(57)【要約】【課題】本発明は、連続式の撹拌槽に円筒形のハウジングであるドラフトチューブを設けるとともに複数種類の撹拌翼を設けることにより、1つの撹拌槽で効率良く晶析反応させつつ、所望の粒径以上の粒子を取り出せる分級機能を有する晶析反応槽及びこれを用いた晶析分級装置を提供することを目的とする。【解決手段】晶析原料を保持する撹拌槽と、  該撹拌槽内の上下方向に延びる回転軸と、  該回転軸の周囲の所定の深さ領域を囲むように設けられたドラフトチューブと、  前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ内に設けられた第１の撹拌翼と、  前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ外に設けられた第２の撹拌翼と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
晶析原料を保持する撹拌槽と、
該撹拌槽内の上下方向に延びる回転軸と、
該回転軸の周囲の所定の深さ領域を囲むように設けられたドラフトチューブと、
前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ内に設けられた第１の撹拌翼と、
前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ外に設けられた第２の撹拌翼と、を有する晶析反応槽。
【請求項２】
前記第２の撹拌翼は、前記ドラフトチューブの上方に設けられた請求項１に記載の晶析反応槽。
【請求項３】
前記第１の撹拌翼は、前記ドラフトチューブ内に前記晶析原料の上方向に流れを形成するように設けられ、
前記第２の撹拌翼は、前記ドラフトチューブ外に前記晶析原料の下方向の流れを形成するように設けられている請求項２に記載の晶析反応槽。
【請求項４】
前記第２の撹拌翼は、前記回転軸から放射状に延びた支持部により支持され、径方向において前記ドラフトチューブの外側にのみ設けられた請求項３に記載の晶析反応槽。
【請求項５】
前記第１の撹拌翼の全長に対する前記ドラフトチューブの直径の比率は、前記ドラフトチューブ内の前記晶析原料の流れの方向が前記上方向の一方向となり、前記ドラフトチューブと前記撹拌槽の内周面との間の前記晶析原料の流れの方向が前記下方向の一方向となるように設定された請求項３又は４に記載の晶析反応槽。
【請求項６】
前記第１の撹拌翼の全長に対する前記ドラフトチューブの直径の比率は、１．１よりも大きく１．６よりも小さい範囲である請求項５に記載の晶析反応槽。
【請求項７】
前記第１及び第２の撹拌翼は、傾斜パドルとして構成されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の晶析反応槽。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の晶析反応槽と、
該晶析反応槽に前記晶析原料を供給するための晶析原料投入口と、
該晶析反応槽の底部に設けられ、所定の粒径以上の固体粒子を排出するための分級出口と、を有する晶析分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、晶析反応槽及びこれを用いた晶析分級装置に関し、特に、連続式の撹拌槽において、槽内で効率よく晶析反応させつつ、所望の粒径以上の粒子を同時に排出する晶析反応槽及びこれを用いた晶析分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、晶析反応槽では、供給した原料が反応して、その過飽和領域で発生する核、もしくは、原料とは別に供給した種晶粒子を槽内で均一に分散させて、効率よく原料を晶析反応させている。
【０００３】
また、連続式の晶析反応槽の場合、槽内で晶析反応させて、オーバーフロー、もしくは槽底から連続的に排出する場合が多い（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１０６２９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】SCEJ80th  Annual  meeting、講演番号E114、晶析操作における撹拌・混合の役割、月島機械
