JP6689657B2 - 粉砕処理システム - Google Patents

Description

本発明は、メディア撹拌型湿式粉砕機を用いる粉砕処理システムに関し、特に処理物タンク及び循環ポンプを用いて循環処理を行う粉砕処理システムに関する。

特許文献１には、図６に示す粉砕処理システム１１０が記載されている。
粉砕処理システム１１０は、メディア撹拌型湿式粉砕機１２０、処理物タンク１３０、循環ポンプ１４０及び冷却器１５０を備え、これらが、循環ライン１９０によって接続されている。処理物タンク１３０は、撹拌機１３１を備えている。
なお、メディア撹拌型湿式粉砕機１２０に関しては、特許文献２に記載されたメディア撹拌型湿式粉砕機とともに、後ほど詳しく説明する。

処理物タンク１３０内の処理物スラリーは、循環ポンプ１４０によって連続的にメディア撹拌型湿式粉砕機１２０に供給され、粉砕処理が行われる。これにより、処理物タンク１３０内の処理物スラリーは、徐々に粉砕処理されることになる。
粉砕処理システム１１０は、メディア撹拌型湿式粉砕機１２０に着目すると連続処理であるが、処理物タンク１３０に着目するとバッチ処理である。本明細書では、このような粉砕処理システムを「循環処理」と称することにする。

粉砕処理システム１１０は、優れた粉砕能力を備えて、均一性の高い製品を得ることができる。
しかしながら、粉砕処理システム１１０において、循環ライン１９０中に冷却器１５０のような機器を置くと、不都合が発生する場合がある。

例えば、形状の大きな粒子や比重の重い粒子を含む処理物スラリーを取り扱う場合に、機器の中で粒子が沈降・付着することがある。これは、その後の処理に著しい悪影響を与える問題であり、一連の処理において、安定した粉砕処理ができないという問題である。
また、処理物スラリーの種類によっては、粉砕処理の進行に伴って粘度が上昇するものがあり、圧力損失の上昇による流量の著しい低下や、循環ポンプの過負荷停止を起こすことがある。また、遠心式のセパレータを用いるメディア撹拌型湿式粉砕機では、処理物スラリーと粉砕メディアとの分離が悪くなって、処理物スラリーの中に粉砕メディアが混入する。これらも、安定した粉砕処理ができないという問題である。

特開２００７−２２９６８６号公報 特開平１０−２３０１８２号公報

そこで、本発明は、メディア撹拌型湿式粉砕機、処理物タンク、循環ポンプ、及び循環ラインを備える粉砕処理システムにおいて、処理物スラリーが機器内に付着・残留することのない粉砕処理システムを提供することにある。また、処理物スラリーの流量低下や過負荷の問題を起こすことがなく、安定した粉砕処理が可能な粉砕処理システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の粉砕処理システムは、処理物タンク、循環ポンプ、メディア撹拌型湿式粉砕機、及びこれらを接続する循環ラインを備える粉砕処理システムであって、処理物を冷却するための冷却器と前記冷却器に処理物を供給する冷却ポンプを備えていることを特徴としている。

そして、前記循環ラインとは別に、前記処理物タンク、前記冷却ポンプ及び前記冷却器を接続するための冷却ラインを備えている構成とすることができる。
また、前記冷却器が、前記メディア撹拌型湿式粉砕機とともに前記循環ライン内に位置している構成とすることができる。

そして、前記メディア撹拌型湿式粉砕機が、篩式のセパレータを備えている構成とすることができる。
または、前記メディア撹拌型湿式粉砕機が、遠心式のセパレータを備えている構成とすることができる。

前記メディア撹拌型湿式粉砕機において、容器内に形成される粉砕室の軸線方向の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）は、１以下に構成されていることが好ましい。
そして、前記冷却器の出口における温度を検出し、前記冷却器に導入する冷却媒体の流量を調節することにより、処理物の温度調節を行う構成とすることができる。

