在於第1假想區域R1及第2假想區域R2的混合液CL之液面，則會以第5假想區域R5附近之混合槽1的內壁面為中心產生析出物。可認為產生所述析出物之原因之一在於：到達混合液CL之液面的中和劑水溶液之溫度會因附近之混合液CL1而急速降低。又，可認為其原因之一亦在於：中和劑水溶液被排出之區域與乙烯性不飽和單體之水溶液被排出之區域具有相對於中心軸A1為相對向之位置關係，兩者到達液面後至中和反應為止會較慢，而會產生局部之中和程度不均。
此外，在上述實驗時使用之乙烯性不飽和單體為丙烯酸單體，且中和劑為氫氧化鈉，但即便使用其等以外之乙烯性不飽和單體及中和劑仍會產生相同問題。
藉由以上研討，發明人確認了下述：令中和劑水溶液、乙烯性不飽和單體之水溶液及水排出至存在於第1假想區域R1及第2假想區域R2中之至少一者的混合液CL之液面，且令混合液CL1排出至存在於第4假想區域R4及第5假想區域R5中之至少一者的混合液CL之液面，結果不會產生析出物。由此，證實了充分隔離在混合液CL之液面的材料之排出區域與混合液CL1之排出區域的有效性。
此外，在本實施形態中，係在令混合槽中之混合液CL1的液面高度在固定範圍內而抑制混合液之品質參差後，利用上述配置關係充分隔離材料之排出區域與混合液CL1之排出區域，藉此進一步抑制了混合液CL1之品質參差，但即便為不令混合液CL1的液面高度在固定範圍內而僅具有上述配置關係的混合裝置，仍可抑制混合液CL1之品質參差。
[控制部]
為了自動實行製造步驟，控制部7係控制混合裝置100之各要素的動作。圖3係顯示控制部7之電構成的方塊圖。控制部7之硬體係廣用之電腦，其具備CPU70、RAM71、ROM72、I/O介面73及非揮發性且可覆寫之記憶裝置74，該等要素彼此係以匯流排線連接。I/O介面73係用以進行與外部裝置之通訊的通訊裝置，該外部裝置為攪拌裝置2、控制閥30a~c、控制閥40a、40b、泵5及熱交換器6等。ROM72中儲存了用以控制混合裝置100之各要素之動作的程式720。藉由CPU70從ROM72讀取程式720來實行，控制部7會進行後述控制。記憶裝置74係以硬碟或快閃記憶體等構成。此外，程式720之儲存場所亦可為記憶裝置74而非ROM72。RAM71及記憶裝置74可適當使用於CPU70之演算。
控制部7係分別調整供給管線3a~c之控制閥30a~c的開關量，藉此將各材料以用以將混合液CL做成預定中和度的比率供給至混合槽1內。又，控制部7係分別調整輸送管線4之控制閥40a、40b的開關量及泵5的移送量，藉此將所需之量的混合液CL輸送往後續步驟管線4a，同時將剩餘之混合液CL1輸送至回送管線4b以將其回送至混合槽1中。為了將混合槽1內之混合液CL的液面高度H0維持在固定範圍中，於所述控制中會調整通過供給管線3a~c之材料流量即供給量V1、通過後續步驟管線4a之混合液CL的流量即輸送量V2、及通過回送管線4b之混合液CL1的流量即回送量V3。亦即，控制部7係藉由相對於往混合槽1之流入量(V1+V3)，控制往混合槽1外之不可逆之流出量V2來實行將液面高度H0維持在固定範圍中之控制，或藉由相對於V2，控制(V1+V3)來實行將液面高度H0維持在固定範圍中之控制。
如圖4所示，混合液CL的液面高度H0係沿著鉛直方向之從底面部11最下方的位置至混合液CL之液面的高度。在此，所謂底面部11最下方的位置係底面部11之內壁面的鉛直方向最下方的位置，在本實施形態中，下部排出口110之周緣部即為底面部11最下方的位置。在進行製造步驟之期間，控制部7係以液面高度H0為H2以上且1.21H1以下之方式控制上述供給量V1、輸送量V2及回送量V3中之至少一者。關於控制部7進行之具體控制處理將於後續說明，惟分別事先訂定輸送限制高度H3、可輸送之高度H4、供給再開始高度H5、供給限制高度H6作為用以進行該控制處理之參數，並保存在記憶裝置74中。該等參數不受此限，但例如可訂定為滿足H2≦H3≦H4≦H5≦H6≦1.21H1。此外，為高度H2之位置及為高度1.21H1之位置皆宜為在混合槽1之軀幹部12中之位置。
