JPH0622664B2

JPH0622664B2 - 回分式粉体混合機

Info

Publication number: JPH0622664B2
Application number: JP62148675A
Authority: JP
Inventors: 克巳吉田; 精治明木
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: KR890000144A; KR910002523B1; JPS63156527A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は窯素原料、窯素製品、化学原料、薬品、プラス
チック、あるいは食料品、顔染料、飼料等各種の粉粒体
（以下、粉体と略す）を極めて短時間内に均一に混合す
る高速混合機に関するものである。

［従来の技術］二種以上の粉体を混合するための混合機の分類は、操作
面から連続式と回分式に分けられる。また、その構造か
ら容器回転型と容器固定型に分けられる。さらに、かく
はん方法によって分類すると、機械的かくはんによるも
の、気流かくはんによるもの、及び両者を併用した複合
かくはんによるものに分けられる。

通常の分類は、かくはん方式によって分類されることが
多く、機械的かくはんによるものとしては、スクリュー
型、復軸バグ型、複型スクリュー型、リボン型、高速か
くはん翼型及びマラー型などの混合機がよく知られてい
る。

気流かくはんによるものとしては、混合槽底部に多数取
付けてある空気ノズルからラセン状の気流が噴出するか
又は織布ないしは多孔質のセラミック板から噴出する型
式の混合機が、セメント工業において原料粉末の混合に
広く採用されており、サイロブレンダーとしてよく知ら
れている。

複合かくはんによるものとしては多段かくはんつきの逆
円錐型混合機がよく知られている。

いずれも、これら粉体混合機は二種以上の粉体を目標の
組成比率にできるだけ正確に混ぜ合せ（以下，比率精度
と略す）、さらにその粉体をかきまぜて個々の粉粒子を
分散して部分的な組成むら、いわゆる混合むら（以下，
混合度と略す）の少ない粉体製品を出来るだけ少ない動
力と時間で得ようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］二種以上の粉体を均一に混合する混合機は、連続式の方
式が好ましいが、この方式では混合機内の粉体のショー
トパスを絶無にすること、原料を一定流量に確保するこ
と、および混合組成の連続測定などに技術的な難点があ
るため混合の比率精度が悪く、実用的な混合機はほとん
ど回分式で運転されている。

また、容器回転型は粉体のデット部分が少なく、排出も
容易であるため、比率精度の維持には優れているが、容
器の回転により混合と同時に均一混合をさまたげる分離
現象が起きるため、混合度に限界があること、および容
器回転に大きな動力がいることと、また大型化（スケー
ルアップ）が困難であるという欠点がある。

回分式−容器固定型の組合せが混合の比率精度及び混合
度さらにはスケールアップの点から好ましいことがいわ
れている。しかし混合動力が過大となるという問題点が
ある。即ち、特にスケールアップを行なって粉体の大量
混合に対処しようとする場合、過大な動力源が必要とな
るため、大型化が著しく困難になるという問題点があ
り、従来は小型サイズの混合機を並列に使用するか、比
率精度を犠牲にして気流かくはんかまたは連続式を選ば
ざるを得なかった。

つぎに、粉体の混合現象を粉体の流れによる混ざりまい
として考察してみると、粉体の部分的な乱流を起こしな
がら個々の粒子間相互の混ざりありを生じ、しかも大き
な流れで全体の均一化がなされると考えられる。この混
合現象は３つの作用−移動・拡散・せん断−に分けられ
る。移動とは粉体中の粒体群が全体として移動し混合す
る作用で、拡散とは接近した粒子間相互の分散によって
異種粒子が混合する作用と考えられる。せん断とは凝集
性の強い粉体の二次凝集塊の分散に必要であり、凝集力
による粉体粒子間の付着力を壊す作用を与えることと考
えられる。

優れた混合機とは、この移動・拡散・せん断作用の機構
がうまく組合さって、しかも動力費が少なく、大型化が
容易な装置であると言うことが出来る。しかし、従来の
粉体混合機はこれらを経済的に達成するものはみられな
かった。