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反応槽が単一槽の場合、各晶析粒子が槽内で滞留する時間が異なるため、晶析反応のバラツキが生じ、粒径分布が発生することになる。そのため、所望の粒径以上の粒子を取り出して製品としたい場合には、この晶析反応槽による晶析の後工程として、晶析粒子の分級操作が必要となり、分級設備の設置費用、そのランニング費用が余分に必要となるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、連続式の撹拌槽に円筒形のハウジングであるドラフトチューブを設けるとともに複数種類の撹拌翼を設けることにより、1つの撹拌槽で効率良く晶析反応させつつ、所望の粒径以上の粒子を取り出せる分級機能を有する晶析反応槽及びこれを用いた晶析分級装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る晶析反応槽は、晶析原料を保持する撹拌槽と、
該撹拌槽内の上下方向に延びる回転軸と、
該回転軸の周囲の所定の深さ領域を囲むように設けられたドラフトチューブと、
前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ内に設けられた第１の撹拌翼と、
前記回転軸に固定され、前記ドラフトチューブ外に設けられた第２の撹拌翼と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、槽内に安定な循環流れを形成すると共に、槽底の中央に安定な低速度の上昇流れを形成でき、このような槽内流れを形成することで、槽内で効率的に晶析反応を発生させつつ、槽底では所望の粒径以上の粒子を効率的に堆積させ排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る晶析反応槽及びこれを含む晶析分級装置の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施形態に係る晶析反応槽の主要部分を抽出して示した拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る晶析反応槽のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る晶析反応槽のパラメータ設定の一例を示した図である。図３（ｂ）は、本実施形態に係る晶析反応槽内における晶析原料の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【図４】比較例１に係る晶析反応槽のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図４（ａ）は、比較例１に係る晶析反応槽のパラメータ設定の一例を示した図である。図４（ｂ）は、比較例１に係る晶析反応槽内における晶析原料の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【図５】比較例２に係る晶析反応槽のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図５（ａ）は、比較例２に係る晶析反応槽のパラメータ設定の一例を示した図である。図５（ｂ）は、比較例２に係る晶析反応槽内における晶析原料の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【図６】比較例３、４に係る晶析反応槽の固体粒子の濃度分布を示した図である。図６（ａ）は、比較例３に係る晶析反応槽全体の固体粒子の濃度分布を示した図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の底部を拡大した図である。図６（ｃ）は、比較例４に係る晶析反応槽全体の固体粒子の濃度分布を示した図である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）の底部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る晶析反応槽及びこれを含む晶析分級装置の一例を示した図である。本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０は、撹拌槽１０と、攪拌機２０と、ドラフトチューブ３０と、ドラフトチューブ固定治具３５と、邪魔板４０とを有する。晶析分級装置１００は、晶析反応槽５０に加えて、晶析原料供給器６０と、分級出口７０とを更に有する。
【００１３】
撹拌槽１０は、晶析原料１１０を槽内に保持するための手段であり、槽内に保持した晶析原料１１０を撹拌して晶析反応を発生及び促進させるための手段である。晶析原料１１０は、原料投入時は液体の状態又は液体と微粒子からなるスラリー状態であるが、晶析反応が進行するにつれて、固体粒子１１１が発生すると共に固体粒子１１１の粒径が大きくなっていく。よって、撹拌槽１０は、通常、液体と固体粒子１１１が混合した晶析原料１１０を槽内に保持する。
