JP2018143995A - Spray fine particle manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、噴霧乾燥又は噴霧熱分解による微粒子の製造装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for producing fine particles by spray drying or spray pyrolysis.
噴霧乾燥法又は噴霧熱分解法は、原料液を反応管上部のノズルから噴霧し、反応管内部の加熱により乾燥又は熱分解させて微粒子を製造する方法である。この装置は、基本的に、反応管上部にノズルを有し、反応管外周部に加熱源を有し、反応管下部から生成した微粒子を回収する構造を有している。
ノズルにより噴霧された原料液滴は、ノズル先端部分より円錐状に拡散する。水分を含んだ粉体は、反応管内のガス量、噴霧パターンの形態、加熱温度、原液投入量等の条件により、反応管および円錐部の内面に付着・堆積する場合がある。この付着・堆積物は、反応管の熱伝導を低下させ、製造される微粒子の品質の低下を引き起こす他、反応管内部へと閉塞を発生させて、連続運転の妨げとなる。
The spray drying method or spray pyrolysis method is a method in which a raw material liquid is sprayed from a nozzle at the top of a reaction tube and dried or thermally decomposed by heating inside the reaction tube to produce fine particles. This apparatus basically has a structure having a nozzle at the upper part of the reaction tube, a heat source at the outer periphery of the reaction tube, and collecting fine particles generated from the lower part of the reaction tube.
The raw material droplet sprayed by the nozzle diffuses in a conical shape from the nozzle tip. The powder containing moisture may adhere to and deposit on the inner surface of the reaction tube and the conical part depending on conditions such as the amount of gas in the reaction tube, the form of spray pattern, the heating temperature, and the amount of stock solution. This adhesion / deposit reduces the thermal conductivity of the reaction tube and lowers the quality of the fine particles produced, and also causes clogging inside the reaction tube and hinders continuous operation.
このような反応管上部内壁への付着物発生を防止する手段として、乾燥筒体の内壁の周囲吹出口から乾燥用熱風を吹き出すことで、液滴を積極的に乾燥させる技術(特許文献1)、一つの槽内に噴霧乾燥部と流動造粒部とを有する噴霧乾燥造粒装置であって、前記噴霧乾燥部の円錐部の上端付近に、前記円錐部の内面に沿って下向き又は斜め下向きへ気流を導入する手段とを備える技術(特許文献2)、円筒状の側面から圧縮ガスを壁面に噴流をなすように吹き込むことにより壁面への付着物量を抑制する技術(特許文献3)、粉体を乾燥ゾーンの周囲に冷ガスを導入して冷風ゾーンを形成する技術(特許文献4)が報告されている。また、ノズルとは別に、反応管中心部に回転軸を有する回転式掻き取り機構を備える技術(特許文献5)も報告されている。 As a means for preventing the occurrence of deposits on the inner wall of the reaction tube, a technique for actively drying droplets by blowing hot air for drying from a peripheral outlet on the inner wall of the drying cylinder (Patent Document 1) The spray drying granulation apparatus having a spray drying part and a fluidized granulation part in one tank, and is directed downward or obliquely downward along the inner surface of the cone part near the upper end of the cone part of the spray drying part. (Patent document 2) including a means for introducing an airflow into the wall, a technique for suppressing the amount of deposits on the wall surface by blowing compressed gas into the wall surface from a cylindrical side surface (patent document 3), powder There has been reported a technique (Patent Document 4) for forming a cold air zone by introducing a cold gas around a body drying zone. In addition to the nozzle, a technique (Patent Document 5) that includes a rotary scraping mechanism having a rotating shaft at the center of the reaction tube has also been reported.
特許文献1〜4の技術は、全て反応管内に空気を吹き込むものであり、空気を吹き込むことにより、側面と中心部で流速にばらつきが発生したり、排気する空気量が増大するため、滞留時間の制御が困難となり、粒子の物性にばらつきが生じるという問題がある。また、特許文献5の技術では、回転駆動軸を反応管上端の中心に設置するため、ノズル位置を中心からずらす必要がある。ノズルの位置が中心からずれると、反応管内での原料液滴の噴霧パターンは対照形にならず、液滴に均一な熱が加わらなくなるため製品にばらつきが生じる。また、液滴が壁面により付着しやすい条件となる。
In the techniques of
従って、本発明の課題は、反応管内部の通常の噴霧乾燥、噴霧熱分解条件を何ら変化させることなく、反応管内壁への付着物発生を抑制又は除去する手段を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide means for suppressing or removing the generation of deposits on the inner wall of the reaction tube without changing any of the usual spray drying and spray pyrolysis conditions inside the reaction tube.
そこで本発明者は、種々検討した結果、反応管の中心位置に回転羽根とこれに連動して回転する掻き落し棒とを設置すれば、反応管内壁への付着物の発生が抑制でき、かつ反応管内部の温度や流速に大きな変化を生じさせることがないため、安定して効率良く微粒子が製造できることを見出し、本発明を完成した。 Therefore, as a result of various studies, the inventor can suppress the occurrence of deposits on the inner wall of the reaction tube by installing a rotating blade and a scraping bar that rotates in conjunction with the rotation blade at the center of the reaction tube, and It has been found that fine particles can be produced stably and efficiently because it does not cause a large change in the temperature and flow rate inside the reaction tube, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、次の発明〔1〕〜〔3〕を提供するものである。 That is, the present invention provides the following inventions [1] to [3].
