JP3969771B2 - 液体サイクロンおよび液体サイクロンを用いた分離方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は旋回力と上昇流体の作用によって原料スラリーを微粉スラリーと粗粉スラリーに分離する液体サイクロン，および，液体サイクロンを用いた分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，粉体を微粉と粗粉に分離する場合はサイクロンが多く用いられている。
このサイクロンは，通常，上面に天井を有する円筒部とこの円筒部の下に続く逆円錐筒部からなっており，円筒部の上部側面に原料スラリー投入口，上部に微粉スラリー排出口を備え，下端部に粗粉スラリー排出口を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
液体サイクロンを用いて粒度分布のある粉体を微粉と粗粉に分離する場合は，所定の粒度以下の微粉のみを粗粉から効率良く分離したいが，従来は１段の通常のサイクロンを用いて行っていたので，必ずしも効率の良い分離が行われていなかった。
すなわち，所定の粒度以下の微粉もかなり，粗粉と共に粗粉排出口から排出されると共に，所定の粒度以上の粗粉も少し，微粉と共に微粉排出口から排出されていた。
本発明は微粉と粗粉をより確実に分離し得ることを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，このような課題を解決するために，液体サイクロンを，上部側面に原料スラリー投入口と上部に微粉スラリー排出口を備えた上段サイクロンの下端粗粉スラリー排出口と，上部側面にブローアップ用の流体投入口を備え下端に粗粉スラリーの排出口を備えた下段サイクロンの天井中央部に設けた口を直接連結して２段サイクロンとした。
また，この２段サイクロンの構造に加えて，下段サイクロンの天井中央部に設けた口の下に上側に頂点を有する円錐状の障害物を取付けるようにもした。
この場合，円錐状の障害物は，下段サイクロンの天井部に対して固定しておくこともできるし，上下方向に位置調整可能に取付けることもできる。
そして，このような構造の２段サイクロンを用いて，分級性能を向上させ，粉体を微粉と粗粉に効率良く分離するようにした。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明の１実施例を示す縦断面図および平面図である。
図１，図２において，１は上面に天井１ａを有する円筒部１ｂとこの円筒部１ｂの下に続く逆円錐筒部１ｃからなる上段のサイクロンで，上段のサイクロン１は円筒部１ｂ内の上部に水平な仕切板１ｄと仕切板１ｄの軸心部にある垂直状の筒部１ｅを有している。
２は円筒部１ｂの上部側面で仕切板１ｄのすぐ下に接線状に設けた原料スラリー投入口，３は円筒部１ｂの上部に設けた微粉スラリー排出口である。微粉スラリー排出口３は，図示したように，天井のすぐ下の円筒部１ｂの側面に接線状に設けても良く，天井の中心部に垂直状に設けても良い。
【０００６】
上段のサイクロン１の逆円錐筒部１ｃの下端部である粗粉スラリー排出口４の下には，下段のサイクロン５の天井５ａの中心部の口５ｄに直接または短い管を介して連結し，２段サイクロンを形成した。
下段のサイクロン５の上部円筒部５ｂの上部側面には，ブローアップ用の流体投入口６を接線状に設け，円筒部５ｂの下に続いている逆円錐筒部５ｃの下端軸心部には粗粉スラリー排出口７を垂直状態に設けた。ブローアップ用の流体投入口６からは，水等の流体を投入する。
【０００７】
下段サイクロン５の天井５ａ中央部に設けた口５ｄの下には，上側に頂点を有する円錐状の障害物８を配置した。口５ｄの直径は例えば円筒部５ｂの直径の例えば１／５〜１／３とした。
