CN107635635A - 多区桨叶筛选设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在例如谷物湿磨或干磨工艺中用于将纤维从液体介质分离出来的多区桨叶筛选设备100。所述设备100包括壳体106，所述壳体106具有沿着壳体106的长度(L)彼此相邻设置的第一区108a和第二区108b。具有多个开口104的第一筛选段和第二筛选段102a、102b可以纵向设置在所述壳体106内以便分别与所述第一区108a和第二区108b对应。所述第一筛选段和第二筛选段102a、102b具有圆形的横截面，并且所述第二筛选段102b的直径大于所述第一筛选段102的直径。纵向设置在所述筛选段102a、102b内的细长轴130包括第一输送机和第二输送机128a、128b，所述第一输送机和第二输送机128a、128b分别与所述第一区和所述第二区108a、108b对应，具有多个桨叶132。各个输送机128a、128b配置为在沿着所述筛选102a、102b长度的方向上移动物料。可以存在两个以上的区108a、108b。

Description

多区桨叶筛选设备
技术领域
本发明大体上涉及将物料从液体介质分离出来，并且更具体地，涉及一种将纤维从浆料或者其它液体介质分离出来的设备和方法。本发明还涉及根据大小和/或密度对颗粒进行分类。
背景技术
广泛的工业应用需要例如通过使用液体介质的某些类型的过滤工艺来将总的物料分离或隔离成几种组成部分。一旦被过滤，分离出的组分和/或总的物料以及液体介质的剩余部分，可被进一步处理以便得到一种或多种期望的产品。通过示例的方式，从谷物生产醇的各种方法会需要将谷物的纤维组分从谷物的淀粉和/或其它组分分离出来。例如，玉米湿磨工艺将纤维从玉米中的淀粉分离出来并随后使用淀粉来生产乙醇，其可在汽车或其它机动车辆中使用。例如干磨工艺也将其纤维或不溶性固体(“湿饼”)从来自蒸馏生产的残余物(即“酒糟”)的液体或“酒精废液”中分离出来。这种纤维随后被用于生产具有含可溶物湿酒糟(Distillers Wet Grain with Soluble,DWGS)或含可溶物干酒糟(Distillers DriedGrain with Soluble，DDGS)。将组分从液体介质分离的过滤工艺也包括在其它工业应用中的步骤中。在该方面，纸浆和造纸工业往往需要将纤维从纤维总物料中分离。这种过滤工艺也存在于纺织制造行业、化工行业(例如晶体形成应用)等领域。
在玉米湿磨工艺中，例如，为了促进玉米的各种组分的分离，将玉米与水混合以便形成具有相对高百分比(例如，80％或更高)的水的浆料。然后将纤维从浆料过滤出来，该浆料除了水之外，还包含例如玉米的淀粉和麸质组分。在玉米湿磨工艺中，用于将纤维与包含淀粉的浆料中过滤出来的常规装置可包括压力筛选装置和桨叶筛选装置。在将纤维从浆料最初过滤出来之后，一些淀粉和/或麸质会仍然与纤维结合在一起。因此，可能需要洗涤纤维并将额外量的淀粉和/或麸质从其中移除。在该方面，纤维通常与液体介质(诸如洗涤用水)混合，并向回引导通过压力筛选或桨叶筛选装置，以便将纤维从洗涤用水分离，该洗涤用水包含从纤维洗涤掉的额外的淀粉和/或麸质。对浆料进行进一步处理以产生酒精。
常规的系统可包括多个洗涤阶段以便将淀粉和/或麸质从纤维中移除。例如，利用压力或桨叶筛选装置的处理系统通常包括六个或七个这样的阶段。这些不同的阶段通常包括独立的专用装置以促进用洗涤用水洗涤纤维，洗涤用水接着被引导到压力筛选或桨叶筛选装置，以便将纤维从其中过滤掉。此外，在紧跟洗涤之后，纤维可以或者需要脱水，这还会需要另一种装置。可替代地，一些装置能够同时进行纤维的过滤和洗涤。
压力筛选装置，例如，可以在相对低的流体压力下引导浆料流动通过固定筛选。筛选包括开口，这些开口具有足够的大小以便允许水、淀粉和麸质(小于开口的任何其它组分)流动通过筛选，但防止纤维流动通过筛选，从而基本上将纤维从浆料过滤出来。桨叶筛选装置包括具有固定转鼓的旋转桨叶，该转鼓包括配置成筛选的外壁。桨叶的旋转将浆料朝向筛选外壁引导，并且实质上压榨浆料以便迫使水、淀粉和麸质通过筛选，同时防止纤维通过。桨叶相对于转鼓的运动使得纤维从外壁松开并减少筛选开口的堵塞。此外，由旋转桨叶产生的离心力提供与压力筛选相比更高的过滤压力。这种更高的压力赋予每单位筛选表面更高的生产能力，但在桨叶筛选装置中尺寸更大的颗粒会被迫通过筛选。这些装置可以包括洗涤阶段，在该洗涤阶段之后，再次过滤纤维。在许多应用中，压力筛选和/或桨叶筛选装置不能脱水到所需的干度，并且需要另一装置，诸如真空下的螺旋挤压或者转鼓过滤机，来进一步对固体进行脱水。
压力筛选装置可以包括直径会变化的锥形筛选。这些类型的筛选的直径普遍随着物料从进料段移动到排料段而减小。通过减小圆筒筛选的直径，来压紧浆料。随着浆料被压紧，可以使更多的水和更小的颗粒通过筛选。然而，对浆料的这种压紧可能会产生固体“垫”，这种固体“垫”会不期望地消耗更多能量。如果固体“垫”变得过厚，那么将纤维从例如水、淀粉和麸质分离出来也可能会变得更难。因为处理给定量的总物料所需的能量随着圆筒筛选的直径增加而增加，所以增加桨叶筛选装置中的圆筒筛选的直径通常不可取。
