JP2020007669A - 含水パルプ系原料処理機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転ドラムの中で撹拌羽根を回転させ、その中に投入したパルプの脱墨処理や製紙排水からの有効繊維分の回収をする際、回転ドラムに内張りされた金網の目詰まりを防止できる含水パルプ系原料処理機の提供。【解決手段】回転ドラム４をパンチングメタルで構成し、そのパンチ孔４ａを断面円形で内方から外方に向かって拡径したテーパ状にし、内方端の孔径寸法を０．１〜０．６ｍｍに設定する。【効果】回転ドラムが回転しているので、水噴射手段のシャワーノズルの対向箇所にパルプ堆積物が着くと、そこで、シャワーノズルから高圧で噴射された水に叩かれる。パンチ孔がテーパ状になっているので、パンチ孔の内方端を水が叩き易くなっており、「叩き効果」が有効に働く。従って、堆積によりマット状になる前に、パルプＰをパンチ孔から取り除くことができる。【選択図】図４

Description

本発明は、印刷紙等の各種古紙を再利用する際の最終的な脱墨処理や、濃度の低い製紙排水に含まれる有効繊維分の選択的な回収処理に利用できる含水パルプ系原料処理機に関するものである。

印刷紙等の各種古紙を再利用するときには、薬剤を利用して脱墨処理するが、更に、１００％近くまで脱墨処理したい場合や薬剤の量を減らしたい場合には、特許文献１に記載の縦型濃縮洗浄機を使用した追加の洗浄処理が提案されている。
この縦型濃縮洗浄機は実機化されており、パンチングメタルで構成された回転ドラムの内面への内張りにより金網が回転可能に円筒形に保持され、その内部に撹拌羽根や搬送用スクリュー羽根が配設されており、処理原料を投入し、金網側と撹拌羽根側とを軸周りに逆方向に回転させると、揉み洗いが行われ、金網の網目から濾液が排出されて脱水されるようになっている。
回転ドラムをパンチングメタルだけで構成すると、パンチ孔がある程度のサイズになるため、そこから有効繊維分のパルプが濾液と共に排出されてしまい、一方、金網だけで構成すると、回転ドラムの強度を維持することが難しかったため、上記の構成になっている。

特許第３４１０６６８号公報

上記の縦型濃縮洗浄機では、金網と撹拌羽根等が互いに逆方向に軸周り回転するようになっており、格段の揉み洗い効果が確認されている。
その一方で、金網のワイヤーの交差部にパルプが引っ掛かり易くなっている。一旦引っ掛かると、その後はその引っ掛かったパルプが基点となってパルプの絡み合いが次々と進行して、僅かな時間で目詰まりを起こしてマット状になってしまう。
そのため、引っ掛かりが確認されると、縦型濃縮洗浄機の操業を停止し、金網を清掃することになるが、上記した過酷な状況ではかかる面倒な清掃頻度が高くなるだけでなく、金網の耐久性が低下するので、装置寿命にも有意的な影響をもたらすことになる。

本発明は上記従来の問題点に着目して為されたものであり、金網に代えて、別の部材で金網と同等の濾過機能を担わせることで、揉み洗い効果をそのまま維持しつつ、上記の欠点を解消できる縦型濃縮洗浄機を提供することを、その目的とする。

本発明者は、試行錯誤の結果、金網の円筒保形及び軸周りの回転機能を担っていた回転ドラムの孔の形状に特徴を持たせることにより、撹拌羽根や搬送用スクリュー羽根の回転やノズルからの水噴射の作用が上手く生かされ、金網と同等の排水機能が得られ、その一方で絡みが発生し難く、金網の欠点が解消されること、すなわち濾過機能が長時間にわたって安定的に維持されることを見出し、本発明を完成するに至った。

