JP2016003769A - 振動乾燥方法および竪型振動乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】処理容器内で含液原料の濾過による濾滓生成及び解砕・振動乾燥処理を効率よくできる振動乾燥方法を提供すること。
【解決手段】処理容器１１内の上方側に濾材５１が配された竪型振動乾燥機Ｄを用いて、濾過工程および乾燥工程を経て含液原料から粉状製品を得る振動乾燥方法。濾過工程と乾燥工程とからなる。濾過工程は、処理容器１１を反転させて倒立状態として、含液原料を底部側に形成された原料投入口３３から投入後、差圧濾過により濾材５１上に濾滓Ｃを堆積させる。乾燥工程は、処理容器１１を再反転させて正立状態として、処理容器１１の乾燥処理部２７に落下させた濾滓Ｃを、振動により解砕しながら乾燥させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、処理容器内の上方側に濾材が配された竪型振動乾燥機を用いて、濾過工程および乾燥工程を経て含液原料から製品を得る処理方法及びそれに使用する竪型振動乾燥機に関する。ここで、製品の形態が、粉粒状（以下「粉状」という。）の場合を主として例に採るが、短繊維状の場合も本発明は適用可能である。

スラリー等の含液原料から粉状の製品を得るには、通常、濾過工程と乾燥工程とを別装置で行っていた。

しかし、別装置で行うと、濾過工程から乾燥工程に移行するに際して、不純物（異物）の混入・接触による汚染（コンタミネーション）や、空気との接触による酸化変質が発生し易い。

さらに、スラリー中に有害物が含まれている場合、作業環境や大気汚染の問題が発生し易く、それらを防止するための装備や設備を必要とした。

これらの問題点を解決するために、特許文献１に下記構成の濾過乾燥装置が提案されている（請求項１等参照）。

「スラリー中の固形物を濾過分離し乾燥するための温度調節手段を備えた濾過乾燥装置であって、上下端面が開口面とされている胴部と、前記胴部の上下の開口面を各各覆うように配置され濾過によりスラリー中の固形物を分離する濾材と、前記胴部にスラリーの供給口及び乾燥固形物の排出口と、前記胴部の上側の開口面に脱着可能に被せられる上蓋と、前記胴部の下側の開口面に脱着可能に被せられる下蓋とを備え、前記上蓋及び下蓋は各々前記濾材を経た濾液を排出すること及び乾燥用ガスの給排気に用いるノズルを有し、前記胴部及び濾材及び上蓋及び下蓋の組み合わせを振動させる振動発生手段を備えたことを特徴とする濾過乾燥装置。」

しかし、当該濾過乾燥装置は、上下濾材に対して両側に吸引するため、上下濾材の両側の圧力差が発生し難いと考えられる。すなわち、上下濾材の間も減圧状態となり圧力差が相殺されやすい。このため、大きな濾過速度を得難い。

また、濾過で下濾材上に堆積される濾滓（ケーク）を落下させないため、下濾材の上の濾滓の破砕が発生し難く（特に、粒子相互が付着性を有して固化強度の大きなケークの場合）、振動による良好な解砕・乾燥効率を得難い。

さらに、下濾材の上面位置より製品排出口の下端を高く設定する必要があり、下濾材上面と製品排出口の下端との間に段差ができ綺麗な製品排出をし難い。このため、多様な原料をバッチ的に処理しようとする場合、原料の変更に際して製品汚染（コンタミネーション）が発生しやすい。

また、乾燥工程で乾燥効率等の見地加熱温度を高くすると製品の加熱変質が発生し易い。この際、処理容器内を減圧（真空）とすることも考えられるが、別装置で行うためエネルギー効率が良好でなかつた。

製品が薬品等の汚染および変質を可及的に回避したいような場合、望ましくなかった。

なお、本発明の新規性・進歩性に影響を与えるものではないが、一つの乾燥機で濾過・乾燥を行える装置として、特許文献２に下記構成の濾過乾燥機が提案されている（特許請求の範囲、第１・２図参照）。

