JP2022525143A - 三相分離用の統合されたデカンタおよび遠心分離機 - Google Patents
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Abstract
スラリの固体成分、重密度および軽密度の液体成分を分離するための装置は、デカンタハウスによって囲まれたスクリューコンベヤを含むデカンタ部分と、ディスク遠心分離機を含む遠心分離機部分とを備える。遠心分離機部分は遠心分離機ハウスで囲まれており、デカンタ部分および遠心分離機部分は、デカンタ部分から遠心分離機部分に液体を移送するための固定インペラを含む中間部分によって分離されている。スクリューコンベヤ、デカンタハウス、および遠心分離機ハウスは中心軸シャフトを中心に回転可能である。デカンタ部分は、軸方向に配置された入口および固体材料出口、遠心分離機部分は、より軽い液体のための軸方向かつ中央にある第1の液体出口と、より重い液体のための第2の液体出口とを含む。第2の液体出口は、遠心分離機ハウスのエンドプレート上に配置されてもよく、中心軸からの第2の出口の半径方向距離は調整可能である。
Description
本発明は、1つの機器に組み合わされた遠心分離機およびデカンタによる有機および他の材料の三相分離のための装置に関する。
本発明は、処理された有機廃棄物などであるがこれに限定されないスラリ材料から、水溶液から固体を分離するために有用な装置である。油および/もしくは脂肪と水との混合物、または固体をさらに含むような混合物など、異なる比重の成分を有する材料混合物の遠心分離は、当技術分野でよく知られている。比重の異なる2つの液相の分離は一般にディスク遠心分離機で達成されるが、1つの成分が固形物である3成分混合物の分離は、原則として、低レベルの固形物がディスク遠心分離機で達成でき、そして、そのような混合物は、一般に、デカンタ遠心分離機において、液相と固相とに分離され得る。
デカンタ遠心分離機では、遠心力が固体材料をデカンタハウスの内周に押し出し、そこからスクリューコンベヤが前記材料を、通常はデカンタハウスの円錐形端の入口管の周辺にある、出口穴に運ぶ。液相は一般的にもう一方の端から出る。しかしながら、そのような個々の機器は、一般に、純粋な相が分離されるべき場合に十分な分離を達成せず、一般に連携して操作されなければならない。特にディスク遠心分離機が固形物を頻繁に排出しなければならないような処理ではエネルギー需要と機器のひずみが大きい。さらに、遠心デカンタとディスク遠心分離機の両方の最適な性能を達成するために、それらは分離される物質の特性に合わせて調整されなければならない。これは、操作中に実行できない処理であり、分離する混合物の材料特性の変化に対応できるように、操作の停止と機器の取り外しが必要である。
当業者は、以下に説明する図面が例示のみを目的としていることを理解するであろう。図面は、いかなる方法でも本教示の範囲を制限することを意図するものではない。
本発明は、スクリューコンベヤデカンタの機能とディスク遠心分離機の機能とを1つの機器に組み合わせたものを含む。これらの機能構成要素は、それぞれ接合されつつも別々に閉じ込められたハウスの中でデカンタ部分と遠心分離機部分とを形成する。これらから、デカンタハウスはスクリューコンベヤを囲み、遠心ディスクハウジングはインペラ、分配ディスク、遠心ディスクのスタック、およびエンドディスクを収容する。ハウスとスクリューコンベヤとは独立して回転可能であり、インペラは固定であり、遠心ディスクはハウジングと一緒に回転する。デカンタ部分は、中空スクリューコンベヤシャフトの内側に、好ましくは固定して軸方向に配置される少なくとも1つの入口をさらに含む。入口は、入口管の穴からデカンタハウスに材料を供給し、その後中空スクリューコンベヤシャフトの穴を通る。固形物出口は、デカンタハウスの近位の狭い端部(入口に対して近位)に配置される。
少なくとも1つの固定インペラが、デカンタとディスク遠心分離機ハウスとの間に配置され、そこを通って液体を伝達し、液体を遠心分離機ディスクに分配する分配ディスクに向ける。遠心ディスク部分は、重い液相の出口とより軽い液相の出口とを含む。一般的かつ好ましくは、遠心ディスクハウスは、デカンタハウスに隣接するより広い直径の端部と液体出口端部におけるより狭い直径の端部とを有する円錐形を有する。
