JP2015085290A - Fluid treatment device and fluid treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体処理装置及び流体処理方法の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a fluid processing apparatus and a fluid processing method.
流体処理装置、特に被処理流動体の乳化、分散または混合処理に用いる攪拌装置は、流体の乳化、分散または混合処理を行う装置として、種々のものが提案されているが、今日においては、ナノメートルサイズの粒子、いわゆるナノ粒子等の粒子径の小さな物質を含む被処理流動体を良好に処理することが要求されている。 Various fluid processing apparatuses, particularly stirring apparatuses used for emulsifying, dispersing or mixing processes of fluids to be processed have been proposed as apparatuses for emulsifying, dispersing or mixing processes of fluids. There has been a demand for good treatment of fluids to be treated containing substances having a small particle diameter such as metric particles, so-called nanoparticles.
例えば、攪拌装置の一種としてビーズミルやホモジナイザーが周知となっている。ところが、ビーズミルでは、粒子の表面の結晶状態が破壊され、傷つけられることによる機能低下が問題となっている。また異物発生の問題も大きい。高圧ホモジナイザーでは、機械の安定稼働の問題や大きな必要動力の問題等が解決されていない。 For example, a bead mill and a homogenizer are well known as a kind of stirring device. However, the bead mill has a problem that the crystal state on the surface of the particles is destroyed and deteriorated due to damage. There is also a large problem of foreign matter generation. The high-pressure homogenizer has not solved the problem of stable machine operation and the problem of large required power.
また、回転式ホモジナイザーは、従来プレミキサーとして用いられていたが、ナノ粒子の分散やナノメートルサイズの乳化を行うには、さらにナノ化の仕上げのために仕上げ機を必要とする。 In addition, the rotary homogenizer has been conventionally used as a premixer. However, in order to disperse the nanoparticles and emulsify the nanometer size, a finishing machine is further required for finishing the nano-size.
これに対して、本発明者は、特許文献１、２に開示される攪拌装置を提案した。この攪拌装置は、複数枚の攪拌羽根を備えたローターと、前記ローターの周囲に敷設されると共に複数のスリットを有するスクリーンとを備えるものである。前記ローターと前記スクリーンとは、相対的に回転することによって、スリットを含むスクリーンの内壁と攪拌羽根との間の微小な間隙において被処理流動体のせん断が行われると共に、前記スリットを通じてスクリーンの内側から外側に被処理流動体が吐出されるものである。 On the other hand, this inventor proposed the stirring apparatus disclosed by patent document 1,2. The stirring device includes a rotor having a plurality of stirring blades, and a screen laid around the rotor and having a plurality of slits. When the rotor and the screen rotate relatively, the fluid to be treated is sheared in a minute gap between the inner wall of the screen including the slit and the stirring blade, and the inside of the screen passes through the slit. The fluid to be processed is discharged from the outside to the outside.
この種の攪拌装置は、特許文献２の「＜従来の技術＞」の項に記載されるように、羽根車（即ちローター）の回転数を調整することによって、攪拌条件を変化させていた。 In this type of agitation apparatus, as described in the section “<Conventional Technology>” of Patent Document 2, the agitation conditions are changed by adjusting the rotational speed of the impeller (ie, the rotor).
その記載を引用すると、「例えば、乳化の場合を例に採って考えると、羽根車の前記回転によって、攪拌室の前記吐出口が設けられた内壁と、羽根車の羽根先との間において、流体のせん断がなされ、一方の流体へ他の流体が乳化されるのである。 To quote the description, "For example, taking the case of emulsification as an example, by the rotation of the impeller, between the inner wall provided with the discharge port of the stirring chamber and the blade tip of the impeller, The fluid is sheared and the other fluid is emulsified into one fluid.
ところで、処理される各種流体の性質の相異や複数流体の組み合わせの相異によって、一つの装置において乳化の処理能力が変動するため、処理しようとする流体に応じて乳化能力の最適条件をあらかじめ検出し、この条件に装置を適合させておく必要がある。
従来この乳化能力の最大点を確保する羽根車の回転数の任意設定によって調整を行ってきた。
これは、乳化の能力を決定する要因は下記の各パラメーターによって与えられることに基づく。
By the way, since the processing capacity of emulsification fluctuates in one apparatus due to the difference in the properties of various fluids to be processed and the combination of a plurality of fluids, the optimum conditions for the emulsification capacity are determined in advance according to the fluid to be processed. It is necessary to detect and adapt the device to this condition.
Conventionally, adjustment has been performed by arbitrarily setting the rotational speed of the impeller to ensure the maximum point of this emulsification capacity.
This is based on the fact that the factors that determine the ability of emulsification are given by the following parameters.
即ちせん断強さ、エネルギー量及び通過回数という数値によって処理能力の評価が行われた。このせん断強さ（Ｓ）は、羽根車と攪拌室内壁間のせん断力の強さを示す値であり、次式で与えられる。
Ｓ＝Ns・ｖ＝Ns・π・ｄ・ｎ
次にエネルギー量（Pv）は、単位処理量当たりの攪拌エネルギーを示す量であり、次式で与えられる。
That is, the processing capacity was evaluated by numerical values of shear strength, energy amount, and number of passes. This shear strength (S) is a value indicating the strength of the shear force between the impeller and the stirring chamber wall, and is given by the following equation.
S = Ns · v = Ns · π · d · n
Next, the energy amount (Pv) is an amount indicating the stirring energy per unit processing amount, and is given by the following equation.
そして、通過回数（Pn）は、循環数即ち流体が羽根車と攪拌室内壁間との間隙を通過した回数であり、次式で与えられる。 The number of passes (Pn) is the number of circulations, that is, the number of times the fluid has passed through the gap between the impeller and the stirring chamber wall, and is given by the following equation.
ここで、ｖは羽根車の最大周速度（m/sec）であり、ｄは羽根車の径（ｍ）であり、ｎは羽根車の 回転数（rps）である。又Ｐは攪拌所要動力（kw）であり、Npは動力数であり、Nqは吐出係数である。更にＱは吐出量（m3/sec）であり、Nsはせん断係数、Ｖは処理量（m3）である。
Ｔは処理時間（sec）であり、ρは処理を予定する流体固有の比重量（kg/m3）である。
前記各式から明らかなように、羽根車の回転数（ｎ）を調整することによって、攪拌条件を変化させていたのである。」
Here, v is the maximum peripheral speed (m / sec) of the impeller, d is the diameter (m) of the impeller, and n is the rotational speed (rps) of the impeller. P is the power required for stirring (kw), Np is the power number, and Nq is the discharge coefficient. Further, Q is a discharge amount (m3 / sec), Ns is a shear coefficient, and V is a processing amount (m3).
T is a processing time (sec), and ρ is a specific weight (kg / m 3) specific to the fluid to be processed.
As is clear from the above equations, the stirring conditions were changed by adjusting the rotational speed (n) of the impeller. "
また、特許文献２に係る発明では、羽根車、回転数制御のみならず攪拌等の処理に所要のエネルギーを一定とし、羽根車の羽根先と、スクリーンの内壁との間のクリアランスを任意の幅に選択することを可能とした攪拌装置を提案するものであり、これによって、流体に応じた能力の向上最適化を図るものであった。 In the invention according to Patent Document 2, energy required for not only impeller and rotation speed control but also stirring and the like is constant, and the clearance between the blade tip of the impeller and the inner wall of the screen is set to an arbitrary width. In this way, a stirrer capable of being selected is proposed, thereby improving the capacity according to the fluid and optimizing it.
しかし、近年微粒子を用いる化学、電子、電気、自動車、食品、色材、医薬などの分野において、より微細な微粒子で且つ粒度分布の揃った均一な粒子が求められており、従来開示された内容の攪拌装置の性能では、微細な微粒子で且つ粒度分布の揃った乳化・分散処理を達成することが難しかった。 However, in recent years, in the fields of chemicals, electronics, electricity, automobiles, foods, coloring materials, pharmaceuticals, etc. using fine particles, finer fine particles and uniform particles having a uniform particle size distribution have been demanded. With the performance of the stirring device, it was difficult to achieve an emulsification / dispersion process with fine particles and uniform particle size distribution.
そのため、現状における乳化分散においても、前記高圧ホモジナイザーやビーズミルが主体となる場合が多く、エネルギーコストや異物発生、不純物混入の問題は解決されておらず、また製造工程が自ずと複雑になりやすかった。 For this reason, even in the current emulsification and dispersion, the high-pressure homogenizer and bead mill are mainly used, and the problems of energy cost, generation of foreign matter, and impurities are not solved, and the manufacturing process tends to be complicated.
