JPS5935251B2 - リボン型撹拌羽根付き撹拌槽とその使用方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良されたリボン型攪拌羽根付き攪拌槽とそ
の使用方法に関する。

リボン型攪拌羽根は主として高粘度液の混合、攪拌に用
いられ、それが装着されるのは重合反応槽や混合槽など
である。

リボン型攪拌羽根の利点は、槽内の液全体を第１図に示
すような流れによつて流動、混合させることができる点
にある。このような液流を理想的に起こさせるために数
多くの研究がされ、構造の改良が行われてきた。第２図
にリボン型攪拌羽根（以下リボン羽根という）の従来例
を示す。第２図ａはシングルリボンと云われる最も構造
の簡単なものである。第２図ｂはダブルリボンと云われ
るもので、典型的なリボン羽根として多く使用されてお
り、その構造、寸法について既に確立された技術がある
。また、第２図ｃは第１図に示した液流の効率を上昇さ
せるためにシングルリボン撹拌羽根軸にスクリューを追
加したものである。これらのリボン羽根は、比較的高粘
度液レイノズル数１０以下に対しては非常に有用である
が、常に設計目標通りに高粘度液を混合、攪拌できると
は限らない。

例えば、重合反応槽においては、重合の進行に伴なつて
槽内溶液の粘度が上昇するのが普通であり、また生産す
る品種によつても粘度が異なり、これらの粘度の変動に
対して常に効率の良い混合、撹拌を行なうことができる
わけではない。リボン羽根が第１図に示すような理想的
な液流を起こさせるのは層流域〔レイノルズ数Ｒｅ（ｎ
ｄ２ρ／μ、但し、ｎ：攪拌回転数、ｄ：リボン羽根直
径、ρ：液密度、μ：液粘度）が１０以下と一般に定義
されている。〕においてであり、遷移域、乱流域と移る
につれて、リボン羽根面からの滑りが多くなり、理想的
な液流からはずれてくる。本発明者らは、リボン羽根の
上記の欠点を無くし、比較的低粘度液に対して有効であ
つて、層流域はもちろん遷移域、乱流域においてもリボ
ン羽根の特性を生かすことのできる装置を見出した。

それは槽内の上部および／または下部に邪魔板を設置す
ることである。その構造の一例を第３図に示す。

これは上下に凹型面を有する槽の内部の上部および下部
に邪魔板を付した構造を示している。図においてリボン
羽根１の回転方向はリボン羽根面にある液を下方に押し
やる方向（矢印）とする。この回転方向の場合は、槽下
部に槽の半径方向に回転軸４から放射状に邪魔板２を置
く。図示のものでは邪魔板の半径方向の長さは、回転軸
４に近接する位置からリボン羽根の外縁にまで及んでい
るが、少くともリボン羽根の内側縁までとすれば効果的
である。また邪魔板２の枚数は構造上および経済的理由
から４枚程度までがよい。一方、槽内上部にも回転軸４
から放射状に邪魔板３を設けるが、その半径方向の長さ
は槽の内面から回転軸４までとすることができるが、図
示した様に、少なくとも槽の内面からリボン羽根の内縁
にまで及ぶようにし、リボン羽根のある位置の上方に設
置するのが効果的である。回転方向が前記と逆の場合は
、前記上下の邪魔板を逆に設置する。

すなわち、リボン羽根面にある液を上方に押しやる方向
の回転では、槽内上部に回転軸４から少くともリボン羽
根内縁までの長さの邪魔板を放射状に設置し、槽内下部
には少なくともリボン羽根の巾と同程度の半径方向の長
さの邪魔板をリボン羽根のある位置の下方に設置する。
このような邪魔板の設置は、槽内液の量とは無関係であ
り、槽内が液で充満されている場合も、また自由液面が
ある場合も適用できる。

また上下の邪魔板は、互い違いに配置してもよく、また
土下対応させて配置してもよい。さらに槽の上下面の形
状が凹型または平板状など如何なる形状のものでも前記
上下の邪魔板を設置することにより、本発明の目的を達
成することができる。本発明の攪拌槽は、均一相系また
は異相系を問わず使用できる。

