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WO2025121049A1 - 撹拌装置、撹拌方法 - Google Patents

撹拌装置、撹拌方法 Download PDF

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WO2025121049A1
WO2025121049A1 PCT/JP2024/039203 JP2024039203W WO2025121049A1 WO 2025121049 A1 WO2025121049 A1 WO 2025121049A1 JP 2024039203 W JP2024039203 W JP 2024039203W WO 2025121049 A1 WO2025121049 A1 WO 2025121049A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
stirring
height
tank
stirring tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/039203
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佑真 坂東
洋郎 堀口
克英 竹中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd, Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Publication of WO2025121049A1 publication Critical patent/WO2025121049A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/07—Stirrers characterised by their mounting on the shaft
    • B01F27/072—Stirrers characterised by their mounting on the shaft characterised by the disposition of the stirrers with respect to the rotating axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/112—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers with arms, paddles, vanes or blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/19—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis
    • B01F27/191—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis with similar elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/90—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with paddles or arms 
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates

Definitions

  • This disclosure relates to agitation devices, etc.
  • Patent Document 1 discloses a stirring device that produces a latex (also called an emulsion) in which polymer (high molecular weight) particles are dispersed in a medium such as water through a polymerization reaction of monomers in a stirring tank.
  • Patent Document 1 proposes the use of a specially shaped mixing blade.
  • This disclosure has been made in light of these circumstances, and aims to provide a mixing device etc. that can effectively mix the fluid being mixed in the mixing tank without using mixing blades with special shapes.
  • a stirring device includes a stirring blade that rotates to stir the stirred fluid contained in a stirring tank.
  • the stirring blade includes a plurality of blade portions that are spaced apart in the height direction of the stirring tank.
  • Each blade portion includes a vane that rotates to generate a flow of the stirred fluid having a component in the height direction of the stirring tank.
  • the height dimension of the vane is larger or smaller for the blade portion closer to the bottom of the stirring tank.
  • the height dimensions of the blades of multi-stage blade sections arranged at intervals in the height direction of the mixing vessel are equal, for example, flows from above and below collide between two blade sections adjacent in the height direction, forming a flow partition and deteriorating the mixing performance of the mixing vessel as a whole.
  • the height dimensions of the blades closer to the bottom of the mixing vessel are made larger or smaller, in other words, the height dimensions of the blades are monotonically increased or decreased along the height direction, improving the mixing performance of the mixing vessel as a whole.
  • Another aspect of the present invention is a stirring method.
  • This method is a stirring method in a stirring device equipped with a stirring blade that stirs the stirred fluid contained in a stirring tank by rotation, and the stirring blade has a plurality of blade portions arranged at intervals in the height direction of the stirring tank, and the blade portions have blades with larger or smaller height dimensions the closer they are to the bottom of the stirring tank.
  • the rotation of each blade generates a flow of the stirred fluid that has a height direction component of the stirring tank.
  • the fluid to be stirred in the mixing vessel can be effectively stirred without using a specially shaped mixing blade.
  • FIG. 1 illustrates a schematic configuration of a stirring device according to a first embodiment.
  • 2 is a comparative example of the stirring device of FIG. 1 .
  • 4 is a flow pattern according to the first embodiment.
  • 4 is a flow pattern of a comparative example.
  • 3A and 3B are schematic diagrams illustrating a configuration of a stirring device according to a modified example of the first embodiment.
  • the agitation device 1 is installed vertically, which is the up-down, length, and height directions in FIG. 1, and the up-down, length, height, and vertical directions are used synonymously, as well as the left-right, width, and horizontal directions.
  • the present disclosure is also applicable to an agitation device 1 that is not installed vertically, and in such a case, the up-down, length, and height directions are different from the vertical direction, and the left-right, width, and horizontal directions are different from the horizontal direction.
  • the rotation shaft 30 of the agitation blade 3 is provided in the up-down, length, height, and vertical directions, so the up-down, length, height, and vertical directions are also referred to as the axial direction.
  • the left-right, width, and horizontal directions are also referred to as the radial direction, because the left-right, width, and horizontal directions determine the diameter of the agitation tank 2 and the agitation blade 3.
  • the stirring device 1 includes a stirring tank 2 that contains a fluid to be stirred (fluid to be stirred), and a stirring blade 3 that rotates to stir the fluid in the stirring tank 2.
  • the stirring tank 2 includes a cylindrical straight body section 21 that is provided at the top and extends in the axial direction, and a bottom section 22 that is provided below and continues from the straight body section 21.
  • the inner peripheral wall or side wall of the straight body section 21 has a circular cross section when viewed from above (in the axial direction), and its diameter D is hereinafter also referred to as the tank diameter D of the stirring tank 2. Note that the cross section of the straight body section 21 and/or the stirring tank 2 when viewed from above may be of any non-circular shape.
  • the tank diameter D of the stirring tank 2 may be the diameter of the inscribed circle of the cross-sectional shape, the diameter of the circumscribed circle of the cross-sectional shape, or the average value or intermediate value of these.
  • At least a portion of the upper part of the straight body section 21 is open (not shown) so that the fluid to be stirred can be introduced, and can be closed by a lid or the like while the fluid is being stirred by the stirring blade 3.
  • the fluid to be stirred may be supplied into the stirring tank 2 from a fluid supply port such as a supply nozzle that may be provided on the side of the body portion 21.
  • the bottom 22 of the stirring tank 2 may be formed in an inverted cone shape or an inverted truncated cone shape with a diameter that decreases toward the bottom.
  • the bottom 22 may also be formed in a flat shape with the axial direction as the normal direction.
  • the bottom 22 is formed in a curved shape that bulges downward from the lower end of the straight body portion 21.
  • the bottom of the stirring tank 2 is formed at the center of the bottom 22 by the bulging end of the curved shape.
  • the bottom of the stirring tank 2 may be provided with an outlet (not shown) that can discharge the fluid in the stirring tank 2 to the outside of the stirring device 1. This outlet is configured to be openable and closable by an outlet opening and closing part such as a valve.
  • a valve or the like controlled to a closed state closes the outlet.
  • a valve or the like controlled to an open state opens the outlet.
  • the fluid after stirring may be discharged from an opening above the stirring tank 2 when the lid is open.
  • the fluid after stirring may also be discharged outside the stirring tank 2 from a fluid outlet such as an outlet nozzle that may be provided on the side of the straight body portion 21.
  • the horizontal boundary between the approximately cylindrical straight body 21 and the curved bottom 22 is also called the tangent line TL.
  • the vertical distance L between the bottom of the stirring tank 2 (bottom 22) and the surface or liquid level LL of the fluid in the stirring tank 2 is also referred to as the liquid level height or reference height.