「内部に攪拌羽根を有する筒状の本体に、その周壁内部において濾材を取り付け、上記本体は、上記濾材が上方にある位置と下方にある位置との間に回転させ得るように支持し、上記濾材が下方にある状態でスラリーの濾過をおこない、上方にある状態で乾燥を行うように構成してなる濾過乾燥機。」

この装置は、処理容器（筒状の本体）が竪型ではなく、かつ、濾材に形成されたケークの乾燥は、ジャケット加熱で行うが、その際の粉砕は攪拌羽根で行うものであり、異質的である。

特開２００３−８００１１号公報 特公昭５２−１７８９８号公報

本発明は、処理容器内で含液原料の濾過による濾滓生成及び解砕・振動乾燥処理を効率よくできるとともに製品に汚染や変質が発生し難い新規な構成の振動乾燥方法および竪型振動乾燥機を提供することを目的とする。

本発明に係る振動乾燥方法は、
処理容器内の上方側に濾材が配された竪型振動乾燥機を用いて、濾過工程および乾燥工程を経て含液原料から製品を得る振動乾燥方法であって、
前記処理容器を反転させて倒立状態として、含液原料を底部側に形成された原料投入口から投入後、差圧濾過により濾材上に濾滓を堆積させる濾過工程、及び、
前記処理容器を再反転させて正立状態として、前記濾滓を処理容器の底部側に落下させて振動乾燥する乾燥工程、
を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る竪型振動乾燥機は、
含液原料（被処理物）を、一つの処理容器内で濾過工程および乾燥工程を経て製品とするのに使用する竪型振動乾燥機であって、
支持ばね体で支持された処理容器、該処理容器を振動させる加振手段、振動乾燥のための乾燥手段、前記処理容器を反転させるための反転手段、及び、差圧濾過手段を備え、
前記処理容器の底面外側に前記支持ばね体に対して脱着可能なばね受け座が形成され、
前記反転手段は、前記処理容器の両側から外方へ突出する一対の反転軸と、該反転軸を脱着可能に軸支する軸受け部材と、前記処理容器を昇降させる昇降部材とを備えて構成され、
前記差圧濾過手段は、前記処理容器内の上部側に配される板状の濾材と、前記処理容器の倒立時に濾材の両側空間に重力方向の差圧を発生させる差圧発生手段とを備えて構成されている、
ことを特徴とする。

本発明に係る竪型振動乾燥機（VU型）の一例の本体の乾燥時フロー図（本体は概略正面半断面図）である。 図１における竪型振動乾燥機の２−２線矢視図である。 同じく竪型振動乾燥機の３−３線部分省略矢視図である。 同じく竪型振動乾燥機（VU型）の本体の濾過時フロー図（本体は概略正面半断面図）である。

以下、本発明の一実施形態について、図例に基づいて、説明する。以下の説明で、上・下（底面・天井）は、特に断らない限り、正立位置（正立状態）を基準とする（図１基準）。

本実施形態の竪型振動乾燥機Ｄは、含液原料（被処理物）を、一つの処理容器内で濾過工程および乾燥工程を経て製品とするのに使用することを前提とする。

当該竪型振動乾燥機Ｄは、振動時に弾性支持体１４で支持される処理容器１１、処理容器１１を振動させる加振手段、振動乾燥のための乾燥手段、振動時の処理容器を支持する弾性支持体１４、該弾性支持体１４から処理容器１１を浮かして反転させる反転手段、及び、差圧濾過手段を備えている。

なお、弾性支持体１４は、架台１７の四隅に配された４個の支持ばね１４ａで構成されている。図例では、支持ばね１４ａはラバースプリングとされているが、圧縮コイルばね、板ばね等であってもよい。

処理容器１１は、筒状の本体部２１と、鏡板状の蓋部２３とからなる。

蓋部２３は、本体部２１に対して、開閉可能かつ密閉可能とされている。図例では、蓋部２３の開閉はヒンジ開閉で倒しボルトで締結する方式であるが、ねじ嵌合式としたりしてもよく、任意である。

そして、本体部２１及び蓋部２３の周面はジャケット２５Ａ、２５Ｂで覆われている。このジャケット２５Ａ、２５Ｂは、乾燥手段の一要素である加熱手段を担うものである。なお、ジャケット２５Ａ、２５Ｂの外周面は断熱材２６で覆われている。

