JP3679903B2 - 粉体の溶解懸濁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体の溶解懸濁装置に関し、更に詳細には、回分式で粉体を液体に溶解懸濁し、所定濃度の粉体の溶解懸濁液を連続的に抜き出すようにした粉体の溶解懸濁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学工業、特に水処理の分野では、粉体を液体に懸濁させた懸濁液を調製したり、或いは粉体を液体に溶解させた溶解液を調製することが多い。例えば、石灰石粉末を水に懸濁させて石灰石スラリーを調製したり、活性炭粉末を水に懸濁させて活性炭スラリーを調製したり、或いは消石灰粉末を水に溶解して消石灰水溶液を調製したりする。
ところで、粉体は、本来的に、液体濡れ性に乏しく、そのために、液体に溶解させたり、懸濁させたりすることが難しい。また、粉体は、流動性に乏しく、空中浮遊、飛散、壁面への付着、液体内での凝集、沈降等の粉体特有の挙動を示すために、取扱いが難しい対象物である。
【０００３】
粉体の溶解懸濁操作は、粉体の物理化学的性状、粉体の供給態様、粉体を溶解懸濁させる液体の性状、液体の供給態様等により千差万別の方式で行われるものの、従来の粉体の溶解懸濁装置は、粉体の取扱い難さを考慮して、比較的簡単な構成のものが多く、基本的には、攪拌機を取り付けたタンクを備え、粉体スラリー又は粉体の溶解液を調製する際には、先ず、タンクに液体を入れ、次いで液体に粉体を投入、攪拌して溶解懸濁液を調製する回分式の装置である。そして、調製した溶解懸濁液をタンクから抜き出し、タンクがほぼ空になった時点で、再び溶解懸濁液を調製している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の粉体の溶解懸濁装置には、次のような問題があった。
第１には、溶解懸濁液の調製が回分式なら、溶解懸濁液の抜き出しも回分式であって、溶解懸濁液を連続的に抜き出せるものは極めて少なかった。即ち、従来の粉体の溶解懸濁装置では、懸濁溶解槽に所定量の液体を入れ、その液体に所定量の粉体を懸濁溶解させて、所定濃度の粉体の溶解懸濁液を調製する。次いで、溶解懸濁液を抜き出す。そして、溶解懸濁液がほぼ無くなった時点で、抜き出しを中止して、溶解懸濁液を調製している。そのために、連続して溶解懸濁液を抜き出すことが実際にはできなかった。
第２には、粉体特有の挙動に対する対策が不十分なことである。すなわち、粉体を液体中に溶解縣濁させるためにはある程度強力な攪拌が必要であるが、槽内の液体の強力攪拌を行うと、攪拌機の攪拌流によって液面検出器の誤作動を招いたり、特に電極式液面検出器を使用している場合には、攪拌流のために電極が揺動して、誤動作が多く、更には電極同士が接触して破損したりすることもあった。また、タンクから外部に粉体が飛散して衛生上の問題を引き起こすこともあった。
【０００５】
本発明の目的は、回分式で溶解懸濁液を調製し、溶解懸濁液の抜き出し期間にわたり所定濃度の溶解懸濁液を連続的に抜き出すことができ、しかも粉体特有の挙動に対する十分な対策を講じた粉体の溶解懸濁装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る粉体の溶解懸濁装置は、粉体を液体に溶解及び／又は懸濁させる装置であって、
密閉式の縦型円筒槽として形成され、底板から所定距離上方に位置する下端縁から槽頂部まで延在する隔壁により、下部で連通しつつ左右の大小二つの横断面積の区域に仕切られ、槽内に収容した液体に粉体を横断面積の大きな第１の区域で溶解及び／又は懸濁させる槽を備え、
第１の区域には、隔壁の下端より下方の位置に攪拌翼を有するように攪拌機が設けられ、第１の区域の槽上部には、粉体を導入する粉体導入口、液体を注液する注液口、及びフィルタ付きの大気連通管が、それぞれ、設けられ、