以上の問題点の解決方法をまとめると，粉体デッドお
よび分離現象の生じない容器固定方法で，スケールア
ップの容易な簡単な構造，必要動力が少なく，回分
式の特徴を生かした高精度な比率精度及び混合度を達成
し，混合時間が短く（混合時間が短いほど連続式の好
しい特徴に近づく），アウトプットの大きい混合機の
開発が要望されていた。

第１表に混合機の形式とその特徴を表す表を示す。な
お、後述する本願の装置の特徴も並記した。

［問題点を解決するための手段］本発明者らは、これらの問題点を解決するため、鋭意研
究した結果、粉体を気流かくはんによって流動層化し、
その気流を供給する給気板の上に機械的なかくはんを付
加した複合かくはんを回分式固定型の混合機に付し、こ
れによって移動・拡散・せん断作用の良好な組合わせが
実現することを見出して本発明を完成し、回分式−固定
型の単一機で経済的な大量混合がえられるようになっ
た。

すなわち、本発明の回分式粉体混合機は、混合用の槽体
と、その槽体内を上側の混合室と下側の気体室とに区画
する給気板と、その槽体の混合室部に設けられた原料の
導入口（送入口）及び混合物の排出口と、その混合室内
に配置された駆動装置によって回転されるかくはん翼
と、前記気体室に接続された気体送給装置とを備え、２
種以上の粉体を混合室内で混合する回分式粉体混合機に
関する。

本発明の回分式粉体混合機では、前記給気板は傾斜され
ている。

前記槽体は、該給気板の傾斜方向に沿う第１の中心軸に
対しては線対称な平面形状であり、該第１の中心軸と垂
直で且つ水平方向に延在する第２の中心軸を挟んで非対
称な平面形状である。

しかも、該槽体は、該第２の中心軸を挟んで２分される
給気板が低位となっている低位側と給気板が高位となっ
ている高位側との平面積を比べた場合に、該低位側の方
が該高位側よりも平面積が小さくなっている。

さらに、本発明の回分式粉体混合機は、該槽体内の混合
粉体を取り出すための排出口が該低位側に設けられてい
るものである。

混合室の粉体は、給気板より噴出する気流により移動お
よび拡散がなされる。またかくはん翼は、回転面が給気
板の面とほぼ一致する方向に設けられ、粉体に強いせん
断力と、移動の援助（給気による粉体の流れに変動を与
え、より混合度をあげて混合時間を短縮する）を与え、
混合度の良好な粉体の混合製品を生産する装置が得られ
た。また回分式であるため、そのバッチ毎に高精度の秤
量機で原料を計量するので比率精度も高い水準に維持さ
れた。

この装置は、容器の底面全面が給気板であるため、粉
体のデットおよび分離現象がなく，容器が固定式であ
り、そのままスケールアップによる大型化が容易であ
り，動力も給気用の気体送給装置（ブロアーなど）お
よびかくはん翼用のモーターでよく、そのかくはん翼も
これまでの機械かくはんと異なり、流動している粉体を
かくはんするのでその動力消費は単に粉体をかくはんす
る従来方法の約1/10〜1/30程度である。また回分式で
あるため、混合の比率精度が良くしかも混合度の良い混
合物が得られ，実験の結果、混合時間が極く短時間
(１〜３分間)でよいことがわかり、生産性が高く連続方
式の混合機同様のスタート即生産が実施できること，さ
らにアウトプットは、従来と同じ混合室体積で数倍か
ら約２０倍の値が得られ、前述の問題点を解決した混合
機が得られた。

これらの特徴を従来のそれと比較して表１に示す。

さらには、実操業の結果、混合室自体が空に近い容器で
あるため、混合機自体が混合製品を貯えておく製品貯蔵
容器の役目を持ち、従来の混合機の後行程に必ず必要で
あった貯蔵容器を小さく又は省略することが出来ること
もわかった。