出願人による特許文献１、２には、ローターとスクリーンとのせん断力の効果、並びにスクリーンから吐出される断続ジェット流の効果が開示されている。そしてこれに基づいて出願人が製造・販売する攪拌装置は、最小スケールの実験機としてローター径が３０ｍｍの場合を標準とするものであるが、まだなお攪拌性能の向上に関して改善の余地を残していた。 Patent Documents 1 and 2 by the applicant disclose the effect of the shearing force between the rotor and the screen and the effect of the intermittent jet flow discharged from the screen. Based on this, the stirrer manufactured and sold by the applicant is based on the case where the rotor diameter is 30 mm as a minimum scale experimental machine, but there is still room for improvement in terms of improving the stirrer performance. It was.
すなわち、この攪拌装置の処理部は処理流体を装置内部へ吸入する吸入口を備えた吸入室と、内部にローターが収容され、吸入室を経由して流入した処理流体を攪拌し、スクリーンを通じて外部へ吐出する攪拌室との２室から成り、この２室を仕切る隔壁の中央部分に開口部が設けられ、攪拌羽根の回転軸が挿通される構成を採るが、この開口部が攪拌装置の性能に及ぼす影響については、充分な知見が得られていなかった。 That is, the processing unit of this stirring device has a suction chamber having a suction port for sucking the processing fluid into the device, and a rotor accommodated therein, and stirs the processing fluid that has flowed in via the suction chamber and externally passes through the screen. It is composed of two chambers, a stirring chamber that discharges to the center, and an opening is provided in the central part of the partition wall that partitions the two chambers, and the rotation shaft of the stirring blade is inserted. About the influence which it has on, sufficient knowledge was not acquired.
一方、特許文献３、４で開示するように、攪拌効率を確保するために、攪拌槽の内壁に沿って設けられた中央部に開口部を備える板状部材と攪拌翼に関し、開口部の内径寸法と攪拌翼の直径との大小関係について記載され、各部の寸法比率の好適な範囲が示されるが、この寸法比率を構成が異なる特許文献１、２で開示される攪拌装置に対して適用することはできない。 On the other hand, as disclosed in Patent Documents 3 and 4, in order to ensure stirring efficiency, a plate-like member having a central opening provided along the inner wall of the stirring tank and a stirring blade, the inner diameter of the opening The size relationship between the dimensions and the diameter of the stirring blade is described, and a suitable range of the dimensional ratio of each part is shown. This dimensional ratio is applied to the stirring apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 2 having different configurations. It is not possible.
本発明は、攪拌羽根が回転することによって、開口部から流体が攪拌室へ導入され、攪拌羽根とスクリーンとの間の微小な間隙において行われる流体に対するせん断によって、流体処理がなされる流体処理装置において、開口部が攪拌性能に及ぼす影響について最適化を図ることができる流体処理装置と流体処理方法とを提供することを目的とする。 The present invention provides a fluid processing apparatus in which a fluid is processed by shearing a fluid performed in a minute gap between an agitating blade and a screen by introducing a fluid into an agitating chamber through an opening when the agitating blade rotates. An object of the present invention is to provide a fluid processing apparatus and a fluid processing method capable of optimizing the influence of the opening on the stirring performance.
本発明は、乳化、分散或いは混合の流体処理を予定する流体を撹拌しつの内部に導入する開口部と、前記流体を撹拌室の外部へ吐出する吐出口を設けたスクリーンを備える撹拌室と、前記撹拌室内に配位された回転する撹拌羽根から構成される処理部を前記流体内に配置し、前記攪拌羽根が回転することによって、前記開口部から前記流体が前記攪拌室へ導入され、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間の微小な間隙において行われる前記流体に対するせん断によって、前記流体処理がなされる流体処理装置において、言い換えれば、乳化、分散或いは混合の流体処理を予定する流体内に配置される処理部を備え、前記処理部は、攪拌室と、前記攪拌室内に配位された回転する攪拌羽根を備え、前記攪拌室は、前記流体を前記攪拌室内に導入する導入用の開口部とスクリーンとを備え、前記スクリーンは前記攪拌室から前記流体を吐出する吐出口を備え、前記攪拌羽根が回転することによって、前記開口部から前記流体が前記攪拌室へ導入され、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間の微小な間隙において行われる前記流体に対するせん断によって、前記流体処理がなされる流体処理装置において、下記の手段を備えたものを提供する。 The present invention is an agitation chamber comprising an opening for agitation, dispersion or mixing of a fluid to be processed, and introducing the fluid into an interior, and a screen provided with a discharge port for discharging the fluid to the outside of the agitation chamber; A processing unit composed of rotating stirring blades arranged in the stirring chamber is disposed in the fluid, and the stirring blades rotate to introduce the fluid into the stirring chamber from the opening. In the fluid processing apparatus in which the fluid processing is performed by shearing the fluid performed in a minute gap between the stirring blade and the screen, in other words, disposed in the fluid to be emulsified, dispersed, or mixed. The processing section includes a stirring chamber and a rotating stirring blade arranged in the stirring chamber, and the stirring chamber introduces the fluid into the stirring chamber. An opening for introduction and a screen, and the screen has a discharge port for discharging the fluid from the stirring chamber, and the fluid is introduced into the stirring chamber from the opening by rotation of the stirring blade. A fluid processing apparatus in which the fluid processing is performed by shearing the fluid performed in a minute gap between the stirring blade and the screen is provided with the following means.
本発明の流体処理装置にあっては、前記開口部における前記流体の流路断面積を変更する流路調整部を備え、前記流路調整部を操作して前記流路断面積を変更することにより、前記流体処理後の前記流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することができるようにしたものである。 The fluid processing apparatus of the present invention includes a flow path adjustment unit that changes a flow path cross-sectional area of the fluid in the opening, and operates the flow path adjustment part to change the flow path cross-sectional area. Thus, the particle diameter of the particles contained in the fluid after the fluid treatment can be controlled.
従来のこの種の流体処理装置にあっては、攪拌羽根の回転速度を制御することによって、処理後の流体中に含まれる粒子の粒子径を制御できることは知見されていたが、本発明者によって、攪拌羽根の回転速度を変化させずとも、あるいは変化させた場合にあっても、前記開口率を変更することにより、前記流体処理後の前記流体中の粒子の粒子径を制御することができることが知見され、この知見に基づき本発明が完成されたものである。 In this type of conventional fluid processing apparatus, it has been known that the particle diameter of particles contained in the fluid after processing can be controlled by controlling the rotation speed of the stirring blade. The particle diameter of the particles in the fluid after the fluid treatment can be controlled by changing the aperture ratio without changing the rotation speed of the stirring blade or even when it is changed. And the present invention has been completed based on this finding.
本発明における流体中に含まれる粒子の粒子径とは、例えば油性流体と水性流体との混合流体に対してせん断力を加えることで生成されるエマルションの粒子径を挙げることができる。また、微細な粒子状の材料物質を含む流体に対してせん断力を加えることで粒子状の材料物質をさらに微細化してナノメートルサイズの粒子、いわゆるナノ粒子等にする場合の、微細化された粒子の粒子径を挙げることができる。
前記処理部は、吸入室を設けずに実施することもできるが、流体を外部から内部へ吸入する吸入口を有する吸入室を備えたものとして実施することもできる。
Examples of the particle size of the particles contained in the fluid in the present invention include the particle size of an emulsion produced by applying a shearing force to a mixed fluid of an oily fluid and an aqueous fluid. In addition, by applying a shear force to a fluid containing fine particulate material, the particulate material is further refined into nanometer-sized particles, so-called nanoparticles, etc. The particle diameter of particle | grains can be mentioned.
The processing unit can be implemented without providing a suction chamber, but can also be implemented as a suction chamber having a suction port for sucking fluid from the outside to the inside.
前記流路調整部は、前記開口部の周囲に設けられた外周側部材を備え、前記外周側部材を動かすか交換する操作を行なうことによって、前記流路断面積を変化させることができる。 The flow path adjustment unit includes an outer peripheral side member provided around the opening, and the flow path cross-sectional area can be changed by performing an operation of moving or replacing the outer peripheral side member.
