JP2005211777A - 植物原料の微粉砕方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 植物原料を粒径１ｍｍ未満までに微粉砕する場合でも、製品粒径の安定性がすぐれており、製品を十分に乾燥させる。
【解決手段】 植物原料１２の粉砕手段と熱ガス２６の導入口２２を具備し粉砕物２８を熱ガスによって外部に搬送するようにした竪型ローラミル２０と、この竪型ローラミル２０から搬送された粉砕物２８を熱ガスから分離するバグフィルタ３２と、このバグフィルタ３２で分離された粉砕物２８を細粉４２と粗粉４４とに分級する分級機３６と、この分級機３６で分級された粗粉４４を竪型ローラミル２０に返送する粗粉返送手段と、分級機３６で分級された細粉４２を製品として回収する製品回収部とを具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は植物原料の微粉砕方法及びその装置に係り、竹材を粒径１ｍｍ未満に微粉砕する場合に特に好適な微粉砕方法及びその装置に関する。

木材などの植物原料を微粉化し建材などの工業用原材料として使用することが従来から行われている。植物原料はセルロースが主成分であるため、微粉化したものを家畜用の飼料にブレンドする場合もある。この種の微粉化した植物原料としては木材が主流であるが、近年、竹材が注目されている。竹は成長力が旺盛であり、供給が豊富に見込める。また、竹材はしなり易く折れにくく、セミセルロースやリグニンを多く含んでおり硬い。さらに、竹材は真比重が木材に比べて数割高く、組織が緻密である。このため、竹材を微粉化した場合にも上記竹材の性質がそのまま受継がれて工業用原材料として有用であるケースが多い。

反面、竹材を微粉化しようとすると、上記竹材の強靭な性質がマイナス面に作用する。植物原料の粉砕技術としてはハンマーミルやカッターミルが一般に採用されている。しかしながら、ハンマーミルの主な原理は衝撃粉砕であり、竹材のもつ弾性力が災いして効率のよい微粉砕が困難である。また、カッターミルの主な原理はせん断粉砕であり、引きちぎりの効果により微粉砕するので細長い粉砕物となり易い。このため、粒状の竹の微粉砕物を製造する場合には、カッターミルは適していない。さらに、カッターミルで竹材を微粉化すると、竹材に多く含まれている珪素成分が原因となって粉砕刃の磨耗が激しい。このため、粉砕刃の交換のために多大な手数と費用を要するという問題点がある。上述の問題点は竹材を微粉化する場合に顕著であるが、木材を微粉化する場合にもある程度、当て嵌まる。

このような背景において、本出願人は先に木質原料の粉砕技術を開発し、特許出願した。この粉砕技術は特許文献１として公開されている。特許文献１に記載された粉砕技術は、木質原料を２．８３ｍｍの篩で残さ率が１０％以下となるように粉砕し、この粉砕物を木質燃料にすることを主眼としている。そして、粉砕機としては従来のハンマーミルやカッターミルに替えて２段分級式回転セパレータを内蔵した竪型ローラミルを採用している。竪型ローラミルは元来、鉱物原料の粉砕に適した粉砕機であると認識されていたが、特許文献１によって、竪型ローラミルが木質原料をミリレベルに粉砕する場合にも有効であることが判明したわけである。
特開２００３−２６８３９４号公報

ところで、工業用原材料としての植物原料の微粉化物はその用途によっては、粒径がミリレベルでは不足し、１ｍｍ未満に微粒化したものが求められる場合がある。しかしながら、特許文献１に記載されたような竪型ローラミルを用いて植物原料、特に竹材を粒径１ｍｍ未満、例えば１５０μｍレベルまでに微粉砕しようとすると下記の問題点が発生することが判明した。

すなわち、第１の問題点は１５０μmレベルまでに微粉砕すること自体が非常に困難であった。第２の問題点は微粉化物の粒径分布の幅が広く、製品として適さない場合がある。第３の問題点は、水分が３〜５％の低水分製品を製造することが難しく乾燥が不十分な場合がある。

