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JP7699189B2 - Microfabrication processing equipment - Google Patents
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Description

本発明は、微細化処理装置に関する。 The present invention relates to a microfabrication processing device.

電子部品、化学素材、食品、薬品、化学など様々な分野において、金属粒子や植物繊維などの各種物質を微細化する微細化処理装置が用いられている。この微細化処理装置は、一般的に、懸濁流体に高い圧力を与えるプランジャポンプ等の吐出手段と微細化ノズルや物質を微細化する微細化流路等の懸濁流体に含まれる物質を微細化する微細化処理手段とを備えている。 In a variety of fields, including electronic components, chemical materials, food, pharmaceuticals, and chemistry, micronization processing equipment is used to micronize various substances such as metal particles and plant fibers. This micronization processing equipment generally includes a discharge means, such as a plunger pump, that applies high pressure to the suspension fluid, and a micronization processing means, such as a micronization nozzle or a micronization flow path that micronizes the substances contained in the suspension fluid.

特許文献1には、衝突装置の吐出手段は、微細化する物質固形物の有無によって選択する必要があることが開示されている。具体的には、原料液体が固形物を含むスラリー液である場合、その固形物によってポンプが傷まないように装置の耐久性の観点からプランジャをゆっくり動かすことができる油圧ブースター式超高圧ポンプの採用が適していること及び、固形物を含まない原料液体では、プランジャをゆっくり作動できる油圧式装置を用いる必要がないため、電動モータによりクランクシャフトを回転させ、それを往復運動に変換することによってプランジャを動作させるクランク式プランジャポンプが適していることが開示されている。 Patent Document 1 discloses that the discharge means of the collision device must be selected depending on the presence or absence of solid matter to be pulverized. Specifically, it discloses that when the raw liquid is a slurry liquid containing solid matter, it is appropriate to use a hydraulic booster type ultra-high pressure pump that can move the plunger slowly from the perspective of device durability so that the pump is not damaged by the solid matter, and that for raw liquids that do not contain solid matter, it is not necessary to use a hydraulic device that can operate the plunger slowly, so a crank type plunger pump that rotates a crankshaft with an electric motor and converts it into reciprocating motion to operate the plunger is appropriate.

特開2011-088108号公報JP 2011-088108 A

しかしながら、特許文献1に記載の油圧ブースター式超高圧ポンプのシリンダーヘッドの摺動速度は、一往復する速度が数秒間と低速であり、原料液体が固形物を含むスラリー液である場合の工業的規模の連続微細化処理には、複数台の油圧ブースター式超高圧ポンプを組み合わせて用いることが不可欠であった。そのため、各油圧ブースター式超高圧ポンプから交互に数秒間の間隔をおいて高圧懸濁流体が吐出されるため、吐出される高圧懸濁流体の圧力変動幅は大きいものとなっていたし、これらの動きを制御するためには、比例弁やサーボモータ等の導入が必要となっていた。この圧力変動により超高圧部品内部の損傷や劣化による破損が生じたり、低速摺動するシリンダーヘッドのシール部品の摩耗等が発生したりと、いくつかの問題を抱えている。
また一般的に、油圧ブースター式超高圧ポンプは大型のものであるため、このポンプを含む微細化処理装置の全体が大型なものとなってしまい、広い設置面積が必要となり、導入費用が高額なものとなっていた。
However, the sliding speed of the cylinder head of the hydraulic booster type ultra-high pressure pump described in Patent Document 1 is low, with one reciprocating speed lasting several seconds, and for industrial-scale continuous micronization processing when the raw material liquid is a slurry liquid containing solids, it is essential to use a combination of multiple hydraulic booster type ultra-high pressure pumps. Therefore, since the high-pressure suspension fluid is discharged alternately from each hydraulic booster type ultra-high pressure pump at intervals of several seconds, the pressure fluctuation range of the discharged high-pressure suspension fluid is large, and in order to control these movements, it is necessary to introduce a proportional valve, a servo motor, etc. This pressure fluctuation causes damage or deterioration inside the ultra-high pressure parts, and wear of the seal parts of the cylinder head that slide at a low speed, and there are several problems.
In addition, hydraulic booster type ultra-high pressure pumps are generally large, so the entire micro-processing apparatus including the pump becomes large, requiring a large installation area and high implementation costs.

一方、懸濁流体の粘性が高いもしくは固形分、繊維、粉体が含まれるスラリー流体の場合に、クランク式プランジャポンプを採用してしまうと、クランク式プランジャポンプのプランジャ駆動速度が高速であるため、原料を吸い込む際に、その粘性や沈降分離や凝集などによる原料液体の吸込み不良が生じて、シリンダ内部が真空状態となり、負圧時のディ-ゼル効果で生じる爆発が起きてしまうおそれがあった。 On the other hand, if a crank-type plunger pump is used when the suspension fluid is highly viscous or the fluid is a slurry containing solids, fibers, or powder, the high plunger drive speed of the crank-type plunger pump can cause poor suction of the raw liquid due to its viscosity, sedimentation, or coagulation when sucking in the raw material, creating a vacuum inside the cylinder and raising the risk of an explosion caused by the diesel effect at negative pressure.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、懸濁流体の粘性が高いもしくは固形分、繊維、粉体が含まれるスラリー流体(以下、懸濁流体ということもある。)の微細化処理が可能で、高圧懸濁流体の脈動による設備破損等を抑えることのできる微細化処理装置を提供することにある。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a micronization treatment device that is capable of micronizing a slurry fluid (hereinafter sometimes referred to as a suspension fluid) that has a high viscosity or contains solids, fibers, or powder, and that can prevent equipment damage caused by pulsation of the high-pressure suspension fluid.

また、本発明の他の目的は、微細化処理に要するエネルギー原単位を抑えることができ、さらに、吐出される高圧懸濁流体の圧力変動幅を安定させ、安定した超高圧流による確実な微細化処理を行うことで微細化処理回数を少なくし、コストダウンが可能となる微細化処理装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a micro-processing apparatus that can reduce the energy consumption per unit of energy required for the micro-processing, stabilizes the pressure fluctuation range of the high-pressure suspension fluid discharged, and performs reliable micro-processing with a stable ultra-high pressure flow, thereby reducing the number of micro-processing steps and reducing costs.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、懸濁液の微細化処理を行う場合であっても、増圧機の駆動方式をプランジャ往復速度の速いクランクシャフト方式とし、プランジャの動きを規則的かつ周期性のある高速な動きとすること、及び原料供給ポンプの吐出圧を上げて増圧機へ懸濁流体を安定供給することで、懸濁流体の流体圧力変動を抑えることができ、かつ、単位時間当たりの微細化処理量を増加させることができることを見出した。 The inventors have conducted extensive research to achieve the above object, and have found that even when performing micronization of a suspension, it is possible to suppress fluid pressure fluctuations in the suspension fluid and increase the amount of micronization per unit time by using a crankshaft drive system for the booster with a high plunger reciprocation speed, making the plunger move at high speed with regularity and periodicity, and by increasing the discharge pressure of the raw material supply pump to stably supply the suspension fluid to the booster.

すなわち、本発明は、原料タンクと、原料供給ポンプと、原料排出配管、原料吸込配管、原料返送配管及び/又は原料循環配管と、増圧機と、微細化処理手段を備えるチャンバーとを備える微細化処理装置であって、前記原料供給ポンプと原料吸込配管は、原料を増圧機へ加圧供給するためのものであり、前記原料循環配管と前記原料返送配管は、加圧された原料の圧力を高い状態で維持しつつ、その余剰分を前記原料タンクへ返送するためのものである微細化処理装置である。 That is, the present invention is a micronization processing apparatus comprising a raw material tank, a raw material supply pump, a raw material discharge pipe, a raw material suction pipe, a raw material return pipe and/or a raw material circulation pipe, a pressure booster, and a chamber equipped with a micronization processing means, in which the raw material supply pump and the raw material suction pipe are for pressurizing and supplying the raw material to the pressure booster, and the raw material circulation pipe and the raw material return pipe are for maintaining the pressure of the pressurized raw material at a high level while returning the excess to the raw material tank.