また、前記開口部を貫いて配置される回転軸などの貫通部を備えたものにあっては、前記流路調整部は、前記貫通部に設けられた内周側部材を備え、前記内周側部材を動かすか交換する操作を行なうことによって、前記流路断面積が変化するものとして実施することもできる。
前記外周側部材と前記内周側部材とは併用することができる。
In addition, in a thing provided with penetration parts, such as a rotating shaft arrange | positioned through the said opening part, the said flow-path adjustment part is provided with the inner peripheral side member provided in the said penetration part, The said inner periphery It can also be implemented as a change in the cross-sectional area of the channel by moving or replacing the side member.
The outer peripheral member and the inner peripheral member can be used in combination.
前記流路調整部は、前記開口部の前記流路断面積と前記攪拌羽根の最大外径により求められる円の面積との比率である開口率を変更し、前記開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率を負値、正値または零に維持し、前記流体処理後の前記粒子径を制御する。 The flow path adjustment unit changes an opening ratio that is a ratio between the flow path cross-sectional area of the opening and the area of a circle obtained by the maximum outer diameter of the stirring blade, The rate of change in which the particle diameter after the fluid treatment increases or decreases is maintained at a negative value, a positive value, or zero, and the particle diameter after the fluid treatment is controlled.
前記処理部は、流体容器の底部に接することがないように配置することもできるし、前記流体容器の内壁面に前記攪拌室を支持させた状態に配置することもできる。 The processing unit may be disposed so as not to contact the bottom of the fluid container, or may be disposed in a state where the stirring chamber is supported on the inner wall surface of the fluid container.
また、本発明は、乳化、分散或いは混合の流体処理を予定する流体を撹拌室の内部に導入する開口部と、前記流体を撹拌室の外部へ吐出する吐出口を設けたスクリーンを備える撹拌室と、前記撹拌室内に配位された回転する撹拌羽根から構成される処理部を前記流体内に配置した流体処理装置を用い、前記攪拌羽根を回転させることによって、前記開口部から前記流体を前記攪拌室へ導入し、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間の微小な間隙において前記流体にせん断力を加えることによって、前記流体処理がなされる流体処理方法において、言い換えれば、乳化、分散或いは混合の流体処理を予定する流体内に配置される処理部を備え、前記処理部は、攪拌室と、前記攪拌室内に配位された回転する攪拌羽根を備え、前記攪拌室は、前記流体を前記攪拌室内に導入する導入用の開口部とスクリーンとを備え、前記スクリーンは前記攪拌室から前記流体を吐出する吐出口を備えた流体処理装置を用い、前記攪拌羽根を回転させることによって、前記開口部から前記流体を前記攪拌室へ導入し、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間の微小な間隙において前記流体にせん断力を加えることによって、前記流体処理がなされる流体処理方法において、前記開口部における前記流体の流路断面積を変更することにより、前記流体処理後の前記流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することを特徴とする流体処理方法を提供することもできる。その際、前記開口部の径が小さくなるに伴って、得られる前記粒子径が小さくなるようにして実施することもできる。 In addition, the present invention provides a stirring chamber provided with a screen provided with an opening for introducing a fluid to be processed for emulsification, dispersion or mixing into the stirring chamber, and a discharge port for discharging the fluid to the outside of the stirring chamber. And using a fluid processing device in which a processing unit constituted by rotating stirring blades arranged in the stirring chamber is disposed in the fluid, and rotating the stirring blades, the fluid is discharged from the opening. In the fluid treatment method in which the fluid treatment is performed by introducing shear force to the fluid in a minute gap between the stirring blade and the screen, in other words, emulsification, dispersion or mixing. A processing unit disposed in a fluid to be subjected to fluid processing, the processing unit including a stirring chamber and a rotating stirring blade arranged in the stirring chamber, An opening for introducing a body into the stirring chamber and a screen are provided, and the screen uses a fluid treatment device having a discharge port for discharging the fluid from the stirring chamber, and rotates the stirring blade. In the fluid treatment method in which the fluid treatment is performed by introducing the fluid into the stirring chamber from the opening and applying a shearing force to the fluid in a minute gap between the stirring blade and the screen. It is also possible to provide a fluid processing method characterized in that the particle diameter of the particles contained in the fluid after the fluid processing is controlled by changing the flow path cross-sectional area of the fluid in the opening. In that case, it can also carry out so that the said particle diameter obtained may become small as the diameter of the said opening part becomes small.
本発明は、攪拌羽根が回転することによって、開口部から流体が攪拌室へ導入され、攪拌羽根とスクリーンとの間の微小な間隙において行われる流体に対するせん断によって、流体処理がなされる流体処理装置において、攪拌羽根の回転速度を変更せずとも、もしくは変更と共に、開口部の流路断面積と攪拌羽根の最大外径により求められる円の面積との比率である開口率を変更することにより、流体処理後の流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することができるものである。 The present invention provides a fluid processing apparatus in which a fluid is processed by shearing a fluid performed in a minute gap between an agitating blade and a screen by introducing a fluid into an agitating chamber through an opening when the agitating blade rotates. In, or without changing the rotation speed of the stirring blade, or by changing the opening ratio, which is the ratio of the flow path cross-sectional area of the opening and the area of the circle determined by the maximum outer diameter of the stirring blade, The particle diameter of the particles contained in the fluid after the fluid treatment can be controlled.
また、本発明は、攪拌羽根を回転させることによって、開口部から流体を攪拌室へ導入し、攪拌羽根とスクリーンとの間の微小な間隙において流体にせん断力を加えることによって、流体処理がなされる流体処理方法において、攪拌羽根の回転速度を変更せずとも、もしくは変更と共に、開口部の流路断面積と攪拌羽根の最大外径により求められる円の面積との比率である開口率を変更することにより、流体処理後の流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することができる流体処理方法を提供することができたものである。 Further, in the present invention, the fluid treatment is performed by introducing the fluid into the stirring chamber from the opening by rotating the stirring blade and applying a shearing force to the fluid in the minute gap between the stirring blade and the screen. In the fluid processing method, the aperture ratio, which is the ratio between the flow path cross-sectional area of the opening and the area of the circle determined by the maximum outer diameter of the agitating blade, is changed without changing the rotational speed of the agitating blade. By doing so, the fluid processing method which can control the particle diameter of the particle | grains contained in the fluid after fluid processing was able to be provided.
具体的には、流体の条件を一定にした状態で、攪拌羽根の回転数を変化させずとも、開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率を負値に維持することもでき、開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率を正値に維持することもできる。より具体的には、同一の流体に対する同一の圧力条件下の処理にあっては、攪拌羽根の回転数を変化させずとも、開口率の増減変化により、得られた粒子径を増減させることができる。また、開口率の変化と共に、流体の圧力条件を変化させることによって、より多様な粒子径の制御も可能であり、前記の開口率の増減変化に対する粒子径の変化率を負値、正値とするほか、零に維持することも可能である。 Specifically, with a constant fluid condition, the rate of change in the particle size after the fluid treatment is negatively changed with respect to the change in the aperture ratio without changing the rotation speed of the stirring blade. The change rate at which the particle diameter after the fluid treatment is increased / decreased with respect to the increase / decrease change in the aperture ratio can also be maintained at a positive value. More specifically, in the treatment under the same pressure condition for the same fluid, the obtained particle diameter can be increased or decreased by changing the aperture ratio without changing the rotation speed of the stirring blade. it can. Further, by changing the pressure condition of the fluid along with the change in the aperture ratio, it is possible to control more various particle diameters. In addition, it can be kept at zero.
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（流体について）
まず、本発明の流体処理装置の処理対象物である流体について説明する。この流体としては、例えば油性流体と水性流体との異なる性状の複数の流体を混合した混合流体や、微細な粒子状の材料物質を含む流体を例示し得る。また、流体処理によって得られる粒子としては、エマルションや、粒子状の材料物質を含む流体に対してせん断力を加えることで微小粒子をさらに微細化したナノ粒子などの微細な粒子を挙げることができる。
(About fluid)
First, a fluid that is a processing target of the fluid processing apparatus of the present invention will be described. Examples of the fluid include a mixed fluid obtained by mixing a plurality of fluids having different properties of an oily fluid and an aqueous fluid, and a fluid containing a fine particulate material. Examples of the particles obtained by the fluid treatment include fine particles such as emulsions and nanoparticles obtained by further reducing the fine particles by applying a shearing force to the fluid containing the particulate material. .
