最近のグラスライニンゲ反応機の適用について
RecentApp一ications

Glass‑LinedofReactors.

(化)エンジニアリング部
上達阪也;atsu笛Sa窟ga瑞Tadaaki

Miyata

神鋼パンテツクでは,長年にわたりグラスライニング反応磯を製造してきた｡その間,ユーザーニーズの変化に合わせ,グラスの改良や撹拝技術の向上等を積み重ね多くのノウハウを蓄積してきた｡本稿ではグラスライニングの優位性を中心に,最近のグラスライニング反応機の適用例を紹介する｡

We,

SHINI(0PANTEC,

hashaveimproved

materialtime,

wehaveaccumulatedofglass‑linedlong

manufacturedof glassknow‑how.

muchInfocusedreactors

glass

this
liningandtechnology

term

paper,

付性Characteristic

拝

Aeratlng

PGMP

特気G撹M

thislongpoint.

superiorGlass着During

So wesystem.
of agitation
introduce
recentapplications

we

グラスライニング(GL)通reactors.

glass‑lined

Lining(GL)of deposited

Operation

withparticles
agitation

く使われている｡本稿では最近のGL反応機の適用

ま えがき
グラスライニング(以下GL)は金属素地に粉末について紹介する｡第1図に最近3年間の当社Gl状のグラスを吹き付け,炉内にて高温で焼成し,製反応機の用途別売り上げ動向を示す｡この図によれ造する複合材科である｡グラスの高い耐食性と鋼のば医農薬中間体用反応機が主淀を占め,一般化学,機械的強度を併せ持つ優れた特長により,反応機の樹脂･ゴム用途と続く｡

材料として化学工業界をはじめ医薬,食品業界で広Latex andelastomer
8%

Latex andelastomer
8%

Latex andelastomer
Materialof
medicine andagrlCultual
chemicals

Materialofmedicine andagrlCultual
cbe皿icals

42%

45%
Cbemica50

Cbemic31996

第1図Chemical
38%

1997

1998

GL反応機用途別売上動向

Fig.

1Vol.

43 No.

Trendof amount2 (2000/3)

about

GLIReactor

神鋼パンテツク技報

8:

1.樹脂･ゴム用途の適用例(GL乳化重合反応機)
第2図に示すように乳化重合はモノマーを水,石蘇,重合助剤とともに撹拝混合し,これに触媒を加えて反応機内で乳化重合させて製造される｡この反育塗応では強い撹拝は乳化破壊(凝集物の発生)の点から好ましくなく,弱い撹拝は反応槽内の濃度,温度

̲g
≡;
bD
(勺C)

U

不均一および添加モノマーの表面分離の点から好ましくない｡また付着による伝熱低下,コンタミ増加も課題である｡これらの問題点を解決する方策としてフルゾーン翼(以下FZ翼)を設置したGL反応機が使用される｡第3囲は凝集物発生量(Coagulum)と撹拝動力の関係を概念的に表した

Pv

第3図
Fig.

[kW/皿3]

Coagulumと撹拝動力の関係
3

Relation

betweenCoagulum

and

Pv

and

Agitator

物である｡この固から判断できるようにこの乳化重合系は強い撹拝でも,弱い撹拝でもCoagulumの発生が増加し,さらに同種の翼でスケールアップしても増加の傾向にある｡このような撹拝系では大型翼であるFZ翼が有効であり,第4図に示す通り同じ撹拝動力のもとではCoagulum発生量が3枚後育退翼(ファウドラー翼)に比べ格段に少ない｡この

塗理由は同一の消費動力(循環流量とせん断力の積)≡=コ

ではFZ翼の方が循環液量が大きく,いわゆる低せ:⊃
bD
cd(⊃

U

Pv

第4図
Fig･

[kW/m3】

Coagulumと翼形状の関係
4

Relation

betweenCoagulum

Catalyzer

Water,

Soap

Monomer0.4/育塗≡:コ=】bL)
亡￠
⊂)

U

0.1

I0I

＼△ot..｡̲!.uT?on>
00.1

0.2

0.3

PvPolymer

第2図Fig･88

GLIReactor

for

0.5

[kW/m3]

第5図15m3ABSグラフト乳化重合におけるCoagu‑lumと撹拝動力の関係

GL乳化重合反応機20.4

polymerization

Fig･

神鋼パンテツク技報

5Coagulumin15maABS
Vol.

Graft‑Polymerizer
43 No.

