JPH08505834A - 微粒子分級器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子からヒュームドシリカのような微粒子を分離するための方法及び装置は、頂部（１４）及び底部（１５）を有する容器（１２）で、夫々の部分が排出口を有する容器へ予め定められた速度で粒子懸濁物（１０）を導入することを含んでいる。次に粒子懸濁物を、予め定められた角度で容器内に配置したそらせ板（２０）へ送る。そらせ板は粒子懸濁物がその板に衝突した後、容器内で均一に分布するように角度が付けられている。微粒子は容器の頂部へ上昇し、汚染物粒子及び残留微粒子は容器の底部へ沈降する。微粒子、及び汚染物粒子と残留微粒子は、夫々頂部及び底部の排出口（１６、１７）から取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】 微粒子分級器 〔技術分野〕 本発明は、ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分離する改良され た方法及び装置に関し、詳しくは汚染物粒子からヒュームドシリカを分離する方 法に関する。 〔背景技術〕 多くの工業的方法で供給物又は生成物として粒状物質を用いている。一般に、 溶解速度、混合挙動及び偏析、光学的性質、円滑性及び粉塵性を調節するために 粒径分布についての仕様書が存在する。４５．０ミクロン（３２５メッシュ）よ り小さい粒径を有する物質は、一般にゴム、被覆、接着剤、ペイント及び密封材 を含めた組成物の物理的性質を改善するための充填剤又は補強材として用いられ ている。特に、約１．０〜約４５．０ミクロンの公称粒子直径を有する材料は、 このようにして用いられている。これらの物質の例には、ヒュームドシリカ、沈 降シリカ、ヒュームドアルミナ、酸化亜鉛ヒューム、及びカーボンブラックが含 まれるが、それらに限定されるものではない。 粒径分布を調節するために幾つかの方法が開発されている。例えば、空気分級 器、流動床、又は回転分級器を用いて、粒径及び（又は）密度に基づいて粒状物 質を分離することは知られている。ガス流中の混合物から粒状物質を分離するた めの幾つかの異なった方法及び装置が、ヘンダーソン（Henderson）による米国 特許第4，１２５，４５６号明細書〔カーボンブラックからグリット（grit）を 分離する〕、マチソン（Matheson）による米国特許第２，５６１，３９６号明細 書（異なった粒径を有する粒子の混合物を分離する）、フーバー（Huber）によ る米国特許第１，１４６，６２４号明細書（実質的に同じ比重を有する粗い粒子 と細かい粒子の流れを分離する）、及びグッデル（Goodell）による米国特許第 ４，２９９，６９４号明細書〔石炭燃焼直接還元法の廃棄物から微粒チャー（ch ar）を分離する〕に記載されている。これら従来法の各々は、一般に粒子混合物 を上方へ流れ る空気流中へ導入し、その空気流が軽い粒子を上方させ、重い粒子を重力により ホッパー中へ降下させることにより操作されている。ステビンス（Stebbins）に よる米国特許第１，６６０，６８２号明細書は、同様に微細な塵状粒子を重い粒 子から、その粒子混合物を室中へ空気で吹き込むことにより分離することができ ることを教示しており、この場合軽い粒子が空気の膨張により空気の直接吹き込 み通路から外へ運ばれて行く。別法として、バッフル又はそらせ板を用いてガス 流中の粒子をそらせる方法が開発されている。例えば、マスト（Musto）による 米国特許第３，８６５，２４２号明細書は、流れる流体中に運ばれている異なっ た密度の粒状物質を分級する装置を教示している。その装置は粒子が濃縮される ダクト系の曲がった部分、その曲がった部分のすぐ下流に配置された、ガス成分 通路を横切る方向へ粒子をそらせる働きをするバッフルを具えている。