JP4227895B2 - 連続式遠心分離機 - Google Patents

Description

１.発明の属する技術分野
この発明は、連続式遠心分離機に関する。さらに、この発明は、遠心分離機用のバスケットにも関する。この発明は特に、砂糖結晶の製造における遠心分離機による処理時に、粘性のある多量の糖蜜またはマスキット(massecuite)などから砂糖結晶を分離するための連続式遠心分離機（および遠心分離バスケット）に関するが、これに限定されるものではない。

明細書全体において、「遠心分離」という言葉は、「遠心分離機機械」ならびに「分離(fugal)」という概念も含むものとする。

２．先行技術
近年、連続式遠心分離機が一括式遠心分離機に取って代わり始めている。その理由の１つとして、連続式遠心分離機の電力需要が、一括式遠心分離機の「ピーク」電力需要よりも均等に分配されるからである。これにより、電源装置と送電設備の資本コストと運転コストを大幅に削減することができる。

遠心分離機においてマスキットから不要なものを除去する工程は、はっきりと２つに分かれる。第１の手順は、すべての余分な糖蜜を最初に除去し、砂糖結晶から表面糖蜜を「取り除く」ことである。第２の工程は、遠心分離バスケットから結晶を排出する前に、結晶を最終洗浄し、部分乾燥することである。現在、この２つの工程は遠心分離機の単一のバスケット部分で行われている。

従来の連続式遠心分離機では、２つの個別遠心分離バスケットが採用されてきた。マスキットは第１（上部）バスケット（一番糖蜜の除去用）に送られ、その結果生成される砂糖結晶／糖蜜の混合物が偏向手段によって第２（下部）バスケットに送られ、砂糖結晶から残留糖蜜が洗浄される。

マスキットから砂糖結晶を分離する際に最も重要なことは、砂糖結晶の破壊をできるだけ少なくすることである。損傷または破壊された結晶は、糖蜜と水の溶液に再度混合して再結晶化しなければならないため、効率が悪くなる。

第１バスケットにマスキットを供給し第２バスケットに移すと、遠心分離機内で砂糖結晶がバスケットと偏向手段に衝突するため、砂糖結晶が破壊する可能性が高まる。

遠心分離機内の重力が高い（例えば、ほぼ３００〜１０００Ｇ）と、この衝突によって破壊されやすくなる。このように高い重力が必要な理由は、糖蜜をバスケット内のステンレス鋼スクリーンから通過させてバスケット内の排出孔から排出するためである。

上述の高い重力を生成するためにバスケットを例えば７００〜２０００ｒｐｍで駆動しなければならないため、周知の連続式遠心分離機の電力需要は比較的高い。高速で電力需要が高くなるのは、連続式遠心分離機の出力が速度の１．８〜２．０乗に比例するという事実があるからである。

この発明の目的は、低い重力レベルでマスキットから砂糖結晶を効果的に分離できる連続式遠心分離機を提供することである。

この発明の好ましい目的は、低いバスケット回転速度で運転でき、その結果低い電力需要で運転できるような連続式遠心分離機を提供することである。

この発明のさらに好ましい目的は、２段の遠心分離バスケットを一体型として提供することである。

この発明のなおさらに好ましい目的は、低い重力範囲で砂糖結晶から糖蜜を分離できるようにする遠心分離バスケットを提供することである。

この発明のなおさらに好ましい目的は、排出される砂糖結晶の衝突による破壊が前述の低い回転速度によって低減されるような連続式遠心分離機を提供することである。

この発明のなおさらに好ましい目的は、リサイクルされた一番糖蜜を混合することで、供給されるマスキットを「調整」できるような連続式遠心分離機を提供することである。

この発明のなおさらに好ましい目的は、糖蜜に追加する洗浄水の量を低減できるような連続式遠心分離機を提供することである。
この発明のなおさらに好ましい目的は、マスキットを回収された糖蜜/水によって、スクリーン上で洗浄する連続式遠心分離機を提供することである。
この発明のなおさらに好ましい目的は、内部遠心分離バスケット表面に、低圧域を形成する遠心分離バスケットへ内部表面を提供することである。

