JPH09108557A

JPH09108557A - 撹拌処理方法

Info

Publication number: JPH09108557A
Application number: JP7293647A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yatomi; 隆一彌富; Hitomi Sato; 仁美佐藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【目的】撹拌槽の均一混合特性に優れた結合特殊翼が、
単に均一混合性のみでなく、実際の撹拌運転において製
品の性状、安定性および副生成物の低減等プロセス上の
改善効果があることを見い出し、この結合特殊翼を採用
した撹拌装置によって従来のパドル翼では得られない性
状の各種製品を得るのを可能とし、かつ、槽内付着物等
の操業上の問題点をなくした撹拌処理方法を提供する。【構成】竪形円筒撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回
転軸が配置され、該軸の下部に、該撹拌槽の底壁面と僅
かな間隙をもって平板状のボトムパドルが装着され、該
ボトムパドルの上側に、縦材と横材から成る格子翼が装
着された撹拌機を用いて、被撹拌流体の混合、溶解、晶
析、重縮合反応等の処理を行い、これらの処理に応じて
被撹拌流体の粒子径、液滴径その他濃度等を制御するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の被処理流体，半
流体，粉体等の撹拌処理方法に関し、特に槽内の各種流
体、半流体をボトムパドルと格子翼から成る組合せ翼に
よって撹拌しつつ溶解、重合、縮合等の反応処理を行う
流体処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種流体、半流体等の撹拌処理は一般
に、撹拌槽に処理物を投入し、該撹拌槽内の中心に設け
た撹拌翼の回転に伴なって槽内の処理物（被撹拌物質）
に旋回流と上下循環流を生じさせて撹拌を行う。撹拌効
果を高めるため撹拌翼の形状に種々の工夫が凝らされ、
例えばパドル翼，タービン翼，プロペラ翼等があり、ま
た翼下部を平板状のボトムパドルとし、中央〜上部を縦
材と横材から成る格子翼としたものも開示されている
（例えば特公平１−３７１７３号）。

【０００３】撹拌処理の形態としては、例えば低粘度域
および中粘度域での処理物の混合、固体粒子の処理物中
への懸濁，分散、処理物中への気体の分散、処理物の除
熱等があり、また単に槽内処理物の均一化のみでなく、
これによって各種の化学反応、濃縮、抽出、溶解、析
出、熱交換等多種のプロセス上の目的を有している。

【０００４】従来の撹拌処理は一般にはパドル翼、特に
多段パドル翼による撹拌装置で行うことが多。パドル翼
は槽中心の回転軸の下部に平板状の羽根板を固着した構
造のものであり、翼回転数を高くしてパドル翼の外端か
ら半径方向に吐出される流体の流量を多くすることによ
り、流体が槽壁に衝突して上方および下方に回り、再び
翼の箇所へ戻る循環流を生じさせて流体の混合を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来最もよく使われて
いる多段パドル翼による撹拌は、槽内の上下に不連続に
位置する翼が引き起こす流れの相互干渉が原因となり、
槽底部から液面までを１つの液流で循環させることが困
難である。このような撹拌装置で晶析操作（冷却晶析、
反応晶析、濃縮晶析）あるいは懸濁重合、乳化重合、塩
析・酸析操作等を行う場合、粒子径、液滴径の制御が困
難である。結晶等の固体粒子の浮遊、均一分散のために
は比較的高速で翼を回転させる必要があり、撹拌翼によ
る結晶粒子等の物理的破砕が生じ、微細な結晶（微粉）
が多く生成される。また、翼近傍が高剪断場となるた
め、粒子または液滴の形成過程において微細な粒径のも
のが多くなる。これらの微粉は後工程における脱水時の
フィルタの目詰りおよび乾燥時の粉舞い等のトラブルの
原因となる。また撹拌回転数を変化させて粒子径の制御
を行う場合、翼近傍と槽壁付近での剪断力の差により粒
子径分布が拡大する。さらに、大粒径の粒子を得るには
低速回転での運転が必要となるが、従来のパドル翼で
は、固体粒子の分散不良、槽底部への沈降等により、粒
子径の揃った大粒径粒子の液が得られにくいといった問
題があった。

【０００６】また、従来の撹拌機による晶析操作、懸濁
重合、モノマー脱揮槽、ポリマービーズの洗浄槽におい
ては、払い出しスラリー液の濃度の変動が大きい。スラ
リー液を払い出して後工程の脱水工程へ送る場合、この
スラリー濃度の変動は、脱水機の負荷に大きく影響を及
ぼすため、均一な濃度での払い出しが必要である。従来
のパドル翼では、払い出し時の液レベル変化でフローパ
ターンが変わり、スラリーの分散状況が変化するので、
均一な濃度での払い出しが困難である。脱水機の能力
も、濃度変化時のピーク濃度に支配されるため、過剰な
能力、設備が必要となる。

【０００７】晶析操作、懸濁重合、乳化重合、溶液重合
の反応において、槽内壁面および撹拌軸や撹拌翼への付
着物が発生する。従来のパドル翼では、翼近傍と槽壁付
近の液流動状況が大きく異なるため、槽壁部の流動が悪
化し、槽内壁への付着が助長される。特に、冷却晶析に
おいては、槽外側のジャケットからの冷却により槽壁金
属温度が低下するため、壁面部の流動低下により、金属
面上での結晶核の発生、成長による結晶固着が見られ
る。このような付着が形成されると、ジャケットからの
伝熱能力が著しく低下し、冷却時間の増大等プロセス面
での悪影響が大となる。また、強剪断を嫌うＡＢＳ樹脂
等の乳化重合では、パドル翼近傍での剪断凝集による撹
拌軸および翼への付着が見られる。さらに、酢ビ系の乳
化重合に見られるような比較的高粘度系へのモノマー
（低粘度）のフィードにおいては、液界面の巻き込み不
良により、液面の軸部にモノマー滞りが生じ、異常重合
物（ゲル化物）が生成され、これが撹拌軸に付着する。