同様な装 置はクルート（Clute）による米国特許第２，９６８，４００号明細書にも記載 されており、この場合、異なった比重を有する粉末材料のための分離器は、連続 的空気流系の外、回転可能なバッフル及び静止バッフルを用いている。ガス状媒 体中に運ばれている粒状固体物質の成分を分級及び分離するための別の方法及び 装置が、スターク（Stark）による米国特許第３，４２６，８９３号明細書に記 載されており、この場合、固体物質の混合物を連続移動ガス流中に入れて運び、 それが一連の室に沿って膨張領域中へ移動するに従って微粒子が取り除かれ、そ れによって複雑な装置を使用する必要をなくしている。 残念ながら特定の供給物又は生成物に対し希望の粒径部分を正確に選択する普 遍的な装置は存在しておらず、高い汚染水準、大きな固体損失、及び高い操作コ ストのような問題のため、分級器の選択及び操作が困難になっている。これらの 問題は、極端に微細な粒子の分離が要求される場合、複雑になる。 前に述べたように、約４５．０ミクロンより小さな粒径を有する物質の一例は ヒュームドシリカである。ヒュームドシリカは、種々の組成物の物理的性質を改 良するために一般に用いられているよく知られた添加剤であり、一般に約１．０ 〜約４５．０ミクロンの粒径、及び約１０．０ポンド／ｆｔ³以下の嵩密度を有 する二酸化珪素の微粒子からなる。 従って、ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分離するための改良 された方法を開発することが望ましい。特に、希釈相ガス流中に懸濁した汚染物 粒子からヒュームドシリカを分離するための方法を開発することが望ましい。 従って、本発明の目的は、ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分 離するための改良された方法を与えることにある。本発明の更に別な目的は、約 １．０〜約４５．０ミクロンの公称粒径を有するヒュームドシリカを、希釈相ガ ス流中に懸濁した汚染物粒子から分離する方法を与えることにある。 〔発明の要旨〕 本発明により、ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分離する方法 が与えられる。その方法は、頂部及び底部を有する容器で、夫々の部分が排出口 を有する容器中へ予め定められた速度で粒子懸濁物を導入することを含んでいる 。その粒子懸濁物を次に前記容器内に予め定められた角度で配置されたそらせ板 の方へ送る。そらせ板の角度により、粒子懸濁物がその板に当たった後、容器内 で均一に分布するようにする。微粒子は容器の頂部の方へ上昇し、汚染物及び残 留微粒子は容器の底に沈降する。微粒子は頂部排出口から、汚染物及び残留微粒 子は底部排出口から、夫々取り出す。 ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分離するための装置は、予め 定められた速度で粒子懸濁物を容器内へ送る手段を有する。その容器は頂部及び 底部を有し、その各々の部分が排出口を有する。そらせ板は容器内に予め定めら れた角度で配置し、その角度によって粒子懸濁物は板に衝突後、容器内で均一な 分布を達成する。最後にその装置は、微粒子、及び汚染物粒子と残留微粒子を除 去するための手段を有する。 例えば、本発明の方法は約１．０〜約４５．０ミクロンの公称粒径を有するヒ ュームドシリカを、希薄又は濃厚相ガス流中に懸濁した汚染物粒子から分離する のに用いることができる。この方法は、頂部及び底部を有する容器で、夫々の部 分が排出口を有する容器中へ予め定められた速度でガス流を導入することを含ん でいる。