製紙排水の有効繊維分の濃度が低いものは回収のしようがなく、排水処理設備にて製紙スラッジとなり、廃棄物として処分されていたが、上記の装置によれば、濾過排水機能が長時間にわたって連続的に安定的に維持されるだけでなく、濾過面に着目すれば、有効繊維分を選択的に回収できることが見出された。従って、上記のような製紙排水からの有効繊維分の回収に使用することもできる。
そのため、本発明の装置は、洗浄作用は意図せずに働くとしても、上記したように洗浄効果を目的としない用途での利用も考えられることから、特許文献１での「濃縮洗浄機」に代えて、「含水パルプ系原料処理機」と表現している。

本発明の請求項１の発明は、上下を軸方向とし、軸周りに回転可能な多孔質の回転ドラムと、前記回転ドラムの軸中心に配置され、前記回転ドラム内で外方に張り出すように下側には撹拌羽根が上側には搬送用スクリュー羽根がそれぞれ取り付けられ、前記回転ドラムと逆方向に軸周りに回転可能な回転シャフトと、前記回転ドラムに向けて外側からノズルを利用して高圧水を噴射する水噴射手段とを備え、前記回転ドラムに投入された含水パルプ系原料由来の廃液が前記回転ドラムの多数の孔から排出されて濾過排水機能が実現される、含水パルプ系原料の処理機において、前記回転ドラムはパンチングメタルで構成され、その孔は断面円形で内方から外方に向かって拡径されてテーパ状になっており、内方端の孔径寸法が０．１〜０．６ｍｍであることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した含水パルプ系原料処理機において、孔のテーパ角度（θ）が、１／１５≦ｔａｎθ≦１／５を満たすことを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した含水パルプ系原料処理機において、水噴射手段の噴射ノズルは上下方向に移動しながら高圧水を噴射することを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、噴射ノズルは多数の噴射孔が形成されたシャワーノズルで構成されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、外方端の回転ドラム表面積に対して開孔率が１５〜３５％を満たすことを特徴とする含水パルプ系原料処理機である。

本発明の含水パルプ系原料処理機によれば、回転ドラムの孔が目詰まりしない濾過排水用の孔として働く。

本発明の実施の形態に係る含水パルプ系原料処理機の概略縦断面図である。 図１の含水パルプ系原料処理機の回転ドラムの詳細な構造を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面の一部を示す断面図である。 図１のパンチ孔における作用のイメージ図である。 図４とは別のイメージ図である。

本発明の実施の形態に係る含水パルプ系原料処理機Ａについて、図面にしたがって詳細に説明する。
含水パルプ系原料には、既に薬剤により脱墨処理された段階の紙料や、製紙排水が含まれる。

図１に示すように、含水パルプ系原料処理機Ａは、縦型になっており、基台１の上に載置される。この含水パルプ系原料処理機Ａでは、鋼板、例えばステンレススチール製の円筒ドラムケース２を軸方向を上下にして立設されている。

この円筒ドラムケース２の内周側には、水噴射手段３として水供給管３Ａが直立されており、この水供給管３Ａにはシャワーノズル３Ｂが上下方向に直列で複数配置されている。いずれのシャワーノズル３Ｂも軸方向中心を向いている。水供給管３Ａは周方向に間隔をあけて複数設置することも可能である。また、別の水噴射手段３’の水供給管３Ａ’が直立方向に設けられている。このシャワーノズル３Ｂ’も上記したシャワーノズル３Ｂと同様に配置されている。但し、水供給管３Ａ’は、水供給管３Ａよりも短尺になっており、適宜な移動手段により矢印に示すように、上下方向に移動可能になっている。

