(57)【要約】【課題】本発明は、所望の粒径以上の粒子を高精度で取り出せる分級機能を有する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１０と、  上下方向に延びる回転軸２１と、該回転軸に設けられた撹拌翼２３とを備えた撹拌手２０段と、  前記撹拌翼の周囲を囲むように設けられたドラフトチューブ３０と、  前記撹拌槽の内周側面に沿って前記上下方向に延在するとともに前記回転軸に向かって突出し、前記ドラフトチューブを両側から挟むようにして設けられた少なくとも一対の邪魔板５０と、  前記撹拌槽の底面に設けられ、所定の粒径以上の固体粒子１１１を排出するための分級出口７０と、  該分級出口の周囲の前記ドラフトチューブの径よりも小さく、前記撹拌翼よりも低い所定領域を囲むように設けられた囲い部材８０と、を有する。【選択図】図１
2017213514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
晶析原料を保持する撹拌槽と、
上下方向に延びる回転軸と、該回転軸に設けられた撹拌翼とを備えた撹拌手段と、
前記撹拌翼の周囲を囲むように設けられたドラフトチューブと、
前記撹拌槽の内周側面に沿って前記上下方向に延在するとともに前記回転軸に向かって突出し、前記ドラフトチューブを両側から挟むようにして設けられた少なくとも一対の邪魔板と、
前記撹拌槽の底面に設けられ、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、
該分級出口の周囲の前記ドラフトチューブの径よりも小さく、前記撹拌翼よりも低い所定領域を囲むように設けられた囲い部材と、を有する晶析分級装置。
【請求項２】
前記囲い部材は、前記撹拌槽の底面上に設けられた円筒状の部材である請求項１に記載の晶析分級装置。
【請求項３】
前記囲い部材は、ポーラス構造を有する請求項１又は２に記載の晶析分級装置。
【請求項４】
前記所定領域は、前記所定の粒径以上の固体粒子が堆積し易いと予め判定された領域である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の晶析分級装置。
【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分級装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、晶析分級装置では、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、効率よく晶析反応を発生させている。
【０００３】
また、連続式の晶析分級装置の場合、撹拌槽内で晶析反応を発生させて、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、晶析操作における撹拌・混合の役割、講演番号Ｅ１１４、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、撹拌槽が単一槽の場合、各晶析粒子が槽内で滞留する時間が異なるため、粒径分布をもつことになる。所望の粒径以上の粒子を取り出して製品としたい場合は、この撹拌槽による晶析反応の後工程として、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に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た晶析分級装置において、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高精度で取り出せる分級機能を有する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分級装置は、晶析原料を保持する撹拌槽と、
上下方向に延びる回転軸と、該回転軸に設けられた撹拌翼とを備えた撹拌手段と、
前記撹拌翼の周囲を囲むように設けられたドラフトチューブと、
前記撹拌槽の内周側面に沿って前記上下方向に延在するとともに前記回転軸に向かって突出し、前記ドラフトチューブを両側から挟むようにして設けられた少なくとも一対の邪魔板と、
前記撹拌槽の底面に設けられ、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、
該分級出口の周囲の前記ドラフトチューブの径よりも小さく、前記撹拌翼よりも低い所定領域を囲むように設けられた囲い部材と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撹拌槽の槽底に所望の粒径以上の固体粒子を効率的に分級及び堆積させ、取り出すことができる。