したがって、第1の態様では、本発明は、スラリを固体成分と液体成分とに分離し、さらに液体を重密度および軽密度の液体成分に分離するための分離装置を提供する。この装置は、有機廃棄物の処理、魚粉または他の動物または野菜製品の製造などであるがこれらに限定されない、様々な種類の有機物スラリに適している。
遠心分離機部分は、複数の遠心ディスクを含み、遠心ディスクハウジングによって囲まれている。デカンタ部分と遠心分離機部分とは、デカンタ部分から遠心分離機部分に液体を移送するための、少なくとも上記の固定インペラを含む中間部分によって分離されている。スクリューコンベヤ、デカンタハウス、遠心分離機ハウスは中心軸を中心に回転可能であり、デカンタハウスと遠心分離機ハウスは遠心分離ディスクと固定的に結合され、一緒に回転する。デカンタ部分は、少なくとも1つの軸方向に配置された入口と固体材料出口とを含み、遠心分離機部分は、より軽い液体のための軸方向かつ中央にある第1の液体出口とより重い液体のための第2の液体出口とをさらに含む。
有利な実施形態では、言及された第2の液体出口は、遠心分離機ハウスのエンドプレート上に、デカンタ部分の反対側に配置され、中心軸からの第2の液体出口の半径方向距離が、限定はしないが以下に例示された構造などによって調整可能であるように構成される。一実施形態では、第2の出口穴は、半径方向に配置されたスライドガイドにスライド可能に配置されたプレート上に配置され、プレートが移動(半径方向に調整)されると、穴がスリットに沿って移動するように、プレートはエンドプレート上の半径方向スリットと位置合わせされる。したがって、穴は液体が出るために開いたままだが、それらの位置は半径方向に調整される。
一実施形態では、中心軸からの第2の出口の半径方向距離は、電動駆動装置によって調整可能であり、したがって、モータ駆動装置と相互作用するPLCコンピュータを介するなど、分離装置の動作中に調整可能である。
いくつかの実施形態では、スクリューコンベヤは、円筒形部分および円錐形近位部分(軸方向に配置された入口に対して近位)を有し、デカンタハウスは、対応する円錐形ハウス部分および円筒形ハウス部分を有する。
固体材料出口は、好ましくは、円錐形のハウス部分の円錐形の狭い端部またはその近くに、複数の開口部を含む。
いくつかの実施形態では、軸方向に配置された入口は、スクリューコンベヤの中空コア内に配置された固定入口管を通して材料を供給するように配置されており、入口管は、材料が入口管を出て、入口管を同軸に囲む前記中空コアに入ることを可能にする出口穴を有し、前記中空コアは、材料がデカンタハウスのメインチャンバに入ることを可能にする出口穴を有する。
いくつかの実施形態では、デカンタハウスおよび遠心分離機ハウスは、ハウスの間に固定的に配置された分離プレートと固定的に結合され、分離プレートは、液体供給物がデカンタハウスから固定インペラに移動することを可能にするように構成されており、遠心分離機部分は、さらに好ましくは、固定インペラから液体を受け取り、前記液体を遠心ディスクに分配するように構成された分配ディスクを含む。
したがって、典型的な実施形態では、デカンタハウスとディスクセパレータハウスは一緒に回転可能であるが、スクリューコンベヤは独立して回転可能である。一般的に、ディスク遠心分離機と中央にある第1の液体出口管は、遠心分離機ハウスと一緒に回転する。
有用な実施形態では、分離装置は、液体とともにデカンタ部分から遠心分離機部分に伝達された可能性のある固体残留物が、そこを通ってデカンタハウスに戻ることを可能にするように、上記の分離プレートと、分配ディスクを保持する取り付けプレートとを通る複数の周辺穴またはチャネルを有する。
いくつかの実施形態では、デカンタ部分の入口管(一般に固定である)は、架台または他の位置決め支持体によってその遠位端で支持される。
デカンタ部分の回転出口管(1208)は、好ましくは、支持構造によって保持されるベアリング(1209)によって支持される。スクリューコンベヤは、その入口端でベアリング(1105)によって保持され、ベアリングは通常、構造フレームによって支持されたベアリングハウス内に構成される。コンベヤの遠位端(デカンタハウス内の端部)は、通常、分離プレート(1111)に固定されたベアリングによって支持される。遠心分離機部分の出口管(1208)は、好ましくは構造フレームまたは支持体によって支持されたベアリングハウス内に構成されたベアリング(1209)によって保持される。