＜2.將液面高度維持在固定範圍中之理由＞
以下，說明將混合液CL的液面高度H0維持在上述範圍H2≦H0≦1.21H1之理由。發明人發現，在使用混合槽1進行乙烯性不飽和單體之水溶液與中和劑水溶液的連續中和時，若混合液CL之液面高度升高至一定程度以上，便會於混合槽1之內壁面等產生析出物。該析出物係上述中和劑之結晶，可認為其係因為下述而產生：在從供給管線3b之開口300b排出且到達混合液CL之中和劑水溶液附近，中和度局部提高。作為中和度局部提高之主因，除了上述材料之排出區域與混合液CL1之排出區域的位置關係以外，進一步可考慮攪拌葉片21a與液面之間距。
亦即，混合液CL1之液面若高於攪拌葉片21a之上端一定程度以上，攪拌葉片21a之攪拌便無法及於液面，從而在攪拌葉片21a之上方會產生對流不足之區域。通過開口300b將中和劑水溶液供給至該區域，而會產生中和劑之析出物。反之，混合液CL1之液面若低於攪拌葉片21a之下端，攪拌葉片21a之攪拌力便已無法及於液面，在攪拌葉片21a之下方且攪拌葉片21b之一定程度以上之上方會產生對流不足之區域，而與液面升高的情況同樣會產生中和劑之析出物。
根據以上研討，發明人確認了在混合槽1中，將混合液CL的液面高度H0維持在上述範圍中同時進行連續中和，結果不會產生析出物或幾乎不會產生析出物。又，發明人分析了從混合槽1抽出之混合液CL1之試樣的中和度(mol%)及乙烯性不飽和單體的濃度(質量%)，結果亦確認了其等皆落在目標值之±0.5%以內的範圍內，混合液CL之中和程度的參差受到抑制。由此，證實了將混合液CL的液面高度H0維持在上述範圍中的有效性。
此外，在上述研討時使用之乙烯性不飽和單體為丙烯酸單體，且中和劑為氫氧化鈉，但即便在使用其等以外之乙烯性不飽和單體及中和劑之情況下，將混合液CL的液面高度H0維持在上述範圍中對於抑制中和程度的參差仍有效。
＜3.混合裝置之動作＞
以下，說明製造步驟中所實行之藉由控制部7來控制混合裝置100之一例。圖5係顯示控制部7之控制流程的流程圖。
在製程S1中，係從材料供給管線3將乙烯性不飽和單體之水溶液、中和劑水溶液及水連續供給至空的混合槽1中。此時之材料供給量V1可設為事先訂定之規定量。控制部7係使攪拌裝置2以預定旋轉速度旋轉，同時關於供給量V1以使各材料為預定質量比率的方式分別對控制閥30a~c的開啟量進行控制。又，控制部7係預先控制成使泵5停止且使控制閥40a及40b關閉。
製程S1會持續至混合液CL的液面高度H0到達可輸送之高度H4為止。液面高度H0到達可輸送之高度H4為止的時間，換言之，應持續製程S1的時間係根據混合槽1之容積及在製程S1之供給量V1事先算出，並保存在RAM71或記憶裝置74中。或者，在製程S1中控制部7會算出上述時間，並保存在RAM71或記憶裝置74中。液面高度H0若到達可輸送之高度H4，便實行製程S2。
在製程S2中，係開始通過後續步驟管線4a之混合液CL的輸送。控制部7係以下述方式進行控制：使泵5驅動的同時開啟控制閥40a，將從混合槽1排出之混合液CL之至少一部分輸送至後續步驟管線4a。此時之輸送量V2可設為事先訂定之規定量。
在製程S3中，係開始回送通過回送管線4b之混合液CL1。控制部7係以下述方式進行控制：開啟控制閥40b，將沒有被輸送至後續步驟管線4a之混合液CL作為混合液CL1回送至混合槽1內。此時之回送量V3可設為事先訂定之規定量。
在製程S4中，控制部7會根據在製程S1之供給量V1、在製程S2之輸送量V2、在製程S3之回送量V3及各製程開始後之時間算出現在之混合液CL的液面高度H0。