この発明の別の好ましい目的は、以下の説明から明らかになる。

第一の態様において、この発明は連続式遠心分離機に属するものであり、前記連続式遠心分離機は、
遠心分離機ハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能なように取り付けられ、駆動手段によって駆動される遠心分離バスケットと、
前記遠心分離バスケットにマスキットを供給するマスキット注入口と、
少なくとも１つの糖蜜排出口と
砂糖排出口とを備えており、
前記連続式遠心分離バスケットは、砂糖結晶から一番糖蜜を分離するように動作可能な第１部分と、糖蜜から洗浄済み砂糖結晶を分離するように動作可能な第２部分とを備えており、
重力によって糖蜜を砂糖結晶から容易に除去するための低圧域を形成するために、前記遠心分離バスケットの少なくとも一部分が、前記バスケットの壁において概ね放射状に延びる排出溝を覆うスクリーン手段を有する。

遠心分離バスケットに供給されたマスキットを、リサイクルされた一番糖蜜と混合することで調整してもよい。

好ましくは、遠心分離バスケットを、ハウジング内で回転可能なようにジャーナル軸受けで軸承し、バスケットと駆動モータとの間の振動を低減することが望ましい適切な継手によって駆動モータ（駆動手段を形成する）の出力軸に動作可能なように接続する。

好ましくは、バスケットの第１部分であるバスケット下部は、マスキット注入口から加速器を介して供給されるマスキットを受け取り、垂直線に対して例えば１５〜２０°の角度の（すなわち、開先角度４５〜５０°）傾斜側壁を備える。
好ましくは、第２部分であるバスケット上部は、垂直線に対して２０〜３０°の角度の（すなわち、開先角度５０〜６０°）傾斜側壁を備える。バスケット下部とバスケット上部は、中間の「段」部分によって接続される。

好ましくは、一番糖蜜と混合することでマスキットを調整することが、加速器の最初の加速円錐部(accelerating cone)において行われる。

好ましくは、調整されたマスキットは、バスケット中のスクリーン手段へ移る前に、バスケット回転速度により加速される。
好ましくは、バスケット上部とバスケット下部の側壁はそれぞれ、各排出溝を覆うスクリーンを備え、排出溝が各側壁の上端に開いている。ステンレス鋼スクリーンと排出溝の配置については、後で詳しく説明する。

好ましくは、再循環する糖蜜が第１部分のスクリーンに噴霧され、洗浄水が第２部分のスクリーンに噴霧される。

好ましくは、バスケットの第１部分において砂糖結晶から分離された一番糖蜜がハウジングに収集され、一番糖蜜排出口から排出される。供給されるマスキットを調整するために、一番糖蜜の少なくとも一部を加速器に送ることができる。

好ましくは、バスケットの第２部分において砂糖結晶から分離された洗浄済み糖蜜が、ハウジングに収集され、洗浄済み糖蜜排出口から排出される。少なくとも一部の洗浄済み糖蜜は再循環する糖蜜として使用され、第１部分のスクリーンに噴霧される。

好ましくは、洗浄済み砂糖結晶もハウジングに収集され、砂糖排出口から排出される。

好ましくは、駆動モータが例えば３００〜３５０ｒｐｍの回転速度でバスケットを回転させ、７５〜１４０Ｇの範囲の重力を生成する（処理される特定のマスキットに合わせて重力の上限と下限を変えてもよい）。

第二の態様において、この発明は連続式遠心分離機用の遠心分離バスケットに属するものであり、前記遠心分離バスケットは、少なくとも１つの壁部を含み、
該壁部が、
壁の内面において概ね放射状に延び、前記壁（または壁部）の上端またはその近辺で排出部分に向かって上方向に延びる複数の排出溝と、
マスキット内の糖蜜を砂糖結晶から分離できるように、孔またはスロットを備える、前記排出溝を覆うスクリーンと、
糖蜜が前記スクリーンの前記孔またはスロットを通過して前記排出溝に入ることができるように、前記排出溝とその上方の前記スクリーンを隔て前記スクリーンを支持する手段とを有しており、
重力によって前記排出溝が糖蜜を砂糖結晶から容易に除去するための低圧域を形成するよう配置されている。

前述の連続式遠心分離機の遠心分離バスケットのバスケット下部とバスケット上部の両方にそれぞれ、排出溝、スクリーン、およびスペーサ手段が設けられる。

この発明を十分に理解できるように、以下の添付図面を参照しながら好ましい実施形態について説明がなされている。

図１を参照すると、連続式遠心分離機１０は、概ね円筒形の側壁１２を備えたハウジング１１と、取り外し可能な上部壁１３、および砂糖結晶排出口１５を備える円錐台形の下部壁１４とを有している。ハウジング１１は、取り付けブラケット１７で適切な構造物１６に取り付けられている。

マスキット注入口１８が上端壁１３の中央に設けられ、蒸気ジャケット１９によって加熱される。これにより、遠心分離機１０に供給されるマスキットの温度と粘度が制御される。