  • the ratio L/D of the liquid level height L in the height direction of the stirred fluid in the stirring tank 2 to the tank diameter D in the radial direction of the stirring tank 2 is 1.2 or more.
  • Such a vertically elongated stirring tank 2 is suitable for stirring the stirred fluid (chemical reaction) accompanied by a large reaction heat because the area of the side wall that serves as the heat dissipation surface can be increased.
  • the vertical distance L between the flat bottom 22 (bottom plate) and the surface or liquid level LL of the fluid in the stirring tank 2 may be taken as the liquid level height.
  • the stirred fluid for polymerization contains water and a monomer to be polymerized.
  • the monomer in this embodiment is exemplified by polyol (polyhydric alcohol) which is a raw material for polyurethane as a polymer, but is not limited thereto.
  • the polyol in which water is dispersed in the stirring tank 2 is typically mixed with isocyanate in a subsequent stage (not shown) of the stirring device 1 to produce polyurethane.
  • an emulsifier surfactant, etc.
  • a polymerization initiator radical generator, etc.
  • stirred fluid in this embodiment has, for example, a density of 1000 kg/m 3 and a viscosity of 1000 cP.
  • the water in the stirred fluid is uniformly dispersed in the polyol by the stirring of the rotating stirring blades 3, and a homogeneous polymer is obtained through the reaction with the isocyanate.
  • the agitator blades 3 are rotatably mounted around a vertical rotating shaft 30 that roughly coincides with the vertical central axis of the agitator tank 2.
  • a rotation drive unit such as a motor that generates rotational power
  • a rotational power conversion unit such as a transmission or reducer that converts the rotational power into a desired number of rotations (or rotational speed) or torque are provided above the rotating shaft 30.
  • a lower bearing may be provided below the rotating shaft 30.
  • a baffle 4 is provided near the inner peripheral wall of the straight body portion 21 in the stirring vessel 2, extending in the approximate axial direction over most of the liquid level height L and projecting in the approximate radial direction toward the central axis of the stirring vessel 2 (or the rotation axis 30 of the stirring blade 3). As shown in the example, multiple baffles 4 may be provided along the circumferential direction.
  • the stirred fluid rotated in the circumferential direction by the stirring blade 3 hits the baffle 4, also called a baffle plate, preventing the stirred fluid from rotating together with the stirring blade 3 due to inertia. Note that the baffle 4 must not interfere with the rotation of the stirring blade 3 itself, and is placed in a radial range outside the rotational range of the multiple blade portions 31A to 31D described below.
  • the agitator blade 3 has multiple (four in the example of FIG. 1) blade portions 31A-31D (hereinafter collectively referred to as blade portions 31) that are spaced apart in the height direction (axial direction).
  • blade portions 31 blade portions 31A-31D
  • the blade diameter d of each of the blade portions 31A-31D is substantially equal, but the blade diameter d of each of the blade portions 31A-31D may be different from each other.
  • Each of the blade portions 31A-31D is a small agitator blade that has a substantially linear or substantially planar blade portion main body 32A-32D (hereinafter collectively referred to as blade portion main body 32) that extends generally radially from the rotating shaft 30.
  • Each of the blade bodies 32A to 32D (or the connecting portion between each of the blade bodies 32A to 32D and the rotating shaft 30) is provided with one or more (two in the example of FIG. 1) blades 33A to 33D (hereinafter collectively referred to as blades 33) that generate a flow of the stirred fluid having a predetermined directional component by rotation around the rotating shaft 30.
  • the blade 33 is formed, for example, by a substantially rectangular plate, and the normal direction of the stirring surface is inclined with respect to both the axial and radial directions, so that a flow of the stirred fluid having an axial component (axial flow) is generated by rotation around the rotating shaft 30.
  • FIG. 1 Each of the blade bodies 32A to 32D (or the connecting portion between each of the blade bodies 32A to 32D and the rotating shaft 30) is provided with one or more (two in the example of FIG. 1) blades 33A to 33D (hereinafter collectively referred to as blades 33) that generate a flow of the stirred fluid having a predetermined directional
  • each blade 31 rotates integrally with the rotating shaft 30 and the blade body 32 in the illustrated rotation direction R (clockwise direction when viewed from above), thereby generating downward axial flows FA D to FD D (hereinafter collectively referred to as downward axial flow FD ) of the stirred fluid having a height direction component (downward component) toward the bottom 22 of the stirring tank 2.
  • downward axial flow FD downward axial flow FD
  • FIG. 1 an example of the blade portion 31 is shown in which the normal direction of the stirring surface of one or more blades 33 is inclined at an acute angle to both the axial and radial directions.
  • a part or all of each of the blade portions 31A to 31D may be composed of an axial flow blade such as a hydrofoil.
  • the blade 33 which generates the downward axial flow F D is provided on the radial center side of the agitating impeller 3, i.e., on the side of the rotating shaft 30, so that the downward axial flow F D descends along the axial direction near the rotating shaft 30.
  • the agitated fluid circulating or convecting in the agitating tank 2 generates upward axial flows FA U to FD U (hereinafter collectively referred to as the upward axial flow F U ) in the opposite direction to the downward axial flow F D at the center.
  • the upward axial flow F U has a height component (upward component) away from the bottom 22 of the agitating tank 2, and rises along the axial direction near the inner peripheral wall or baffle 4 of the agitating tank 2.
  • the height dimension of the blade 33 (hereinafter, also simply referred to as height) is larger or smaller for the blade portion 31 closer to the bottom 22 of the stirring tank 2. Specifically, the height of the blade 33 is smaller on the upstream side of the axial flow directly generated by the blade 33 and larger on the downstream side. In the example of FIG. 1, the blade 33 directly generates the downward axial flow F D , so the blade 33 on the upper upstream side is formed to have a smaller height (for example, the uppermost blade 33A is the smallest), and the blade 33 on the lower downstream side is formed to have a larger height (for example, the lowermost blade 33D is the largest). Note that the height and radial dimension of the blade 33 may be equal or different for two blade portions 31 adjacent in the height direction.
  • the height ratio of the smaller blade 33 to the larger blade 33 for two vertically adjacent blades 31 is less than 0.8.
  • the height ratio of the smaller blade 33A to the larger blade 33B for two vertically adjacent blades 31A and 31B is less than 0.8
  • the height ratio of the smaller blade 33B to the larger blade 33C for two vertically adjacent blades 31B and 31C is less than 0.8
  • the height ratio of the smaller blade 33C to the larger blade 33D for two vertically adjacent blades 31C and 31D is less than 0.8.