いずれの水噴射手段３、３’とも、噴射状態が広がるように、上記したように、シャワーノズル３Ｂ、３Ｂ’が1つ以上設けられている。
噴射圧力は、シャワーノズル３Ｂ、３Ｂ’とも、金網が設けられていないので、金網の耐久性を気にせず、特許文献１の縦型濃縮洗浄機を使用した場合よりも、高圧に設定可能になっている。具体的な数値は、高圧水は、一般的に、孔径０．７〜１．５ｍｍの噴射孔から、１．５〜３ＭＰａの圧力で水が噴射されて得られるものである。なお、この含水パルプ系原料処理機Ａでは、下記のように回転ドラム４の寸法関係が提案されており、その寸法関係では、孔径１．０ｍｍの噴射孔から、２．２ＭＰａの圧力で水を噴射することが推奨される。
シャワーノズル３Ｂ、３Ｂ、３Ｂ‥‥は縦方向に並べられており、シャワーノズル３Ｂ’、３Ｂ’、３Ｂ’‥‥も縦方向に並べられている。噴射面積を広げるために、複数のノズルが設けられているが、いずれも縦方向に並べられているので、ノズルの数を減らすことができる。そのため、それぞれの噴射孔から高圧で水を噴射することが容易になっている。

水供給管３Ａ、３Ａ’の内方に、回転ドラム（胴部）４が軸周りに回転可能に設けられている。この回転ドラム４は断面がほぼ真円の円筒形で、円筒ドラムケース２と同軸状に配置されている。水供給管３Ａはシャワーノズル３Ｂから回転ドラム４全面に水を噴射できるように、回転ドラム４の高さ方向のほぼ全長にわたって対向している。また、水供給管３Ａ’はシャワーノズル３Ｂ’から回転ドラム４全面に水を噴射できるように、回転ドラム４の高さ方向のほぼ全長にわたって上下移動可能になっている。

回転ドラム４はステンレススチール製になっており、パンチングメタルで構成されている。多数のパンチ孔４ａは、いずれも、断面がほぼ真円の丸孔で内方から外方に向かって周方向に均等に拡径されてテーパ状になっている。そして、図２、図３に示すように、内方端の孔径寸法（ＩＲ）が０．１〜０．６ｍｍの範囲内になっている。有効繊維は、０．１ｍｍ以上であるが、これよりも大きい孔径寸法が許容されており、現在の孔開け加工の技術で十分に対応できるものになっている。

テーパ角度（θ）は、１／１５≦ｔａｎθ≦１／５を満たす範囲内になっている。角度（°）に換算すると、３〜１２°程度であり、図面では視認の便宜のために角度が実際よりも極端に大きく描かれている。
回転ドラム４の厚さ寸法（Ｔ）は、強度等を考慮して、１．５ｍｍ前後が現時点では最適とされており、回転ドラム４のサイズ等により変更しようとも、極端に厚くしたり薄くしたりしなければ、上記のテーパ角度（θ）の範囲内で所望のテーパ効果が得られる。
また、この実施の形態では、外方端の回転ドラム表面積に対して開孔率が１５〜３５％を満たすことが好ましい。この範囲内であれば、回転ドラム４の強度と排水効率の両方のバランスを最適化できる。

この実施の形態では、推奨する一例の設計寸法として、厚さ寸法（Ｔ）は１．５ｍｍであり、内方端の孔縁４ｂの孔径寸法（ＩＲ）は０．３ｍｍであり、外方端の孔縁４ｃの孔径寸法（ＯＲ）は０．５ｍｍ、開孔率は２５％が提案されている。

回転ドラム４の内部には、その軸方向中心に、撹拌羽根５、搬送用スクリュー羽根６が取り付けられた回転シャフト７が立った状態で設けられている。回転シャフト７を中心とし、外方に張り出すように下側には撹拌羽根５が取り付けられ、上側には搬送用スクリュー羽根６が取り付けられている。撹拌羽根５の形状は、例えば扇風機の羽根と略同形状のものが有効である。回転シャフト７の軸周り回転により、撹拌羽根５、搬送用スクリュー羽根６も連れ回転する。
回転ドラム４と、回転シャフト７は逆方向に回転する。これまでの実験によれば、回転シャフト７を回転ドラム４より高速に回転させることが好ましいことが確認されている。

回転ドラム４の下端側は、放射状に設けられた板状の支持部材１２を介して基台１に回転可能に載せられている。回転ドラム４と基台１との境界はシール構造になっている。また、上端側にはドラム回転シリンダ２８が取り付けられている。
また、回転シャフト７は筒状になっており、洗浄水用パイプ２２により洗浄水が通水されて、給水口１３から回転ドラム４内に給水できるようになっている。タイマー等を利用して、原料の濃度に合わせて給水を制御できる。製紙排水を処理する場合には、給水を停止したり少なくするなど、用途に応じた適切な操業が可能となっている。

