JP7117073B2

JP7117073B2 - 粉体撹拌装置

Info

Publication number: JP7117073B2
Application number: JP2017252071A
Authority: JP
Inventors: 野明紀上
Original assignee: Earthtechnica Co Ltd
Current assignee: Earthtechnica Co Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019115899A

Description

本発明は、ガス供給下において粉体を撹拌する粉体撹拌装置に係り、とりわけ、撹拌槽内にガスを供給して、撹拌槽内の原料粉体を撹拌混合し、または湿式粒子を乾燥する粉体撹拌装置に関する。

従来、撹拌槽にガスを供給して、撹拌槽内の原料粉体を撹拌混合し、または湿式粒子を乾燥する粉体撹拌装置においては、撹拌造粒／乾燥等を行う撹拌槽の上方にバグフィルタを設けて、原料粉体の機外への飛散を防止している（例えば、特許文献１の段落［００２５］や図１等における通気可能な濾材２３、特許文献２の段落［００２３］や図１等におけるバグフィルタ３）。

これら粉体撹拌装置においては、原料粉体を撹拌槽内に投入し、槽内を外部雰囲気と隔離した気密状態として、槽内に熱風、乾燥空気、冷風、不活性ガス（例えば窒素ガス）等を供給して、原料粉体の撹拌混合、湿式造粒、乾燥等を行い、造粒や乾燥が終了し、目的の粉体製品を製造後、撹拌槽を開放して製品を回収しており（バッチ処理）、撹拌装置の運転中、撹拌槽内にガスを供給するとともに、撹拌槽の上方に配置したバグフィルタを介して撹拌槽内を連続して吸引（吸気）している。

ここで、粉体撹拌装置のバッチ処理における運転時間は比較的長いところ、上記のとおり、バグフィルタを介して連続して吸気しているため、バグフィルタには粉体が溜まりやすく、高圧空気等を使用した逆洗や振動等による、付着した粉体の除去やフィルタの交換が必要であった。

しかし、フィルタに付着した粉体の除去を行うと、フィルタを構成する繊維や樹脂が粉体とともに撹拌槽内に剥離落下して、粉体製品にとっての異物（コンタミ）となり、粉体製品の品質低下の原因となり、また撹拌装置の長期間の運転停止が必要であり、稼働率が低下し、さらにフィルタの交換を行うと、さらに費用が増大するなどの問題があった。

特開２００１－９２５１号公報特開２０１２－１１７７０９号公報

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであって、粉体撹拌装置に設けられた粉体分離装置のフィルタに付着する粉体の量を減少させて、フィルタからの粉体の除去回数の減少ないしフィルタ交換回数の減少等により、稼働率の向上を図るとともに、粉体製品の品質の向上を実現する粉体撹拌装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ガス供給下において粉体を撹拌するための粉体撹拌装置であって、その内部で粉体が撹拌される撹拌槽と、前記撹拌槽から排出された固気混合体から粉体を分離してガスを通過させる粉体分離装置と、を備え、前記粉体分離装置は、サイクロン方式の第一の粉体分離器と、前記第一の粉体分離器の下流側に配置されたフィルタ方式の第二の粉体分離器と、を有する、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記粉体分離装置は、前記第一の粉体分離器によって分離された粉体を貯留するための貯留部を有する、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記貯留部に貯留された粉体を前記撹拌槽の内部に戻すための粉体戻し手段を有する、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記貯留部は、前記撹拌槽の上方に配置されており、前記粉体戻し手段は、前記貯留部の底部を開閉可能とするための開閉機構を含む、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記開閉機構は、その開放状態と封止状態とを切り替えるためのリンク機構を有する、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様は、第４の態様において、前記開閉機構は、その封止部分を封止方向に付勢するためのスプリングを有する、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様は、第２乃至第６のいずれかの態様において、前記粉体分離装置は、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して排出するための粉体吸引手段を有する、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記粉体吸引手段は、前記貯留部に向けて開口する吸引ノズルと、前記吸引ノズルによって前記貯留部から吸引された粉体を排出するための粉体輸送管と、を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、造粒／乾燥等のための粉体撹拌装置に備えられた粉体分離装置のフィルタに付着する粉体の量を減少させて、フィルタからの粉体の除去回数の減少ないしフィルタ交換回数の減少等により、粉体撹拌装置の稼働率の向上および粉体製品の品質の向上を実現することができる。