  • the blades 31A-31D may be arranged at approximately equal intervals along the height direction, or may be arranged at intervals h1-h3 (hereinafter collectively referred to as intervals h) that may vary along the height direction, as in the illustrated example.
  • intervals h may be adjusted to achieve a desired circulation flow, described below, within the stirring tank 2.
  • the height of the blades 33 may be increased closer to the bottom 22 of the stirring tank 2, and accordingly the interval h in the height direction of each blade 31 may be increased closer to the bottom 22 of the stirring tank 2 (for example, h1 ⁇ h2 ⁇ h3).
  • the heightwise distance (i.e., the interval h) between two vertically adjacent blade portions 31 is equal to or less than the blade diameter d of each blade portion 31 (h ⁇ d).
  • FIG. 2 is a comparative example of the agitator 1 in FIG. 1.
  • This agitator 1 differs from the agitator 1 according to the present embodiment in FIG. 1 only in the configuration of the agitator blade 3.
  • the heights of the blades 33A-33C provided on the multiple blade portions 31A-31C are constant regardless of the height in the agitator tank 2.
  • the number of blade portions 31 in the agitator blade 3 in FIG. 2 (3) is less than the number of blade portions 31 in the agitator blade 3 in FIG. 1 (4).
  • the heightwise distance i.e., the intervals h1, h2
  • the heightwise distance between two blade portions 31 adjacent in the heightwise direction is greater than the blade diameter d of each blade portion 31 (h>d).
  • Figures 3 and 4 show flow patterns that visualize the flow of the stirred fluid in the mixing tank 2 for this embodiment ( Figure 1) and the comparative example ( Figure 2).
  • an upper circulation flow PCF1 is formed which partially circulates through the upper part of the mixing vessel 2 by passing through the upper blade portion 31A
  • a lower circulation flow PCF2 is formed which partially circulates through the lower part of the mixing vessel 2 by passing through the lower blade portions 31B and 31C.
  • the circulation directions of the upper circulation flow PCF1 and the lower circulation flow PCF2 are opposite to each other.
  • the upper circulation flow PCF1 rises along the axial direction while the lower circulation flow PCF2 descends along the axial direction, and on the outer circumference side of the mixing blade 3, the upper circulation flow PCF1 descends along the axial direction while the lower circulation flow PCF2 rises along the axial direction.
  • the descending upper circulation flow PCF1 and the ascending lower circulation flow PCF2 collide with approximately the same strength, forming a flow partition W between the upper blade portion 31A and the lower blade portion 31B.
  • the agitation performance of the entire agitator vessel 1 deteriorates.
  • the agitated fluid being retained at the partition W, low-specific-gravity monomers and polymers tend to adhere to the inner peripheral wall of the agitator vessel 2 and the baffle 4 near the partition W.
  • the height of the vanes 33 provided on each wing portion 31 in the comparative example of Figure 2 is constant.
  • the height of the lower vanes 33B, 33C, which mainly contributes to the formation of the lower circulation flow PCF2 are equal, so the upper circulation flow PCF1 and the lower circulation flow PCF2 compete with each other or collide with each other, forming the partition wall W.
  • the height of the blade 33 is made larger for the blade portion 31 closer to the bottom 22 of the mixing vessel 2.
  • a circulation flow CF is formed that circulates through all the blade portions 31A to 31D throughout the mixing vessel 2. It is considered that the height of the upper blade 33A, which formed the upper circulation flow PCF1 that competes with the lower circulation flow PCF2 in the comparative example (FIG. 4), was made smaller, and as a result, the weaker upper circulation flow PCF1 was taken in (or swallowed up) by the stronger lower circulation flow PCF2 to form one large circulation flow CF.
  • the ratio of the height of the smaller blade 33 to the larger blade 33 for the two blade portions 31 adjacent in height is less than 0.8
  • the heightwise spacing h of each blade portion 31 is adjusted
  • the heightwise spacing h of each blade portion 31 is set to be equal to or less than the blade diameter d of each blade portion 31, all of which contribute to the realization of a desirable circulation flow CF.
  • This circulation flow CF descends in the axial direction from the top blade 31A to the bottom blade 31D near the rotating shaft 30 (inner circumference side), and rises in the axial direction from the bottom blade 31D to the top blade 31A on the outer circumference side of the agitator blade 3.
  • the circulation flow CF circulates widely between the top and bottom of the vertically elongated agitator tank 2, effectively mixing the agitated fluid in the agitator tank 2 to make the concentration uniform, and the circulation flow CF passes through the blades 31A to 31D in sequence, effectively agitating the fluid.
  • the agitation performance of the agitator 1 as a whole is greatly improved.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of an agitator 1 according to a modified example of the first embodiment of FIG. 1.
  • the same components as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
  • This agitator 1 differs from the agitator 1 according to the first embodiment of FIG. 1 only in the configuration of the agitator blades 3.
  • the blades 33 provided on each blade portion 31 of the agitating impeller 3 rotate integrally with the rotating shaft 30 and the blade portion body 32 in the illustrated rotation direction R' (counterclockwise direction when viewed from above), thereby generating upward axial flows FA U to FD U (hereinafter collectively referred to as upward axial flow FU ) of the agitated fluid having a height component (upward component) away from the bottom 22 of the agitating tank 2.
  • the blade 33 which generates the upper axial flow F U is provided on the radial center side of the agitating impeller 3, i.e., on the side of the rotating shaft 30, so that the upper axial flow F U rises along the axial direction near the rotating shaft 30.
  • the stirred fluid circulating or convecting in the agitating tank 2 generates downward axial flows FA D to FD D (hereinafter collectively referred to as the downward axial flow F D ) in the opposite direction to the upper axial flow F U at the center.
  • the downward axial flow F D has a height direction component (downward component) toward the bottom 22 of the agitating tank 2, and descends along the axial direction near the inner peripheral wall or baffle 4 of the agitating tank 2.
  • the height of the blades 33 is formed to be smaller on the upstream side and larger on the downstream side of the axial flow directly generated by the blades 33.
  • the blades 33 directly generate the upper axial flow F U , so the blades 33 on the lower upstream side are formed to be smaller in height (for example, the lowermost blade 33D is the smallest), and the blades 33 on the upper downstream side are formed to be larger in height (for example, the uppermost blade 33A is the largest).
  • the height ratio of the small blade 33 to the large blade 33 for two vertically adjacent blades 31 is less than 0.8.
  • the height ratio of the small blade 33B to the large blade 33A for two vertically adjacent blades 31A and 31B is less than 0.8
  • the height ratio of the small blade 33C to the large blade 33B for two vertically adjacent blades 31B and 31C is less than 0.8
  • the height ratio of the small blade 33D to the large blade 33C for two vertically adjacent blades 31C and 31D is less than 0.8.