以下では、図を参照しながら、本発明の例示的な実施形態について説明する。これらの例は、その範囲を制限することなく、本発明のさらなる理解を提供するために提供されている。
以下の説明では、一連のステップについて説明する。当業者は、文脈によって要求されない限り、ステップの順序は、結果として生じる構成およびその効果にとって重要ではないことを理解するであろう。さらに、ステップの順序に関係なく、ステップ間の時間遅延の有無が、説明されたステップのいくつかまたはすべての間に存在し得ることは当業者には明らかであろう。
本発明の一実施形態では、図1の断面図に概略的に示されているように、遠心デカンタ(1000)は、デカンタ部分(1100)および遠心部分(1200)から構成される。図2に遠心デカンタを通る材料の流れを示す。図3に遠心断面(1200)の拡大断面図を示す。図4は、遠心部分を通過し、デカンタと遠心部分の接合部での遠心デカンタの材料の流れを示す。図5aおよび図5bは、ディスク分離ハウスの端部にある調整可能な(水)出口穴のための装置の一実施形態を示している。
遠心分離機は、デカンタハウス(1101、1102)と遠心ディスクハウス(1201)の2つの結合されたハウジングで構成されており、ハウジングは、ユニットネイブ(1113)のベアリング(1112)とベアリングシャフト(1208)のベアリング(1209)によって所定の位置に保持される。デカンタハウス(1101)の第1の部分は円錐形である。円錐部分(1101)の円錐角(中心軸からの角度として定義される)は、好ましくは25~35°の範囲であるが、有利な場合は10~25°の範囲または35~60°の範囲であってもよい。デカンタハウスの円錐部分は、デカンタハウスの全長の約1/5から1/3の範囲であることが好ましいが、有利と思われる場合はデカンタハウスの全長の2/3から1/10の範囲のどこにあってもよい。ディスク分離ハウス(1201)は円錐形であり、好ましくは円錐角が10~30°であるが、あるいは円錐角が30~45°、または20~45°または5~15°の範囲である。ハウスは、好ましくは少なくとも約3500~4500rpmの回転速度で回転し、好ましくはウェッジベルト主駆動装置または他のベルト駆動装置によって、あるいは直接主駆動装置または他の適切な駆動装置によって回転される。デカンタ部分のスクリューコンベヤ(1109)は、ハウジングの円錐部分に沿って円錐形である。デカンタ部分のスクリューコンベヤは、遠心デカンタの入口側では、ベアリングハブ(1104)のベアリング(1105)に載っており、デカンタ部分とベアリングの遠心ディスク部分との中間部分(1106)では、スクリューコンベヤの入口管(1103)と中空コアチューブ(1114)との間に配置される。動作中、スクリューコンベヤ(1190)は、コンベヤハウスよりも低速で回転し、スクリューコンベヤ駆動装置のトーチで調整され、好ましくは、補助ウェッジベルト駆動装置によって、あるいは他の適切な駆動装置によって駆動される。遠心デカンタの入口管(1103)は固定であり、入口端の位置決め架台(1115)または他の位置決め支持体、およびデカンタ内の位置決めベアリング(1106)上に載っている。入口管には、材料がスクリューコンベヤの中空コアチューブ(1114)に入り、そこから出口穴(1108)を通ってスクリューコンベヤハウジングに入る出口穴(1107)が装備されている。スクリューコンベヤでは、固体材料が重力によって液体から分離し、デカンタホースの円錐部分を通って運ばれ、エンドプレート(1110)の穴から排出される。中間部分には、スクリューコンベヤハウジングが遠心ディスクハウジングに結合する固定伝送プレート(1111)があり、入口管は固定インペラ(1202)に結合される。入口管と固定インペラはベアリング(1106)に載っている。固定インペラ(1202)の後の分配プレート(1204)は、プレート(1203)に固定され、円錐形遠心ディスクハウジング(1201)に取り付けられ、それと共に回転する。シャフト(1208)の一部である内管は、前記プレート(1203)の中心に固定され、すべてシャフト(1208)に取り付けられている分配ディスク(1204)、一連の分離ディスク(1205)、および終端ディスク(1206)を整列させる。分配ディスクは、固定インペラから材料を受け取り、それぞれのディスク穴(1210)を通して分離ディスクのスタックに沿って前記材料を分配する。