本発明の目的は前記従来技術の問題点を改善し、植物原料を粒径１ｍｍ未満、例えば１５０μｍレベルまでに微粉砕する場合でも、製品粒径の安定性がすぐれており、製品を十分に乾燥させることができる植物原料の微粉砕方法及びその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る植物原料の微粉砕方法は、植物原料を竪型ローラミルによって粉砕するとともに当該竪型ローラミル内に熱ガスを導入し、粉砕された粉砕物を前記熱ガスによって外部に搬送する第１工程と、この第１工程から搬送された前記粉砕物を前記熱ガスから分離する第２工程と、この第２工程で分離された前記粉砕物を細粉と粗粉とに分級する第３工程と、この第３工程で分級された粗粉を前記竪型ローラミルに返送して再粉砕させる第４工程と、前記第３工程で分級された細粉を製品として回収する第５工程とを含むことを特徴とする。本発明の方法は微粉砕の対象である植物原料が竹材である場合に特に有効である。また、上記第１工程及び／又は第３工程において粉砕物を８０℃以上に加熱することが好ましい。

上記の目的を達成するために、本発明に係る植物原料の微粉砕装置は、植物原料の粉砕手段と熱ガスの導入口を具備し粉砕物を前記熱ガスによって外部に搬送するようにした竪型ローラミルと、この竪型ローラミルから搬送された前記粉砕物を前記熱ガスから分離する分離手段と、この分離手段で分離された前記粉砕物を細粉と粗粉とに分級する分級機と、この分級機で分級された粗粉を前記竪型ローラミルに返送する粗粉返送手段と、前記分級機で分級された細粉を製品として回収する製品回収部とを具備したことを特徴とする。

上記の装置においては、前記分離手段と分級機との間に分離手段で分離された前記粉砕物を微粉砕する２次粉砕機を配設し、この２次粉砕機で得られた粉砕物を前記分級機に供給するようにした構造も含まれる。

また、前記分級機は熱ガスの導入口と回転式セパレータとを具備しており、熱ガスと共に搬送した前記粉砕物を前記回転式セパレータによって分級する構造とされ、分級した細粉を熱ガスと共に前記製品回収部に搬送するようにしたことが望ましい。さらに、前記分級機は前記回転式セパレータの回転数を変化させることによって、製品として回収する細粉の粒径分布を調整可能とされたことが望ましい。

本発明の植物原料の微粉砕方法及び装置によれば、粉砕機として竪型ローラミルを用いたので、竹材のように硬い植物原料であっても圧縮粉砕とせん断粉砕の組み合わせ作用によって粉砕が効果的に進行する。このため、竪型ローラミルの外部に取り出す粉砕物は製品として利用可能な細粉を数割のレベルで含んだ質の高いものとすることができる。さらに、熱ガスから分離した粉砕物を細粉と粗粉とに分級し、分級した粗粉を竪型ローラミルに返送して再粉砕させるとともに、細粉を製品として回収するようにした。このため、粒径が安定した製品を得ることができる。また、竪型ローラミル２０に熱ガスを導入し、この熱ガスによって粉砕物を搬送する場合には、製品としての細粉を十分に乾燥させることができる。植物原料は８０℃以上に加熱すると弾性が低下し、脆くなり粉砕性が向上する。また、粉砕によって表面積を増やす過程において８０℃以上に加熱すると植物原料中の微生物が死滅し、処理後の腐敗や色相変化を抑制することができる。したがって、経年変化が少ないことが要求される工業用原材料としての品質が向上する。

図１は本発明に係る植物原料の微粉砕方法及び装置の第１実施形態を示す系統図である。
原料供給タンク１０には微粉砕の対象である植物原料１２が供給される。また、原料供給タンク１０には後述する粗粉４４と粗大チップ１６も投入される。原料供給タンク１０内で混合したこれらの材料は原料１８として原料供給機１４により竪型ローラミル２０に供給される。竪型ローラミル２０は原料１８の粉砕手段と熱ガスの導入口２２を具備しており、熱ガスの導入口２２からは熱ガス発生炉２４で発生させた約１００℃の熱ガス２６が導入される。竪型ローラミル２０内では原料１８が内蔵した粉砕手段によって粉砕され、粉砕物２８は熱ガス２６によって竪型ローラミル２０の外部に搬送される。なお、竪型ローラミル２０の内部構造については別途、図２に基づいて後述する。