本発明に係る粉体撹拌装置の一実施形態の概略構成を示す図である。本発明に係る粉体撹拌装置の一実施形態における粉体分離装置の概略構成を示す図である。図２における断面Ａ－Ａを示す断面図である。第一の粉体分離器６の貯留部１７に積層した粉体の吸引系の変形例の概略構成を示す図である。図４における断面Ｂ－Ｂを示す断面図である。本発明の一実施形態における開閉機構を説明するための図であり、（ａ）は側方から見た図、（ｂ）は上方から見た図である。本発明の一実施形態における開閉機構の他の例を説明するための図である。

以下、本発明に係る粉体撹拌装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１に示したように、粉体撹拌装置１は、気密構造の撹拌槽２と、撹拌槽２の下部中央部に配置され、撹拌槽２の下方に配置された駆動装置（図示省略）により回転軸（図示省略）を介して回転駆動され、撹拌槽２内に原料供給口２４より投入された粉体を撹拌するための回転翼３と、撹拌槽２の下部外周部における回転翼３の上方に配置され、混合時の粉体の分散性向上または造粒時の整粒のために外部に配置されたチョッパ駆動機構２９により回転するチョッパ（破砕）羽根４と、を備えている。

撹拌槽２内に、上部の原料供給口２４から原料である粉体を投入後、原料供給口２４を封鎖して撹拌槽２内を気密状態とした後、ガス供給系２８により撹拌槽２内にガスを供給しつつ、回転翼３およびチョッパ羽根４を回転させて粉体を撹拌混合し、または湿式粒体を乾燥させる。粉体撹拌装置１の運転が終了した後、粉体製品は、製品排出口を開放して外部へ取り出される。

撹拌槽２内のガスを排出（排気）するために、真空ポンプ８に接続されたガス排出口１６が撹拌槽２の上方に配設されている。真空ポンプ８で吸引することにより、撹拌槽２内が減圧され、乾燥が促進される。

ここで、撹拌槽２内から真空ポンプ８により吸引されるガスは、粉体が含まれる固気混合体（粉体とガスとの混合体）であるため、製品収率向上と粉体の真空ポンプ８への流入を防止するために、撹拌槽２とガス排出口１６との間には、粉体分離装置５が配設されている。

粉体分離装置５は、撹拌槽２の直上に配置される第一の粉体分離器６および第一の粉体分離器６の上方に配置される第二の粉体分離器７を備えている。第一の粉体分離器６と第二の粉体分離器７とは、互いに分離原理が異なるものである。具体的には、第一の粉体分離器６はサイクロン方式であり、第二の粉体分離器７はフィルタ方式である。

撹拌槽２から排出された固気混合体は、先ず、第一の粉体分離器６に導入され、第一の粉体分離器６により粉体が分離される。

次に、第一の粉体分離器６により粉体が分離された分離後ガス（ガス中には、粉体がまだ残留しており、厳密には固気混合体となっているので、以下、第二の粉体分離器７に導入するガスを固気混合体ということがある。）を第二の粉体分離器７に導入し、分離後ガス（固気混合体）から、残留した粉体をさらに分離する。

このように、本実施形態による粉体撹拌装置においては、２段階の粉体分離を行う構成とし、固気混合体からの粉体の分離性能の向上を図っている。

以下、本実施形態に係る粉体分離装置について、図１乃至図３を参照して、さらに詳細に説明する。

図１および図２に示したように、第一の粉体分離器６は、上部外周部に配置されたガス導入部９を有する截頭逆略円錐管形状の管体１２と、管体１２の外方に配置されて撹拌槽２内のガスを撹拌槽２内からガス導入部に向けて流すためのガス導入流路１３を備えている。

ガス導入流路１３は、内筒２５と外筒２６とにより囲まれた空間で形成され、ガス導入部９は、円周方向に均等間隔で３箇所に配置され、ガス導入部９の水平面における固気混合体の流入方向が管体１２内で旋回流を発生するように、管体１２の中心方向に対して傾斜を有するように構成されている（図３参照）。

ガス導入部９から管体１２内に流入した固気混合体は、管体１２内をらせん状に下方に向かって流れ、粉体は、重力ないし慣性力により、管体１２の下部に形成された下部開口部１０から下方に落下する一方、ガスは、真空ポンプによる吸引力により、外周面に近い領域でらせん状の旋回流であり、中心部において上昇流が形成され、上方に向かって流れ、管体１２の天井部（上部）中央部に配設した円筒ダクト形状の上部流出部１１から流出する。上部流出部１１から流出した分離後ガスは、まだ粉体の一部が残留している固気混合体の状態となっているが、大部分の粉体は第一の粉体分離器６により分離されている。