障害物８は，下段サイクロン５の天井５ａ部に対して，固定して取付けることもできるし，上下方向に位置調整可能に取付けることもできる。
障害物８を天井５ａに取付ける場合は，例えば障害物８の円周面下部から円周に等間隔で配して斜め上方に伸ばして設けた３本の比較的に細い支持部材によって天井５ａに取付ける。
【０００８】
障害物８を天井５ａに対して上下方向に位置調整可能に取付ける場合は，口５ｄの外周の天井５ａに垂直に取付けたボルトとナットからなる３個の位置調整用の部材の下端部を障害物８の底面より幾分外に伸ばした部材にそれぞれ固定して取付ける。障害物８は円筒部５ｂの周壁部から操作して上下方向に位置を調整するようにすることもできる。
【０００９】
１実施例として示した本発明装置を用いる場合は，原料スラリー投入口２より原料スラリーを投入すると共に，流体投入口６より水を投入する。投入する水の量は原料スラリーの投入量の例えば１０〜３０％とした。
原料スラリー投入口２から投入された原料スラリーは旋回作用により微粉は粗粉より分離し，筒部１ｅ内を上昇し，微粉スラリー排出口３より排出される。粗粉スラリーは逆円錐筒部１ｃの内周壁面に沿って下降し，粗粉スラリー排出口４や口５ｄを通り，ブローダウンスラリーとして下段サイクロン５に入る。
【００１０】
下段サイクロン５では，粗粉は障害物８の外周斜面に沿って下降し，流体投入口６より投入された水と共に，粗粉スラリー排出口７より排出される。
この場合，流体投入口６より投入された水の一部は口５ｄを通って上段サイクロン１の中に入り，微粉をブローアップする。このことにより，ブローダウンするスラリーの中の微粉を分離し，上方より排出させる。
【００１１】
従来の１段のみの液体サイクロンでは、粗粉側スラリ−の中にブロ−ダウン流量比とほぼ等しい割合の微粉が混入するという欠点があったが、このように２段サイクロンにし流体投入口６より水等の液体を投入してブロ−ダウンとブロ−アップを同時に行い、障害物８の高さを適当に調整すると、粗粉側スラリ−中での微粉の混入を低減できた。
さらに、下段サイクロン５内に前記した障害物８等を設置し、障害物８の位置の高さを高くすることによって天井５ａと障害物８の間隔を狭くしてブロ−アップと併用したら、効果はさらに上がった。
【００１２】
【実験例】
実験装置として、図３に示したような回路の装置を用いた。
図３において、１０は本発明による上段サイクロン１と下段サイクロン５からなる２段サイクロンであり、１１は粉体供給用のスクリュフィ−ダ、１２はスラリ−槽、１３は原料スラリ−運搬用のポンプ、１４は原料スラリ−用の流量計、１５は圧力計、１６は水搬送用のポンプ、１７は水用の流量計、１８、１９はそれぞれ粗粉スラリ−用のサンプル採取槽と微粉スラリ−用のサンプル採取槽である。スラリ−槽１２にはスラリ−用のオ−バ−フロ−管を設けた。
試料粉体としては、平均粒子径２０μｍ、真密度２．２ｇ／ｃｍ³ のシリカを用い、溶媒には水を用いた。
【００１３】
スラリー槽１２で５ｗｔ％に調整した原料スラリーをポンプ１３によって原料スラリー投入口２より上段サイクロン１に供給し，ブローアップを行う場合は，下段サイクロン５の流体投入口６に水を圧力するようにした。２段サイクロン１０で粉体は分級され，粗粉スラリーは排出口７よりブローダウンスラリーとして流出し，微粉スラリーは上部の微粉スラリー排出口より流出して，それぞれサンプル採取槽１９，１８に入る。
例えば，運転開始後，約２０分経過して定常状態に達した後，サンプル採取槽１８，１９で各スラリーをサンプリングし，捕集重量および粒度分布を測定した。捕集重量は得られたサンプルを濾過，乾燥して測定し，粒度分布は遠心沈降式・粒度分布測定装置を用いて測定した。
【００１４】