  • the blades 31A-31D may be arranged at approximately equal intervals along the height direction, or may be arranged at intervals h1-h3 (hereinafter collectively referred to as intervals h) that may vary along the height direction, as in the illustrated example.
  • intervals h may be adjusted to achieve a desired circulation flow CF (but in the opposite direction) similar to that shown in FIG. 3 in the stirred tank 2.
  • the height of the blades 33 may be reduced closer to the bottom 22 of the stirred tank 2, and accordingly the interval h in the height direction of each blade 31 may be reduced closer to the bottom 22 of the stirred tank 2 (for example, h1 ⁇ h2 ⁇ h3).
  • the heightwise distance (i.e., the interval h) between two vertically adjacent blade portions 31 is equal to or less than the blade diameter d of each blade portion 31 (h ⁇ d).
  • a desirable circulation flow CF (but in the opposite direction) similar to that of FIG. 3 can be realized in the stirring tank 2.
  • This circulation flow CF (not shown) rises in the axial direction from the bottom 31D to the top blade 31A near the rotating shaft 30 (inner circumference side), and on the outer circumference side of the stirring blade 3, it descends in the axial direction from the top blade 31A to the bottom 31D.
  • the circulation flow CF circulates widely between the top and bottom of the vertically elongated stirring tank 2, effectively mixing the stirred fluid in the stirring tank 2 to make the concentration uniform, and the circulation flow CF is effectively stirred by the blades 31A to 31D through which it passes in sequence.
  • the blades 33 that generate an axial flow are illustrated, but the blades 33 that generate an axial flow and the blades 33 that generate a radial flow may be combined (interwoven).
  • a blade section 31 having a blade 33 that generates an axial flow and a blade section 31 having a blade 33 that generates a radial flow may be provided on the same mixing blade 3.
  • at least one blade section 31 may be provided with both a blade 33 that generates an axial flow and a blade 33 that generates a radial flow.
  • at least one blade 33 in at least one blade section 31 may be capable of simultaneously generating both an axial flow and a radial flow. Even in such a modified example, it is preferable that the height of the blades 33 is made larger or smaller the closer the blade section 31 is to the bottom 22 of the mixing vessel 2.
  • each device and method described in the embodiments can be realized by hardware resources or software resources, or by the cooperation of hardware and software resources.
  • a processor, ROM, RAM, and various integrated circuits can be used as hardware resources.
  • an operating system, an application, and other programs can be used as software resources.
  • This disclosure relates to agitation devices, etc.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Polyurethanes Or Polyureas (AREA)

Abstract