本発明の微細化処理装置によれば、懸濁流体の粘性が高い、もしくは固形分、繊維、粉体が含まれるスラリー流体の微細化処理が可能で、高圧懸濁流体の脈動による設備破損等を抑えることのできる微細化処理装置が提供される。
また、微細化処理に要するエネルギー原単位を抑えることができ、さらに微細化処理回数の削減によるコストダウンが可能である微細化処理装置が提供される。
According to the micro-fining treatment device of the present invention, it is possible to perform micro-fining treatment on a slurry fluid having a high viscosity as a suspension fluid or containing solids, fibers, or powder, and it is possible to provide a micro-fining treatment device that can suppress equipment damage, etc. due to pulsation of the high-pressure suspension fluid.
Furthermore, the present invention provides a micro-processing apparatus that can suppress the energy consumption per unit time required for the micro-processing and can reduce costs by reducing the number of times the micro-processing is performed.

微細化処理装置を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing a micro-processing apparatus. 増圧機を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a booster. 増圧機のポンプヘッドを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a pump head of a booster. 実施例1における圧力変動を示すグラフである。4 is a graph showing pressure fluctuations in Example 1. 比較例1における圧力変動を示すグラフである。13 is a graph showing pressure fluctuations in Comparative Example 1. 湿式粉砕装置を示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a wet grinding device. 実施例4,比較例3において測定した透過率をプロットしたグラフである。1 is a graph plotting the transmittance measured in Example 4 and Comparative Example 3.

以下、本発明に係る微細化処理装置について、それぞれ詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、発明の理解を助けるためのものであり、本発明を限定するものではない。 The microfabrication processing apparatus according to the present invention will be described in detail below. However, the following embodiments are intended to aid in understanding the invention and are not intended to limit the invention.

(用語の定義)
本明細書における「原料」とは、微細化処理の原料として用いられるものであって、係る原料を含んだスラリー液の粘性が高いもの、若しくは、固形分、繊維、粉体が含まれるスラリー液に用いられるもののことをいう。
本明細書における「微細化処理」との用語は、増圧機を使用して高圧状態とした原料に何等かの物理的な処理を施すことをいう。
本明細書における「処理液」とは、原料に対して微細化処理を行った後の液体のことをいう。換言すれば、本微細化処理装置を一回以上通過した原料液のことをいう。
(Definition of terms)
The term "raw material" as used in this specification refers to a material used as a raw material for the micronization process, and refers to a material that is used in a slurry liquid containing the raw material and has a high viscosity, or a material that is used in a slurry liquid containing solids, fibers, or powder.
The term "micronization treatment" in this specification refers to the application of some kind of physical treatment to a raw material that has been brought to a high pressure state using a pressure intensifier.
In this specification, the term "processed liquid" refers to a liquid obtained after the raw material has been subjected to a micronization process, in other words, a raw material liquid that has passed through the micronization process apparatus of the present invention one or more times.

図1に示すように本実施形態の微細化処理装置1は、原料を貯留する原料タンク2と原料供給ポンプ4、原料排出配管3、原料循環配管5、原料吸込配管6、原料返送配管7、増圧機8、チャンバー10、処理液タンク13及び処理液返送配管18とを主体として構成されている。 As shown in FIG. 1, the micronization processing apparatus 1 of this embodiment is mainly composed of a raw material tank 2 for storing raw material, a raw material supply pump 4, a raw material discharge pipe 3, a raw material circulation pipe 5, a raw material suction pipe 6, a raw material return pipe 7, a pressure booster 8, a chamber 10, a processing liquid tank 13, and a processing liquid return pipe 18.

原料タンク2には原料が供給されて貯留される。原料タンクに公知の各種攪拌装置23を取り付けて原料を撹拌してもよい。この原料タンク2には、原料排出配管3を介して原料供給ポンプ4の吸込口が接続されている。 Raw materials are supplied to and stored in the raw material tank 2. The raw material tank may be equipped with any of a variety of known stirring devices 23 to stir the raw materials. The raw material tank 2 is connected to the suction port of a raw material supply pump 4 via a raw material discharge pipe 3.

原料としては、例えば、溶解性が悪くダマになり易く、粘性の高い溶液になる澱粉粉末、ポリビニルアルコール粉末、溶解セルロース粉末など、また微細化が必要な木材繊維、竹繊維、サトウキビ繊維、種子毛繊維、葉繊維等の天然の植物を含む多糖由来のセルロース繊維或いはこれらを化学変性したものを挙げることができる。
他の原料としては、化学品産業において用いられる、トナーの分散、水性塗料の調製、有機・無機粉体・有色顔料粉末などの湿式分散及び破砕、電子部品産業において用いられる、有機・無機粉体の湿式分散及び破砕等、とくに制限されることなく適宜用いることができる。特に微細化により粘度が上がる原料に適している。
Examples of raw materials include starch powder, polyvinyl alcohol powder, dissolved cellulose powder, and the like, which have poor solubility and tend to form lumps and form highly viscous solutions, as well as cellulose fibers derived from polysaccharides contained in natural plants, such as wood fibers, bamboo fibers, sugarcane fibers, seed hair fibers, and leaf fibers, which require micronization, and chemically modified versions of these.
As other raw materials, the present invention can be appropriately used without particular limitation, for example, dispersion of toner, preparation of water-based paint, wet dispersion and crushing of organic/inorganic powders/colored pigment powders, etc. used in the chemical industry, wet dispersion and crushing of organic/inorganic powders used in the electronic parts industry, etc. It is particularly suitable for raw materials whose viscosity increases when they are made fine.

また、後述する微細化処理を行うための前処理として、パルプ等の原料を化学的に変性処理したものも本実施形態における原料として使用することができる。例えば、酸による多糖の加水分解、酵素による多糖の加水分解、アルカリによる多糖の膨潤、酸化剤による多糖の酸化、還元剤による多糖の還元、TEMPO触媒による酸化、リン酸エステル化、カルバメート化、カチオン化等を例示することができる。 In addition, as a pretreatment for the micronization treatment described later, raw materials such as pulp that have been chemically modified can also be used as raw materials in this embodiment. Examples include hydrolysis of polysaccharides with an acid, hydrolysis of polysaccharides with an enzyme, swelling of polysaccharides with an alkali, oxidation of polysaccharides with an oxidizing agent, reduction of polysaccharides with a reducing agent, oxidation with a TEMPO catalyst, phosphate esterification, carbamate conversion, cationization, etc.

