JP6726003B2 - Slurry kneading/dispersing device - Google Patents
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Description
本発明は、化学、医薬、電子、食品、飼料その他の各種分野で使用されている固体/液体系処理材料であるスラリーを混練・分散処理する装置において、スラリーを供給するための供給ポンプを外部に設けずに処理槽に循環させて連続的に処理できるようにしたスラリーの混練・分散装置に関するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to an apparatus for kneading/dispersing a slurry, which is a solid/liquid type processing material used in various fields such as chemistry, medicine, electronics, food, feed, etc., and a supply pump for supplying the slurry to the outside. The present invention relates to a slurry kneading/dispersing device which is circulated in a processing tank and can be continuously processed without being provided in the above.
従来、固体/液体系の処理材料であるスラリーを混練・分散処理する場合、連続式に行うときは、処理槽の外部に供給ポンプを設けて処理材料を処理槽内に送り込むように構成することが多い。そのため、処理材料の品種替え等のときには、処理槽の洗浄とは別に供給ポンプの洗浄作業が必要になる。しかし、洗浄液として有機溶剤を使用しなければならないときは、作業環境的に好ましくなく、供給ポンプの完全洗浄は困難であった。また、供給ポンプにより原材料が破壊するおそれもあった。 Conventionally, when kneading/dispersing a slurry which is a solid/liquid type processing material, when performing a continuous process, a supply pump is provided outside the processing tank so that the processing material is fed into the processing tank. There are many. Therefore, when changing the type of processing material, it is necessary to clean the supply pump separately from the cleaning of the processing tank. However, when an organic solvent has to be used as the cleaning liquid, it is not preferable in terms of working environment and it is difficult to completely clean the supply pump. In addition, the feed pump may destroy the raw materials.
分散媒体(ビーズ)を用いて分散処理を行う媒体分散装置では、処理槽の外部に供給ポンプを設けずに連続式に処理できるようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。この装置は、処理槽内に複数の円板を近接して設け、この円板を回転することによりディスクフローポンプの要領で吸引作用を発揮させて吸引口から処理槽内に処理材料を吸引し、分散媒体とともに円板で撹拌して分散処理する。そして、処理後の処理材料は、分散媒体を処理材料から分離する媒体分離装置を介して吐出口から吐出され、再び上記のように処理槽の吸引口から吸引されて循環処理することにより連続式に分散処理するように構成されている。この装置によれば、分散媒体を使用することにより効率よく分散処理することができるが、媒体分離装置部分や配管での付着ロス分が多くなり、高価な処理材料では数百ミリリットル程度の少量処理は困難であるから、簡単な確認テストに使用するというような使用態様はむずかしい。その上、分散機能が分散媒体のビーズ径や材質により変化し、分散媒体の磨耗や破損によりコンタミを生じたり、分散媒体による剪断、衝撃作用によって処理材料中の固体(粉体)が粒子破壊することもあった。 As a medium dispersion apparatus that performs dispersion processing using a dispersion medium (beads), there is known an apparatus that can perform continuous processing without providing a supply pump outside the processing tank (see, for example, Patent Document 1). This device has a plurality of discs arranged close to each other in the treatment tank, and by rotating these discs, the suction action is exerted in the manner of a disc flow pump to suck the treatment material from the suction port into the treatment tank. , And the dispersion medium is agitated with a disc for dispersion treatment. Then, the treated material after treatment is discharged from the discharge port through the medium separation device that separates the dispersion medium from the treated material, and is again sucked from the suction port of the treatment tank as described above and is circulated for continuous processing. It is configured to perform distributed processing. According to this device, it is possible to efficiently perform dispersion processing by using a dispersion medium, but the amount of adhesion loss in the medium separation device part and piping increases, and a small amount of processing of several hundred milliliters is required for expensive processing materials. Since it is difficult to use, it is difficult to use it for a simple confirmation test. In addition, the dispersion function changes depending on the bead diameter and material of the dispersion medium, causing contamination due to wear and damage of the dispersion medium, or the solid (powder) in the processing material is broken by the shearing and impact action of the dispersion medium. There were things.