また、流体処理としては、特に限定はされないが、例えばオイルと水との流体による均一な乳化ナノ粒子を得る処理や、顔料やセラミック、金属、半導体、シリカ、薬物のような有機物等の凝集粒子を均一に分散処理したり、例えばセルロースやヒアルロン酸などを水に均一に溶解したりするなどの処理を例示できる。
より具体的には、化粧品・医薬品の原料や食品・合成樹脂などに用いられる、石油の蒸留・精製などで得られる炭化水素類の混合物である流動パラフィンと純水の乳化に有用である。その乳化に用いる処方は、例えば、流動パラフィンを２９．４ｗｔ％、純水を６８．６ｗｔ％、乳化剤としてＴｗｅｅｎ８０を１．３３ｗｔ％、Ｓｐａｎ８０を０．６７ｗｔ％を混合した流体を例示することができる。
塗料、インク、合成樹脂、織物、化粧品、食品などの着色に使われている顔料の分散の場合、銅フタロシアニン顔料や赤色顔料のＰＲ１７７等を含有した流体があげられる。例えば、赤色顔料ＰＲ１７７を５ｗｔ％、分散剤としてＢＹＫ−２０００（ビックケミ―製）を５ｗｔ％、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）とプロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）の混合液（ＰＧＭＥＡ／ＰＧＭＥ＝４／１（体積比））を９０ｗｔ％よりなる流体を例示することができる。
In addition, the fluid treatment is not particularly limited, but for example, a treatment for obtaining uniform emulsified nanoparticles using a fluid of oil and water, or agglomerated particles such as pigments, ceramics, metals, semiconductors, silica, organic substances such as drugs, etc. And the like, for example, cellulose or hyaluronic acid is uniformly dissolved in water.
More specifically, it is useful for emulsifying liquid paraffin and pure water, which is a mixture of hydrocarbons obtained by petroleum distillation and refining, used in cosmetics and pharmaceutical raw materials, foods and synthetic resins. The formulation used for the emulsification can be exemplified by a fluid in which liquid paraffin 29.4 wt%, pure water 68.6 wt%, Tween 80 1.33 wt% and Span 80 0.67 wt% are mixed as an emulsifier. .
In the case of dispersion of pigments used for coloring paints, inks, synthetic resins, fabrics, cosmetics, foods, etc., fluids containing copper phthalocyanine pigment, red pigment PR177 and the like can be mentioned. For example, 5 wt% of red pigment PR177, 5 wt% of BYK-2000 (manufactured by BYK-Chemie) as a dispersant, a mixed solution of propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and propylene glycol monomethyl ether (PGME) (PGMEA / PGME = 4 / 1 (volume ratio)) can be exemplified as a fluid comprising 90 wt%.
（図１、図２及び図７の説明）
発明に係る流体処理装置は、図１及び図２に示すように、乳化、分散或は混合の処理を予定する流体内へ配される処理部１と、処理部１内に配置されたローター２とを備えるものである。
(Explanation of FIGS. 1, 2 and 7)
As shown in FIGS. 1 and 2, the fluid processing apparatus according to the present invention includes a processing unit 1 disposed in a fluid scheduled for emulsification, dispersion, or mixing, and a rotor 2 disposed in the processing unit 1. Are provided.
処理部１は、中空のハウジングであり、支持管３に支持されることによって、被処理流動体を収納する流体容器４或は被処理流動体の流路に配設される。この例では、処理部１は支持管３の先端に設けられ、流体容器４の上部から内部下方へ挿入されたものを示しているが、この例に限定するものではなく、例えば、図７に示すように、処理部１は流体容器４の底面から上方へ突出するように支持されるものであっても実施可能である。 The processing unit 1 is a hollow housing, and is disposed in the fluid container 4 for storing the fluid to be processed or the flow path of the fluid to be processed by being supported by the support tube 3. In this example, the processing unit 1 is provided at the tip of the support tube 3 and is inserted from the upper part of the fluid container 4 to the lower inside. However, the present invention is not limited to this example. For example, FIG. As shown, the processing unit 1 can be implemented even if it is supported so as to protrude upward from the bottom surface of the fluid container 4.
処理部１は、被処理流動体を外部から内部へ吸入する吸入口５を有する吸入室６と、吸入室６に導通する攪拌室７とを備える。攪拌室７は、吐出口であるスリット８を複数有するスクリーン９によって、その外周が規定されている。なお、図７（Ｃ）に示すように、吸入室６は省略して実施することもできるし、図示は省略するが、簡単な枠組のみで吸入室６を形成するものであってもよい。 The processing unit 1 includes a suction chamber 6 having a suction port 5 for sucking a fluid to be processed from the outside to the inside, and a stirring chamber 7 connected to the suction chamber 6. The outer periphery of the stirring chamber 7 is defined by a screen 9 having a plurality of slits 8 serving as discharge ports. As shown in FIG. 7C, the suction chamber 6 can be omitted, and the suction chamber 6 may be formed only by a simple frame, although the illustration is omitted.
この吸入室６と攪拌室７とは、両室６、７間の区画部である隔壁１０によって区画されると共に、隔壁１０に設けられた導入用の開口部１１を介して導通している。この例では、区画部は両室６、７間を比較的短い距離を隔てて区画する隔壁１０として実施しているが、比較的長い距離を隔てて区画する狭隘な筒状の管体として実施するものであってもよい。図７（Ｃ）のように、吸入室６を設けない場合には、開口部１１は、直接流体容器４の内部に開口するようになる。 The suction chamber 6 and the agitation chamber 7 are partitioned by a partition wall 10 which is a partition portion between the chambers 6 and 7, and are electrically connected through an introduction opening 11 provided in the partition wall 10. In this example, the partition portion is implemented as a partition wall 10 that partitions both chambers 6 and 7 with a relatively short distance, but is implemented as a narrow tubular tube that partitions with a relatively long distance. You may do. When the suction chamber 6 is not provided as shown in FIG. 7C, the opening 11 opens directly into the fluid container 4.
なお、図２の例では、支持管３の先端（図の下端）に吸入室６の基端（図の上端）が螺合され、吸入室６の先端に攪拌室７（スクリーン９）の基端が螺合されており、隔壁１０は吸入室６の下端に一体に形成されているが、これらの部材の構成や結合状態は種々変更して実施することができる。 In the example of FIG. 2, the base end (upper end in the figure) of the suction chamber 6 is screwed to the front end (lower end of the figure) of the support tube 3, and the base of the stirring chamber 7 (screen 9) is connected to the front end of the suction chamber 6. The ends are screwed together, and the partition wall 10 is formed integrally with the lower end of the suction chamber 6. However, the configuration and connection state of these members can be variously changed.
前記ローター２は、周方向に複数枚の攪拌羽根１２を備えた回転体であり、攪拌羽根１２とスクリーン９との間に微小なクリアランスを保ちつつ、回転する。ローター２を回転させる構造には種々の回転駆動構造が採用できるが、この例では、回転軸１３の先端にローター２が設けられ、攪拌室７内に回転可能に収容されている。より詳しくは、回転軸１３は、支持管３の内部に挿通されている。さらに、回転軸１３は、吸入室６から、隔壁１０の開口部１１を通って攪拌室７に達するように配設されており、その先端（図では下端）にローター２が取り付けられている。従って、この回転軸１３が、開口部１１を貫通する貫通部となる。 The rotor 2 is a rotating body including a plurality of stirring blades 12 in the circumferential direction, and rotates while maintaining a minute clearance between the stirring blades 12 and the screen 9. Various rotation drive structures can be adopted as the structure for rotating the rotor 2. In this example, the rotor 2 is provided at the tip of the rotating shaft 13 and is rotatably accommodated in the stirring chamber 7. More specifically, the rotating shaft 13 is inserted into the support tube 3. Further, the rotating shaft 13 is disposed so as to reach the stirring chamber 7 from the suction chamber 6 through the opening 11 of the partition wall 10, and the rotor 2 is attached to the tip (lower end in the drawing). Therefore, the rotating shaft 13 becomes a penetrating portion that penetrates the opening 11.
回転軸１３の基端は、モータ１４などの回転駆動装置に接続されている。モータ１４は数値制御などの制御系統を有するもの或はコンピュータの制御下に置かれるものを用いることが好適である。 The base end of the rotating shaft 13 is connected to a rotation driving device such as a motor 14. It is preferable to use a motor 14 having a control system such as numerical control or one that is placed under the control of a computer.