虽然这样的系统能够实现其预期目的，但是这些系统具有若干缺陷。例如，纤维在这些系统中的洗涤通常是低效的，因此需要相对大量的阶段。这种大型的多阶段系统(往往包括多个装置)意味着资本和/或运行成本很大，并且这些装置的维护成本也很高。此外，上述系统容易导致筛选堵塞，停机时间很长。例如，压力筛选系统通常大约每运行八个小时就需要高压洗涤，以便充分发挥作用。
因此，需要一种以更有效的方式将物料(诸如纤维)从浆料或其它液体介质分离的改进型装置和方法。
发明内容
本发明涉及一种在例如谷物湿磨或干磨工艺中用于将纤维从浆料或者其它液体介质分离出来的设备和方法。
在一个实施例中，多区桨叶筛选设备包括细长壳体，该细长壳体包括沿壳体长度彼此相邻设置的至少第一区和第二区。具有多个开口的至少第一和第二筛选段沿壳体长度彼此相邻设置以便大体上分别与第一区和第二区对应。第一区和第二区中的每一个配置为分别收集通过第一筛选段和第二筛选段中的多个开口的液体介质。第二筛选段的直径大于第二筛选段的直径。包括至少第一和第二输送机的细长轴分别纵向设置在第一筛选段和第二筛选段内。沿着轴的长度以便大体上分别与第一区和第二区对应，至少一个输送机包括在背朝轴的方向上延伸的多个桨叶。第一输送机段和第二输送机段中的每一个配置为在沿着对应筛选段的长度的方向上移动物料。至少一个进料口与第一筛选段的内部流体连通以将液体介质和物料供应到多区桨叶筛选设备。该设备进一步包括排出槽，该排出槽从多区桨叶筛选设备收集过滤出来的物料。
在一个示例中，第一筛选段和第二筛选段共同限定出增加直径的圆筒配置。在另一示例中，第一输送机和第二输送机中的每一个配置为提供离心力并且第二输送机提供的离心力高于第一输送机提供的离心力。
在另一实施例中，本发明涉及一种利用多区桨叶筛选设备将物料从液体介质分离出来的方法。
附图说明
并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与下面给出的对实施例的详细说明一起用于阐释本发明的原理。
图1是根据本发明的实施例的多区桨叶筛选设备的横截面图；
图2是根据本发明的另一实施例的多区桨叶筛选设备的横截面图；以及
图3是根据本发明的另一实施例的多区桨叶筛选设备的横截面图。
具体实施方式
玉米湿磨加工设备将玉米粒转化成几种不同的联产品，诸如胚芽(用于油萃取)、麸质饲料(高纤维动物饲料)、麸质粗粉(高蛋白质动物饲料)和基于淀粉的产品(诸如乙醇或者丁醇等、高果糖玉米糖浆、或食品和工业淀粉)。典型的玉米湿磨加工设备可以包括纤维分离步骤，在该纤维分离步骤中，使水、麸质和淀粉的浆料通过一系列上网以便将纤维从淀粉和麸质分离出来并且洗涤纤维使其不含麸质和淀粉。相似地，典型的干磨工艺可以包括离心步骤，在该离心步骤中，相似地将纤维过滤或者将其从浆料分离出来。本领域的普通技术人员要理解，若需要，可以操纵和修改典型的玉米湿磨工艺和干磨工艺。
根据本发明的实施例，图1示出了用于实现将纤维从浆料分离出来、洗涤和脱水的设备100，这些操作可以并入玉米湿磨工艺的纤维分离步骤或者干磨工艺的离心步骤中。也设想了在达成相同效果的任何一种工艺中设备100的其它位置。另外，在其它类型的酒精生产工艺中，可以在各种位置利用设备100来将物料从液体介质分离出来，包括：例如，在2011年12月5日提交的WO 2012/075481和2012年3月23日提交的WO 2012/129500中公开的方法，这些申请案的内容以引用的方式全部并入本文。
进一步参照图1，设备100是配置为对物料进行预洗，将物料(例如，纤维)从液体介质分离出来(即，过滤)并且然后对物料进一步洗涤/脱水的单个独立装置。相对于湿磨工艺，例如，设备100可以同时执行对浆料的初始过滤和对纤维的预洗以洗涤纤维并且去除与纤维相关联的淀粉/麸质、以及对纤维的洗涤/脱水。相对于干磨工艺，例如，设备100还可以同时执行对纤维的初始过滤和预洗以洗涤纤维并且去除与纤维相关联的酒精废液、以及对纤维的洗涤/脱水。
如图1所示，设备100包括静止的第一筛选段102a和静止的第二筛选段102b。第一筛选段和第二筛选段102a、102b具有圆形的横截面，并且第二筛选段102b的直径大于第一筛选段102a的直径。第一筛选段和第二筛选段102a、102b中形成有多个开口104以允许从纤维洗出来的液体介质(包括任何洗涤用水和任何淀粉和/或麸质和/或细小悬浮颗粒(包括发酵产生的酵母))，例如，通过筛选段102a、102b，同时阻止粗纤维通过筛选段102a、102b。筛选段102a、102b设置在细长壳体106中并且沿着壳体106彼此相邻地设置以便基本上分别与第一区108a和第二区108b对应。壳体106包括第一端壁110和第二端壁112。
筛选段102a、102b设置在设备100的中心轴114周围并且大体上沿着设备100的长度(L)延伸。第一筛选段102a部分地沿着设备100的长度延伸到其大致中点，并且第二筛选段102b在大致中点处与第一筛选段102a相邻地设置并且部分地沿着设备100的长度的剩余部分延伸。切向进料口116设置在设备100的与第一区108a相邻的一端处、靠近第一筛选段102a，以提供即将到来的物料和液体介质。纤维排出槽118设置在设备100的与第二区108b相邻的相对端处、靠近第二筛选段102b。
