(57)【要約】　　　（修正有）【課題】固液撹拌槽において、固体粒子の多くを軸流型パターンで移動させ、効率的に固体粒子を浮遊させ得る撹拌翼を提供する。【解決手段】撹拌軸１の最下部にボトムパドル翼２が取り付けられ、その上部に少なくとも一の上段パドル翼３が取り付けられ、ボトムパドル翼２の下縁４上の任意の点から槽底６までの鉛直方向の最短距離が略一定であり、ボトムパドル翼２の上縁７が、撹拌軸１側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有することを特徴とする撹拌翼。【選択図】　図１
2004113942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌軸の最下部にボトムパドル翼が取り付けられ、その上部に少なくとも一の上段パドル翼が取り付けられ、ボトムパドル翼の下縁上の任意の点から槽底までの鉛直方向の最短距離が略一定であり、ボトムパドル翼の上縁が、撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有することを特徴とする撹拌翼。
【請求項２】
ボトムパドル翼の上縁が水平方向となす角度が、投影図において２〜２０度である請求項１記載の撹拌翼。
【請求項３】
ボトムパドル翼が、後退角を有する請求項１記載の撹拌翼。
【請求項４】
ボトムパドル翼の最大投影面積が、翼の最大投影面積の合計の０．２〜０．７倍である請求項１記載の撹拌翼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撹拌翼に関する。さらに詳しくは、本発明は、固液撹拌槽において、固体粒子の多くを軸流型パターンで移動させ、効率的に固体粒子を浮遊させ得る撹拌翼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撹拌装置は、撹拌槽と呼ばれる液体を入れる容器と、撹拌翼と呼ばれる液体をかき混ぜる可動部から構成される。一般に、撹拌槽は円筒皿底、丸底又は円錐底であり、撹拌翼は撹拌軸に装着されて液体に回転運動を与える。撹拌翼は、撹拌の目的に応じてさまざまな形状が選択され、例えば、パドル翼、タービン翼、ファウドラー翼、プルマージン翼などのほか、フルゾーン翼（神鋼パンテック（株）、登録商標）やマックスブレンド翼（住友重機械工業（株）、登録商標）などが用いられる。
固液撹拌は、乳化重合、懸濁重合などにおける撹拌や、重合終了後のスラリーの安定化維持のために採用され、効率よく撹拌操作を行うためのさまざまな撹拌翼が提案されている。例えば、特開２００１−１７０４６７号公報には、混合特性が向上し、乳化重合に対してスケール発生を抑制し得る撹拌翼として、撹拌軸にボトムパドル翼と上段パドル翼が交差角３０〜９０度で装着され、ボトムパドル翼が０〜６０度の後退角を有し、上段パドル翼が５〜６０度の後退角を有する撹拌翼が提案されている。また、特開２００１−２６１７１７号公報には、粒度分布がシャープで嵩比重の高い塩化ビニル系重合体の製造方法として、縦横２本以上の格子を有し、翼径ｄと槽径Ｄの比ｄ／Ｄが０．４０〜０．５０であり、ボトムパドル翼の高さＨｂと翼の高さＨの比Ｈｂ／Ｈが０．３未満である格子翼を用いて懸濁重合する方法が提案されている。
【特許文献１】
特開２００１−１７０４６７号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開２００１−２６１７１７号公報（第２頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、固液撹拌槽において、固体粒子の多くを軸流型パターンで移動させ、効率的に固体粒子を浮遊させ得る撹拌翼を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ボトムパドル翼と上段パドル翼を用いた固液撹拌において、撹拌効率が低下する原因は、ボトムパドル翼の回転により吐出された固体粒子が翼の中心に巻き