JPS63156527A

JPS63156527A - 回分式粉体混合機

Info

Publication number: JPS63156527A
Application number: JP62148675A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Yoshida; 克巳吉田; Seiji Akeki; 明木　精治
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1986-08-06
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-06-29
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH0622664B2; KR890000144A; KR910002523B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は窯業原料、窯業製品、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、粉本と略す）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Ｊ二種以上の粉本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７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、複軸バグ型、竪型スクリュー型、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
付けで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−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ついずれも、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
の粉本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Ｊ二種以上の粉本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１呆する
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、容器回転型は粉本のデッド部分が少なく、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。

ぜ回分式−容器固定型の組蕎′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、粉本の混合現象を粉本の流れによる混ざりあい
として考察してみると、粉本は部分（ＩＪＩｆｐ−ｆ’
ｌ’１ｔｆ−１５−１ｆｐＡ（？−ｆｆ１１１ｙ／７’
ｌ−ザｖ−？−ＩｎｔＲＥ／７’ｌ、ｒ叉ざりおいを生
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ｌ析とは凝集性の強い粉本の二次凝稟塊の分散に必
要であり、凝集力による粉体粒子間の付着力を壊す作用
をひえることと考えられろう優れた混合機とは、この移動・拡散・ぜん所作ふ用の機構がうまく組合゛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、■粉本デッドお
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嵩晴度
なＦ比率精度及び混合度を達成し、■混今時間が短く（
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。

第１表ｊ主）記号　□０１憂　○良　Δ町　Ｘ不良Ｅ問題点を
解決するための手段１本発明は、これらの問題点を解決するため、鋭意研究し
た結果、粉本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・せん所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
ｍ−機で経済的な大量混合かえられるようになったっすなわち、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、その混合室内に設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室内で混合する
ことを特徴とする回分式粉本混合機である。

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、粉本に強いぜん
断力と、移動の援助（給気による粉本の流れに変動を与
え、より混合度をあげて混合時間を短縮する）を与え、
混合度の良好な粉本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、料を計惟するので比率精度も高い水準に♀Ｉ
Ｌ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
本のデッド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、流動している粉本をか
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１７１０〜１７３０程度である。また９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、（シ実験の結果、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、従来と同じ混合室本積で数Ｉ
自から約２０賠の値が得られ、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、混合室自作が空に近い容器で
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、１尼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９傾斜下位側からはこの傾ｆ＋・上位側
の下側へ潜り込むように粉本が移動し、対流的なかくは
んがなされ、これにより粉本全体の移動・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
ん所作用を受けると共に、粉本群の上下流と交錯する複
雑な変動をともなうせん回流を与えられ、粉体群全体と
して移動・拡散・せん［析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は多角影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Ｉ′Ｆｒ面と同じである。その給気板は多孔質の
セラミック板、ｉｉ’ｒｉｎ性の織布、ノ１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。凝集性のない粉本はこの勾配が１度、凝
集性の大きい粉体は２０度とするが多くの粉体は３〜１
２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はかくはん翼で擢彩、も
しくはタービン彩を用い、回転面が給気板と平行にかつ
粉本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及び給気仮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３〜１０ｍ／ｓｅｅが適当である。０．
６　ｍ　／　ｓｅｃ以下ではかくはん・せん断力が不足
となり、又２０　ｍ　／　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ブれる。

９は粉本原料過大シュートで、ここから正確に計量さ・
れな原料を送入する（実施例では固定混合槽に計俄器を
付し送入物を秤量した）。１０は送入用粉本バルブ、１
１は混合製品排出シュート、１２は排出用粉本バルブ、
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：化学工学便
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渫っており、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１呆つことかできなくなって気１本にともなわれ
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７戊ｆ本が沸騰し
ているように粒子が激しく各方面に移動・拡散し７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率が増加し、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ｆ本層の層厚さは位置により異なって
いる。一方、給気仮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
圧はほぼ均一に１呆たれる。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、粉体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。

この夕・を流循環運動は、本発明では混合室の断面面積
が排出［口１ｌＩＡ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が給気仮に平行に設
置され、回転の中心が粉本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本の循環流と交錯し
複雑な変動をともなう回転流Ｇとなり、粉本の対流循環
に起きがちな渦（一種のプツト部となり、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
Ｉ析作用を与え、；疑上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・せん新
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、１
２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ｌａ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１、またさらには、重量検出器２７、必要な筒所にレベル検
出器、圧力検出器及びタイマーを付し、回分秤量・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
ルの高能率の秤俄型粉体混合機となる。

［実施ａ月第４図は本発明の実施様態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１５ｍ３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
則式角形であって、その外縁にそって立設された側板に
より置部に形成される、混合ｔ＠’２１を密封する天井
部は基底部と同じ形状である。混合Ｐ！！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ｔｔ２２ａが敷設されている。

さらに、図の槽２１の左下部に、排出用粉体ノくルブ２
５ｂを付帯する製品排出シュート２５ａを設けてあり、
給気板２２ａ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９漕の最下部は気体
室２２ｂであり、送気管２２ｃでもって給気送風１’！
（能力１５　ｍ３／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本の特性により変更できる隔り
をおいて槽底の中央に設置されている。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２
３ａ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、　７．５　ｋｗ　）によっ
て行なノつれるう混詣槽２１の天板部には、そのほぼ中
央に、混合される粉本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Ｗ１７ａ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ラが設けられている。天板上
には、排気口２０ｂを付帯せる小型バッグフィルタ（ろ
過面積０．５　ｍ２）　２０　ａ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
り付けられである。

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漕内粉体の質量計徴用
のロードセル２７の３点を介して混合物のストック槽３
０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）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、
下部に給気仮３１が排出口３５ａへ向って下り勾配とな
るように設置さｆｌ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、この連通管２８は、混合槽２１の上
面に設けられた開口１８を介して混合ｐｒ！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
は粉本用バルブを示す。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１７
ｂによって流址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側
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
た原才２トを送入することもできる。

一方、槽の最下部は気本室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、粉本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）２
５ａ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１吏用される場合には、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、混合効果
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
ではかくはん翼２３は１個のみ設置されているが、この
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７　ｍ／ｓｅｅ　）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、粉体の移動、拡
散、せん新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。混合を終えた粉本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Ｊ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から製品の粉本を取り出
するには、送風機３２がら空気を空気室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、原料粉本の送
入・計量−混合−排出、ふたたび原料粉本の送入という
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、あたかも連続装置並の起動、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（直５，０１％（目標５．０％）、標準
偏差σ＝　０．０３　（ｎ　＝　１０　）であった。

比較の為、３０ｍ３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３００　ｋｇ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＝１．０）
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、せん断体用が良好に組合
さった混合を実現し、［発明が解決しようとする問題点
Ｊ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ＩｌＬ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、しかも運転動力
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ｌ析面の例を示す図、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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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及び混合物の排出口と、その
混合室内に設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ことを特徴とする回分式粉
体混合機。
（２）給気板を傾斜させて混合室の底部に設け、その給
気板の表面がｘ軸にほぼ対称、ｙ軸に非対称形とするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項の混合機。
（３）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項又は第２項の混合機。
（４）かくはん翼の回転は、その翼の周速を０．６〜２
０ｍ／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。
（５）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
。
（６）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。
（７）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。