要注意，第一筛选段和第二筛选段102a、102b的长度可能会有所不同，但是，由于其整体长度，可以处理较大体积的液体介质和物料，同时仍产生所需的干燥物料。例如，第一或第二筛选段102a、102b可延伸短于或长于设备100的大致中点。
进一步地，虽然在图1中仅示出了两个区108a、108b，但是应当理解的是也可以使用两个以上的区。为此，如图2所示，设备200包括静止的第一筛选段102a、静止的第二筛选段102b、和静止的第三筛选段102c，它们都设置在壳体106内。筛选段102a、102b、102c具有圆形的横截面并且分别与第一区108a、第二区108b、和第三区108c对应。第二筛选段102b的直径大于第一筛选段102a的直径，并且第三筛选段102c的直径大于第二筛选段102b的直径。在一个示例中，第一、第二和第三筛选段102a、102b、102c的直径分别可以为约16英寸、24英寸、和32英寸。本领域的技术人员要认识到可以选择和优化筛选段102之间的直径以满足特定应用需要。例如，当处理易于脱水的物料时，筛选段102c的长度可以为18英寸，直径可以为28英寸。在另一示例中，可以将第一、第二和第三筛选段102a、102b、102c的直径比更改大约为2的因子。
而且，据预计，筛选直径沿着其至少一个或者多个部分可能会有所不同。如图1所示，第一区108a和第一筛选段102a以及第二区108b和第二筛选段102b共同限定出台阶式圆筒配置，在这种配置中，筛选段102a、102b的直径沿着其长度是大体上恒定的。在如图3所示的另一实施例中，第一区108a和第一筛选段102a以及第二区108b和第二筛选段102b共同限定出向外扩张的锥形配置，第二筛选段102b的近端的直径起初大于第一筛选段102a的远端的直径。
又，要注意，本发明的实施例的筛选段的长度可能会有所不同，但是，由于其整体长度，可以处理较大体积的液体介质和物料，同时仍产生所需的干燥物料。例如，第一、第二或者第三筛选段102a、102b、102c可以延伸少于或者多于设备100的长度的约1/3。在一个示例中，各个筛选段102的长度可以为约22英寸。
进一步参照图1，筛选段102a、102b可以包括具有槽口的楔形金属丝类型、或者圆孔薄板筛网。在其它实施例中，筛选段可以是棒条筛、薄金属筛网(例如，网筛)、或者具有金属增强设计的滤布。本领域的普通技术人员会意识到根据本发明的实施例可以使用的其它类型的筛网。根据具体应用和要过滤的物料的类型，筛选段102a、102b中的开口104可以有所不同。例如，对于纤维过滤，据预计第一筛选段和第二筛选段102a、102b中的开口104的大小可以设计为约28微米(0.028mm)至约1500微米(1.5mm)。第一筛选段102a中的开口104的大小可以小于、大于、或者等于第二筛选段102b中的开口104。本领域的普通技术人员会意识到如何确定开口104的大小以实现对所需物料的过滤。通常，由于其整体长度，可以向筛选段102a、102b设置更小的开口104。在某些应用中，增加筛选段102a、102b的长度能够实现更小的开口104，这使得能够通过设备100对物料进行更满意的脱水。进一步地，由于离心力增加了，所以增加筛选段102a、102b的直径可以实现更小的开口104。更小的开口104还可以限制通过筛选段102a、102b的固体的量，同时仍实现液体介质的满意恢复和干燥物料(例如，纤维)的输出。通过在第一筛选段和第二筛选段102a、102b中使用不同的筛选开口大小，可以实现根据颗粒大小来分离固体。例如，这可允许将大颗粒回收回颗粒大小减小工艺的开始阶段进行进一步研磨或者碾磨，以便再进一步减小大颗粒的大小。在一些应用中，可单独地收集不同大小的颗粒，以用于最终不同的应用。
如上面指示的，壳体106通常围住筛选段102a、102b并且适应于收集通过筛选段102a、102b中的开口104的介质。壳体106包括将第一端壁和第二端壁110、112连接在一起的至少一个侧壁120以便限定出内部。壳体106进一步包括至少一个面板122，该面板122帮助将壳体106分割并且分离成第一区和第二区108a、108b，该第一区和第二区108a、108b彼此相邻地设置。第一区和第二区108a、108b中也分别包括有第一料斗和第二料斗124a、124b，该第一料斗和第二料斗124a、124b具有对应的出口以去除过滤后的液体介质并且将过滤后的液体介质引导至所需位置。壳体106可以具有任何合适的形状。虽然图1示出壳体106在第二区108b中的直径大于壳体106在第一区108a中的直径，但是据预计可以使用其它配置。例如，壳体106可以在第一区和第二区108a、108b中具有恒定的直径。为此，据进一步估计，可以仅用单个料斗(未示出)来替代第一料斗和第二料斗124a、124b以从设备100收集所有过滤后的液体介质。还据估计，可以提供比第一料斗和第二料斗124a、124b更多的料斗以进一步划分和收集过滤后的液体介质。相对于图2的设备200，若需要，可以存在比所示的三个料斗124a、124b、124c更少或者更多的料斗。