なお、ガス流入部９は、３箇所に限定されるものではなく、ガスの吸引流量や粉体の分離性能等に応じて適宜な数（例えば１ないし数個）が選定される。

第二の粉体分離器７においては、円筒形状のケーシング１５内に1本から数本のバグフィルタ１４が配置されており、さらに、第一の粉体分離器６と第二の粉体分離器７の間には、中間室２２が設けられている。第一の粉体分離器６の管体１２の上部流出部１１から中間室２２に流入した固気混合体は、バグフィルタ１４により粉体がさらに分離除去され、ケーシング１５の上部に配置されたガス排出口１６から排出するように構成されている。

管体１２の上部流出部１１から流出した固気混合体は、比較的容積の大きな中間室２２内において、流速の低下および固気混合体の均質化が行われ、中間室２２から各バグフィルタ１４に均等に流入し、粉体がバグフィルタ１４に付着することにより除去されたガスが、上部の排出口１６から排出される。

バグフィルタ１４による粉体の分離（捕集）は、濾滓濾過であるため、固気混合体からの粉体の濾過性能は高い一方、織布等のフィルタ内に粉体が付着堆積し、運転時間の経過に伴い、濾過性能が低下するため、濾過性能の回復や早期の交換等を行う必要がある。このため、従来、粉体撹拌装置の稼働率の低下等という問題があったが、本実施形態においては、バグフィルタ１４を使用した第二の粉体分離器７の前段に、バグフィルタを使用する第二の粉体分離器７とは分離原理が異なる第一の粉体分離器６を配置して、バグフィルタ１４による粉体の処理量を大幅に減少させたことにより、バグフィルタ１４の交換頻度や濾過性能の回復頻度を減少させ、粉体撹拌装置の稼働率を大幅に増加させることができる。

また、第一の粉体分離器６は、管体１２の下部開口部１０の下方に、下部開口部１０から排出された粉体を貯留するための貯留部１７を備えている。

また、第一の粉体分離器６は、貯留部１７の下部に、貯留された粉体を下方に排出する開閉機構（粉体戻し手段）２１を備え、開閉機構２１を開放することにより、貯留部１７に積層した粉体を撹拌槽２内に戻すように構成されている。

ガス導入流路１３を経由してガスに随伴して撹拌槽２から管体１２に導入した粉体は、製品となるべき原料としての粉体であるため、外部に排出せずに原料として再度撹拌槽２内に戻すことにより、粉体製品の収率向上を図ることができる。

そこで、粉体撹拌装置１のバッチ運転の途中に適宜運転を中断し、または運転中に適宜、開閉機構２１を開放し、貯留部１７に積層した粉体を撹拌槽２に戻すことができるように構成されている。

第一の粉体分離器６は、さらに、貯留部１７に積層した粉体を吸引して除去する粉体吸引系１８を備えている。バグフィルタ１４の逆洗、振動等により剥離したフィルタ材が、貯留部１７に積層した粉体に混入しているような場合には、粉体吸引系１８によって粉体を回収する。

粉体吸引系１８の一例は、図１、２に示されるように、管体１２の下部開口部１０の下方に配置された吸引ノズル２３（粉体吸引手段）を先端に有し、内筒２５、ガス導入流路１３、外筒２６を略水平方向に貫通する粉体輸送管（粉体吸引手段）２０を備え、貯留部１７に積層した粉体を粉体輸送管２０を介して吸引して外部に排出する。これにより、粉体撹拌装置１を使用したバッチ運転終了後、次の原料を撹拌槽２内に供給する前に、粉体分離装置５の内部を分解ないし開放して清掃することなく、粉体吸引系１８により簡易かつ短時間で貯留部１７に積層した粉体を除去することができ、粉体撹拌装置１の稼働率が向上する。

なお、粉体吸引系１８の他の例（変形例）として、粉体吸引系１８が、粉体輸送管２０に代わって、図４、５に示されるように、管体１２の下部開口部１０の下方に配置された吸引ノズル２３を先端に有し、下部開口部１０、管体１２の中央部、上部流出部１１を通過し、中間室２２内において略水平方向に方向を変えて外方へ向かうように配置された中央部粉体輸送管１９を備える構成としてもよい。