【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分級装置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分級装置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分級装置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分級装置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】ドラフトチューブの基準高さをＨ、パラメータとして動かすドラフトチューブの高さをｈとしたときに、ｈ／Ｈ＝１の設定条件及びそのシミュレーション結果を示した図である。図４（ａ）は、高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１の場合の晶析分級装置を示した図である。図４（ｂ）は、ドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１の場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図５】基準高さＨに対するドラフトチューブの下端の高さｈの比率ｈ／Ｈが３／４である設定条件及びそのシミュレーション結果を示した図である。図５（ａ）は、ドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝３／４の場合の晶析分級装置を示した図である。図５（ｂ）は、ドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝３／４の場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図６】比較例に係る晶析分級装置におけるドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合の設定条件及びシミュレーション結果を示した図である。図６（ａ）は、ドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合の比較例に係る晶析分級装置を示した図である。図６（ｂ）は、ドラフトチューブの高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合のシミュレーション結果を示した図である。
【図７】ドラフトチューブの高さ位置に依存した固体粒子の濃度分布のシミュレーション結果を示した図である。図７（ａ）は、ｈ／Ｈ＝１の場合のシミュレーション結果を示した図である。図７（ｂ）は、ｈ／Ｈ＝３／４の場合のシミュレーション結果を示した図である。図７（ｃ）は、ｈ／Ｈ＝１／２の場合のシミュレーション結果を示した図である。
【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分級装置の一例を示した断面図である。本発明の実施形態に係る晶析分級装置１００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４０と、邪魔板５０と、晶析原料供給器６０と、分級出口７０と、囲い部材８０とを有する。
【００１３】
撹拌槽１０は、晶析原料１１０および晶析反応の進行につれて析出する固体粒子１１１を槽内に保持す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が発生及び増加し、更に固体粒子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、晶析原料が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、用途に応じて種々の原料が選択されてよいが、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ等の比重が８ｇ／ｃｍ３以上の高密度金属材料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、撹拌翼支持部２２と、撹拌翼２３と、モータ２４とを有する。回転軸２１は、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、撹拌翼２３を回転させることにより、回転軸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、撹拌翼２３を水平に回転させる。
【００１７】
撹拌翼支持部２２は、撹拌翼２３を支持するための支持手段である。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の回転を撹拌翼２３に伝達する役割を果たす。
【００１８】
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、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を押しやる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】
撹拌翼２３は、回転軸２１を中心として、水平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】
撹拌翼２３は、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、左右に延びた撹拌翼２３を全体で１本とカウントした場合、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。図１においては、撹拌翼２３が上段及び下段に各々１本ずつ示されているが、図１は断面図であり、実際には、上段及び下段とも十字をなして２本ずつ設けられている。この点は、図２において示す。但し、上段及び下段とも１本ずつでも、問題は無い。