设备100进一步包括至少一个静止的支撑环126，该支撑环126可以是O形环并且垂直定向，该支撑环126通常将第一筛选段和第二筛选段102a、102b连接起来并且在它们之间限定出接缝。支撑环126还帮助将壳体106分割并且分离成第一区和第二区108a、108b。支撑环126还为筛选段102a、102b提供支撑并且辅助密封筛选段102a、102b。另外，支撑环126可以用作从第一筛选段102a进入第二筛选段102b的“台阶”或者“断层”，物料和介质必须通过该“台阶”或者“断层”，从而产生另外的搅动，这种搅动辅助将物料从介质分离出来。要注意，“断层”的深度可以有所不同。换言之，若需要，在由支撑环126限定出的接缝处在筛选段102a、102b之间的直径变化可以有所不同。在一个示例中，支撑环126所产生的断层的深度不小于1英寸。在另一示例中，断层的深度不大于前面的筛选段(例如，第一筛选段102a)的半径的2倍。举例说明，相对于图1的支撑环126，如果前面的筛选段102a的直径为10英寸，则支撑环126所产生的断层应该不大于10英寸(2x5英寸半径＝10英寸)。在另一示例中，断层的深度不大于前面的筛选段的半径的1倍。
第一区108a通常可以限定出初始预洗和分离区，并且第二区108b通常可以限定出洗涤/脱水区。第二区108b的尽头包括排出槽118，在该排出槽118中，可以收集分离和洗涤/脱水后的纤维物料以便进一步处理。虽然此处示出了两个区108a、108b，但是本领域的普通技术人员要了解可以根据应用来确定分离区108a的数量和洗涤/脱水区108b的数量，即，它们的数量和长度都可以有所不同。如果需要两个以上的区108(例如，见图2)，则壳体106简单地适应于包括附加内部面板122和附加支撑环126以将壳体106进一步分割成第一、第二和第三区108a、108b、108c，该第一、第二和第三区108a、108b、108c可以分别包括筛选段102a、102b、102c和料斗124a、124b、124c，该料斗124a、124b、124c具有对应的出口以去除过滤后的液体介质并且将过滤后的液体介质引导至所需位置。除了区108b之外，区108c通常可以限定出洗涤/脱水区。由于筛选段102的长度可以有所不同，所以区108a、108b、108c的长度也可以有所不同。例如，第一、第二、或者第三区108a、108b、108b可以延伸少于或者多于设备100的长度的约1/3。本领域的普通技术人员要认识到可以选择和优化区108a、108b、和108c的数量和各自的长度以满足特定应用需要。
进一步参照进料口116，进料口116处于设备100的与第一区108a相邻的一端并且与第一筛选段102a的内部流体连通，该第一筛选段102a也与壳体106的第一区108a对应。进料口116将介质和物料(例如，纤维)供应至设备100、200、300并且可以按照涡流的方式(沿着外壁切向进入)引入介质和物料，以在进入设备100、200、300时开始对纤维进行过滤。从进料口116供应的介质和物料的流速可以有所不同。例如，对于含有约5％至约30％物料或者固体的介质，可以使用约1800gpm的流速。
进一步参照图1，第一输送机128a和第二输送机128b分别纵向布置或者设置在第一筛选段和第二筛选段102a、102b内，以便分别沿着第一区和第二区108a、108b的长度将物料从进料口116朝着排出槽118移动。第一输送机和第二输送机128a、128b相对于静止的筛选段102a、102b和中心轴114旋转以朝着并且沿着筛选段102a、102b引导液体介质和物料，以将物料从液体介质过滤出来。
第一输送机和第二输送机128a、128b包括在旋转轴130上，该旋转轴130沿着设备100的长度延伸并且设置在中心轴114周围。至少一个输送机128a、128b包括在背朝轴130的方向上径向延伸的多个桨叶132。可以设想其它配置，在这种配置中，至少一个输送机，但少于所有输送机，包括多个桨叶。桨叶132相邻地平行于对应的筛选段延伸并且通常沿着筛选段的长度。各个桨叶132经由多个间隔开的支撑臂134连接至轴130。桨叶132在背朝轴130的方向上延伸，从而使得各个桨叶的外边缘设置为与筛选段102a、102b间隔开，从而在桨叶132与筛选段102a、102b之间提供出间隙，以便在对物料(例如，纤维)进行过滤期间为液体介质(例如，浆料和/或洗涤用水)提供流体流动通道，并且桨叶132的大小可以设计为适应设备100的设计输量。在筛选段102a、102b与桨叶132之间的间隙的范围可以为约1mm至20mm。间隙越小，得到的饼越干，容量越高，并且纤维越纯。间隙越大，得到的饼越湿，容量越低，并且通过筛选开口的浆料中的蛋白质流越纯，例如。若需要，可以调节各个桨叶132的长度。进一步地，桨叶132的高度和支撑臂134的高度可以有所不同。例如，第二输送机128b的多个桨叶从轴130延伸的距离大于第一输送机128a的多个桨叶从轴130延伸的距离。