撹拌装置１は、撹拌槽２に収容された被撹拌流体を回転によって撹拌する撹拌翼３を備える撹拌装置１であって、撹拌翼３は、撹拌槽２の高さ方向に離れて配置される複数の翼部３１Ａ～３１Ｄを備え、各翼部３１Ａ～３１Ｄは、回転によって撹拌槽２の高さ方向成分を有する被撹拌流体の流れを生成する羽根３３Ａ～３３Ｄを備え、羽根３３Ａ～３３Ｄの高さ方向の寸法は、撹拌槽２の底部２２に近い翼部３１Ａ～３１Ｄほど大きいまたは小さい。各翼部３１Ａ～３１Ｄにおける羽根３３Ａ～３３Ｄは、回転によって撹拌槽２の底部２２に向かう高さ方向成分を有する被撹拌流体の流れを生成し、羽根３３Ａ～３３Ｄの高さ方向の寸法は、撹拌槽２の底部２２に近い翼部３１Ａ～３１Ｄほど大きい。

Description

撹拌装置、撹拌方法
　本開示は撹拌装置等に関する。
　特許文献１には、撹拌槽内におけるモノマーの重合反応によって、ポリマー（高分子）粒子が水等の媒体中に分散したラテックス（エマルションまたはエマルジョンとも表される）を生成する撹拌装置が開示されている。
特開平１０－３３９６６号公報
　重合反応における反応熱（以下では重合熱とも表される）を撹拌槽外に効率的に逃がすために、例えば、被撹拌流体の液面高さＬと撹拌槽の槽径Ｄの比が1より有意に大きい撹拌槽が使用されることが多い。このような縦長の撹拌槽内で被撹拌流体を効果的に撹拌するために、特許文献１では特殊な形状の撹拌翼を使用することが提案されている。
　本開示はこうした状況に鑑みてなされたものであり、特殊な形状の撹拌翼によらなくても撹拌槽内の被撹拌流体を効果的に撹拌できる撹拌装置等を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の撹拌装置は、撹拌槽に収容された被撹拌流体を回転によって撹拌する撹拌翼を備える。撹拌翼は、撹拌槽の高さ方向に離れて配置される複数の翼部を備える。各翼部は、回転によって撹拌槽の高さ方向成分を有する被撹拌流体の流れを生成する羽根を備える。羽根の高さ方向の寸法は、撹拌槽の底部に近い翼部ほど大きいまたは小さい。
　詳しくは後述するように、撹拌槽の高さ方向に離れて配置される多段の翼部における羽根の高さ方向の寸法が等しい場合、例えば、高さ方向に隣接する二つの翼部の間で上下からの流れが衝突する結果、流れの隔壁が形成されて撹拌槽全体としての撹拌性能が悪化する。これに対して本態様によれば、撹拌槽の底部に近い羽根の高さ方向の寸法ほど大きくまたは小さくすることで、換言すれば、羽根の高さ方向の寸法を高さ方向に沿って単調に増減させることで、撹拌槽全体としての撹拌性能が改善する。
　本発明の別の態様は、撹拌方法である。この方法は、撹拌槽に収容された被撹拌流体を回転によって撹拌する撹拌翼を備える撹拌装置における撹拌方法であって、撹拌翼は、撹拌槽の高さ方向に離れて配置される複数の翼部であって、撹拌槽の底部に近いほど高さ方向の寸法が大きいまたは小さい羽根を備える翼部を備える。各羽根の回転によって、撹拌槽の高さ方向成分を有する被撹拌流体の流れを生成する。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本開示に包含される。
　本開示によれば、特殊な形状の撹拌翼によらなくても撹拌槽内の被撹拌流体を効果的に撹拌できる。
第１実施形態に係る撹拌装置の構成を模式的に示す。 図１の撹拌装置の比較例である。 第１実施形態のフローパターンである。 比較例のフローパターンである。 第１実施形態の変形例に係る撹拌装置の構成を模式的に示す。
　以下では、図面を参照しながら、本開示を実施するための形態（以下では実施形態とも表す）について詳細に説明する。説明および／または図面においては、同一または同等の構成要素、部材、処理等に同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明の簡易化のために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本開示の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記載される全ての特徴やそれらの組合せは、必ずしも本開示の本質的なものであるとは限らない。
　図１は、本開示の第１実施形態に係る撹拌装置１の構成を模式的に示す。本実施形態では、撹拌装置１が図１の上下方向、縦方向、高さ方向である鉛直方向に設置されるものとし、上下方向、縦方向、高さ方向、鉛直方向を同義的に使用すると共に、左右方向、横方向、水平方向を同義的に使用する。なお、本開示は鉛直方向に設置されない撹拌装置１にも適用可能であり、そのような場合には上下方向、縦方向、高さ方向と鉛直方向が異なり、左右方向、横方向と水平方向が異なる。また、後述するように、上下方向、縦方向、高さ方向、鉛直方向には撹拌翼３の回転軸３０が設けられるため、上下方向、縦方向、高さ方向、鉛直方向を軸方向とも表す。更に、左右方向、横方向、水平方向は撹拌槽２や撹拌翼３の径を定めるため、左右方向、横方向、水平方向を径方向とも表す。
　撹拌装置１は、撹拌対象の流体（被撹拌流体）を収容する撹拌槽２と、回転によって撹拌槽２内の流体を撹拌する撹拌翼３を備える。撹拌槽２は、上方に設けられて軸方向に延在する円管状の直胴部２１と、直胴部２１と連続して下方に設けられる底部２２を備える。直胴部２１の内周壁または側壁は上面視（軸方向視）で円状の断面を有し、その直径Ｄを以下では撹拌槽２の槽径Ｄとも表す。なお、直胴部２１および／または撹拌槽２の上面視の断面は非円状の任意の形状でよい。この場合の撹拌槽２の槽径Ｄは、断面形状の内接円の直径でもよいし、断面形状の外接円の直径でもよいし、これらの平均値や中間値でもよい。直胴部２１の上方の少なくとも一部は撹拌対象の流体を投入できるように開口されており（不図示）、撹拌翼３による流体の撹拌中には蓋等によって閉塞可能になっている。なお、撹拌対象の流体は、直胴部２１の側面等に設けられうる供給ノズル等の流体供給口から撹拌槽２内に供給されてもよい。
　撹拌槽２の底部２２は、下方に向かって径が小さくなる逆円錐形状や逆円錐台形状に形成されてもよい。また、底部２２は、軸方向を法線方向とする平面状に形成されてもよい。図示の例では、底部２２が、直胴部２１の下端から下方に膨出する湾曲形状に形成されている。底部２２の中央には、湾曲形状の膨出端によって撹拌槽２の最下部が形成される。撹拌槽２の最下部には、撹拌槽２内の流体を撹拌装置１外に排出可能な排出口（不図示）が設けられてもよい。この排出口は、バルブ等の排出口開閉部によって開閉可能に構成される。撹拌槽２に撹拌対象の流体を投入して保持させる際や、排出前の流体を撹拌翼３によって撹拌して混合や化学反応を促進する際や濃度を均一化する際は、閉状態に制御されたバルブ等が排出口を閉じる。また、混合や化学反応が実質的に完了して濃度が均一化された後の排出対象の流体を、必要に応じて撹拌翼３によって撹拌しながら排出する際は、開状態に制御されたバルブ等が排出口を開ける。なお、撹拌後の流体は撹拌槽２の上方等における蓋が開けられた状態の開口から排出されてもよい。また、撹拌後の流体は、直胴部２１の側面等に設けられうる排出ノズル等の流体排出口から撹拌槽２外に排出されてもよい。
