JPS5822273B2 - 分級方法および分級装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粒状物質を傾斜液流によって高精度に分級する
方法及びその装置に関するものである。

一般に、粒状物質の流体による分級方法は垂直上昇流に
よるものと水平流によるものとがある。

水平流による分級方法は２以上の分級が可能であるが、
分級精度が悪いので精度向上のため粒状物質落下距離を
大きくすることが必要となり、その結果、装置は大型と
なり、キャリヤー流体も多量必要となり、しかも流体の
流線を安定に保つのは極めて困難となる。

一方、垂直上昇流による分級方法は分級精度は良いが２
種の分級しか出来ない。

例えば、樹脂移動式混合床イオン交換装置において樹脂
再生のだめの陽イオン樹脂、陰イオン樹脂。

との分離器として一般的には上昇液流による分級装置が
使用されている。

該装置は直立円筒よりなる塔であって塔底より上昇液流
を供給している。

塔中段部より両イオン樹脂混合物を供給することにより
液流速より沈降速度の大きい陽イオン樹脂。

は沈降して塔底より抜き出され、一方、沈降速度の小さ
い陰イオン樹脂は上昇して塔頂付近より抜き出され分離
される。

しかるに樹脂混合物中には破砕して粒径が小となった樹
脂と正常な樹脂とが含まれている。

破砕。した陰イオン樹脂は塔頂よりオーバーフローさせ
て分離すれば問題は生じないが、破砕した陽イオン樹脂
は粒径が小さくなるだめ沈降速度が小さくなり沈降しに
くぐなって塔中段に滞留蓄積して回収不能となるか、あ
るいは陰イオン樹脂とともに４上昇して分離不能となる
。

本発明は前記欠点を解決したものであり、少量のキャリ
ヤー流体で大型水平流分級装置なみの大きな落下距離を
もった精密分級が可能となるもので、第１発明の分級方
法と第２発明の分級装置よＯりなる。

以下各発明ごとに詳しく説明する。第１発明による分級
方法は、密度および／または粒径の差による静止流体中
の沈降速度が異なる２群以上の粒状物質混合物を高精度
に各群に分級可能とし且つ分離回収を可能とする方法で
あり、５その要旨とするところは、密度および／または
粒径が互いに異なるｎ群の粒状物質混合物をキャリヤー
流体を使用してｎ群に分離する分級方法において、粒状
物質混合物が分散されたキャリヤー流体の流れが、θ□
〉θ２〉・・曲〉θｎ−１である傾斜２角度θ１．θ２
．・・・・・・、θｎ−１を有する傾斜流を順次形成す
ることを特徴とする分級方法である。

静止流体中での粒状物質の沈降速度Ｗはス）−クスの式
、すなわち１ 、＝“′（′・−・）ｇ、−１−（１） １８μ ここで、ｄ：粒状物質粒径 （ＣＩｒＬ）μ：原流体
粘度 （９７ｃｍ・秒） ρＳ：粒状物質の密度 （？／ＣｒｆＬ３）ρ：原流体
密度 （ｔ／ｃＩｒＬ３）２ ｇ＝重力加速
度 （ｃｍ／秒２ ）によって示される。

本発明の分級方法は、密度および／または粒径が互いに
異なるｎ群（ｎは２以上）の粒状物質よりなる混合物を
キャリヤー流体を使用してｎ群に・分離するのである。

使用するキャリヤー流体は被分級粒状物質の密度より小
さい密度を有するものであれば特に限定されるものでは
ないが、水が操作性、維持費の点で優れるだめ好ましく
使用される。

被分級粒状物質が分散されたキャリヤー流体の流れが、
θ１〉θ２〉曲・・θ。

−１である傾斜角度θ１．θ２．・・・・・・、θｎ−
１を有する傾斜流を順次形成することにより、１，２．
・・・・・・、ｎ群よりなる粒状物質混合物が分級可能
となるのであるが、以下その原理を第１図を併用しなが
ら詳しく説明する。

第１図ばｎ＝４の場合、すなわち、静止流体中での沈降
速度がＷｌ 、 Ｗ２ ｓ ｗ３ ｇ Ｗ４ （Ｗｌ
＞ Ｗ２ ＞ｗ ３ ＞ Ｗ４ ）の値を有するＳｌ、
Ｓ２．Ｓ３およびＳ４粒状物質の混合物の分級方法を図
示したものである。