このように構成された本発明の粉砕処理システムは、冷却ポンプを用いることにより、冷却器に任意の流量の処理物スラリーを送ることが可能となり、冷却器内における処理物スラリーの流速を速くして、付着・残留することを防ぐことができる。そして、冷却器を十分に機能させることにより、処理物スラリー温度の異常上昇を抑えて安定した温度とすることができる。
この結果、メディア撹拌型湿式粉砕機に供給する処理物スラリーの温度及び流量を、最適な値にすることが可能となり、安定した粉砕処理を行うことができる。また、供給する処理物スラリーの流量を増加させることが可能となり、効率の高い粉砕処理を行うことができる。

本発明の粉砕処理システムの構成の一例を示す概略流れ図である。 本発明の粉砕処理システムの構成の他の例を示す概略流れ図である。 図１及び図２に示す粉砕処理システムの冷却システムを示す概略流れ図である。 メディア撹拌型湿式粉砕機の一例を示す概略図である。 メディア撹拌型湿式粉砕機の他の例を示す概略図である。 従来の粉砕処理システムの一例を示す概略流れ図である。

図１は、本発明の一例である粉砕処理システム１０を示している。
粉砕処理システム１０は、処理物タンク３０、循環ポンプ４１、メディア撹拌型湿式粉砕機２０及びこれらを接続する循環ライン９１を備えている。
処理物スラリーは、循環ポンプ４１により循環ライン９１を循環して流れ、メディア撹拌型湿式粉砕機２０において粉砕処理を受けることになる。したがって、従来の粉砕処理システム１１０と同様に「循環処理」を行うシステムを形成している。

「循環処理」において、粉砕効率を高めるためには、メディア撹拌型湿式粉砕機２０に流入する処理物スラリーの流量を多くすることが好ましい。限られたスペースの機内において、大流量の処理物スラリーが粉砕メディアと効率よく撹拌されるためには、機内におけるこれらの流動状態が、ピストンフローではなく、完全混合状態となることが好ましい。同時に、粉砕メディアは、処理物スラリーに同伴して流出することなく、機内に保持されなければならない。

各機器の概要について順に説明する。
メディア撹拌型湿式粉砕機２０の一例として、特許文献２に記載されたメディア撹拌型湿式粉砕機２０ａの概略断面図を図４に示す。
メディア撹拌型湿式粉砕機２０ａは、処理物スラリーの供給口２１ａ及び排出口２６ａを備える容器２２ａ内に、回転軸２３ａにより回転される撹拌部材２４ａを備えている。そして、容器２２ａは、外周に篩式のセパレータ２５ａを備えて、処理物スラリーと粉砕メディアを分離することができる。粉砕メディアは、セパレータ２５ａの内側に充填されている。

処理物スラリーは、供給口２１ａから連続的に供給され、容器２２ａ内で粉砕メディアとともに撹拌されることにより、粉砕処理が行われる。すなわち、撹拌部材２４ａの内外に強力な循環流が形成され、容器２２ａ内は完全混合状態となる。粉砕処理を受けた処理物スラリーは、セパレータ２５ａを通過して排出口２６ａから排出される。篩式のセパレータ２５ａは、容器２２ａの外周に設けられるので広い面積とすることができる。

メディア撹拌型湿式粉砕機２０ａにおいて、処理物スラリーが粉砕メディアとともに流動するのは、容器２２ａ内のセパレータ２５ａの内側である。すなわち、図４に示すように、容器２２ａの軸線方向の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）によって定まる空間を、粉砕処理が行われる粉砕室として考えることができる。
そして、粉砕室内に安定した完全混合状態を形成するためには、長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）を、１．０以下とすることが好ましく、これによって、安定した粉砕処理を行うことができる。