桨叶132的数量的范围可以为约3个至约8个。进一步地，桨叶132的数量也可以在输送机128a、128b之间有所不同。桨叶132可以朝着并且沿着第一筛选段和第二筛选段102a、102b的长度、以及朝着排出槽118径向移动物料和介质，以便进一步对物料进行分离和干燥。进一步地，在桨叶132之间的间距可以是恒定的或者在桨叶132与下一个桨叶之间是变化的。另外，若需要，可以改变桨叶132的形状和定向以调节液体物料和介质的流动和设备100的过滤特性。在一个示例中，可以按照螺旋的方式将桨叶132定向在轴130的周围。在另一示例中，可以调节桨叶132相对于轴130的节距或者角度。
可以存在至少一根鬃毛或者耙136固定至桨叶132的外表面，并且占据在桨叶132的外表面与对应筛选段之间的区域。耙136可以限定出设置在桨叶132的两端附近的单独的三角形区段。可以使一个或者多个耙136带有角度或者配置为帮助朝着排出槽118推动纤维。可以根据例如进料中的固体的数量来修改耙136的数量。耙136可以包括位置非常靠近对应筛选段的内表面的外边缘。本领域的普通技术人员会意识到方便将物料移动通过设备100以满足特定应用的要求的其它配置，并且本发明不限于图1所示的特定配置。
可替代地，输送机128a或者128b可以包括多个间隔开的叶片138。参照图2，设备200包括第一、第二、和第三输送机128a、128b、128c。输送机128a包括多个间隔开的叶片138，这些叶片138通常大体上沿着第一区108a的长度水平地延伸。间隔开的叶片138在背朝轴130的方向上延伸并且与筛选段102a间隔开以在它们之间提供间隙。在相邻叶片138之间的空间还限定出敞开的空腔并且相似地在对物料进行过滤期间为液体介质提供流体流动通道，并且同样，其大小可以设计为适应设备200的设计输量。叶片138的数量和厚度可以有所不同。与桨叶132相似，所需要，可以改变叶片138的形状和定向以调节液体物料和介质的流动和设备100的过滤特性。输送机128b、128c包括经由多个间隔开的支撑臂134连接至轴130的多个桨叶132。因为物料在第三区108c中可能会比在第二区108b中更干燥，所以在筛选段102c、桨叶132、和物料之间产生的摩擦可能会更大。如果材料是纤维的，则这种增添的剪切力可能会造成松散并且有可能分离成，例如，淀粉、蛋白质、和胚芽颗粒。
可以存在至少一个带式刮板140，其螺旋地缠绕在叶片138的外表面周围并且固定至外表面并且占据在叶片138的外表面与第一筛选段102a之间的区域。带式刮板140可以是连续的或者非连续的，可以大体上围绕并且沿着叶片138的长度螺旋地缠绕，它们共同限定出朝着并且沿着第一筛选段102a并且在朝着第二筛选段102b的方向上径向地移动物料和液体介质的螺旋推运器142，以便帮助预洗并且将物料从介质分离出来。带式刮板140可以包括位置非常靠近第一筛选段102a的内表面的外边缘。
本领域的普通技术人员会意识到方便将物料移动通过设备100、200、300以满足特定应用的要求的其它配置，并且本发明不限于图1-3所示的特定配置。同样，由于有了另外的区(即，两个以上的区(见图2))，据预计，若需要，可以提供螺旋推运器142或者经由多个间隔开的支撑臂134连接至轴130的多个桨叶132等，以便对物料进行另外的过滤/将物料从液体介质分离出来。另外，输送机128a、128b、128c的所需长度可以改变或者取决于介质和物料和/或其组成成分的进料速率。同样，护圈143可以设置在轴130的相对端周围以便帮助防止泄漏并且帮助在设备100、200、300内在所需方向上引导液体介质和/或物料。护圈可以是任何所需的形状或者设计，包括螺旋刮板式护圈等，例如。
参照图1，电机144可操作地联接至轴130以使输送机128a、128b围绕中心轴114旋转。在146处示意性示出的控制器可以可操作地联接至电机144以便控制输送机128a、128b的旋转速度，该旋转速度可以是恒定的或者可变的。如本领域中能理解的，可以通过合适的电机144或者其它电动的发力装置来实现轴130的旋转。例如，可以将轴130的一端可操作地联接至电动机，诸如，经由合适的皮带或者通过直接驱动，以促使轴130围绕中心轴114旋转。在一个实施例中，控制器146可以是计算机，该计算机可以控制轴130的旋转速度。这种控制器146通常是本领域的普通技术人员熟知的。可以根据具体应用选择性地改变轴130的旋转速度。速度越高，容量越高，但是耗电越多。在一个实施例中，可以使轴130按照范围在约500RPM与约1800RPM(约8.33赫兹或者约30赫兹)之间的速度(例如，每分钟转数)旋转。因为输送机128a、128b以相同的速度旋转，所以，由于第二筛选段102b的直径大于第一筛选段102a的直径，因而在区108b中产生更高的离心力。第二筛选段102b的更大直径也使浆料在圆形筛选段102b的内圆周周围的切向线性速度更高。速度越高，产生的摩擦越大，因此剪切力越大，这有助于分离不同的颗粒物质，有可能减小一些颗粒大小，并且辅助脱水。在存在两个以上的区108的实施例中，诸如，图2所示的设备200，圆周周围的离心力和切向线性速度随着筛选段102的直径的增加而增加。本领域的普通技术人员要认识到可以选择和优化速度以满足特定应用需要。