【００１４】
撹拌槽１０は、鏡底を有する円筒形に構成されることが好ましい。前記の形状を有することにより、上下に循環する循環流を形成し易くなる。なお、循環流の具体的な説明については後述する。
【００１５】
晶析原料１１０は、晶析対象及び用途に応じて種々の原料が選択されてよいが、例えば、Ｎｉの固体粒子１１１を晶析させるための晶析原料１１０が用いられてもよい。
【００１６】
攪拌機２０は、撹拌槽１０内で晶析原料１１０を撹拌するための撹拌手段である。撹拌機２０は、回転軸２１と、主撹拌翼支持部２２と、主撹拌翼２３と、補助撹拌翼支持部２４と、補助撹拌翼２５と、モータ２６とを有する。回転軸２１は、撹拌槽１０内の任意の位置に設けられてよいが、一般的には、撹拌槽１０の中心付近に設けられ、主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５を回転させることにより、回転軸２１を中心として撹拌槽１０内で左右対称な流れを発生させることができるように設置される。回転軸２１は、上下方向に延在して設けられ、主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５を水平に回転させる。
【００１７】
主撹拌翼支持部２２は、主撹拌翼２３を支持するための支持手段である。主撹拌翼支持部２２は、回転軸２１に固定されて設けられ、回転軸２１の回転を主撹拌翼２３に伝達する役割を果たす。
【００１８】
主撹拌翼２３は、用途に応じて種々の形状を有して構成されてよいが、例えば、ドラフトチューブ３０内に晶析原料１１０の上下方向の流れを形成すべく、水平方向又は鉛直方向に対して傾斜を有して設けられてもよい。傾斜を有して設けられることにより、上下に晶析原料１１０を押し出す上下方向の流れを形成することができる。なお、撹拌翼２３の構成の詳細については後述する。
【００１９】
主撹拌翼２３は、回転軸２１を中心として、水平方向（左右方向）に延びる形状を有することが好ましい。これにより、回転軸２１の回転をロス無く効率的に晶析原料１１０に伝達できるとともに、回転軸２１に対して左右対称な流れを形成することができる。
【００２０】
主撹拌翼２３は、主撹拌翼支持部２２の周囲に１本以上設けられる。回転軸２１を中心として、左右に延びた主撹拌翼２３の各々を１本とカウントした場合、主撹拌翼２３は最低１本設けられ、更に用途に応じて複数本設けられてよい。本実施形態においては、主撹拌翼２３は、上段及び下段に各２本ずつ設けられた例を挙げて説明する。
【００２１】
主撹拌翼支持部２２及び主撹拌翼２３は、上下方向において複数段設けられてもよい。図１においては、撹拌翼支持部２２及び撹拌翼２３は、上段及び下段に１ユニットずつ設けられている。撹拌槽１０の長さが長くなると、１段だけでは、十分な晶析原料１１０の流れを作るのが困難になってくるので、撹拌槽１０が縦長の場合は、主撹拌翼支持部２２及び主撹拌翼２３は、上段及び下段に１ユニットずつ設けられる場合が多い。本実施形態においても、主撹拌翼支持部２２及び主撹拌翼２３が上段及び下段に１ユニットずつ設けられた例を挙げて説明する。
【００２２】
主撹拌翼２３は、上下方向の流れのうち、上昇流を形成するように構成される。本実施形態においては、主撹拌翼２３がドラフトチューブ３０の内側に設けられるのに加えて、ドラフトチューブ３０の上方に補助撹拌翼２５が設けられており、補助撹拌翼２５が下方向の晶析原料１１０の流れを形成する役割を果たす。よって、ドラフトチューブ３０の内側と外側とで上下方向の循環流を形成すべく、主撹拌翼２３は、ドラフトチューブ３０内に晶析原料１１０の上昇流を形成する働きをする。
【００２３】
補助撹拌翼２５は、ドラフトチューブ３０の外側、つまりドラフトチューブ３０の外周面と撹拌槽１０の内周面との間に下降流を形成し、整流するために設けられた撹拌羽根である。主撹拌翼２３は、ドラフトチューブ３０の内側と外側とで上下方向の循環流を単独で形成することができるので、補助撹拌翼２５が設けられていなくても、循環流自体は形成することができる。しかしながら、主撹拌翼２３はドラフトチューブ３０の内側に設けられているため、ドラフトチューブ３０の下降流への影響は、当然に弱くなる。そこで、本実施形態に係る晶析出反応槽５０においては、ドラフトチューブ３０の上方外側に補助撹拌翼２５を設置して撹拌することにより、撹拌槽１０の上部から下部に向けての下降流を強化し、撹拌槽１０内全体に形成される循環流を強くし、整流効果を増加させている。これにより、撹拌槽１０の内部全体に良好な循環流を形成することができ、晶析反応を促進することができる。
