(57)【要約】【課題】  極めて短時間で完全に近い高度に混合・分散された混合・分散物を製造することができ、また構成も極めて簡単でコストも低廉となる装置を提供する。【解決手段】  液−液混合物が流入される長尺の細管１とその一端に設けられた前記混合物導入口２と他端の設けられた前記混合物導出口３と、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段４とから構成される液・液混合物の混合・分散装置。  混合物は、液体−微細固体混合物であってもよい。  また、長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口の前側と、前記混合物導出口の後ろ側に貯液ボックス２ａ、３ａを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管を架設してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記多相混合物導入口と他端に設けられた前記多相混合物導出口と、前記多相混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする多相混合物の混合・分散装置。
【請求項２】
液−液混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口と他端に設けられた前記混合物導出口と、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする液・液混合物の混合・分散装置。
【請求項３】
液体−微細固体混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口と他端に設けられた前記混合物導出口と、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする液体−微細固体混合物の混合・分散装置。
【請求項４】
長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口の前側と、前記混合物導出口の後ろ側に貯液ボックスを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管を架設してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
【請求項５】
長尺の細管が、内径０．５〜５．０ｍｍ、長さ１００〜１．０００ｍｍであり、混合物導入口への混合物の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
【請求項６】
液体が、ゾル又はゲルであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
【請求項７】
液体が、水、水溶液、あるいはアルコール、グリセリン、油、食用油、石油、重油、シリコンオイルなどの有機溶媒又は果汁から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
【請求項８】
微細固体が、微細無機物又は微細有機物であることを特徴とする請求項３又は４に記載の混合・分散装置。
【請求項９】
微細固体が、微細セラミック、微細金属、微細樹脂、微細食材、微細カーボン、微細大豆粉又は脱脂粉乳から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項８に記載の混合・分散装置。
【請求項１０】
多相混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された多相混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された多相混合・分散物の製造方法。
【請求項１１】
液−液混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された液・液混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された液−液混合・分散物の製造方法。
【請求項１２】
液−微細固体混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された液−微細固体混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された液−微細固体混合・分散物の製造方法。
【請求項１３】
長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口の前側と、前記混合物導出口の後ろ側に貯液ボックスを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管を架設し、混合物を同貯液ボックスを経由して長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出することを特徴とする混合・分散物の製造方法。
【請求項１４】
長尺の細管が、内径０．５〜５．０ｍｍ、長さ１００〜１．０００ｍｍであり、混合物導入口への混合物の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
【請求項１５】
液体が、ゾル又はゲルであることを特徴とする請求項１１〜１２のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
【請求項１６】
液体が、無機物又は有機物であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
【請求項１７】
微細固体が、微細無機物又は微細有機物であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の混合・分散物の製造方法。
【請求項１８】
微細固体が、微細セラミック、微細金属、微細樹脂、微細食材、微細カーボン、微細大豆粉又は脱脂粉乳から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１７に記載の混合・分散物の製造方法。
【請求項１９】
液体が、水、水溶液、あるいはアルコール、グリセリン、油、食用油、石油、重油、シリコンオイルなどの有機溶媒又は果汁から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は多相物質、特に液−液又は液−微細固体の混合・分散装置及び混合・分散方法の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多種物質の混合物よりなる製品が、あらゆる産業分野において使用されている。
そして、昨今はそれら混合物の混合・分散度合は、得られた製品の優劣の決め手となって評価されている。