すなわち、液体一液体の攪拌混合あるいは気体一液体、
固体一液体などの攪拌混合に使用できる。本発明の均一
相系の攪拌混合における用途としては、比較的低粘度液
となる重合様式（例えば塊状重合、溶液重合）用の反応
槽、あるいは比較的低粘度液相互の、あるいは比較的低
粘度液とさらに低粘度液の調合ブレンド槽が代表的なも
のとして挙げられる。

このような用途に用いられている従来の攪拌槽の使用状
況を見ると、比較的低粘度液の撹拌混合の場合にも、そ
の操作域がレイノルズ数で１００以上になることが多い
。そのため第２図に示すような種々のリボン羽根ではそ
の本来の機能を十分に発揮できない。それは液流が第１
図のようにならず固体的回転（液が攪拌羽根と「ともま
わり」するように見える現象をいう）が支配的になるた
めと考えられる。本発明による邪魔板はこの固体的回転
を防止するのに役立つものであり、本発明の攪拌槽はレ
イノルズ数が１００以上の操作域において使用する場合
に特に顕著な効果を発揮する。固体的回転が存在する場
合、槽内液濃度が均一になるに要する時間が長くなる。

例えば、調合ブレンド槽においては処理効率が低下し、
また濃度むらを生じる危険性が高くなる。また、重合反
応槽においては固体的回転の幣害は、除熱能力の低下お
よび温度、濃度の不均一を生じ重合生成物の品質悪化の
原因となる。このような欠点は、調合ブレンド槽および
重合反応槽における回分操作においても、また連続操作
においても出現するものである。下記の実施例に示す通
り、本発明の攪拌槽においては、これらの欠点が全く解
消された。また、本発明は前記攪拌槽を、乳化重合、懸
濁重合などの異相分散重合において使用する方法に関す
る。これまでの異相分散重合槽では、攪拌強度の決定、
攪拌羽根の選定および槽本体、邪魔板、攪拌羽根などの
寸法あるいは構造の決定については多くの提案があり、
実用化されているが十分満足できるものではない。異相
分散重合の場合も通常の重合反応の場合と同様に、反応
中下記の目的のため攪拌が必要である。

１ モノマーを分散させるための機械エネルギーの供給
２．反応器内の均一性の確保 ３．重合反応熱除去の促進 これらの目的を達成するには攪拌強度を高めればよい。

しかしながら異相分散重合の場合、生成した重合体の粒
子を安定した分散状態に保つためには過度の攪拌強度は
かえつて幣害となる。例えば、乳化重合法で得られたラ
テツクスは、機械的剪断力あるいは攪拌強度が大き過ぎ
るとラテツクスの安定性が低下し、重合反応槽の内面あ
るいは冷却コイルの表面に凝固物が生成する原因となる
。また懸濁重合法において過度の攪拌は、粒子の合一を
起こし、粒径が不揃いになる原因となる。本発明の攪拌
槽は、従来の重合反応槽（例えば第４図に示したブルー
マージン、傾斜パドルあるいはフアウドラータイプの重
合反応槽）で問題となつていた凝固物の生成、それに伴
なう生産性の低下、粒子の不揃いなどの点を一挙に解決
することができた。第４図において、１は重合器、２は
冷却パイプ、３は攪拌翼、４はアンモニアガスの通路開
閉弁、５は開閉弁４の制御手段、６はアキユムレーター
７はアンモニア液、８はアンモニア液入口である。

本発明においては、リボン羽根の使用により第４図に示
すような冷却パイプを必要とせず、その代りにジヤケツ
ト冷却とすることで冷却′マイプ間に凝固物が詰る欠点
が無くなり、また、リボン羽根の掻き取り作用による冷
却面の清浄化が可能となつた。さらに、邪魔板を設置す
ることによつて攪拌が均一に行われ異相分散系の安定化
が達せられた。本発明者らは、本発明のリボン羽根攪拌
槽を下記の実施例において使用し、所期の効果を得た。

実施例 １第２図ｂに示す形式のダブルリボン羽根（翼
巾ｄ：３９０ｃ７ｎ１高さＨ′：３９０ｃＴｎ１リボン
巾ｂ：４０ｃＴｎ）を用い、これを直径Ｄ：４００Ｃ７
ｎ１高さＨ：７００ｃｒｒＬの平底槽に設置し、槽内に
下部邪魔板（長さｌは槽の半径％Ｄとほぼ同じで中心側
高さｈは４０（１−JモV１）を放射状に等間隔に４枚を
、リボン羽根と間隔ｇ：１０（１−JモV１を置いて設置
した。