込まれることにあり、ボトムパドル翼の上縁を撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状とすることにより、翼の中心に巻き込まれる固体粒子を減少し、固体粒子の多くを軸流型パターンで移動させ得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）撹拌軸の最下部にボトムパドル翼が取り付けられ、その上部に少なくとも一の上段パドル翼が取り付けられ、ボトムパドル翼の下縁上の任意の点から槽底までの鉛直方向の最短距離が略一定であり、ボトムパドル翼の上縁が、撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有することを特徴とする撹拌翼、
（２）ボトムパドル翼の上縁が水平方向となす角度が、投影図において２〜２０度である第１項記載の撹拌翼、
（３）ボトムパドル翼が、後退角を有する第１項記載の撹拌翼、及び、
（４）ボトムパドル翼の最大投影面積が、翼の最大投影面積の合計の０．２〜０．７倍である第１項記載の撹拌翼、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（５）ボトムパドル翼の後退角が、２〜７０度である第３項記載の撹拌翼、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の撹拌翼は、撹拌軸の最下部にボトムパドル翼が取り付けられ、その上部に少なくとも一の上段パドル翼が取り付けられ、ボトムパドル翼の下縁上の任意の点から槽底までの鉛直方向の最短距離が略一定であり、ボトムパドル翼の上縁が、撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有する撹拌翼である。
図１は、本発明の撹拌翼の一態様の説明図である。撹拌軸１にボトムパドル翼２と２個の上段パドル翼３が装着され、ボトムパドル翼の下縁４上の任意の点から撹拌槽５の槽底６までの最短距離が略一定であり、ボトムパドル翼の上縁７が撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有する。図１に示す態様においては、上段パドル翼は２個であるが、上段パドル翼の数は、撹拌槽の深さに応じて、１個とすることも、３個以上とすることもできる。図１に示す態様においては、撹拌槽の槽底は円錐底であるが、撹拌槽の槽底は、円筒皿底、丸底などの任意の形状とすることができる。ボトムパドル翼の下縁上の任意の点から撹拌槽の槽底までの鉛直方向の最短距離が略一定とは、該鉛直方向の最短距離の最小値と最大値の比が０．７〜１．０であることを意味する。撹拌槽が丸底の場合は、ボトムパドル翼の下縁は丸みを帯びた形状となる。
【０００６】
本発明の撹拌翼は、ボトムパドル翼の上縁が、撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有するので、ボトムパドル翼の回転により撹拌槽壁に向けて吐出された固体粒子は、ふたたびボトムパドル翼に巻き込まれることが少なく、多くの固体粒子は上方に巻き上がる。その結果、固体粒子は全体として軸流型パターンを形成し、効率的に液体の中を浮遊する。
本発明の撹拌翼においては、ボトムパドル翼の上縁が水平方向となす角度が、投影図において２〜２０度であることが好ましく、５〜１５度であることがより好ましい。上縁が水平方向となす角度が投影図において２度未満であると、固体粒子の巻き込みを防ぐ効果が小さくなるおそれがある。上縁が水平方向となす角度が２０度を超えると、ボトムパドル翼の槽壁側の端の翼幅が小さくなりすぎて、撹拌効果が小さくなるおそれがある。図１に示す態様においては、ボトムパドル翼の上縁は直線であるが、この態様のほか、ボトムパドル翼の上縁は、上方に凸の曲線、上方に凹の曲線、上方に凸と凹を有する曲線、上方に凸の２直線、上方に凹の２直線など、任意の形状とすることができる。上縁が１直線でない場合は、上縁の撹拌軸側の端と槽壁側の端を結ぶ直線が水平方向となす角度を２〜２０度とすることが好ましい。