液体/液体系の処理材料を混合する装置では、ケーシング内に設けた混合要素の回動中心軸に開口部を有する中空部を設け 、ケーシング内に吸い込んだ処理材料を、開口部を通して中空部に導き、その後中空部から連通流路を通して混合要素の外周に導いて混合処理する方法、装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。しかし、この装置で処理する処理材料は、液/液系の処理材料、すなわち粉体が部分凝集した凝集体のように解砕しにくい材料を含まないエマルジョンが対象であり、貫通孔を備えた複数の円板を重ねて中空部を有する混合要素を形成し中空部に入った処理材料を外周に流出させてディスクフローポンプの応用で循環する構成である。したがって、固体/液体系の処理材料であるスラリーのように、解砕しにくい粉体の凝集体を含む処理材料の場合には、積層した円板間を通して中空部から外周に流出させるだけでは、十分に解砕することができず、スラリーの混練・分散処理に適応することはむずかしい。 In a device for mixing liquid/liquid type processing materials, a hollow part having an opening is provided in the central axis of rotation of the mixing element provided in the casing, and the processing material sucked into the casing is passed through the opening to the hollow part. There has been proposed a method and apparatus for guiding and then conducting a mixing process by guiding the mixture from the hollow portion to the outer periphery of the mixing element through a communication channel (see, for example, Patent Document 2). However, the processing material to be processed by this device is a liquid/liquid type processing material, that is, an emulsion that does not contain a material that is difficult to crush, such as an aggregate in which powder is partially aggregated. This is a configuration in which a plurality of discs are stacked to form a mixing element having a hollow portion, and the processing material in the hollow portion is caused to flow out to the outer periphery and circulate by application of a disc flow pump. Therefore, in the case of a processing material containing agglomerates of powder that are difficult to disintegrate, such as a slurry that is a solid/liquid type processing material, simply by flowing out from the hollow portion to the outer periphery through the laminated discs, Since it cannot be sufficiently crushed, it is difficult to apply it to the kneading/dispersing treatment of the slurry.
本発明の解決課題は、固体/液体系の混合物であるスラリーを、処理槽の外部に供給ポンプを設けることなく循環させて連続式に混練、分散できるようにしたスラリーの混練・分散装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a slurry kneading/dispersing device capable of continuously kneading and dispersing a slurry, which is a solid/liquid mixture, without providing a supply pump outside the processing tank. It is to be.
本発明によれば、固体/液体系処理材料の供給口と吐出口を有する処理槽と、該処理槽の内壁との間に環状の微少間隙を存して回転可能に設けられた回転体と、該回転体と上記供給口の間に設けられたポンプ室を具備し、該ポンプ室には上記回転体の端面に固定され上記微少間隙に近接する外径を有し回転により負圧作用を生じる吸引円板が設けられ、該吸引円板で処理材料を処理槽内に吸引して上記微少間隙で混練・分散し、上記吐出口から吐出することを特徴とするスラリーの混練・分散装置が提供され、上記解題が解決される。 According to the present invention, a processing tank having a supply port and a discharge port for a solid/liquid type processing material, and a rotating body rotatably provided with an annular minute gap between the inner wall of the processing tank and the processing tank. A pump chamber provided between the rotating body and the supply port, the pump chamber having an outer diameter fixed to an end surface of the rotating body and being close to the minute gap, thereby exerting a negative pressure action by rotation. The resulting suction disc is provided, and the treatment material is sucked into the treatment tank by the suction disc, kneaded and dispersed in the minute gap, and discharged from the discharge port. Provided and the above problem solved.
また、本発明によれば、上記吸引円板には中央のボス部から半径方向に延びる羽根状の***部が突設され、回転した際、処理材料が当接する該***部の側面は、好ましくはボス部の外径より約45度の角度で傾斜し、ボス部から外周に向かって幅狭に形成されている上記スラリーの混練・分散装置が提供され、上記解題が解決される。 Further, according to the present invention, the suction disk is provided with a blade-shaped ridge portion extending in a radial direction from a central boss portion, and a side surface of the ridge portion with which the processing material abuts when rotated is preferable. Provides a kneading/dispersing device for the slurry, which is inclined at an angle of about 45 degrees from the outer diameter of the boss portion and is formed to have a narrow width from the boss portion toward the outer periphery, thereby solving the above problem.