すなわち、液体−液体、液体−固体、液体−気体等の多相混合物の完全に近い高度な混合・分散技術の提供が求められている。
【０００３】
従来の混合・分散手段としては、撹拌羽根を利用したもの、または超音波を利用したものなどがある。
しかしながら、撹拌羽根による混合の場合には、層流成分が多いために剪断力が大きくならず、よって投入したエネルギーの割に混合の効率が良くなく、また撹拌作用が撹拌羽根からの距離に応じたものであるために撹拌効果が撹拌槽内でばらつくため、撹拌時間を長くしたりしなければならない。
超音波による混合は、液体内にミクロな圧力変動が生じ、キャビテーションが生じるが、超音波振動素子からの距離及び方向によって振動エネルギーの大きさが異なるために撹拌効果が機内でばらつき、さらに振動素子の接合部に振動による磨耗損傷が生じるおそれがあるために長時間に亙って連続運転することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のごとく従来技術では、不完全混合度の混合物を短時間で完全に近い高度に混合・分散された混合・分散物とすることはできなかった。
また、簡単な構造でかつ低コストで混合物を高度に混合・分散できる装置の提供もなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、上記課題を解決するものであって、下記構成の混合・分散物の製造装置及び製造方法である。
[請求項１]  多相混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記多相混合物導入口と他端に設けられた前記多相混合物導出口と、前記多相混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする多相混合物の混合・分散装置。
[請求項２]  液−液混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口と他端に設けられた前記混合物導出口と、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする液・液混合物の混合・分散装置。
[請求項３]  液体−微細固体混合物が流入される長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口と他端に設けられた前記混合物導出口と、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段とから構成されることを特徴とする液体−微細固体混合物の混合・分散装置。
[請求項４]  長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口の前側と、前記混合物導出口の後ろ側に貯液ボックスを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管を架設してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
[請求項５]  長尺の細管が、内径０．５〜５．０ｍｍ、長さ１００〜１．０００ｍｍであり、混合物導入口への混合物の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
[請求項６]  液体が、ゾル又はゲルであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
[請求項７]  液体が、水、水溶液、あるいはアルコール、グリセリン、油、食用油、石油、重油、シリコンオイルなどの有機溶媒又は果汁から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の混合・分散装置。
[請求項８]  微細固体が、微細無機物又は微細有機物であることを特徴とする請求項３又は４に記載の混合・分散装置。
[請求項９]  微細固体が、微細セラミック、微細金属、微細樹脂、微細食材、微細カーボン、微細大豆粉又は脱脂粉乳から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項８に記載の混合・分散装置。
[請求項１０]  多相混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された多相混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された多相混合・分散物の製造方法。
[請求項１１]  液−液混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された液・液混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された液−液混合・分散物の製造方法。
[請求項１２]  液−微細固体混合物を長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出して、高度に混合・分散された液−微細固体混合物を取得することを特徴とする高度に混合・分散された液−微細固体混合・分散物の製造方法。
[請求項１３]  長尺の細管とその一端に設けられた前記混合物導入口の前側と、前記混合物導出口の後ろ側に貯液ボックスを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管を架設し、混合物を同貯液ボックスを経由して長尺の細管の一端部から同細管内に加圧状態で臨界レイノルズ数を超える流速で圧入し、同細管の他端から導出することを特徴とする混合・分散物の製造方法。
[請求項１４]  長尺の細管が、内径０．５〜５．０ｍｍ、長さ１００〜１．０００ｍｍであり、混合物導入口への混合物の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
[請求項１５]  液体が、ゾル又はゲルであることを特徴とする請求項１１〜１２のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
[請求項１６]  液体が、無機物又は有機物であることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
[請求項１７]  微細固体が、微細無機物又は微細有機物であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の混合・分散物の製造方法。
[請求項１８]  微細固体が、微細セラミック、微細金属、微細樹脂、微細食材、微細カーボン、微細大豆粉又は脱脂粉乳から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１７に記載の混合・分散物の製造方法。
