(57)【要約】【課題】本発明は、サイクロン等の分離器に対する分離効率の異なる２種以上の粉体を、循環流動層内を複数回循環させることにより高効率で分級する分離装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の分級装置は、分離器の下部に下降管を接続して設け、該下降管と分離器とを搬送管で接続するとともに該搬送管に送風管を接続して循環流動層を構成し、分離器上方に設けられた排気管の下流側に粉体回収器を設け、前記下降管に試料投入口を設けてなる２種以上の粉体を含む混合試料の分級装置において、分離効率の高い粉体を下降管内で濃縮し、分離効率の低い粉体を粉体回収器において濃縮することにより高効率に分級させることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離器の下部に下降管を接続するとともに該下降管と分離器とを送風機に連通した搬送管で接続して循環流動層を形成し、分離器に接続された排気管の下流側に粉体回収器を設け、前記下降管に試料投入口を設けてなる２種以上の粉体を含む混合試料の分級装置において、前記混合試料を循環流動層内において複数回循環させることにより分離効率の異なる粉体のうち分離効率の高い粉体を下降管内で濃縮することを特徴とする分級装置。
【請求項２】
循環流動層の下流側に設けた粉体回収器で集めた粉体を再度試料投入口に入れ、循環流動層内を複数回循環させることにより、分離効率の低い粉体を粉体回収器において濃縮することを特徴とする請求項１記載の分級装置。
【請求項３】
循環流動層を多段に設け、３種以上の粉体を含む混合試料を同時に分級可能とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の分級装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種以上の粉体を分級する分級装置に関し、サイクロン等の分離器に対する分離効率が異なるようにした２種以上の混合粉体を高効率で分級する循環流動層型分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に２種以上の粉体を分級する方式は、粒径の異なることを利用したふるい分け法、固体粒子の沈降速度が異なることを利用した重力分級法、慣性力の違いを利用する慣性分級法、重力ではなく遠心力を利用するサイクロン分級法といった方式があり、これらを単独あるいは複数を組み合わせた技術が提案され実用化に至っている。サイクロン分級法は遠心力を使うことで重力の場合に比べ沈降速度を数百倍から数千倍に容易に作り出せるので、分級時間の大幅な短縮が図れることと、他の重力分級法と比較すると装置をコンパクトにできること、何よりシンプルな構造という利点があり、広範囲に使われている。通常これらの分級装置は分離したものを捕集ビン等を設けて回収するにとどまっている。
また、固気、固液、あるいは気液固系の流動層は、固体のハンドリング技術の一つとして古くから用いられており、中でも循環流動層は比較的大量の流体（主に気体）を扱う系において多く用いられている。例えば、石炭燃焼用のボイラーやＦＣＣの触媒反応器といった装置等が実用化され、普及している。
【特許文献１】特開平６−１４２６１５号公報
【特許文献２】特開平６−２６９７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
分級したい粉体が大量にある場合、ふるい分け式では手間がかかり、連続操作は難しい。分級精度を上げることを考えると、重力分級法や慣性分級法では限界がある。重力分級法、慣性分級法あるいはサイクロン分級法では、密度は小さいが粒径が大きいものと、密度が大きいが粒径が小さいものの分離は困難になる場合がある。いずれの分級法においても、一度設計すると分級効率は固定される。
【０００４】
本発明は、２種以上の粉体を、サイクロン等の分離器に対する分離効率が異なるようにし、循環流動層内を複数回循環させることにより、分離効率の高い粉体と低い粉体をどちらも高効率で分離する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】
【０００５】
本発明の分級装置は、分離器の下部に下降管を接続するとともに該下降管と分離器とを送風機に連通した搬送管で接続して循環流動層を形成し、分離器に接続された排気管の下流側に粉体回収器を設け、前記下降管に試料投入口を設けてなる２種以上の粉体を含む混合試料の分級装置において、前記混合試料を循環流動層内において複数回循環させることにより分離効率の異なる粉体のうち分離効率の高い粉体を下降管内で濃縮することを特徴とする。