【００２４】
かかる観点から、補助撹拌翼２５は、高さ方向においても、径方向においても、ドラフトチューブ３０の外側に設けられ、ドラフトチューブ３０の外側の晶析原料１１０の下降流にのみ作用し、ドラフトチューブ３０の内部の上昇流には影響を及ぼさない配置とされている。
【００２５】
補助撹拌翼支持部２４は、補助撹拌翼２５を支持するための部材であり、回転軸２１に固定されるとともに回転軸２１から半径方向に沿って放射状に延び、外側の補助撹拌翼２５を内側から支持する。補助撹拌翼支持部２４は、パドル状の形状を有しない円柱、角柱等の棒状の部材から構成され、ドラフトチューブ３０内の上昇流に影響を与えないように構成される。
【００２６】
このように、本実施形態に係る晶析反応槽５０及び晶析分級装置１００は、ドラフトチューブ３０内に主撹拌翼２３を設けるとともに、ドラフトチューブ３０外に補助撹拌翼２５を設けることにより、の良好な晶析原料１１０上下方向の循環流を形成することができる。
【００２７】
モータ２６は、主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５を、主撹拌翼支持部２２及び補助撹拌翼支持部２４を介して回転させるための駆動手段であり、主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５を適切な速度及びトルクで回転させることができれば、種々のモータ２６を用いてよい。
【００２８】
ドラフトチューブ３０は、撹拌槽１０内の流れを整えるために設けられ、整流部材として機能する。ドラフトチューブ３０は、円筒形状を有し、回転軸２１及び主撹拌翼２３の周囲の所定の深さ領域を囲むように設けられる。ドラフトチューブ３０は、主撹拌翼２３により形成された晶析原料１１０の上下方向の流れをその内周面に沿わせ、ドラフトチューブ３０内に上方向の一方向の流れ、つまり上昇流を形成する役割を果たす。
【００２９】
このような晶析原料１１０の上昇流を適切に形成するためには、整流部材であるドラフトチューブ３０の直径（内径）を撹拌翼２３の水平方向の直径に対し、適切に設定することが好ましい。即ち、主撹拌翼２３と補助撹拌翼２５との協働においても、ドラフトチューブ３０の内外の循環流を形成することができるが、ドラフトチューブ３０を適切に設定することにより、より良好な循環流を形成することができる。本実施形態では、そのようなドラフトチューブ３０の適切な設定方法についても説明するが、その詳細な内容は後述する。
【００３０】
なお、ドラフトチューブ３０は種々の材料により構成することができ、例えば、ステンレス鋼から構成されてもよい。
【００３１】
ドラフトチューブ固定治具３５は、ドラフトチューブ３０を固定するための治具である。図１においては、ドラフトチューブ固定治具３５が邪魔板４０に固定され、ドラフトチューブ固定治具３５が更に内側のドラフトチューブ３０を固定している構成が示されているが、ドラフトチューブ固定治具３５は、ドラフトチューブ３０を適切な位置に固定できれば、種々の構成を有してよい。
【００３２】
邪魔板４０は、晶析原料１１０の横方向、斜め方向の流れを上下方向又は軸流方向に変換するための整流板であり、撹拌槽１の内周側面に沿って上下方向に延在するとともに、撹拌槽１０の中心、即ち回転軸２１に向かって突出するように設けられる。具体的には、邪魔板４０は、ドラフトチューブ３０の外周側面と撹拌槽１０の内周側面の間に、晶析原料１１０の上下方向の流れを形成する役割を果たす。上述のように、ドラフトチューブ３０の内部で上下方向の一方向の流れを形成した場合には、ドラフトチューブ３０と撹拌槽１０との間で、ドラフトチューブ３０の内部の上下方向の一方向の流れと逆方向の上下方向の流れを形成する。これにより、晶析原料１１０は、ドラフトチューブ３０の内側と外側で上下に循環する循環流を形成することができ、晶析反応を促進させ、かつ晶析した固体粒子１１１を粒径によって効率的に上下に振り分けることができる。即ち、所定の粒径に達していない固体粒子１１１は、上昇流により上昇させることができるとともに、所定の粒径に達した固体粒子１１１については、速やかに撹拌槽１０の底部上に堆積させることができる。
【００３３】
邪魔板４０は、ドラフトチューブ３０を両側から挟むように、つまり対をなすようにして設けられる。例えば、邪魔板４０は、ドラフトチューブ３０を左右から挟むように一対のみ設けられてもよいし、四方向から挟むように、二対設けられてもよい。または、必要に応じて、それ以上に多く設けられてもよい。このように、邪魔板４０の数は、用途に応じて適宜定めてよい。なお、邪魔板４０は、バッフル４０と呼んでもよい。
【００３４】