マスキット供給管２０には、遠心分離機１０に供給されるマスキットの流れを制御するための流量調節弁２１が備わっている。この弁は、空気圧ラム２２によって制御される。駆動モータ（後述）の電力需要を計測する電流センサ（図示していない）が空気圧ラム２２に接続されているため、電流レベルが低下するとマスキットの流量が増す。

後で詳しく説明する遠心分離バスケット３０は、ハウジング１１のほぼ中央で回転支持部材３１の周囲に、回転可能なように取り付けられている。回転支持部材３１は、中央支持板３３の適切な軸受け（図示していない）にジャーナル軸受けされたバスケット駆動軸３２の上端に設けられている。中央支持板３３は、ダンパー取付け具３５のハウジング内壁３４に取り付けられている。

バスケット駆動軸３２は、ダンパーカップリング(damped coupling)３８によって電気駆動モータ３７のモータ出力軸３６と連結されている。

バスケット３０内では、内壁３９が回転支持部材３１で支持されている。内壁３９と上部加速円錐部４０および下部加速円錐部４１とから形成される輪状間隔によって、マスキットがバスケット３０の底部に導かれる。（注：加速円錐部４０および４１はバスケット３０の内壁３９に取り付けられており、内壁３９とともに回転する。また、下部加速円錐部４１の下端とバスケット３０の隣接側壁との距離が短いため、バスケット３０の側壁への結晶の衝突が最小限に抑えられる。）

バスケット３０の底部壁４２は、糖蜜から砂糖結晶を分離するために、マスキットがバスケット３０にスムーズに流れ込むような輪郭になっている。

バスケット３０には、一番糖蜜を砂糖結晶から分離するための第１部分であるバスケット下部４３と、洗浄済み糖蜜を砂糖結晶から分離するための第２部分であるバスケット上部４４があり、両部分は中間「段」部分４５によって接続されている。

図２に示したように、従来の連続式遠心分離バスケットの断面Ａは、放射状の排水孔Ｄを覆うステンレス鋼スクリーンＢと金属織布状裏張りＣとから構成され、砂糖結晶から糖蜜を分離できるようになっている。

図２に示した従来の連続式遠心分離バスケットとは異なり、この発明では、バスケット下部４３とバスケット上部４４の断面輪郭は図３のようになっている。入ってきた糖蜜を排出するために、バスケット下部４３とバスケット上部４４の壁（またはシート）の内面に、下端が閉じて上端が開いた、後方に傾斜した放射状の排出溝４６が設けられている。

例えば好ましくは１２０ミクロンのスロットを設けたステンレス鋼スクリーン４７が、多孔シート支持板４９を覆う金属織布状裏張り４８によって排出溝４６から隔てられている。（注：後方に傾斜した放射状の排出溝４６を設けた目的は、バスケット部４３、４４の内面を混合流体遠心分離ポンプインペラのように作用させ、ステンレス鋼スクリーン４７とその支持部４８および４９のすぐ後ろに、通常は糖蜜が存在しない低圧域を形成することである。）

図３に示したバスケット構造に関する試験において、７５〜１４０Ｇという低い重力負荷で砂糖結晶から糖蜜を分離することができる。これに対し、図２に示した標準的な構造では３００〜７００Ｇの重力負荷が必要である。

図３に示したバスケット構造では、糖蜜がステンレス鋼スクリーン４７を容易に通過して排出溝４６に流れ込み、後述する収集チャンバに糖蜜を集めることができる。

少なくとも１つの噴霧ノズル５０が、バスケット上部４４から排出される糖蜜および水の一部となる、再循環した糖蜜および水をバスケット下部４３のステンレス鋼スクリーン４７に噴霧し、一番糖蜜が放射状の溝の上端から通路またはポート５１を通って一番糖蜜収集チャンバ５２に排出され、そこから一番糖蜜排出管５３へ流れ込む。

次に、砂糖結晶／糖蜜が、バスケット上部４４のステンレス鋼スクリーン４７の表面を流れ、結晶が、スクリーン４７に向けて水ノズル５４から噴霧される水によって洗浄される。
注：バスケット上部のスクリーン４７の垂直線に対する傾き（たとえば２５°）はバスケット下部のスクリーン４７の垂直線に対する傾き（たとえば１８°）よりも大きい。バスケット上部の角度と外径を増すことで、砂糖結晶／糖蜜にかかる重力方向及び半径方向の流力が高くなるため、バスケット上部４４内の混合物の粘度と摩擦係数が高くてもこれを克服し、対応することができる。上記角度は、全ての利用可能な砂糖／糖蜜の排出が完了するまでに遠心分離機１０へのマスキットの流出が中断される場合、上方および下方のステンレス鋼スクリーン４７上の砂糖結晶／糖蜜の流れがそれらの通常排出点へと延長することを確実にするよう選択される。