【００２１】
撹拌翼支持部２２及び撹拌翼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、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る場合が多い。本実施形態においても、撹拌翼支持部２２及び撹拌翼２３が上段及び下段に設けられた例を挙げて説明する。
【００２２】
撹拌翼２３は、上下方向の流れのうち、例えば、ドラフトチューブ内で上昇流を形成するように構成されてもよい。本実施形態においては、撹拌翼２３が上昇流を形成する場合を例に挙げて説明する。
【００２３】
モータ２４は、撹拌翼２３を、撹拌翼支持部２２を介して回転させるための駆動手段であり、撹拌翼２３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２４を用いてよい。
【００２４】
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整流手段である。ドラフトチューブ３０は、円筒状の形状を有し、撹拌翼２３の周囲を囲むように設けられる。これにより、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、ドラフトチューブ３０の内周面に沿わせ、ドラフトチューブ３０内に上下方向の一方向の流れ、具体的には上昇流を形成する役割を果たす。
【００２５】
このような晶析原料１１０の上下方向の一方向の流れ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、適切に設定する必要がある。本実施形態では、そのようなドラフトチューブ３０の下端部の適切な高さの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。
【００２６】
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。
【００２７】
ドラフトチューブ固定治具４０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、邪魔板５０に固定され、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４０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。
【００２８】
邪魔板５０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５０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の底面上に堆積させることができる。
【００２９】
邪魔板５０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５０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５０の数は、用途に応じて適宜定めてよい。なお、邪魔板５０は、バッフル５０と呼んでもよい。
【００３０】
晶析原料投入器６０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。
【００３１】
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の底面に設けられる。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。
【００３２】
分級出口７０は、例えば、回転軸２１の延長線上、即ち撹拌槽１０の軸心に設けられてもよい。撹拌機２０の回転軸２１を撹拌槽１０の軸心と一致させることにより、回転軸２１に関して対称な晶析原料１１０の循環流が発生し、固体粒子１１１は、撹拌槽１０の中心付近の底面上に堆積し易くなる。よって、分級出口７０を回転軸２１の真下に設けることにより、効率的に固定粒子１１１の取り出しを行うことができる。
【００３３】
囲い部材８０は、分級出口６０の周囲の所定領域を囲み、槽底の水平方向の液流れを遮断することで、囲い部材８０の上部から落下して槽底に堆積した固体粒子１１１が再び巻き上がるのを防止するための部材である。これにより、パイプの上部から落下してきた固体粒子を効率よく分離することができ、分級を促進することができる。囲い部材８０は、ドラフトチューブ３０の外側から内側に流れてくる晶析原料１１０の循環流の横方向の流れを遮蔽し、囲い部材８０内に堆積した固体粒子１１１が巻き上がるのを防止できる程度の高さを有して構成される。
【００３４】
また、囲い部材８０は、取り出しの対象となる所定粒径に到達した固体粒子１１１を効率的に分級すべく、固定粒子１１１が堆積し易い範囲の分級出口７０の周囲の領域を囲むように設けられることが好ましい。また、ドラフトチューブ３０の直径より大きな径又は長さを有しては、循環流の水平方向の成分をブロックするという機能は果たせないので、ドラフトチューブ３０の直径よりは小さくなるように構成される。