原料供給ポンプ4は、懸濁液中の固形物を噛み込むことなく送ることができ、粘度が上がっても送液をすることが可能なポンプが好ましく、容積式定量ポンプが好ましい。容積式定量ポンプの中でも、コンタミ粉等の異物は、噴射ノズルを詰まらせる原因ともなるため、これを防止する観点から、非接触式のポンプが好ましく、特には、ビーズポンプ、チューブポンプ、二軸スクリューポンプが好ましい。
また、各種容積定量ポンプの吐出圧力の上限値が、0.2MPa~10MPaの性能を有するものを用いることが好ましい。
さらに、各種容積定量ポンプの吐出圧力を少なくとも、0.2MPa、好ましくは0.3MPa、更に好ましくは、0.4MPa以上とすることで、原料液体の吸込み不良を防ぐことが可能となる。
The raw material supply pump 4 is preferably a pump that can send the liquid without getting caught in solid matter in the suspension and can send the liquid even if the viscosity increases, and is preferably a positive displacement metering pump. Among positive displacement metering pumps, foreign matter such as contaminant powder can cause the injection nozzle to become clogged, so from the viewpoint of preventing this, a non-contact pump is preferable, and in particular, a bead pump, a tube pump, or a twin-axis screw pump are preferable.
It is also preferable to use various volumetric pumps whose upper limit of discharge pressure is 0.2 MPa to 10 MPa.
Furthermore, by setting the discharge pressure of each volumetric pump to at least 0.2 MPa, preferably 0.3 MPa, and more preferably 0.4 MPa or more, it becomes possible to prevent poor suction of the raw material liquid.

また、原料供給ポンプ4には、原料吸込配管6と、原料循環配管5と圧力調節弁(図示せず)が接続されている。さらに、原料循環配管5と原料吸込配管6に切り替えバルブ(図示せず)等を設けて、いずれか一方に送液する様にすることも可能である。このように接続することで、懸濁流体を増圧機8と原料タンク2との間で循環させることができる。このようにして利用する場合は、図示しないが、圧力調節弁を原料循環配管5又は原料返送配管7に取り付ければ良く、原料循環配管5を使わず原料返送配管7のみで運用しても良い。こうすることで原料が滞留する箇所を減らし、さらに循環をスムーズに行うことができる。 The raw material supply pump 4 is also connected to the raw material suction pipe 6, the raw material circulation pipe 5, and a pressure control valve (not shown). It is also possible to provide a switching valve (not shown) or the like to the raw material circulation pipe 5 and the raw material suction pipe 6 so that the liquid can be sent to one of them. By connecting in this way, the suspension fluid can be circulated between the booster 8 and the raw material tank 2. When using in this way, a pressure control valve (not shown) can be attached to the raw material circulation pipe 5 or the raw material return pipe 7, or the raw material circulation pipe 5 can be used without using the raw material return pipe 7. This reduces the number of places where the raw material stagnates, making the circulation even smoother.

圧力調節弁(図示せず)を設置することによって、増圧機入口側の圧力を一定にすることができ、本発明に係る微細化処理装置の操業性が安定する。また、弁開度を監視することで異常の早期発見ができる。例えばノズルが閉塞すれば弁開度が大きくなり、ノズル内部が摩耗すれば弁開度が小さくなる傾向にある。 By installing a pressure control valve (not shown), the pressure on the inlet side of the booster can be kept constant, stabilizing the operability of the microfabrication processing device according to the present invention. In addition, by monitoring the valve opening, abnormalities can be detected early. For example, if the nozzle becomes clogged, the valve opening tends to increase, and if the inside of the nozzle becomes worn, the valve opening tends to decrease.

原料循環配管5には、微細化処理を規定回数行った後の製品を回収するための製品回収配管21が接続されており、製品回収タンク21には、製品タンク22が接続されている。また図示しないが、製品回収配管21を冷却器17に接続して冷却器から製品を取り出しても良く、もちろんチャンバー出口配管12から取出しても良く、その場合は高い温度で製品を得ることができる。 The raw material circulation pipe 5 is connected to a product recovery pipe 21 for recovering the product after the micronization process has been performed a specified number of times, and the product recovery tank 21 is connected to a product tank 22. Although not shown, the product recovery pipe 21 may be connected to a cooler 17 and the product may be removed from the cooler, or of course the product may be removed from the chamber outlet pipe 12, in which case the product can be obtained at a high temperature.

チャンバー10は、チャンバー内で微細化処理を行うための微細化処理手段を備える。微細化処理手段は、圧力や速度の変化による剪断力やキャビテーション、インパクトリング等の衝突用硬質体への衝突、又は高圧噴射流同士の相互衝突等の物理的方法によって微細化処理を行う手段を例示することができる。 The chamber 10 is equipped with a micronization means for carrying out the micronization process within the chamber. Examples of the micronization means include means for carrying out the micronization process by physical methods such as shear force or cavitation due to changes in pressure or speed, collision with a hard body for collision such as an impact ring, or mutual collision between high-pressure jets.

以下、微細化処理手段として、高圧噴射ノズルを使用して微細化処理を行う場合について説明する。
チャンバー10には、チャンバー供給超高圧配管9から延伸して連結される高圧噴射ノズル11が接続されており、チャンバー10において、原料の微細化処理を行う。また、チャンバー10には、微細化処理の回数に応じて、チャンバー出口配管12,処理液タンク13、処理液排出配管14、処理液返送ポンプ15、冷却器送り配管16、冷却器17及び処理液返送配管18を接続することができる。処理液タンク13、処理液排出配管14、処理液返送ポンプ15を設けることで、冷却器17を排圧の掛かる高効率タイプの冷却器にすることができる。また、チャンバー出口の排圧を大気圧とすることができるので、ノズル出口側での圧力差がより大きくなるため、微細化の処理効率を高めることもできる。
Hereinafter, a case where the microparticulation treatment is performed using a high-pressure jet nozzle as the microparticulation treatment means will be described.
A high-pressure injection nozzle 11 extending from and connected to the chamber supply ultra-high pressure pipe 9 is connected to the chamber 10, and the raw material is subjected to a micronization process in the chamber 10. In addition, a chamber outlet pipe 12, a processing liquid tank 13, a processing liquid discharge pipe 14, a processing liquid return pump 15, a cooler feed pipe 16, a cooler 17, and a processing liquid return pipe 18 can be connected to the chamber 10 depending on the number of times of micronization. By providing the processing liquid tank 13, the processing liquid discharge pipe 14, and the processing liquid return pump 15, the cooler 17 can be a highly efficient type cooler that applies exhaust pressure. In addition, since the exhaust pressure at the chamber outlet can be set to atmospheric pressure, the pressure difference at the nozzle outlet side becomes larger, and the processing efficiency of micronization can be improved.