［作用］本発明の装置における混合作用を詳細に説明すると、混
合室内に送入された粉体が、給気板から吹き上げられる
気流によって流動化すると同時に、その流動化によって
軽量となった粉体群は傾斜面上位側に持ち上げられて上
方へ移動する。傾斜下位側からはこの傾斜上位側の下側
へ潜り込むように粉体が移動し、対流的なかくはんがな
され、これにより粉体全体の移動・拡散が行われる。こ
の際に、粉体群はかくはん翼の回転により強いせん断作
用を受けると共に、粉体群の上下粒と交錯する複雑な変
動をともなうせん回流を与えられ、粉流群全体として移
動・拡散・せん断作用が充分に行きわたり、非常に高能
率の混合が短時間に可能となる。

以下、その作用を第１図，第２図，第３図および第４図
を参照してさらに詳細に説明する。

第１図は本発明に係る混合機の基本構成を示す図であ
る。第１図において、１は多角形の竪型の固定混合槽
で、その混合室断面は一例として第２図に示すようにＸ
軸に関して対称、Ｙ軸に関して非対称をなし、(A)部の
面積が(B)部の面積よりも小さいものである。２は給気
板であり、混合室の底部に設け、その表面形状は前記混
合室の断面と同じである。その給気板は多孔質のセラミ
ック板，通気性の織布，ハニカム板、又は小ノズルの集
まりからなり、排出口３に向かって水平面から１〜20
度、好ましくは水平面３〜12度の勾配を有する。凝集性
のない粉体はこの勾配が１度，凝集性の大きい粉体は20
度とするが多くの粉体は３〜12度である。流動化用の気
体は通常空気を用い、空気が給気用送風機４から送気管
５を経て混合槽１の最下部の気密の空室６へ押込まれ
る。７はかくはん翼で櫂形、もしくはタービン形を用
い、回転面が給気板と平行にかつ粉体の特性にあった距
離をあけて槽底のほぼ中央に設置される。この回転翼の
駆動は槽底板1b及び給気板２をつらぬきシールされた軸
受7a及び7bを介して外部からかくはん翼駆動用の電動機
８によって行なわれる。その回転数は、その翼の周速が
0.6〜20ｍ/sec好ましくは３〜10ｍ/secが適当である。
0.6ｍ/sec以下ではかくはん・せん断力が不足となり、
又20ｍ/secを越えると駆動動力が過大となり、いずれも
経済的な混合からはずれる。

９は粉体原料送入シュートで、ここから正確に軽量され
た原料を送入する(実施例では固定混合槽に計量器を付
し送入物を秤量した)。10は送入用液体バルブ、11は混
合製品排出シュート、12は排出用粉体バルブ、13は集塵
機に導かれる排気管、14はその排気調節弁である。

つぎに、本装置の作動原理について第３図とともに説明
する。なお、第３図は混合室層内の給気気体の風速と粉
体の状態変化を示す一般図である。（引用：化学工業便
覧など）一般に、粉体を充填した粒子充填層の場合、下部から多
孔板を経て気体を流入させると、流速が比較的小さい間
は、粒子充填層は静止状態を保っており、気体は粒子の
空隙を流れ、その流速にほぼ比例して圧力損失が増大す
る(固定層)。流速をさらに増加すると、粒子層が静止状
態を保つことができなくなって気体にともなわれて運動
を始める。さらに流速を増加してゆくと粒子群の運動が
だんだん活発となり、あたかも液体が沸騰しているよう
に粒子が激しく各方面に移動・拡散しながら運動すると
ころのいわゆる流動状態が始まる。この流動状態が始ま
ると粒子層は空隙室が増加し、圧力はほぼ一定の値とな
り、流動層内の粒子組成は均一となる(流動層)。なお、
その後さらに流速を増し、流速が粒子の終端速度を越え
ると、層内の粒子は層から気流にのって外に飛び出し、
圧力損失がほとんどなくなる(逸脱現象)。