　略円管状の直胴部２１と曲面状の底部２２の水平方向の境界線はタンジェントラインＴＬとも呼ばれる。以下では、撹拌槽２（底部２２）の最下部と撹拌槽２内の流体の表面または液面ＬＬの間の鉛直方向の距離Ｌを、液面高さまたは基準高さとも表す。本実施形態では、撹拌槽２内の被撹拌流体の高さ方向の液面高さＬと、当該撹拌槽２の径方向の槽径Ｄの比Ｌ／Ｄが1.2以上である。このような縦長の撹拌槽２は、放熱面となる側壁の面積を大きくできるため、大きい反応熱を伴う被撹拌流体の撹拌（化学反応）に好適である。このような化学反応としては重合が例示される。なお、底部２２が平面状に形成される場合、平面状の底部２２（底板）と撹拌槽２内の流体の表面または液面ＬＬの間の鉛直方向の距離Ｌを、液面高さとしてもよい。
　重合のための被撹拌流体は、重合対象の水とモノマー（単量体）を含む。本実施形態におけるモノマーとしては、ポリマー（重合体）としてのポリウレタン等の原料となるポリオール（多価アルコール）が例示されるが、これに限定されるものではない。撹拌槽２内で水が分散されたポリオールは、典型的には撹拌装置１の不図示の後段でイソシアネートと混合されてポリウレタンを生成する。典型的な重合反応では、乳化剤（界面活性剤等）や重合開始剤（ラジカル発生剤等）も被撹拌流体に添加される。このような被撹拌流体の物性は任意であるが、本実施形態における被撹拌流体は、例えば、密度が1000kg/m3であり粘度が1000cPである。回転する撹拌翼３の撹拌によって被撹拌流体中の水がポリオール中に均一に分散され、イソシアネートとの反応を通じて均質な重合体が得られる。
　撹拌翼３は、撹拌槽２の鉛直方向の中心軸と略一致する鉛直方向の回転軸３０の周りに回転可能に設けられる。図示は省略するが、回転軸３０の上方には、回転動力を発生させるモータ等の回転駆動部や、当該回転動力を所望の回転数（または回転速度）やトルクに変換する変速機や減速機等の回転動力変換部が設けられる。回転軸３０の下方には、下部軸受が設けられてもよい。
　撹拌槽２内の直胴部２１の内周壁の近傍には、液面高さＬの大部分に亘って略軸方向に延在すると共に、撹拌槽２の中心軸（または撹拌翼３の回転軸３０）に向かって略径方向に張り出すバッフル４が設けられる。図示の例のように、バッフル４は周方向に沿って複数設けられてもよい。邪魔板とも呼ばれるバッフル４に、撹拌翼３によって周方向に回転された被撹拌流体が当たるため、被撹拌流体が慣性によって撹拌翼３と同様に回転してしまう供回りが防止される。なお、バッフル４は、撹拌翼３自体の回転を妨げるものであってはならず、後述する複数の翼部３１Ａ～３１Ｄの回転領域より外側の径方向範囲に配置される。
　撹拌翼３は、高さ方向（軸方向）に離れて配置される複数（図１の例では四つ）の翼部３１Ａ～３１Ｄ（以下では、総称して翼部３１とも表される）を備える。本実施形態では、各翼部３１Ａ～３１Ｄの翼径ｄが実質的に等しい例について説明するが、各翼部３１Ａ～３１Ｄの翼径ｄは互いに異なっていてもよい。各翼部３１Ａ～３１Ｄは、回転軸３０から概ね径方向に延在する略直線状または略平面状の翼部本体３２Ａ～３２Ｄ（以下では、総称して翼部本体３２とも表される）を備える小さい撹拌翼である。
　各翼部本体３２Ａ～３２Ｄ（または、各翼部本体３２Ａ～３２Ｄと回転軸３０の連結部分）には、回転軸３０周りの回転によって所定方向成分を有する被撹拌流体の流れを生成する一または複数（図１の例では二つ）の羽根３３Ａ～３３Ｄ（以下では、総称して羽根３３とも表される）が設けられる。羽根３３は、例えば略矩形状の板によって形成され、その撹拌面の法線方向が軸方向および径方向の両方に対して傾斜しているために、回転軸３０周りの回転によって軸方向成分を有する被撹拌流体の流れ（軸方向流）を生成する。図１の例では、各翼部３１における羽根３３が、回転軸３０および翼部本体３２と一体的に図示の回転方向Ｒ（上面視における時計回り方向）に回転することで、撹拌槽２の底部２２に向かう高さ方向成分（下向き成分）を有する被撹拌流体の下軸方向流ＦＡＤ～ＦＤＤ（以下では、総称して下軸方向流ＦＤとも表される）を生成する。なお、図１では、一または複数の羽根３３の撹拌面の法線方向が軸方向および径方向の両方に対して鋭角をなして傾斜している傾斜パドル翼である翼部３１が例示されたが、各翼部３１Ａ～３１Ｄの一部または全部は、ハイドロフォイル等の軸流翼によって構成されてもよい。
　下軸方向流ＦＤを生成する羽根３３は、撹拌翼３における径方向の中央側すなわち回転軸３０側に設けられるため、下軸方向流ＦＤは回転軸３０の近傍を軸方向に沿って下降する。一方、後述するように、撹拌翼３の径方向の外周側すなわち撹拌槽２の内周壁またはバッフル４の近傍では、撹拌槽２内で循環または対流する被撹拌流体が、中央側における下軸方向流ＦＤと反対方向の上軸方向流ＦＡＵ～ＦＤＵ（以下では、総称して上軸方向流ＦＵとも表される）を生成する。上軸方向流ＦＵは、撹拌槽２の底部２２から離れる高さ方向成分（上向き成分）を有し、撹拌槽２の内周壁またはバッフル４の近傍を軸方向に沿って上昇する。
　後述する望ましい循環流を撹拌槽２内で実現するために、羽根３３の高さ方向の寸法（以下では、単純に高さとも表される）は、撹拌槽２の底部２２に近い翼部３１ほど大きいまたは小さい。具体的には、羽根３３の高さは、当該羽根３３が直接的に生成する軸方向流の上流側ほど小さく下流側ほど大きく形成される。図１の例では、羽根３３が下軸方向流ＦＤを直接的に生成するため、その上流側の上方の羽根３３ほど高さが小さく形成され（例えば、最上部の羽根３３Ａが最小）、その下流側の下方の羽根３３ほど高さが大きく形成される（例えば、最下部の羽根３３Ｄが最大）。なお、高さ方向に隣接する二つの翼部３１について、羽根３３の高さと径方向の寸法は等しくてもよいし、異なっていてもよい。
　後述する望ましい循環流を撹拌槽２内で実現するために、高さ方向に隣接する二つの翼部３１について、高さの大きい羽根３３に対する高さの小さい羽根３３の高さの比は0.8未満とするのが好ましい。具体的には、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ａ、３１Ｂについて、高さの大きい羽根３３Ｂに対する高さの小さい羽根３３Ａの高さの比は0.8未満とするのが好ましく、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ｂ、３１Ｃについて、高さの大きい羽根３３Ｃに対する高さの小さい羽根３３Ｂの高さの比は0.8未満とするのが好ましく、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ｃ、３１Ｄについて、高さの大きい羽根３３Ｄに対する高さの小さい羽根３３Ｃの高さの比は0.8未満とするのが好ましい。