本発明は上記のように構成され、処理槽は固体/液体系処理材料の供給口と吐出口を有し、該処理槽の内部には、内壁との間に環状の微少間隙を存して回転体が回転可能に設けられ、該回転体と上記供給口の間にポンプ室が設けられている。このポンプ室に、上記回転体の端面に固定され上記微少間隙に近接する外径を有し回転により負圧作用を生じる吸引円板を設けたので、吸引円板の回転により生じた負圧作用で供給口から処理槽内に処理材料が吸引され、この処理材料は、吸引円板の外周から吐出されて上記微少間隙に入り込み、該微少間隙内で回転体の外面と処理槽の内壁により混練・分散され、上記吐出口から吐出する。したがって、スラリーのように凝集力の大きい粉体も連続式に確実に解砕され、効率よく混練・分散処理することができる。また、色変えその他処理材料の品種変更等のときは、従来のように処理槽とは別に設けた供給ポンプ部分が存在しないので、洗浄作業の必要がなく、作業性が良くなり、連続化のための配管も短縮することができる。 The present invention is configured as described above, the treatment tank has a supply port and a discharge port for the solid/liquid type processing material, and inside the treatment tank, there is an annular minute gap between the inner wall and the inner wall. A rotating body is rotatably provided, and a pump chamber is provided between the rotating body and the supply port. Since this pump chamber is provided with a suction disk fixed to the end face of the rotating body and having an outer diameter close to the minute gap to generate a negative pressure effect by rotation, a negative pressure effect generated by rotation of the suction disk is provided. The processing material is sucked from the supply port into the processing tank, and the processing material is discharged from the outer circumference of the suction disk and enters the minute gap, where it is kneaded by the outer surface of the rotor and the inner wall of the processing tank. -Dispersed and discharged from the discharge port. Therefore, even a powder having a large cohesive force such as a slurry can be reliably crushed in a continuous manner and can be efficiently kneaded and dispersed. Also, when changing the color or changing the type of processing material, there is no separate supply pump part provided separately from the processing tank as in the past, so there is no need for cleaning work, workability is improved, and continuous operation is possible. The piping for can also be shortened.
本発明において、上記吸引円板に、中央のボス部から半径方向に延びる羽根状の***部を突設し、回転した際、処理材料が当接する該***部の側面を、好ましくはボス部の外径より約45度の角度で傾斜させ、ボス部から外周に向かって幅狭に形成すると、この側面に当たったスラリー中の粗大粒子は吸引円板の回転方向(入力方向)に飛ばされるものと、半径方向(出力方向)に飛ばされるものがほぼ等しくなり、吸収円板を安定状態で運転することが可能となる。また、***部を先端に向かって幅狭に形成すると、隣接する***部間の凹部空間は、円周方向の幅が中心部から外周部に向かって幅広となり、この凹部空間に入り込んだ処理材料は、上記***部に沿って拡散するように吐出され、吐出量が多くなってポンプ作用が十分に発揮され、外周に運ばれた処理材料は、回転体と処理槽の内壁間の環状の微少間隙に積極的に入り込み、確実に混練・分散処理をすることができる。 In the present invention, the suction disk is provided with a blade-shaped ridge portion extending in a radial direction from a central boss portion, and the side surface of the ridge portion with which the processing material abuts when rotated is preferably the boss portion. When it is inclined at an angle of about 45 degrees from the outer diameter and formed narrower from the boss toward the outer circumference, coarse particles in the slurry hitting this side surface are blown in the rotation direction (input direction) of the suction disk. Then, what is blown in the radial direction (output direction) becomes almost equal, and it becomes possible to operate the absorption disk in a stable state. Further, when the ridges are formed narrower toward the tip, the recessed space between the adjacent ridges becomes wider in the circumferential direction from the central portion toward the outer peripheral portion, and the processing material that has entered this recessed space. Is discharged so as to diffuse along the raised portion, the discharge amount is increased and the pumping action is sufficiently exerted, and the processing material carried to the outer periphery is an annular minute particle between the rotating body and the inner wall of the processing tank. It is possible to positively enter the gap and surely perform kneading/dispersion processing.