本発明は、この流動状態(流動層)を混合に利用するもの
で、第１図に示すように混合室の底部にもうけた多孔板
(給気板)２から通気して流動層を形成する。しかし、本
発明の給気板２は、勾配を有しており、このため流動状
態における粉体層の層厚さは位置により異なっている。
一方、給気板に通気するための気密空室６は充分な容積
を有しているので、給気板のあらゆる位置で給気板はほ
ぼ均一に保たれる。したがって、定常流動状態において
は、混合室の排出口側Ａと反対側の領域Ｂにおいては、
粉対の層厚さに差を生じるので混合室内の粉体は全体と
して第１図に示すように矢印Ｆのような対流循環運動を
生じる。

この対流循環運動は、本発明での混合室の断面面積が排
出口側Ａと反対側Ｂとで異なるため、流速が異なる。こ
の結果として、気泡の存在する上昇流では言うまでもな
く、下降流においても高速流れによる部分的な移動・拡
散が生じ、非常に高能率の混合が行なわれる。

さらに、本発明では、かくはん翼７が給気板に平行に配
置され、回転の中心が粉体の上下流と交差するように設
定されている。このかくはん翼は粉体の循環流と交錯し
複雑な変動をともなう回転流Ｇとなり、粉体の対流循環
に起きがちな渦（一種のデット部となり、分離現象を伴
って粉体組成が変わる）を消滅する作用を行なう。さら
にこのかくはん翼７の回転により、粉体に強いせん断作
用を与え、凝集性のある粉体でもその凝集塊を消滅させ
て、流動化し、全体として移動・拡散・せん断作用を十
分に粉体に与え、比率精度及び混合度共優れた混合製品
となる。

粉体は、あらかじめ設定した混合時間の後、バルブ12を
開くと、底面全体に敷設されている給気板の作用で、エ
アスライダー輸送機と同様の原理で、排出シュート11を
経て混合室1a内から短時間にかつ完全に排出される。

なお、排出された混合物は、実施例の第４図に示すよう
な排出ストック槽に入り、脱気され、混合製品となる。
この混合物のストック槽は混合室の排出口に接続し、混
合物の脱気と共に排出を円滑にし、極短時間で排出が行
えるものであり、混合装置の能力増大に大きく役立って
いる。

またさらには、重量検出器27、必要な箇所にレベル検出
器，圧力検出器及びタイーを付し、介分秤量・混合操作
を計算機制御し、自動化を行って、自動コントロールの
高能率の秤量型粉体混合機となる。

［実施例］第４図は本発明の実施態様の一例を示す全体構成図であ
る。第４図において、混合槽21は内容積15ｍ^３でありそ
の形状は第２図に示した如くその基底部形状が変則八角
形であって、その外縁にそって立設された側板により直
筒に形成される。混合槽21を密封する天井部は基底部と
同じ形状である。混合槽21内の下部には全面に織布（エ
ヤースライドコンベヤー用）からなる給気板22ａが敷設
されている。

さらに、図の槽21の左下部に、排出用粉体バルブ25ｂを
付帯する製品排出シュート25ａを設けてあり、給気板22
ａは排出口に向ってこの例では平面と７度の下り勾配を
有して固定されている。槽の最下部は気体室22ｂであ
り、送気管22ｃでもって給気送風機(能力15ｍ^３/min)26
と連結されている。

かくはん翼23は径1.5ｍの櫂形であり、その回転面が給
気板と平行にかつ粉体の特性により変更できる隔りをお
いて槽底の中央に配置されている。また、この駆動は、
底板及び給気板をつらぬき完全にシールされた軸23ａ及
び軸受23ｂを介して基底直下外部から竪型ギャードモー
タ24(減速機付，7.5kw)によって行なわれる。

混合槽21の天板部には、そのほぼ中央に、混合される粉
体原料の導入口として送入シュート15が開設され、この
送入シュート15には粉体原料のタンク16が短管17ａを介
して接続されている。なお、短管17ａの途中には、送入
用粉体バルブ17ｂ(ここではナイフゲートバルブ)が設け
られている。天板上には、排気口20ｂを付帯せる小型バ
ックフィルタ(ろ過面積0.5ｍ^２)20ａが設けられてい
る。さらに槽内を観察する開閉が容易な４個の点検窓19
が取り付けられてある。なお、粉体原料タンク16の設置
個数は任意であり、図示の個数に限定されない。