この流体処理装置は、ローター２が回転することによって、回転する攪拌羽根１２がスクリーン９の内壁面を通過する際、両者間に存在する被処理流動体に加えられるせん断力によって、乳化、分散或は混合がなされる。これと共に、ローター２の回転によって、被処理流動体に運動エネルギーが与えられ、この被処理流動体がスリット８を通過することで、さらに加速されて、断続ジェット流を形成しながら攪拌室７の外部に流出する。この断続ジェット流により、速度界面で液−液のせん断力が発生することでも乳化、分散或は混合の処理が行われる。 This fluid treatment apparatus is emulsified, dispersed or dispersed by the shearing force applied to the fluid to be treated existing between the rotating stirring blades 12 passing through the inner wall surface of the screen 9 as the rotor 2 rotates. Is mixed. At the same time, the kinetic energy is given to the fluid to be treated by the rotation of the rotor 2, and the fluid to be treated passes through the slit 8 and is further accelerated to form an intermittent jet flow. It flows out to the outside. By this intermittent jet flow, a liquid-liquid shearing force is generated at the velocity interface, so that emulsification, dispersion or mixing is performed.
なお、図１、図２に示すように、回転軸１３を吸入室６から隔壁１０の開口部１１を貫いて攪拌室７に挿入し、攪拌室７内の攪拌羽根１２を回転させるようにしてもよく、図７に示すように、流体容器４の外側にモータ１４及び支持管３を配置し、回転軸１３を、攪拌室７の底部側から、攪拌室内に挿入してもよい。これによって、回転軸１３を、吸入室６から隔壁１０の開口部１１を貫いて攪拌室７に挿入するようにせずとも、回転軸１３を攪拌室７内のみに配置して攪拌羽根１２を回転させることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the rotary shaft 13 is inserted from the suction chamber 6 through the opening 11 of the partition wall 10 into the stirring chamber 7, and the stirring blade 12 in the stirring chamber 7 is rotated. Alternatively, as shown in FIG. 7, the motor 14 and the support tube 3 may be disposed outside the fluid container 4, and the rotating shaft 13 may be inserted into the stirring chamber from the bottom side of the stirring chamber 7. Accordingly, the rotating shaft 13 is disposed only in the stirring chamber 7 without rotating the rotating shaft 13 from the suction chamber 6 through the opening 11 of the partition wall 10 and the stirring blade 12 is rotated. Can be made.
（図３及び図４の説明）
スクリーン９は、図３及び図４に示すように、断面円形の筒状をなす。このスクリーン９は、軸方向において径の一定な円筒形であってもよいが、例えば、円錐形の表面形状のように、導入用の開口部１１から遠ざかるに従って（図２の例では下方に向かうに従って）、漸次その径が小さくなるようにすることが望ましい。軸方向に一定径とした場合には、導入用の開口部１１に近いところ（図２では上方）ではスリット８からの吐出量が多く、逆に、遠いところは吐出量が減る（図２では下方）。その結果、コントロールできないキャビテーションが発生する場合があり、機械故障に繋がる恐れがある。
(Explanation of FIGS. 3 and 4)
As shown in FIGS. 3 and 4, the screen 9 has a cylindrical shape with a circular cross section. The screen 9 may have a cylindrical shape with a constant diameter in the axial direction. For example, as the screen 9 moves away from the opening for introduction 11 like a conical surface shape, the screen 9 goes downward in the example of FIG. It is desirable to gradually reduce its diameter. When the diameter is constant in the axial direction, the discharge amount from the slit 8 is large near the introduction opening 11 (upward in FIG. 2), and conversely, the discharge amount decreases at a distant place (in FIG. 2). Down). As a result, cavitation that cannot be controlled may occur, which may lead to mechanical failure.
スリット８は、回転軸１３の軸方向に（図の例では上下方向）に直線状に伸びるものを示したが、スパイラル状など、湾曲して伸びるものであってもよい。また、スリット８の形状は、必ずしも細長い空間である必要はなく、多角形や円形や楕円形などであってもよい。また、周方向において、スリット８は等間隔に複数個が形成されているが、間隔をずらして形成することもでき、複数種類の形状や大きさのスリット８を設けることを妨げるものでもない。 The slit 8 is linearly extending in the axial direction of the rotating shaft 13 (up and down in the illustrated example), but may be curved and extended, such as a spiral. In addition, the shape of the slit 8 is not necessarily an elongated space, and may be a polygon, a circle, an ellipse, or the like. Further, although a plurality of slits 8 are formed at equal intervals in the circumferential direction, they can be formed at different intervals, and this does not prevent the provision of slits 8 of a plurality of types and sizes.
（図５及び図６の説明）
ローター２の攪拌羽根１２は、図５及び図６に示すように、横断面（回転軸１３の軸方向に直交する断面）において、ローター２の中心から放射状に一定の幅で直線状に伸びるものを図示したが、外側に向かうに従って漸次幅が広くなるものであってもよく、湾曲しながら外側に伸びるものであってもよい。
(Explanation of FIGS. 5 and 6)
As shown in FIGS. 5 and 6, the stirring blade 12 of the rotor 2 extends linearly from the center of the rotor 2 in a straight line with a constant width in a transverse section (a section perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 13). However, the width may gradually increase toward the outside, or it may extend to the outside while curving.
また、回転軸１３の軸方向においては、これらの攪拌羽根１２は、回転軸１３の回転軸を含む平面に沿って、直線状に伸びるものを示したが、スパイラル状など、上下方向に湾曲して伸びるものであってもよい。これらの個々の構成部材の形状は、ローター２の回転によって、攪拌羽根１２とスクリーン９との間で被処理流動体のせん断が可能なものであり、且つ、前記のジェット流が生ずるように被処理流動体に運動エネルギーを与えることができることを条件に、種々変更することが可能である。 Moreover, in the axial direction of the rotating shaft 13, although these stirring blades 12 showed what linearly extended along the plane containing the rotating shaft of the rotating shaft 13, they were curved up and down, such as spiral shape. It may extend. The shapes of these individual components are such that the fluid to be treated can be sheared between the stirring blades 12 and the screen 9 by the rotation of the rotor 2 and the jet flow is generated so as to generate the jet flow. Various modifications can be made provided that kinetic energy can be applied to the treatment fluid.
スクリーン９と攪拌羽根１２とのクリアランスは、前記のせん断とジェット流が生ずる範囲で適宜変更できるが、通常約0.2〜2.0mmであることが望ましい。また、このクリアランスは、攪拌室７とローター２との少なくとも何れか一方を軸方向に移動可能としておくことで、調整できるようにしてもよい。 The clearance between the screen 9 and the stirring blade 12 can be appropriately changed within the range in which the shearing and jet flow are generated, but it is usually preferably about 0.2 to 2.0 mm. The clearance may be adjusted by allowing at least one of the stirring chamber 7 and the rotor 2 to move in the axial direction.
（図８の説明）
流体容器４内の被処理流動体の全体の攪拌均一化を行なうために、流体容器４内に別個の攪拌装置を配置することもできる。そして、図８に示すように、このような流体容器４内全体の攪拌のための攪拌翼１５を、攪拌室７と同体に回転するように、設けることもできる。この場合、攪拌翼１５と、スクリーン９を含む攪拌室７とは、共に回転させられる。その際、攪拌翼１５及び攪拌室７の回転方向は、ローター２の回転方向とは、同一であってもよく、逆方向であってもよい。
(Description of FIG. 8)
In order to achieve uniform stirring of the entire fluid to be processed in the fluid container 4, a separate stirring device can be disposed in the fluid container 4. Then, as shown in FIG. 8, such a stirring blade 15 for stirring the entire inside of the fluid container 4 can be provided so as to rotate in the same body as the stirring chamber 7. In this case, the stirring blade 15 and the stirring chamber 7 including the screen 9 are rotated together. At that time, the rotation direction of the stirring blade 15 and the stirring chamber 7 may be the same as the rotation direction of the rotor 2 or may be the opposite direction.
（図９の説明）
また、前述の図１〜図８を参照して説明した例では、スクリーン９を含む攪拌室７を実質的に回転させない（低速で回転させるものを含む）ものであったが、図９に示すように、スクリーン９を高速回転させるものであってもよい。具体的には、攪拌室７を支持管３に対して回動可能とし、攪拌室７の先端に、第２モータ１６の回転軸を接続することによって、高速回転可能とするものである。このスクリーン９の回転方向は、攪拌室７の内部に配置されたローター２の回転方向とは逆方向に回転させる。これによって、スクリーン９とローター２との相対的回転速度が増加する。
(Description of FIG. 9)
Further, in the example described with reference to FIGS. 1 to 8 described above, the stirring chamber 7 including the screen 9 is not substantially rotated (including one that rotates at a low speed), but is shown in FIG. As described above, the screen 9 may be rotated at a high speed. Specifically, the stirring chamber 7 can be rotated with respect to the support tube 3, and the rotating shaft of the second motor 16 is connected to the tip of the stirring chamber 7 to enable high-speed rotation. The rotation direction of the screen 9 is rotated in the direction opposite to the rotation direction of the rotor 2 disposed inside the stirring chamber 7. As a result, the relative rotational speed between the screen 9 and the rotor 2 increases.