〔1〕反応管と、反応管上部に固定された原料液噴霧用ノズルと、反応管外周部に設置された加熱源と、反応管下部から配管で繋いだ微粒子捕集装置を備えた噴霧微粒子製造装置であって、反応管内部の水平方向の円形断面の中心位置に、上部より風が当たることで回転する羽根と、当該回転する羽根の動きに連動し反応管内壁に接して回転する掻き落とし棒とが接続された回転式構造体を備えたことを特徴とする噴霧微粒子製造装置。
〔2〕反応管下部の吸引性微粒子捕集装置の吸引手段により反応管内に上部から下部への風が生じるものである〔1〕記載の噴霧微粒子製造装置。
〔3〕反応管の下部がテーパー構造を有しており、当該テーパー構造部の内部に、さらに前記回転式構造体を備えてなる〔1〕又は〔2〕記載の噴霧微粒子製造装置。
[1] Sprayed fine particles equipped with a reaction tube, a raw material liquid spray nozzle fixed to the upper part of the reaction tube, a heating source installed on the outer periphery of the reaction tube, and a particulate collection device connected by piping from the lower part of the reaction tube A manufacturing apparatus, a blade that rotates when wind hits the center position of a horizontal circular cross section inside the reaction tube, and a scraper that rotates in contact with the inner wall of the reaction tube in conjunction with the movement of the rotating blade. An apparatus for producing atomized fine particles, comprising: a rotary structure to which a dropping rod is connected.
[2] The atomized fine particle production apparatus according to [1], wherein a wind from the upper part to the lower part is generated in the reaction tube by the suction means of the attractive particle collecting device at the lower part of the reaction tube.
[3] The spray particle production apparatus according to [1] or [2], wherein a lower part of the reaction tube has a taper structure, and the rotary structure is further provided in the taper structure part.
本発明の装置では、回転構造体は反応管内に設置されるため、ノズル位置に干渉しない。また、回転の駆動にモーターなどの外部動力を必要とせず、炉内のガス風圧のみで回転するため、電気代などのコストも抑えることができる。また、掻き落としだけでなく、回転する羽根に傾斜をつけることにより、羽根から反応管内側に空気の流れを形成させることもできるため、付着防止の効果も得られる。 In the apparatus of the present invention, since the rotating structure is installed in the reaction tube, it does not interfere with the nozzle position. In addition, it does not require external power such as a motor to drive the rotation, and rotates only with the gas wind pressure in the furnace, so that costs such as electricity costs can be reduced. In addition to scraping off, the flow of air can be formed from the blades to the inside of the reaction tube by inclining the rotating blades, so that the effect of preventing adhesion can be obtained.
本発明の噴霧微粒子製造装置の実施の形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of an atomized fine particle manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の噴霧微粒子製造装置は、図1に示すように、反応管1と、反応管上部に固定された原料液噴霧ノズル2と、反応管外周部に設置された加熱源3と、反応管下部から配管で繋いだ微粒子捕集装置4を備えている。
As shown in FIG. 1, the spray fine particle production apparatus of the present invention comprises a
反応管1は、ノズル2から噴霧された液滴を加熱して乾燥または加熱反応して微粒子とし、反応管下部へと移動させる反応炉である。例えば、硝酸アルミニウムとオルトケイ酸テトラエチルの混合溶液をノズル2から噴霧し、400℃〜800℃に加熱すれば、アルミノシリケートの中空粒子が得られる。当該反応管1は、通常円筒形状であり、ステンレス鋼、高ニッケル合金、インコネル合金等の金属、ムライトやアルミナ等のセラミックス等により製造されている。
The
反応管上部に固定された原料液噴霧用ノズル2としては、2流体ノズルや4流体ノズルが使用できる。このノズルには、原料溶液がポンプを介して供給される。ここで2流体ノズルの方式には、空気と前記溶液とをノズル内部で混合する内部混合方式と、ノズル外部で空気と前記溶液を混合する外部混合方式があるが、いずれも採用できる。
As the raw material
反応管外周部には、加熱源3を備えている。加熱源3は、ノズル2から噴霧されたミストを乾燥又は熱分解できる温度域を形成できるヒーターであればよく、ガスの燃焼による加熱源であってもよく、電気ヒーターであってもよい。
A
反応管下部には、反応管下部から配管で繋いだ吸引性微粒子捕集装置4を備えている。吸引性の微粒子捕集装置4としては、高性能サイクロン粉体回収機やバグフィルターを用いることができる。また、微粒子の回収にあたっては、フィルターを通過させる等の分級操作を行うことにより調整することができる。
At the lower part of the reaction tube, an attracting
本発明の装置は、図1、2及び4のように反応管1の内部に、反応管内部の水平方向の円形断面の中心位置に、上部より風が当たることで回転する羽根5と、当該回転する羽根の動きに連動し、反応管内壁に接して回転する掻き落とし棒6とが接続された回転式構造体を備えたことを特徴とする。