【０００８】懸濁重合、乳化重合において、液中での凝
集物が発生する。パドル翼では槽内剪断強さの分布が大
きいため、強剪断場（翼付近）では剪断凝集によるフロ
ックが、また翼から大きく離れた槽壁付近では混合不良
による分子凝集が発生する。このフロックは反応終了後
の払い出し時にストレーナ等で回収、除去する必要があ
り、運転操業上のデメリットは大きい。また懸濁重合で
の大粒径化においても、或る程度以下の回転数になる
と、固体粒子の分散不良により槽底部に凝集物が発生
し、大粒径の粒子が得られない。

【０００９】溶液重合、クラムフォーマー、モノマー脱
揮槽、塊状重合において、エントレ（飛沫同伴）および
フォーミング（発泡）が発生する。一般に槽内液の溶剤
を真空条件下で蒸発させる系では、脱揮速度を上げるた
め、極力高真空下で運転をする。しかし、パドル翼では
気液界面の流動が悪く、蒸発量の増大につれてエントレ
およびフォーミングが発生し、それ以上は蒸発量を上げ
られない。特に、溶液重合、塊状重合等の高粘度系では
突沸現象が生じやすい。

【００１０】塊状重合、溶液重合において高粘度系での
脱揮速度が低下する。高粘度系では、パドル翼の場合、
液面の更新速度が小さいため、気液界面からの脱揮速度
が粘度の増大につれ、極端に低下する。特に、非ニュー
トン流体の場合（ポリマー系ではほとんどが非ニュート
ン性を示す）、翼取付け高さから液面が大きく離れる
と、翼からの循環流が液界面まで伝播せず、脱揮性能が
低下する。

【００１１】少量多品種によるバッチ処理操作およびモ
ノマーの分流等、運転時に液量の増大が起こる操作にお
いて、液レベル変化に対応できない。従来の多段パドル
翼の場合、液高さと翼の取付け高さの位置関係により、
フローパターンが変化し、槽内の混合状況が液深により
異なってしまう。また、コイル、ジャケットでの伝熱性
能が液高さ方向で変化しているため、液面の変化に応じ
て伝熱能力が変化する。したがって安定した運転ができ
ない。ＥＯ、ＰＯの付加反応等、初期仕込み量を極力少
なくしたい系では、通常のパドル翼を用いては翼高さ以
下の液量で運転できない。

【００１２】モノマー滴下の酸化重合あるいは重合末期
での各種添加剤の均一混合操作の場合、異粘度系での混
合不良が生じる。従来の多段パドル翼では、上・下段で
各々独立したフローパターンとなるため、槽内液高さ方
向の液の入れ替えが悪くなる。特に、酢ビ系の乳化重合
に見られるような高粘度流体への低粘度モノマーの連続
フィードでは、低粘度液の高粘度液中への食い込みが弱
く、フィード速度を落とさざるを得ない。また、重合末
期での反応停止剤等の低粘度液（少量）の均一分散不良
により、重合度のコントロール性が悪い。

【００１３】水添反応あるいは塩素化反応の場合、気・
液界面からのガス巻き込み性能の低下が見られる。密閉
系でのガス吸収反応（水添反応等）では、反応後期は、
気・液界面からのガス巻き込みが反応進行のポイントと
なる。気相部の圧力が低下しない限り、ガスをフィード
できないので、パドル翼のような界面からの巻き込み量
の小さい翼ではほとんど反応が進行しなくなる。気・液
界面付近に翼を取り付けても、上下の液循環が少ないた
め、液面付近のみのガス巻き込みとなり、効果は小さ
い。

【００１４】生分解性ポリマー、バイオセルロース、熱
可塑性エラストマー等、高粘度系の生成処理でのガス吸
収性能が低下する。低粘度系のガス吸収で一般に使用さ
れるパドル翼、タービン型翼は、高粘度では翼部に大き
な気泡滞りができ、翼が気泡の中で空回りするため、極
端に動力が低下し、液の吐出性能が大幅に低下する。ま
た、吐出性能低下による全体循環流の現象は、槽内上下
のＰＨ、濃度、温度のムラを発生させることになる。

【００１５】ＰＶＡ、酢酸セルロース、リグニン等の粉
体溶解操作において、粉体溶解時のダマ（未溶解物）が
発生する。粉体の溶媒中への直接投入において、母液の
粘度が増大した場合、パドル翼では液界面の巻き込み流
が弱いため、液面に投下された粉体が液中へ巻き込まれ
ず高粘度流体面に積層してしまい、大きなダマを形成し
てしまう。形成されたダマは、流れの弱い槽壁内面に付
着し、いつまでも溶解せずに残ってしまう。

【００１６】固体（金属触媒）を用いたガス吸収反応に
おいて、固体触媒が破砕される。槽内に固体触媒を用い
た場合、パドル翼の如き高速回転翼では、触媒が破砕さ
れ、活性を失ってしまう。比較的高価な金属触媒では、
その再利用も重要視されており、破砕の少ない撹拌翼が
要望されている。酵素等の担持体は寒天状の非常にやわ
らかい物が多く、パドル翼での高剪断撹拌では破砕され
てしまう例が多い。

【００１７】ＰＳ、ＰＰ等の懸濁、析出重合、高濃度晶
析等の操作において、高濃度スラリーでの分散不良が発
生する。例えばスラリー濃度が４０〜５０ｗｔ％程度以
上となると、液性状がシャーベット状となり、小形のパ
ドル翼では翼部分のみが流動するのみで槽壁部が動かな
くなる。液流動が翼付近のみで起こり、回転数を上げて
も空回りを起こし、動力増大、循環流の形成につながら
ない。