メディア撹拌型湿式粉砕機２０の他の例として、特許文献１に記載されたメディア撹拌型湿式粉砕機２０ｂの概略断面図を図５に示す。
メディア撹拌型湿式粉砕機２０ｂは、処理物スラリーの供給口２１ｂを備える容器２２ｂ内に、中空の回転軸２３ｂにより回転される撹拌部材２４ｂを備えている。撹拌部材２４ｂは、中心部に遠心式のセパレータ２５ｂを形成して、処理物スラリーと粉砕メディアを分離することができる。そして、回転軸２３ｂの内部を排出口２６ｂとしている。

処理物スラリーは、供給口２１ｂから連続的に供給され、容器２２ｂ内で粉砕メディアとともに撹拌されて粉砕処理が行われる。すなわち、撹拌部材２４ｂの内外に強力な循環流が形成されて、容器２２ｂ内は完全混合状態となる。粉砕処理を受けた処理物スラリーは、セパレータ２５ｂを通過して、排出口２６ｂから排出される。粉砕メディアは、セパレータ２５ｂの回転によって、強い遠心力を受けるので、排出口２６ｂに向かって進むことができず、分離されることになる。

メディア撹拌型湿式粉砕機２０ｂにおいて、処理物スラリーが粉砕メディアとともに流動するのは、容器２２ｂ内の全体である。すなわち、図５に示す容器２２ｂの軸線方向の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）によって定まる空間を、粉砕処理が行われる粉砕室として考えることができる。
そして、粉砕室内に安定した完全混合状態を形成するためには、長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）との比（Ｌ／Ｄ）を、１．０以下とすることが好ましく、これによって、安定した粉砕処理を行うことができる。

篩式のメディア撹拌型湿式粉砕機２０ａは、粒径の小さい粉砕メディアを使用するとセパレータ２５ａが閉塞して安定した運転ができなくなる。一方、遠心式のメディア撹拌型湿式粉砕機２０ｂでは、粒径の小さい粉砕メディアを使用することが可能であり、より細かい粉砕処理を行うことができる。そして、処理物スラリーの粘度が異常に高くならない限り、粉砕処理と、メディアの分離処理を安定して行うことができる。

処理物タンク３０は撹拌機３１を備え、投入される処理物スラリーを撹拌することにより粒子の沈降を生じることなく、均一なスラリー状態に保持することができる。処理物スラリーを冷却するために、ジャケットを備えるタンクとすることもできる。

冷却器５０は、粒子の沈降・残留を防止するために、処理物スラリーが滞留を起こすことのない構造が必要である。すなわち、断面積が一定のパイプ内に処理物スラリーを流すとともに、パイプの外側を冷却媒体で冷却する構造が好ましい。そして、パイプ内部の点検や洗浄を確実に行うことが可能な形態とすることが好ましい。

冷却媒体を流す側となる、パイプの外側における構造については、様々な形態が考えられる。例えば、二重管式の熱交換器として、内管側を処理物スラリーとし、外管側を冷却媒体とすることができる。また、容器内に蛇管を備える熱交換器として、蛇管側を処理物スラリーとし、容器側を冷却媒体とすることができる。また、フィンチューブを用いる熱交換器として、管側を処理物スラリーとし、フィン側を冷却媒体とすることができる。また、フィン側の冷却媒体として、気体を用いることもできる。

循環ポンプ４１及び冷却ポンプ４２は、処理物スラリーの性状などによって、遠心式のポンプや容積式などの定量ポンプを使用することができる。しかしながら、メディア撹拌型湿式粉砕機２０には、処理物スラリーを一定の流量で一定の時間供給することが好ましく、一定流量を簡単に得るために定量ポンプを用いることが好ましい。定量ポンプは、多くの場合、回転数やストローク長さなどを調節して、簡単に流量の設定を行うことが可能であり、また、粘度の変化などによりラインの圧力損失が変化しても、設定流量を保持することができる。