本体部ジャケット２５Ａ及び蓋部ジャケット２５Ｂの間は、ヒンジＨ側でホース連結（図示せず）されている。そして、本体部ジャケット２５Ａの底面側及び蓋部ジャケット２５Ｂの蓋部首部２３ａ側には、それぞれ熱媒出入口２８Ａ、２８Ｂが形成されている。熱媒体がスチームの場合は、蓋部ジャケット２５Ｂ側の熱媒出入口２８Ｂから入れ本体部ジャケット２５Ａ側の熱媒出入口２８Ａから出す。熱媒体がオイルや温水等の液体の場合は、本体部ジャケット２５Ａの熱媒出入口２８Ａから入れ蓋部ジャケット２５Ｂ側の熱媒出入口２８Ｂから出す。

なお、加熱手段は、他の加熱手段でもよく、それらを単独使用又は併用できる。他の加熱手段としては、抵抗加熱、マイクロ波加熱、誘導加熱等を挙げることができる。

さらに、本体部ジャケット２５Ａの底部側に該ジャケット２５Ａの内壁を構成する隆起部２５ａを備え、該隆起部２５ａの周囲にドーナツ状の乾燥処理部２７が形成されている。当該構成により、被処理物に対する加熱が底部や周囲部に加えて中央部からも行われ乾燥処理の効率が向上する。

ドーナツ状の乾燥処理部２７の底部側の最低位置には、開閉ノズル（原料投入／製品排出）２９が形成されている。乾燥処理後の粉粒状の製品の排出が容易となる。ここで、開閉ノズル２９の開閉弁３０は図例ではボールバルブで形成されているが、ボールバルブに限られず、処理容器内を加圧や減圧可能な密閉性を確保できれば、慣用の開閉弁でもよい。

なお、乾燥処理部２７の底部側の開閉ノズル２９の形成部位とは別位置に、加熱媒体の温度制御のための測温抵抗体３１が装着されている。

また、蓋部２３の天井面中央部に形成された首部２３ａの端部には吸引ノズル３３が形成され、濾液回収ラインＬ１又は蒸気回収ラインＬ２に切り替え接続可能とされている（図４参照）。

濾液回収ラインＬ１は、濾過工程時の吸引ノズル３３に接続される濾液受槽３４と、該濾液受け槽３４の上部側に接続される真空ポンプ３５Ａとで構成されている。また、蒸気回収ラインＬ２は、乾燥工程時のコンデンサ（凝縮器）３７と、該コンデンサ３７の出口側に接続される凝縮液受槽３８と、該凝縮液受槽３８の天井側に接続される真空ポンプ３５Ｂとで構成されている。

ここで、処理容器１１の底面外側および天井面外側に、弾性支持体１４に着脱可能なばね受け座１９Ａ、１９Ｂが形成されている。すなわち、架台の１７の四隅に配された４個の支持ばね１４ａにそれぞれ着脱（嵌合・離脱）可能な４個の座ボス１９ａが受け座板１９ｂの表面に形成されている（図２・３参照）。なお、濾過・洗浄工程時に処理容器を振動させない場合は、外側天井面にはばね受座１９Ｂは不要である。そして、弾性支持体１４とばね受け座１９Ａ（又は１９Ｂ）との着脱は、反転手段が備える後述の昇降部材で処理容器１１を上昇又は下降させて行う。

加振手段は、本実施形態では、処理容器の前後にモータ座４１を介して斜め上方に半楕円状の振動を付与可能に取付けられた二台の振動モータ４７で担っている。なお、加振手段は、振動モータに限られず、他の慣用の加振手段であってもよい。また振動形態も(楕)円運動型、直線運動型を問わない。他の慣用の加振手段としては、機械式発振機（アンバランスウェイトをモータで強制回転させるもの）、電磁発振機、等を挙げることができる。

そして、反転手段は、処理容器１１の両側から外方へ突出する一対の反転軸４５、４５と、該反転軸４５、４５を係合軸支する軸受け部材４７、４７と、処理容器１１を昇降させる昇降部材とを備えて構成されている。