また、本発明の分級装置は、循環流動層の下流側に設けた粉体回収器で集めた粉体を再度試料投入口に入れ、循環流動層内を複数回循環させることにより、分離効率の低い粉体を粉体回収器で濃縮することを特徴とする。
また、本発明の分級装置は、循環流動層を多段に設け、３種以上の粉体を含む混合試料を同時に分級可能とすることを特徴とする
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）分離器により分離された粉体を循環流動層内で複数回循環させることにより、高効率な分級を可能とする。
（２）重力分級法、慣性分級法あるいはサイクロン分級法では、密度は小さいが粒径が大きいものと密度が大きいが粒径が小さいものの分離は困難であるが、本発明によればこのような従来困難とされてきた粉体においても分級を可能とできる。すなわち、分級したい混合粉体の分離器に対する分離効率がお互いに近い場合は、分離器に対する分級効率は流体を変えるといった方法で可変であるので、いかなる混合粉体に対しても理論上分級可能である。
（３）循環流動層の採用により、連続処理及び大量処理ができる。
（４）分級操作に特別な熟練を要しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る分級装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して以下に説明する。  
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態に係る循環流動層型分級装置の概念図を示したものである。
本発明の実施の形態において分級される２種以上の粉体を含む混合試料としては、例えば、有価金属を含む廃プラスチックダストあるいはポリエチレンテレフタレート及びポリプロピレン等の異種材料からなる混合プラスチック等種々のものがある。
【０００９】
図１において、試料投入口であるホッパー１は、下降管（ダウンカマーともいう。）２に試料を供給できるようにシュート７及びバルブ８を介して下降管２に接続されている。
下降管２の上部は分離器５の下部と接続しており、分離器で分離された粉体は下降管２に収容される。分離器５としては、例えば、サイクロン遠心分離器５が好適である。
下降管２とサイクロン遠心分離器５とは搬送管（ライザー管ともいう。）３で接続されるとともに、搬送管３の垂直部分には、下方から送風機４により送風管９を介して流体が供給されるようになっており、下降管２、搬送管３及びサイクロン遠心分離器５により循環流動層が形成される。搬送管３の水平部分には、下降管からの粉体を輸送するため、空気輸送方式やスクリューフィーダ１１等の機械的輸送方式で粉体を輸送する。また、搬送管３の上端はサイクロン遠心分離器５の円筒部の接線方向に向かって接続されている。
サイクロン遠心分離器５の中心部から上方に排気管１０が接続・配置され、該排気管１０の下流側には粉体回収器６が設けられている。粉体回収器６としては、バグフィルタ等公知のものが用いられる。
【００１０】
分級される２種以上の粉体を含む混合試料１２は、ホッパー１から下降管２に供給される。下降管２内の混合試料１２は、スクリューフィーダ１１で搬送管３の垂直部分まで搬送され、送風機４からの流体１３によって上方に運ばれ、サイクロン遠心分離器５の円筒部の接線方向に向かって一定の速度で供給される。サイクロン遠心分離器５で分離された粉体はその下部に接続された下降管２に戻る。分離されなかった粉体は、流体１３に搬送されて排気管１０を通して回収機６に入り、回収機６のフィルタ等で流体から分離・回収される。本装置は混合粉体が下降管２から搬送管３そしてサイクロン遠心分離器５を経て下降管２に戻るという循環流動層である。
【００１１】
いまここに、サイクロン遠心分離器５に対する分離効率が０．９である粉体Ｐ１と、分離効率が０．１である粉体Ｐ２の二種類がそれぞれ等量ずつ混じった試料があるとする。試料がサイクロン遠心分離器５を１度通ることを１サイクルと定義し、１０サイクルを連続運転の単位とすると１０サイクルの間に、分離効率が０．９である粉体Ｐ１についてはほぼ１００％の粉体Ｐ１をサイクロン遠心分離器５下部の下降管２で得ることができる（図２参照。）。さらに、１０サイクルの連続運転を１試行と定義すると、１試行終了時点における回収機６で回収された試料中に占める粉体Ｐ２の割合は６割程度である。この回収機６で回収された混合試料のみを再度ホッパー１に投入し、再試行を行う。これを繰り返せば、１０回程度の試行の末に粉体Ｐ２もほぼ１００％回収できることになる（図３参照。）。