他方の横断面積の小さい第２の区域には、槽内の液面を検出する液面検出器が設けられ、かつ外気と連通する貫通孔が、前記液面検出器で設定された高位液面より高い位置で槽側壁を貫通して設けられているとともに、溶解懸濁液の抜き出し口が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
本発明で「溶解及び／又は懸濁させる」とは、粉体を溶解させること、粉体を懸濁させること、粉体を一部溶解させ、残部の粉体を懸濁させることを意味し、以下、簡単に「溶解懸濁する」と言う。また、本明細書では、粉体を溶解懸濁した液を溶解懸濁液と言う。
隔壁は、粉体が付着し易い複雑な形状のものでない限り、形状には特に制約はない。好適には、隔壁は、平面状の平板であるが、必ずしも平板である必要はなく、例えば槽の中心線から外方又は内方に湾曲した円筒板でも、楕円筒板でも良い。隔壁の下端縁と底板との間隔は、低位液面（ＬＷＬ）の高さの１０〜７０％の範囲である。隔壁は、例えば隔壁が平板の場合には、直径を２：１〜５：１に分割するように配置する。
攪拌機の形式は、槽内の粉体濃度が均一になるように粉体と液体とを効率良く混合できる限り限定はないが、好適には、タービン翼である。攪拌機の位置は、第１の区域にあれば良いが、攪拌効率の点から、攪拌機の軸が槽の中心軸近傍に沿うような位置にする。また、攪拌機の攪拌翼の位置は、攪拌翼の上面と底面の距離が、隔壁の下端縁と底板との間隔の１／５〜１／２とする。
液面検出器は、液面を検出できる限り形式に限定はないが、実用的には、溶解懸濁液の液面検出に使用する電極式液面検出器が好ましい。
【０００８】
本発明では、注液口から注液した液体により、槽内を浮遊する粉体を捕捉し、また槽壁等に付着した粉体を洗い流すことを、注液する液体の作用の一つにしている。よって、注液口の形式は、液体を槽内に注入できるのみならず、注入した液体により、槽内を浮遊する粉体を捕捉し、かつ槽壁等に付着した粉体を洗い流すことが、できるものにする。また、注液口の位置は、注入液体により槽内を浮遊する粉体を捕捉し、及び槽壁等に付着した粉体を洗い流すことができる限り、密閉式の縦型円筒槽の天井でも、高位液面より上方に位置する上部槽壁でも良い。
よって、好適には、注液口は、液体を下方に広頂角の円錐状で噴射する噴射ノズルを下端に有し、かつ噴射ノズルが前記液面検出器で設定された高位液面より上方に位置するように配置されているようにする。
また、粉体導入口は、上記注液口から注液される液体が該導入口に掛かって濡れると、該導入口に粉体が付着して次第に肥厚し、終には閉塞してしまうので、これを防止するために、粉体導入口をカバーで覆うようにするとよい。即ち、好適には、粉体導入口は、注液口から槽内に注液された液体から粉体導入口を遮蔽する遮蔽板を備えている。注液口から注液された液体から粉体導入口を遮蔽できる限り、遮蔽板の形状は任意であって、単なる板状の遮蔽板でも、導入口を取り囲む筒状の遮蔽板でも良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施例
本実施例は、本発明に係る粉体の溶解懸濁装置の実施例の一つであって、消石灰粉末を液体に溶解懸濁する装置に本発明を適用した例である。図１は粉体の溶解懸濁装置の構成を示す模式的縦断面図、図２は図１の粉体の溶解懸濁装置を上から見た、隔壁及び攪拌機の軸の配置を示す配置図である。
本実施例の粉体の溶解懸濁装置１０（以下、装置１０と略記する）は、液体に粉体を溶解懸濁させる槽として、密閉式の縦型円筒槽１２を備えている。槽１２は、図１に示すように、槽本体１２ａと、槽本体１２ａの上部フランジに装脱着自在な平盤状の上蓋１２ｂと、槽本体１２ａの底板１２ｃから所定距離上方に位置する下端縁から上蓋１２ｂまで槽本体１２ａの円筒中心線を外して延在する平板状の隔壁１２ｄとから構成されている。