【００１８】本発明は、撹拌槽の均一混合特性に優れた
結合特殊翼が、単に均一混合性のみでなく、実際の撹拌
運転において製品の性状、安定性および副生成物の低減
等プロセス上の改善効果があることを見い出し、この結
合特殊翼を採用した撹拌装置によって従来のパドル翼で
は得られない性状の各種製品を得るのを可能とし、か
つ、槽内付着物等の操業上の問題点をなくした撹拌処理
方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る撹拌処理方
法は、竪形円筒撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転
軸が配置され、該軸の下部に、該撹拌槽の底壁面と僅か
な間隙をもって平板状のボトムパドルが装着され、該ボ
トムパドルの上側に、縦材と横材から成る格子翼が装着
された撹拌機を用いて、被撹拌流体の混合、溶解、晶
析、重縮合反応等の処理を行い、これらの処理に応じて
前記被撹拌流体の粒子径、液滴径その他濃度等の制御を
行うことを特徴とするものである。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例について図面を参照し
つつ説明する。本実施例による撹拌装置は、撹拌槽内中
心部に槽外から回転可能な撹拌軸を配設し、該軸に、槽
底壁面に下端部を摺接させて槽底部に配置されるボトム
パドルを装着し、前記撹拌軸のボトムパドルより上位部
分に、アーム部分と該アーム部分に対して直角方向にの
びるストリップから構成される格子翼を結合するととも
に、前記撹拌槽の側壁面に下部から上部まで軸方向に沿
う複数本の邪魔板を間隔をおき配設した構造を有してい
る。この撹拌翼をここでは結合撹拌翼と称する。図１を
参照してその具体的構造を説明すれば、図中１は円筒形
撹拌槽で、該槽１内中心部には撹拌軸２が配設されてい
る。撹拌軸２は、一端を槽底部に軸受３を介して支持さ
れ、かつ、他端を槽頂部上の駆動装置４にカップリング
５を介して接続されている。

【００２１】７は２枚パドルのボトムパドルで、撹拌軸
２の下端部に装着されており、その下端部は撹拌槽１の
底壁面に摺接している。なおボトム下端と槽底のクリア
ランスは槽内径の１〜１０％以内が好ましい。このた
め、このボトムパドル７は、従来公知のパドル翼と馬蹄
型翼、アンカー型翼の両特性（吐出、剪断掻取り）、つ
まりパドル翼の液を半径方向に吐出する特性と、馬蹄型
翼、アンカー型翼の壁面付着物を掻き取り、飛散、浮遊
させる特性とを併せ備えている。

【００２２】６は格子翼で、撹拌軸２のボトムパドル７
より上位部分に装着されている。この格子翼６は、アー
ム部分８とストリップ９とから構成され、アーム部分８
は槽径方向にのびる板棒状の２枚パドルであり、ストリ
ップ９はアーム部分８と直角方向にのびる板棒状のもの
である。このため、格子翼６は、回転時、各構成部材端
で液を剪断し細分化するととも、各構成部材の後側で発
生する微小の渦により前記細分化された液を混合する特
性を備えている。

【００２３】１０は平板形の邪魔板で、撹拌槽１の側壁
面に間隔をおき複数本配設されている。この邪魔板１０
は、撹拌槽１の側壁面下部から上部まで撹拌軸２方向に
連続しており、ボトムパドル７から吐出された液を円運
動させずに撹拌槽１上部まで上昇させる特性を備えてい
る。なお、ここでは撹拌軸２を槽外から駆動するための
駆動装置４を槽頂部側に設けた例につき説明したが、該
装置４を槽底部側に設けてもよい。また、槽底部の軸受
３は、製品の混入、付着等で問題がある場合は、外して
軸受なしで運転することもできる。

【００２４】この撹拌装置では、撹拌操作の中で注目操
作（例えば混合、溶解、各種反応等）により、また所要
容量により、その構成部材比が設定されるが、その主な
作用は次に述べるとおりである。

【００２５】格子翼６とボトムパドル７を回転させる
と、撹拌槽１内に満たされた液は、ボトムパドル７によ
り槽底壁面への付着を阻止されつつ半径方向に吐出され
て槽側壁面に衝突するとともに、邪魔板１０により円運
動を抑制されて槽上部へと上昇させられ、槽上部の側壁
側から中心側へ移動して撹拌軸２および格子翼６の最上
段アーム部分８の近傍から下方へと移動し、ボトムパド
ル７の所へ戻る。かかる大きな循環流の中で、ボトムパ
ドル７より上位に配置された格子翼６のアーム部分８と
ストリップ９により下降中の液が剪断細分化され、この
細分化された液は、アーム部分８とストリップ９の後側
に発生する微細渦に巻き込まれて混合される。また図示
のごとく、ボトムパドル７は、撹拌槽１の底部に摺接配
置されることにより、パドル翼と馬蹄型翼、アンカー型
翼としての両作用を併有する。邪魔板１０は、ボトムパ
ドル７により槽側壁側に吐出された液が円運動しないで
上昇流となるようその発生を促進する作用を有してい
る。また、格子翼６のアーム部分８およびストリップ９
は、ボトムパドル７および邪魔板１０の働きで槽内を循
環する液をその下降過程で細分化、混合する作用を有す
る。

【００２６】次に、上述したボトムパドルと格子翼との
結合撹拌翼を有する撹拌装置で各種の反応操作を行う場
合の具体例を説明する。まず、晶析操作（冷却晶析、反
応晶析、濃縮晶析）、懸濁重合、乳化重合、塩析・酸析
操作を行う場合、粒子径、液滴径の制御が容易になされ
る。主な改善点として、（イ）低回転、低動力で固体粒
子の浮遊が達成でき、前記結合撹拌翼による固体粒子へ
の物理的破砕が少なく、高剪断場の解消により、微細粒
子が減少する。これによって、後工程の脱水、乾燥時間
が大幅に効率化された。（ロ）前記結合撹拌翼の回転変
化が液全体の循環に直接影響するため、回転数の制御で
粒子径の制御を容易に行い得る。また槽内剪断力の分布
が小さいため、粒子径分布がピーク性をもつ。（ハ）低
速回転運転が可能となり、大粒子の固体粒子が容易に得
られる。