再次参照图1，轴130进一步包括可选的进液口148，该进液口148位于轴130的中心并且大体上沿着轴130的长度延伸。进液口148适应于从所需源接收从其流过的洗涤用水。轴130还具有多个出液口150，这些出液口150与进液口148相关联的并且在第一区和第二区108a、108b内大体上沿着轴130的长度间隔开以便将洗涤用水引入其中。进一步地，支撑环126可以适应于从单独的进液口151接收从其流过的洗涤用水并且还可以设置有出液口152，该出液口152通过与进液口151相关联而将洗涤用水提供到相邻的筛选段中。如此处示出的，支撑环126将洗涤用水提供至第二筛选段102b。参照图2，支撑环126将洗涤用水同时提供至第二筛选段和第三筛选段102b、102c。虽然图1(和图2)的支撑环126的出液口152被示出为，例如，在基本平行于轴130的方向上供应洗涤用水，但是本领域的技术人员要了解，可以按照与轴130呈多种所需角度中的任何一种角度来定向出液口152以便将洗涤用水提供至第二筛选段102b。例如见图3，在该图中，支撑环126的出液口152基本上垂直于轴130设置以将洗涤用水同时提供至第一筛选段和第二筛选段102a、102b。除了(多个)支撑环126处的“断层”之外，经由(多个)支撑环126提供到区108a与108b的接缝(以及，例如，图2中区108b与108c的接缝处)处的另外的洗涤用水产生另外的搅动，这种另外的搅动辅助将物料从介质分离出来。随着物料和介质通过区108b，桨叶132进一步增强物料与介质的混合。
如果在设备100中需要另外的筛选段，则可以将进液口148配置为也向这些另外的筛选段提供洗涤用水。可以将出液口150中的一个或者多个一起控制或者消除，以便防止或者减少进入任何一个区108的洗涤水的量。另外，可以采用逆流洗涤技术来节省洗涤用水的使用量。利用可选地向设备100添加洗涤用水，所以可以实现位移，而非稀释洗涤。当纤维物料干燥时，可以向其添加洗涤用水，然而，设备100仍可在排出槽118之前产生干燥物料。进一步地，洗涤用水可以包括施加至物料并且通过桨叶132分发的化学品或者酶。同样，若需要，洗涤用水可以包括细小纤维或者其它物料。可以根据应用，选择性地向筛选段102a、102b添加化学品、酶或者细小纤维。例如，因为如果物料更干则化学品或者酶的添加可能会更有效，所以可以在第二筛选段102b而非第一筛选段102a中添加化学品或者酶。同样，可能需要将细小纤维提供在第二筛选段102b中，第二筛选段102b中形成有纤维毡，以帮助留住细小纤维并且将细小纤维带出排出槽118。
进一步参照图1，可以提供至少一个可移除的进入面板153，该进入面板153设置在壳体106的侧壁120的顶侧，以便进入设备100的内部。另外，一个或者多个外部阀门154可以设置在壳体106的侧壁120的底侧从而可以获得和分析/测试来自第一区108a的过滤后的液体介质，诸如，分析/测试淀粉和蛋白质浓度。并且，虽然未示出，但是据预计一个或者多个外部阀门154可以直接附接至料斗124a、124b、124c中的一个或者多个。
现在将描述设备100的操作，该设备100在性质上与设备200和300相似。为了方便理解本发明的各个方面，将以玉米湿磨工艺中的纤维过滤为背景来描述设备100的操作。然而，应该了解，设备100可用在各种各样的应用中，包括谷物湿磨机或者干磨机、以及制浆和造纸磨机，并且不限于用于本文描述的玉米湿磨或者干磨工艺。
再次参照图1，启动电机144，以时轴130按照其指定速度旋转，如上所述。浆料被供应至进料口116，从而流入大体上与第一区108a对应并且包括多个桨叶132的第一筛选段102a的内部。在一个示例中，将介质和物料引入设备100中的线性速度可以与第一输送机128a在第一筛选段102a的表面处的切向线性速度相同或者接近相同，以便节省电耗并且最大程度地将介质与物料分离开。为了帮助控制将介质和物料引入设备100中的线性速度，可以定制进料口116或者其一部分，或者进料口116或者其一部分可以是可调节的，使得进料口116或者其一部分具有所需的形状或者大小，例如，直径。进料口116的所需大小或者形状，诸如，开口的大小，例如，可以取决于介质和物料偶的进料速率和/或进料压力。
护圈143在轴130的与进料口116的开口相邻的近端处的凹度帮助将浆料引导到在多个桨叶132与第一筛选段102a之间的设备100中。也可以经由轴130上的出口150将洗涤用水引导到设备100中。洗涤用水有效地预洗纤维。由于轴130(因此，多个桨叶132)的旋转，浆料被径向地朝着第一筛选段102a引导，第一筛选段102a与第一区108a对应，以便将物料从液体介质过滤出来并且沿着第一筛选段102a的长度移动物料。当水、淀粉、麸质、和浆料的其它较小成分通过第一筛选段102a并且排到第一料斗124a中时，纤维被从浆料中过滤出来。纤维和浆料的较大成分留在设备100中。