【０００７】
本発明の撹拌翼においては、ボトムパドル翼を後退角を有する形状とすることができる。後退角を有する形状とは、ボトムパドル翼の槽壁側の端が、回転方向に対して後退した形状である。図２（ａ）は、後退角を有しない平板状のボトムパドル翼、図２（ｂ）は、曲線状に湾曲した後退角を有するボトムパドル翼、図２（ｃ）は、平板を折り曲げた後退角を有するボトムパドル翼を、それぞれ真上から眺めた状態を示す図面である。図２（ｂ）のように曲線状に湾曲したボトムパドル翼の後退角は、撹拌軸の中心と翼の槽壁側の端を結ぶ直線と、翼の変曲点と槽壁側の端を結ぶ直線がなす角αであり、図２（ｃ）のように平板を折り曲げたボトムパドル翼の後退角は、撹拌軸の中心と翼の槽壁側の端を結ぶ直線と、翼の槽壁側の直線部がなす角βである。また、ボトムパドル翼を真上から眺めた図面に変曲点が２個以上存在する場合は、撹拌軸の中心と翼の槽壁側の端を結ぶ直線と、撹拌軸に最も近い変曲点と翼の槽壁側の端を結ぶ直線がなす角が後退角である。平板が２か所以上で折り曲げられた形状のボトムパドル翼は、撹拌軸の中心と翼の槽壁側の端を結ぶ直線と、撹拌軸に最も近い折り曲げ点と翼の槽壁側の端を結ぶ直線がなす角が後退角である。また、上記後退角算出の基点となる折り曲げ点および変曲点の撹拌軸中心からの距離は、撹拌軸中心と翼の槽壁側の端を結ぶ直線距離に対して、通常０．５〜０．９、好ましくは０．６〜０．８である。ボトムパドル翼に後退角を設けることにより、吐出流量を増大し、巻き込まれる固体粒子に対する巻き上がる固体粒子の割合を高めることができる。
本発明の撹拌翼において、ボトムパドル翼の後退角は２〜７０度であることが好ましく、３０〜６０度であることがより好ましい。ボトムパドル翼の後退角が２度未満であると、吐出流量の増大効果が十分に発現しないおそれがある。ボトムパドル翼の後退角が７０度を超えても、吐出流量の増大効果が低減するおそれがある。
【０００８】
本発明の撹拌翼において、ボトムパドル翼の最大投影面積が、翼の最大投影面積の合計の０．２〜０．７倍であることが好ましく、０．３〜０．６倍であることがより好ましい。翼の最大投影面積とは、翼を内包する無限大球面上の任意の点から投影した面積の最大値である。ボトムパドル翼と上段パドル翼の最大投影面積は、それぞれの翼１個ごとに投影面積が最大となるように投影して求める。ボトムパドル翼の最大投影面積が翼の最大投影面積の合計の０．２倍未満であると、撹拌効果が不足して固体粒子の沈降を防止することが困難となるおそれがある。ボトムパドル翼の最大投影面積が翼の最大投影面積の合計の０．７倍を超えると、ボトムパドル翼による吐出流量が増大して、撹拌槽内全体の均一な流れが崩れるおそれがある。本発明の撹拌翼において、撹拌槽の内径をＤ、上段パドル翼の翼長をｄ、翼幅をｂとしたとき、ｄ／Ｄが０．３〜０．６であることが好ましく、ｂ／Ｄが０．１〜０．３であることが好ましい。ただし、上段パドル翼の翼長とは、撹拌軸に垂直な方向の翼の長さであり、翼幅とは、撹拌軸に平行な方向の翼の幅である。
従来より用いられてきた上縁が水平なボトムパドル翼では、翼の槽壁側の端の吐出流量が撹拌軸装着部分の吐出流量に対して圧倒的に大きいので、翼の槽壁側の端から吐出された流れの一部がふたたび翼の中心に巻き込まれやすいが、本発明の撹拌翼ではボトムパドル翼の撹拌軸装着部分の翼幅が大きいので、吐出された液体が翼に巻き込まれることを防止して、固体粒子の巻き上げ効果を最大化することができる。本発明の撹拌翼は、例えば、有機溶媒中でスラリー重合により生成した顆粒状のポリエーテル系重合体や、懸濁重合により得られたポリ塩化ビニルなどの固体粒子のタンク内における沈降防止のために効果的に用いることができる。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、比較例及び実施例においては、下記の装置及び条件により試験を行った。
（１）撹拌槽
