JPH09141085A

JPH09141085A - 円筒薄膜反応装置

Info

Publication number: JPH09141085A
Application number: JP7302645A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kawai; 隆川合; Kiyobumi Kida; 清文貴田; Keiji Shibata; 啓二柴田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1995-11-21
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】２種以上の原料を安価でかつ速やかに効率良
く混合することができる円筒薄膜反応装置の提供を目的
とする。【解決手段】２種以上の原料を供給し得る原料供給口
３’、４’、及び内壁部に取り付けられた混合促進部材
５を有する円筒薄膜反応装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２種以上の原料を
混合する円筒薄膜反応装置に関する。

【０００２】更に詳細には、静止型流体混合器（モーシ
ョンレスミキサー）であって２種以上の原料を薄膜状で
流動させつつ混合する円筒薄膜反応装置に関する。

【０００３】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】２種以上
の原料の混合が関与する多くの化学反応に於いては、混
合工程が重要な要件となる場合が多い。例えば小スケー
ルでは良好に進行する反応が、スケールアップした場合
に、攪拌機あるいは混合機の混合効率が悪く副反応や着
色等を生じる場合がある。このために、工業化の場合、
種々の反応装置が使用される。

【０００４】２種以上の原料の反応においては、従来
は、例えば図２に示すような薄膜式の単なる円筒状の薄
膜式円筒反応装置が使用されるが、この円筒（図２）を
用いて２種以上の原料を反応させる方法では、縦方向の
混合は良好であるが横方向の混合は十分ではなく問題が
あった。その上、２種以上の原料が徐々に混合されるた
め副反応や着色が進むという問題もあった。また、横方
向の混合をよくするためにワイパーを回転させる方法も
使用されるが（例：スミス式）、その為には動力を使用
したり構造が複雑になるという問題があった。

【０００５】そこで２種以上の原料を安価でかつ速やか
に効率良く混合する反応装置の開発が強く望まれてい
た。

【０００６】本発明は、２種以上の原料を安価でかつ効
率よく混合することができる円筒薄膜反応装置の提供を
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究した結果、特定構造の円筒薄膜反
応装置に着目し、本発明を完成するに至った。

【０００８】即ち本発明は、２種以上の原料を供給し得
る原料供給口、及び内壁部に取り付けられた混合促進部
材を有する円筒薄膜反応装置を提供するものである。本
発明の装置は、更に気体を供給するための気体供給口を
有することもできる。原料供給口は、円筒端部に少なく
とも１つの原料供給口と、円筒の軸芯方向途中の側壁部
に少なくとも１つの原料供給口とを設けることが好まし
い。混合促進部材は、側壁部に設けられた原料供給口よ
り下方、即ち原料の流れる方向に、少なくとも１つ以上
設けることが好ましい。この混合促進部材はリング、羽
根体、突起物、又は溝であることが好ましい。２種以上
の原料としては、通常液体が使用される。

【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は、薄膜を形成させるために気体を使用することが好ま
しいが、気体を使用せず重力で薄膜を形成させても良
い。本発明で使用される気体としては、薄膜が形成でき
れば特に制限されず、安価で取り扱い易いＮ₂あるいは
空気等のガス、フロン、水蒸気などが挙げられる。これ
ら気体は、後述する気体供給口より供給される。また本
発明で用いられる気体は、２種以上の原料を薄膜にする
と共に、２種以上の原料のうちの１種以上と反応するも
のであっても良い。

【００１０】円筒薄膜反応装置の形式としては、流下式
（Falling Film Reactor＝FFR)あるいは上昇式（Climbi
ng Film Reactor ＝CFR)の装置を使用することができ
る。また、これは単一管式（シングル）でも多管式（マ
ルチ）でも良い。