１．２．３は各々傾斜角度θ１．θ２．θ３を有する傾
斜流である。

またｖ１〜ｖ４ハこれら各傾斜流における粒状物質の流
れ方向速度を示す。

傾斜流１にはＳｌ、８２．Ｓ３およびＳ４よりなる粒状
物質混合物が分散されている。

粒状物質の沈降時間ｔは次のようになる。

低θ１ ｔ＝□＝ ｗｙｓＩｎθ１（Ｗ ｙｓ＋ｎθ１）ｃＯｓθ１・・・
・・・（２） Ｘ：液流底までの距離 ■＝粒状物質の流体流れの方向速度 従ってｓｉｎθ１≧−となるように０１を決めれば２ ｔ→■となり、沈降速度ｗ２以下である粒状物質群ｓ２
．Ｓ３およびＳ４は沈降しない。

一方、沈降速度ｗ１の粒状物質群Ｓ１が沈降するために
は１ ｓｉｎθ１〈− ｖｌ ゑ とする必要がある。

すなわち、傾斜流１において最も沈降しやすい粒状物質
群Ｓ１を分級するには傾斜流１の角度θ１は ９０°）ｓｉｎ二にと〉θ）ｓｉｎ ”二も〉０゜１
＝ “７′ ・・・・・・（３） の条件が必要である。

同様に、傾斜流２において粒状物質群Ｓ２を分級するに
は傾斜流２０角度θ２は ｓｉｎ’−）θ）ｓｉｎ−１ｗ−３− ２ ２： Ｖ ２ Ｖ ３ の条件が必要であり、また傾斜流３において粒状物質群
Ｓ３を分級するには傾斜流３の角度θ３はｓｉｎ ”！
’＞θ、＞ｓｉｎ ”！−’−３： Ｖ３ ｖ４ の条件が必要である。

前記条件を満足する傾斜流１，２．３により粒状物質群
Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３およびＳ４の混合物は分級され各派の
末端から各群別に分離回収することができる。

被分級粒状物質がｎ群よりなる混合物である時も前記と
同様に考えて傾斜流の角度を次の条件を満足するように
設定することによりｎ群に分級可能である。

ｖｎ−１ ９０°）ｓｉｎ−１−”−）θ）ｓｉｎ ’−！−＞θ
２≧５ｉｎ−１−−・−・−≧ｓｉｎ’−）θ−１≧５
ｉｎ−１１： ｖｌ ｖ２ ｖ３ ｖｎ−１
ｎ −」〉０°・・・・・・（４） ｖｎ 本発明の分級方法は、前記説明したように密度および／
または粒径の異なる粒状物質混合物を精度高く分級でき
且つ多段分級も可能である方法のため、鉱石、砂、樹脂
等の粒径側および／または密度別の分離、例えば陽イオ
ン樹脂と陰イオン樹脂との分離、さらに正常な粒状物質
中に含まれる破砕粒状物質の分離等広い分野の分級方法
に応用できるものである。

第２の発明は第１の発明の分級方法を実施するに適した
分級装置に関するものであり、さらに詳しくは傾斜分級
管を備えたｎ群よりなる粒状物質混合物の分級装置に関
するものであり、その要旨とするところは、密度および
／または粒径が互いに異なる複数ｎ群の粒状物質からな
る混合物が分散されたキャリヤー流体に下流高位用の傾
斜角度θ１．θ２．・・・・・・、θｎ−１を与えるｎ
−１個の傾斜部管よりなるもので且つ傾斜変換点を有し
ないか又はそれを１つ以上有する傾斜分級管と、前記傾
斜分級管内で順次沈降により分級された各粒状物質群を
含む流体を順次別個に取出すだめの所要数の取出管と、
前記傾斜分級管内で沈降しなかった粒状物質群を含む流
体の出口管とからなる装置であって、前記傾斜分級管の
上流端には前記キャリヤー流体の入口を有しており、一
方、前記取出管に傾斜変換点を有しない場合には傾斜分
級管の下流域の該管底部に、傾斜変換点を１つ以上有す
る場合には各傾斜変換点もしくは該変換点上流近傍の傾
斜分級管底部に設けられており、また、前記出口管は傾
斜分級管の下流端に設けられており、且つ、これらの取
出管および出口管の断面は傾斜分級管の断面より小さい
ものであることを特徴とする分級装置である。

