JP4584737B2 - 蒸発攪拌槽の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶液を加熱状態で攪拌する蒸発攪拌槽の運転方法に関する。

従来、スラリーや溶液などの液状物を槽に貯留して加熱状態で攪拌することにより、例えば、水や有機溶剤などといったスラリーや溶液に含有される液状媒体を蒸発させてこれらの液状物の濃縮をバッチ処理により実施する蒸発攪拌槽が用いられている。
このような、蒸発攪拌槽として、特許文献１には、竪型円筒形状の槽本体と、該攪拌槽の底部のみに配され水平方向に回転する攪拌翼と、バッフルとを備えた攪拌装置ならびに該攪拌装置を用いて溶液の濃縮を行うことが記載されている。
また、通常、このような蒸発攪拌槽の槽本体には、槽壁がほぼ全体的に二重構造となるように外套部が形成され、この二重構造部分に加熱媒体を流通させて槽内壁を加熱し、槽内部の液状物を槽内壁面からの伝熱により加熱することが行われている。
そのため、このような蒸発攪拌槽においては、例えば、液状物の濃縮が進行し液量の減少とともに、槽内壁面と液状物との接触面積が低下し、液状媒体の蒸発が効率よく行われず、運転効率が低下してしまうという問題を有している。

このような問題に対して、攪拌翼の回転速度を高めることにより、攪拌翼の回転と同一方向に液状物が流動する同伴流の流速を高めて、槽内壁面での液状物の液面を高くさせ、槽内壁面と液状物との接触面積が低下することを抑制させることも考え得るが、このような蒸発攪拌槽においては、前述のバッフルにより同伴流の流速が低下してしまうことから、槽内壁面と液状物との接触面積低下を抑制させることは困難である。
また、蒸発攪拌槽をバッフルを設けない構成とすることも考え得るが、その場合には、液状物の攪拌性能が低下して、運転効率が低下してしまうおそれを有するものとなる。

すなわち、従来の蒸発攪拌槽においては、攪拌性能の低下を抑制しつつ、槽内壁面と液状物との接触面積が減少することを抑制することが困難であるという問題を有している。

特開２００３−３３６３５号公報

本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたもので、攪拌性能の低下を抑制しつつ、槽内壁面と液状物との接触面積が減少することを抑制することを課題としている。

本発明者らは、底部のみに配された攪拌翼を用いた場合であっても、槽本体の内面の形状を逆円錐形状とすることで、液状物の上昇流形成が促進され攪拌性能を良好なるものとし得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。

すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、液状物が加熱状態で攪拌され、液状媒体が蒸発されることにより前記液状物が濃縮される蒸発攪拌槽の運転方法であって、前記蒸発攪拌槽には、内面が逆円錐形状に形成され前記液状物を収容する槽本体と、該槽本体の底部のみに配され、水平方向に回転して前記液状物を回転方向に流動させる攪拌翼とが備えられており、液状媒体の蒸発による液状物減量後には、液状物減量前よりも攪拌翼の回転速度を高くすることを特徴とする蒸発攪拌槽の運転方法を提供する。

本発明によれば、槽本体の内面の形状を逆円錐形状とすることで、バッフルなどを槽内に設けることなく攪拌性能を良好なるものとし得ることから、攪拌翼の回転速度を高めることにより、槽内壁面での液状物の液面を高くさせることができ、槽内壁面と液状物との接触面積が減少することを抑制し得る。
すなわち、攪拌性能の低下を抑制しつつ、槽内壁面と液状物との接触面積が減少することを抑制し得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図１および図２に示す蒸発攪拌槽を例に挙げて説明する。
本実施形態における蒸発攪拌槽１は、内面が逆円錐形状に形成され液状物を収容する槽本体２と攪拌機構３とを有し、該攪拌機構３には該槽本体２の底部のみに配され、水平方向に回転して前記液状物を回転方向に流動させる攪拌翼３１が備えられている。
また、蒸発攪拌槽１には、バッフルなどの液状物が攪拌翼の回転方向に流動する同伴流を乱す機構は、設けられていない。