以上が本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０の構成要素であるが、本発明の実施形態に係る晶析分級装置１００は、更に晶析原料投入器６０と、分級出口７０とを備える。
【００３５】
晶析原料投入器７０は、晶析原料１１０を撹拌槽１０内に投入するための手段であり、晶析原料タンク６１と、晶析原料投入口６２とを備える。晶析原料タンク６１は、晶析原料１１０を蓄積するためのタンクであり、例えば、スラリー状の晶析原料１１０が蓄えられる。晶析原料投入口６２は、晶析原料タンク６１に蓄積された晶析原料１１０を撹拌槽１０内に投入又は供給するための原料投入口又は原料供給口である。
【００３６】
分級出口７０は、所定の粒径以上の固定粒子を撹拌槽１０から排出するための製品取り出し口であり、撹拌槽１０の底部に接続されて設けられる。これにより、分級された所望の粒径を有する固体粒子１１１を得ることができる。
【００３７】
図２は、本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０の主要部分を抽出して示した拡大図である。図２に示されるように、攪拌機２０の主撹拌翼２３の周囲にドラフトチューブ３０が設けられ、更にドラフトチューブ３０より外側の上方に補助撹拌翼２５が設けられている。また、ドラフトチューブ３０より外側の撹拌槽１０の内周側面に邪魔板４０が設けられている。
【００３８】
ここで、攪拌機２０は、回転軸２１が撹拌槽１０の軸心に設けられ、ドラフトチューブ３０内に回転可能な主撹拌翼２３と、ドラフトチューブ３０の上方外側で回転可能な補助撹拌翼２５とを有する。主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５は傾斜パドル、傾斜タービン等、軸流を発生させる機能を有する形状を有している。主撹拌翼２３及び補助撹拌翼２５の形状及び寸法は、粒子の真比重、分級したい粒子径の終端速後を基準に、ドラフトチューブ内外の流速を設定してシミュレーションによって決定することができる。そして、主撹拌翼２３は、上段及び下段の両方とも、傾斜した撹拌パドルとして構成されているとともに、主撹拌翼支持部材２２から水平に外側に向かって延び、互いに直角に交わり、十字をなして２本ずつ設けられている。また、補助撹拌翼２５も、ドラフトチューブ３０よりも上方において、回転軸２１から十字をなすように補助撹拌翼支持部２４が放射状に水平にドラフトチューブ３０よりも外側まで延び、その先端に補助撹拌翼２５が設けられている。図２においては、補助撹拌翼２５は十字をなして二対設けられているが、補助撹拌翼２５の数及び形状は、用途に応じて種々の構成とすることができる。
【００３９】
また、ドラフトチューブ３０は、撹拌槽１０内の軸心部に直立支持させて設ける。ドラフトチューブ３０は、円筒形を有し、撹拌翼２３の先端から所定間隔を有して撹拌翼２３を覆うように設けられている。ドラフトチューブ３０を設置することにより、撹拌槽１０内の整流効果、整流による撹拌機動力低減、スラリー分離効果が期待される。
【００４０】
邪魔板４０は、撹拌槽１０の軸心に向かって突出するように、放射状に一対以上設置する。図２においては、二対の邪魔板４０が四方向から十字をなすように設置された例が示されている。
【００４１】
このように、本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０では、撹拌翼２３の周囲にドラフトチューブ３０を設けた構成を有する。
【００４２】
次に、シミュレーション実験により、ドラフトチューブ３０内で晶析原料１１０が上下方向の流れを形成するような撹拌翼２３の全長に対するドラフトチューブの直径の比率を求めた結果について説明する。なお、シミュレーション実験は、攪拌機２０については、補助撹拌翼２５を設けず、主撹拌翼２３のみを設けた場合について行っているが、ドラフトチューブ３０との相関性は主撹拌翼２３の方が圧倒的に高く、補助撹拌翼２５は、ドラフトチューブ３０の外側の下降流にのみ影響を与えるように構成されているので、シミュレーション実験はほぼそのまま本実施形態に係る晶析反応槽５０及び晶析分級装置１００に適用可能である。
【００４３】
シミュレーションの実験は撹拌槽１０の直径をφ４３０ｍｍ、主撹拌翼２３は直径をφ１７０ｍｍ、パドル幅２５ｍｍの４枚ピッチドパドルとし、ドラフトチューブ長さを３３０ｍｍ、下端位置を撹拌槽１０の底面から７５ｍｍとし、撹拌槽１０の底面から液面の高さを４４５ｍｍ、主撹拌翼２３の回転数を６００ｒｐｍと設定した条件下で、連続相を液体、分散相を５０μｍの固体粒子として液体比重：固体比重＝１：４３として行った。