ｎ ＝ ２の場合は、傾斜分級管の傾斜部管は単一であ
り、ｎ ＞ ２の場合は傾斜分級管は各々θ１゜θ２．
・・・・・・、θｎ−１の角度を有するｎ−１個の傾斜
部管よりなっている。

さらにｎ ＞ ２の場合は傾・・斜分級管には少なくと
も１つの傾斜変換点を有することになる。

この況斜変換点とは傾斜角度θｎ−２の流体が傾斜角度
θ。

−１の流体になる部所であって例えば第１図におけるＡ
、Ｈに相当する場所である。

本発明の分級装置は第１の発明で明記したように（４）
式を満足する必要がある。

まだ、分級精度を向上させるためには、傾針分級管の各
傾斜部管のＬ／Ｄ （管長／管径）は（５）式を満足す
る必要がある。

ｎ −１ Ｌｎ−１／Ｄ−□≧□・・曲（５） （Ｗ ｌ ｖ −１ｓｉｎθ、−りＣＯ８θｎ−１
ｎ ｎ （５）式についての詳細な説明は後記（７）式で説明す
る。

以下図を併用しながら本発明の分級装置を説明」する。

第２図は本発明の実施例である２群よりなる粒状物質混
合物の分級装置の模視断面図であり、４は密度および／
または粒径が互いに異なる２群の粒状物質１および２の
混合物が分散されたキャリヤー流体に下流高位の傾斜流
を与えて分級するに傾斜分級管であり、５は沈降により
分級された粒状物質群１を含む流体の取出管であり、６
は傾斜分級管内で沈降しない粒状物質群２を含む流体の
出口管である。

傾斜分級管４の上流端には粒状物質群１，２の混合物が
分散されたキャリヤー流体２の入ロアを有している。

傾斜分級管の傾斜角度θは第１の発明の説明で書した（
３）式と同じように、 １ ９０°）ｓｉｎ ” −−＞θ≧ｓｉｎ ”血〉０゜−
３ ７”′ ・・・・・・（６） の式を満足するθでなければならない。

また、粒状物質Ｐ４１を全量管底に沈降させ取出管５よ
り分離回収するには傾斜分級管４の管径りと管長りとの
関係が問題となる。

粒状物質群１の３゜最大沈降時間ｔは（２）式より （Ｗ、 −ｙ１ｓｉｎθ）ｃｏｓθ で与えられる。

一方、粒状物質群１０入ロアからＬ
４を 取出管５に達する時間ｔ′はｔ′＝−で与えら１ れる。

ｔ＜ｔ’であれば粒状物質群１は全量管底に沈降する。

すなわち、 Ｄ Ｌ 、、＜−− ＋ ＣＷ、 −Ｖ □Ｓｉｎ θ ）ｃＯｓθ
−ｖｌとなる。

よって本発明の分級装置における傾斜分級管のＬ／Ｄは Ｌ／Ｄ〉−猶一一−−・・・・・・（７）１
：（Ｗｌ−ｙ ｌ５ｉｎθ）ｃＯＳθの式を満足する
必要がある。

、。取出管５は傾斜分級管内で分級により管底に沈降し
た粒状物質群１（第２図における実線）を含む流体の取
出管であるため、傾斜分級管の下流域の位置で且つ傾斜
分級管底部の位置に設けるのが好ましい。

出口管６は傾斜分級管内で分級により管底に沈降しない
粒状物質群２（第２図における破線）を含む流体の出口
管であるため、傾斜分級管の下流端と連結させるのが好
ましい。

出口管６の形状は特に限定されるものではないが、第２
図に示したように逆Ｊ字型あるいは逆Ｕ字型、あるいは
逆Ｖ字型とすることにより粒状物質群２の回収が容易に
なる。

本発明の分級装置において分級操作を可能ならしめるに
は取出管５および出口管６の断面は傾斜分級管の断面よ
り小さくする必要がある。

さらに雨粒状物質を効率良く精度高く分離回収するには
。

取出管５と出口管６との断面の比を両流状物質の組成比
によって調整する必要がある。

例えば、本分級装置の取出管５および／または出口管６
に弁８−を取り付けることにより、取出管５と出口管６
との断面の比を容易に調整することができる。

実施例 １ 樹脂移動式混合床イオン交換装置の樹脂再生用上昇水流
分級塔の中段より抜き出した水流には破砕した陽イオン
樹脂１および正常の陰イオン樹脂軸が分散している。