上記手順を模式的に図４に示す。本発明は、サイクロン等の分離器に対する分離効率の向上を図るのではなく、分離器に対する分離効率を分級しようとするそれぞれの粉体で異なるようにし、循環流動層内で循環させると分離効率が高いものが層内で濃縮される性質を利用して高効率に分級することを特徴としている。
三種の混合粉体の場合、最初の試行で、分離器に対する分離効率の最も高い粉体が下降管で濃縮されまで循環させる。回収器には中効率・低効率の粉体が濃縮されるので、それを再度二種混合粉体として扱えば、三種混合粉体をそれぞれに分級することができる。同様な手順で多種混合粉体を分級することが可能である。
上記の手順は一段の循環流動層を用いた場合であるが、例えば図５に示すような多段の循環流動層を用いて操作を効率化することも可能である。その際、分離効率によっては、サイクロン遠心分離器５及び下降管２だけを設け搬送管３及びスクリューフィーダ１１等の循環経路を省略しても良い。
【００１２】
ここで、サイクロン遠心分離器５について補足説明する。
サイクロン遠心分離器５の分離効率は、
【数１】
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で表される。ここで、ηは分離効率、ρｐは粒子密度、ρｆは流体密度、ｄｐは粒子径、ｕｉはサイクロン入口流体速度、μは流体粘度、及びＤはサイクロン直径である。
この式（１）から、分離効率ηは、粒子密度と流体密度との差、粒子径及びサイクロン入口流体速度が大きい程、分離効率ηは大きく、反対に流体粘度及びサイクロン直径が大きい程、分離効率ηは小さくなることわかる。その際、粒子密度は１乗、粒子径は２乗で効くことがわかる。  
【００１３】
図６に分離効率ηをパラメータにした粒子径ｄｐと密度差（ρｐ−ρｆ）の関係を示す。分級対象の混合粉体が、粒径が大きくて密度が小さいものと、粒径が小さくて密度が大きいものの場合でしかも分離効率がほぼ同一である場合、そのままでは分級困難である。そこで、流体側を変えることを検討する。例えば、流体が空気で同じ分離効率であったなら、流体を水に変えることで、密度差を等量ずつ小さくすることができる。粒子径ｄｐと密度差（ρｐ−ρｆ）は図６のような曲線であるので、同じ幅ずつ密度差（ρｐ−ρｆ）が下がったなら、粒子径が大きい方が粒子径が小さい方より分離効率の低下が著しくなり、両者の分離効率に差ができる。したがって、分離困難な場合は流体を変えること、すなわち、流体密度ρｆを変化させることでサイクロンに対する分離効率を変えることができ、その結果、本発明の方式で分級ができるようになる。さらに分離効率の差異を大きくできれば分級に要する時間を短縮することができる。なお、流体としては、気相系では空気、水素、二酸化炭素等があり、液相系では水、油、アルコール等がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る循環流動層型分級装置の概念図を示したものである。
【図２】分離器に対する分離効率が０．９である粉体Ｐ１の下降管内の混合粉体中に占める存在割合の循環回数に対する変化を示した図である。
【図３】分離器に対する分離効率が０．１である粉体Ｐ２の粉体回収器内の混合粉体中に占める存在割合の試行回数に対する変化を示した図である。
【図４】図２と図３の手順を総合し、模式的にP1とP2が分離される様子を示した図である。
【図５】循環流動層を多段にした場合の循環流動層型分級装置の概念図を示したものである。
【図６】分離効率の式（１）から計算した粒子径と密度差の関係の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００１５】
１    ホッパー
２    下降管（ダウンカマーともいう。）
３    搬送管（ライザー管ともいう。）
４    送風機
５    サイクロン遠心分離器
６    粉体回収器
７    シュート
８    バルブ
９    送風管
１０  排気管
１１  スクリューフィーダ
１２  ２種以上の粉体を含む混合試料
１３  流体
【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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