【００２７】具体的な事例について説明する。固体粒子
の浮遊については、晶析処理操作においても他の固・液
撹拌処理と同様に析出終了時にはスラリー液となるた
め、析出した結晶粒子が均一分散となる操作条件を選定
することが最低限必要である。ここでは、槽底に沈降さ
せたイオン交換樹脂を用い、撹拌回転数を徐々に増大さ
せて各動力値を測定することにより、浮遊開始速度の確
認を行って分散特性を分析した。図２にスラリー液にお
ける従来翼Ｂ（傾斜パドル２段）と本発明に係る前記結
合撹拌翼Ａの回転数Ｎと単位消費動力Ｐｖの関係を示
す。図中の動力曲線が一度下降するポイントａ，ｂが分
散開始点である。動力下降の理由は、静止状態から撹拌
を開始すると低回転では未だ粒子が槽底に沈降している
ため、翼に固体粒子の摩擦抵抗がかかり、通常の均一液
相の場合よりかなり高い動力値を示すものの回転数が更
に上昇し、沈降粒子の浮遊が開始すると摩擦抵抗が急激
に低下し、これによって動力が下降するためである。こ
のポイントがマクロ的に見た浮遊開始点である。或る程
度浮遊が安定した後は、通常の均一液相の場合と同様に
回転数の３乗に比例して動力は増大する。

【００２８】図２からも明らかに、本発明に係る結合撹
拌翼Ａの場合、従来翼Ｂ（傾斜パドル型翼）の約１／２
の動力・回転数（５０ｒｐｍ）で分散が開始することが
分かる。この結合撹拌翼の低回転での分散性能の高さ
が、晶析操作における優位性の大きな要因となる。

【００２９】次に、翼による固体粒子への物理的破砕、
即ち生成結晶の破砕特性について検討した結果を述べ
る。実験に使用したバッチ式撹拌槽型晶析装置の例を図
３に示す。槽本体１１は、内径１３０ｍｍ，深さ１５
１．２ｍｍのアクリル製の水槽であり、この中に図１に
例示した本発明に係る結合撹拌翼Ａの撹拌槽１と平パド
ル２段の従来翼Ｂを持つ従来型撹拌槽１２を配置し、各
撹拌槽１，１２内に平板バッフル１３およびそれに近接
させて温度計１４を装着した。各撹拌翼Ａ，Ｂの回転軸
にそれぞれトルクメータ１５およびモータ１６を連結し
て回転させ、水槽内に冷却水管１７から冷却水を導入す
るようにした。

【００３０】実験に際し、水槽にて８０°Ｃに昇温した
温水にホウ酸を溶解し、１５％水溶液とした。これを水
槽に予め設置した撹拌槽１，１２内に移し、設定回転数
にて撹拌を行い、冷却水を通して撹拌槽壁より溶液の冷
却を行った。撹拌槽内が２７°Ｃとなった所で一定時間
保持し、その後撹拌を停止し、スラリー全量を吸引濾過
した。得られた結晶を乾燥器で７０°Ｃ，２時間乾燥し
た後、自動篩機にて得られた結晶の重量を測定した。条
件により撹拌槽壁および付着したスラリーとして取り出
せない結晶は掻き取り、乾燥後重量を測定した。

【００３１】このような装置で従来翼Ｂと本発明の結合
撹拌翼Ａに対し、ホウ酸結晶のふるい分けしたものを用
いて両翼の破砕特性の確認を行った。確認の条件を表１
（使用物の諸元）に示し、その結果を表２および図４，
図５に示す。均一分散撹拌条件として回転数Ｎは本発明
の結合撹拌翼の場合２３０ｒｐｍ、従来翼の場合４００
ｒｐｍ（両者の比は１：１．７４）であり、単位消費動
力Ｐｖは本発明の撹拌翼で０．３ｋｗ／ｍ³、従来の平
パドル型２段翼で０．９ｋｗ／ｍ³（両者の比１：３）
とした。表２は１８時間撹拌後の粒子径測定結果であ
り、図４は１８時間後の本発明の結合撹拌翼の粒子径分
布を、図５は同様に１８時間後の従来翼の粒子径分布を
示している。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】撹拌条件は両翼ともホウ酸結晶が槽液中に
均一分散し得るもので、室温にて１８時間連続で保持し
た。得られた結晶は晶析と同様の手順で重量測定した。
図４，図５で分かるように破線で囲まれた部分Ｅ，Ｆが
翼により破砕された結晶であり、平パドルの結晶破砕は
６８％と非常に大きな値ではあるが、１００μ以下の結
晶がないので、晶析操作中に翼により破砕された結晶は
ほぼ無視してよい。

【００３５】上述の実験条件で得られた種々の翼回転数
におけるホウ酸の粒子径分布の例を図６（本発明翼の場
合）、図７（従来翼の場合）に示し、またその実験結果
を表３および表４に示す。これらの図から分かるよう
に、回転数により粒子径の分布が変化し、回転数を低下
させるにしたがって代表径が次第に大きくなり、分布幅
が広くなることが分かる。しかし、本発明の結合撹拌翼
と従来翼との間にはピーク性に大きな差が出ているのが
見られる。これは撹拌特性に起因する槽内均一性の差が
出ている結果と判断される。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】晶析操作、懸濁重合、モノマー脱揮槽、ポ
リマービーズの洗浄槽において、払い出しスラリー液の
濃度が均一化される。具体的な改善点は、（イ）槽底部
からの吐出流が上下流形成の源となるため、液レベル変
化に対してフローパターンが一定であり、スラリーの分
散状況も変化しない。これによって払い出し開始から終
了まで均一濃度での払い出しが可能となった。（ロ）後
工程（脱水、乾燥）の機器コストのコンパクト化、小形
化が図られる。

【００３９】晶析操作、懸濁重合、乳化重合、溶液重合
の反応において、槽内壁面および撹拌軸、撹拌翼への付
着物の発生が低減する。具体的には、（イ）槽壁面に充
分な上昇流が形成されるため、晶析および高粘度系での
壁面付着物が減少する。（ロ）強剪断場の解消により、
乳化重合での剪断凝集が減少した。（ハ）高粘度液への
モノマー（低粘度液）の連続フィードにおいても、液面
からの強力な吸い込み流の形成により、モノマー滞りが
なく、ゲル化物が撹拌軸に付着することがなくなった。