本発明は、化学、医薬、電子、セラミックス、食品、飼料その他の分野の固体/液体系の処理材料であるスラリーを混練、分散処理して微粒子化することができ、粘度範囲が約1〜100dPa・sの低粘度から中粘度の処理材料(スラリー)の処理に好適に使用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can knead and disperse a slurry, which is a solid/liquid type processing material in the fields of chemistry, medicine, electronics, ceramics, food, feed and other fields, into fine particles, and has a viscosity range of about 1 to 100 dPa. It can be suitably used for treating a low to medium viscosity treatment material (slurry) of s.
図1に示すように、本発明の混練・分散装置は、処理槽(ベッセル)1とこの処理槽内で回転する回転体(ローター)2を有する。処理槽1の前蓋3には、固体と液体を含む処理材料をホッパー4から受け入れる供給口5が設けられ、回転体の後方には処理された材料を処理槽から吐出する吐出口6が設けられ、該吐出口6は配管7を通して上記ホッパー4に連絡され、回転体2と供給口5の間にはポンプ室8が形成されている。なお、供給口5の位置は、図1に示すように、処理材料が低粘度のときは処理槽1の中心部とし、中粘度のときは後記する吸引作用により生じる吸引位置の程度に応じて中心部より上方に設けることが好ましい。処理槽1の周囲には、冷却水等の調温媒体を流通させるジャケット9が設けられ、ジャケットには流入口10と流出口11が設けられている。上記回転体2は、メカニカルシール12を通して駆動モーター(図示略)に連結された駆動軸13により回転される。
As shown in FIG. 1, the kneading/dispersing apparatus of the present invention has a processing tank (vessel) 1 and a rotating body (rotor) 2 that rotates in the processing tank. The front lid 3 of the
上記処理槽1の内壁と回転体2の外周面間には環状の微少間隙14が形成され、上記供給口5から供給された処理材料(スラリー)は、この環状の微少間隙14に送り込まれ、混練・分散処理を受ける。この微少間隙の寸法は、約1.0〜10mm、好ましくは約2.0〜5.0mm程度に形成してある。
An
上記回転体2は、種々の形状に形成することができるが、図1に示す実施例では断面円形の筒状体に形成され、回転体の回転により処理材料は、微少間隙内で連続的に圧縮、剪断作用を受けことにより混練・分散される。回転体の外周面はフラットな面でもよいが、図1に示す実施例では、回転体2の外周面に、円周方向に間隔をあけて凹部15を設けることにより長手方向に延びる複数の帯状突起16を形成してある。このように、回転体2に長手方向に延びる帯状突起16を形成すると、この帯状突起16の部分で処理材料は圧縮、剪断作用を受け、突起間の凹部15では、開放、膨張作用を受ける。このような圧縮、剪断作用と開放、膨張作用は、供給口5側から吐出口6側に流動する間に処理材料に繰り返して作用される。
The
また、上記回転体2の表面は、回転体製造時の表面のままでもよいが、混練、分散を推進できる形状、構造にすることもできる。例えば回転体2の表面全体や上記帯状突起16の表面に、ローレット加工により、刻み目を形成することができる。図1に示す実施例では、回転体の帯状突起16の表面に、水平線状、斜め線状等の平目状ローレットや、四角目、クロス目、ダイヤ目等の綾目状ローレットの刻み目を形成してある。この刻み目により形成される微小凹凸部の高さは、約1.0〜0.1mm、好ましくは約0.6〜0.3mmに設けられている。
Further, the surface of the