ディスク表面(1206)上のより重い液相から分離するより軽い液相は、ディスクスタック(1205)に沿って穿孔された内管(1208)に蓄積する。内管は、遠心ディスクハウジング(1201)のエンドプレート(1207)の中心を通って遠心デカンタの外側に延在し、より軽い液体画分(1211)のための出口を提供する。遠心ハウジングのエンドプレート(1207)は、好ましくは2~4個の開口スリット(1216)、または有利な場合にはより多くの開口スリットを備えている。それぞれのスリット(1216)は、それぞれのスリット(1216)と位置合わせされた出口穴(1212)を備えた調整可能なスライドプレート(1214)によって外側から覆われている。プレートは、スライドプロファイル(1215)に配置され、調整ねじ(1213)によって半径方向に調整可能であり、好ましくは、ステップモータまたは他の電動手段(図示せず)によって駆動される。したがって、より重い液相の出口穴(1212)の半径方向の距離は、エンドプレート(1207)の半径方向軸に沿ってスライディングプレート(1214)を動かすことによって、中心に対して調整することができる。出口穴の半径方向の距離は、手動またはモータ駆動の調整ねじを使用して遠心ディスクホーシングの外側から変更でき、後者の場合、操作中に液相の分離を調整できる。
遠心デカンタは、固相、より重い液相、およびより軽い液相の組成物の三相分離を提供するのに役立つ。これらは通常、さまざまなサイズの固体粒子、水成分、および油脂成分である。現在の実施形態では、遠心デカンタは、対象材料中の広範囲の固形分内で動作することができ、動作中に異なる供給に調整可能であるように特別に設計されている。これは、セパレータの性能を損なうことなく、供給物のより軽い液相の変化する密度に対する操作中の対応に特に当てはまる。より重い液相が水である好ましい実施形態では、分離される材料が前記分離器に供給され、分離処理に供される前に、水が分離器の入口管(1103)の入口(1116)を通って遠心デカンタに供給される。水はデカンタハウス(1101、1102)に流れ込み、そこから固定インペラ(1202)を通って遠心ハウジング(1201)に流れる。これにより、半径方向の排水トラップが提供され、そのレベル(中心からの半径距離)は、遠心ディスクハウジング(1201)のエンドプレート(1207)に設けられた調整可能な穴(1212)によって規定される。あるいは、対象材料が重い液相、たとえば水に富む場合、対象材料の注入前の注入は省略され得る。適切な排水トラップが構築された後、対象物質は入口管を介して遠心デカンタに供給される。
対象材料は、入口管(SO1、1116)を介してデカンタ遠心分離機にポンプで送られ、そこから入口管の出口穴(1107)を介して中空コンベヤスクリュー軸(1114)のコアに流れ込む(S02)。対象材料は、中空コンベヤスクリュー軸のコアからデカンタハウス(1101、1102)に、前記軸(1108)上の出口穴を通って流れる(S03)。遠心力により、最も重い物質(乾物、固形物)(S04)がデカンタの周囲に押し出され、デカンタのスクリューコンベヤとデカンタハウスの間の相対速度差により、固体(乾燥材料)はデカンタの円錐部分を通って輸送され(S05)、そこで、デカンタ部分(1100)の固形物出口(1110)から出る前に圧縮される。一方、液相はデカンタハウスの内壁に沿って伸びる中空の円筒形に蓄積し、その内縁から固定インペラの周辺に液体が入り(S06)、そこで提供された運動エネルギーによってインペラの中心に向かって液体が押し出される(S07)。インペラの中心から、液相が分配ディスク(1204)に供給され(S08)、そこから、液相は、それぞれの穴(S09、1210)を通して分離ディスクに均等に分配される。ディスクの中心からの穴の距離により、分離の結果、純粋な油画分と水画分に油が残っている場合(精製)、または油相に残っている水の割合が少なく、水相に油がない場合(清澄化)が決定される。液体のより重い相(たとえば水)とより軽い相(たとえば油または脂肪)への分離は分離ディスクの表面で起こり、容量と分離速度はディスクの全表面と加えられた重力に依存する。この分離原理によれば、より重い相は、デカンタから遠心ディスク部分に移された可能性のある最終的な残りの固形物とともに、ディスクの周囲を越えてディスク表面に沿って遠心ディスクハウジングの内側の境界に向かって押し出される(S10)。