チャンバー出口配管12は、チャンバー10において、高圧噴射ノズル11によって原料を1度以上微細化処理させた後の液体を取り出して、処理液タンク13に貯留するために用いるものである。
処理液タンク13には、処理液排出配管14と処理液返送ポンプ15とを接続するための接続口(図示せず)が設けられている。
処理液タンク13とヘッドタンク19とは、処理液排出配管14、処理液返送ポンプ15、冷却器送り配管16、冷却器17及び処理液返送配管18を用いて接続されており、微細化処理後の液体をヘッドタンク19に送液することが可能となるように接続される。ヘッドタンク19には、払出弁24と払出配管20が接続されており、払出弁24を開閉することによって、処理液を原料タンク2に瞬時に任意のタイミングでエネルギーを必要とせずに返送することが可能となる。
処理液返送ポンプ15は、原料供給ポンプ4と同様に、懸濁液中の固形物を噛み込むことなく送ることができ、粘度が上がっても送液をすることが可能なポンプが好ましい。
冷却器17は処理液の温度を低下させるためのものであり、チャンバー10の出口から原料タンク2の入口までの間に配置されていれば良く、また原料循環配管5に設置されていても良く、設置位置は限定されない。冷却器17に送る冷水の温度や流量を調節することで原料温度を制御することもできる。またこの冷却水の代わりに温水を用いたり、加熱装置を付加したりすることで、加熱状態での微細化処理も行うことができる。
また、チャンバー出口配管12の出口を冷却器17の入口に繋ぎ、処理液タンク13、処理液排出配管14、処理液返送ポンプ15、冷却器送り配管16を設けなくても良く、更に処理液返送配管18をチャンバー10の出口に接続して、直接原料タンク2に返送しても良い。
The chamber outlet pipe 12 is used to take out the liquid after the raw material has been subjected to micronization treatment once or more times by the high-pressure spray nozzle 11 in the chamber 10 and store it in a treatment liquid tank 13 .
The processing liquid tank 13 is provided with a connection port (not shown) for connecting a processing liquid discharge pipe 14 and a processing liquid return pump 15 .
The processing liquid tank 13 and the head tank 19 are connected using a processing liquid discharge pipe 14, a processing liquid return pump 15, a cooler feed pipe 16, a cooler 17, and a processing liquid return pipe 18, and are connected so as to be able to send the liquid after the micronization process to the head tank 19. A discharge valve 24 and a discharge pipe 20 are connected to the head tank 19, and by opening and closing the discharge valve 24, it is possible to instantly return the processing liquid to the raw material tank 2 at any desired timing without requiring energy.
The treatment liquid return pump 15 is preferably a pump that can send the suspension without getting solid matter caught in it, similar to the raw material supply pump 4, and can send the suspension even if the viscosity increases.
The cooler 17 is for lowering the temperature of the treatment liquid, and may be disposed between the outlet of the chamber 10 and the inlet of the raw material tank 2, or may be disposed in the raw material circulation pipe 5, and the installation position is not limited. The raw material temperature can also be controlled by adjusting the temperature and flow rate of the cold water sent to the cooler 17. Moreover, by using hot water instead of the cooling water or adding a heating device, the micronization treatment can also be performed in a heated state.
In addition, the outlet of the chamber outlet piping 12 may be connected to the inlet of the cooler 17, eliminating the need to provide the treatment liquid tank 13, treatment liquid discharge piping 14, treatment liquid return pump 15, and cooler feed piping 16, and further, the treatment liquid return piping 18 may be connected to the outlet of the chamber 10 to return the treatment liquid directly to the raw material tank 2.

高圧噴射ノズル11には、増圧機8によって高圧状態となった原料がチャンバー供給超高圧配管9から送液される。送液された原料を高圧噴射ノズル11から30~250MPaの高圧で噴射させて噴射流とし、この噴射流を一機に、且つ急激に低圧状態とさせることで生じるキャビテーション、噴射流同士の衝突、硬質物体への衝突などにより、原料の均質化または微細化処理を行う。なお、高圧噴射ノズル11は、高圧流体を噴射させ得るセラミックス、ダイヤモンド、サファイヤ製などの公知の高圧噴射ノズルを用いることができる。
ここで、原料の微細化処理は、原料中の固形物に対して複数回行っても良い。すなわち、チャンバー10において行われて得られた処理液を、処理液排出配管14等を使用して原料タンク2に送液した後、再度チャンバー10において、微細化処理を行っても良く、2回目の微細化処理を行ったものを2passという。
The raw material, which has been made into a high-pressure state by the pressure booster 8, is sent from the chamber supply ultra-high pressure pipe 9 to the high-pressure injection nozzle 11. The sent raw material is injected from the high-pressure injection nozzle 11 at a high pressure of 30 to 250 MPa to form an injection stream, and this injection stream is suddenly and simultaneously lowered in pressure to cause cavitation, collisions between the injection streams, and collisions with hard objects, thereby homogenizing or pulverizing the raw material. The high-pressure injection nozzle 11 may be a known high-pressure injection nozzle made of ceramics, diamond, sapphire, or the like, capable of injecting a high-pressure fluid.
Here, the micronization treatment of the raw material may be carried out multiple times on the solid matter in the raw material. That is, the treatment liquid obtained in the chamber 10 may be sent to the raw material tank 2 using the treatment liquid discharge pipe 14 or the like, and then the micronization treatment may be carried out again in the chamber 10. The second micronization treatment is called 2-pass.

チャンバー10に接続される高圧噴射ノズル11を複数本として、噴射流を衝合角度θの角度で衝突させると微細化はより進みやすく、2本とした場合は、角度θとしては、95~178°、特に100~170°が好ましい。95°より小さい場合、例えば90°の直角状態で衝合するようにすると、構造的に衝合分散液はチャンバーの壁部分に直接衝突してしまう部分が生じやすくなり、1回の微細化でも重合度低下が10%を超えて低下してしまう場合が多くなる。
一方、178°より大きい場合、例えば衝合が180°、すなわち正面対向して衝突させる場合には、その微細化効果は高まるが、相手側ノズルや周辺設備を損傷させてしまう場合がある。3本とした場合は角度θを120°とすることでノズルや周辺設備の損傷を抑えつつ、衝突効率を最大限に高めることができる。
Micronization is more likely to proceed when multiple high-pressure injection nozzles 11 are connected to the chamber 10 and the injection flows collide at an angle of collision θ, and when two nozzles are used, the angle θ is preferably 95 to 178°, particularly 100 to 170°. If the angle is less than 95°, for example, when the nozzles collide at a right angle of 90°, the collision dispersion is structurally more likely to collide directly with the wall of the chamber in some parts, and there are many cases where the polymerization degree decreases by more than 10% even after one micronization.
On the other hand, when the angle is greater than 178°, for example when the collision is 180°, that is, when the particles are collided head-on, the effect of the atomization is increased, but the nozzle on the other side and the surrounding equipment may be damaged. When three nozzles are used, the angle θ is set to 120°, which can maximize the collision efficiency while suppressing damage to the nozzle and surrounding equipment.

また、複数回微細化処理を行う場合の処理回数としては、概ね2~200回の範囲で任意に調整することができる。長繊維の原料を含むスラリー液を原料とした場合には、得られる処理液の性質は処理を繰り返すほどに滑らかに均質に、液中の固形物は微細に、液中の繊維は細く、短くなっていく。そのため用途に応じた繰返し回数の微細化処理を行うことが可能である。 When the micronization process is carried out multiple times, the number of times can be adjusted as desired within the range of approximately 2 to 200 times. When a slurry liquid containing long fiber raw materials is used as the raw material, the properties of the resulting treated liquid become smoother and more homogeneous the more the process is repeated, the finer the solids in the liquid become, and the thinner and shorter the fibers in the liquid become. Therefore, it is possible to carry out the micronization process repeatedly the number of times appropriate for the application.

図2の構造図を用いてクランク駆動方式である、増圧機8について説明する。なお、図2は、3つのプランジャを有する場合の増圧機のものであり、処理目的や設置場所に応じて、プランジャの数は1つ、2つ、又は4つ以上であってもよい。また、脈動を抑える目的においては、プランジャの数は3つ以上が良い。
増圧機8はクランク部81、及びポンプヘッド82を備える。
The crank-driven intensifier 8 will be described with reference to the structural diagram of Fig. 2. Fig. 2 shows an intensifier having three plungers, but the number of plungers may be one, two, or four or more depending on the purpose of treatment and the installation location. In addition, for the purpose of suppressing pulsation, it is preferable that the number of plungers is three or more.
The intensifier 8 includes a crank portion 81 and a pump head 82 .