【００４０】一般に乳化重合槽の運転に際してはフロッ
クの発生が問題となるが、本発明による場合、懸濁重
合、乳化重合において、液中での凝集物が生じない。具
体的には、（イ）槽内剪断力の分布が均一となり、剪断
凝集および分子凝集のフロック発生量が減少し、ストレ
ーナの洗浄回数が極端に減少した。また（ロ）懸濁重合
時、大粒径化を図るため、回転数を下げても分散不良に
よる凝集物の発生が見られなくなった。

【００４１】図８は、高粘度系乳化重合でのフロック発
生量を本発明の結合翼と従来翼の場合について比較して
示した図である。図中、イは本発明翼による全フロック
量、ロは従来翼（パドル型翼）による全フロック量、ハ
は本発明翼の場合の翼付着分のフロック量、ニは従来翼
への付着分のフロック量を示している。例えば単位消費
動力Ｐｖ＝０．５ｋｗ／ｍ³の条件で翼比較した場合、
翼面積の小さなパドル型翼の方が、本発明の結合撹拌翼
よりも翼への付着量が多く、剪断凝集によるフロックの
発生を裏付ける結果となっている。また、最終的なフロ
ックの発生量を比較した場合、本発明の翼による発生最
小値はパドル型翼の最小値と比べて１／２以下に減少し
ている。

【００４２】溶液重合、クラムフォーマー、モノマー脱
揮槽、塊状重合において、エントレ（飛沫同伴）および
フォーミング（発泡）が減少する。具体的には（イ）ボ
トムパドルからの強力な吐出流と上部格子部分で液上面
付近まで撹拌効果を発揮できるため、液界面の流動性が
向上し、エントレおよびフォーミングが減少する。また
（ロ）高粘度系でも、速い流れを保有できるため、突沸
等が抑制される。

【００４３】塊状重合、溶液重合において高粘度系での
脱揮速度の増大が図られる。具体的には（イ）液表面の
軸部に強い吸い込み流が形成されるため、液界面の更新
速度が増大し、高粘度系でも良好な脱揮性能を示す。ま
た（ロ）槽全体に広がった大形結合翼を用いるため、非
ニュートン流体に対しても、均一な剪断を与えて液面部
の見かけ粘度の増大を防止できる。

【００４４】少量多品種によるバッチ処理操作およびモ
ノマーの分流等、運転時に液量の増大が起こる操作にお
いて、液レベル変化に対し安定した運転が可能である。
即ち（イ）液深が変化しても、単位液量に与える消費動力Ｐ
ｖ値（ｋｗ／ｍ³）が一定であり、フローパターンの変
化も起らない。安定した混合状況を確保できる。（ロ）槽壁部の液流速が一定であり、高さ方向での伝熱
係数が安定していることにより、レベル変化でも安定し
た伝熱性能を示す。また（ハ）ボトムパドルが槽底部に
近接しているため、少量からの運転開始が可能である。

【００４５】図９は本発明の結合撹拌翼と従来のパドル
翼の伝熱性能を比較した図である。Ａは本発明に係る結
合撹拌翼の場合、Ｂは平パドル２段の従来のパドル型
翼、Ｃは平パドル１段の従来型翼の場合である。同じ単
位消費動力Ｐｖで本発明の撹拌翼の方が高い伝熱性能を
示しているのが分かる。なお、水または水＋固体のスラ
リー液でも本発明の撹拌翼の方が優れた伝熱性能を示
す。図１０はスラリー液の伝熱性能を本発明の結合撹拌
翼Ａと従来の傾斜パドル型３段翼Ｄとで比較したもので
ある。パドル型翼はスラリー濃度が高くなる（レイノズ
ル数Ｒｅが小となる）と、極端に伝熱性能が悪化する。
これは高濃度スラリーでの分散不良が原因と考えられ
る。これに対し、本発明の結合撹拌翼では伝熱性能の低
下は小さい。

【００４６】モノマー滴下の酸化重合あるいは重合末期
での各種添加剤の均一混合操作の場合、異粘系物質でも
良好な混合が得られる。具体的には、（イ）液界面に強
力な吸い込み流が生じるため、モノマーの連続フィード
においてもフィード量を上げた運転が可能である。
（ロ）重合末期の分添液の均一化が速く、重合度のコン
トロールが容易である。

【００４７】水添反応あるいは塩素化反応の場合、気・
液界面からのガス巻き込み能力が高い。（イ）水添反応
では気相部のＨ₂滞りからの液中への巻き込み能力が高
いため、気相部圧力が上昇することなく反応が短時間で
完結する。また（ロ）単なる液界面の乱れのみでなく、
槽内上下の液全体の循環が良好であり、この点からもガ
ス巻き込みが良好となる。

【００４８】特に水添反応槽の場合、撹拌による供給ガ
スの細分化および反応熱の除去が必要反応時間への重要
因子とされ、従来よりその対策として撹拌強度のアップ
（単位消費動力約３〜４ｋｗ／ｍ³）、および多重コイ
ル使用による伝熱面積増大等がなされてきた。しかし、
運転現場での実情としては、下部からフィードしたガス
は回転翼により細分化され、液中へ吸収されるものの大
部分は液界面から気相部へ抜け、気相部圧の上昇をもた
らす。その結果、液界面からのガス再巻き込みによる気
相部圧の低下を待たなければガスの追添ができなくな
る。このような状況下においては、ガス吸収速度は液界
面からの再巻き込みに大きく影響されることになる。各
翼の気液界面からのガス巻き込みによる液側物質移動容
量係数Ｈｒの比較を図１１に示す。ここでＡは本発明の
結合翼、Ｂは従来の平パドル２段翼、Ｔはタービン２段
翼、Ｐは傾斜パドル型２段翼の場合である。液は水と
し、消費動力Ｐｖは１ｋｗ／ｍ³とした。ガス分散に適
するといわれる多段タービン翼の場合、翼近傍でのガス
微細化能力は充分あるものの、液面からの気相部ガス巻
き込みに関しては、ほとんど期待できないことが分か
る。