【００４４】
図３は、本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０のパラメータ設定の一例を示した図である。図３（ａ）に示されるように、本実施形態に係る晶析反応槽５０の一例では、主撹拌翼２３の全長をｄとし、ドラフトチューブ３０の直径をＤとしたときに、Ｄ／ｄ＝１．４に設定する。
【００４５】
図３（ｂ）は、主撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブ３０の直径Ｄの比率Ｄ／ｄが１．４のときの、実施形態に係る晶析反応槽５０内における晶析原料１１０の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【００４６】
図３（ｂ）に示されるように、ドラフトチューブ３０内における晶析原料１１０の流れは、ほぼ総てが上昇流となっており、上方向への軸流が形成されている。更に、ドラフトチューブ３０の外部のドラフトチューブ３０と撹拌槽１０の内周側面との間には、ほぼ総てが下降流となっており、ドラフトチューブ３０の側面の内外を循環する循環流が形成されている。このように、ドラフトチューブ３０の直径Ｄと主撹拌翼２３の全長ｄとの比率を適切に設定することにより、ドラフトチューブ３０の内側を上下方向の一方向に向かって流れ、ドラフトチューブ３０の外側をドラフトチューブ３０の内側と反対向きの上下方向の他方向に向かって流れる循環流を形成でき、効率的に晶析原料１１０を軸流方向に循環させることができる。
【００４７】
なお、Ｄ／ｄ＝１．４は一例であり、主撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブの直径Ｄの比率Ｄ／ｄは、ドラフトチューブ３０の内外で循環流を形成可能であれば、種々の値に設定することができる。
【００４８】
このように、本実施形態に係る晶析反応槽５０及び晶析分級装置１００では、撹拌槽１０内にドラフトチューブ３０を設置し、槽内に安定な循環流を形成するとともに、槽底の中央に低速度の安定な上昇流れを形成して、その領域で所望の粒径以上の粒子を効率よく堆積させる分級機能を持たせている。
【００４９】
次に、比較例に係る晶析反応槽のパラメータ設定について説明する。
【００５０】
図４は、比較例１に係る晶析反応槽のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図４（ａ）は、比較例１に係る晶析反応槽のパラメータ設定の一例を示した図である。図４（ａ）に示されるように、比較例１に係る晶析反応槽では、主撹拌翼１２３の全長をｄとし、ドラフトチューブ１３０の直径をＤとしたときに、Ｄ／ｄ＝１．１に設定する。この場合には、主撹拌翼１２３の先端とドラフトチューブ１３０の内周面との間隔が、図３（ａ）に示した、実施形態に係る晶析反応槽５０の撹拌槽２３の先端とドラフトチューブ３０との間隔よりも狭くなる。
【００５１】
図４（ｂ）は、主撹拌翼１２３の全長ｄに対するドラフトチューブ１３０の直径Ｄの比率Ｄ／ｄが１．１のときの、比較例１に係る晶析反応槽内における晶析原料１１０の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【００５２】
図４（ｂ）に示されるように、主撹拌翼１２３により形成された左側の上昇流は、途中でドラフトチューブ１３０の内周面と衝突してしまい、蛇行して上昇するような流れが形成されている。また、ドラフトチューブ１３０の外側では、左側ではドラフトチューブ１３０に向かう斜めの下降流が形成され、右側では上部に上昇流が形成されており、全体として循環流を形成していない。
【００５３】
このように、主撹拌翼１２３とドラフトチューブ１３０との距離が短く、両者が接近し過ぎると、主撹拌翼１２３とドラフトチューブ１３０とが互いに干渉してしまい、循環流が形成されない。
【００５４】
よって、本実施形態に係る晶析反応槽５０は、主撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブの直径Ｄの比率Ｄ／ｄについて、１．１＜Ｄ／ｄを満たす必要がある。
【００５５】
図５は、比較例２に係る晶析反応槽のパラメータ設定及びシミュレーション結果を示した図である。図５（ａ）は、比較例２に係る晶析反応槽のパラメータ設定の一例を示した図である。図５（ａ）に示されるように、比較例２に係る晶析反応槽では、主撹拌翼２２３の全長をｄとし、ドラフトチューブ２３０の直径をＤとしたときに、Ｄ／ｄ＝１．６に設定する。この場合には、主撹拌翼２２３の先端とドラフトチューブ２３０の内周面との間隔が、図３（ａ）に示した、実施形態に係る晶析反応槽５０の撹拌槽２３の先端とドラフトチューブ３０との間の間隔よりも広くなる。