「洗浄済み」糖蜜（および水）がバスケット上部４４の通路／ポート５５の上端で糖蜜収集チャンバ５６に排出され、さらに洗浄糖蜜出口管５７を通って排出される。

偏向板５８によって洗浄済み砂糖結晶が結晶収集チャンバ５９に導かれ、砂糖結晶排出口１５から排出される。

砂糖結晶の粘度は比較的低いため、偏向板５８への衝突による破壊が最小限に抑えられる。

駆動モータ３７を動作温度範囲内に保つために、冷却空気が入口管６１と出口管６２を通じてモータハウジング６０にポンプ供給される。

排出溝４６を備えるバスケットの部分４３および４４の構造によって、低い重力負荷で糖蜜を分離できるようになり、その結果、遠心分離機の電力需要が低く抑えられる。さらに、一体型バスケット３０に設けられたバスケット部分４３および４４において２つの分離段階を実行できるようになる。

従来の連続式遠心分離機では、糖蜜および／または水と混合することによるマスキットの調整は遠心分離機の外部で行われる。一方この発明では、リサイクルされた一番糖蜜とマスキットを混合するという調整方法が採用されるため、内部で調整を行うことができる。加速円錐部４０および４１を利用して、供給されるマスキットとリサイクルされた一番糖蜜を遠心分離機の内部で混合することでマスキットの調整を行うことができるため、より簡単にマスキットから不要なものを除去することができる。

加速円錐部４０および４１によるマスキットの調整によって、遠心分離スクリーン上にマスキットをより均等に分散することができ、遠心分離スクリーン上でマスキットから不要なものをより効果的に除去することができる。

マスキットの調整は以下のように行われる。

供給されるマスキットと糖蜜または水が、上部加速円錐部４０によって形成されるチャンバ６３に流れ込む。加速キャップ（accelerating cap）３１と接触すると、マスキットと糖蜜または水の流れが、上部加速円錐部４１の内面にかかる慣性によって偏向され、マスキットと糖蜜または水が遠心分離機の回転速度とほぼ同じに加速される。

上部加速円錐部４０の直径は下に向かうほど大きくなっているため、マスキットと糖蜜または水との混合物が下方向へスムーズに流れる。

チャンバ６３の下部面は、下部加速円錐部４１の上部によって形成される。下部加速円錐部４１のこの部分には成型加工した傾斜開口部６４が設けられており、ここでマスキット、糖蜜、および水の流れが複数の流れに分割される。これらの流れは、下部加速円錐部４１によって形成されるチャンバ６５に入る際に再び合流する。

下部加速円錐部４１の形状は、符号６６においてマスキットと糖蜜または水との混合物が輪郭変更によってさらに混合されてから、マスキットが調整された状態でバスケット下部４３に排出されるようになっている。

この発明の分割サイクル処理によって、遠心分離機に追加する洗浄水の量を減らすことができる。

他の連続式遠心分離機の処理における大きな問題点は、他の事例において、連続式遠心分離機が一括式遠心分離機よりもはるかに多くの洗浄水を排出糖蜜に追加するということである。この発明の遠心分離機設計では糖蜜の２つの流れ（一番糖蜜と「洗浄」糖蜜）を分離できるため、マスキットの初期調整とバスケットの初期洗浄の両方がリサイクルされた糖蜜を用いて実行され、追加する洗浄水の量を減らすことができる。遠心分離機から糖蜜に追加される水量が減ると、砂糖工場の結晶化工程における蒸発プロセスの作業が軽減される。

また、洗浄水の流れはマスキットの流れと「逆」であるため、マスキット内の結晶の溶解（および、糖蜜の流れへの蔗糖の損失）が低減される。

遠心分離機内の処理は、以下のように行われる。

排出口５３から排出される一番糖蜜の一部が、プローブ糖蜜供給管（probe molasses feed）６７に回収され、中空管６８を通過して、弁２１の下で供給されるマスキットと合流する。これは、符号６７で追加することもできる水とともに、遠心分離機内のマスキットと混合されてからバスケット下部４３に入る。

洗浄水が噴霧器５４からバスケット上部に追加される。洗浄糖蜜排出口５７から排出された糖蜜と洗浄水との混合物の一部が、噴霧ノズル５０を通してバスケット下部４３の上部に噴霧されて洗浄プロセスが開始されるため、砂糖結晶がバスケット上部４４にスムーズに流れる。