竪型ローラミル２０での粉砕過程で発生した未粉砕状態の粗大チップ１６は竪型ローラミル２０の下部から排出され、垂直コンベア３０に投入される。垂直コンベア３０では粗大チップ１６を上方に運搬し、前記した原料供給タンク１０に粗大チップ１６を返送する。

粉砕物２８は熱ガスとともに分離手段であるバグフィルタ３２に搬送され、このバグフィルタ３２によって粉砕物２８は熱ガスと分離される。竪型ローラミル２０から搬送された粉砕物２８がバグフィルタ３２で分離されるまでの過程で粉砕物２８が熱ガスとの接触により乾燥される。バグフィルタ３２で分離された熱ガスは排気ファン３４によって大気に放出される。なお、排気ファン３４による吸引力が前記した熱ガス発生炉２４から竪型ローラミル２０、バグフィルタ３２へ至る熱ガス２６の搬送駆動力として作用する。

バグフィルタ３２によって熱ガスと分離された粉砕物２８はバグフィルタ３２の底部から抜き出され、分級機３６に送られる。分級機３６は熱ガス３８の導入口と回転式セパレータ４０とを具備している。粉砕物２８と約１００℃の熱ガス３８が分級機３６内に供給され、回転式セパレータ４０を通過する際に、粉砕物２８が細粉４２と粗粉４４とに分級される。回転式セパレータ４０は慣性衝突の原理を利用した風力分級機構であり、重量が大きい粗粉４４が回転式セパレータ４０の衝突板（図示せず）に衝突して下方のシュート４６内に落下した後、分級機３６の外に配置された粗粉ビン４８に投入される。一方、重量が小さい細粉４２は回転式セパレータ４０を熱ガスとともにすり抜けてバグフィルタ５０に搬送される。このバグフィルタ５０によって細粉４２は熱ガスと分離される。粉砕物２８が分級機３６で熱ガスと混合し、バグフィルタ５０で熱ガスと分離されるまでの過程で細粉４２が熱ガスとの接触により再度乾燥する。このため、製品として回収される細粉４２は十分に乾燥し、製品の水分を所望値以下に容易に管理することができる。バグフィルタ５０で分離された熱ガスは排気ファン５２によって大気に放出される。排気ファン５２による吸引力が熱ガス発生炉２４から分級機３６、バグフィルタ５０へ至る熱ガス３８の搬送駆動力として作用する。

分級機３６の回転式セパレータ４０は回転数を変化させることが可能とされる。回転式セパレータ４０の回転数を上げると粉砕物２８と衝突板との衝突が激しくなる。したがって、粉砕物２８が同一組成であっても分級される粗粉４４としての発生量が増加し、細粉４２の発生量が減少する。そして製品として回収される細粉４２の粒径が相対的に小さくなる。逆に、回転式セパレータ４０の回転数を下げると粉砕物２８と衝突板との衝突が少なくなり、分級される粗粉４４の発生量が減少し、細粉４２の発生量が増加する。そして製品として回収される細粉４２の粒径が相対的に大きくなる。したがって、回転式セパレータ４０の回転数を変化させることによって、製品として回収する細粉４２の粒径を任意の所望値に調整することができる。

バグフィルタ５０によって熱ガスと分離された細粉４２はバグフィルタ５０の底部から抜き出され、粒径が調整された製品として製品タンク５４に回収される。なお、バグフィルタ５０から製品タンク５４への細粉４２の搬送は、例えば図示したブロア５６による気力搬送が採用されるが、気力搬送に替えて機械的なコンベアを用いてもよい。

前記粗粉ビン４８に投入された粗粉４４はブロア５８による気力搬送によって原料供給タンク１０に返送される。この粗粉４４についても気力搬送に替えて機械的なコンベアを用いることもある。なお、粗粉４４がそのまま工業用原材料として利用価値が高い場合がある。このような場合には必要に応じて粗粉４４の一部または全量を原料供給タンク１０に返送せず、粗粉出荷設備６０に送るようにしてもよい。