前記槽本体２には、液状物をその内面からの伝熱により加熱状態とし得るように、最大攪拌容量の液状物を攪拌した場合に、攪拌状態の液状物が接触する部分とほぼ同等の領域において槽壁が二重構造となるよう外套部２１が形成され、該外套部２１よりもさらに上方の部分まで、逆円錐形の内面を有するように形成されている。
また、この逆円錐形状は、頂角３０度となるように形成されている。

前記槽本体２底部には、液状物を濃縮して排出させる排出口２５が備えられ、さらに、内部の温度を測定するための測温体２２が取付けられている。

前記攪拌機構３は、前記槽本体の中心軸方向に沿って設けられた攪拌軸３２と、該攪拌軸３２の上端部に接続され、前記攪拌軸を回転させる駆動モーター３４ならびに減速機３５とを備え、前記攪拌軸３２の下端部には、攪拌軸３２とともに回転する攪拌翼３１が取付けられている。また、前記攪拌翼３１は、横長板状部材により形成され、該横長板状部材の板面が回転方向に垂直に面するよう攪拌軸３２に取付けられている。
また、前記攪拌翼３１は、回転方向に対して後退する後退翼とされ、その外端部には、屈曲部３１ａが形成されている。
また、この後退翼は、下端部が前記攪拌槽の底面形状に沿うように形成されている。さらに、前記板状部材は、全ての角部が面取りされている。
また、前記攪拌翼３１は、槽本体２の液状物の濃縮が進行して、より液量が減少した場合においても攪拌し得るように、槽本体の底部と近接するよう配されている。

次いで、このような蒸発攪拌槽１を用いた運転方法について説明する。
まず槽本体２に、所定量の液状物を収容し、攪拌翼３１による攪拌を行う。この時熱媒流入口２３から所定温度の加熱媒体を流入させて外套部２１内部を加熱媒体で満たし、前記液状物を槽本体の内面からの伝熱により所定温度にさせる。その後、加熱媒体の熱は、槽内の液状物の加熱あるいは、液状物の液状媒体を蒸発させる蒸発潜熱として用いられ、加熱媒体の温度が低下することになるが、温度の低下した加熱媒体を熱媒流出口２４から排出しつつ、新たな加熱媒体を熱媒流入口２３から流入させることで液状物を引き続き所定温度に維持させる。

この時、攪拌翼３１は、液状物をその回転方向に流動させ、該回転にともなう遠心力により、液状物を前記回転方向に流動させつつ槽中心から外方に移動させる。このことにより、液状物の液面は、静止時の水平な状態Ａから、槽中心部よりも壁面での液面が高くなる状態Ｂとなり、槽壁内面との接触面積が増大して液状媒体の蒸発が促進される。このとき、槽壁内面は、前述の通り逆円錐形状に形成されているため、液状物が遠心力により外方に移動しようとする力を、槽内面を伝って上方に移動する上昇流に転化させることができ、従来の円筒状攪拌槽に比べて攪拌性能を優れたものとし得る。

その後、液状媒体が蒸発して、液状物の濃縮が進行すると槽内面における液状物の液面（到達位置）が低下する。しかし、本実施形態の槽壁は、内面が逆円錐形状に形成されているため、液量の減少と比例して液面が低下する従来の円柱状攪拌槽に比べて液量減少に伴う液面到達位置の低下が緩やかなものとすることができ、槽本体内面と液状物との接触面積（伝熱面積）が減少することを抑制しつつ、前記到達位置が外套部２１上端位置に比べて低下して槽内面に高温個所が発生してスケールなどが発生することを防止できる。

また、液状物の濃縮がさらに進行した場合でも、本実施形態の攪拌翼には、円筒形状の蒸発攪拌槽に設けられていたバッフルなどの同伴流を乱す機構が設けられていないため、攪拌翼３１の回転速度を上げることで液状物が攪拌翼３１の回転方向に流動する流速を高めることが容易で、液状物の到達位置が外套部２１による加熱部位以下に低下することを防止し、伝熱面積が低下することを抑制しつつ、スケールなどが発生することをより効果的に防止することができる。