以上に説明し図示した実施形態に、この発明から逸脱することなく多くの変更と修正を加えることができる。

この発明による連続式遠心分離機の側断面略図である。 従来の連続式遠心分離機のバスケット部分の断面図である。 この発明によるバスケット部分の同様の断面図である。

Claims (12)

1. 連続式遠心分離機であって、
   遠心分離機ハウジングと、
   前記ハウジング内に回転可能に取り付けられ、駆動手段によって駆動される遠心分離バスケットと、
   前記遠心分離バスケットにマスキットを供給するマスキット注入口と、
   少なくとも１つの糖蜜排出口と
   砂糖排出口とを有しており、
   前記遠心分離バスケットは、砂糖結晶から一番糖蜜を分離するように動作可能な第１部分と、残留する糖蜜と廃液から洗浄済み砂糖結晶を分離するように動作可能な第２部分とを備えており、
   重力によって糖蜜を砂糖結晶から容易に除去するための低圧域を形成するために、前記遠心分離バスケットの少なくとも一部分が、前記バスケットの壁において概ね放射状に延びる排出溝を覆うスクリーン手段を有することを特徴とする連続式遠心分離機。
2. 前記遠心分離バスケットに供給されるマスキットが、リサイクルされた一番糖蜜と混合されることで調整されることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
3. 前記遠心分離バスケットが、前記ハウジング内で回転可能にジャーナル軸受けで軸承され、前記バスケットと駆動モータとの間の振動を低減する適切な継手によって駆動手段を形成する前記駆動モータの出力軸に動作可能に接続されていることを特徴とする請求項１記載の遠心分離機。
4. 前記バスケットの前記第１部分であるバスケット下部が、前記マスキット注入口から加速器を介して供給されるマスキットを受け取り、前記バスケット下部は垂直線に対して１５〜２０°の角度の傾斜側壁を備えており、前記第２部分であるバスケット上部が、垂直線に対して２０〜３０°の角度の傾斜側壁を備えており、前記バスケット下部と前記バスケット上部は中間「段」部分によって接続されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の遠心分離機。
5. 前記加速器の最初の加速円錐部において一番糖蜜と混合することでマスキットを調整することを特徴とする請求項４記載の遠心分離機。
6. 前記バスケット上部と前記バスケット下部の前記側壁がそれぞれ、前記各排出溝を覆う前記スクリーンを有しており、前記排出溝が前記各側壁の上端に開いていることを特徴とする請求項４記載の遠心分離機。
7. 前記第２部分から排出される少なくとも一部の糖蜜が前記第１部分の前記スクリーンに噴霧されることを特徴とする請求項２または５記載の遠心分離機。
8. 前記バスケットの前記第１部分において砂糖結晶から分離された一番糖蜜が前記ハウジングに収集され、一番糖蜜排出口から排出され、供給されるマスキットを調整するために一番糖蜜の少なくとも一部が加速器に送られることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の遠心分離機。
9. 前記バスケットの前記第２部分において砂糖結晶から分離された洗浄済み糖蜜が前記ハウジングに収集され、洗浄済み糖蜜排出口から排出され、少なくとも一部の洗浄済み糖蜜が、マスキットを洗浄するためにバスケットの前記第１部分へ向かうことを特徴とする請求項８記載の遠心分離機。
10. 洗浄済み砂糖結晶が前記ハウジングに収集され、前記砂糖排出口から排出されることを特徴とする請求項９記載の遠心分離機。
11. 前記駆動モータが３００〜３５０ｒｐｍの回転速度で前記バスケットを回転させて、７５〜１４０Ｇの重力を生成することを特徴とする請求項３記載の遠心分離機。
12. 連続式遠心分離機用の遠心分離バスケットであって、
    前記遠心分離バスケットが少なくとも１つの壁部を含み、
    該壁部が、
    壁の内面において概ね放射状に延び、前記壁（または壁部）の上端またはその近辺で排出部分に向かって上方に延びる複数の排出溝と；
    マスキット内の糖蜜を砂糖結晶から分離できるように、孔またはスロットを備える、前記排出溝を覆うスクリーンと；
    糖蜜が前記スクリーンの前記孔またはスロットを通過して前記排出溝に入ることができるように、前記排出溝とその上方の前記スクリーンを隔てて前記スクリーンを支持する手段とを備え；
    重力によって前記排出溝が糖蜜を砂糖結晶から容易に除去するための低圧域を形成するよう配置されていることを特徴とする遠心分離バスケット。

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