【００１１】円筒薄膜反応装置にはジャケットが備えら
れていても良く、ジャケットを備えた円筒薄膜反応装置
の場合には、例えば混合熱が大きい場合ジャケット温度
をコントロールすることにより、混合熱を除去し、副反
応を抑え、品質の良い反応物が得られる。

【００１２】円筒薄膜反応装置には、少なくとも２種以
上の原料を供給できるように原料供給口を設ける。更に
は円筒端部に少なくとも１つの原料供給口と、円筒の軸
芯方向途中の側壁部に少なくとも１つの原料供給口とを
設けるのが好ましい。側壁部の原料供給口の位置として
は、混合効率を良くするため、円筒端部からの軸芯方向
の距離が、円筒全長の３／５より少ないことが好まし
い。

【００１３】本発明で使用される気体供給口の位置は、
気体を供給することにより原料が薄膜になれば特に制限
されない。

【００１４】本発明で使用される原料としては、液体及
び粉体があげられる。液体としては、好ましくは常温、
常圧で液状のものが使用されるが、常温、常圧で固体で
あっても融点以上に加熱して液状としたものを使用して
も良い。粉体としては常温、常圧で粉末状のものが使用
されるが、常温、常圧で塊状のものを粉砕して粉体とし
たものを使用してもよい。

【００１５】２種以上の原料の組み合わせとしては、液
体−液体、液体−粉体が好ましく、特に液体−液体が好
ましい。

【００１６】２種以上の原料が液体である場合の原料の
供給方法としては、例えば円筒端部の原料供給口から液
体Ａ、液体Ｂを供給しても良いし、円筒端部の原料供給
口から液体Ａを、側壁部の原料供給口から液体Ｂを供給
しても良い。更には円筒端部の原料供給口から液体Ａ、
液体Ｂを供給し、側壁部の原料供給口から液体Ｃを供給
しても良い。

【００１７】同様に粉体を原料として使用する場合の原
料の供給方法としては、例えば円筒端部の原料供給口か
ら液体Ａ、粉体Ｂを供給しても良いし、円筒端部の原料
供給口から液体Ａを、側壁部の原料供給口から粉体Ｂを
供給してもよい。更には円筒端部の原料供給口から液体
Ａ、粉体Ｂを供給し、側壁部の原料供給口から粉体Ｃを
供給してもよい。

【００１８】また、円筒薄膜反応装置の出口にはサイク
ロンが備えられていることが好ましく、ここで気体と混
合物が分離される。円筒薄膜反応装置は、通常鉛直に配
置して２以上の原料の混合を行うが、必要に応じ傾斜し
て配置しても良い。

【００１９】本発明で使用される円筒薄膜反応装置の直
径、長さとしては、例えば、円筒状の流下式薄膜反応装
置の場合、直径５〜150mm 、長さ 0.3〜15ｍが好まし
い。直径が150mm を越えると設備が大きくなりかつ除熱
が困難になるため好ましくない。直径５mm未満、長さ
0.3ｍ未満だと生産効率の点で好ましくない。また、長
さ15ｍを越えると設備が大きくなり好ましくない。円筒
薄膜反応装置の本数については、生産量を考慮して適宜
決めれば良い。

【００２０】薄膜を形成させるため気体の線速度として
は特に制限されないが、混合物の生産量、原料の薄膜形
成状態を考慮して、円筒薄膜反応装置内の空塔速度で２
〜80ｍ／ｓが好ましい。原料の供給速度としては特に制
限されないが、生産量、原料の薄膜形成状態を考慮し
て、円筒薄膜反応装置浸辺長当り（円筒薄膜反応装置の
内径基準の円周１ｍ当たり） 0.1〜3000kg／ｍ・ｈが好
ましい。

【００２１】本発明では、円筒の内壁に設けたリング、
羽根体、突起物、又は溝等の混合促進部材により混合効
率が高まる。混合促進部材の取り付け位置としては、円
筒薄膜反応装置の原料供給口より下方、即ち原料の流れ
る方向であり、混合効率を考慮すると、円筒端部からの
軸芯方向の距離が、円筒全長の２／３より少ないことが
好ましい。更には、効率よく原料の混合を行うため、原
料供給口と混合促進部材は、できるだけ近い方が好まし
い。