[請求項１９]  液体が、水、水溶液、あるいはアルコール、グリセリン、油、食用油、石油、重油、シリコンオイルなどの有機溶媒又は果汁から選ばれるいずれか１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の混合・分散物の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本願発明によれば、極めて短時間で完全に近い高度に混合・分散された混合・分散物を製造することができ、またそのための装置構成も極めて簡単でコストも低廉となる。本発明によれば、装置及び処理費用は従来コストの４／１以下となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本願発明の混合・分散物の製造装置の構成図
【図２】本願発明装置の長尺な細管の外観図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願発明で用いられる混合・分散装置は例えば図１に示す如き構成のものであり、図中１は長尺な細管、２は混合物導入口、２ａは入り口側貯液ボックス、３は混合・分散液の導出口、３ａは出口側貯液ボックス、３ｂは取り出し口、４（Ｐ）はポンプ、５は原料タンク、６は製品貯留タンク、７は簡易攪拌器である。なお、原料タンク５に投入されるＡは例えば水であり、Ｂは例えば粉末大豆である。
本願発明装置は、例えば液−液混合物が流入される長尺の細管１とその一端に設けられた前記混合物導入口２ａと他端の設けられた前記混合物導出口３ａと、前記混合物を長尺の細管内に臨界レイノルズ数を超える流速で加圧流入させるための混合物圧送手段４（Ｐ）とから構成される。
そして、好ましくは、長尺の細管１とその一端に設けられた前記混合物導入口２の前側と、前記混合物導出口３の後ろ側に薄箱状の貯液ボックス２ａ、３ａを設け、かつ前記両貯液ボックス間に複数本の長尺な細管１・・を架設して構成する。
貯液ボックスは、ポンプ４（Ｐ）から送給された混紡物が一端貯留され、均等な圧で複数本の細管１・・に分配される。各細管１・・内では臨界レイノルズ数を超える流速で混合物が流れ乱流を起こしながら一定距離移送されて、高度に混合・分散された混合・分散物が貯液ボックス３ａを経由して製品タンク６に排出・貯蔵される。
なお、長尺の細管１は、内径０．５〜５．０ｍｍ、長さ１００〜１．０００ｍｍであり、混合物導入口への混合物の導入圧力が０．５〜１０ＭＰａであることが好ましい。混合物は、細管の中を進む過程で混合・拡散が大いに進行する。
細管の素材は、金属、特にステンレススチール、セラミックス、ゴム又はプラスチックが好ましい。また、セラミックス細管の外周に金属管又はプラスチック管を外装して強度をたかめてもよい。
そして、長尺な細管の外形は、直管状、ループ管状、螺旋管状のものであってもよく、また、その断面形状は円形、楕円形、三角形、その他多角形等のものであってもよい。
また、ポンプは、プランジャーポンプ、その他の送液ポンプが用いられる。
さらに、長尺な細管１の入り口側には薄箱状の貯液ボックス２ａが設けられ、一旦該ボックスに圧入貯液された混合物が複数本の細管１・・の各々に均等に分配・圧送される。
細管１内に流入された混合物は臨界レイノルズ数を超えた流速で混合されて、高度に混合・分散される。
【実施例】
【０００９】
次に、本願発明の実施例について説明する。
図１、図２に示す装置を用いて、各種混合物の良好混合・分散製品を製造した。
実施例１：水−脱脂乳−バター（人工牛乳の製造）の例
原料タンク５に水３２００ｍｌ、脱脂粉乳６００ｇ、バター２００ｇを投入し、５０℃に加温して、簡易攪拌器７により、簡易混合した。
次いで、原料タンク５内の混合液をプランジャーポンプ４（Ｐ）に送り加圧して、入り口側貯液ボックス２ａを介して、ステンレススチール製の長尺の細管１に入口圧力０．８ＭＰａで圧入させた。
なお、長尺の細管は、内径２．０ｍｍ、壁厚１．０ｍｍ、長さ４００ｍｍであり、その４本を貯液ボックス２ａ、３ａ間に架設した装置を用いた。
そして、細管１内で乱流により上記混合物を高度に混合・分散させ、出口側貯液ボックス３ａを介して、取り出し口３ｂから製品タンク６に排出・貯留させた。
この際に、長尺の細管１は、乱流の影響により激しく高音を発して振動をしていた。
その結果、得られた製品は市販牛乳と同等の製品となった。
すなわち、製造は０．６〜０．８μｍ径の油分粒子が均質に分散されたもので、外観は市販牛乳と同様の乳白色で、味覚も市販牛乳と同等であった。
なお、従来の人工牛乳製造技術（ホモゲナイザー）では、加圧力は３０ＭＰａ程度を要していた。
【００１０】
実施例２：多層カーボンナノチューブ−水（カーボンナノチューブ分散液の製造）の例
原料タンク５に多層カーボンナノチューブ５ｇ、水９５ｍｌを投入し、簡易攪拌器７により、簡易混合した。
次いで、原料タンク５内の混合液をプランジャーポンプ４（Ｐ）に送り加圧して、入り口側貯液ボックス２ａを介して、１本の長尺の細管１に入口圧力０．８ＭＰａで圧入させた。
なお、ステンレススチール製の長尺の細管は、内径２．０ｍｍ、壁厚１．０ｍｍ、長さ４００ｍｍであった。
そして、細管１内で乱流により上記混合物を高度に混合・分散させ、出口側貯液ボックス３ａを介して、取り出し口３ｂから製品タンク６に排出・貯留させた。
その結果、得られた製品はマヨネーズ状となり、良好なカーボンナノチューブ分散液の特徴である増粘化現象が確認された。
【００１１】
実施例３：グリセリン分散液の製造の例
図１に示す原料タンク５に１．４Ｐａ−ｓのグリセリン１００ｍｌを投入し、簡易攪拌器７により、簡易混合した。
次いで、原料タンク５内の前記グリセリンをプランジャーポンプ４（Ｐ）に送り加圧して、入り口側貯液ボックス２ａを介して、１本の長尺の細管１に入口圧力０．８ＭＰａで圧入させた。
なお、長尺の細管１は、内径２．０ｍｍ、壁厚１．０ｍｍ、長さ４００ｍｍであった。
そして、細管内で乱流により上記グリセリンを高度に混合・分散させ、出口側貯液ボックス３ａを介して、取り出し口３ｂから製品タンク６に分散物を排出・貯留させた。
その結果、細管１回パスのものは、０．７Ｐａ−ｓ、２回パスのものは０．５Ｐａ−ｓとなった。
製品の経時変化は、４日後の測定でも同じ粘度であり、分散製品グリセリンの安定性が確認された。しかしながら、この粘度低下の理由は解明されていない。一考として、強力な混合・分散操作によってグリセリンのクラスターが分断・減小されたものと推測される。
【符号の説明】
【００１２】
１：長尺な細管
２：混合物導入口
２ａ：入り口側貯液ボックス
３：混合・分散液の導出口
３ａ：出口側貯液ボックス
３ｂ：取り出し口
４（Ｐ）：ポンプ
５：原料タンク
６：製品貯留タンク
７：簡易攪拌器
【図１】
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【図２】
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