最終的に、液状物の濃縮が完了した場合には、排出口２５を開いて液状物を自然流下させて排出させる。このとき、槽内には、バッフルなどが設けられておらず、また、ヘリカルリボン翼のような槽全体に配される翼が用いられていないことから液状物が付着することを抑制して製品（濃縮された液状物）の収率を高いものとし得る。

さらに、バッフルなどが設けられておらず、また、ヘリカルリボン翼のような槽全体に配される翼が用いられていないことから洗浄が容易でメンテナンスも容易である。

なお、このような運転に用いられる前記加熱媒体としては、温水、蒸気、油など種々の流体をその目的にあわせて使用することができ、加熱媒体の流入、排出には、ポンプなどの一般的な流体搬送手段を用いることができる。
また、濃縮される液状物としても、特に、限定を受けるものではないが、流動性が高く、同伴流、上昇流の形成が容易である低粘度の液状物、例えば、製品として取り出す時の粘度が１０００ｍＰａ・ｓ以下の液状物が好適である。また、このような点において、粘度が２００ｍＰａ・ｓ以下の液状物がより好適である。

なお、本実施形態においては、流動させる加熱媒体の温度を変化させることで、槽内面あるいは液状物の温度を制御しやすく、より効率の高い運転を行い得る点から、外套部を設けて液状物の加熱を行っているが、本発明においては、槽本体内面の加熱手段を外套部に限定するものではなく、ニクロム線などの発熱電線を用いる方法や赤外線ヒーターなどによる加熱手段を、外套部に加熱媒体を流通させる手段に代える、あるいは、併用させてもよい。
さらに、液状物の加熱方法を、槽本体内面からの伝熱に限定するものではない。

また、本実施形態においては、槽本体の設置面積あたりの容積をより大きなものとしつつ、液状物の上昇流を効率良く発生させ得る点から、槽本体の逆円錐形状として頂角３０度のものを採用しているが、本発明においては、槽本体の内面の逆円錐形状として頂角３０度のものに限定するものではなく、通常、前記頂角は、２０〜９０度であれば、上昇流による高い攪拌性能が得られる。なお、槽本体の設置面積あたりの容積をより大きなものとしつつ、液状物の上昇流を効率良く発生させ得る点からは、前記頂角は、２５〜４０度であることが好ましい。

また、本実施形態においては、液状物の最高到達位置以上に逆円錐形状を形成させているが、本発明においては、槽本体の逆円錐形状は、液状物が接触する区間の全域に形成されていることに限定するものではない。

また、本実施形態においては、吐出流が高く、液状物を流動化させる能力に優れている点において、前述のような後退翼を用いているが、本発明においては、攪拌翼をこのような後退翼に限定するものではなくファウドラー翼（三枚後退翼）、パドル翼やその他の攪拌翼を用いることもできる。

一実施形態の蒸発攪拌槽を示す概略断面図。 図１のＸ−Ｘ’矢視断面図。

符号の説明

１：蒸発攪拌槽、２：槽本体、３：攪拌機構、２１：外套部、３１：攪拌翼
Ａ：静止時の液面状態、Ｂ：攪拌時の液面状態

Claims (3)

1. 液状物が加熱状態で攪拌され、液状媒体が蒸発されることにより前記液状物が濃縮される蒸発攪拌槽の運転方法であって、
   前記蒸発攪拌槽には、内面が逆円錐形状に形成され前記液状物を収容する槽本体と、該槽本体の底部のみに配され、水平方向に回転して前記液状物を回転方向に流動させる攪拌翼とが備えられており、液状媒体の蒸発による液状物減量後には、液状物減量前よりも攪拌翼の回転速度を高くすることを特徴とする蒸発攪拌槽の運転方法。
2. 前記液状物を、槽本体の内面からの伝熱により加熱状態とし得るように、前記槽本体を加熱する加熱手段が前記蒸発攪拌槽に備えられている請求項１記載の蒸発攪拌槽の運転方法。
3. 前記蒸発攪拌槽の逆円錐形状は、頂角が２５〜４０度とされている請求項１又は２に記載の蒸発攪拌槽の運転方法。

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