図１の粉砕処理システム１０の特徴について説明する。
粉砕処理システム１０は、処理物タンク３０、循環ポンプ４１、及びメディア撹拌型湿式粉砕機２０が、循環ライン９１によって接続されている。
処理物スラリーは、循環ポンプ４１により循環ライン９１を循環して流れ、メディア撹拌型湿式粉砕機２０において粉砕処理を受ける。このように、粉砕処理システム１０は「循環処理」を行うシステムを形成している。

また、粉砕処理システム１０は、循環ライン９１とは別に、処理物タンク３０、冷却ポンプ４２及び冷却器５０が、冷却ライン９２によって接続されている。冷却器５０を通過する処理物スラリーの流速は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０とは無関係に設定可能であり、冷却器５０内で付着・残留することのない、十分に速い流速とすることができる。

冷却ライン９２の形成によって、冷却器５０に供給する処理物スラリー流量が安定するために、冷却器５０における安定した温度制御が可能となり、温度の異常上昇を防ぐことができる。
一方、メディア撹拌型湿式粉砕機２０に供給する処理物スラリーについては、安定した温度で、最適な流量を供給することが可能となり、安定した粉砕処理を行うことができる。

図２は、本発明の他の例を示す粉砕処理システム１１である。粉砕処理システム１１は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０、処理物タンク３０、冷却器５０、循環ポンプ４１及び冷却ポンプ４２を備えている。各機器については、粉砕処理システム１０と同様であるため、説明を省略する。

粉砕処理システム１１は、処理物タンク３０、循環ポンプ４１、メディア撹拌型湿式粉砕機２０及び冷却器５０が循環ライン９１によって接続されている。
処理物スラリーは、循環ポンプ４１により循環ライン９１を循環して流れ、メディア撹拌型湿式粉砕機２０において粉砕処理を受ける。このように、粉砕処理システム１１は「循環処理」を行うシステムを形成している。

冷却器５０は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０とともに循環ライン９１内に位置している。
ここでは、冷却器５０がメディア撹拌型湿式粉砕機２０の後流側にある場合を示すが、メディア撹拌型湿式粉砕機２０の前流側に位置することもできる。
そして、冷却ポンプ４２によって、冷却器５０の後流側から前流側に処理物スラリーを循環する冷却ライン９２が形成されている。これにより、冷却器５０を通過する処理物スラリーの流速は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０とは無関係に設定可能であり、冷却器５０内で付着・残留することのない、十分に速い流速とすることができる。

冷却ライン９２の形成によって、冷却器５０に供給する処理物スラリー流量が安定するために、冷却器５０における安定した温度制御が可能となり、温度の異常上昇を防ぐことができる。
一方、メディア撹拌型湿式粉砕機２０に供給する処理物スラリーについては、安定した温度で、最適な流量で供給することが可能となり、安定した粉砕処理を行うことができる。

本発明で用いるメディア撹拌型湿式粉砕機２０は、比較的狭い容器内で比較的大きな粉砕動力を消費するものである。そして、冷却器５０における交換熱量は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０における消費動力に等しいので、非常に大きくなる。

粉砕処理システム１０は、処理物タンク３０における滞留温度の処理物スラリーを、冷却器５０で、それ以下の温度に冷却することが必要になる。このため、比較的温度の低い冷却媒体が必要となり、その使用量も比較的多量となってしまう。そして、粉砕処理システム１０は、やや効率の低い熱交換を行うことになる。しかしながら、このような手段を敢えて採用することにより、安定した粉砕処理を行うことができる。

粉砕処理システム１１は、メディア撹拌型湿式粉砕機２０の前流側に冷却器５０が配置されている場合には、粉砕処理システム１０と同じ熱交換条件で冷却することになり、同様に安定した粉砕処理を行うことができる。

粉砕処理システム１１において、図２のように、冷却器５０がメディア撹拌型湿式粉砕機２０の後流側に配置されている場合には、メディア撹拌型湿式粉砕機２０の出口で最も温度の高い処理物スラリーを、処理物タンク３０における滞留温度まで冷却する熱交換を行うことになる。
すなわち、冷却器５０において、処理物スラリーは、系内の最高の温度から最低温度まで冷却されることになり、冷却媒体は比較的高温でも使用可能であり、その使用量も比較的少量とすることができる。すなわち、非常に効率の高い熱交換を行うことができる。