図２は竪型ローラミル２０の内部構造を示す断面図である。ケーシング１００の下部には回転テーブル１０２が配置され、この回転テーブル１０２は駆動部１０４によって回転する。回転テーブル１０２の上面には複数個の粉砕ローラ１０６が回転テーブル１０２上の原料を強く押圧しながら回転テーブル１０２の回転にあわせて従属回転する。ケーシング１００の上部には原料投入パイプ１０８が配設され、この原料投入パイプ１０８はモータ１１０と係合し、ケーシング１００に対して回転自在に支持されている。ケーシング１００の上部には漏斗状のシュート１１２を備えた分級部とされ、このシュート１１２内に原料投入パイプ１０８の下端が開口している。シュート１１２の上部円周上には複数枚の固定ガイドベーン１１４が所定の間隔をあけて固定配置されている。また、固定ガイドベーン１１４の内側にはリング状に複数枚の回転ベーン１１６が所定の間隔をあけて配置されている。これらの回転ベーン１１６は原料投入パイプ１０８の外周に設けた支持部材１１８に支持され、原料投入パイプ１０８を一体化して回転する。回転ベーン１１６上方のケーシング１００の頂部には粉砕物２８の排出口１２０が開口している。また、ケーシング１００の下部には熱ガス２６の導入口２２と粗大チップ１６の排出口１２２が開口している。

上記構成の竪型ローラミル２０において、原料１８が原料投入パイプ１０８から回転テーブル１０２の中央山部１２６に供給される。次いで原料は中央山部１２６の傾斜面に沿って回転テーブル１０２の谷部に移動する。前記したように回転テーブル１０２が回転しており、この回転テーブル１０２の回転にあわせて粉砕ローラ１０６が回転テーブル１０２上の原料を強く押圧しながら従属回転する。このため、原料は粉砕ローラ１０６と回転テーブル１０２との間に挟まれて、圧縮粉砕とせん断粉砕を受ける。特に竹材のように硬い植物原料は圧縮粉砕が効果的に進行する。原料はこのような粉砕を受けつつ次第に微細化し、徐々に回転テーブル１０２の外周側に押し出される。

粉砕が行われている間は、熱ガス２６が導入口２２から常時供給される。この熱ガスは矢印Ａのように回転テーブル１０２の外周とケーシング１００の隙間を縫って乱流状態で回転テーブル１０２の上方側に流入する。熱ガスが回転テーブル１０２の外周部を通り抜ける時に、上記回転テーブル１０２の外周側に押し出された粉砕物が熱ガスの気流によって巻き上げられ、熱ガスに同伴する。ただし、回転テーブル１０２の外周側に押し出された粉砕物の中には未粉砕状態の粗大チップが時折、混入する場合がある。このような粗大チップは重量が大きいので熱ガスの気流に抗して回転テーブル１０２の外周とケーシング１００の隙間から下方に落下する。したがって、この種の粗大チップは排出口１２２から粗大チップ１６として排出し、図１に示したように垂直コンベア３０によって原料供給タンク１０に返送して再度、竪型ローラミル２０で粉砕する。

一方、熱ガスに同伴した粉砕物は熱ガスによって乾燥を受けつつ、ケーシング１００上部の分級部に至る。すなわち、矢印Ｂのように固定ガイドベーン１１４と回転ベーン１１６のそれぞれの隙間を縫って通り抜けようとする。この際、粉砕物はまず固定ガイドベーン１１４の隙間を縫って通り抜けようとするが、ここでガス速度は一旦落とされるため比較的重量の大きい粉砕物、即ち粗粉は失速しガス流れから分離されシュート１１２に落下する。更にここを通過した粒子も回転ベーン１１６による遠心力を受け、固定ガイドベーン１１４を通過した粒子の中でも比較的重量の大きい粉砕物は固定ガイドベーン１１４に取り込まれ、シュート１１２に落下する。シュート１１２に落下した粉砕物は原料投入パイプ１０８から投入された原料とともにシュート１１２の下端１２４から回転テーブル１０２の中央山部１２６に供給され、再度粉砕を受ける。比較的重量の小さい粉砕物は熱ガスとともに分級部をそのまま通過し、粉砕物２８として排出口１２０から外部に排出される。この粉砕物２８は上記のように比較的重量の小さい粉砕物の集合体であり、製品として利用可能な細粉を数割のレベルで含んでいるが、製品として不適格な粒径の大きい粗粉をも相当量含んでいる。したがって、図１に関して説明したように、バグフィルタ３２で熱ガスから粉砕物２８を分離した後、分級機３６によって細粉と粗粉とに分級する。