以上の操作をブローアップ流量および円錐状の障害物８の位置を変化させて行った。原料スラリーを一定の５ｗｔ％に保つために，ブローアップによって希釈されたスラリーの濃度の調整は，スクリュフィーダ１１を用いて行った。ポンプ１３の流量の変化を防ぐために，スラリー槽は一定水位を保つ構造，すなわち，オーバーフロー構造にした。
本分級装置の性能は，式（１）によって算出される部分分離効率によって評価した。
【００１５】
【数１】

【００１６】
ここで，Δηは部分分離効率，ｍ_A は粗粉の重量［ｇ］，ｍ_B は微粉の重量［ｇ］，ｆ_A （Ｄ_P ）はある粒径Ｄ_P における粗粉の頻度［１／μｍ］，ｆ_B （Ｄ_P ）はある粒径Ｄ_P における微粉の頻度［１／μｍ］を示す。
【００１７】
図３に示す本発明の２段サイクロン１０の代りに上段サイクロン１と同じ形と寸法の従来公知のサイクロンを用い，ブローダウンのみを行った場合の部分分離効率曲線を図４に示す。以後，図中に示すブローダウン（Ｂ．Ｄ．）およびブローアップ（Ｂ．Ｕ．）の比率は，それぞれ全流入量に対する比率とする。前記したように，微粉領域での効率がブローダウン流量比に漸近している。また，本実験結果は同寸法比・同内径の標準型液体サイクロンにおける効率とほぼ等しい値を示している。
【００１８】
本発明の２段サイクロン１０を用いた図３に示す装置において、ブロ−ダウン１０％とブロ−ダウン２０％でブロ−アップを行った場合の部分分離効率曲線を図５と図６に示す。ブロ−ダウン１０％（図５）と２０％（図６）のいずれの条件でも、ブロ−アップ流量が増加するにつれて、部分分離効率曲線の分離径が粗粉側へ移動した。また、微粉領域の部分分離効率が低下した。これらの原因は、サイクロン中心部での上昇流流速が増加すること、および、下段サイクロン５に流入する原液量が減少したために生じたものである。ただし、過剰なブロ−アップは、スラリ−のブロ−ダウン側への移動を妨害するため、ブロ−ダウン流量に応じたブロ−アップ比率の上限値がある。
【００１９】
次に、ブロ−アップおよびブロ−ダウン流量を固定して円錐形状の障害物８の高さを移動させた。この場合の部分分離効率曲線を図７と図８に示す。図７はブロ−アップ１８．５％、図８はブロ−アップ２７．０％の場合を示す。図７、図８中の間隔ｈは、円錐状の障害物８の下端と下段サイクロン５の天井５ａとの間の寸法を示している。なお、口５ｄは直径１０ｍｍとし、障害物８は直径８ｍｍ、高さ１２ｍｍとした。
間隔ｈを狭めるにつれて分離径が若干粗粉側へ移動し、さらに、ブロ−ダウンスラリ−中の微粉の含有率が０％に近づいた。特に、図７の間隔ｈが３ｍｍの場合は、かなりシャ−プな曲線が得られている。これは、円錐状の障害物８を上げることによって口５ｄの面積が狭まり、上段サイクロン１からのスラリ−の流入量が低減したためである。
【００２０】
図８に示すように，ブローダウン率（２０％）以上のブローアップ（２７．０％）を行った場合は，間隔ｈを狭めるにつれて分離径は粗粉側へ大きく移動したが，粗粉領域での分離性能は悪化した。これは，障害物８と天井５ａ部の隙間においてブローアップによる吹上げ流速が強められ，そこで捕集されるべき粗粉までも吹上げられてしまったためだと考えられる。
【００２１】
以上のことからして、次のようなことがわかる。
（１）２段サイクロンにして、上段サイクロン下部よりブロ−アップを行うと、分離径の移動および粗粉側へ混入する微粉の低減が可能となる。さらに、その効果はブロ−アップ流量が増加するにつれて大きくなる。
（２）円錐状の障害物８を設置し、ブロ−アップと併用して障害物８とサイクロンの天井との間隔ｈを狭めることで、さらに粗粉側への微粉の混入を防ぐことができる。
