JPH0153571B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉粒体の混合撹拌及び冷却、固−気
反応、固−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こと、気体に同伴する粉粒体
が少ないこと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号公報及び同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
速で回転させりことが知られている（例えば、月
島機械、回転デイスク溝型乾燥機；玉川機械、デ
イスクドライヤー；ホソカワミクロン、トーラス
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
備え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はできず、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。

本発明は公知の撹拌装置における問題点を解消
した粉粒体の撹拌装置を提供する。

即ち、本発明は、内部を加熱又は冷却媒体が流
通する円盤状部材を取り付けた２本の回転軸が容
器本体の端壁を貫通して横方向に設けられてお
り、円盤状部材の外周に撹拌翼が取り付けられて
おり、上記円盤状部材は、回転軸への取付け部で
厚みが大きく撹拌翼の取付け部で厚みが小さくな
つている円錘形状であり、容器本体の上部に容器
本体の軸線方向に長く延びた突出室が、突出室の
両側端が回転軸の中心ないしそれよりも内側にな
るように容器本体と連通させて設けられており、
容器本体の底部及び側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いることを特徴とす
る粉粒体の撹拌装置である。

本発明の撹拌装置はつぎのような優れた特徴を
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い。

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、例えば粒子径、湿潤度、粘
性などに対して操作できる範囲が広い。

容器本体の上部に突出室が形成されているた
め、容器本体に供給されたガス又は容器本体内
で発生したガスは粉粒体の運動方向に対して直
角に横切つて突出室に排出される。さらに、撹
拌翼による粉粒体の運動速度が上記排出ガス速
度より大きいため、排出ガスに同伴される粉粒
体の量は極めて少ない。

次に本発明をその一実施例を示す図面に基いて
説明する。

容器本体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の両端壁
を貫通して横方向に設けられている。回転軸３
ａ，３ｂは軸受４で支持されている。回転軸３
ａ，３ｂは互いに平行に設けることが好ましい。
回転軸３ａ，３ｂの間隔は、後述する撹拌翼７
ａ，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。

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は第３図及び第５図に示すように、回転軸へ
の取付け部で厚みが大きく撹拌翼の取付け部で厚
みが小さくなつている円錘形状となつている。円
盤状部材の形状が第４図に示すような直方体状で
あると、装置運転時に粉粒体の流動抵抗が大きく
なつて良好な撹拌流動層が形成されにくくなる。

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７ａ，
７ｂの形状については特に制限はないが、容器本
体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、通常には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。

容器本体１の上部には、回転軸３ａ，３ｂの中
心かそれよりも内側に設けられた側壁８及び天井
壁９によつて、突出室１０が形成されている。側
壁８は図示するように垂直状態で設けることが好
ましい。両側壁８間の距離（Ｌ）は、回転軸３
ａ，３ｂの軸心間距離（Ｌ）の0.5〜１倍である
ことが好ましい。突出室１０の高さ（Ｌ）は、上
記Ｌの0.5〜１倍であることが好ましい。

容器本体１の底部及び側部は、撹拌翼７ａ，７
ｂの先端の軌跡に沿つた部分円筒で構成されてい
る。容器本体１の底部において撹拌翼７ａ，７ｂ
の先端の軌跡が離れている場合は、その中間部分
に山形の接続部を設けることが好ましい。容器本
体１の内壁と撹拌翼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。

付着性のある粉粒体を処理する場合は、第６図
に示すように、回転軸３ａ，３ｂの軸心より下方
の位置に、円盤状部材５ａ，５ｂの表面及び回転
軸３ａ，３ｂの外周に近接して、粉粒体が流通す
る開口部１１を有する掻取具１２ａ，１２ｂを設
けることが好ましい。

容器本体１の一端壁には堰１３が設けられてお
り、堰１３と連接して、粉粒体抜出ノズル１４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はなく、例えば、容器本
体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。

容器本体１の軸方向の長さは任意であるが、通
常撹拌翼７ａ，７ｂの回転角の直径の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度を越
えない傾斜で設置することも可能である。

次に、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２０及び２１から容器本体
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本体に供給される。ノズル
２２から液化ガスが供給される。

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。

容器本体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が停止した状態で回転軸
３ａ，３ｂ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、強制循環流
が形成されている。

重合反応熱は、ノズル２３からジヤケツト２に
供給され、図示しないノズルから排出される冷却
媒体、およびノズル２４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
２５から排出される冷却媒体によつて除去され
る。さらに、供給された液化ガスの蒸発潜熱によ
り直接粉体から除熱される。

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。

さらに、本装置は粉粒体の解砕能力が高く、粉
粒体の混合が良いために、液化ガスの蒸発速度が
高く、多量の液化ガスを蒸発させることが可能で
ある。

生成する重合体はノズル１４から抜き出され
る。未反応ガス及び気化ガスはノズル２６から抜
き出される。本発明の装置は、容器本体１の上部
に突出室１０が形成されているため、ノズル２６
から排出されるガスに同伴される粉粒体の量を極
めて少なくすることができる。

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、粉粒状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、ガス状物質と粉粒状固体物質との反応
あるいは異種の粉粒状固体物質相互の反応、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り、第３図及び第５図は
円盤状部材の断面図であり、第４図は比較のため
の円盤状部材の断面図であり、第６図は円盤状部
材と掻取具との相対位置関係を示す概略図であ
る。 １…容器本体、３ａ，３ｂ…回転軸、５ａ，５
ｂ…円盤状部材、７ａ，７ｂ…撹拌翼、１０…突
出室、１２…掻取具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部を加熱又は冷却媒体が流通する円盤状部
   材を取り付けた２本の回転軸が容器本体の端壁を
   貫通して横方向に設けられており、円盤状部材の
   外周に撹拌翼が取り付けられており、上記円盤状
   部材は、回転軸への取付け部で厚みが大きく撹拌
   翼の取付け部で厚みが小さくなつている円錘形状
   であり、容器本体の上部に容器本体の軸線方向に
   長く延びた突出室が、突出室の両側壁が回転軸の
   中心ないしそれよりも内側になるように、容器本
   体を連通させて設けられており、容器本体の底部
   及び側部が撹拌翼の先端の軌跡に沿つた部分円筒
   で構成されていることを特徴とする粉粒体の撹拌
   装置。