上述のとおり、本実施形態の植物原料の微粉砕方法及び装置では、植物原料１２を竪型ローラミル２０によって粉砕するとともに竪型ローラミル２０に熱ガス２６を導入し、粉砕された粉砕物２８を熱ガスによって外部に搬送する第１工程と、この第１工程から搬送された粉砕物２８を前記熱ガスからバグフィルタ３２によって分離する第２工程と、この第２工程で分離された粉砕物２８を分級機３６によって細粉４２と粗粉４４とに分級する第３工程と、この第３工程で分級された粗粉４４を竪型ローラミル２０に返送して再粉砕させる第４工程と、前記第３工程で分級された細粉４２を製品として製品タンク５４に回収する第５工程とを含むように構成した。すなわち、粉砕機として竪型ローラミル２０を用いたので、竹材のように硬い植物原料であっても圧縮粉砕とせん断粉砕の組み合わせ作用によって粉砕が効果的に進行する。また、上部の位置に分級部を備えた竪型ローラミル２０を用いた。このため、比較的重量の大きい粉砕物はミル内部で繰り返し粉砕を受けることになり、竪型ローラミル２０の外部に取り出す粉砕物２８は製品として利用可能な細粉を数割のレベルで含んだ質の高いものとすることができる。さらに、熱ガスから分離した粉砕物２８を分級機３６によって細粉４２と粗粉４４とに分級し、分級した粗粉４４を竪型ローラミル２０に返送して再粉砕させるとともに、細粉４２を製品として回収するようにした。このため、粒径が安定した製品を得ることができる。また、竪型ローラミル２０内部に１００℃程度の熱ガス２６を導入し、この熱ガスによって粉砕物２８を搬送するようにした。さらに、分級機３６にも１００℃程度の熱ガス３８を導入し、この熱ガスによって分級した細粉４２を搬送するようにした。このため、製品としての細粉４２は２段階で繰り返し熱ガスによる乾燥を受けることになり、製品を十分に乾燥させることができる。なお、粉砕対象物である植物原料の水分が初期の段階で少なく乾燥を左程必要としない場合は、分級機３６に供給するガスとして常温の空気を用いてもよい。

図３は本発明に係る植物原料の微粉砕方法及び装置の第２実施形態を示す要部系統図である。本実施形態は上記第１実施形態のバグフィルタ３２と分級機３６との間に２次粉砕機７０を配設した点で第１実施形態と相違しており、その他の構成は第１実施形態と同様とする。したがって、図３では第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。この第２実施形態ではバグフィルタ３２で分離された粉砕物２８を２次粉砕機７０によって微粉砕し、その粉砕物７２を分級機３６に供給して、細粉４２とに分級する。その結果、製品として回収する細粉４２の量が相対的に増加し、竪型ローラミル２０に返送する粗粉４４の量が相対的に減少する。このため、竪型ローラミル２０の負荷が低減し、効率のよい植物原料の微粉砕を可能にする。２次粉砕機７０としては例えば粉砕物同士を気相中で激しく衝突させ、その衝撃力で微粉砕を促進させる型式のジェットミルなどがある。

本発明は再三、説明しているように竹材を粒径１ｍｍ未満、例えば１５０μｍレベルまでに微粉砕する場合に特に有効である。しかしながら、本発明に係る植物原料としては竹材以外の杉材や檜材などの木材にも適用することができる。また、椰子殻やケナフなどのような硬質の植物原料に対しても有効である。