【００２２】本発明で使用される混合促進部材として
は、例えばリング（図３）、羽根体（図４）、突起物
（図５、図６又は図７）又は溝（図８）等が挙げられ
る。

【００２３】混合促進部材として、リング（例えば図３
に示すようなもの）を採用した場合には、該リングの形
成位置、個数は、２種以上の原料が十分混合できれば特
に制限されない。リングの大きさとしては、２種以上の
原料が十分混合できれば特に制限されないが、円筒薄膜
反応装置の直径をＤとすると、リングの断面径は0.001
Ｄ〜0.25Ｄが好ましい。0.001Ｄ未満だと原料を十分混
合できず、0.25Ｄを越えると原料の流れに対する抵抗が
大きくなるため好ましくない。

【００２４】混合促進部材として、羽根体（例えば図４
に示すようなもの）を採用した場合には、該羽根体の形
成位置、個数は、２種以上の原料が十分混合できれば特
に制限されない。羽根体は右捻り（時計方向）でも左捻
り（反時計方向）でもどちらでも良く、螺旋状に設置す
るのが好ましい（図４）。なお、羽根体の捻り角度は２
種以上の原料の粘度、フィード流量により任意に設定で
きる。

【００２５】混合促進部材として、突起物（例えば図５
〜７に示すようなもの）を採用した場合には、該突起物
の配置位置、個数、配置方向は、２種以上の原料が十分
混合できれば特に制限されない。突起物の大きさとして
は、２種以上の原料が十分混合できれば特に制限されな
いが、円筒薄膜反応装置の直径をＤとすると、突起物の
１辺の長さは0.001Ｄ〜0.25Ｄ、厚さは0.001Ｄ〜0.25Ｄ
が好ましい。１辺の長さ、厚さが0.001Ｄ未満だと原料
を十分混合できず、0.25Ｄを越えると原料の流れに対す
る抵抗が大きくなるため好ましくない。突起物の形状と
しては断面が四角に限らず丸でも、菱形でも２種以上の
原料を混合できれば何でも良い。突起物は間隔を開けて
環状に設置しても良いし、螺旋状に設置してもよい。

【００２６】混合促進部材として、溝（例えば図８に示
すようなもの）を採用した場合には、該溝の掘削形状と
しては、２種以上の原料が十分混合できれば特に制限さ
れないが、断面が半円、三角形等が挙げられる。溝は、
円筒薄膜反応装置の内壁に螺旋状に掘削するのが好まし
い。溝の幅、深さ、本数は２種以上の原料が十分混合で
きれば特に制限されない。

【００２７】更に、リング、羽根体、突起物は、多孔体
あるいは多孔質体で形成しても良い。又、円筒薄膜反応
装置の内壁部、及びリング、羽根体又は突起物等の混合
促進部材の表面に、メッシュ状の多孔質の補助体を設け
てもよい。

【００２８】

【発明の作用及び効果】本発明によれば、原料供給口よ
り供給される２種以上の原料は、本発明の円筒薄膜反応
装置の円筒の内壁に取り付けられた混合促進部材で、分
割、合流、転移、剪断作用を受け高効率で混合される。

【００２９】なお、本発明の円筒薄膜反応装置は円筒に
混合促進部材を設ける構造なので、反応装置の製造が容
易であり低コストである。このような円筒薄膜反応装置
で混合することにより混合効率が良く、反応を行う場合
に副反応を抑え品質の良い反応物が得られる。