ここで、軸受け部材４７、４７は、架台上に配されたシリンダ４９、４９のピストンロッド４９ａ、４９ａの先端に連結されて、昇降部材を兼ねるものとなっている。

そして、反転軸４５、４５を駆動回動させて、処理容器１１を１８０°回転（反転・再反転）させるようになっている。なお、当該駆動回動は、手動式でも自動式で行ってもよい。

差圧濾過手段は、処理容器内の上部側に配される板状の濾材５１と、処理容器１１の倒立状態で濾材５１の両側空間に差圧を発生させる気体輸送機（ブロア又は真空ポンプ）とを備えて構成されている。図例では、処理容器１１の本体部２１および蓋部２３の各対向周囲部に形成されたフランジ部２１ｂ、２３ｂの間に挟着されて装着されている。

ここで濾材５１としては、被処理物の種類により異なるが、布帛、不織布(フェルト)、金網、ガラス繊維、セラミック、焼結金属等を、単独又は適宜組み合わせたものを使用できる。これらの内で、濾材上面に堆積する濾滓を反転落下させるため、濾滓の分離性が良好な濾材が望ましい。

上記差圧は、本実施形態では、処理容器の本体部２１に形成されたエア送込ノズル２２及び処理容器の蓋部２３に形成された吸引ノズル３３に、別の気体輸送機（図示せず）の吐出口および吸引口を接続させて、差圧を発生させるようになっている。濾過に要求される差圧が小さい場合は、一方のみでもよい。含液原料の種類により異なるが、差圧は通常、０．１〜１ＭPaとする。

次に、上記竪型振動乾燥機を使用しての本発明の振動乾燥方法について、説明する。

上記竪型振動機の吸引ノズル３３には、それぞれ、濾液回収ラインＬ１又は蒸気回収ラインＬ２と切り替え可能に接続されている。なお、下記の各工程間の移行に際しての処理容器を反転させる場合には、通常、吸引ノズル３３を開閉弁で閉じておき、該吸引ノズル３３と濾液回収ラインＬ１又は蒸気回収ラインＬ２との、接続は外しておく。また、処理容器１１が小型の場合は、吸引ノズル３３に、処理容器１１を反転可能な長めのホースを接続しておき、各ラインＬ１又はＬ２との接続をしたまま、反転・再反転をしてもよい。その場合は、ホースの先端にＴ字配管の縦管を接続し、分岐部に切り替え弁を配すればよい。

また、同じく、熱媒出入口２８Ａと２８Ｂと熱媒供給ライン又は熱媒排出ラインとの接続も外しておくが、熱媒出入口を反転軸の中心部にロータリジョイントを介して設けた場合は、熱媒出入口２８Ａと２８Ｂと熱媒供給ライン又は熱媒排出ラインとの接続は外す必要がない。

（１）濾過工程（図３・４）：
まず、図１に示す正立状態から、反転軸の軸受け部材を、シリンダ（昇降部材）４９を作動させて反転軸に当接（係合）するまで上昇させる。すると、ばね支持体１４からばね受け座１９Ａが離脱して、処理容器が浮き上がる。

この状態で、反転軸を１８０°駆動回動させ、処理容器を反転させて倒立状態とする。

そして、倒立状態の処理容器１１における開閉ノズル（原料投入口）２９を開閉弁３０により開として、含液原料を投入する。その後、開閉ノズル２９を閉として、吸引ノズル３３を濾液回収ラインＬ１と接続する。

この状態で、加圧用の気体輸送機（図示せず）を稼働させて、加圧ガスをガス送込ノズル２２から吹き込んで加圧するとともに、濾液回収ラインＬ１の真空ポンプ（吸引用の気体輸送機）３５Ａを稼働させて吸引する。ここで、加圧ガスとしては、通常、エアを用いるが、製品が酸化変質を嫌う場合は、窒素等の不活性ガスを用いる。

なお、上記において、加圧および吸引は一方のみでもよい。

すると、濾材５１の両面空間の間に重力方向の差圧が発生して、含液原料が濾過される。このとき、濾液は、濾液回収ラインＬ１の真空ポンプ３５Ａの吸引作用で、蓋部２３の首部２３ａの端面に形成された吸引ノズル３３から濾液受槽３４に移送され回収される。