クランク部81はクランク軸83と動力35を備える。クランク軸83は、クランクシャフト30と、回転方向で120度位相を互いにずらして配置されたクランクピン31a,31b,31cと、から構成される。
動力35には、ジャーナル36が接続されており、ジャーナル36には、メイン歯車33が嵌合されている。また、噛み合い歯車32とクランクジャーナル34とが嵌合されており、噛み合い歯車32とメイン歯車33とが噛み合うように配置される。このようにすることで、動力35の駆動力で、クランク軸83を回転することができる。動力35はインバーターモーターとすることができる。こうすることでクランク軸の回転数を容易に変更することができ、微細化処理に必要な吐出量を制御することができる。
The crank section 81 includes a crankshaft 83 and a power source 35. The crankshaft 83 is composed of a crankshaft 30 and crank pins 31a, 31b, and 31c that are arranged with a phase shift of 120 degrees from one another in the rotational direction.
A journal 36 is connected to the power 35, and a main gear 33 is engaged with the journal 36. In addition, a meshing gear 32 is engaged with a crank journal 34, and the meshing gear 32 and the main gear 33 are disposed so as to mesh with each other. In this manner, the crankshaft 83 can be rotated by the driving force of the power 35. The power 35 can be an inverter motor. In this manner, the rotation speed of the crankshaft can be easily changed, and the discharge amount required for the micronization process can be controlled.

クランク軸83は、クランクピン31a,31b,31cにそれぞれ連結されたコンロッド接続軸(図示せず)を介して、コネクティングロッド29a,29b,29cに連結される。
また、コネクティングロッド29a,29b,29cには、プランジャ27a,27b,27cが、連結ピン28a,28b,28cにより結合されている。
The crankshaft 83 is connected to the connecting rods 29a, 29b, and 29c via connecting rod connecting shafts (not shown) which are connected to the crank pins 31a, 31b, and 31c, respectively.
Furthermore, plungers 27a, 27b, 27c are connected to the connecting rods 29a, 29b, 29c by connecting pins 28a, 28b, 28c.

クランク軸83が矢印R方向に回転すると、コネクティングロッド29a,29b,29cの揺動により、プランジャ27a,27b,27cは矢印S方向に往復運動する。
ここで、このときのプランジャ往復速度は、噛み合い歯車32とメイン歯車33の歯車比によって決定されるため、これらの組み合わせを適宜設定することにより、或いは、動力35の回転数変更により、プランジャ往復速度を任意の範囲のものとすることができる。各種容積定量ポンプの吐出圧力値にあわせて、プランジャ往復速度を適宜設定することができる。本発明においては、プランジャ往復速度を60回/分以上とするように設定するとよい。生産効率を考慮すれば100回/分以上が、さらに200回/分以上が良い。脈動を抑えて設備をより安定化させる為には300回/分以上がさらに良い。また、1,000回/分以上になると供給圧力を汎用ポンプの能力以上に高める必要があるため好ましくなく、1,000回/分以下が好ましく、800回/分以下がさらに好ましい。
When the crankshaft 83 rotates in the direction of the arrow R, the connecting rods 29a, 29b, 29c swing, causing the plungers 27a, 27b, 27c to reciprocate in the direction of the arrow S.
Here, the plunger reciprocating speed at this time is determined by the gear ratio of the meshing gear 32 and the main gear 33, so by appropriately setting these combinations or by changing the rotation speed of the power 35, the plunger reciprocating speed can be set to any range. The plunger reciprocating speed can be appropriately set according to the discharge pressure value of various volumetric metering pumps. In the present invention, it is preferable to set the plunger reciprocating speed to 60 times/minute or more. Considering production efficiency, 100 times/minute or more is preferable, and 200 times/minute or more is even better. In order to suppress pulsation and further stabilize the equipment, 300 times/minute or more is even better. Also, if it is 1,000 times/minute or more, it is not preferable because the supply pressure needs to be increased to a level higher than the capacity of the general-purpose pump, and 1,000 times/minute or less is preferable, and 800 times/minute or less is even more preferable.

コネクティングロッド29a,29b,29cをクランクピン31a,31b,31cにそれぞれ偏心連結することにより、懸濁流体を加圧吐出するタイミングをずらして、吐出圧力を安定化させ、微粒化処理の効率を向上させることができる。したがって、プランジャの動きがサインカーブを描くこととなり、増圧機の吐出圧の脈動を抑えることができる。また、正確な位相差の動きを制御可能であり、サインカーブの重なりを再現することが可能となる。 By eccentrically connecting the connecting rods 29a, 29b, and 29c to the crank pins 31a, 31b, and 31c, respectively, the timing of pressurizing and discharging the suspended fluid can be shifted, stabilizing the discharge pressure and improving the efficiency of the atomization process. Therefore, the movement of the plunger describes a sine curve, and pulsation of the discharge pressure of the booster can be suppressed. In addition, it is possible to accurately control the movement of the phase difference, and it becomes possible to reproduce the overlap of the sine curves.

クランク部81の上部に接続されるポンプヘッド82は、原料タンク2から原料供給ポンプ4を用いて懸濁流体をポンプヘッド82内に供給するための連通口25を備える。また、連通口25とは別に、懸濁流体を排出して原料タンク2へ懸濁流体を返送するための接続口(図示せず)を備える。接続口には、原料返送配管7が接続されている。ポンプヘッド82内から、チャンバー供給超高圧配管9に高い圧力の懸濁流体が供給される。 The pump head 82 connected to the top of the crank section 81 has a communication port 25 for supplying the suspension fluid from the raw material tank 2 into the pump head 82 using the raw material supply pump 4. In addition to the communication port 25, a connection port (not shown) is provided for discharging the suspension fluid and returning it to the raw material tank 2. A raw material return pipe 7 is connected to the connection port. High pressure suspension fluid is supplied from inside the pump head 82 to the chamber supply ultra-high pressure pipe 9.

図3の構造図を用いてポンプヘッド82について説明する。クランク部81の上部に接続されるポンプヘッド82には、圧力室37と、弁座39とスプリング38とボール40とからなる高圧側チェック弁45と、弁座43とスプリング44とボール42とからなる低圧側チェック弁46と、吸引室41と、原料供給低圧流路47と、原料吐出高圧流路48とを備える。
低圧側チェック弁46とピストンシールアッセンブリ26とが接続されており、この間には、供給された懸濁流体が満たされる空間が形成されており、圧力室37には、チャンバー供給超高圧配管9が接続されている。
The pump head 82 will be described with reference to the structural diagram of Fig. 3. The pump head 82, which is connected to the top of the crank portion 81, is provided with a pressure chamber 37, a high-pressure side check valve 45 consisting of a valve seat 39, a spring 38, and a ball 40, a low-pressure side check valve 46 consisting of a valve seat 43, a spring 44, and a ball 42, a suction chamber 41, a raw material supply low-pressure flow path 47, and a raw material discharge high-pressure flow path 48.
The low pressure side check valve 46 and the piston seal assembly 26 are connected, and a space is formed between them in which the supplied suspended fluid is filled, and the pressure chamber 37 is connected to the chamber supply ultra-high pressure piping 9.