回転ドラム４の下方には、掃除用の排水口１４が設けられ、円筒ドラムケース２の下方には常時開状態の排水口１５が設けてある。回転ドラム４内には下方から原料が供給されるように原料供給管１６が設けられている。この原料供給管１６からは、脱墨処理を待つものや製紙排水等の含水パルプ系原料（以下「原料」と略記）が供給されることになる。
円筒ドラムケース２の上蓋１７上に取り付けられたモータ架台１８に、回転数可変なインバータ調整できる回転シャフト用サーボモータ１９が設置されており、その駆動力がベルト・プーリー式の伝達機構を介して回転シャフト７に伝達されて、回転シャフト７が回転するようになっている。

回転ドラム用モータ２４も設置されており、その駆動力がベルト・プーリー式の伝達機構を介してドラム回転シリンダ２８に伝達されて、ドラム回転シリンダ２８に取り付けられた回転ドラム４が回転するようになっている。
このように回転シャフト７と回転ドラム４は、別々のモータにより互いに独立して駆動される。

かき羽根２９も設けられており、撹拌洗浄されて搬送用スクリュー羽根６によってパルプ濃度の高くなった原料が徐々に上昇すると、このかき羽根２９によって排出口３０より排出される。このかき羽根２９は、放射状に複数枚、例えば６枚設けるものが最良である。

含水パルプ系原料処理機Ａを運転すると、原料は原料供給管１６より回転する回転ドラム４の中に吐出供給され、回転ドラム４の回転と撹拌羽根５の逆回転により揉まれながら、遠心力により外側に飛ばされ脱水されるので、揉み洗い洗浄及び脱水の効果が得られる。また、並行して水を供給していれば、置換洗浄の効果も得られる。そのためパルプに付着した薬剤などが揉みほぐされ分離される。
廃液は回転ドラム４の多数のパンチ孔４ａから排出され、原料は綺麗に洗浄され濃縮されながら搬送用スクリュー羽根６で回転ドラム４の中を上昇し、徐々に排出口３０から排出される。
パンチ孔４ａからは有効繊維分は排出されずに濾過機能が働く。
従って、原料を更に脱墨処理したい場合の洗浄だけでなく、製紙排水も含めた幅広い濃度範囲の原料に対する脱水による濃縮化にも積極的に利用できるようになっている。

含水パルプ系原料処理機Ａでは、上述したように、金網に代えて、パンチ孔４ａに濾過排水機能を直接担わせており、上記した運転の際に発揮される特徴的な作用を、図４、図５にしたがって詳細に説明する。
含水パルプ系原料処理機Ａの運転中においては、回転ドラム４内において、撹拌羽根５等の回転により乱流が発生しているので、意外なことに、パンチ孔４ａの内方端の孔径寸法（ＩＲ）が有効繊維分のパルプＰよりも大きくなっていても、所定の上限以下では、パルプＰがそのパンチ孔４ａから抜け出ることが阻止される。図４のイメージ図では、パルプＰ１の移動軌跡を矢印で示しているが、これに示すように、有効繊維分のパルプＰ１はパンチ孔４ａに向かった後に戻されるか、内方縁に引っ掛かってパンチ孔４ａ内に留まり、外には排出されない。

図５のイメージ図に示すように、パルプＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４がパンチ孔４ａの内方端側に留まり始めると、そこを基点として後続のパルプＰ５、Ｐ６がそこに向かって次々と堆積し始めるが、回転ドラム４が回転しているので、水噴射手段３、３’のシャワーノズル３Ｂ、３Ｂ’の対向箇所に着くと、そこで、シャワーノズル３Ｂ、３Ｂ’から高圧で噴射された水流（黒枠矢印）に叩かれる。パンチ孔４ａがテーパ状になっているので、絡んだパルプＰを水流が種々の方向から叩き易くなっており、「叩き効果」が有効に働く。従って、堆積によりマット状になる前に、パルプＰをパンチ孔４ａから取り除くことができる。
水噴射手段３’のシャワーノズル３Ｂ’は上下方向に移動できるので、水流が種々の位置から噴射されることになり、結果的に最適な位置で「叩き」を実行することが可能となっている。