（図１０の説明）
上述した処理部１において、本発明は、下記の形態を備えたものとして実施することができる。
前述の隔壁１０は、図１０に示すような流路調整部２０を有する。この流路調整部２０は、開口部１１における流体の流路断面積と、攪拌羽根１２の最大径により求められる円の面積との比率である開口率を変更するものである。具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、この流路調整部２０は、隔壁１０に設けられた外周側部材として実施され、さらに具体的には、動かすことで開度を調整できる環状シャッタ２１として実施することができる。この環状シャッタ２１は、隔壁１０の上流側（吸入室６側）に配置されてもよく、下流側（攪拌室７側）に配置されてもよい。環状シャッタ２１は、図１０（Ｃ）に示す可動片２２を複数枚備えており、可動片２２を動かすことによって、開口部１１の開口面積を変更する。可動片２２を動かす具体的機構は、この種の環状シャッタ２１の開閉機構を適宜採用することができる。
(Explanation of FIG. 10)
In the processing unit 1 described above, the present invention can be implemented as having the following forms.
The above-mentioned partition 10 has a flow path adjusting unit 20 as shown in FIG. The flow path adjustment unit 20 changes the opening ratio, which is a ratio between the flow path cross-sectional area of the fluid in the opening 11 and the area of a circle determined by the maximum diameter of the stirring blade 12. Specifically, as shown in FIG. 10 (B), the flow path adjustment unit 20 is implemented as an outer peripheral member provided in the partition wall 10, and more specifically, the opening degree can be adjusted by moving. It can be implemented as an annular shutter 21. The annular shutter 21 may be disposed on the upstream side (suction chamber 6 side) of the partition wall 10 or may be disposed on the downstream side (stirring chamber 7 side). The annular shutter 21 includes a plurality of movable pieces 22 shown in FIG. 10C, and the opening area of the opening 11 is changed by moving the movable piece 22. As a specific mechanism for moving the movable piece 22, an opening / closing mechanism for this kind of annular shutter 21 can be appropriately employed.
可動片２２は、図１０（Ｄ）に示すように、より少ない枚数（最少枚数は１枚）でも実施することができるが、より多くの可動片２２を有するものの方が、開口部１１の形状を円形に近づけることが容易である。開口部１１の形状は、多角形であってもよいが、円形に近い方が、流体の流れの均一性を高めることができる点で有利である。 As shown in FIG. 10D, the movable piece 22 can be implemented with a smaller number (the minimum number is one), but the one having the larger number of movable pieces 22 has a shape of the opening 11. It is easy to make the shape close to a circle. The shape of the opening 11 may be a polygonal shape, but a shape close to a circle is advantageous in that the uniformity of fluid flow can be improved.
なお、開口部１１の中央には、前述の回転軸１３が貫通部として配置される。従って、流体の流路断面積は、可動片２２によって構成される環状の開口部１１の面積（開口の直径ａより求められる面積）から、回転軸１３の外径ｂより求められる断面積を差し引いた面積となる。 In the center of the opening 11, the above-described rotation shaft 13 is disposed as a through portion. Therefore, the cross-sectional area of the fluid flow path is subtracted from the area of the annular opening 11 formed by the movable piece 22 (the area obtained from the diameter a of the opening), and the cross-sectional area obtained from the outer diameter b of the rotating shaft 13. Area.
もちろん、図７の例のように、回転軸１３を開口部１１に貫通させずとも、前述のローター２を回転させることも可能であり、その場合には、可動片２２によって構成される環状の開口部１１の面積（開口の直径ａより求められる面積）が、流体の流路断面積となる。 Of course, as in the example of FIG. 7, it is possible to rotate the rotor 2 without penetrating the rotation shaft 13 through the opening 11. The area of the opening 11 (the area obtained from the diameter a of the opening) is the flow path cross-sectional area of the fluid.
前記開口率は、前記の開口部１１における流体の流路断面積と、攪拌羽根１２の最大外径ｃにより求められる円の面積との比率を言う。この例では、吸入室６の下流端（隔壁１０の上面位置）が近い部分が最も外径が大きく、最大断面積を示すものであるが、図示上下方向（回転軸１３の軸方向）のいずれの位置が最大断面積を示すものであってもよい。 The aperture ratio refers to the ratio between the flow path cross-sectional area of the fluid in the opening 11 and the area of a circle determined by the maximum outer diameter c of the stirring blade 12. In this example, the portion near the downstream end (upper surface position of the partition wall 10) of the suction chamber 6 has the largest outer diameter and shows the maximum cross-sectional area. The position may indicate the maximum cross-sectional area.
（図１１の説明）
図１１の例は、流路調整部２０として、隔壁１０に設けられた外周側部材として実施され、具体的には、交換することで開度を調整できるものである。より具体的には、図１１（Ｂ）〜（Ｅ）に示す中央の開口部１１の面積が異なる環状盤３１を、複数種類、交換可能に着脱できるようにしたものである。この環状盤３１は、隔壁１０の上流側か下流側に配置されてボルトや係止具などで着脱可能に固定される。複数の環状盤３１は、外径や固定位置を一定にし、中央の開口部１１の開口面積が異なるようにし、これを交換することで、開口面積及び開口率を変更する。なお図１０の説明のとおり、開口部１１における流体の流路断面積は、回転軸１３が貫通している場合には、その横断面積を差し引いた面積となる。
(Description of FIG. 11)
The example of FIG. 11 is implemented as an outer peripheral side member provided in the partition wall 10 as the flow path adjusting unit 20, and specifically, the opening degree can be adjusted by replacement. More specifically, a plurality of types of annular disks 31 having different areas of the central opening 11 shown in FIGS. 11B to 11E can be detachably attached. The annular disk 31 is disposed on the upstream side or the downstream side of the partition wall 10 and is detachably fixed with bolts, locking tools, or the like. The plurality of annular disks 31 have a constant outer diameter and a fixed position, differ in the opening area of the central opening 11, and are exchanged to change the opening area and the opening ratio. As illustrated in FIG. 10, the flow path cross-sectional area of the fluid in the opening 11 is an area obtained by subtracting the cross-sectional area when the rotating shaft 13 passes therethrough.
なお、図示は省略するが、開口部１１の面積が異なる複数種類の隔壁１０を準備して、隔壁１０を吸入室６と攪拌室７との間に着脱交換可能に配置することもできる。 Although illustration is omitted, it is also possible to prepare a plurality of types of partition walls 10 having different openings 11 and arrange the partition wall 10 between the suction chamber 6 and the stirring chamber 7 so as to be detachable and replaceable.
さらに、図２に示すように、隔壁１０を一体に形成した吸入室６を、支持管３の先端と、攪拌室７（スクリーン９）とにそれぞれ螺合したものにあっては、中央の開口部１１の開口面積が異なる隔壁１０を一体に形成した吸入室６を複数種類用意して、支持管３の先端と攪拌室７（スクリーン９）の基端との間に交換可能に螺合して配置してもよい。 Further, as shown in FIG. 2, in the case where the suction chamber 6 integrally formed with the partition wall 10 is screwed into the tip of the support tube 3 and the stirring chamber 7 (screen 9), a central opening is provided. A plurality of types of suction chambers 6 in which partition walls 10 having different opening areas of the portion 11 are integrally formed are prepared, and are screwed between the distal end of the support tube 3 and the proximal end of the stirring chamber 7 (screen 9) so as to be replaceable. May be arranged.