次にそのガス流をそらせ板へ向け、その板は容器の中心軸に対し０°〜 ９０°の予め定められた角度で容器内に配置されている。そらせ板の角度によっ て、板に衝突した後のガス流を、容器内で均一に分布させることができる。衝突 後、ヒュームドシリカは容器の頂部へ上昇し、汚染物及び残留ヒュームドシリカ は容器の底部へ沈降する。ガス流の速度は既知の手段により、約5．０〜約２０ ．０ｆｔ／分の全バルクガス速度（overall bulk gas velocity，全体積ガス速 度）が得られるように調節する。ヒュームドシリカ、及び汚染物と残留ヒューム ドシリカは、夫々頂部排出口及び底部排出口から取り出す。 〔図面の簡単な説明〕 前述及び他の目的及び利点は、次の図面から一層完全に認められるであろう。 図中、 第１図は、本発明で用いられる容器及びそらせ板の配置を用いた処理工程図を 例示している。 第２Ａ図及び第２Ｂ図は、本発明で用いられる別のそらせ板配置状態を例示し ている。 第３図は、本発明の全処理工程を例示している。 〔本発明の詳細な説明〕 本発明は、ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子から微粒子を分離するための方 法に関する。 第１図に関し、本発明の方法は粒子懸濁物１０を入口１３を通って容器１２中 へ導入することを含んでいる。容器１２は典型的には円筒状を有し、頂部１４及 び円錐状底部１５を有し、約６０°の角度で傾斜した側壁を持っている。各部分 は夫々排出口１６、１７を有する。そらせ板２０は容器１２内に粒径及び粒子懸 濁物１０の流量により予め定められた角度で配置されている。板２０の角度によ り、粒子懸濁物１０は板に衝突した後、容器内で均一に分布することができる。 そらせ板２０は板支持棒２２に都合のよい手段によって取付けることができる。 板支持棒２２により、容器１２の外側から操作者が板２０の入口１３からの距離 を調節することができる。 上で述べたように、粒子懸濁物１０は、板２０と衝突すると容器１２内で均一 に分布される。次に微粒子は頂部１４へ上昇する。汚染物粒子及び残留微粒子は 、容器１２の底部１５へ沈降する。微粒子の流れ３０を頂部排出口１６を通って 取り出し、包装するか又は更に処理し、一方汚染物粒子及び残留微粒子の流れ３ ２は底部排出口１７を通って取り出し、廃棄するか又は更に分離する。 粒子懸濁物１０は、ガス状媒体中に入れた微粒子及び汚染物粒子の混合物から なるのが典型的である。微粒子は約４５．０ミクロン（３２５メッシュの大きさ ）より小さい粒径を有するのが典型的である。更に、微粒子は１０ポンド／ｆｔ³ より小さな嵩密度を有するのが典型的である。汚染物粒子は一般に比較的大き な粒子、粗い凝集した粒子、反応副生成物、過剰の工程材料、及び（又は）未反 応原料からなる。一般に汚染物粒子は、グリットとして時々言及されるが、微粒 子よりも大きな粒径及び嵩密度を有する。ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子か ら分離することができる幾つかの微粒子の例には、ヒュームドシリカ、沈降シリ カ、ヒュームドアルミナ、酸化亜鉛ヒューム及びカーボンブラックが含まれるが 、それらに限定されるものではない。 粒子懸濁物１０は希薄又は濃厚相ガス流として運ばれ、その流れは、典型的に は特定の用途及び分離したい微粒子の種類により、５．０フィート／分より大き な速度を有する。微粒子及び汚染物粒子のためのキャリヤーガスとして、窒素又 は空気のようなどのような非反応性ガスを用いてもよい。比較的簡単でコストが 低いため、空気をキャリヤーガスとして用いるのが好ましい。粒子懸濁物１０は 、反応器、他の処理容器、又は貯蔵タンク（図示されていない）から直接容器１ ２へ移動させるのが典型的である。