内径２６０ｍｍ、深さ５５０ｍｍの円筒に、頂角１１４度の円錐形状の槽底を付した、透明なアクリル樹脂製。撹拌軸の直径３０ｍｍ。
（２）ボトムパドル翼
図３（ａ）〜（ｄ）に示す上縁水平の平板翼と後退角翼及び上縁下降型の平板翼と後退角翼の４種。翼長１８０ｍｍ、翼投影面積４１．６ｃｍ２、下降型の上縁が水平方向となす角度１０度、後退角５０度。
（３）上段パドル翼
翼長１３０ｍｍ、翼幅２３ｍｍ、槽底から二段目が２２１ｍｍ、三段目が３６８ｍｍ離して撹拌軸に装着。翼投影面積２３．０ｃｍ２。
（４）試験方法
撹拌槽に水３０Ｌと、トレーサーとしてイオン交換樹脂［三菱化学（株）、ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ、真密度１．２８ｇ／ｃｍ３、平均粒径０．５ｍｍ］１．５Ｌを仕込み、単位容積あたりの撹拌動力Ｐｖ＝０．０１ｋＷ／ｍ３で撹拌する。ボトムパドル翼から吐出されたイオン交換樹脂の粒子の動きに着目し、上段パドル翼を越えなかった粒子を「巻き込み」とし、上段パドル翼を越えた粒子を「巻き上がり」として、１シリーズ合計２０個の粒子の動きを観察する。この観察を、５シリーズ繰り返す。
比較例１
図３（ａ）に示す上縁水平の平板翼を用いて試験を行った。５シリーズの合計で、巻き込み粒子数は７１個、巻き上がり粒子数は２９個であり、巻き上がりと巻き込みの比は０．４１であった。
比較例２
図３（ｂ）に示す上縁水平の後退角翼を用いて試験を行った。５シリーズの合計で、巻き込み粒子数は６３個、巻き上がり粒子数は３７個であり、巻き上がりと巻き込みの比は０．５９であった。
実施例１
図３（ｃ）に示す上縁下降の平板翼を用いて試験を行った。５シリーズの合計で、巻き込み粒子数は５９個、巻き上がり粒子数は４１個であり、巻き上がりと巻き込みの比は０．６９であった。
実施例２
図３（ｄ）に示す上縁下降の後退角翼を用いて試験を行った。５シリーズの合計で、巻き込み粒子数は５３個、巻き上がり粒子数は４７個であり、巻き上がりと巻き込みの比は０．８９であった。
比較例１〜２及び実施例１〜２の結果を、第１表に示す。
【００１０】
【表１】
2004113942.tif 000003
【００１１】
第１表に見られるように、比較例１と実施例１の平板翼どうし、比較例２と実施例２の後退角翼どうしを比較すると、比較例の上縁水平翼に対して、実施例の上縁を水平方向に対して１０度下降させた翼の方が、巻き込み粒子に対する巻き上がり粒子の比率が大きく、ボトムパドル翼の上縁が撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状とすることにより、撹拌効果が向上して、粒子の動きが軸流型パターンに近づくことが分かる。また、比較例１と比較例２の上縁水平翼どうし、実施例１と実施例２の上縁下降翼どうしを比較すると、平板翼よりも後退角翼の方が巻き込み粒子に対する巻き上がり粒子の比率が大きく、後退角翼とすることにより、撹拌効率が向上することが分かる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の撹拌翼は、ボトムパドル翼の上縁が撹拌軸側の端から槽壁側の端に向かって下降する形状を有するので、固液撹拌において、ボトムパドル翼により吐出された固体粒子がふたたびボトムパドル翼に巻き込まれる確率が減少し、固体粒子の動きを軸流型パターンに近づけ、安定して浮遊させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の撹拌翼の一態様の説明図である。
【図２】図２は、ボトムパドル翼を真上から眺めた状態を示す図面である。
【図３】図３は、比較例及び実施例で用いたボトムパドル翼の説明図である。
【符号の説明】
１　撹拌軸
２　ボトムパドル翼
３　上段パドル翼
４　下縁
５　撹拌槽
６　槽底
７　上縁
【図１】
2004113942.tif 000004
【図２】
2004113942.tif 000005
【図３】
2004113942.tif 000006