【００４９】このような場合、ガス吸収速度の向上に関
しては、いかに液面からのガス再巻き込み量を増大させ
るかにポイントが移行する。本事例では、翼形状を従来
の多段タービン翼から本発明の結合撹拌翼へ替え、ガス
再巻き込み量および伝熱効率を増大させることにより、
反応時間および収率が著しく向上できた。図１２に実機
での従来翼の撹拌槽と本発明の結合撹拌翼の槽での運転
時間の比較を示した。図１２中イは本発明の結合撹拌翼
の撹拌槽（３ｍ³槽）、ロは従来の２段ディスクタービ
ン翼の撹拌槽（１ｍ³槽）の場合である。

【００５０】生分解性ポリマー、バイオセルロース、熱
可塑性エラストマー等、高粘度系の生成処理においても
ガス吸収性能が向上する。即ち（イ）高粘度系において
も、良好な全体循環流を形成できるので、翼部の気泡ダ
マリが解消され、高いガス吸収性を発揮する。（ロ）通
気時でも、単位消費動力の低下が少なく、濃度の均一化
が図れる。

【００５１】ＰＶＡ、酢酸セルロース、リグニン等の粉
体溶解操作において、粉体溶解時のダマの防止が図られ
る。具体的には、（イ）液面部の強力な吸い込み流によ
り、液面部に投下された粉体は瞬時に液中に巻き込ま
れ、翼格子部にて剪断を受ける。これによってダマの形
成が最小限に抑えられる。（ロ）したがって流れの比較
的弱い槽壁面部分にダマが溶解せずに残るということが
なくなる。

【００５２】固体（金属触媒）を用いたガス吸収反応に
おいて、固体触媒の破砕の危険が低減される。（イ）低
回転での分散性能により、マイルドな撹拌が可能とな
り、金属触媒の寿命を延長できた。また（ロ）例えば寒
天状の担持体および動物細胞においても、傷つけること
なく分散、反応が可能になった。

【００５３】固定化酵素を用いた加水分解反応にて、そ
の担体の撹拌による物理的破砕状況を本発明と従来とで
比較した例を挙げる。槽は平板２枚のバッフルを持つ平
底フラスコ槽、翼は３枚タービン１段の翼径５０ｍｍの
従来翼と本発明の翼径４２ｍｍの結合撹拌翼で、回転数
はいずれも６０ｒｐｍとした。タービン翼の場合、翼近
傍付近に強剪断場ができることにより担体の破砕が多く
見られたが、本発明の翼では全体循環流の中を担体が移
動するため、破砕は少ない。

【００５４】ＰＳ、ＰＰ等の懸濁、析出重合、高濃度晶
析等の操作において、高濃度スラリーへの対応が容易
で、良好な分散が確保される。（イ）ボトムパドルから
の吐出流により、槽壁の堆積スラリーを崩すため、高濃
度スラリーの使用濃度限界を向上させることができた。
また（ロ）従来のパドル型翼に比べ、より高濃度まで空
回り現象が発生しない。

【００５５】次に、本発明による撹拌処理方法の適用プ
ロセスの例を列記する。１．重縮合（縮合重合）プロセス（ａ）６．６ナイロン、ＰＥＴ、ＰＣの重合および予備
重合反応。（ｂ）ＰＥＴ、ＰＣのエステル化反応。（ｃ）芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、ポリスル
ホン、ＰＰＯ等。２．重付加プロセス（ａ）ポリウレタン（軟質、硬質）、エポキシ樹脂。（ｂ）ポリウレタン（熱可塑性、弾性繊維）。３．付加縮合プロセス（ａ）フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等。４．付加重合（４−１）塊状重合（ａ）ＬＤＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ、ＡＳ
等。（４−２）懸濁重合（ａ）ＰＶＣ、ＰＳ、ＥＰＳ、ＨＩＰＳ、メタクリル樹
脂、ＡＳ、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）。（ｂ）吸水性ポリマー（デンプン−アクリロニトリルグ
ラフト共重合体加水分解物、デンプン−アクリル酸グラ
フト共重合体中和物、ポリアクリル酸部分中和物架橋
体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体けん化
物、アクリル酸−アクリルアミド共重合体、イソブチレ
ン−マレイン酸共重合体）。（４−３）乳化重合（ａ）ＡＢＳ、ＰＶＣペースト。（ｂ）ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＣＲ。（ｃ）ラテックスの酸析、塩析槽。（ｄ）酢ビ系エマルジョン（ポリ酢酸ビニルエマルジョ
ン、酢酸ビニル−アクリル酸共重合エマルジョン、エチ
レン−酢酸ビニル共重合エマルジョン。（ｅ）．アクリル系エマルジョン。（４−４）溶液重合（ａ）ＨＤＰＥ、Ｌ−ＬＤＰＥ、ＰＰ、ＥＰＤＭ。（ｂ）合成ゴム（ＢＲ、ＩＲ、ＥＰＲ、ＥＰＤＭ、ＳＢ
Ｒ）、ＩＩＲ。（ｃ）ポリ酢酸ビニル。５．開環重合（ａ）６−ナイロン、ポリアセタール、シリコーン。６．晶析操作（ａ）ホウ酸、ＮａＣｌ、ＮａＣｌＯ₃、ＮａＣＯ₃Ｈ
₂Ｏ、Ｎａ₂ＳＯ₄、ＮＨ₄Ｃｌ、（ＮＨ₄）₂Ｓ
Ｏ₄、ＡＤＰ、アジピン酸、尿素、ナフタレン等。７．熱可塑性エラストマー（ａ）塩ビ系エラストマー（ＴＰＶＣ）。（ｂ）オレフィン系エラストマー（ＴＰＯ，ＥＰＤ
Ｍ）。（ｃ）スチレン系エラストマー（ＴＰＳ、ＳＢＳ、ＳＩ
Ｓ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ）。（ｄ）ポリエステル系エラストマー（ＴＰＥＥ）。（ｅ）ウレタン系エラストマー（ＴＰＵ）。（ｆ）ポリアミド系エラストマー（ＴＰＡＥ）。８．ＥＯ、ＰＯの付加反応、界面活性剤９．溶解操作（ａ）酢酸セルロース粉体、リグニン粉体、ＰＶＡ粉
体、シリコーンゴム、ＢＲ、ＣＭＣ。１０．培養操作（ａ）バイオセルロース、生分解性ポリマー（ヒアルロ
ン酸、ポリグルタミン酸ソーダ、キサンタンガム）。１１．脱水重縮合による生分解性ポリマー（ａ）ポリヒドロキシカルボン酸。