なお、シャワーノズル３Ｂ、３Ｂ’は、特許文献１に記載の装置でも備えられているが、目詰まりの剥ぎ取り用に設置される旨が記載されているように、パルプが堆積してマット状になって金網が目詰まりを起こしてしまった時に、一旦、装置を停止して、マット状になったパルプの堆積物に横から水流を当てて文字通り「剥ぎ取る」のに使用していた。

以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。

パルプ３０％、水分７０％から成るものを離解機に注入し、清水（工業用水）を補充して、分解撹拌し、この分解撹拌されたものを圧送ポンプで従来公知のスクリーンに流入して、異物、雑物（特に比重の重いもの）を除去し、このスクリーンを経由したものを原料（パルプ１％、水分９９％）として、本発明の含水パルプ系原料処理機Ａで処理したところ、ほぼ１００％近く脱墨化でき、且つ、パルプ７％、水分９３％まで濃縮できた。
また、有効繊維分０．０５％の製紙排水を、本発明の含水パルプ系原料処理機Ａで処理したところ、有効繊維分が５％に上がったものを回収できた。

Ａ…含水パルプ系原料処理機
１…基台 ２…円筒ドラムケース ３、３’…水噴射手段
３Ａ、３Ａ’…水供給管 ３Ｂ、３Ｂ’…シャワーノズル
４…回転ドラム ４ａ…パンチ孔
４ｂ…パンチ孔の内方端の孔縁 ４ｃ…パンチ孔の外方端の孔縁
５…撹拌羽根 ６…搬送用スクリュー羽根 ７…回転シャフト
１２…支持部材 １３…給水口 １４…掃除用の排水口
１５…排水口 １６…原料供給管 １７…上蓋
１８…モータ架台 １９…回転シャフト用サーボモータ
２２…洗浄水用パイプ ２４…回転ドラム用モータ ２８…ドラム回転シリンダ
２９…かき羽根 ３０…排出口
Ｐ…パルプ

Claims (5)

1. 上下を軸方向とし、軸周りに回転可能な多孔質の回転ドラムと、前記回転ドラムの軸中心に配置され、前記回転ドラム内で外方に張り出すように下側には撹拌羽根が上側には搬送用スクリュー羽根がそれぞれ取り付けられ、前記回転ドラムと逆方向に軸周りに回転可能な回転シャフトと、前記回転ドラムに向けて外側からノズルを利用して高圧水を噴射する水噴射手段とを備え、前記回転ドラムに投入された含水パルプ系原料由来の廃液が前記回転ドラムの多数の孔から排出されて濾過排水機能が実現される、含水パルプ系原料の処理機において、
   前記回転ドラムはパンチングメタルで構成され、その孔は断面円形で内方から外方に向かって拡径されてテーパ状になっており、内方端の孔径寸法が０．１〜０．６ｍｍであることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
2. 請求項１に記載した含水パルプ系原料処理機において、
   孔のテーパ角度（θ）が、１／１５≦ｔａｎθ≦１／５を満たすことを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
3. 請求項１または２に記載した含水パルプ系原料処理機において、
   水噴射手段の噴射ノズルは上下方向に移動しながら高圧水を噴射することを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
4. 請求項１から３のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、
   噴射ノズルは多数の噴射孔が形成されたシャワーノズルで構成されていることを特徴とする含水パルプ系原料処理機。
5. 請求項１から４のいずれかに記載した含水パルプ系原料処理機において、
   外方端の回転ドラム表面積に対して開孔率が１５〜３５％を満たすことを特徴とする含水パルプ系原料処理機。

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