槽１２は、隔壁１２ｄにより、槽下部の連通部１２ｅで相互に連通する大小二つの横断面積を有する区域、即ち横断面積の大きな第１の区域１４と、横断面積の小さい第２の区域１６とに、図２に示すように、仕切られている。本実施例では、隔壁１２ｄは、直径を２対１に分割する位置に設けられている。
【００１０】
第１の区域１４にある槽本体１２ａの中心には、上蓋１２ｂを貫通して攪拌機１８が設けてある。その攪拌翼１８ａは、槽本体１２ａの底板１２ｃにできるだけ近接して設けてあって、かつ攪拌翼１８ａの上端縁から底板１２ｃまでの間隔Ｄ₁ が、隔壁１２ｄの下端縁から底板１２ｃまでの間隔Ｄ₂ の１／５〜１／３の範囲にある。
【００１１】
上蓋１２ｂの第１の区域１４には、空気搬送システムにより搬送した粉体を搬送空気と共に導入する粉体導入ノズル２０と、粉体を搬送した搬送空気を外気に放出するために外気と連通する連通管２２と、粉体を溶解懸濁する水等の液体を供給する液体供給ノズル２４とが設けてある。上記粉体ノズル２０の先端部には、後述する液体の噴射ノズル２４ａから噴射される液体が粉体導入ノズル２０の開口部に掛からないようにするために、円錘状のカバー２０ａが液体に対する遮蔽板として付設されている。
連通管２２の上端には、粉体が外気に逸出しないように粉体を捕捉するフィルタ２２ａが取り付けてある。また、粉体を導入する際、同伴空気量の少ない程、導入された粉体が槽１２内で流動することなく空気から分離されて静かに液面に沈降するので、同伴空気量をできるだけ少なくするのが好ましい。同伴空気を減らせば、フィルタ２２ａの負荷が減り、フィルタ２２ａを簡素な構造のものにすることができる。同伴空気の少ない粉体搬送システムとして、兵伸装備（株）製の微粉体搬送用のモーノポンプ（商品名）を使用したシステムが好適である。尚、粉体の導入量を計量できる既知の計量装置（図示せず）が、槽１２の外に設けられている。
液体供給ノズル２４は、その先端に、液体をスプレー状に噴射する噴射ノズル２４ａを備えていて、噴射ノズル２４ａが後述の電極式液面検出器２８で設定された高位液面より上部に位置するように、上蓋１２ｂに配置されている。噴射ノズル２４ａは、液体を四方に放射状に噴射するノズルであって、槽１２内の液面上の空気層、上蓋１２ｂ、槽本体１２ａの側壁、隔壁１２ｄ、攪拌軸１８の面を洗い流すように、液体を噴射するノズルである。槽１２内の各所に付着した粉体を洗い流すには、噴射ノズル２４ａは、上蓋１２ｂの第１区域１４の中心部にあるのが好ましい。
また、第１区域１４の槽本体１２ａの下部槽壁には、ドレンノズル２６が設けてある。
なお、上述の例では、液体供給ノズル２４を上蓋２４に付設したが、液体供給ノズルを例えば槽本体２４ａの高位液面（ＨＷＬ）より上部の側壁に設けてもよく、また、ノズルの数も１つに限らず、複数個設けてもよい。
【００１２】
一方、第２の区域１６では、電極式液面検出器２８が上蓋１２ｂを貫通して取り付けてある。電極式液面検出器２８は、検出する液面まで延びる複数本の電極棒２８ａを備え、電極棒と液面とが接触したことを検知して、液面が電極棒との接触位置にあることを検出する。また、液面が高位液面（ＨＷＬ）及び低位液面（ＬＷＬ）に到達した時に、その旨の信号を出力する電極棒も合わせて設けてある。
また、第２の区域１６には、外気と連通する連通孔３０が、高位液面（ＨＷＬ）より高い位置で槽本体１２ａの槽壁を貫通して設けられている。第１区域１４の連通管２２及び第２区域１６の連通孔３０を介して、第１区域１４の液面上の空気層及び第２区域の液面上の空気層は、大気圧とほぼ均圧になる。更に、連通孔３０は、液面がＨＷＬを越えて上昇した場合に液体を外部に溢流させる溢流孔としても機能する。