竹材の粉砕実験を行った。粒径５０ｍｍ程度に予備破砕した竹材を原料として、前記第１実施形態に示した本発明方法で微粉砕した。また、比較のために同一の原料を用いて、特許文献１に記載された従来方法で微粉砕した。すなわち、本発明方法は竪型ローラミルと分級機を組み合わせた微粉砕方法であり、従来方法は竪型ローラミル単独の微粉砕方法である。竪型ローラミルの運転は両者とも、得られる微粉の粒径が１ｍｍ以下となるように同一の条件でおこなった。図４に得られた微粉の粒径分布を示す。同図から明らかように、本発明方法によって得られた微粉は篩目開き１００μｍにおける篩通過分が９５％であり、粒径３０〜２００μｍの狭い範囲内に全量が入った高品位の粒径分布を示している。一方、従来方法によって得られた微粉は１００μｍにおける篩通過分が５％に過ぎず、篩目開き１ｍｍ（１００μｍ）における篩通過分が９５％であり、幅広い粒径分布を示している。

本発明に係る植物原料の微粉砕方法及び装置の第１実施形態を示す系統図である。 竪型ローラミル２０の内部構造を示す断面図である。 本発明に係る植物原料の微粉砕方法及び装置の第２実施形態を示す系統図である。 実験によって得られた微粉の粒径分布を示すグラフである。

符号の説明

１０………原料供給タンク、１２………植物原料、１４………原料供給機、１６………粗大チップ、１８………原料、２０………竪型ローラミル、２２………（熱ガスの）導入口、２４………熱ガス発生炉、２６………熱ガス、２８………粉砕物、３０………垂直コンベア、３２………バグフィルタ、３４………排気ファン、３６………分級機、３８………熱ガス、４０………回転式セパレータ、４２………細粉、４４………粗粉、４８………粗粉ビン、５０………バグフィルタ、５２………排気ファン、５４………製品タンク、５６，５８………ブロア、６０………粗粉出荷設備、７０………二次粉砕機、７２………粉砕物、１００………ケーシング、１０２………回転テーブル、１０６………粉砕ロ−ラ、１１２………シュート、１１４………固定ガイドベーン、１１６………回転ベーン、１２０………（粉砕物の）排出口、１２２………（粗大チップの）排出口。

Claims (7)

1. 植物原料を竪型ローラミルによって粉砕するとともに当該竪型ローラミル内に熱ガスを導入し、粉砕された粉砕物を前記熱ガスによって外部に搬送する第１工程と、この第１工程から搬送された前記粉砕物を前記熱ガスから分離する第２工程と、この第２工程で分離された前記粉砕物を細粉と粗粉とに分級する第３工程と、この第３工程で分級された粗粉を前記竪型ローラミルに返送して再粉砕させる第４工程と、前記第３工程で分級された細粉を製品として回収する第５工程とを含むことを特徴とする植物原料の微粉砕方法。
2. 前記植物原料が竹材であることを特徴とする請求項１に記載の植物原料の微粉砕方法。
3. 前記第１工程及び／又は第３工程において、前記粉砕物を８０℃以上に加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の植物原料の微粉砕方法。
4. 植物原料の粉砕手段と熱ガスの導入口を具備し粉砕物を前記熱ガスによって外部に搬送するようにした竪型ローラミルと、この竪型ローラミルから搬送された前記粉砕物を前記熱ガスから分離する分離手段と、この分離手段で分離された前記粉砕物を細粉と粗粉とに分級する分級機と、この分級機で分級された粗粉を前記竪型ローラミルに返送する粗粉返送手段と、前記分級機で分級された細粉を製品として回収する製品回収部とを具備したことを特徴とする植物原料の微粉砕装置。
5. 前記分離手段と分級機との間に分離手段で分離された前記粉砕物を微粉砕する２次粉砕機を配設し、この２次粉砕機で得られた粉砕物を前記分級機に供給するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の植物原料の微粉砕装置。
6. 前記分級機は熱ガスの導入口と回転式セパレータとを具備しており、熱ガスと共に搬送した前記粉砕物を前記回転式セパレータによって分級する構造とされ、分級した細粉を熱ガスと共に前記製品回収部に搬送するようにしたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の植物原料の微粉砕装置。
7. 前記分級機は前記回転式セパレータの回転数を変化させることによって、製品として回収する細粉の粒径分布を調整可能とされたことを特徴とする請求項６に記載の植物原料の微粉砕装置。
   
   

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