【００５６】本発明による結合撹拌翼を用いての撹拌処
理により得られる製品例を以下に列挙する。１．基礎原料（１）エチレン（２）プロピレン（３）ブタジエン
（４）芳香族（ＢＴＸ）。２．中間原料（１）アセトアルデヒド（２）酢酸（３）酢酸エチ
ル（４）酢酸ビニル（５）ＰＶＡ（ポバール）
（６）ＥＯ（エチレンオキサイド），ＥＧ（エチレング
リコール）（７）トリクロロエチレン（８）１・１
・１−トリクロロエタン（９）パークロロエチレン
（１０）合成エタノール（１１）オクタノール（１
２）ブタノール（１３）ＩＰＡ（イソプロピルアルコ
ール）（１４）ＰＯ（プロピレンオキサイド）（１
５）ＰＧ（プロピレングリコール）（１６）ＰＰＧ（ポ
リプロピレングリコール）（１７）ＡＮ（アクリロニ
トリル）（１８）エピクロルヒドリン（１９）フェ
ノール（２０）アセトン（２１）ビスフェノールＡ
（２２）アクリル酸エステル（２３）ＭＩＢＫ（メチ
ルイソブチルケトル）（２４）ＭＥＫ（メチルエチル
ケトン）（２５）無水マレイン酸（２６）無水フタ
ル酸（２７）スチレンモノマー（ＳＭ）（２８）ＭＭ
Ａモノマー（２９）パラキシレン（ＰＸ）（３０）
ＰＴＡ／ＤＭＴ（３１）シクロヘキサン（３２）カ
プロラクタム（ＣＰＬ）（３３）ＴＤＩ（トルイレン
ジイソシアネート）（３４）ＭＤＩ（ジフェニルメタ
ンジイソシアネート）（３５）メタノール（３６）
ビスフェノールＳ。３．合成洗剤原料（１）ノルマルパラフィン（２）合成高級アルコール
（３）アルキルベンゼン。４．合成繊維（１）ポリエステル繊維（２）アクリル繊維（３）
ナイロン繊維（４）ポリプロピレン繊維（５）ビニ
ロン繊維（６）ポリウレタン弾性繊維（７）炭素繊
維。５．合成ゴム（１）ＳＢＲ，ＮＢＲ（２）ＢＲ（３）ＩＲ
（４）ＣＲ（５）ＩＩＲ。（６）ＥＰＭ，ＥＰＤＭ
（７）ラテックス。６．合成樹脂（１）塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ／ＶＣＭ）（２）塩化
ビニリデン樹脂（３）低密度ポリエチレン（４）高
密度ポリエチレン（５）ポリプロピレン（６）ポリ
スチレン（７）ＡＢＳ樹脂（８）ＡＳ樹脂（９）
ＭＢＳ樹脂（１０）ＭＭＡ樹脂（ＰＭＭＡ）（１
１）ナイロン樹脂（１２）ポリ−４−メチルペンテン
−１（１３）アイオノマー（１４）石油樹脂（１
５）ポリウレタン（１６）エポキシ樹脂（１７）不
飽和ポリエステル樹脂（１８）フェノール樹脂（１
９）けい素樹脂（２０）ユリア樹脂（２１）メラミ
ン樹脂。７．エンジニアリングプラスチックス（１）ポリアミド樹脂（２）ポリアセタール（３）
ポリカーボネート（４）変性ポリフェニレンエーテル
（５）ポリブチレンテレフタレート（６）ポリテト
ラフルオロエチレン（７）ポリフェニレンスルフィド
（８）ポリスルホン（９）ポリエーテルイミド
（１０）ポリエーテルスルホン（１１）ポリエーテル
エーテルケトン（１２）ポリイミド（１３）フッ素
樹脂。８．ポリマーアロイ（１）ＰＡ／ＰＰＥ（２）ＰＡ／エラストマー
（３）ＰＡ／ＰＯ（４）ＰＡ／ＡＢＳ（５）ＰＯＭ
／エラストマー（６）ＰＣ／ＡＢＳ（７）ＰＣ／Ｐ
ＢＴ（８）ＰＣ／ＰＥＴ（９）ＰＣ／ＰＭＭＡ
（１０）ＰＢＴ／ＡＢＳ（１１）ＰＢＴ／ＰＥＴ
（１２）ＰＢＴ／ＰＰＥ（１３）ＰＰＥ／ＨＩＰＳ。９．熱可塑性エラストマー（１）スチレン系（２）１．２−ＰＢ系（３）オレ
フィン系（４）ウレタン系（５）エステル系
（６）アミド系（７）塩素化ＰＥ系（８）ＰＶＣ系
（９）ポリフルオロカーボン系（１０）その他のＴ
ＰＥ。１０．無機化合物（１）亜ヒ酸（２）アンモニウムミョウバン（３）
亜硫酸ナトリウム（４）塩化アンモニウム（５）塩
化カリウム（６）塩化カルシウム（７）塩化銀
（８）塩化コバルト（９）塩化ストロンチウム（１
０）塩化セシウム（１１）塩化第二水銀（１２）塩化
第一水銀（１３）塩化第二鉄（１４）塩化第一鉄
（１５）塩化タリウム（１６）塩化ナトリウム（１
７）塩化ニッケル（１８）塩化バリウム（１９）塩
化マグネシウム（２０）塩化ルビジウム（２１）塩
素酸カリウム（２２）過塩素酸ナトリウム（２３）
黄血塩（２４）過マンガン酸カリウム（２５）クロ
ム酸カリウム（２６）クロムミョウバン（２７）臭
化カリウム（２８）臭化鉛（２９）臭化ナトリウム
（３０）重クロム酸カリウム（３１）重炭酸カリウ
ム（３２）重炭酸ナトリウム（３３）硝酸アンモニ
ウム（３４）硝酸亜鉛（３５）硝酸カリウム（３
６）硝酸銀（３７）硝酸ストロンチウム（３８）硝
酸タリウム（３９）硝酸第二銅（４０）硝酸ナトリウ
ム（４１）硝酸鉛（４２）硝酸バリウム（４３）
水酸化カリウム（４４）水酸化カルシウム（４５）
水酸化ナトリウム（４６）水酸化バリウム（４７）
赤血塩（４８）炭酸カリウム（４９）炭酸ナトリウ
ム（５０）チオ硫酸ナトリウム（５１）ホウ酸（５
２）ホウ砂（５３）ミョウバン（５４）ヨウ化カリ
ウム（５５）ヨウ化ナトリウム（５６）硫酸アルミ
ニウム（５７）硫酸アンモニウム（５８）硫酸亜鉛
（５９）硫酸カリウム（６０）硫酸カドミウム
（６１）硫酸カルシウム（６２）硫酸第一鉄（６
３）硫酸銅（６４）硫酸ナトリウム（６５）硫酸ニ
ッケル（６６）硫酸マグネシウム（６７）リン酸ナ
トリウム（ＮａＨ₂ＰＯ₄）（６８）リン酸ナトリウ
ム（Ｎａ₂ＨＰＯ₄）（６９）リン酸ナトリウム（Ｎ
ａ₃ＰＯ₄）。１１．有機化合物（１）安息香酸（２）コハク酸（３）シュウ酸
（４）酒石酸（５）ブドウ酸（６）ピクリン酸
（７）フェノール（８）ショ糖（９）酢酸ナトリウ
ム（１０）酢酸カルシウム。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、竪
形円筒撹拌槽の中心に槽外から回転可能な回転軸が配置
され、該軸の下部に、該撹拌槽の底壁面と僅かな間隙を
もって平板状のボトムパドルが装着され、該ボトムパド
ルの上側に、縦材と横材から成る格子翼が装着された撹
拌機を用いて、被撹拌流体の混合、溶解、晶析、重縮合
反応等のプロセス処理を行うことにより、以下の効果が
発揮される。