粒子懸濁物１０を形成し、移動させるのに、 ファン又はブロアー、ポンプ、ベンチュリー、或は圧縮空気を用いた空気輸送装 置を用いることを含めた幾つかの慣用的方法を用いることができる。既知の慣用 的方法のいずれでも、粒子懸濁物１０の容器１２への希望の輸送速度及び微粒子 及び汚染物粒子の流動化を達成するように当業者によって適当に制御し、調節す ることができる。同様な粒子輸送方法を微粒子流３０及び汚染物・残留微粒子流 ３２に用い、微粒子及び汚染物粒子を容器１２から引き出し、更に処理、包装、 又は廃棄する。 本発明は、特に汚染物粒子からヒュームドシリカを分離するのに有効である。 キャブ・オ・シル（CAB-O-SIL）（登録商標名）ブランドのヒュームドシリカ〔 マサチューセッツ州ボストンのキャボット社（Cabot Corporation）の登録商標 名〕の如きヒュームドシリカは、水素と酸素の炎中で四塩化珪素蒸気を加水分解 することにより製造する。この燃焼工程で、平均約０．００７〜0．０２７ミク ロン の公称粒径を有するシリカの溶融球状粒子が形成される。これらの一次粒子と呼 ばれる溶融球状粒子は、互いに衝突して融合し、分岐した三次元的に鎖状の凝集 物を形成する。それら凝集物がシリカの溶融温度（約１７１０℃）より低く冷却 する間に、更に衝突して幾らか可逆性の機械的もつれ又は凝集を生ずる。凝集し たヒュームドシリカ生成物は、４５．０ミクロンより小さい公称粒径及び５．０ ポンド／ｆｔ³より小さい嵩密度を有するのが典型的である。ヒュームドシリカ は典型的にはか焼工程にかけ、上記製造工程中に表面に吸着された塩化水素を減 少させる。か焼後、ヒュームドシリカ及びその中の汚染物は空気中に懸濁し、ポ ンプで容器１２へ送られる。 ヒュームドシリカ粒子懸濁物中に存在する汚染物には、シリカ及び非シリカ汚 染物、例えば金属フレーク、過剰の工程材料、繊維、金属酸化物、同様にガラス 及びセラミック状溶融シリカ粒子が含まれるのが典型的である。か焼機排出流（ 粒子懸濁物１０）中には０〜８００ｐｐｍ、平均５０ｐｐｍの汚染物粒子が存在 するのが典型的である。どのような与えられた速度でも収集されると思われる最 も小さな粒径を決定するため、慣用的沈降速度計算法を用いる。前に述べたよう に、殆どの場合、汚染物粒子径及び嵩密度は４５．０ミクロン及び１０ポンド／ ｆｔ³より大きいが、それより小さく、軽い粒子が収集されることは良くあるこ とである。 粒子懸濁物１０を予め定められた速度で容器１２へ輸送する。典型的には、最 も低い流量でも、ヒュームドシリカを流動化するのに充分大きくなければならず 、シリカの大きさ及び種類及び操作条件によって変化させることができる。同様 に、最も大きな流量は、希望の微粒子径及びシリカや汚染物粒子の種類に依存す る。好ましくは、粒子懸濁物１０の速度は、約５．０〜約２０．０ｆｔ／分のバ ルクガス速度を容器内で達成するように適切に調節する。バルクガス速度は、１ 分当たり立方フィートで表した粒子懸濁物１０の全ガス流量を、容器１２の断面 積で割った値である。最も好ましくは、容器内のバルクガス速度は、約９．０〜 約１４．０ｆｔ／分である。 粒子懸濁物１０は入口１３を通って容器１２中に入り、そこでそらせ板２０の 方へ向ける。そらせ板２０に衝突した後、粒子懸濁物１０は容器１２内で均一に 分布する。当業者には知られているように、重く粗い汚染物粒子は、微細な低密 度のヒュームドシリカ粒子よりも比較的速い沈降速度を示し、底部１５に沈降す る。ヒュームドシリカ粒子はキャリヤーガスと共に頂部１４へ上昇し、それらは 頂部排出口１６を通って取り出され、微粒子流３０を形成する。流れ３０は0〜 ２５ｐｐm、平均約５ｐｐｍの汚染物粒子を含むのが典型的である。その間、汚 染物粒子及び少量の残留ヒュームドシリカを周期的に底部排出口１７を通って取 り出し、汚染物・残留粒子流３２を形成する。 