ポンプヘッド82内の原料の流れを図3に示し、図上の上下関係で下記に具体的に示す。プランジャ27が収納されているピストンシールアッセンブリ26は、プランジャ27の摺動方向に配置される。プランジャ27がピストンシールアッセンブリ26内で上方向への上昇が止まり下方向に引き出され始めると、ボール40はバネの力と圧力室37の圧力により下がり隙間が閉じ、ボール42が下がり隙間が開き、原料供給ポンプ4の押し込み圧力によりプランジャ27の下降にともないピストンシールアッセンブリ26内の空間部分に吸入室41から原料供給低圧流路47を介して懸濁流体が速やかに吸入される(図3(i)から(ii))。
続いて、懸濁流体が原料供給低圧流路47を介して吸入されて、プランジャ27がピストンシールアッセンブリ26内の最底まで下降し上昇に転じるにつれて、バネの力とピストンシールアッセンブリ26内の圧力によりボール42が上がり隙間が閉じる。次いで、圧力が吐出圧力まで上昇し圧力室37よりも高まると、ボール40が上がり隙間が開き、懸濁流体が原料吐出高圧流路48を介して圧力室37へと吐出される(図3(ii)から(iii))。加圧吐出された懸濁流体は、チャンバー供給超高圧配管9を通じて高圧噴射ノズル11へ高圧送液される。
The flow of the raw material inside the pump head 82 is shown in Figure 3, and is specifically shown below in terms of the up-down relationship on the figure. The piston seal assembly 26 in which the plunger 27 is housed is disposed in the sliding direction of the plunger 27. When the plunger 27 stops rising upward inside the piston seal assembly 26 and starts to be pulled downward, the ball 40 moves down due to the force of the spring and the pressure of the pressure chamber 37, closing the gap, and the ball 42 moves down and opening the gap, and as the plunger 27 moves down due to the pushing pressure of the raw material supply pump 4, the suspended fluid is rapidly sucked into the space inside the piston seal assembly 26 from the suction chamber 41 via the raw material supply low-pressure flow path 47 (Figures 3(i) to (ii)).
Next, the suspension fluid is sucked in through the raw material supply low pressure flow path 47, and as the plunger 27 descends to the bottom inside the piston seal assembly 26 and then begins to rise, the spring force and the pressure inside the piston seal assembly 26 cause the ball 42 to rise and close the gap. Next, when the pressure rises to the discharge pressure and becomes higher than the pressure chamber 37, the ball 40 rises, the gap opens, and the suspension fluid is discharged into the pressure chamber 37 through the raw material discharge high pressure flow path 48 (FIGS. 3(ii) to (iii)). The pressurized and discharged suspension fluid is sent under high pressure to the high pressure injection nozzle 11 through the chamber supply ultra high pressure pipe 9.

以上のような構成を有する本願発明に係る微細化処理装置は、以下のような利点がある。以下、具体例として原料として、長繊維を含むパルプを用いた場合として説明する。
パルプを含む懸濁液を、原料タンク2と原料排出配管3と原料循環配管5及び原料タンク2の経路と、原料排出配管3と原料吸込み配管6と増圧機8及び原料返還配管7の経路の2つの経路の間で循環させることで、パルプが原料循環経路にて流動を維持した状態とすることができる。このような状態とすることによって、同経路内においてパルプ混合液が滞留沈降しパルプ濃度が上昇してしまうことを防ぎ、製造開始初期の動作不良や、製造途中での動作不良を無くすことが可能となる。
The micronizing apparatus according to the present invention having the above-mentioned configuration has the following advantages: A specific example will be described below in which pulp containing long fibers is used as the raw material.
The pulp-containing suspension can be kept in a state of flowing in the raw material circulation path by circulating between two paths, namely, the path between the raw material tank 2, raw material discharge pipe 3, raw material circulation pipe 5, and raw material tank 2, and the path between the raw material discharge pipe 3, raw material suction pipe 6, pressure booster 8, and raw material return pipe 7. By keeping it in this state, it is possible to prevent the pulp mixture liquid from stagnating and settling in the path, which would cause the pulp concentration to increase, and to eliminate malfunctions at the beginning of production and during production.

また、チャンバー10から排出される処理液を原料タンク2に返還し複数回の微細化処理を行う過程において、パルプの微細化により、徐々に粘度が上昇してきても、上記2つの経路で原料を常に一定以上の流速を維持して循環することによって原料自体の持つチキソトロピー性により、液粘度の低い流動状態に維持し、繊維の微細化処理を安定して実施することが可能となる。 In addition, in the process of returning the processing liquid discharged from the chamber 10 to the raw material tank 2 and carrying out multiple refining processes, even if the viscosity gradually increases due to the refining of the pulp, the raw material is circulated through the above two routes at a constant flow rate or higher, and the thixotropy of the raw material itself allows the liquid to be maintained in a flowing state with low viscosity, making it possible to stably carry out the fiber refining process.

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、実施例及び比較例に記載の粒度分布測定は以下の測定方法により測定した。 The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the particle size distribution described in the examples and comparative examples was measured by the following measurement method.

(粒度分布測定)
微細化処理後の分散液について以下の測定方法により、粒度分布測定を行った。
50ml遠沈管に各試料を入れ純水を加えて、0.1%微細状セルロース繊維分散液を40g調製した。次いで、ホモジナイザー(IKA製ウルトラタラックス T18)の先端を遠沈管の25mlの目盛付近まで挿入し、10,000rpmの条件で、3分間撹拌して測定に供した。
粒度分布測定装置は、Mastersizer3000(MalvernPanalytical社製)を用いた。
粒度分布測定装置の撹拌速度を3,000rpmとしてバックグラウンド測定後、サンプルを投入した。サンプル投入後、30秒経過時点で試料の測定を行った。5回の測定が終了したら装置の洗浄を行い、同様の手順で次の試料の測定を行った。測定結果は「体積分布」のデータとして5回の平均値を採用した。
(Particle size distribution measurement)
The particle size distribution of the dispersion after the micronization treatment was measured by the following measurement method.
Each sample was placed in a 50 ml centrifuge tube and purified water was added to prepare 40 g of a 0.1% fine cellulose fiber dispersion. The tip of a homogenizer (Ultra Turrax T18 manufactured by IKA) was then inserted into the centrifuge tube up to the 25 ml mark, and the mixture was stirred at 10,000 rpm for 3 minutes before measurement.
The particle size distribution measuring device used was Mastersizer 3000 (manufactured by Malvern Panalytical).
The stirring speed of the particle size distribution measuring device was set to 3,000 rpm, and the background measurement was performed, followed by adding the sample. After the sample was added, the sample was measured 30 seconds later. After five measurements were completed, the device was cleaned, and the next sample was measured in the same manner. The average value of the five measurements was used as the "volume distribution" data.

(実施例1)
図1に記載の本発明に係る微細化処理装置を使用して、原料供給ポンプの吐出圧力を0.35MPaとし、固形濃度2%の竹パルプを原料とした微細化処理を圧力200MPa、プランジャ往復速度はインバーター制御により400-500回/分で、微細化処理を行った。その際、チャンバー入口側に配した圧力計における圧力変動を測定した。なお、微細化処理を繰り返すことをpassといい、X回繰り返すことをXpassという。測定時間の内一分間の圧力変動測定結果を図4に示す。
Example 1
Using the refining treatment apparatus according to the present invention shown in Figure 1, the refining treatment was carried out with bamboo pulp having a solid concentration of 2% as the raw material at a discharge pressure of 0.35 MPa for the raw material supply pump, a pressure of 200 MPa, and a plunger reciprocating speed of 400-500 times/min by inverter control. During this treatment, the pressure fluctuation was measured using a pressure gauge placed on the inlet side of the chamber. Note that repeating the refining treatment is called a pass, and repeating X times is called Xpass. The results of the pressure fluctuation measurement over one minute of the measurement time are shown in Figure 4.

(比較例1)
図6に記載の湿式粉砕装置における増圧機110を油圧ブースター式超高圧ポンプに変更して、固形濃度2%の針葉樹パルプを原料とした微細化処理を圧力180MPaとして、微細化処理を行った。その際、チャンバー入口側に配した圧力計における圧力変動を測定した。測定時間の内一分間の圧力変動測定結果を図5に示す。なお、プランジャの往復スピードは、10-25回/分であった。
(Comparative Example 1)
The pressure booster 110 in the wet grinding apparatus shown in Figure 6 was replaced with a hydraulic booster type ultra-high pressure pump, and the milling process was carried out at a pressure of 180 MPa using softwood pulp with a solid concentration of 2% as the raw material. At that time, the pressure fluctuation was measured using a pressure gauge placed on the inlet side of the chamber. The results of the pressure fluctuation measurement for one minute during the measurement time are shown in Figure 5. The reciprocating speed of the plunger was 10-25 times/minute.