上記ポンプ室8には、環状の上記微少間隙14に近接する外径を有し回転により負圧を発生してポンプ作用を生じる吸引円板17が設けられている。該吸引円板17は、筒状の上記回転体の端部に嵌合して固定するための嵌合部18を基板の一端側に有し、他端側の中央に、回転体2と共に上記駆動軸13に取り付けるためのボルト(図示略)を固定するナット嵌めこみ用の孔20有するボス部19が形成されている。該ボス部19の外周にはボス部から半径方向に延びる羽根状の***部21が突設されている。該***部21は、吸引円板17が回転した際、固体粒子の飛距離性と方向性を考慮して、ボス部付近に負圧を発生させて処理材料を吸引し、遠心力で処理材料を外周に飛散させて効率よくポンプ作用を奏することができる適宜の形状に形成されている。図に示す実施例では、あたかも手裏剣のように、十字手裏剣型に、基端から先端に向かって次第に幅狭になる形状の4個の***部21を形成してあるが、3個、5〜10個等複数の***部を設けることができる。そして、研究によれば、各***部21は、図3に示すように、上記吸引円板17の円形を直交する中心線で4等分し、***部21の中央線22が、上記中心線の一方の中心線23から約60度の角度で傾斜するものとした際、処理材料が当接する***部側面24が上記ボス部19の外径、すなわち上記中心線の他方の中心線25に対し約45度の角度で傾斜している形状が好ましいことが確かめられた。また、上記***部側面24は、回転した際、ボス部19から吸引円板の外周に流れる処理材料が上記***部側面24側に入り込むよう傾斜しており(図5参照)、***部21の外表面から見て***部に沿って少し内方に凹んでいる。
The pump chamber 8 is provided with a
図7は、***部側面24の傾斜角度による吸引円板17の駆動作用の相違を示している。図7に示すように該***部側面24に当たったスラリーに含まれている粗大粒子は、吸引円板の回転により吸引円板の回転方向(入力方向)と、半径方向(出力方向)に飛ばされるが、同(A)に示すように、傾斜角度を約45度に形成すると、回転方向(入力方向)に飛ばされるものと、半径方向(出力方向)に飛ばされるものがほぼ等しくなり、吸引円板を安定状態で運転することが可能となる。これに対し、例えば約30度と、傾斜角度を大きくすると、同図(B)に示すように衝突量が多くなり、円板を回転させるための動力が大きくなり、また発熱も多くなって処理材料に影響を与えるおそれがある。一方、同図(C)に示すように、傾斜度が例えば約60度と小さいと、衝突が少なくなり、円周方向流が主体となって吐き出しが弱くなり、ポンプ作用が減少する。
FIG. 7 shows the difference in the driving action of the
上記のように、***部21の先端をボス部側の基端の幅より次第に狭く形成したことにより隣接する***部との間には円周方向の幅が中心部で狭く外周部で幅広になった凹部空間26が形成される。この凹部空間26には、負圧によりポンプ室に入った処理材料が入り込み、吸収引板17の回転により凹部空間26を通って外周に向かって拡散されるが、外周縁が幅広になっているので、吐出量を増大させることができる。その結果、吸引円板によるポンプ作用が高められ、上記環状の微少間隙に処理材料を積極的に送り込むことができる。
As described above, by forming the tip of the raised
上記のようにしてポンプ室8から環状に微少間隙14に送り込まれた処理材料は、回転体2の外面と処理槽1の内壁間で圧縮、剪断作用をうけて混練・分散され、上記吐出口6から吐出する。吐出口6から出た処理材料は配管7を通してホッパー4に戻り、再度供給口5から処理槽1に自己吸引され、所望程度になるまで連続式に混練・分散される。
The processing material annularly sent from the pump chamber 8 to the
図8に示す実施例は、回転体2の外面の形状が上記図1に示す実施例と相違している。この実施例では、回転体2は軸方向に沿って略平行四辺形の撹拌突起27を間隔をあけて多数設けてある。この平行四辺形は、回転体の軸方向に長い2辺が並び、他の斜行する2辺は供給口側から吐出口側に向かって傾斜している。この回転体2によれば、処理槽1の内壁と回転体2の外面間の環状の微少間隙14に送り込まれた処理材料はあたかも栓流(プラグフロー)状に流れ、効率よく混練・分散することができる。
The embodiment shown in FIG. 8 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the shape of the outer surface of the
上記実施例では、吸引円板によるポンプ作用は遠心ポンプを応用しており、渦巻ポンプに似ているが、***部の外側に位置するよう複数の案内羽根を前蓋の内側に設けてタービンポンプ様のポンプ作用にすることもできる。 In the above embodiment, the pumping action by the suction disk applies a centrifugal pump, which is similar to a centrifugal pump, but a plurality of guide vanes are provided inside the front lid so as to be located outside the ridge and the turbine pump It is also possible to have a similar pumping action.