そらせ板２０は、粒子懸濁物１０が板２０の大部分に衝突するように、容器１ ２の中心軸に対し約０°〜約９０°の予め定められた角度で容器１２内に配置す る。板２０は、どのような平面的幾何学的形状をしていてもよいが、入口１３及 び入って来る粒子懸濁物１０の断面直径より大きな大きさにする。板２０は、操 作する人が容器の外から板２０の入口１３からの距離を調節できるようにする板 支持棒２２で容器１２内に保持するのが典型的である。容器１２内に板２０を取 付ける他の方法には、調節可能な又は固定された支柱又は溶接が含まれるが、そ れらに限定されるものではない。 第１図、第２Ａ図、及び第２Ｂ図に関し、そらせ板２０は容器１２の種々の位 置に示されている。上で述べたように、そらせ板２０は、粒径及び入って来る粒 子懸濁物１０の流量により、予め定められた角度で容器１２内に配置されている 。第１図は垂直なそらせ板２０を例示しており、それは容器１２の中心軸に対し ０°の角度で板支持棒２２に取付けられている。粒子懸濁物１０はそらせ板２０ に垂直に送られ、容器１２内で粒子懸濁物１０を均一に分布させる（図示されて いない）。 第２Ａ図は、そらせ板２０の別の配置を例示している。板２０は容器１２の壁 の入口１３より上の所に取付けてあり、入ってくる粒子懸濁物１０が底部１５の 方へ向くように下方へ傾けてあり、重くて粗い汚染物粒子が沈降する前に粒子懸 濁物を均一に分布させる。 第２Ｂ図は、粒子懸濁物１０を容器１２内へ導入する別の方法及びそらせ板２ ０を配列する別の方法を示している。誘導管又はチューブ２６を用いて粒子懸濁 物１０を、水平に配置したそらせ板２０の方へ向ける。上で述べたようにそらせ 板２０は当業者に既知のやり方で容器１２内に取付けることができる。粒子懸濁 物は板２０に衝突した場合、底部１５中で均一に分布する。 次に第３図に関し、そこには本発明の別の態様が例示されている。上で述べた ようにして生成した汚染物・残留微粒子流３２を、分級器４０へ導入し、容器１ ２内で汚染物粒子と共に沈降したヒュームドシリカのような残留微粒子を汚染物 粒子から分離する。分級器４０は非機械的又は機械的種類の分級器にすることが できる。サイクロン分離器のような非機械的種類の分級器が好ましい。なぜなら 、設置、操作及び維持のためのコストが比較的低いからである。当分野で知られ ているように、サイクロン分離器は、粒子含有ガスを円筒状又は円錐状室内に接 線方向に導入することにより操作される。重くて粗い汚染物粒子は中心の底部排 出口を通って排出され、一方ヒュームドシリカのような軽くて微細な粒子は頂部 ガス排出口を通って出る。 第３図に示したように、残留微粒子流４２を容器１２へ再循環し、粒子懸濁物 １０と共に入口１３へ入れる。上で述べたように容器１２内で全工程を繰り返し 、再循環流４２及び粒子懸濁物１０がそらせ板２０に衝突させる。容器１２内で それら粒子は均一に分散し、汚染物粒子は沈降して底部排出口１７を通って取り 出し、一方微粒子は上昇して頂部排出口１６を通って取り出す。排出された汚染 物粒子流４４は中心底部排出口を通って分級器４０を出、保存タンク４６へ送り 、そこに蓄積した後、廃棄流４８として廃棄する。 上で例示したように、本発明は、ガス状媒体中の汚染物粒子から微粒子を分離 する改良された方法を教示している。運動する部品を持たない装置を用いること により、入って来る速度及び種々の汚染物含有量に対し比較的影響を受けないコ スト的に有効で効率的な汚染物除去方法を与える。最後に、本発明は、従来の分 級に比較して、操作の融通性、少ない圧力低下、一層低い固体即ち微粒子の損失 を可能にしている。 