この粉体吸引系１８の変形例においては、中央部粉体輸送管１９により、下部開口部１０、管体１２の中央部、上部流出部１１、および中間室２２を経由して、貯留部１７に積層した粉体を外部に排出する。この変形例による粉体吸引系１８によっても、粉体撹拌装置１を使用したバッチ運転終了後、次の原料を撹拌槽２内に供給する前に、粉体分離装置５の内部を分解ないし開放して清掃することなく、粉体吸引系１８により簡易かつ短時間で貯留部１７に積層した粉体を除去することができ、粉体撹拌装置１の稼働率が向上する。

図４に示される粉体吸引系１８においては、管体１２の中央部に中央部粉体輸送管１９が存在することにより、中央部粉体輸送管１９まわりに下方下向きのらせん状の旋回ガス流が発生しやすくなり、粉体分離効果が高まることが期待できる。

開閉機構２１は、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、外筒２６の外側につながるリンク機構３０によって強制的にその開放状態と封止状態とを切り替える機構とすることができる。

他の方法としては、スプリングと圧力差によって開閉する方法がある。圧力差によって開閉する場合、図７に示したように、開閉機構２１のヒンジの支点３１にはスプリング３２を設け、開閉機構２１の封止部分を封止方向に付勢して内筒２５の下端開口部に押し付けている。

図７に示した構成においては、真空ポンプで吸引すると、撹拌槽２の内側より内筒２５の内部の方が圧力が低いので、スプリング３２で押しつける力と圧力差により、開閉機構２１は閉じた状態を保持する。

一方、フィルタの逆洗のように、粉体吸引系１８を使ってパルスエアを内筒２５の方に流すと、一瞬内筒２５の圧力が上がり、開閉機構２１が開き、吹き出すエアと共に、貯留部１７の粉が撹拌槽２内に戻る。

１粉体撹拌装置
２撹拌槽
３回転翼
４チョッパ羽根
５粉体分離装置
６第一の粉体分離器
７第二の粉体分離器
８真空ポンプ
９ガス導入部
１０下部開口部
１１上部流出部
１２管体
１３ガス導入流路
１４バグフィルタ
１５ケーシング
１６ガス排出口
１７貯留部
１８粉体吸引系
１９中央部粉体輸送管
２０粉体輸送管（粉体吸引手段）
２１開閉機構（粉体戻し手段）
２２中間室
２３吸引ノズル（粉体吸引手段）
２４原料供給口
２５内筒
２６外筒
２７製品排出口
２８ガス供給系
２９チョッパ駆動装置
３０リンク機構
３１開閉機構の支点
３２スプリング

Claims

ガス供給下において粉体を撹拌するための粉体撹拌装置であって、
その内部で粉体が撹拌される撹拌槽と、
前記撹拌槽から排出された固気混合体から粉体を分離してガスを通過させる粉体分離装置と、を備え、
前記粉体分離装置は、サイクロン方式の第一の粉体分離器と、前記第一の粉体分離器の下流側に配置されたフィルタ方式の第二の粉体分離器と、を有し、
前記第一の粉体分離器は、前記撹拌槽の上に設けられており、
前記第二の粉体分離器は、前記第一の粉体分離器の上に前記第一の粉体分離器と一体に設けられており、
前記粉体分離装置は、前記第一の粉体分離器によって分離された粉体を貯留するための貯留部と、前記貯留部に貯留された粉体を吸引して排出するための粉体吸引手段と、を有する、粉体撹拌装置。
前記貯留部に貯留された粉体を前記撹拌槽の内部に戻すための粉体戻し手段を有する、請求項１記載の粉体撹拌装置。
前記貯留部は、前記撹拌槽の上方に配置されており、
前記粉体戻し手段は、前記貯留部の底部を開閉可能とするための開閉機構を含む、請求項２記載の粉体撹拌装置。
前記開閉機構は、その開放状態と封止状態とを切り替えるためのリンク機構を有する、請求項３記載の粉体撹拌装置。
前記開閉機構は、その封止部分を封止方向に付勢するためのスプリングを有する、請求項３記載の粉体撹拌装置。
前記粉体吸引手段は、
前記貯留部に向けて開口する吸引ノズルと、
前記吸引ノズルによって前記貯留部から吸引された粉体を排出するための粉体輸送管と、を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の粉体撹拌装置。