在製程S5中，控制部7會判定在製程S4算出之液面高度H0是否低於輸送限制高度H3(H0＜H3)。當判定為液面高度H0未低於輸送限制高度H3(NO)時，會實行製程S6。當判定為液面高度H0低於輸送限制高度H3(YES)時，會實行製程S7。
在製程S6中，控制部7會判定在製程S4算出之液面高度H0是否高於供給限制高度H6(H6＜H0)。當判定為液面高度H0未高於供給限制高度H6(NO)時，會再次實行製程S4。當判定為液面高度H0高於供給限制高度H6(YES)時，會實行製程S10。
在製程S7中，控制部7會限制通過後續步驟管線4a之混合液CL的輸送。亦即，控制部7係以下述方式進行控制：為了停止混合液CL的輸送或使輸送量V2減少得較現在的量更少，而將控制閥40a關閉。而且，控制部7係以下述方式進行控制：為了使回送量V3較現在的量更增加輸送量V2之減少量，而將控制閥40b開啟。此外，除了上述控制之外或取代上述控制，控制部7還可以下述方式進行控制：為了使通過材料供給管線3之材料供給量V1增加得較現在的量更多，而將控制閥30a~c開啟。亦即，在製程S7中係以流出量V2會相對於流入量(V1+V3)減少之方式來控制V1~V3中之至少一者。之後，實行製程S8。
在製程S8中，控制部7會算出現在之混合液CL的液面高度H0，同時判定所算出之液面高度H0是否再次到達可輸送之高度H4(H4≦H0)。當判定為液面高度H0到達可輸送之高度H4(YES)時，會實行製程S9。當判定為液面高度H0未到達可輸送之高度H4(NO)時，會再次實行製程S7。亦即，製程S7係持續至液面高度H0到達可輸送之高度H4為止，或一邊改變V1~V3中之至少一者的值一邊反覆實行。
在製程S9中，控制部7會解除在製程S7進行之輸送的限制，並以V1~V3為規定之值的方式來對控制閥30a~c及控制閥40a、40b的開關量進行控制。之後，反覆實行製程S4以下之處理。
在製程S10中，控制部7會限制通過材料供給管線3之材料的供給及通過回送管線4b之混合液CL1的回送中之至少一者。亦即，控制部7係以下述方式進行控制：為了停止通過材料供給管線3之材料的供給或使供給量V1減少，而將控制閥30a~c關閉。除了上述控制之外或取代上述控制，控制部7還可以下述方式進行控制：為了停止混合液CL1之回送或使回送量V3減少，而將控制閥40b關閉。而且，會以下述方式進行控制：為了使輸送量V2增加回送量V3之減少量，而將控制閥40a開啟。亦即，在製程S10中係以流入量(V1+V3)會相對於流出量V2減少之方式來控制V1~V3中之至少一者。之後，實行製程S11。
在製程S11中，控制部7會算出現在之混合液CL的液面高度H0，同時判定所算出之液面高度H0是否為供給再開始高度H5以下(H0≦H5)。當判定為液面高度H0為供給再開始高度H5以下(YES)時，會實行製程S12。當判定為液面高度H0高於供給再開始高度H5(NO)時，會再次實行製程S10。亦即，製程S10係持續至液面高度H0為供給再開始高度H5以下為止，或一邊改變V1~V3中之至少一者的值一邊反覆實行。
在製程S12中，控制部7會解除在製程S10進行之供給及回送中之至少一者的限制，並以V1~V3為規定之值的方式來對控制閥30a~c及控制閥40a、40b的開關量進行控制。之後，反覆實行製程S4以下之處理。
藉由在混合裝置100實行以上製程S1~S12，可製造已抑制中和度不均的混合液CL。
＜4.特徴＞
根據上述實施形態之混合裝置100，在進行製造步驟之期間，混合槽1內之混合液CL的液面高度H0會被維持在固定範圍內。藉此，由攪拌裝置2所行之攪拌可大致恆定地擴及混合槽1內之混合液CL，而可減少攪拌不均，進而可抑制中和程度或混合程度等混合液CL之品質參差。並且，維持液面高度H0之範圍的上限係以最上方之攪拌葉片21a的上端為基準來設定。因此，由攪拌翼21a所行之攪拌亦可擴及因來自材料供給管線3之材料供給及來自回送管線4b之混合液CL1之回送而容易濃度分布不均之混合液CL之液面及其附近，而能抑制濃度分布不均及因濃度分布不均所致之析出物產生。由這點來看，亦可抑制混合液CL之品質參差。