また、第２区域１６の槽本体１２ａの下部槽壁には、溶解懸濁液を抜き出すための抜き出しノズル（溶解懸濁液の抜き出し口）３２が設けてある。溶解懸濁液は、第１の区域１４で均一な粉体濃度に調製され、下部連通部１２ｅを通って第２の区域１６に入り、更に粉体濃度が均一化されて抜き出しノズル３２から送液される。
【００１３】
粉体導入ノズル２０、液体供給ノズル２４、ドレンノズル２６及び溶解懸濁液の抜き出しノズル３２は、ぞれぞれ、図示しない、粉体搬送管、液体供給管、ドレン管、及び送液管に接続されている。
【００１４】
次に、図１を参照して、装置１０による溶解懸濁液の調製方法を説明する。
先ず、槽１２が空の状態で溶解懸濁液を調製する最初の調製工程を実施する。槽内の液面を監視しつつ、第１の所定量（例えば、液面が低位液面ＬＷＬに達する程度の量）の液体を液体供給ノズル２４から槽１２に供給する。次いで、所定量の粉体を粉体導入ノズル２０から導入する。粉体の導入を終了した後、液体上の空気中の粉体の動きが静まり、粉体が液面に落下する時間を見計らい、その時間が経過した後、液体供給ノズル２４から液体を更に供給する。液体の供給の際、噴射ノズル２４ａから液体を槽１２内の液面上の空気層、上蓋１２ｂ、槽本体１２ａの側壁、隔壁１２ｄ、攪拌軸１８の表面を洗い流すように噴射する。液体を導入するにつれて、槽１２内の液面は上昇する。液面検出器２８が高位液面（ＨＷＬ）を検知するまで、液体を導入し、高位液面に到達した時点で液体の導入を停止する。噴射ノズル２４ａから噴射された液体は、飛散している粉体を捕捉しつつ、槽１２内の液体に合流する。
次いで、攪拌機１８により攪拌して、所定濃度の粉体の溶解懸濁液を調製する。尚、攪拌機１８は、以後、装置１０の運転を停止しているときを除いて、常に、稼働状態にあって、槽内の液体を攪拌している。
溶解懸濁液の調製の際、搬送空気は連通管２２を介して大気に放出され、搬送空気に同伴した粉体は、連通管２２の先端のフィルタ２２ａに捕捉されるので、槽１２外には粉体は飛散しない。
【００１５】
第１回の溶解懸濁液の調製工程が終了すると、溶解懸濁液の抜き出し工程に移行する。
抜き出しノズル３２及び送液管（図示せず）を経由して、所定濃度に調整された溶解懸濁液を抜き出す。溶解懸濁液の抜き出しにつれて、槽１２内の液面は、次第に低下し、運転下限のＬＷＬに到達する。
液面がＬＷＬに低下したことが液面検出器２８により検出されると、２回目の溶解懸濁液の調製工程に移行する。
【００１６】
２回目の溶解懸濁液の調製工程では、溶解懸濁液の抜き出しを続行しつつ溶解懸濁液を調製する。先ず、粉体供給ノズル２０から所定量の粉体を供給する。粉体の供給を終了した後、最初の調製工程と同様に、液体上の空気中の粉体の動きが静まり、粉体が液面に落下する時間を見計らい、その時間が経過した後、液体供給ノズル２４から水等の液体を供給する。液体を供給する際、噴射ノズル２４ａから液体を槽１２内の液面上の空気層、上蓋１２ｂ、槽本体１２ａの側壁、隔壁１２ｄ、攪拌軸１８の表面を洗い流すように噴射する。液体を導入するにつれて、槽１２内の液面は上昇する。液面検出器２８が高位液面（ＨＷＬ）を検知するまで液体が導入され、高位液面で液体の導入が停止される。
連通部１２ｅを含めて槽底部では、攪拌翼１８ａの強力な旋回流により粉体の沈降が阻止され、均一な濃度の溶解懸濁液が得られ、従来の装置のように、抜き出しノズル３２が、粉体の沈降堆積物により閉塞するようなこともない。
なお、以後は、上記第２回目の調整工程を繰り返しながら、抜き出しノズル３２から溶解縣濁液を連続的に抜き出す。
【００１７】
本実施例では、第１区域１４の隔壁１２ｄ近傍の液体は、隔壁１２ｄの邪魔板効果により、乱流状態を引き起こす混合効果の高い攪拌が行われ、粉体導入ノズル２０より供給された粉体は、速やかに溶解懸濁される。
【００１８】