（図１２の説明）
図１２の例は、流路調整部２０として、貫通部である回転軸１３に設けられた内周側部材として実施され、具体的には、交換することで流路断面積を調整できるものである。さらに具体的には、開口部１１の中央に、回転軸１３等の貫通部を有する場合の例であり、この例では、回転軸１３の外側に、内周側部材としてスリーブ４１を着脱可能に配置する。このスリーブ４１は、図１２（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、外径が異なる複数種類を用意して、これを開口部１１の中央位置に配置することで、開口面積及び開口率を変更するものである。言い換えれば、この実施の形態では、流路断面積は、開口部１１の面積からスリーブ４１の断面積を差し引いた面積であり、スリーブ４１の外径を複数種類に変更することで、流路断面積を変更するものである。
(Explanation of FIG. 12)
The example of FIG. 12 is implemented as an inner peripheral side member provided on the rotary shaft 13 that is a through portion as the flow path adjusting unit 20, and specifically, the flow path cross-sectional area can be adjusted by replacement. is there. More specifically, it is an example in the case where a through-hole such as a rotating shaft 13 is provided in the center of the opening 11, and in this example, the sleeve 41 can be attached and detached as an inner peripheral side member outside the rotating shaft 13. Deploy. As shown in FIGS. 12 (B) to 12 (E), the sleeve 41 is prepared in a plurality of types having different outer diameters, and is arranged at the center position of the opening portion 11, thereby reducing the opening area and the opening ratio. To change. In other words, in this embodiment, the flow path cross-sectional area is an area obtained by subtracting the cross-sectional area of the sleeve 41 from the area of the opening 11, and by changing the outer diameter of the sleeve 41 to a plurality of types, The area is changed.
なお、スリーブ４１は、円筒体をなして、その中空内部に回転軸１３を挿通するものであってもよいが、円筒体を２つ割にして回転軸１３の外側に装着して固定するものであってもよく、その着脱の具体的手段は適宜変更して実施することができる。さらに、図示は省略するが、前記内周側部材を動かすことで開度を調整できるものとして実施することもできる。例えば、回転軸１３に開度の変化による拡径縮径する部材を設けておき、その開度を調整することで拡径縮径を行うようにしてもよい。 The sleeve 41 may be a cylindrical body, and the rotation shaft 13 may be inserted into the hollow inside thereof. However, the sleeve 41 is divided into two and attached to the outside of the rotation shaft 13 and fixed. The specific means for attaching and detaching can be changed as appropriate. Furthermore, although illustration is abbreviate | omitted, it can also implement as what can adjust an opening degree by moving the said inner peripheral side member. For example, a member for expanding and reducing the diameter by changing the opening degree may be provided on the rotary shaft 13, and the opening and closing may be adjusted to perform the diameter expansion and reduction.
（各例の組合せ）
以上の各例は、単独で用いてよく、複数の例を組み合わせて実施することもできる。また、流体処理方法としては、開口部１１の開口率が異なる複数の流体処理装置を準備し、流体処理装置を変更することで、開口部１１における流路断面積及び開口率を変更してもよい。
(Combination of each example)
Each of the above examples may be used alone or in combination with a plurality of examples. In addition, as a fluid processing method, a plurality of fluid processing apparatuses having different opening ratios of the opening 11 are prepared, and the fluid processing apparatus is changed to change the flow path cross-sectional area and the opening ratio in the opening 11. Good.
以下、本発明の理解を高めるために、実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定して理解されるべきではない。
本発明の図１、図２で図示される形態の攪拌羽根を有する流体処理装置を用いて流動パラフィンの分散試験を、図１３図に示すフローにて行った。
Hereinafter, in order to enhance the understanding of the present invention, examples will be shown, but the present invention should not be understood to be limited to these examples.
A liquid paraffin dispersion test was performed according to the flow shown in FIG. 13 using a fluid processing apparatus having a stirring blade of the form shown in FIGS. 1 and 2 of the present invention.
実施例１〜６に用いた流体は、流動パラフィン29.4ｗｔ％、純水を68.6ｗｔ％、界面活性剤としてＴｗｅｅｎ80（オレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン）1.33ｗｔ％及びＳｐａｎ80（ソルビタンオレイン酸 モノエステル）0.67ｗｔ％とを混合したものである。前記処方液800ｇを図１３図に示すように、スターラ１０２にて攪拌するように配置された容器１０１（1000ｃｃトールビーカー）に投入した。図１３図に示すように、容器１０１、ポンプ１０３、流体容器４、圧力計１０４を含む循環経路を形成して、流体容器４内に、図１、図２で図示される形態の処理部１を挿入した。前記流体をポンプ１０３（送り量：2500ｇ/分）にて循環させながら、処理部１内のローターを、20000rpmで回転させて分散処理した。 The fluids used in Examples 1 to 6 were liquid paraffin 29.4 wt%, pure water 68.6 wt%, surfactant Tween 80 (polyoxyethylene sorbitan oleate) 1.33 wt% and Span 80 (sorbitan oleic acid monoester) 0.67. It is a mixture of wt%. As shown in FIG. 13, 800 g of the prescription solution was put into a container 101 (1000 cc tall beaker) arranged to be stirred by a stirrer 102. As shown in FIG. 13, a circulation path including a container 101, a pump 103, a fluid container 4, and a pressure gauge 104 is formed, and the processing unit 1 in the form shown in FIGS. 1 and 2 is formed in the fluid container 4. Inserted. While the fluid was circulated by the pump 103 (feed amount: 2500 g / min), the rotor in the processing unit 1 was rotated at 20000 rpm for dispersion treatment.
実施例１〜３では、攪拌羽根が回転軸から遠ざかるに従って回転軸の回転方向と逆方向に湾曲して伸びるものを用いた。実施例４〜６では、攪拌羽根が回転軸の半径方向に直線状に伸びたものを用いた。 In Examples 1 to 3, the agitating blade used was curved and extended in the direction opposite to the rotation direction of the rotation shaft as it moved away from the rotation shaft. In Examples 4 to 6, a stirring blade having a linear extension in the radial direction of the rotation shaft was used.
実施例１と４は流体容器内圧力を0.00MPaG、実施例２と５は流体容器内圧力を0.05MPaG、実施例３と６は流体容器内圧力を0.10MPaGに設定した。 In Examples 1 and 4, the fluid container pressure was set to 0.00 MPaG, in Examples 2 and 5, the fluid container pressure was set to 0.05 MPaG, and in Examples 3 and 6, the fluid container pressure was set to 0.10 MPaG.
各実施例について、開口部の内径を変化させることによって、流路断面積及び開口率を表１のように変化させた。この、開口部の内径の変化については、図２に示すように、隔壁１０を一体に形成した吸入室６を、支持管３の先端と、攪拌室７（スクリーン９）とにそれぞれ螺合したものを用いて、中央の開口部１１の開口面積が異なる隔壁１０を一体に形成した吸入室６を４種類用意して、支持管３の先端と攪拌室７（スクリーン９）の基端との間に交換可能に螺合して配置した。 About each Example, the flow-path cross-sectional area and the aperture ratio were changed like Table 1 by changing the internal diameter of an opening part. Regarding the change in the inner diameter of the opening, as shown in FIG. 2, the suction chamber 6 integrally formed with the partition wall 10 is screwed into the tip of the support tube 3 and the stirring chamber 7 (screen 9). Four types of suction chambers 6 in which the partition walls 10 having different opening areas of the central opening 11 are integrally formed are prepared, and the tip of the support tube 3 and the base end of the stirring chamber 7 (screen 9) are prepared. Interchangeably screwed between them.
表１において、流路断面積は、開口部の内径より求められた面積から、回転軸径より求められた横断面積を差し引いた面積であり、開口率は、流路断面積の攪拌羽根の最大外径より求められた面積に対する、流路断面積の比率である。 In Table 1, the channel cross-sectional area is an area obtained by subtracting the cross-sectional area obtained from the rotation shaft diameter from the area obtained from the inner diameter of the opening, and the opening ratio is the maximum of the stirring blade of the channel cross-sectional area. It is the ratio of the channel cross-sectional area to the area obtained from the outer diameter.
（実施例１〜３）
実施例１〜３のそれぞれについて、所定の処理時間後に得られた分散粒子の粒度分布測定結果におけるメディアン径Ｄ50及びＤ90の値を表２及び表３に記載する。また、図１４及び図１５に、横軸に開口率、縦軸にメディアン径Ｄ50、Ｄ90をとったグラフとして示す。
実施例１〜３に使用したローター/スクリーンの仕様、ローター回転数、攪拌時間及び実験実施時の温度等の条件について記す。
・攪拌羽根仕様 攪拌羽根の形状：ねじり羽根、攪拌羽根の枚数：6枚
・スクリーン仕様 スリットの幅：0.8mm、スリットの数：48本
・攪拌条件 ローター回転数：20000rpm、攪拌時間：30分
・流体容器内温度：20℃
(Examples 1-3)
Tables 2 and 3 show the median diameters D50 and D90 in the particle size distribution measurement results of the dispersed particles obtained after a predetermined processing time for each of Examples 1 to 3. 14 and 15 are graphs in which the horizontal axis represents the aperture ratio and the vertical axis represents the median diameters D50 and D90.