(実施例1)
株式会社井上製作所のセラミック回転体(ローター)を有する混練・分散機CPM−2を使用し、ローター2の端部に、図8に示すように吸引円板17を取付けた。ホッパー4に水を供給し、周速3.6m/secで運転したところ、1.7kg/minの吐出量で、滞留時間は4.4秒であり、水柱圧力計で測定したところ、ポンプ室に0.007MPa(GAUGE)の吸引圧を生じた。
また、周速11m/secで運転したところ、8.6kg/minの吐出量で、滞留時間は0.87秒、吸引圧は0.034MPa(GAUGE)であった。
(Example 1)
Using a kneading/dispersing machine CPM-2 having a ceramic rotor (rotor) manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd., a
When operated at a peripheral speed of 11 m/sec, the discharge rate was 8.6 kg/min, the residence time was 0.87 seconds, and the suction pressure was 0.034 MPa (GAUGE).
(実施例2)
同じ装置を用い、ホッパーに供給粘度55dPa・sの2.25%のCMC(カルボキシ メチルセルロース)水溶液を供給して運転した。吐出時27dPa・sで周速7.3m/sec時、0.13kg/minの吐出量で、滞留時間は58秒、吸引圧は0.01MPa(GAUGE)であった。
また、周速15m/secで運転したところ、4.9kg/minの吐出量で、滞留時間は1.5秒、吸引圧は0.05MPa(GAUGE)であり、中粘度材料の処理も可能であることが確かめられた。
(評価)
実施例1、2に示す通り吸収円板によりポンプ室に負圧を生じて吸引圧を発生することができ、従来のような供給ポンプを処理槽の外部に設ける必要がないことが確かめられた。
(Example 2)
Using the same apparatus, operation was performed by supplying a 2.25% CMC (carboxymethyl cellulose) aqueous solution having a supply viscosity of 55 dPa·s to the hopper. When the discharge was 27 dPa·s, the peripheral speed was 7.3 m/sec, the discharge rate was 0.13 kg/min, the residence time was 58 seconds, and the suction pressure was 0.01 MPa (GAUGE).
When operated at a peripheral speed of 15 m/sec, the discharge rate was 4.9 kg/min, the residence time was 1.5 seconds, and the suction pressure was 0.05 MPa (GAUGE). It was confirmed that there was.
(Evaluation)
As shown in Examples 1 and 2, it was confirmed that the absorption disk can generate a negative pressure in the pump chamber to generate a suction pressure, and that it is not necessary to provide a conventional supply pump outside the processing tank. ..
上記と同じ装置を用い、吸引円板の代わりに表面が平らな従来の円板ワッシャーを取り付けた。ホッパーに水を供給し、周速3.6m/secから11m/secまで運転し、水柱圧力計による吸引圧を確認したところ、吸引圧は極めて低く、吐出量は約2kg/minであり、ポンプ作用は認められなかった。 Using the same equipment as above, a conventional disk washer with a flat surface was attached instead of the suction disk. Water was supplied to the hopper, the peripheral speed was operated from 3.6 m/sec to 11 m/sec, and the suction pressure was confirmed by the water column pressure gauge. The suction pressure was extremely low and the discharge rate was about 2 kg/min. No effect was observed.
以上のように、処理槽1の供給口5側にポンプ室8を設けてその内部で吸引円板17を回転させることにより負圧によるポンプ作用を生じさせることができ、従来のように供給ポンプを処理槽の外部に設置する必要がない。そのため、供給ポンプが不要になり、かつ連続化のための配管を短縮することが可能となり、少量の処理材料の確認テストにも使用でき、スラリーを自己吸引式に連続して効率よく混練・分散処理することができる。
As described above, by providing the pump chamber 8 on the
1 処理槽
2 回転体
5 供給口
6 吐出口
8 ポンプ室
14 微少間隙
17 吸引円板
21 ***部
24 ***部側面
26 凹部空間
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