これら混合機の主要構成部全体は槽内粉体の質量計量用
のロードセル27の３点を介して混合物のストック槽30の
上に支持されている。

混合物のストック槽30は、混合物排出シュート25ａ，連
通管28を通じて混合室とつながっており、混合室21より
も容積のやや大きいものである。その内部は、下部に給
気板31が排出口35aへ向って下り勾配となるように設置
されており、エヤースライダー輸送ができるようになっ
ている。この給気板31の下側に空気室31ａが形成されて
いる。この空気室31ａには、送風機32が配管33を介して
接続されている。

ストック槽30の排出口35ａと反対側には連通管28が立設
されており、この導通管28は、混合槽21の上面に設けら
れた開口18を介して混合槽21内とストック槽30の内とを
連通し混合物製品の脱気を行なう。図の符号29ａは調節
用ダンパー、29ｂ及び35ｂは粉体用バルブを示す。ま
た、34は粉体のレベル計である。

つぎに、この実施例に係る混合機の作動を説明する。

粉体原料は、夫々の原料タンク16から粉体バルブ17ｂに
よって流体制御を受けて混合機への送入口15を通して混
合槽に送入される。この実施例では、混合される粉体原
料は個別に送入され、それぞれ槽内粉体の質量測計27例
えばロードセルで累積計量され、所定量の原料を送入す
る。なお、個別計量機を用いて所定量に計量した原料を
送入することもできる。

一方、槽の最下部は気体室22ｂへ送気管22ｃを経て給気
送風機26により空気(なお、空気以外の気体であっても
良い。)が押込まれる。この空気は給気板22ａを通じて
槽内に流れ、粉体原料の混合に用いられるが、これと共
にかくはん混合を終えた粉体を排出シュート25ａから短
時間にかつ完全に排出するためにも用いられる。この空
気が混合用に使用される場合には、連続的に送気しても
パルス状にしても良いが、この実施例では連続的に送気
している。

なお、混合用の給気は、給気板を通じるがこれ以外の場
所から直接ノズルをかいして槽内に吹き込み、混合効率
を援助する方法もある。

混合に際してかくはん翼23を回転させる。この実施例で
はくはん翼23は１個のみ設置されているが、その設置個
数は混合機の容量、能力によって複数個設けても良い。
さらに、このかくはん翼の回転速度は混合原料の粒径、
比重、凝集性等物性により最適回転速度が決められ、可
変速とすることもできるが、この実施例では混合セメン
トの製造に用いたため、実験のうえ一定回転速度(翼の
周速７ｍ/sec)を採用した。

本実施例でも、混合槽の断面を排出口側に狭くしている
ため、上昇流および下降流とも早い複雑な運動となる。
さらに、かくはん翼の効果も加わって、粒体の移動・拡
散・せん断作用が充分に与えられ、非常に高能率の混合
が行なわれる。混合を終えた粉体の製品は排出シュート
25ａから排出用粉体バルブ25ｂを開くことによって給気
板からの気体によりスライドされ0.5〜２分の短時間に
かつ完全に排出される。

この排出された粉体は配管28を経由して混合物ストック
槽30内に送り込まれる。ここで余分に含まれた気体が脱
気される。ストック槽30から製品の粉体を取り出するに
は、送風機32から空気を空気室31ａ内に導入し、給気板
31上をエアスライドさせて排出し取り出す。

この実施例では、混合槽21よりもやや容積の大きいスト
ックタンク30を設けてあり、混合を終えた粉体を混合室
から速やかに排出することによって、原料粉体の送入・
計量−混合−排出、ふたたび原料粉体の送入という操作
サイクルの所用時間を短縮し、混合機全体の能力を高め
ており、あたかも連続装置波の起動、停止が行なえる。