2(2000/3)

第1表
接触角測定結果(測定時の温度28℃)
TablelResultofmeasuredcontactangle(at28℃)(unit‑Degree)
Contactangle
Surface

SUS304

SUS316treatment)

Purewater

#150

3.8

115.5

104.5

#150＋EP

2.0

74.1

#320

1.8#320＋EP

Rmax(Styrene

Glycerine

StyreneRmax(FL)

Purewater

33.3

3.3

109.5

105.5

32.2

68.2

ll.0

1.9

48.3

46.0

15.5

112.2

102.8

43.3

1.3

90.0

91.5

34.7

1,0

80.2

75.7

16.5

0.9

55.0

52.5

13.0

#400

0.9

91.6

93.8

32.5

0.8

79.0

78.1

27.3

#400＋EP

0.8

80.6

63.7

13.2

0.8

67.0

61.7

12.8

GL

0.9

[NOTES]1'unableto7.0
measure15.0

becausesolvents

mOr10mer

Glycerine

mOnOmernaeO
Ubltmeasurel)

diffusedtooquicklyonsurfaceofglass.

ん断型の撹拝翼であるため翼近傍での揺れによる乱れが小さいことによる｡第5図に15m3ABSグラフ
ト乳化重合における凝集物量と撹拝動力の関係を500

FZ翼と3枚後退翼で示す｡この固からもFZ翼の有効性がわかる｡
次に付着について着日してみる｡第1表に示され200るようにGL表面での純水,グリセリンおよびスチレンモノマーの接触角は,ステンレス鋼表面をパフ研磨および電解研磨したものと比べて小さく,これ

Ug‑i.0[cm/s]

Ug･0.5[cm/s】

lJ̲⊂:
＼ニ100

Ug‑0.25【cm/s】

usingturbin

JがGLの付着特性のよさを表すと言われている｡乳ヒd化重合用途においてはこの特性を活かし,耐食目的ではなく付着防止を目的として,50GL反応機が用いられる｡一般にGLは炭素鋼を母材として施工され,この場合下引きグラス,上引きグラスとも数回施工20している｡付着防止目的のグラスは,ステンレス鋼を母材として下引きガラス,上引きガラスとも回数0.2を1‑2回に制限し,当社独自の焼成方法により,

0.5Pv

反応槽および撹拝翼を製作している｡さらに付着を減らすよう要求される場合には,グラスの表面処理

第6図
Fig･

1

[kW/m3]タービン翼におけるPvとkLa関係
6Relation

betweenPvandkLa

Agitator.

として｢Ag処理+と呼ばれる手法を用いる｡これはグラス表面のNaイオンをAgイオンに置き換える処理で,耐付着性,耐水性が向上する｡従って乳化重合反応磯に用いると非常に有効であり,使用実応が多く,第6図に示すように通気ガス速度Ugと績も数多い｡

撹拝動力億Pvによって,移動容量係数kL且が決ま

2.一般化学用途の適用例(GL通気撹拝反応機)

撹拝動力は大きく設定される｡第7図にはノンメタ

撹拝槽内に積極的に反応ガスを通気し,気液接触る｡従って一般の反応機に比べて通気撹拝反応機のリック通気撹拝反応機の例を,第8図には缶体が反応を行う反応機はGL分野についても多い｡このGLで,撹拝翼が特殊金属の通気撹拝反応機の例を

気液系反応機では通気するガスの分散律速となる反示す｡これらの反応機は缶体容量に対し3‑4kW/m3Vol.

43No.

2(2000/3)

神鋼パンテツク技報

89

千第7国
7Fig.

GL製ノンメタリック構造反応機

第8図

Non‑metallicFig.

GLIReactor

GL缶体＋金属製翼
8GL‑Reactor＋metallic

agitatorを撹拝翼に適用すると,翼先端の丸みを付けること
00
50‑‑‑‑

Glass･lhed
MetallichH･bineとなり,涜動抵抗値を減少させてしまう｡つまり撹
agitator

拝動力数が小さくなってしまう｡第9国にGL製ターturbine agitator

ビン翼(先端に丸みがある)とステンレス製タービン翼(先端に丸みがない)のRe‑Np線図を示す｡

aZ

またこのような通気撹拝反応機では,撹拝動力が大きいため,バッフル‑の負荷荷重が大きい｡
0.1
1E十02

缶体の場合,バッフルは上部ノズルから片持ちの状
5E＋02

1E＋03

5E十03

1E＋04

5E＋04

1E＋05

5E＋05

1E十06

Re

第9図
Fig.