一方、第２区域１６の液体は、隔壁１２ｄによって第１区域１４の液体とほぼ区画されており、しかも容積も小さいため緩やかな攪拌状態となっている。これにより、第２区域の液面は動きがなく穏やかな表面を形成し、液体の動きも緩慢なので、従来の粉体の溶解懸濁装置のように、液面検出器２８の電極棒を揺動させて、誤動作させるようなこともない。
また、隔壁１２ｄにより粉末の移動が遮断されるので、第２区域１６には、粉体の飛散が全くなく、液面検出器２８の電極棒や槽本体１２ａの側壁及び上蓋１２への付着もない。従って、第２区域１６の槽側壁に設けられた貫通孔３０から粉体が飛散することもない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の構成によれば、第１の区域で攪拌機の攪拌効果と隔壁の邪魔板効果とにより槽内均一な粉体濃度の溶解懸濁液を回分式で調製することにより、所定粉体濃度の溶解懸濁液を連続的に抜き出すことができる。また、濡れ性及び流動性に乏しく、飛散、付着、沈降し易い等の粉体特有の性状、挙動に対する十分な対策を備えているので、粉体が装置外に飛散したり、液面検出器が誤動作したりすることがなく、また、槽壁、槽底板等に付着する粉体の量も少なく、槽内を掃除する等の作業を軽減することができる。
また、注液口から注液された液体から遮蔽板で粉体導入口を遮蔽することにより、注液口からの液体が該導入口に掛かるのを防止することができ、これにより、粉体導入口における粉体の付着及びそれに伴う粉体導入口の閉塞を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉体の溶解懸濁装置の構成を示す模式的縦断面図である。
【図２】図１の粉体の溶解懸濁装置を上から見た、隔壁及び攪拌機の軸の配置を示す配置図である。
【符号の説明】
１０ 本発明に係る粉体の溶解懸濁装置の実施例
１２ 縦型円筒槽
１２ａ 槽本体
１２ｂ 上蓋
１２ｃ 底板
１２ｄ 隔壁
１４ 第１の区域
１６ 第２の区域
１８ 攪拌機
１８ａ 攪拌翼
２０ 粉体導入ノズル
２０ａ カバー
２２ 連通管
２２ａ フィルタ
２４ 液体供給ノズル
２４ａ 噴射ノズル
２６ ドレンノズル
２８ 電極式液面検出器
２８ａ 電極棒
３０ 連通孔
３２ 抜き出しノズル

Claims (3)

1. 粉体を液体に溶解及び／又は懸濁させる装置であって、
   密閉式の縦型円筒槽として形成され、底板から所定距離上方に位置する下端縁から槽頂部まで延在する隔壁により、下部で連通しつつ左右の大小二つの横断面積の区域に仕切られ、槽内に収容した液体に粉体を横断面積の大きな第１の区域で溶解及び／又は懸濁させる槽を備え、
   第１の区域には、隔壁の下端より下方の位置に攪拌翼を有するように攪拌機が設けられ、第１の区域の槽上部には、粉体を導入する粉体導入口、液体を注液する注液口、及びフィルタ付きの大気連通管が、それぞれ、設けられ、
   他方の横断面積の小さい第２の区域には、槽内の液面を検出する液面検出器が設けられ、かつ外気と連通する貫通孔が、前記液面検出器で設定された高位液面より高い位置で槽側壁を貫通して設けられているとともに、溶解懸濁液の抜き出し口が設けられていることを特徴とする、粉体の溶解懸濁装置。
2. 注液口は、液体を四方に放射状に噴射する噴射ノズルを下端に有し、かつ噴射ノズルが前記液面検出器で設定された高位液面より上方に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の、粉体の溶解懸濁装置。
3. 粉体導入口は、注液口から槽内に注液された液体から粉体導入口を遮蔽する遮蔽板を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体の溶解縣濁装置。

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