この装置を混合セメントの混合に用いた結果、送入・計
量80秒-混合60秒-排出40秒合計180 秒/サイクルを示
し、200t/hの生産能力であり、混合室内に粉体の残留は
認められなかった。その製品中の石膏含有量は平均値5.
01％(目標5.0％)，標準偏差σ＝0.03(ｎ＝10)であっ
た。

比較の為、30ｍ^３の内容積を持つサイロブレンダで実験
したところ計量・送入16分-混合30分-排出12分合計58分
/サイクルを示し、20t/hの生産能力であり、サイロ内に
約300kgの粉体が残留していた。その製品中の石膏含有
量は平均値4.85％(目標値5.0％)，標準偏差σ＝0.23(ｎ
＝10)であった。

［発明の効果］以上これまでに説明したように、本発明の効果は流動層
方式の気流かくはんに機械的なかくはんを付加した複合
かくはんによって移動・拡散、せん断作用が良好に組合
さった混合を実現し、［発明が解決しようとする問題
点］の項でまとめた〜の要望を解決することが出来
た。

従って、本発明により粉体工業における重要な単位操作
である混合について、優れた混合能力を有し、かつ処理
能力が大きく、設置面積の少ない、しかも運転能力の少
ない安価な粉体混合機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による混合機の基本構成を示す図、第２
図は混合槽の平断面の例を示す図、第３図は流動層の状
態変化を示す図、第４図は本発明の実施例を示す全体構
成図である。以下に記号の説明を付す。 1,21……多角形の竪型混合槽、1a……混合室 1b……槽の底板 2,22a……給気板、16……粉体原料タンク 3 ……混合物排出口、17a……短管 4,26……給気用送風機、18……脱気口 5,22c……送気管、19……点検窓 6,22b……気体室、20a……バッグフィルタ 7,23……かくはん翼、20b……排気口 7a,7b,23a,23b……軸受、27……質量計測計 8,24……かくはん翼駆動用電動機、28……連通管 29a……調節用ダンパー 9,15……粉体原料送入用シュート、30……混合物ストッ
ク槽 31……給気板 10,12,17b,25b,29b,35b……粉体バルブ、31a……空気室 32……送風機 11,25a……混合製品排出シュート、33……送気管 34……粉体のレベル計 13……集塵用排気管、35a……排出口 14……排気調節弁、Ｆ，Ｇ……流れの方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】混合用の槽体と、この槽体内を上側の混合
室と下側の気体室とに区画する通気性を有した給気板
と、この槽体の混合室部に設けられた原料の導入口及び
混合物の排出口と、この混合室内に配置され駆動装置に
よって回転されるかくはん翼と、前記気体室に接続され
た気体送給装置とを備え、２種以上の粉体を混合する回
分式粉体混合機であって、前記給気板は傾斜されており、前記槽体は、該給気板の傾斜方向に沿う第１の中心軸に
対しては線対称な平面形状であり、該槽体は、該第１の中心軸と垂直で且つ水平方向に延在
する第２の中心軸を挟んで非対称な平面形状であり、しかも、該槽体は、該第２の中心軸を挟んで２分される
給気板が低位となっている低位側と給気板が高位となっ
ている高位側との平面積を比べた場合に、該低位側の方
が該高位側よりも平面積が小さくなっており、該槽体内の混合粉体を取り出すための排出口が該低位側
に設けられていることを特徴とする回分式粉体混合機。
【請求項２】給気板が、多孔質のセラミック板、通気性
のある織布、ハニカム板又は小ノズルの集まりであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項の混合機。
【請求項３】かくはん翼の回転は、その翼の周速を０．
６〜２０ｍ／ｓｅｃとすることを特徴とする特許請求の
範囲第１項の混合機。
【請求項４】混合用の槽体に質量計量機を付し、内容物
が計量できることを特徴とする特許請求の範囲第１項の
混合機。
【請求項５】混合物のストック槽を混合室の排出口に接
続し、混合物の脱気と共に排出を円滑にすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項の混合機。
【請求項６】質量検出器，レベル検出器，圧力検出器及
びタイマーを付し、回分混合操作を計算機制御すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項の混合機。