遠心ディスクハウジングの円錐形と遠心力により、デカンタ部分から移動した可能性のある少量の固形物は、遠心ディスクハウジングの内面に沿ってデカンタハウジングに向かって押し戻され、円錐形の遠心ディスクハウスに取り付けられたプレート(1203)、および遠心ディスクとデカンタハウジング(1202)とを分離するプレートの周囲に設けられた小さな穴(Sll)を通ってデカンタ部分に入る。少量の重い液相は、前記穴を通して提供される小さな内部漏れのために、固体材料と共にデカンタ部分に戻る。固体材料はコンベヤスクリュー(1109)によって収集され、その出口(1110)に向かって輸送(S12)されるが、液体は固定インペラ(1202)を介して遠心ディスク部分に循環して戻る。より重い液相の大部分は、エンドプレートの調整可能な穴(1212)から直接遠心ディスクホーシング(S13)を出る。一方、より軽い相の液体は、遠心分離ディスクの中心に向かって押し出され、そこでディスクの中心にあるより軽い相(S14)の出口管に入り、分離器(S15)を出る。
現在の実施形態では、液体が遠心ディスクハウジングにポンプで送られるときに圧力平衡が確立される。この平衡状態では、半径方向排水トラップは、より軽い相が遠心ディスクハウジングの周辺に広がるのを防ぎ、ディスクスタックの中心に向かって圧力をかける。より重い液相はディスクハウジングの周辺に向かって輸送され、純粋なより重い液相はエンドプレートの外側の境界を通過し、エンドプレートの調整可能な穴を通って分離器(S13)を出る。軽い相と重い相の間の分割/分離は、2つの相の特殊重力の違いに依存し、これにより、排水トラップのレベル、つまりより軽い相の半径方向の閉じ込めが決まる。より軽い相の比重が低い場合、排水トラップのレベルは中心に向かって内側に移動し、比重が高い場合は、中心からさらに外側に伸びる。より重い相の調整可能な出口穴の半径方向の距離は、本発明では、分離される2つの相の比重の差に応じて最適な分離を達成するために、動作中に調整され得る。これは、対象材料が可変組成である場合、たとえば、そのような三相分離が、異なる密度の脂肪又は油を含み得る材料に対して操作される場合に特に有利である。
Claims (21)
- 有機物または他の物質のスラリの固体成分、重密度および軽密度の液体成分を分離するための分離装置であって、デカンタハウス(1101、1102)によって囲まれたスクリューコンベヤ(1109)を含むデカンタ部分(1100)と、複数の遠心ディスク(1205)を含むディスク遠心分離機を含む遠心分離機部分(1200)とを備え、前記遠心分離機部分は遠心分離機ハウス(1201)で囲まれており、前記デカンタ部分および前記遠心分離機部分は、前記デカンタ部分から前記遠心分離機部分に液体を移送するための少なくとも1つの固定インペラ(1202)を含む中間部分によって分離されており、前記スクリューコンベヤ、前記デカンタハウス、および前記遠心分離機ハウスは中心軸を中心に回転可能であり、前記デカンタ部分は、少なくとも1つの軸方向に配置された入口(1103)および固体材料出口(1110)を含み、前記遠心分離機部分は、より軽い液体のための軸方向かつ中央にある第1の液体出口(1208)と、より重い液体のための複数の第2の液体出口(1212)とを含む、分離装置。
- 前記第2の液体出口(1212)は、前記遠心分離機ハウス(1201)のエンドプレート(1207)上に、前記デカンタ部分の反対側に配置され、前記中心軸からの前記第2の出口の半径方向距離は調整可能である、請求項1に記載の分離装置。
- 前記中心軸からの前記第2の出口(1212)の前記半径方向距離は、電動駆動装置によって調整可能であり、前記分離装置の動作中に調整可能である、請求項2に記載の分離装置。
- 前記中心軸からの前記第2の出口(1212)の前記半径方向距離は、電動駆動装置によって調整可能であり、かつ、性能を最適化し、材料組成の変化に応じるために、液相の少なくとも1つの組成に応じて、PLCまたは他の制御ユニットによって前記分離装置の動作中に調整可能である、請求項3に記載の分離装置。