Re‑Np

態で取り付けられることが多く,撹拝による反力を適正に設計するには経験と技術力を要する｡撹拝のRe‑Np線囲9GL

反力としてのバッフル付け根の曲8邦古力の評価だけ

diagram

でなく,バッフル近傍の流れに起因するカルマン渦の発生額度と,バッフル自身の固有振動数が近い場令,共振して大きな鼓動を発生してしまう｡これをのモータが搭載されている｡撹拝翼はせん断力の強避けるような設計手法が求められ,当社ではこのよいタービン翼が適しており,バッフル強度もー般の撹拝槽に比べて大きく設計している｡

うな手法を設計基準に織り込んでいる｡

ここで注意が必要なのは,GL製タービン翼と金最近の適用事例としてはジフェニルメタンジイソ

シアネ‑ト(MDI)製造用GL反応機がこの種の属製タービン翼とでは撹拝動力数(Np借)が大き通気撹拝反応機に当たる｡この反応機では精製されく異なる点である｡

たメテレンジアニリン(MDA)/液にホスゲン/刀GL製の部材は焼成上の問題で,端部にR加工を施す必要がある｡このため,これ90スを反応させて租MDIを得る｡
神鋼パンテツク技報

Vol.

43

No.

2(2000/3:

CoverDrydustsea一 【Withof Re血cercatcber]Supersight g一ass

C】amp】ess f7arld holewith

O･riDgGlass is lined on stainless steel
Outside finish is i320mirror
type

Main

flangeNob‑asbestos

withgasketflighly efficient mixlng
lmpel lerttFULLZONEBottorn

第10図

GMP仕様GL反応機

Fig.10

GMPSpec.

headGL‑Reactor

バリデーションとは｢設備,工程,方法を科学的根3.医農薬中間体用途の適用例(GL/GMP反応機)

拠,妥当性をもって設計し,それが初期の目的通り1995年頃より医農薬の中間体が製薬メーカよりア恒常的に機能していることを科学的に検証し,文書ウトソーシングされる割合が増加し,それを化学業化すること+とされている｡医薬中間体の製造にお界が受けたことに伴い,いて,その品質を守るために設備側に要求される項目は次のとおりである｡

GL反応機を使った医農薬中間体製造プラントが数多く製造された｡一方同時期に厚生省よりバルク(中間体)製造設備にもバリデーションを必要要件とする旨の指針が出された｡
I(ol. 43No.

2(2000/3)(丑 耐食性に優れていること② 機械部品からの異物が混入せぬこと

神鋼パンテツク技報91

ノ〝＼＼l㌔GNP

第11図Fig,llSpec.

Standard

覗窓
Sight Glass(参 洗浄性が良いこと
GL反応機は上記の要求に適合する安価な設備でGMPあるため,最近の医農薬中間体製造プラントではGL反応機が主役を占めるに至った｡

Spec.

Standard

第12図

本体フランジ

Fig.12

MainFlange

第10図にGMP適合のGL反応機を示す｡クリーしやすく,極微量のコンタミが許されないような場ンルームに設置される場合などは,発錆防止(外面を水で洗浄する)のためにステンレス鋼を母材とし合には注意を要する｡

たGLが採用される｡第11,む

12図に示すように本体

すび

GLは優れた素材であり,現在の化学,医薬,負フランジ,覗きガラスも洗浄水の溜まりが少なく,洗浄しやすい形状を採用している｡メカニカルシー

品分野で数多く使用されている耐食材料である｡こルは封液の不要なドライシール(摩耗粉の受けを設の優れた素材株能を活かし,新しい分野ヘの用途芹置)が一般的であるが,無菌室ではエタノール水を発も我々の責務と考えると同時に,封液とするダブルメカニカルシールも採用される｡

化,コストダウンに努め顧客の皆様により使いやす

缶体下部を円錐状に設計するのは少量の液量まで撹いGLにして行きたいと考える｡

拝できることと,洗浄液が溜まらずに排出されるたなくGL熱交換器,めである｡

過乾燥機,GLの耐食性は特に塩酸酸性に優れているが,高GL反応横だけでGL貯槽,GL薄膜蒸発機,GL製品の規層GL遁過器,GLGL娼CDB乾燥機なとについても当社にご相談をかけていただけることを温の純水に対してはGL素材中のNaイオンが溶出お願いしたい｡

連絡先
阪

上

達也

化工機事業部宮田忠

明

エンジニアリング部

E‑mail92

化工機事業部
エンジニアリング部
担当次長

TEL

0794‑36‑2514

TEL

0794‑36‑2513

FAX

0794‑36‑2542

FAX

0794‑36‑2542

t.sakagami@pantec▲co.jp

E‑mailt.miyata@pantec.co.jp

神鋼パンテツク技報

Vol. 43

No.

2 (2000/3