処理物スラリーの温度を制御する方法については、様々な形態が考えられる。例えば、温度の検出部として、処理物タンク３０における温度を測定することもできる。しかし、冷却器５０の出口における処理物スラリーの温度を測定する方が、直接的となるので好ましい。
制御のための操作部としては、例えば、冷却ポンプ４２が遠心式などである場合には、冷却媒体の流量を一定として、処理物スラリーの流量を比較的狭い範囲で操作することもできる。しかし、冷却ポンプ４２が定量ポンプである場合には、冷却媒体の流量を調節することが好ましい。
すなわち、冷却ライン９２における冷却器５０の出口温度を検出して、冷却器５０に導入する冷却媒体の流量を調節することにより、処理物スラリーの温度調節を行うことが好ましい。

図３には、粉砕処理システム１０における温度調節システムの一例Ａを示している。すなわち、冷却媒体ライン８１により、冷却水のような冷却媒体を冷却器５０に導入している。そして、冷却ライン９２における冷却器５０の出口温度を検出し、得られる電気信号又は空気信号を用いて冷却媒体ライン８１の制御弁８２を操作し、冷却媒体の流量を調節することによって、処理物スラリーの温度調節を行うことができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述したが、具体的な構成は、この実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば、複数のメディア撹拌型湿式粉砕機２０を使用する粉砕処理システムであってもよいし、メディア撹拌型湿式粉砕機２０ａ、２０ｂとは異なるメディア撹拌型湿式粉砕機２０を使用することもできる。

１０……粉砕処理システム
２０……メディア撹拌型湿式粉砕機
３０……処理物タンク
４１……循環ポンプ
４２……冷却ポンプ
５０……冷却器
９１……循環ライン
９２……冷却ライン

Claims (6)

1. 処理物タンク、循環ポンプ、メディア撹拌型湿式粉砕機、及び冷却器を備える粉砕処理システムであって、
   前記冷却器に処理物を供給する冷却ポンプと、
   前記処理物タンクと前記循環ポンプと前記メディア撹拌型湿式粉砕機とを順に接続し、前記メディア撹拌型湿式粉砕機から前記処理物タンクへ処理物を戻す循環ラインと、
   前記循環ラインとは別に、前記処理物タンクと前記冷却ポンプと前記冷却器とを順に接続し、前記冷却器から前記処理物タンクへ前記処理物を戻す冷却ラインと、を備えている
   ことを特徴とする粉砕処理システム。
2. 処理物タンク、循環ポンプ、メディア撹拌型湿式粉砕機、及びこれらを接続する循環ラインを備える粉砕処理システムにおいて、
   前記循環ラインは、前記処理物タンクと前記循環ポンプと前記メディア撹拌型湿式粉砕機とを順に接続し、前記メディア撹拌型湿式粉砕機から前記処理物タンクへ処理物を戻す経路であって、
   前記循環ライン内に位置すると共に前記処理物を冷却する冷却器と、前記冷却器の後流側と前流側を接続する冷却ラインと、前記冷却ライン内に位置すると共に前記冷却器に処理物を供給する冷却ポンプと、を備えている
   ことを特徴とする粉砕処理システム。
3. 前記メディア撹拌型湿式粉砕機が、篩式のセパレータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕処理システム。
4. 前記メディア撹拌型湿式粉砕機が、遠心式のセパレータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕処理システム。
5. 前記メディア撹拌型湿式粉砕機において、容器内に形成される粉砕室の軸線方向の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が、１以下に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか1項に記載の粉砕処理システム。
6. 前記冷却器の出口における温度を検出し、前記冷却器に導入する冷却媒体の流量を調節することにより、処理物の温度調節を行うことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の粉砕処理システム。