- 前記第2の出口穴(1212)は、半径方向に配置されたスライドガイド(1215)にスライド可能に配置されたプレート(1214)上に配置され、前記出口穴は、エンドプレート(1207)の半径方向スリット(1216)と位置合わせされる、請求項2から4のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記第2の出口穴(1212)の前記半径方向距離は、手動またはモータ駆動の調整ねじを用いて前記遠心ディスクハウスの外側から変更することができる、請求項2から5のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記デカンタ部分は、前記材料入口に対して円筒形の遠位部分および円錐形の近位部分を有し、前記デカンタハウスは、対応する円錐形のハウス部分(1101)および円筒形のハウス部分(1102)を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記固体材料出口(1110)は、その狭い端部において前記円錐形のハウス部分に複数の開口部を備える、請求項7に記載の分離装置。
- 前記軸方向に配置された入口は、前記スクリューコンベヤの中空コア(1114)内に配置された固定入口管(1103)を通して材料を供給するように配置されており、前記入口管(1103)は、材料が前記入口管を出て、前記入口管を同軸に囲む前記中空コアに入るのを可能にする出口穴(1107)を有し、前記中空コアは、材料が前記デカンタハウスのメインチャンバに入ることを可能にする出口穴(1108)を有する、請求項1から8のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記デカンタハウスと前記遠心分離機ハウスは、前記ハウス間に固定的に配置された分離プレート(1111)と固定的に結合され、前記分離プレートは、前記デカンタハウスから前記固定インペラ(1202)に液体供給物が移動することを可能にするように構成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記固定インペラ(1202)から液体を受け取り、前記遠心ディスク(1205)に分配するように構成された分配ディスク(1204)をさらに備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記デカンタハウスおよび前記ディスク分離ハウスは一緒に回転可能であり、前記スクリューコンベヤは独立して回転可能である、請求項1から11のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記遠心分離機ハウス(1201)は、前記デカンタハウスに隣接するより広い直径の端部および液体出口端部のより狭い直径の端部を有する円錐形を有する、請求項1から12のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記分離プレート(1111)と、前記分配ディスク(1204)を保持する取り付けプレート(1203)とを通る複数の周辺穴またはチャネルを有し、固体残留物がそこを通って前記デカンタハウスに戻ることを可能にする、請求項1から13のいずれか一項に記載の分離装置。
- 固定入口管(1103)は、その遠位端において架台(1115)または他の位置決め支持体によって支持される、請求項1から14のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記遠心分離機部分の回転ベアリングシャフト(1208)は、支持構造によって保持されるベアリング(1209)によって支持される、請求項1から15のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記デカンタハウスおよび前記遠心分離機ハウスはベルト駆動装置によって回転される、請求項1から16のいずれか一項に記載の分離装置。
- 前記デカンタハウスおよび前記遠心分離機ハウスは直接主駆動装置によって回転される、請求項1から16のいずれか一項に記載の分離装置。
- スラリから固相および液相を分離するための方法であって、請求項1から17のいずれか一項に記載の装置を通して前記スラリを供給するステップと、固相、より軽い液相、およびより重い液相に分離するステップとを含む、方法。
- 分離される前記2つの液相の比重の差に応じて最適な分離を達成するために、より重い液相の出口穴の半径方向距離を調整するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記スラリは有機廃棄物を含む、請求項19または20に記載の方法。
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