【００３５】
このように、囲い部材８０は、撹拌槽１０の底面上の分級出口７０の周囲を取り囲み、一旦槽底に堆積した固体粒子１１１が、ドラフトチューブ３０の外側から内側に流れ込む晶析原料１１０の循環流の水平方向の成分に再び巻き上げられることを防止する。これにより、目的とする所定粒径に到達して一旦槽底に堆積した固体粒子１１１を速やかに取り出すことができ、分級精度及び分級効率を高めることができる。
【００３６】
図２は、本発明の実施形態に係る晶析分級装置１００の主要部分を抽出して示した拡大斜視図である。図２に示されるように、攪拌機２０の撹拌翼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より外側の撹拌槽１０の内周側面に邪魔板５０が設けられ、撹拌槽１０の底面上には囲い部材８０が設けられている。なお、図２においては、撹拌翼２３が上下段の各々２本ずつ設けられるとともに、邪魔板５０も十字に２対設けられた例が示されており、この点では図１と異なっているが、図１は断面図であり、図２は斜視図であることの相違に基づくものであり、構成としては図１と同じである。
【００３７】
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内に回転可能な撹拌翼２３を有する。撹拌翼２３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。撹拌翼２３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、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、撹拌翼支持部材２２の周囲に十字をなして２本ずつ設けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
邪魔板５０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５０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。
【００４０】
図２において、囲い部材８０は、撹拌槽１０の底面上に、円筒形状を有して設けられている。このように、例えば、囲い部材８０は、円筒形状を有して構成されてもよい。ドラフトチューブ位３０及び撹拌槽１０も円筒形で構成される場合が多いため、回転軸２１に関して対称に晶析原料１１０の循環流の横方向の成分を遮蔽することができるとともに、循環流の全体の流れに与える影響を少なくすることができる。
【００４１】
囲い部材８０の形状は循環流全体の流れに与える影響が少ないものであれば、円筒形状に限定されず、六角形、八角形のような多角形の平面形状を有する筒形状であってもよい。多角形の場合、回転軸２１に関して対称となるように、正多角形に構成されることが好ましいが、固体粒子１１１の再度の巻き上がりを防止し、分級精度を高めることができれば、その形状は問わない。
【００４２】
また、囲い部材８０は、例えば、パイプから構成されてもよい。円筒形状のパイプも多角形の形状を有するパイプも市販されているので、容易に囲い部材８０を準備することができる。
【００４３】
囲い部材８０の壁面は、完全に循環流を遮蔽する中実構造の他、少量の循環流を通流することができるポーラス構造を有して構成されてもよい。囲い部材８０をポーラス構造にすることで、その側壁から囲い部材８０内に少量の晶析原料１１０の液流れを流入させ、低速の上昇流を発生させて、小粒径の固体粒子１１１の分級が制御可能となる。即ち、囲い部材８０内に、目的粒径よりも小径の固体粒子１１１が堆積してしまった場合、完全に晶析原料１１０の循環流をブロックしてしまうと、取り出しの対象とならない小径の固体粒子１１１が囲い部材８０内に残り、排出されてしまうおそれがあるが、囲い部材８０をポーラス構造とし、小径の固体粒子１１１が再び巻き上がることが可能な程度の流れを通流させることにより、小径の固体粒子１１１については未だ排出されないようにすることができる。
【００４４】
また、囲い部材８０の壁面は垂直の他、壁面の外側が撹拌槽１０の底面に対し鈍角を有するように構成されても良い。鈍角に構成することで、ドラフトチューブの外側から内側に向かう循環流に与える影響を少なくすることができる。
【００４５】
このように、囲い部材８０は、用途、晶析原料１１０の性質等に応じて、種々の構造とすることができる。
【００４６】
また、囲い部材８０が分級出口７０を囲む領域の広さ及び高さについては、晶析原料１１０の性質、撹拌槽１０、攪拌機２０、ドラフトチューブ３０等の構成に応じて、固体粒子１１１が堆積し易い領域を囲むように設定することが好ましい。
【００４７】
囲い部材８０の配置は、例えば、分級出口７０を中心として、分級出口７０から側面が略等距離となるように配置してもよい。これにより、効率的に所定粒径以上の固体粒子１１１を囲い込むことができる。
【００４８】
例えば、囲い部材８０の高さは、撹拌翼２３よりも低いことが必要であるが、ドラフトチューブ３０の下端よりも高く構成する方が良いか、低く構成する方が良いかは、用途に応じて適宜定められてよい。
【００４９】