【００５６】
図５（ｂ）は、主撹拌翼２２３の全長ｄに対するドラフトチューブ２３０の直径Ｄの比率Ｄ／ｄが１．６のときの、比較例２に係る晶析反応槽内における晶析原料１１０の流れのシミュレーション結果を示した図である。
【００５７】
図５（ｂ）に示されるように、主撹拌翼２２３により形成された上昇流は、ドラフトチューブ３０の上端に到達する前に向きを変えて下降流となり、ドラフトチューブ２３０内に循環流が発生してしまっている。これにより、ドラフトチューブ２３０内において、上方向と下方向の流れが混在してしまっている。このような流れが発生すると、晶析反応槽内全体では循環流が発生しなくなってしまう。
【００５８】
このように、主撹拌翼２２３とドラフトチューブ２３０との距離が遠く離れ過ぎると、ドラフトチューブ２３０の内部に循環流が発生してしまい、晶析反応槽内全体では循環流が形成されない。
【００５９】
よって、本実施形態に係る晶析反応槽５０は、主撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブの直径Ｄの比率Ｄ／ｄについて、Ｄ／ｄ＜１．６を満たす必要がある。
【００６０】
比較例１、２の双方を考慮すると、本発明の実施形態に係る晶析反応槽５０は、主撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブの直径Ｄの比率Ｄ／ｄについて、１．１＜Ｄ／ｄ＜１．６を満たす必要がある。
【００６１】
なお、槽内に安定した循環流を形成するには、ドラフトチューブ３０の直径Ｄと主撹拌翼２３の全長ｄとの比Ｄ／ｄが、１．２以上１．５以下であることが望ましい。Ｄ／ｄ＝１．２未満の場合、図４で説明したように、主撹拌翼１２３とドラフトチューブ１３０とが、撹拌軸の偏芯等により干渉するリスクがある。一方、Ｄ／ｄ＝１．５以上の場合、図５で説明したように、ドラフトチューブ２３０の内部に循環流が形成されてしまうおそれがある。
【００６２】
図６は、ドラフトチューブを設けない比較例３、４に係る晶析反応槽の固体粒子の濃度分布を示した図である。図６（ａ）は、ドラフトチューブを設けない比較例３に係る晶析反応槽全体の固体粒子の濃度分布を示した図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の底部を拡大した図である。図６（ｃ）は、ドラフトチューブを設けない比較例４に係る晶析反応槽全体の固体粒子の濃度分布を示した図であり、図６（ｄ）は、図６（ｃ）の底部を拡大した図である。
【００６３】
図６（ａ）〜（ｄ）において、濃度の高い順に領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが示されている。図６（ａ）〜（ｄ）に示されるように、ドラフトチューブ３０を設けない場合には、領域Ａ〜Ｄが晶析反応槽内の各箇所に混在している。つまり、晶析反応槽の内部及び底部で濃度にバラツキがあり、固体粒子の粒径にバラツキが生じていることが分かる。
【００６４】
一方、図１乃至図５で説明したように、本実施形態に係る晶析反応槽５０及び晶析分級装置１００によれば、主撹拌翼２３の周囲にドラフトチューブ３０を設け、かつドラフトチューブ３０の上方外側に補助撹拌翼２５を設け、更にドラフトチューブ３０の直径Ｄと主撹拌翼２３の全長ｄとの比Ｄ／ｄを適切に設定することにより、ドラフトチューブ３０の内外を循環する循環流を形成するとともに循環速度を速めることができ、槽内で効率的に晶析反応をさせつつ、槽底では所望の粒径以上の固体粒子１１１を効率的に堆積させ排出することができる。
【００６５】
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０    撹拌槽
２０    攪拌機
２１    回転軸
２２    主撹拌翼支持部
２３    主撹拌翼
２４    補助撹拌翼支持部
２５    補助撹拌翼
２６    モータ
３０    ドラフトチューブ
３５    ドラフトチューブ固定治具
４０    邪魔板
５０    晶析反応槽
６０    晶析原料供給器
６１    晶析原料タンク
６２    晶析原料投入口
７０    分級出口
１００    晶析分級装置
１１０    晶析原料
１１１    固体粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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