纤维最终从支撑环126在第一筛选段与第二筛选段102a、102b之间形成的接缝处的台阶或者断层上方移动。在这点上，纤维从第一筛选段102a的内部移动到第二筛选段102b的内部中。当进入第二区108b时，纤维会越过支撑环126，这可能会使物料和介质受到另外的搅动。此处，也可以经由轴130上的出口150并且经由支撑环126上的出口152来将洗涤用水引导到设备100中。由于桨叶132的旋转，纤维被径向地朝着第二筛选段102b引导，第二筛选段102b与第二区108b对应。纤维也被沿着第二筛选段102b的长度移动，从而对纤维进一步脱水并且将其从液体介质过滤出来。该过程允许任何另外的水、淀粉、麸质、和浆料的其它较小成分通过第二筛选段102b并且排到位于第二区108b中的第二料斗124b中。因为第二筛选段102b的直径大于第一筛选段102a的直径，所以纤维毡在较大表面积内扩散，这缩短了水和较小成分通过纤维必须要经过的路径。进一步地，因为第二区108b中存在的水少于第一区108a中存在的水，所以在第二区108b中使物料旋转所需的能量小于在第一区108b中使物料旋转所需的能量。在直径恒定的标准桨叶筛选装置中，因为在最后一段中实现固体物料的所需干燥度所要求的旋转速度，由于装置内起初存在的液体量，桨叶在进料口处的旋转速度过高。而且，这使能耗非常高，并且可能会在初始脱水阶段中将毡状物料过度压紧。本发明实现了各个筛选段102a、102b、102c所要求的不同切向速度和离心力，能耗也令人满意。
分离出来的纤维最终朝着排出槽118移动。在第二区108b的尽头，纤维已经被高效浓缩。例如，在一个实施例中，纤维在第二区108b的尽头可以包括介于约45％与约55％之间的水(45％至55％的固体)。本领域的普通技术人员要认识到物料的最终浓度可能会根据特定应用而有所不同。例如，在另一实施例中，物料在第二区108b的尽头可以包括介于约55％与约70％之间的水(30％至45％的固体)。
洗涤和过滤出来的纤维经由排出槽118离开。护圈143在轴130的与排出槽118相邻的远端处的凹度帮助将脱水后的纤维引入其中。当纤维离开排出槽118时，可以将纤维运送到较远的地方并且进一步处理以产生所需的产品。而且，也可以对通过第一筛选段102a的浆料、以及任何洗涤水、淀粉和/或麸质进行进一步处理。
这些特征中的一种或者多种特征使设备100、200、300成为既能执行对纤维的初始预洗和液体介质的过滤以去除所需的过滤出来的物料还能执行对物料的另外的洗涤/脱水以从中去除另外的成分(诸如，另外的淀粉和/或麸质)的单个独立装置。本设备100还可以降低装置的资本成本、用于维护装置的人工和相关成本，以及操作成本(例如，使用较少的水，等等)。与现有的过滤系统相比，设备100、200、300的一个或多个特征还允许脱水后的物料以更干燥的状态离开。提供更干燥的产品使对于给定纯度水平的纤维而言需要的洗涤用水更少。同样，更干燥的产品可产生另外的益处。例如，在许多情况下，在玉米湿磨工艺中，通过将纤维引导通过压机以便从纤维挤压出多余的水并且然后引导纤维通过烘干机，来进行进一步处理在过滤系统中收集的纤维。按压纤维的各种设备维护和操作起来很昂贵，成本高。此外，与烘干机的操作相关联的能量成本也很昂贵。
虽然已经通过对各个优选实施例的描述示出了本发明，并且，虽然已较为详细地描述了这些实施例，但是申请人并不意图将所附权利要求的范围限制到或以任何方式局限于这些细节。附加的优点和变型对于本领域内的技术人员而言将是显而易见的。
除上述之外，可以发现如上所述的设备100、200、300在其它工业应用中也是有益的。举例说明，化学行业利用晶体形成工艺，在该晶体形成工艺中需要提供主体材料，分离出其中所含的晶体，然后洗涤该晶体。如本文所述的设备100、200、300可用于这类工艺程以便在单个装置中实现这些成果。此外，果汁行业同样包括各种工艺，在这些工艺中需要提供主体物料并进行过滤。此外还可能需要清洗水果或其它主体物料。同样，如本文所述的设备100、200、300可以用于这种应用。此外，其它玉米或谷物研磨工艺可受益于本文所公开的过滤。另外，试图将物料从介质(例如，液体介质或其它)过滤出来和/或洗涤物料的其它行业也可受益于本文所述的筛选设备。本领域内的普通技术人员要认识到如何修改或配置设备100、200、300以便在这些其它行业内有效地操作。因此，取决于用户的需求和偏好，可以单独的方式或多种组合的方式使用本发明的各种特征。

Claims (19)

1.一种多区桨叶筛选设备，其包括：
细长壳体，所述细长壳体包括沿所述壳体长度彼此相邻设置的至少第一区和第二区；
至少第一和第二筛选段，所述至少第一和第二筛选段具有多个开口并且沿所述壳体长度彼此相邻设置以便大体上分别与所述第一区和所述第二区对应，其中，所述第一区和所述第二区中的每一个配置为分别收集通过所述第一筛选段和所述第二筛选段中的所述多个开口的液体介质，以及其中，所述第二筛选段的直径大于所述第二筛选段的直径；
细长轴，所述细长轴包括分别纵向设置在所述第一筛选段和所述第二筛选段内并且沿着所述轴的长度以便大体上分别与所述第一区和所述第二区对应的至少第一和第二输送机，至少一个所述输送机包括在背朝所述轴的方向上延伸的多个桨叶，以及其中，所述第一输送机段和所述第二输送机段中的每一个配置为在沿着所述对应筛选段的长度的方向上移动物料；