　複数の翼部３１Ａ～３１Ｄは、高さ方向に沿って略等間隔で配置されてもよいし、図示の例のように、高さ方向に沿って異なりうる間隔ｈ１～ｈ３（以下では、総称して間隔ｈとも表される）で配置されてもよい。各間隔ｈ１～ｈ３は、後述する望ましい循環流を撹拌槽２内で実現するために調整されてもよい。例えば、前述のように、撹拌槽２の底部２２に近いほど羽根３３の高さを大きくするのに合わせて、撹拌槽２の底部２２に近いほど各翼部３１の高さ方向の間隔ｈを大きくしてもよい（例えば、ｈ１≦ｈ２≦ｈ３）。
　また、後述する望ましい循環流を撹拌槽２内で実現するために、高さ方向に隣接する二つの翼部３１の高さ方向の距離（すなわち、間隔ｈ）は、当該各翼部３１の翼径ｄ以下（ｈ≦ｄ）とするのが好ましい。
　図２は、図１の撹拌装置１の比較例である。この撹拌装置１は、図１の本実施形態に係る撹拌装置１と撹拌翼３の構成のみが異なる。具体的には、図２の撹拌翼３では、複数の翼部３１Ａ～３１Ｃに設けられる羽根３３Ａ～３３Ｃの高さが、撹拌槽２内の高さによらず一定である。また、図２の撹拌翼３における翼部３１の数（３）は、図１の撹拌翼３における翼部３１の数（４）より少ない。更に、図２の撹拌翼３では、高さ方向に隣接する二つの翼部３１の高さ方向の距離（すなわち、間隔ｈ１、ｈ２）が、当該各翼部３１の翼径ｄより大きい（ｈ＞ｄ）。
　図３および図４は、本実施形態（図１）と比較例（図２）について、撹拌槽２内の被撹拌流体の流れを可視化したフローパターンである。
　比較例のフローパターンである図４では、上方の翼部３１Ａを通って撹拌槽２内の上部を部分的に循環する上部循環流ＰＣＦ１と、下方の翼部３１Ｂ、３１Ｃを通って撹拌槽２内の下部を部分的に循環する下部循環流ＰＣＦ２が形成されている。上部循環流ＰＣＦ１と下部循環流ＰＣＦ２の循環方向は互いに逆である。すなわち、回転軸３０の近傍（内周側）では、上部循環流ＰＣＦ１が軸方向に沿って上昇するのに対して下部循環流ＰＣＦ２が軸方向に沿って下降し、撹拌翼３の外周側では、上部循環流ＰＣＦ１が軸方向に沿って下降するのに対して下部循環流ＰＣＦ２が軸方向に沿って上昇する。
　特に、撹拌翼３の外周側では、下降する上部循環流ＰＣＦ１と上昇する下部循環流ＰＣＦ２が略同じ強さで衝突するため、上方の翼部３１Ａと下方の翼部３１Ｂの間に流れの隔壁Ｗが形成されてしまう。このように、撹拌槽２の内部が隔壁Ｗによって上下に分断されてしまう結果、撹拌装置１全体としての撹拌性能が悪化する。また、隔壁Ｗにおいて被撹拌流体が滞留する結果、当該隔壁Ｗ近傍の撹拌槽２の内周壁やバッフル４に低比重のモノマーやポリマーが付着しやすくなる。
　独自の検討の結果、翼部３１の間に隔壁Ｗが形成されてしまうのは、図２の比較例において各翼部３１に設けられる羽根３３の高さが一定であることが主な原因であると特定された。すなわち、上部循環流ＰＣＦ１の形成に主に寄与する上方の羽根３３Ａの高さと、下部循環流ＰＣＦ２の形成に主に寄与する下方の羽根３３Ｂ、３３Ｃの高さが等しいために、上部循環流ＰＣＦ１および下部循環流ＰＣＦ２が拮抗または衝突して隔壁Ｗが形成されてしまう。
　そこで、図１の本実施形態では、前述のように、羽根３３の高さを、撹拌槽２の底部２２に近い翼部３１ほど大きくした。この結果、本実施形態のフローパターンである図３に示されるように、全ての翼部３１Ａ～３１Ｄを通って撹拌槽２内の全体を循環する循環流ＣＦが形成された。比較例（図４）において下部循環流ＰＣＦ２と拮抗する上部循環流ＰＣＦ１を形成していた上方の羽根３３Ａの高さが小さくされた結果、弱まった上部循環流ＰＣＦ１が強い下部循環流ＰＣＦ２に取り込まれて（または、呑み込まれて）一つの大きい循環流ＣＦが形成されたと考えられる。なお、前述のように、高さ方向に隣接する二つの翼部３１について、高さの大きい羽根３３に対する高さの小さい羽根３３の高さの比を0.8未満としたこと、各翼部３１の高さ方向の間隔ｈを調整したこと、各翼部３１の高さ方向の間隔ｈを当該各翼部３１の翼径ｄ以下としたことも、望ましい循環流ＣＦの実現に寄与している。
　この循環流ＣＦは、回転軸３０の近傍（内周側）では、最上部の翼部３１Ａから最下部の３１Ｄに向かって軸方向に沿って下降し、撹拌翼３の外周側では、最下部の３１Ｄから最上部の翼部３１Ａに向かって軸方向に沿って上昇する。このように、縦長の撹拌槽２内の最上部と最下部の間で大きく循環する循環流ＣＦによって、撹拌槽２内の被撹拌流体が効果的に混合されて濃度が均一化されると共に、当該循環流ＣＦが順次通過する翼部３１Ａ～３１Ｄによって効果的に撹拌される。この結果、撹拌装置１全体としての撹拌性能が大きく向上する。また、比較例（図４）のような隔壁Ｗが形成されず、各翼部３１の間で被撹拌流体が滞留しにくくなるため、撹拌槽２の内周壁やバッフル４にモノマーやポリマーが付着しにくくなる。また、撹拌装置１を粒子の析出を伴う懸濁重合に用いる場合には、撹拌槽２内で分散されるモノマーの均一度が高められるため、粒径のばらつきが小さい均質な粒子が得られる。
　図５は、図１の第１実施形態の変形例に係る撹拌装置１の構成を模式的に示す。図１と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。この撹拌装置１は、図１の第１実施形態に係る撹拌装置１と撹拌翼３の構成のみが異なる。
　撹拌翼３の各翼部３１に設けられる羽根３３は、回転軸３０および翼部本体３２と一体的に図示の回転方向Ｒ′（上面視における反時計回り方向）に回転することで、撹拌槽２の底部２２から離れる高さ方向成分（上向き成分）を有する被撹拌流体の上軸方向流ＦＡＵ～ＦＤＵ（以下では、総称して上軸方向流ＦＵとも表される）を生成する。
　上軸方向流ＦＵを生成する羽根３３は、撹拌翼３における径方向の中央側すなわち回転軸３０側に設けられるため、上軸方向流ＦＵは回転軸３０の近傍を軸方向に沿って上昇する。一方、撹拌翼３の径方向の外周側すなわち撹拌槽２の内周壁またはバッフル４の近傍では、撹拌槽２内で循環または対流する被撹拌流体が、中央側における上軸方向流ＦＵと反対方向の下軸方向流ＦＡＤ～ＦＤＤ（以下では、総称して下軸方向流ＦＤとも表される）を生成する。下軸方向流ＦＤは、撹拌槽２の底部２２に向かう高さ方向成分（下向き成分）を有し、撹拌槽２の内周壁またはバッフル４の近傍を軸方向に沿って下降する。
　図３と同様の望ましい循環流ＣＦ（但し、向きは逆）を撹拌槽２内で実現するために、羽根３３の高さは、当該羽根３３が直接的に生成する軸方向流の上流側ほど小さく下流側ほど大きく形成される。図５の例では、羽根３３が上軸方向流ＦＵを直接的に生成するため、その上流側の下方の羽根３３ほど高さが小さく形成され（例えば、最下部の羽根３３Ｄが最小）、その下流側の上方の羽根３３ほど高さが大きく形成される（例えば、最上部の羽根３３Ａが最大）。