本発明の特別な態様を例示の目的で詳細に記述してきたが、本発明の本質及び 範囲から離れることなく、種々の変更を行うことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 レマン，グレゴリー ダブリュ. アメリカ合衆国 61874 イリノイ州サボ イ，ダブリュ．チャーチ 410 (72)発明者 トロイク，カール エル．，ジュニア アメリカ合衆国 61953 イリノイ州タス コラ，ピー．オー．ボックス 181，アー ル．アール．ナンバー ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス流中に懸濁した汚染物粒子から約４５．０ミクロンより小さな公称粒 子直径を有するヒュームドシリカを分離する方法において、 頂部及び底部を有する容器で、夫々の部分が排出口を有する容器中へ前記ガス 流を予め定められた速度で導入し、 前記ガス流を予め定められた角度で前記容器内に配置されたそらせ板へ送り、 然も、前記角度は前記ガス流が前記板と衝突した後、前記容器内で均一に分布さ れるような角度になっており、 前記ヒュームドシリカは前記容器頂部へ上昇し、前記汚染物粒子及び残留ヒュ ームドシリカは前記容器底部へ沈降し、 前記ヒュームドシリカを前記頂部排出口を通って取り出し、次いで 前記汚染物粒子及び残留ヒュームドシリカを前記底部排出口を通って取り出す ことからなる分離方法。 ２．汚染物粒子及び残留ヒュームドシリカを分級器へ導入して、容器内で汚染 物粒子と共に沈降する残留ヒュームドシリカを分離し、 前記容器へ前記残留ヒュームドシリカを再循環し、そして 前記汚染物粒子を排出する 工程を更に含む、請求項１に記載の方法。 ３．分級器が回転分級器である、請求項２に記載の方法。 ４．ヒュームドシリカが約１．０〜約４５．０ミクロンの公称粒径を有する、 請求項１に記載の方法。 ５．ヒュームドシリカが約１０．０ポンド／ｆｔ³より小さな嵩密度を有する 、請求項１に記載の方法。 ６．ヒュームドシリカが約５．０ポンド／ｆｔ³より小さな嵩密度を有する、 請求項５に記載の方法。 ７．ヒュームドシリカ及び汚染物粒子が希薄相ガス流中に懸濁している、請求 項１に記載の方法。 ８．ヒュームドシリカ及び汚染物粒子が濃厚相ガス流中に懸濁している、請求 項１に記載の方法。 ９．ガス流が、容器内で、約５．０〜約２０．０ｆｔ／分のバルク速度を有す る、請求項７に記載の方法。 10．ガス流が、容器内で、約５．０〜約２０．０ｆｔ／分のバルク速度を有す る、請求項８に記載の方法。 11．容器内のバルク速度が約９．０〜約１４．０ｆｔ／分である、請求項９に 記載の方法。 12．容器内のバルク速度が約９．０〜約１４．０ｆｔ／分である、請求項１０ に記載の方法。 13．そらせ板が、容器の中心軸に対し０°〜９０°の予め定められた角度で前 記容器内に配置されている、請求項１に記載の方法。 14．ガス状媒体中に懸濁した汚染物粒子からヒュームドシリカ粒子を分離する 装置において、 頂部及び底部を有する容器で、夫々の部分が排出口を有する容器へ前記粒子懸 濁物を予め定められた速度で送るための手段、 予め定められた角度で前記容器中に配置されたそらせ板で、前記角度が、前記 粒子懸濁物が前記板に衝突した後、前記容器内で均一に分布されるような角度に なっているそらせ板、 前記ヒュームドシリカ粒子を前記頂部排出口を通って取り出すための手段、及 び 残留ヒュームドシリカ粒子及び汚染物粒子を前記底部排出口を通って取り出す ための手段 を具えた分離装置。 15．第一及び第二排出口を有する分級器、 前記分級器へ汚染物粒子を送るための手段、 残留微粒子を容器へ再循環するための手段、及び 汚染物粒子を排出するための手段 を更に具えた請求項１４に記載の装置。 16．分級器が回転分級器である、請求項１５に記載の装置。 17．そらせ板が、容器の中心軸に対し０°〜９０°の予め定められた角度で容 器内に配置されている、請求項１４に記載の装置。