根據上述實施形態之混合裝置100，在混合液CL之液面，材料之排出區域與混合液CL1之排出區域被以沿著混合槽1之圓周方向、亦即攪拌裝置2之旋轉方向盡可能地遠離之方式隔離。藉此，可促進在所供給之材料彼此之中和，而可抑制中和度局部提高，且可抑制濃度分布不均或因濃度分布不均所致之析出物產生。又，亦可抑制因所供給之中和劑水溶液被混合液CL1急速冷卻所致之析出物產生。
＜5.變形例＞
以上，已說明本發明實施形態，惟本發明不受上述實施形態所限，只要在不脫離其趣旨下便可進行各種變更。例如可進行以下變更。又，以下變形例之主旨可適當組合。
(1)除了時間序列之供給量V1、輸送量V2及回送量V3以外或取代其等，液面高度H0之控制亦可根據在混合槽1內所計測或觀測之液面高度H0來進行。液面高度H0之測定例如可使用公知之液位感測器來進行，液面高度H0之觀測例如可藉由使用相機所得之液面的拍攝影像，且由人監看該影像或由電腦將之進行影像處理來進行。
(2)控制部7之至少一部分的功能亦可藉由可程式邏輯裝置(PLD)等來實現，而非如上述實施形態這般藉由CPU來實現。又，控制部7所行之控制處理不受上述實施形態所限，藉由控制往混合槽1之液體流入量及液體流出量之至少一者而將液面高度H0維持在固定範圍中即可。
(3)混合槽1之形狀不限於上述實施形態之形狀。混合槽1例如可具有大致方筒形狀，亦可具有大致倒圓錐形狀。又，控制閥30a~30c及40a、40b可用其他種類之閥構成。而且，亦可省略回送管線4b。
(4)混合液CL之材料若為含液體之2種以上材料即可，不限於上述實施形態之物。又，混合液CL之材料可為2種，亦可為4種以上。而且，於該等材料中亦可有以固體狀態供給之物。
(5)材料供給管線3可不如上述實施形態這般依各材料分離為供給管線3a~c，亦可例如構成如下述：該等中之至少2條供給管線進行匯流或整合為一條。
(6)攪拌葉片21不限於上述實施形態之物。攪拌葉片21可採用例如螺帶型、錨固型、渦輪葉片型及傘型等。在此情況下亦可以與上述實施形態同樣方式，根據攪拌葉片21之下端及上端之鉛直方向的高度來控制混合液CL的液面高度H0。
(7)上述實施形態之混合裝置100及製造步驟不限於藉由酸性物質與鹼性物質之中和及部分中和來製造混合液的情況，亦可應用於以2種以上材料按所期望之程度混合之方式來製造混合液之情況。
1:混合槽
10:聚合器、頂面部(圖1)
11:底面部
12:軀幹部
100:混合裝置
110:下部排出口
2,26:裝置、攪拌裝置(圖1、3、4)
20:軸部
21,21a,21b:攪拌葉片
22:入口
24:出口
3:中和槽、材料供給管線(圖1)
3a~3c:供給管線
30a~30c,40a,40b:控制閥
300a~300c:開口(第1開口)
4:泵、輸送管線(圖1)
4a:後續步驟管線
4b:回送管線
400:開口(第2開口)
5:泵
6:熱交換器
7:控制部
70:CPU
71:RAM
72:ROM
73:I/O介面
74:記憶裝置
720:程式
8:管線混合器
A1:中心軸
CL,CL1:混合液
H0:液面高度
H1,H2,1.21H1:高度
H3:輸送限制高度
H4:可輸送之高度
H5:供給再開始高度
H6:供給限制高度
R1~R9:第1~第9假想區域
S1~S12:製程
V1:供給量
V2:輸送量(流出量)
V3:回送量
圖1係一實施形態之混合裝置的整體構成圖。
圖2A係說明混合槽中之假想區域的圖。
圖2B係說明混合槽中之追加之假想區域的圖。
圖3係顯示混合裝置之電構成的方塊圖。