両樹脂１，２の密度および粒径は第１表の値を有してい
る。

表中の平均沈降速度とは（１）式による値である。

なお、ρは水の密度であるため１．０９／ｃｆｒＬ３と
し、μは水の粘度であるため１センチストーク＝１０
Ｊ／Ｃ１ｒＬ−秒とした。

前記両樹脂が分散している抜き出し水流を本発明の分級
装置にて処理した。

分級装置は第２図に示した型のものを使用した。

傾斜分級管はＤ＝１０ｃｒｎ 、 Ｌ＝ ７５ＣＩｒＬ
の円管であり、傾斜角度θば３８°である。

傾斜水流は速度１５ｃｒｒＬ／秒の乱流のない水流であ
る。

傾斜水流中における陽イオン樹脂１および陰イオン樹脂
２の流速■１およびｖ２はｖ１＝ ５．０ｃｙｎ ７秒
、ｖ２： １０．８ｃｆｒＬ／秒であった。

処理結果は良好で、出口管６よりは破砕陽イオン樹脂１
を全く含まない陰イオン樹脂２だけが回収できた。

一方、取出管５よりは陰イオン樹脂２２゜が少々（３重
量係）含まれた破砕陽イオン樹脂１が回収できた。

なお、 ｓｉｎ ”二１−二５ｉｎ−１迭ｐ−≠５３．□・Ｖ
ｌ ５．０ ｓｉｎ−１ｗ−２−＝ｓｉｎ ” ４４＝＝：３ Ｑ
。

Ｖ２ ｉｏ、ｓ であるため傾斜角度３′８°の傾斜分級管は（６）式を
満足するものである。

一方、 ｖ １ ５．０ （’Ａ’Ｉ Ｖ ｔ Ｓｉｎのｃｏｓθ （４，０−
５，ＯＳｉｎ ３８°） ｃｏｓ ３８゜≠０．６９ であるだめＬ／Ｄ＝７．５の傾斜分級管は（７）式を満
足するものである。

実施例 ２ 第２表に示すような粒度分布を有する密度１、３５ ｆ
／ｃｌｒｔ３０粒状物質を第１の発明の方法により分級
操作を行った。

傾斜分級管の各傾斜部管の管径Ｄ、管長りを第３表に示
す。

なお使用したキャリヤー原体は１５Ｃｒｎ／秒の流速を
もつ乱流のない水である。

第２表に各粒子群の沈降速度Ｗと水流方向の粒子の速度
■とを示す。

各傾斜分級管により分離回収された第１、第２、第３、
第４分離物は第４表に示す粒度分布を有し※でいた。

なお、 町 ９．３４ ｓｉｎ ” −−” −＝ ５５゜ ＝Ｓ１ｎ Ｖｌ １１．５ ５、。

−１１＝５、。−１４・７６＝２８・Ｖ２ １０
．０ 一１ｗ３． １．７１ Ｓ＋ｎ −＝ｓ＋ｎ ’ −＝ｌ ２゜ｖ３
８．５ ｓｉｎ ” ”！” ＝ｓｉｎ ”ＬＬ！＃００Ｖ４７
．７ であるため、第３表の傾斜値を有する各傾斜分級管は（
４）式を満足するものである。