図4に示すグラフにより、実施例1の噴射圧平均は、200.19MPa、標準偏差は±2.39MPaであり、圧力幅は約15MPaであり、圧力変動幅は約8%であった。
また、図5に示すグラフにより、比較例1の噴射圧平均は、176.11MPa、標準偏差は±7.51MPaであり、圧力幅は約30MPaであり、圧力変動幅は約17%であった。なお、圧力変動幅が大きい状態では、各架台、各配管、チャンバーや高速噴射ノズル等の設備が破損するリスクが高いものとなると考えている。さらに副次的な効果として、実施例1では比較例1と比べて、1passに要する動力原単位を37%削減することができた。
According to the graph shown in FIG. 4, the average injection pressure in Example 1 was 200.19 MPa, the standard deviation was ±2.39 MPa, the pressure range was about 15 MPa, and the pressure fluctuation range was about 8%.
In addition, according to the graph shown in Figure 5, the average injection pressure in Comparative Example 1 was 176.11 MPa, the standard deviation was ±7.51 MPa, the pressure range was about 30 MPa, and the pressure fluctuation range was about 17%. It is considered that when the pressure fluctuation range is large, there is a high risk of damage to the equipment such as each stand, each pipe, chamber, and high-speed injection nozzle. Furthermore, as a secondary effect, in Example 1, the power consumption per pass was reduced by 37% compared to Comparative Example 1.

(実施例2)
図1に記載の本発明に係る微細化処理装置を使用して、原料供給ポンプの吐出圧力を0.35MPaとし、固形濃度1.20%の竹パルプを原料とした微細化処理を圧力200MPa、プランジャ往復速度を400-500回/分として、微細化処理を25pass行った。係る微細化処理における、20passと25pass時点の分散液について粒度分布測定を行い、体積基準平均径と比表面積を測定した。微細化処理に要した時間とともに、結果を表1に示す。
Example 2
Using the micronization treatment apparatus according to the present invention shown in Figure 1, the discharge pressure of the raw material supply pump was set to 0.35 MPa, and the micronization treatment was carried out for 25 passes using bamboo pulp with a solid concentration of 1.20% as the raw material at a pressure of 200 MPa and a plunger reciprocation speed of 400-500 times/min. In the micronization treatment, particle size distribution was measured for the dispersion at the 20th and 25th passes, and the volume-based average diameter and specific surface area were measured. The results are shown in Table 1 together with the time required for the micronization treatment.

(実施例3)
実施例2で用いた微細化処理装置を使用して、原料供給ポンプの吐出圧力を0.75MPaとし、固形濃度1.25%の竹パルプを原料とした微細化処理を圧力200MPa、プランジャ往復速度を400-500回/分として、微細化処理を35pass行った。係る微細化処理における、20pass、25pass及び35pass時点の分散液について粒度分布測定を行い、体積基準平均径と比表面積を測定した。微細化処理に要した時間とともに、結果を表1に示す。また繰返し回数を増やすほどに処理液は滑らかとなるため原料供給ポンプの吐出圧力を下げても問題なく操業することができ、0.30MPaでも運転できることを確認した。
Example 3
Using the micronization treatment device used in Example 2, the discharge pressure of the raw material supply pump was set to 0.75 MPa, and the micronization treatment was performed 35 times using bamboo pulp with a solid concentration of 1.25% as the raw material at a pressure of 200 MPa and a plunger reciprocation speed of 400-500 times/min. In the micronization treatment, particle size distribution was measured for the dispersion liquid at 20 passes, 25 passes, and 35 passes, and the volume-based average diameter and specific surface area were measured. The results are shown in Table 1 along with the time required for the micronization treatment. In addition, since the treatment liquid becomes smoother as the number of repetitions increases, it is possible to operate without problems even if the discharge pressure of the raw material supply pump is lowered, and it was confirmed that operation is possible even at 0.30 MPa.

(実施例4)
実施例2で用いた微細化処理装置を使用して、原料供給ポンプの吐出圧力を0.54MPaとし、固形濃度1.19%の竹パルプを原料とした微細化処理を圧力200MPa、プランジャ往復速度を400-500回/分として、微細化処理を25pass行った。係る微細化処理における、23passと25pass時点の分散液について粒度分布測定を行い、体積基準平均径と比表面積を測定した。微細化処理に要した時間とともに、結果を表1に示す。
Example 4
Using the micronization treatment device used in Example 2, the discharge pressure of the raw material supply pump was set to 0.54 MPa, and the micronization treatment was performed for 25 passes using bamboo pulp with a solid concentration of 1.19% as the raw material at a pressure of 200 MPa and a plunger reciprocation speed of 400-500 times/min. In the micronization treatment, particle size distribution was measured for the dispersion at the 23rd and 25th passes, and the volume-based average diameter and specific surface area were measured. The results are shown in Table 1, along with the time required for the micronization treatment.

(比較例2)
比較例1において使用した湿式粉砕装置を使用して、固形濃度1.19%の竹パルプを原料とした微細化処理を圧力200MPa、微細化処理を50pass行った。係る微細化処理における、50pass時点の分散液について粒度分布測定を行い、体積基準平均径と比表面積を測定した。微細化処理に要した1Lの処理時間とともに、結果を表1に示す。なお、プランジャの往復スピードは、15-25min-1であった。
(Comparative Example 2)
Using the wet grinding apparatus used in Comparative Example 1, bamboo pulp with a solid concentration of 1.19% was used as the raw material for the micronization treatment at a pressure of 200 MPa for 50 passes. The particle size distribution of the dispersion at the 50-pass point in the micronization treatment was measured, and the volume-based average diameter and specific surface area were measured. The results are shown in Table 1, along with the processing time per liter required for the micronization treatment. The reciprocating speed of the plunger was 15-25 min -1 .

Figure 0007699189000001
Figure 0007699189000001

表1の比較例2の結果から、油圧ブースター式超高圧ポンプを用いた湿式粉砕装置では、体積基準算術平均径を2.5μm以下にするために、必要な繰返し処理回数が50回要した。
一方、本発明に係る微細化処理装置を使用した場合には、油圧ブースター式超高圧ポンプを用いた湿式粉砕装置と比較して微細化処理回数は、概ね半分の処理回数で、体積基準算術平均径が1.5μmとなった。
この結果により、本発明に係る微細化処理装置に必要な時間を半分以下に削減することできることが明らかとなった。また1passに要する動力原単位を37%削減し63%に抑えることができた結果を加味すると、動力も63%×0.5=31.5%まで68.5%の大幅削減が達成できることが明らかとなった。また、圧力変動幅を抑えることができることから、微細化処理の再現性が高くなることが考えられる。
From the results of Comparative Example 2 in Table 1, in the case of the wet-type grinding apparatus using the hydraulic booster type ultra-high pressure pump, the number of repeated processes required to reduce the volume-based arithmetic mean diameter to 2.5 μm or less was 50 times.
On the other hand, when the micro-pulverization treatment device according to the present invention was used, the number of micro-pulverization treatments was roughly half that of the wet-type pulverization device using a hydraulic booster-type ultra-high pressure pump, and the volume-based arithmetic mean diameter was 1.5 μm.
From this result, it became clear that the time required for the micronization processing apparatus according to the present invention can be reduced by half or more. In addition, when the power consumption rate required for one pass was reduced by 37% to 63%, it became clear that the power consumption could be reduced by 63% x 0.5 = 31.5%, which is a significant reduction of 68.5%. In addition, since the pressure fluctuation width can be suppressed, it is considered that the reproducibility of the micronization processing can be improved.