至少一个进料口，所述进料口与所述第一筛选段的内部流体连通以将所述液体介质和所述物料供应到所述多区桨叶筛选设备；以及
排出槽，所述排出槽从所述多区桨叶筛选设备收集过滤出来的物料。
2.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，将所述第一筛选段和所述第二筛选段连接起来的接缝限定出凹入所述第二筛选段中的断层，所述第二筛选段的直径大于所述第一筛选段的直径。
3.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一筛选段和所述第二筛选段共同限定出增加直径的圆筒配置。
4.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一筛选段和所述第二筛选段共同限定出向外扩张的锥形配置。
5.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一输送机和所述第二输送机相对于中心轴线旋转以分别朝着所述第一筛选段和所述第二筛选段引导所述介质，以便从所述介质过滤出来所述物料。
6.根据权利要求5所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一输送机和所述第二输送机中的每一个配置为提供离心力并且所述第二输送机提供的离心力高于所述第一输送机提供的离心力。
7.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一输送机包括所述多个桨叶并且所述第二输送机包括在背朝所述轴的方向上延伸的第二多个桨叶。
8.根据权利要求7所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第一输送机的所述多个桨叶和所述第二输送机的所述第二多个桨叶分别在背朝该处的方向上径向延伸并且与所述第一筛选段和所述第二筛选段间隔开，所述第二输送机的所述第二多个桨叶从所述轴延伸的距离大于所述第一输送机的所述多个桨叶从所述轴延伸的距离。
9.根据权利要求7所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述多个桨叶中的至少一个桨叶包括背朝该处朝着所述对应筛选段径向延伸的多根鬃毛。
10.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述进料口与所述第一筛选段的内部流体连通以将所述液体介质和所述物料供应至所述多区桨叶筛选设备。
11.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述排出槽从所述第二区收集过滤出来的物料。
12.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其进一步包括：
进液口，所述进液口与所述第一和/或第二筛选段的内部流体连通以将洗涤用水供应到所述多区桨叶筛选设备。
13.根据权利要求12所述的多区桨叶筛选设备，其中，至少一个所述输送机包括所述进液口以将洗涤用水供应到所述多区桨叶筛选设备。
14.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其进一步包括：
与所述第一区相对、与所述第二区相邻并且沿着所述壳体长度设置的第三区，所述第三区的直径大于所述第二区的直径；
第三筛选段，所述第三筛选段具有圆形横截面和多个开口并且与所述第一筛选段相对、与所述第二筛选段相邻并且沿着所述壳体长度设置以便大体上与第三区对应，其中，所述第三区配置为收集通过所述第三筛选段中的所述多个开口的液体介质，以及其中，所述第三筛选段的直径大于所述第二筛选段的直径；以及
所述细长轴，所述细长轴包括纵向设置在所述第三筛选段内并且沿着所述轴的长度以便大体上与所述第三区对应的第三输送机。
15.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，其中一个所述输送机包括所述多个桨叶并且其它输送机包括多个叶片和在所述叶片的外表面的长度周围螺旋缠绕的带式刮板。
16.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述第二区的直径大于所述第一区的直径。
17.根据权利要求1所述的多区桨叶筛选设备，其进一步包括将所述第一筛选段和所述第二筛选段连接起来的支撑环，所述支撑环在所述第一筛选段与所述第二筛选段之间限定出接缝，所述接缝具有凹入所述第二筛选段中的断层。
18.根据权利要求17所述的多区桨叶筛选设备，其中，所述支撑环包括与所述第一和/或第二筛选段的内部流体连通以将洗涤用水供应至所述多区桨叶筛选设备的进液口。
19.一种利用权利要求1所述的多区桨叶筛选设备将物料与液体介质分离的方法。
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