The specifications of the rotor / screen used in Examples 1 to 3, the number of rotations of the rotor, the stirring time, the temperature during the experiment, and the like are described.
・ Agitator blade specifications Agitator blade shape: Torsion blade, number of agitator blades: 6 ・ Screen specifications Slit width: 0.8 mm, number of slits: 48 ・ Agitator conditions Rotor rotation speed: 20000 rpm, agitation time: 30 minutes Fluid container temperature: 20 ℃
（実施例４〜６）
実施例４〜６のそれぞれについて、所定の処理時間後に得られた分散粒子の粒度分布測定結果におけるメディアン径Ｄ50及びＤ90の値を表４及び表５に記載する。また、図１６及び図１７に、横軸に開口率、縦軸にメディアン径Ｄ50、Ｄ90をとったグラフとして示す。
実施例４〜６に使用したローター/スクリーンの仕様、ローター回転数、攪拌時間及び実験実施時の温度等の条件について記す。
・攪拌羽根仕様 攪拌羽根の形状：直線羽根、攪拌羽根の枚数：6枚
・スクリーン仕様 スリットの幅：1.0mm、スリットの数：36本
・攪拌条件 ローター回転数：20000rpm、攪拌時間：10分
・流体容器内温度：20℃
(Examples 4 to 6)
The values of median diameters D50 and D90 in the particle size distribution measurement results of the dispersed particles obtained after a predetermined treatment time for each of Examples 4 to 6 are shown in Tables 4 and 5. 16 and 17 are graphs in which the horizontal axis represents the aperture ratio and the vertical axis represents the median diameters D50 and D90.
It describes about conditions, such as the specification of the rotor / screen used for Examples 4-6, rotor rotation speed, stirring time, and temperature at the time of experiment implementation.
・ Agitator blade specifications Stirrer blade shape: Number of straight blades and agitator blades: 6 ・ Screen specifications Slit width: 1.0 mm, number of slits: 36 ・ Agitating conditions Rotor rotation speed: 20000 rpm, agitation time: 10 minutes Fluid container temperature: 20 ℃
実施例１〜３にあっては、流体の圧力条件を一定にした状態で、開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率が負値に維持された。
実施例４にあっては、流体の圧力条件を一定にした状態で、開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率が負値に維持された。
In Examples 1 to 3, in a state where the pressure condition of the fluid was constant, the rate of change in which the particle diameter after the fluid treatment was changed with respect to the change in the aperture ratio was maintained at a negative value. .
In Example 4, with the fluid pressure condition kept constant, the rate of change in which the particle diameter after the fluid treatment increased or decreased with respect to the increase or decrease in the aperture ratio was maintained at a negative value.
実施例５、６にあっては、流体の圧力条件を一定にした状態で、開口率の増減変化に対して前記流体処理後の前記粒子径が増減変化する変化率が正値に維持された。 In Examples 5 and 6, the rate of change in which the particle diameter after the fluid treatment was increased or decreased with respect to the increase or decrease in the aperture ratio was maintained at a positive value with the fluid pressure condition being constant. .
これは、被処理物の種類と流体の圧力条件による変化であると考えられるが、何れの場合にあっても、同一の流体と同一の圧力条件下にあっては、攪拌羽根１２の回転数を変化させずとも、開口率の増減変化により、得られた粒子径が制御され得ることが確認された。このように、本発明では、同一の流体と同一の圧力条件下にあっては、回転数を固定した状態であっても、開口率を変化させることによって、粒子径の制御が可能であることが確認された。また、流体の圧力条件を変化させることによって、粒子径の制御が可能であることも確認されたものであり、開口率の変化と流体の圧力条件の変化とを組合せることによって、より多様な粒子径の制御も可能であり、前記の開口率の増減変化に対する粒子径の変化率を負値、正値とするほか、零に維持することも可能である。 This is considered to be a change due to the type of workpiece and the pressure condition of the fluid. In any case, the rotation speed of the stirring blade 12 is the same under the same pressure condition as the same fluid. It was confirmed that the obtained particle diameter could be controlled by changing the aperture ratio without changing the. Thus, in the present invention, under the same pressure condition as the same fluid, the particle diameter can be controlled by changing the aperture ratio even when the rotation speed is fixed. Was confirmed. It was also confirmed that the particle diameter can be controlled by changing the pressure condition of the fluid. By combining the change in the aperture ratio and the change in the pressure condition of the fluid, a wider variety can be obtained. The particle diameter can be controlled, and the change rate of the particle diameter with respect to the change in the aperture ratio can be set to a negative value or a positive value, or can be maintained at zero.
１ 処理部
２ ローター
３ 支持管
４ 流体容器
５ 吸入口
６ 吸入室
７ 攪拌室
８ スリット
９ スクリーン
１０ 隔壁
１１ 開口部
１２ 攪拌羽根
１３ 回転軸
１４ モータ
１５ 攪拌翼
２０ 流路調整部
２１ 環状シャッタ
２２ 可動片
３１ 環状盤
４１ スリーブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing part 2 Rotor 3 Support pipe 4 Fluid container 5 Suction port 6 Suction room 7 Stirring room 8 Slit 9 Screen 10 Partition 11 Opening part 12 Stirring blade 13 Rotating shaft 14 Motor 15 Stirring blade 20 Flow path adjusting part 21 Annular shutter 22 Movable Piece 31 annular board 41 sleeve
Claims (7)
前記開口部における前記流体の流路断面積を変更する流路調整部を備え、
前記流路調整部を操作して前記流路断面積を変更することにより、前記流体処理後の前記流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することができるようにしたことを特徴とする流体処理装置。 A stirring chamber comprising an opening for introducing a fluid to be treated for emulsification, dispersion or mixing into the stirring chamber, a screen provided with a discharge port for discharging the fluid to the outside of the stirring chamber, and the stirring chamber A processing unit composed of coordinated rotating stirring blades is disposed in the fluid, and the stirring blades rotate to introduce the fluid into the stirring chamber from the opening. In the fluid processing apparatus in which the fluid processing is performed by shearing the fluid performed in a minute gap between the screen and the screen,
A flow path adjustment section for changing a flow path cross-sectional area of the fluid in the opening,
A fluid characterized in that the particle diameter of the particles contained in the fluid after the fluid treatment can be controlled by operating the flow path adjustment unit to change the cross-sectional area of the flow path. Processing equipment.
前記吸入室は、前記開口部を介して前記攪拌室に繋がるものであることを特徴とする請求項１記載の流体処理装置。 The processing unit includes a suction chamber having a suction port for sucking the fluid from the outside to the inside,
The fluid processing apparatus according to claim 1, wherein the suction chamber is connected to the stirring chamber through the opening.
前記流路調整部は、前記貫通部に設けられた内周側部材を備え、前記内周側部材を動かすか交換する操作を行なうことによって、前記流路断面積が変化するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体処理装置。 Comprising a penetrating portion disposed through the opening,
The flow path adjustment unit includes an inner peripheral side member provided in the penetrating part, and the flow path cross-sectional area is changed by performing an operation of moving or replacing the inner peripheral side member. The fluid processing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記流体容器の内壁面に前記攪拌室を支持させたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流体処理装置。 A fluid container for storing the fluid;
The fluid processing apparatus according to claim 1, wherein the stirring chamber is supported on an inner wall surface of the fluid container.
前記攪拌羽根を回転させることによって、前記開口部から前記流体を前記攪拌室へ導入し、前記攪拌羽根と前記スクリーンとの間の微小な間隙において前記流体にせん断力を加えることによって、前記流体処理がなされる流体処理方法において、
前記開口部における前記流体の流路断面積を変更することにより、前記流体処理後の前記流体中に含まれる粒子の粒子径を制御することを特徴とする流体処理方法。 A stirring chamber comprising an opening for introducing a fluid to be treated for emulsification, dispersion or mixing into the stirring chamber, a screen provided with a discharge port for discharging the fluid to the outside of the stirring chamber, and the stirring chamber Using a fluid processing apparatus in which a processing unit composed of coordinated rotating stirring blades is arranged in the fluid,
By rotating the stirring blade, the fluid is introduced from the opening into the stirring chamber, and a shearing force is applied to the fluid in a minute gap between the stirring blade and the screen. In the fluid processing method in which
A fluid processing method, wherein a particle diameter of particles contained in the fluid after the fluid processing is controlled by changing a flow path cross-sectional area of the fluid in the opening.
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