油圧ブースター式超高圧ポンプ方式においては、ピストン往復速度が遅く、ストライベック曲線における境界潤滑状態か、境界潤滑状態から混合潤滑状態との境目付近にあるものと考えられる。そのためピストン摺動時の負荷増により、1パスに必要な電力原単位が大きい値となってしまっていた。
この点、クランクシャフト方式における増圧機は、プランジャ往復速度が速く、ストライベック曲線における流体潤滑ゾーンにて、プランジャの摺動が行われるようになったと考えられる。そのため駆動に必要なモータを小さくすることも可能となり、その結果として、微細化処理装置自体の大きさも小さくすることが可能となった。
In the hydraulic booster type ultra-high pressure pump system, the piston reciprocating speed is slow, and it is considered to be in the boundary lubrication state on the Stribeck curve, or near the border between the boundary lubrication state and the mixed lubrication state. Therefore, the load increases when the piston slides, and the power consumption rate required for one pass becomes large.
In this regard, it is considered that the plunger reciprocation speed of the crankshaft type intensifier is fast, and the plunger slides in the fluid lubrication zone of the Stribeck curve. Therefore, it is possible to reduce the size of the motor required for driving, and as a result, the size of the micro-processing device itself can also be reduced.

(実施例5)
実施例4の微細化処理において、1pass~25passのそれぞれの処理で得られた処理液の透過率を、紫外可視分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製:U-3900)を用いて測定した。図5にそれぞれの値をプロットしたグラフを示す。
Example 5
In the micronization treatment of Example 4, the transmittance of the treatment solution obtained in each of the treatments of 1 pass to 25 passes was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (U-3900, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). A graph in which each value is plotted is shown in FIG.

(比較例3)
比較例2の微細化処理において、1pass~50passのそれぞれの処理で得られた処理液の透過率を、紫外可視分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ社製:U-3900)を用いて測定した。図5にそれぞれの値をプロットしたグラフを示す。
(Comparative Example 3)
In the micronization treatment of Comparative Example 2, the transmittance of the treatment solution obtained in each of the treatments from 1 pass to 50 passes was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (U-3900, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). A graph in which each value is plotted is shown in FIG.

図7のグラフにより、実施例4の方が各passにおける透過率が高く、同一処理回数においても、本発明に係る微細化処理装置を用いて微細化処理を行う方が、細かく微細化処理できていることが考えられる。 The graph in Figure 7 shows that Example 4 has a higher transmittance in each pass, and that even with the same number of processing steps, the micro-finishing process performed using the micro-finishing process device according to the present invention is able to achieve finer micro-finishing.

1:微細化処理装置、2:原料タンク、3:原料排出配管、4:原料供給ポンプ、5:原料循環配管、6:原料吸込配管、7:原料返送配管、8:増圧機、9:チャンバー供給超高圧配管、10:チャンバー、11:高圧噴射ノズル、12:チャンバー出口配管、13:処理液タンク、14:処理液排出配管、15:処理液返送ポンプ、16:冷却器送り配管、17:冷却器、18:処理液返送配管、19:ヘッドタンク、20:払出配管、21:製品回収配管、22:製品タンク、23:撹拌装置、24:排出弁、25:連通口、26:ピストンシールアッセンブリ、27:プランジャ、28:連結ピン、29:コネクティングロッド、30:クランクシャフト、31:クランクピン、32:噛み合い歯車、33:メイン歯車、34:クランクジャーナル、35:動力、36:ジャーナル、37:圧力室、38:スプリング、39:弁座、40:ボール、41:吸引室、42:ボール、43:弁座、44:スプリング、45:高圧側チェック弁、46:低圧側チェック弁、47:原料供給低圧流路、48:原料吐出高圧流路、81:クランク部、82:ポンプヘッド、83:クランク軸、107:チャンバー、108:高圧噴射ノズル、109:タンク、110:増圧機、111:熱交換器

1: Micronization treatment device, 2: Raw material tank, 3: Raw material discharge pipe, 4: Raw material supply pump, 5: Raw material circulation pipe, 6: Raw material suction pipe, 7: Raw material return pipe, 8: Pressure booster, 9: Chamber supply ultra-high pressure pipe, 10: Chamber, 11: High pressure spray nozzle, 12: Chamber outlet pipe, 13: Treatment liquid tank, 14: Treatment liquid discharge pipe, 15: Treatment liquid return pump, 16: Cooler feed pipe, 17: Cooler, 18: Treatment liquid return pipe, 19: Head tank, 20: Discharge pipe, 21: Product recovery pipe, 22: Product tank, 23: Agitator, 24: Discharge valve, 25: Communication port, 26: Piston seal assembly, 27: Plunger, 28: Connecting pin, 29: connecting rod, 30: crankshaft, 31: crank pin, 32: meshing gear, 33: main gear, 34: crank journal, 35: power, 36: journal, 37: pressure chamber, 38: spring, 39: valve seat, 40: ball, 41: suction chamber, 42: ball, 43: valve seat, 44: spring, 45: high pressure side check valve, 46: low pressure side check valve, 47: raw material supply low pressure flow path, 48: raw material discharge high pressure flow path, 81: crank portion, 82: pump head, 83: crankshaft, 107: chamber, 108: high pressure injection nozzle, 109: tank, 110: pressure booster, 111: heat exchanger

Claims (2)

少なくとも、原料タンクと、原料供給ポンプと、
原料排出配管、原料吸込配管、原料返送配管及び/又は原料循環配管と、
クランク駆動方式であって、プランジャ往復速度が60-1000回/分である増圧機と、
微細化処理手段を備えるチャンバーと、
処理液返送配管を備える微細化処理装置であって、
前記原料供給ポンプと前記原料吸込配管は、原料を前記増圧機へ加圧供給するために、前記原料供給ポンプと前記原料タンク及び前記原料排出配管とが接続され、前記原料供給ポンプと前記原料吸込配管とが接続され、前記原料吸込配管と前記増圧機が接続されたものであり、
前記原料循環配管と前記原料返送配管は、原料を前記増圧機と前記原料タンクの間で循環させるために接続されたものであり、
前記処理液返送配管は、微細化処理された処理液を前記チャンバーから前記原料タンクへ返送するためのものである、微細化処理装置。
At least a raw material tank, a raw material supply pump,
A raw material discharge pipe, a raw material suction pipe, a raw material return pipe, and/or a raw material circulation pipe;
A crank-driven intensifier with a plunger reciprocating speed of 60-1000 times/min ;
A chamber equipped with a micro-processing means;
A micronization treatment apparatus having a treatment liquid return pipe ,
the raw material supply pump and the raw material suction piping are connected to the raw material tank and the raw material discharge piping, the raw material supply pump is connected to the raw material suction piping, and the raw material suction piping is connected to the booster, in order to supply the raw material under pressure to the booster ;
the raw material circulation pipe and the raw material return pipe are connected to circulate the raw material between the booster and the raw material tank ,
The processing liquid return pipe is for returning the processing liquid that has been subjected to the micronization treatment from the chamber to the raw material tank .
前記原料供給ポンプは、原料を前記増圧機へ0.2MPa以上、10Mpa以下で加圧供給する、
請求項1に記載の微細化処理装置。
The raw material supply pump supplies the raw material to the pressure booster at a pressure of 0.2 MPa or more and 10 MPa or less.
The microfabrication processing apparatus according to claim 1 .
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