（３）円錐状の障害物８を設置していない２段サイクロン１０を用いる場合は、ブロ−アップはブロ−ダウンより若干少なくするのが良いと判断される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明においては，特許請求の範囲に記載したような構造にした液体サイクロンにし，また，この液体サイクロンを用いて粉体を分離するようにしたので，分級性能を向上させ，微粉と粗粉を効率良く，確実容易に分離することができる。すなわち，２段サイクロンにし，上段サイクロンの下部よりブローアップを行うことによって，分離径の移動および粗粉側へ混入する微粉の低減を図ることができる。
【００２３】
また，下段サイクロンの上部に円錐状の障害物を設置し，ブローアップと併用して，障害物と下段サイクロンの天井との間の間隔を狭めることで，さらに粗粉側への微粉の混入を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２段サイクロンの１実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す２段サイクロンの平面図である。
【図３】本発明の２段サイクロンを用いた分離装置の１例を示す回路図である。
【図４】従来のサイクロンを用いて実験した場合の粒子径と部分分離効率の関係の１例を示す線図である。
【図５】本発明の２段サイクロンを用いて実験した場合の粒子径と部分分離効率の関係の１例を示す線図である。
【図６】図５に示すものから条件を変えて実験した場合の粒子径と部分分離効率の関係の１例を示す線図である。
【図７】下段サイクロンに障害物を設置して実験した場合の粒子径と部分分離効率の関係の１例を示す線図である。
【図８】図７に示すものから条件を変えて実験した場合の粒子径と部分分離効率の関係の１例を示す線図である。
【符号の説明】
１ 上段サイクロン
１ａ，５ａ 天井
１ｂ，５ｂ 円筒部
１ｃ，５ｃ 逆円錐筒部
２ 原料スラリー投入口
３ 微粉スラリー排出口
４ 粗粉スラリー排出口
５ 下段サイクロン
５ｄ 口
６ 流体投入口
７ 粗粉スラリー排出口
８，９ 障害物
１０ ２段サイクロン
１１ スクリュフィーダ
１２ スラリー槽
１３，１６ ポンプ
１４，１７ 流量計
１５ 圧力計
１８，１９ サンプル採取槽

Claims (6)

1. 上部側面に原料スラリー投入口と上部に微粉スラリー排出口を備えた上段サイクロンの下端粗粉スラリー排出口の下に，上部側面にブローアップ用の流体投入口を備え下端に粗粉スラリー排出口を備えた下段サイクロンの天井中央部に設けた口を直接連結して２段サイクロンを形成した液体サイクロン。
2. 下段サイクロンの天井中央部に設けた口の下に上側に頂点を有する円錐状の障害物を取付けた特許請求の範囲請求項１記載の液体サイクロン。
3. 円錐状の障害物を下段サイクロンの天井部に固定して取付けた特許請求の範囲請求項１または請求項２記載の液体サイクロン。
4. 円錐状の障害物を下段サイクロンの天井部に対して上下方向に位置調整可能に取付けた特許請求の範囲請求項１または請求項２記載の液体サイクロン。
5. 上部側面に原料スラリー投入口と上部に微粉スラリー排出口を備えた上段サイクロンの下端粗粉スラリー排出口の下に，上部側面にブローアップ用の流体投入口を備え下端に粗粉スラリーの排出口を備えた下段サイクロンの天井中央部に設けた口を直接連結した２段サイクロンを用いて，原料スラリー投入口から原料スラリーを投入し，流体投入口より流体を投入して，上段サイクロンから下段サイクロンへのブローダウンに加えて下段サイクロンから上段サイクロンへのブローアップを行わせて分離作用を行うようにした液体サイクロンを用いた分離方法。
6. 下段サイクロンの天井中央部に設けた口の下に上側に頂点を有する円錐状の障害物を取付けた２段サイクロンを用いて分離作用を行うようにした特許請求の範囲請求項５記載の液体サイクロンを用いた分離方法。

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