この攪拌槽を用いて粘度２０００ｃｐの液を液深５５０
ｃＴｎにして攪拌混合したところ、均一混合が達成され
るに要した時間は、邪魔板の無い場合の％に減少した。
なお上記の操咋におけるレイノルズ数は約３，０００で
あつた。実施例 ２ 直径Ｄ：２００Ｃ１７Ｌ１直胴部長さ２５０ｃｒｎの上
下面凹型の重合槽に、第２図ａに示す形式のリボン羽根
（翼巾ｄ：１９０ＣＴＬ１高さＨ′：２００ｃＴｎ１リ
ボン巾ｂ：２０？）を設置し、槽内に下部邪魔板（長さ
は重合槽の半径％Ｄにほぼ同じ、高さは３０ｃ７ｎ）を
放射状に等間隔に４枚、上部邪魔板（長さは槽壁からリ
ボンの内側縁まで、液中高さ３０ｃｍ）を放射状に等間
隔に、かつ下部邪魔板と対応させて４枚を、それぞれリ
ボン羽根と５ＣＴ！ｌの間隔を置いて設置した。

この重合槽を用いて、ポリブタジエン溶液重合の回分重
合を行つたところ中心部と槽壁近傍との温度差がなくな
り、均一な品質の製品を得ることができた。

なおレイノルズ数は重合初期が約１０，０００１重合終
了後は約３００であつた。実施例 ３第２図ａ型のリボ
ン羽根（翼巾１９０？、高さ２００Ｃ１ｒＬ、リボン巾
２０ＣＴＬ）を備えた、直径２ｍ１直胴部の長さ２ｍの
上下面凹形の連続重合槽に上部邪魔板（長さは重合槽の
半径とほぼ同じ、高さ２０？）を放射状に等間隔に４枚
、下部邪魔板（長さは槽壁からリボンの内側縁まで、液
中高さ２０？）を放射状に等間隔に２枚設置した。

この重合槽の滞留時間分布を測定すると、邪魔板のない
場合と比較し理想的な完全混合槽に近いことが実証され
た。なお本例におけるレイメルズ数は約１，０００であ
つた。実施例 ４ 本発明の実施例２に示す反応槽を下記の３つの重合反応
に適用した。

（１）カルボキシル変性スチレン−ブタジエン系ラテツ
クスの乳化重合（２）ポリブタジエンラテツクスにスチ
レンおよびアクリロニトリルの乳化グラフト重合（３）
アクリロニトリルとスチレンの懸濁重合上記（１）にお
いては、反応槽のクリーンナツプの頻度が激減し、連２
続使用可能時間が従来の３倍以上に延長された。

上記（２）においては、反応槽内壁への付矯がほとんど
無くなり、その結果前記（１）と同様クリーンナツプの
必要性がほとんどなくなつた。上記（３）においては、
生成したアクリロニトリル−スチレン樹脂の粒子径の均
一性が著しく良好となり、また粒子相互が付着した状態
の粒子が全く観察されないという好結果を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図はリボン羽根による液のフローパターン、第２図
は、代表的な型式のリボン羽根を備えた攪拌槽を示す図
、第３図ａは本発明の１実施態様図、第３図ｂは第３図
ａの線Ａ−Ａ′による下部邪魔板を示す断面図、第３図
Ｃは第３図ａの線Ｂ−Ｂ′による上部邪魔板を示す断面
図、第４図は従来使用されている乳化重合反応槽の一例
を示す図である。 １・・・・・・リボン羽根、２・・・・・・下部邪魔板
、３・・・・・・土部邪，魔板、４・・・・・・回転軸
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ リボン型攪拌羽根を備えた攪拌槽において、槽内の
   上部および／または下部に、リボン型攪拌羽根に隣接し
   て、複数枚の邪魔板を、攪拌羽根の回転軸とほゞ平行に
   、かつ半径方向に向けて配設したことを特徴とするリボ
   ン型攪拌羽根付攪拌槽。 ２ 上記上下の邪魔板のうち、一方の邪魔板が回転軸に
   近接する位置からリボン羽根の外側縁にまで延びており
   、他方の邪魔板が槽の内面からリボン羽根の内側縁にま
   で延びていることを特徴とする特許請求の範囲１に記載
   のリボン型攪拌羽根付き攪拌槽。