また、囲い部材８０の広さについても、所定粒径以上の取り出し対象となる固体粒子１１１の濃度分布等を考慮して、適宜定めるようにしてよい。
【００５０】
以下、そのような囲い部材８０の寸法を、シミュレーション実験により定める例について説明する。
【００５１】
まず、上述の構成を有する晶析分級装置１００において、ドラフトチューブ３０の直径Ｄと、撹拌翼２３の全長ｄとの比率を適切に設定すると、晶析原料１１０がドラフトチューブ３０の内部と外部を上下方向に循環する循環流を形成することができる。
【００５２】
図３は、そのような循環流を形成するような撹拌翼２３の全長ｄに対するドラフトチューブ３０の直径Ｄの比率の設定の一例及びその設定条件下におけるシミュレーション結果である。図３（ａ）は、晶析分級装置１００のパラメータ設定の一例を示した図である。図３（ａ）では、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に設定した例を挙げている。
【００５３】
図３（ｂ）は、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分級装置１００の撹拌槽１０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。
【００５４】
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一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。
【００５５】
このような循環流の形成が可能である場合のドラフトチューブ３０の下端の撹拌槽１０の底面からの高さを基準高さＨとする。
【００５６】
次に、基準高さＨに対して、ドラフトチューブ３０の高さｈをパラメータとして動かしたときの晶析原料１１０の流れの挙動について説明する。具体的には、基準高さＨ＝７５ｍｍとし、これに対してｈ／Ｈを変化させてシミュレーション実験を行った。
【００５７】
本発明の実施形態に係る晶析分級装置１００において、ドラフトチューブ３０の直径と撹拌翼２３の全長の比率を調整し、ドラフトチューブ３０の内外で循環流を発生させることや、循環流を発生させた際のドラフトチューブ３０の高さを基準高さとすることは必須では無いが、以下、説明及び変化の考察の容易のため、このような状態を基準としてシミュレーション実験を行った実施形態について説明する。
【００５８】
なお、シミュレーション実験は、撹拌槽１０の直径をφ４３０ｍｍ、撹拌翼は直径が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、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１１１として液体比重：固体比重＝１：４３として行った。上述の通り、ドラフトチューブ３０の下端の撹拌槽１０の底面からの高さを基準高さＨを撹拌翼２３の直径の約２／５である７５ｍｍに設定した。
【００５９】
また、分級に用いる粒子はＮｉ粒子（比重８.９ｇ／ｃｍ３、粒径５０μｍ）の粒子とした。
【００６０】
図４は、図３で説明したドラフトチューブ３０の下端３１の撹拌槽１０の底面１１からの基準高さをＨ、パラメータとして動かすドラフトチューブ３０の高さをｈとしたときに、ｈ／Ｈ＝１の設定条件及びそのシミュレーション結果を示した図である。
【００６１】
図４（ａ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１の場合であり、ｈ＝Ｈの場合である。具体的には、ドラフトチューブ３０の高さｈが７５ｍｍに設定された場合である。
【００６２】
図４（ｂ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１の場合の流れの軌跡をシミュレーションした結果を示した図である。図４（ｂ）に示されるように、ドラフトチューブ３０の内部は上昇流となっていることが分かる。よって、ｈ／Ｈ＝１の場合には、ドラフトチューブ３０内の晶析原料１１０の流れは問題の無い状態と言える。
【００６３】
図５は、基準高さＨに対するドラフトチューブ３０の下端３１の高さｈの比率ｈ／Ｈが３／４である設定条件及びそのシミュレーション結果を示した図である。
【００６４】
図５（ａ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝３／４の場合の晶析分級装置１００を示した図である。具体的には、ｈ＝７５×３／４＝５６．２５ｍｍの例を示している。
【００６５】
図５（ｂ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝３／４の場合の流れの軌跡をシミュレーションした結果を示した図である。図５（ｂ）に示されるように、ドラフトチューブ３０の内部は上昇流となっていることが分かる。よって、ｈ／Ｈ＝３／４の場合には、ドラフトチューブ３０内の晶析原料１１０の流れは問題の無い状態と言える。
【００６６】
図６は、比較例に係る晶析分級装置におけるドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合の設定条件及びシミュレーション結果を示した図である。
【００６７】