【００５８】（１）低消費動力で、かつ、短時間で均一
混合を達成できる。（２）広範囲な粘度の流体に対応可能である。（３）粒子径、液粘径の制御が容易となり、粒子径分布
のピーク化および大粒子径化が可能となる。（４）スラリー払い出し時の濃度の安定化がもたらされ
る。（５）槽内壁面、撹拌軸および撹拌翼への槽内処理物の
付着が低減する。（６）液中凝集物の発生が低減する。（７）エントレ（飛沫同伴）およびフォーミング（発
泡）の発生が防止される。（８）高粘液の脱揮速度が向上する。（９）液レベル変化への対応が容易である。（１０）異粘系での均一混合化が達成される。（１１）気・液界面のガス吸収能および高粘度流体のガ
ス吸収能が向上する。（１２）粉体溶解時のダマ防止を図ることができる。（１３）撹拌翼による固体触媒の破砕防止が可能であ
る。（１４）高濃度スラリーの分散性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するのに使用される撹拌装
置の一例を示す概略的な断面斜視図である。

【図２】従来翼と本発明の結合撹拌翼の回転数と消費動
力の関係を示した図である。

【図３】生成結晶の破砕特性を調べる実験に使用したバ
ッチ式撹拌槽型晶析装置を示す図である。

【図４】本発明による結合撹拌翼による粒子径分布を示
した図である。

【図５】従来翼による粒子径分布を示した図である。

【図６】本発明翼を用いた場合の種々の翼回転数におけ
るホウ酸の粒子径分布を示す図である。

【図７】従来翼を用いた場合の種々の翼回転数における
ホウ酸の粒子径分布を示す図である。

【図８】高粘度系乳化重合でのフロック発生量を本発明
の結合撹拌翼と従来翼の場合について比較して示した図
である。

【図９】本発明の結合撹拌翼と従来のパドル型翼の伝熱
性能を比較した図である。

【図１０】スラリー液の伝熱性能を本発明の結合撹拌翼
と従来の傾斜パドル型３段翼とで比較して示した図であ
る。

【図１１】各翼の気液界面からのガス巻き込みによる液
側物質移動容量の比較図である。

【図１２】従来槽と本発明の結合撹拌翼の槽での運転時
間を比較した図である。

【符号の説明】

１撹拌槽２撹拌軸３軸受４駆動装置５カップリング６格子翼７ボトムパドル８アーム部分９ストリップ１０邪魔板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０８Ｆ 2/00 ＭＤＢＣ０８Ｆ 2/00 ＭＤＢＣ０８Ｇ 85/00 ＮＶＣＣ０８Ｇ 85/00 ＮＶＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】竪形円筒撹拌槽の中心に槽外から回転可能
な回転軸が配置され、該軸の下部に、該撹拌槽の底壁面
と僅かな間隙をもって平板状のボトムパドルが装着さ
れ、該ボトムパドルの上側に、縦材と横材から成る格子
翼が装着された撹拌機を用いて、被撹拌流体の混合、溶
解、晶析、重縮合反応等の処理を行い、これらの処理に
応じて前記被撹拌流体の粒子径、液滴径その他濃度等の
制御を行うことを特徴とする撹拌処理方法。