一方、 ■□ １１．５−
＝ ７．７（
Ｗ Ｉ Ｖ １Ｓｌｎθ１）ｃｏｓθ１Ｃ９，３４−
１１，５ｓｉｎ ４０ ）ｃｏｓ４０２１０ −
−＝ ８．０（ｗ２ Ｖ２Ｓ”θ２）ｃｏｓθ２
（４，７６−１０ｓｉｎ １２ ）ｃｏｓ １２゛
Ｖ３ ８．５＝
＝１６．１（Ｗ
３ Ｖ ａ Ｓｉｎθ３）ｃｏＳθ３（１，７１−８
，５ｓｉｎ ８ ）ｃｏｓ８であるため、第３表のＬ／
Ｄの値を右する各傾斜分級管は（５）式を満足するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分級方法を図示したものであり、第２
図は本発明の分級装置の模視断面図の例である。 １．２，３・・・・・・傾斜流、４・・・・〜・傾斜分
級管、５・・・・・・取出管、６・・・・・・出口管、
７・・・・・・キャリヤー流体の入口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密度および／または粒径が互いに異なるｎ群の粒状
   物質混合物なキャリヤー粒体を使用してｎ群に分離する
   分級方法において、粒状物質混合物が分散されたキャリ
   ヤー流体の流れが、傾斜角度θ１．θ２．・・・・・・
   、θｎ１を有する傾斜流を順次形成して成り、かつ傾斜
   角度θ１．θ２．・・・・・・θｎ１が Ｗ Ｉ Ｗ ２ ９０°）ｓｉｎ−１−）θ）ｓｉｎ ’−−）θ２≧１
   ＝ Ｖ Ｉ Ｖ ２ Ｗ３ Ｗｎ −１ ｓｉｎ−１−）−…）ｓｉｎ ’ −）θｎ １＞ｖ３
   ｖｎ−ｔ −５ｉｎ
   ”一旦〉ｏ。 ｖｎ ９□、ｙ２．・・・・・・＃ ｖｎ ”粒状物質１，２
   ．・・・・・・。 ｎ群の流体流れ方向速 度 Ｗ□８ｗ２．・・・・・・ｊＷｎ：粒状物質１，２．・
   ・・・・・。 ｎ群のストークスの式に よる沈降速度 但しｗｌ〉ｗ２〉・・・・・・〉Ｗｎ であことを特徴とする分級方法。 ２ 密度および／または粒径が互いに異なるｎ群の粒状
   物質混合物が陽イオン樹脂と陰イオン樹脂との２群より
   なるものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の分級方法。 ３ 陽イオン樹脂と陰イオン樹脂との２群よりなる粒状
   物質混合物が樹脂移動式混合床イオン交換装置の樹脂再
   生用分離器より抜き出された破砕した陽イオンと正常の
   陰イオンとの２群よりなるものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の分級方法。 ４ 密度および／まだは粒径が互いに異なる複数ｎ群の
   粒状物質からなる混合物が分散されたキャリヤー流体に
   下流高位用の傾斜角度θ１．θ２・・・・、。 θｎ １を与えるｎ−ｉ個の傾斜部管よりなるもので
   且つ傾斜変換点を有しないか又はそれを１つ以上有する
   傾斜分級管と、前記傾斜分級管内で順次沈降により分級
   された各粒状物質群を含む流体を順次別個に取出すだめ
   の所要数の取出管と、前記傾斜分級管内で沈降しなかっ
   た粒状物質群を含む流体の出口管とからなる装置であっ
   て、前記傾斜分級管の上流端には前記キャリヤー流体の
   入口を有しており、一方、前記取出管は傾斜変換点を有
   しない場合には傾斜分級管の下流域の該管底部に、傾斜
   変換点を１つ以上有する場合には各傾斜変換点もしくは
   該変換点上流近傍の傾斜分級管底部に設けられており、
   また、前記出口管は傾斜分級管の下流端に設けられてお
   り、且つ、これらの取出管および出口管の断面は傾斜分
   級管の断面より小さいものであり、 前記傾斜分級管の傾斜角度θ１．θ２．・・・・・・、
   θｎ−１カ９００＞ｓｉｎ ’ −）θ１≧ｓｉｎ ”
   −’−〉θ２≧ｖ１ ｖ２ Ｗ３ Ｗｎ−１ ｓｉｎ ”−）−−−・−≧ｓｉｎ ” −）θＨ１＞
   Ｖ ａ Ｖ ｎｌ −５ｉｎ
   ”二刃 ｖｎ〉０゜ Ｖｌ ｓ Ｖ２ ｇ・・・・・・、■ｎ＝粒状物質１，
   ２．・・・・・・。 ｎ群の流体流れ方向速 度 Ｗｌ ｓ ｗ２ ｇ・・・・・・１ｗｎ：粒状物質１，
   ２．・・・・・・。 ｎ群のストークスの式、 ぇ による沈降速度但しｗｌ〉
   ｗ２〉・・・・・・〉ｗｎ であり、また、 前記゛傾斜角度がθ１．θ２．・・・・・・、θｎ−１
   である傾斜分級管の各傾斜部管のＬｎ −１／Ｄｎ
   ’ が１°−”°−”≧（五−Ｖ −ｒｓｉｎ５−ｓ
   ）ｃａｓｅ −Ｉｎ−１ ｎ ｎ ｎであるこ
   とを特徴とする分級装置。 ５ 取出口と出口管との断面の比が調整可能である、特
   許請求の範囲第４項記載の分級装置。