図６（ａ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合の比較例に係る晶析分級装置を示した図である。具体的には、ｈ＝７５×１／２＝３７．５ｍｍの例を示している。
【００６８】
図６（ｂ）は、ドラフトチューブ３０の高さｈの基準高さＨに対する比率がｈ／Ｈ＝１／２の場合の流れの軌跡をシミュレーションした結果を示した図である。図６（ｂ）に示されるように、ドラフトチューブ３０の内部は上昇流ではなく、旋回流となっていることが分かる。この場合、晶析原料１１０に循環流が形成されないため、好ましい状態とは言えない。
【００６９】
よって、図４乃至図６より、ドラフトチューブ３０は、内部に旋回流を発生させず、上昇流を発生させることが可能な範囲で下端３１の撹拌槽１０の底面１１からの高さを調整することが好ましいことが分かる。
【００７０】
図７は、ドラフトチューブ３０の高さ位置に依存した固体粒子１１１の濃度分布のシミュレーション結果を示した図である。図７（ａ）はｈ／Ｈ＝１の場合のシミュレーション結果であり、図７（ｂ）はｈ／Ｈ＝３／４の場合のシミュレーション結果である。また、図７（ｃ）はｈ／Ｈ＝１／２の場合のシミュレーション結果である。
【００７１】
図７において、領域Ａ、Ｂ、Ｃの順に固体粒子１１１の濃度が高い領域であることを示している。つまり、濃度が高いということは、固体粒子１１１が多く存在しているということを意味し、領域Ａ、Ｂ、Ｃの順に固体粒子１１１が多く堆積していることを意味する。
【００７２】
図７（ａ）〜（ｃ）を比較すると、図７（ａ）のｈ／Ｈ＝１の場合に撹拌槽１０の底部における固体粒子１１１の堆積が最も多く（領域Ａの面積が大きい）、図７（ｃ）のｈ／Ｈ＝１／２の場合は撹拌槽１０の底部における固体粒子１１１の堆積が最も少なく（領域Ｃの面積が大きい）、図７（ｂ）のｈ／Ｈ＝３／４の場合はそれらの中間となっている。
【００７３】
これは、ドラフトチューブ３０の下端の高さを低くして撹拌槽１０の底面に接近させる程、槽底における固体粒子１１１の巻き上がりが増加することを意味する。図７（ｃ）のｈ／Ｈ＝１／２の場合のように、固体粒子１１１が巻き上がって殆ど堆積しないようだと、分級が殆ど行われず、分級機能を適切に果たすことができない。
【００７４】
一方、図７（ａ）のｈ／Ｈ＝１の場合や、図７（ｂ）のｈ／Ｈ＝３／４の場合は、固体粒子１１１が撹拌槽１０の底面上に堆積しているが、固体粒子１１１の濃度分布は両者で若干異なっている。
【００７５】
そこで、例えば、このような固体粒子１１１の濃度分布を考慮して、囲い部材８０が囲む領域を定めるようにしてもよい。
【００７６】
例えば、図７（ａ）の固体粒子１１１の濃度が高い領域Ａは、図７（ｂ）の固体粒子１１１の濃度が高い領域Ａよりも、広く、かつ高い。よって、例えば、図７（ａ）のような固体粒子１１１の濃度分布を有する撹拌槽１０に囲い部材８０を設ける場合には、濃度の高い領域Ａを取り囲むように、広く、かつ高く囲い部材８０を構成することが好ましい。例えば、図７（ａ）の例では、ドラフトチューブ３０の径の１／２よりも大きな径を有し、かつ、ドラフトチューブ３０の下端よりも高い高さを有するように囲い部材８０を構成することが好ましい。
【００７７】
一方、図７（ｂ）の例では、ドラフトチューブ３０の径の１／２よりも小さな径を有し、ドラフトチューブ３０の下端よりも低い高さを有するように囲い部材８０を構成することが好ましい。
【００７８】
このように、ドラフトチューブ３０の高さを適切な高さに設定する際、この高さにおける固体粒子１１１の濃度分布を計算し、これに合わせて囲い部材８０が囲む領域の大きさを設定してもよい。
【００７９】
なお、このようなシミュレーション実験を用いた囲い部材８０の寸法の設定は一例に過ぎず、他の手法を用いてもよいし、また逆に、このような複雑な設定方法を必ずしも用いる必要もなく、経験値等に基づく設定であっても何ら問題は無い。
【００８０】
このように、本発明の実施形態に係る晶析分級装置１００においては、撹拌槽１０の槽底の分級出口７０の上部に分級促進用の囲い部材８０を設置することにより、槽底の水平方向の液流れを遮断し、パイプの上部から落下してきた固体粒子を効率よく分離することができる。
【００８１】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態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】
【００８２】
１０    撹拌
１１    底面
２０    攪拌機
２１    回転軸
２２    撹拌翼支持部
２３    撹拌翼
３０    ドラフトチューブ
３１    下端
４０    ドラフトチューブ固定治具
５０    邪魔板
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
８０    囲い部材
１００    晶析分級装置
【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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【図７】
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