As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the apparatus of the present invention comprises a
回転羽根5は、反応管内部の水平方向の円形断面の中心位置に設置される(図1及び図2)。回転羽根5の設置にあたっては、反応管内壁に接するように配置されたホイール状固定機構7を用いるのが好ましい。当該ホイール状固定機構7は、中心部に回転羽根の固定機能だけを有し、粒子等の移動を妨げないように面積の少ない形状とするのが好ましい。そして、回転羽根は、当該ホイール状固定機構7の中心位置に設置される。回転羽根5を反応管内部の水平方向の円形断面の中心位置に設置することにより、ノズル2より噴霧された液滴を反応管の全体に分布させることができる。
また、回転羽根5は、上部より風が当たることにより回転するように設置する。このように設置することで、例えば吸引性微粒子捕集装置のサイクロン粉体回収機により反応管の下部が負の圧になる条件で、何らの動力を必要とせずに回転羽根5が回転する。なお、回転羽根の枚数は3〜6枚が好ましく、3〜4枚がより好ましく、4枚が特に好ましい。
また、回転羽根に傾斜を設ければ、羽根から反応管内側に空気の流れを形成させることができ、付着防止効果が得られる。
The
Moreover, the
Further, if the rotary blade is provided with an inclination, an air flow can be formed from the blade to the inside of the reaction tube, and an adhesion preventing effect can be obtained.
回転式構造体には、当該回転羽根の動きに連動し反応管内壁に接して回転する掻き落とし棒6が接続している。掻き落とし棒6は、反応管内壁に付着する付着物を掻き落とすために、反応管内壁に接して回転できる構造を有していればよく、形状は限定されない。好ましくは、図2のように回転羽根の先端部に取り付けられている。また、掻き落とし棒6は、回転羽根の数と同じであるのが好ましい。
A
前記回転式構造体の設置位置は、反応管の内部であればよいが、ノズルから噴霧された液滴が付着しやすい位置、すなわち反応管上部がより好ましい。また、前記回転式構造体は、図4のように、さらに反応管下部のテーパー構造部に設置されていてもよい。反応管下部に設置することにより、図5のように当該部位への微粒子の付着も防止できる。 The rotational position of the rotary structure may be within the reaction tube, but a position where droplets sprayed from the nozzle are likely to adhere, that is, the upper portion of the reaction tube is more preferable. Moreover, the said rotary structure may be further installed in the taper structure part of the reaction tube lower part like FIG. By installing at the lower part of the reaction tube, it is possible to prevent adhesion of fine particles to the site as shown in FIG.
次に実施例を挙げて本発明の効果を説明する。 Next, the effects of the present invention will be described with reference to examples.
実施例1
図2のように、回転式構造体を微粒子製造装置の反応管内に設置した。次いで蒸留水1リットルに硝酸アルミニウムを0.04mol、オルトケイ酸テトラエチルを0.16mol溶解したアルミニウム及びケイ素の混合水溶液を溶液タンクに投入した。投入された水溶液は送液ポンプにより、2流体ノズルを介してミスト状に噴霧され、乾燥ゾーン(約400℃)、次いで熱分解ゾーン(800℃)を通過させた。バグフィルターを用いて中空粒子を回収した。得られた中空粒子を約1000℃で焼成し、目的とするアルミノシリケート中空粒子を得た。
その後、反応管の内壁を確認したところ、付着物および堆積物は確認されなかった。
Example 1
As shown in FIG. 2, the rotary structure was installed in the reaction tube of the fine particle production apparatus. Next, a mixed aqueous solution of aluminum and silicon in which 0.04 mol of aluminum nitrate and 0.16 mol of tetraethyl orthosilicate were dissolved in 1 liter of distilled water was charged into the solution tank. The introduced aqueous solution was sprayed in the form of a mist through a two-fluid nozzle by a liquid feed pump, and passed through a drying zone (about 400 ° C.) and then a thermal decomposition zone (800 ° C.). Hollow particles were collected using a bag filter. The obtained hollow particles were fired at about 1000 ° C. to obtain the intended aluminosilicate hollow particles.
Thereafter, when the inner wall of the reaction tube was confirmed, no deposits or deposits were confirmed.
比較例1
従来の微粒子製造装置で、上記の実施例と同様の噴霧試験を行ったところ、ミストの噴射角の延長線上と反応管との交点付近、反応管下のテーパー部付近に付着・堆積物が確認された(図3及び図5)。
Comparative Example 1
A spray test similar to that in the above example was performed with a conventional fine particle production device. As a result, adhesion and deposits were confirmed near the intersection of the mist injection angle and the reaction tube, and near the tapered portion under the reaction tube. (FIGS. 3 and 5).
1 反応管
2 ノズル
3 加熱源
4 微粒子捕集装置
5 回転羽根
6 掻き落とし棒
7 ホイール状固定機構
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