そして、濾材５１上面に堆積する濾滓（ケーク）Ｃが濾材５１の目詰まりを発生させるおそれがある場合は、開閉ノズル２９を開とし間欠的に洗浄液（水又は溶剤）を投入して洗浄することが望ましい。このとき、濾過操作と同じように、開閉ノズル２９を閉じて、濾材５１の両面に重力方向の差圧を発生させて濾材乃至濾滓の洗浄を行う。

なお、濾過工程における濾過・洗浄操作を、処理容器を連続的乃至間欠的に振動させながら行ってもよい。このときの加振条件は、被処理物の種類（固体粒子比重・含有率、スラリー粘度等）により異なるが、振動数：16.2〜29.2Ｈｚ、振幅：２〜３mmの範囲から適宜選定する。

間欠的に振動させる場合は、シリンダ４９を稼働させ処理容器１１の下降・上昇を繰り返して、弾性支持体１４とばね受け座１９との再結合・離脱を繰り返す。含液原料の種類によっては、液中の固体粒子の分散が促進されて濾過・洗浄効率が向上する。また、濾過の初期・中期において、振動を加えることにより、投入スラリー（被処理物）の固体粒子の偏在が是正される被処理物が均質化される。固体粒子の偏在は、濾過効率の低下、乃至、濾滓（ケーク）の含水率バラツキの発生につながる。

濾過工程の終了時においては、弾性支持体１４とばね受け座１９Ｂとは離脱しているが、振動濾過させた場合は、シリンダ４９を稼働させ処理容器１１を上昇させて、反転軸４５を軸受け部材４７に係合させて、弾性支持体１４とばね受け座１９Ｂとは離脱した状態としておく。

このとき、加圧ガス送込口２２と加圧用の気体輸送機（図示せず。）の接続も外して、加圧ガス送入口２２を閉じておく。

（２）振動乾燥工程（図１・２）
次に、反転軸４５を１８０°回転させて、処理容器１１を再反転させ正立状態とする。

さらに、軸受け部材４７を下降させて、弾性支持体１４とばね受け座１９Ａとを結合させる。

すると、濾材５１上に堆積した濾滓（ケーク）Ｃが濾材５１の反転により自重落下する。自重落下しない場合は、振動モータ４１を稼働させれば、濾滓Ｃは容易に落下する。落下した濾滓Ｃは、処理容器の底面上で衝撃を受けて破砕（粗砕）される。本実施形態では、処理容器の底部中央に隆起部２５ａが形成されているため、より解砕されやすくなる。

そして、開閉ノズル２９の開閉弁３０を閉じたままで、処理容器１１の蓋部首部２３の吸引ノズル３３を蒸気回収ラインＬ２に接続した状態として、真空ポンプ３５Ｂを稼働させる。同時に、一対の熱媒出入口２８Ａ、２８Ｂを介して熱媒を、ジャケット２５Ａ、２５Ｂの空間を通過させ、さらに、振動モータ４３を稼働させる。

すると、処理容器１１の乾燥処理部２７に落下した被処理物（濾滓）は、振動乾燥され製品（通常粉状）Ｐとなる。このとき、発生する蒸気は蒸気回収ラインＬ２に真空ポンプ３５Ｂの作用で吸引されて回収される。この際、真空ポンプ３５Ｂの出力（吸引能力）を、発生蒸気量を超えるものとすれば、処理容器１１内も減圧となる。製品が熱影響を受けやすいものの場合、加熱温度を高くしなくても、乾燥処理が可能となる。

なお、上記振動乾燥における振動条件は、前述の濾過工程におけるものと同様とする。

そして、乾燥処理が完了したなら、真空ポンプ３５Ｂおよび振動モータ４３を止め、乾燥処理部の底面に形成された開閉ノズル２９を開閉弁３０により開とすると、自重により開閉ノズル２９から製品Ｐが排出される。この製品排出時にも振動モータ４３を稼働させれば、製品排出の速度が増大する。