圖4係說明攪拌葉片等之高度的圖。
圖5係顯示在製造步驟中實行之控制之一例的流程圖。
1:混合槽
10:頂面部
11:底面部
12:軀幹部
100:混合裝置
110:下部排出口
2:攪拌裝置
20:軸部
21,21a,21b:攪拌葉片
3:材料供給管線
3a~3c:供給管線
30a~30c,40a,40b:控制閥
300a~300c:開口(第1開口)
4:輸送管線
4a:後續步驟管線
4b:回送管線
400:開口(第2開口)
5:泵
6:熱交換器
7:控制部
A1:中心軸
CL,CL1:混合液
Claims (6)
- 一種混合裝置，具備： 材料供給管線，其係供給含液體之2種以上材料； 混合槽，其係容置通過前述材料供給管線供給之前述2種以上材料； 攪拌裝置，其係在前述混合槽內攪拌前述2種以上材料之混合液；及 輸送管線，其係與前述混合槽連接，且將前述混合槽內之混合液輸送至前述混合槽外；且 該混合裝置係以下述方式構成： 藉由對通過前述材料供給管線往前述混合槽內供給之前述2種以上材料的供給量、及通過前述輸送管線往前述混合槽外輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
- 如請求項1之混合裝置，其中前述攪拌裝置具有：軸部，其可在前述混合槽內旋轉；及1個或複數個攪拌葉片，其係與前述軸部連結，且伴隨前述軸部之旋轉而在前述混合槽內旋轉；且 該混合裝置係以將前述液面高度維持為如下述之方式構成： 令沿著鉛直方向從前述混合槽之底部最下方位置至最上方之前述攪拌葉片之上端的高度為H1，此時前述液面高度為1.21H1以下，且為前述最上方之攪拌葉片之下端的高度以上。
- 如請求項1或2之混合裝置，其中前述輸送管線係與形成於前述混合槽下部的下部排出口連接；且 前述輸送管線具有回送管線，該回送管線係將從前述下部排出口排出之前述混合液從前述混合槽上方再次送回前述混合槽內。
- 如請求項3之混合裝置，其係以下述方式構成： 藉由對通過前述材料供給管線供給至前述混合槽中之前述2種以上材料的供給量、通過前述回送管線回送至前述混合槽中之前述混合液的回送量、及通過前述輸送管線從前述混合槽往其他設備輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
- 如請求項3之混合裝置，其中前述材料供給管線具有第1開口，該第1開口係在前述混合槽上方將前述2種以上材料排出至前述混合槽內； 前述回送管線具有第2開口，該第2開口係在前述混合槽上方將前述混合液排出至前述混合槽內；並且， 該混合裝置係以下述方式構成： 以前述混合槽之中心軸為基準，將前述混合槽之橫剖面按60°之間隔分割成6份，並往順時針方向依序規定出相鄰之第1~第6假想區域時， 前述2種以上材料係通過前述第1開口排出至存在於前述第1假想區域及前述第2假想區域中之至少一者的前述混合液之液面， 回送之混合液係通過前述第2開口排出至存在於前述第4假想區域及第5假想區域中之至少一者的前述混合液之液面，且 通過前述第1開口排出之前述2種以上材料及通過前述第2開口排出之混合液並未排出至存在於前述第3假想區域及前述第6假想區域的前述混合液之液面。
- 一種混合液之製造方法，包含下述程序： 通過前述材料供給管線將含液體之2種以上材料供給至與材料供給管線及輸送管線連接之混合槽中； 在前述混合槽內攪拌前述2種以上材料之混合液； 通過前述輸送管線將前述混合液輸送至前述混合槽外；及 藉由對通過前述材料供給管線往前述混合槽內供給之前述2種以上材料的供給量、及通過前述輸送管線往前述混合槽外輸送之前述混合液的輸送量中之至少一者進行控制，藉此將前述混合槽內之前述混合液的液面高度維持在固定範圍內。
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