　図３と同様の望ましい循環流ＣＦ（但し、向きは逆）を撹拌槽２内で実現するために、高さ方向に隣接する二つの翼部３１について、高さの大きい羽根３３に対する高さの小さい羽根３３の高さの比は0.8未満とするのが好ましい。具体的には、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ａ、３１Ｂについて、高さの大きい羽根３３Ａに対する高さの小さい羽根３３Ｂの高さの比は0.8未満とするのが好ましく、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ｂ、３１Ｃについて、高さの大きい羽根３３Ｂに対する高さの小さい羽根３３Ｃの高さの比は0.8未満とするのが好ましく、高さ方向に隣接する二つの翼部３１Ｃ、３１Ｄについて、高さの大きい羽根３３Ｃに対する高さの小さい羽根３３Ｄの高さの比は0.8未満とするのが好ましい。
　複数の翼部３１Ａ～３１Ｄは、高さ方向に沿って略等間隔で配置されてもよいし、図示の例のように、高さ方向に沿って異なりうる間隔ｈ１～ｈ３（以下では、総称して間隔ｈとも表される）で配置されてもよい。各間隔ｈ１～ｈ３は、図３と同様の望ましい循環流ＣＦ（但し、向きは逆）を撹拌槽２内で実現するために調整されてもよい。例えば、前述のように、撹拌槽２の底部２２に近いほど羽根３３の高さを小さくするのに合わせて、撹拌槽２の底部２２に近いほど各翼部３１の高さ方向の間隔ｈを小さくしてもよい（例えば、ｈ１≧ｈ２≧ｈ３）。
　また、図３と同様の望ましい循環流ＣＦ（但し、向きは逆）を撹拌槽２内で実現するために、高さ方向に隣接する二つの翼部３１の高さ方向の距離（すなわち、間隔ｈ）は、当該各翼部３１の翼径ｄ以下（ｈ≦ｄ）とするのが好ましい。
　図５の撹拌装置１によれば、図３と同様の望ましい循環流ＣＦ（但し、向きは逆）を撹拌槽２内で実現できる。この循環流ＣＦ（図示は省略する）は、回転軸３０の近傍（内周側）では、最下部の３１Ｄから最上部の翼部３１Ａに向かって軸方向に沿って上昇し、撹拌翼３の外周側では、最上部の翼部３１Ａから最下部の３１Ｄに向かって軸方向に沿って下降する。このように、縦長の撹拌槽２内の最上部と最下部の間で大きく循環する循環流ＣＦによって、撹拌槽２内の被撹拌流体が効果的に混合されて濃度が均一化されると共に、当該循環流ＣＦが順次通過する翼部３１Ａ～３１Ｄによって効果的に撹拌される。この結果、撹拌装置１全体としての撹拌性能が大きく向上する。また、比較例（図４）のような隔壁Ｗが形成されず、各翼部３１の間で被撹拌流体が滞留しにくくなるため、撹拌槽２の内周壁やバッフル４にモノマーやポリマーが付着しにくくなる。
　以上、本開示を実施形態に基づいて説明した。例示としての実施形態における各構成要素や各処理の組合せには様々な変形例が可能であり、そのような変形例が本開示の範囲に含まれることは当業者にとって自明である。
　第１実施形態（図１）では軸方向流を生成する羽根３３を例示したが、軸方向流を生成する羽根３３と径方向流を生成する羽根３３を組み合わせて（織り交ぜて）もよい。例えば、軸方向流を生成する羽根３３を有する翼部３１と、径方向流を生成する羽根３３を有する翼部３１を同じ撹拌翼３に設けてもよい。また、少なくとも一つの翼部３１に、軸方向流を生成する羽根３３と径方向流を生成する羽根３３の両方を設けてもよい。更に、少なくとも一つの翼部３１における少なくとも一つの羽根３３が、軸方向流と径方向流の両方を同時に生成できるものでもよい。このような変形例においても、羽根３３の高さは、撹拌槽２の底部２２に近い翼部３１ほど大きくまたは小さくされるのが好ましい。
　なお、実施形態で説明した各装置や各方法の構成、作用、機能は、ハードウェア資源またはソフトウェア資源によって、あるいは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働によって実現できる。ハードウェア資源としては、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種の集積回路を利用できる。ソフトウェア資源としては、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。
　本開示は撹拌装置等に関する。
　１　撹拌装置、２　撹拌槽、３　撹拌翼、２１　直胴部、２２　底部、３０　回転軸、３１　翼部、３３　羽根。

Claims (10)

  1. 　撹拌槽に収容された被撹拌流体を回転によって撹拌する撹拌翼を備える撹拌装置であって、
    　前記撹拌翼は、前記撹拌槽の高さ方向に離れて配置される複数の翼部を備え、
    　前記各翼部は、回転によって前記撹拌槽の高さ方向成分を有する前記被撹拌流体の流れを生成する羽根を備え、
    　前記羽根の高さ方向の寸法は、前記撹拌槽の底部に近い前記翼部ほど大きいまたは小さい、
    　撹拌装置。
  2. 　前記各翼部における前記羽根は、回転によって前記撹拌槽の底部に向かう高さ方向成分を有する前記被撹拌流体の流れを生成し、
    　前記羽根の高さ方向の寸法は、前記撹拌槽の底部に近い前記翼部ほど大きい、
    　請求項１に記載の撹拌装置。
  3. 　前記各翼部における前記羽根は、回転によって前記撹拌槽の底部から離れる高さ方向成分を有する前記被撹拌流体の流れを生成し、
    　前記羽根の高さ方向の寸法は、前記撹拌槽の底部に近い前記翼部ほど小さい、
    　請求項１に記載の撹拌装置。
  4. 　前記各翼部における前記羽根は、回転によって前記撹拌槽の径方向成分を有する前記被撹拌流体の流れを生成する、請求項１に記載の撹拌装置。
  5. 　高さ方向に隣接する二つの前記翼部について、高さ方向の寸法の大きい前記羽根に対する高さ方向の寸法の小さい前記羽根の高さ方向の寸法の比は0.8未満である、請求項１から４のいずれかに記載の撹拌装置。
  6. 　高さ方向に隣接する二つの前記翼部の高さ方向の距離は、当該各翼部の前記撹拌槽の径方向の翼径以下である、請求項１から４のいずれかに記載の撹拌装置。
  7. 　前記撹拌槽内の前記被撹拌流体の高さ方向の液面高さＬと、当該撹拌槽の径方向の槽径Ｄの比Ｌ／Ｄが1.2以上である、請求項１から４のいずれかに記載の撹拌装置。
  8. 　前記撹拌翼は、高さ方向に離れて配置される三つ以上の前記翼部を備える、請求項１から４のいずれかに記載の撹拌装置。
  9. 　前記被撹拌流体は、媒体とモノマーを含み、
    　回転する前記撹拌翼の撹拌によって、前記モノマーの重合が促進される、
    　請求項１から４のいずれかに記載の撹拌装置。
  10. 　撹拌槽に収容された被撹拌流体を回転によって撹拌する撹拌翼を備える撹拌装置における撹拌方法であって、
    　前記撹拌翼は、前記撹拌槽の高さ方向に離れて配置される複数の翼部であって、前記撹拌槽の底部に近いほど高さ方向の寸法が大きいまたは小さい羽根を備える翼部を備え、
    　前記各羽根の回転によって、前記撹拌槽の高さ方向成分を有する前記被撹拌流体の流れを生成する、
    　撹拌方法。
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