こうして、本実施形態では、一つの竪型乾燥機の処理容器内で、濾過・乾燥工程を効率よく行うことができ、結果的に、処理製品の汚染や酸化変質を回避できる。特に、濾過工程から前記乾燥工程までを、前記処理容器内の真空（減圧）状態を連続的に維持して行った場合は、処理製品の熱・酸化変質をより確実に回避できる。

なお、上記においては、処理容器１１の昇降は反転軸４５を、軸受部材４７をシリンダ４９の稼働により昇降させて行ったが、軸受け部材を固定式として、弾性支持体を介して昇降させる方式としてもよい。すなわち、軸受け部材が正立状態で反転軸の下方に位置させ、弾性支持体を反転軸が軸受け部材に当接するまで下降させ、さらに下降させれば、弾性支持体とばね受座の結合が解除される。この状態で反転が可能となる。反転軸による処理容器の反転後、弾性支持体をばね受け座と結合するまで上昇させ、さらに、軸受け部材と反転軸との係合が解除されるまで上昇させれば、軸受け部材と反転軸の係合が解除され、処理容器の振動が可能となる。

１１ 処理容器
１４ 弾性支持体
１９Ａ、１９Ｂ ばね受け座
２１ 処理容器の本体部
２３ 処理容器の蓋部
２５Ａ、２５Ｂ ジャケット（加熱手段）
２７ 乾燥処理部
２８Ａ、２８Ｂ 熱媒出入口
２９ 開閉ノズル
３３ 吸引ノズル
３５Ａ、３５Ｂ 真空ポンプ
４５ 反転軸
４７ 軸受け部材
４９ 昇降部材（シリンダ）
５１ 濾材
Ｌ１ 濾液回収ライン
Ｌ２ 蒸気回収ライン

Claims (7)

1. 処理容器内の上方側に濾材が配された竪型振動乾燥機を用いて、濾過工程および乾燥工程を経て含液原料から製品を得る振動乾燥方法であって、
   前記処理容器を反転させて倒立状態として、含液原料を底部側に形成された原料投入口から投入後、差圧濾過により濾材上に濾滓を堆積させる濾過工程、及び、
   前記処理容器を再反転させて正立状態として、前記濾滓を、処理容器の底部側の乾燥処理部に落下させて振動乾燥処理をする乾燥工程、
   を含むことを特徴とする振動乾燥方法。
2. 前記濾過工程中に、１回以上の濾材乃至濾滓の洗浄操作を挿入することを特徴とする請求項１記載の振動乾燥方法。
3. 前記濾過工程を、前記処理容器を連続的に又は間欠的に振動させながら行うことを特徴とする請求項２記載の振動乾燥方法。
4. 前記濾過工程から前記乾燥工程までを、前記処理容器の真空状態を連続的に維持して行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載の振動乾燥方法。
5. 含液原料（被処理物）を、一つの処理容器内で濾過工程および乾燥工程を経て製品とするのに使用する竪型振動乾燥機であって、
   支持ばね体で支持された処理容器、該処理容器を振動させる加振手段、振動乾燥のための乾燥手段、前記処理容器を反転させるための反転手段、及び、差圧濾過手段を備え、
   前記処理容器の底面外側に前記支持ばね体に対して脱着可能なばね受け座が形成され、
   前記反転手段は、前記処理容器の両側から外方へ突出する一対の反転軸と、該反転軸を脱着可能に軸支する軸受け部材と、前記処理容器を昇降させる昇降部材とを備えて構成され、
   前記差圧濾過手段は、前記処理容器内の上部側に配される板状の濾材と、前記処理容器の倒立時に濾材の両側空間に重力方向の差圧を発生させる差圧発生手段とを備えて構成されている、
   ことを特徴とする竪型振動乾燥機。
6. 前記処理容器の天井面外側にも前記ばね受け座が形成されて、倒立状態の前記処理容器を前記支持ばね体により支持可能とされていることを特徴とする請求項５記載の竪型振動乾燥機。
7. 前記処理容器がジャケットを備えるとともに、底部側に該ジャケットの内壁を構成する隆起部を備え、該隆起部の周囲にドーナツ状の乾燥処理部が形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の竪型振動乾燥機。

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