【００３０】かくして、２種以上の原料の供給口、内壁
部に取り付けられた混合促進部材を有する本発明の円筒
薄膜反応装置を用いて、２種以上の原料を薄膜状で混合
することにより、それら２種以上の原料は低コストでか
つ効率良く混合できる。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明に用いられる流下式の円筒薄
膜反応装置（単一管式）の断面略図であり、図２は、従
来の流下式の円筒薄膜反応装置において、本発明の混合
促進部材が形成されている部位に相当する部位を示す要
部断面略図である。図３〜８は、図１の流下式の円筒薄
膜反応装置の混合促進部材の形成部位の要部断面略図で
ある。図１中、１は円筒形反応管であり、該円筒形反応
管は冷却水を供給するジャケット（図示せず）を具備し
ている。また図１中、２は気体供給口、３は液体Ａの供
給手段、４は液体Ｂの供給手段、５は混合促進部材であ
るリング、６はサイクロンである。

【００３２】原料Ａ（液体）は定量ポンプ（図示せ
ず。）により液状で供給手段３に供給され、徐々にその
内部に蓄積し注入口３’からオーバーフローして壁面を
伝って円筒、即ち円筒形反応管１内を流下する。このと
き気体供給口２から気体が供給され、該気体により壁面
を流下している液体が薄膜化される。

【００３３】原料Ｂ（液体）も原料Ａ（液体）と同様に
液体供給手段４にポンプで供給され、その内部に蓄積し
た後、注入口４’からオーバーフローして壁面を伝って
薄膜化される。

【００３４】その後、混合促進部材５のリングにより、
液体Ｂ及び液体Ａは分割、合流、転移、せん断作用を受
け高効率で混合される。原料Ａ（液体）と原料Ｂ（液
体）の混合物は、サイクロン６で気体と分離した後、回
収される。

【００３５】なお、本実施例に於いては、混合促進部材
５としてリングを採用しているが、その他にも、図４に
示すような羽根体５ａ、図５〜７に示すような各種形状
の突起物（５ｂ〜ｄ）又は図８に示すような溝５ｅなど
を採用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる円筒薄膜反応装置の一例
を示す断面略図である。

【図２】従来の円筒薄膜反応装置の要部断面略図であ
る。（イ）は断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平
面略図である。

【図３】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は断面
略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図である。

【図４】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
他の混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は
断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図であ
る。

【図５】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
他の混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は
断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図であ
る。

【図６】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
他の混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は
断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図であ
る。

【図７】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
他の混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は
断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図であ
る。

【図８】本発明の実施例に示す円筒薄膜反応装置の、
他の混合促進部材を示す要部断面略図である。（イ）は
断面略図、（ロ）は斜視略図、（ハ）は平面略図であ
る。

【符号の説明】

１円筒形反応管２気体供給口３原料Ａ供給手段３’ 原料Ａ注入口４原料Ｂ供給手段４’ 原料Ｂ注入口５混合促進部材（リング）５ａ同上（羽根体）５ｂ同上（突起物）５ｃ同上（突起物）５ｄ同上（突起物）５ｅ同上（溝）６サイクロン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２種以上の原料を供給し得る原料供給
口、及び内壁部に取り付けられた混合促進部材を有する
円筒薄膜反応装置。
【請求項２】さらに、気体を供給するための気体供給
口を有する請求項１記載の円筒薄膜反応装置。
【請求項３】円筒端部に少なくとも１つの原料供給口
と、円筒の軸芯方向途中の側壁部に少なくとも１つの原
料供給口とを有する請求項１項または２項に記載の円筒
薄膜反応装置。
【請求項４】混合促進部材が、側壁部に設けられた原
料供給口より下方に、少なくとも１つ以上取付けられる
請求項３記載の円筒薄膜反応装置。
【請求項５】混合促進部材がリング、羽根体、突起
物、又は溝である請求項１項〜４項の何れか１項に記載
の円筒薄膜反応装置。
【請求項６】原料供給口が液体の供給口である請求項
１項〜５項の何れか１項に記載の円筒薄膜反応装置。