JP7449467B2

JP7449467B2 - フィルタープレスのケーキブロー方法

Info

Publication number: JP7449467B2
Application number: JP2021000745A
Authority: JP
Inventors: 寿也一ノ瀬; 雅義片山
Original assignee: Ishigaki Co Ltd
Current assignee: Ishigaki Co Ltd
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2041-01-06
Also published as: JP2022106050A

Description

本発明は、フィルタープレスのケーキブロー方法に関し、特に、正ブロー時にケーキを通過するエアの流量が増加し始めたタイミングで逆ブローに切り替えるフィルタープレスのケーキブロー方法に関する。

従来、フィルタープレスを用いて原液を圧搾脱水したのち、ろ過室に生成されたケーキの含水率を低下させるためにケーキブローを行っていた。ケーキブローには、原液供給側からエアを供給してケーキ中の水分を除去する正ブローとろ液排出側からエアを供給してケーキ中の水分を除去する逆ブローがある。逆ブローを行う際には、逆ブローのみ単独で行う場合もあれば、正ブローと組み合わせて行う場合もあり、予め設定した一定のエア圧力で行うことが多かった。

特許文献１には、ケーキ生成室にスラリー導入口より圧縮空気を所定時間供給して通気脱水を行った後に、ケーキ生成室に排水路より圧縮空気を所定時間供給して逆エアを行う工程を複数回繰り返す技術が開示されている。

特許文献２には、エアブロー処理により排出される単位時間当たりの濾液の流量を検出し、検出流量が設定流量以上の場合には圧縮空気の流量や圧力を変更せず、検出流量が設定流量以下の場合には、圧縮空気の流量または圧力を順次増加させるエアブロー処理方法が開示されている。

特開平８－５２３０７号公報特公平４－７２６００号公報

従来、逆ブローを行う際には、単独で行う場合もあれば正ブローと組み合わせて行う場合もあるが、事前に定めた所定時間一定圧で逆ブローを継続した場合、ケーキの空隙に含まれる水分がエアと置換された後も空隙にエアが供給され続けるため、無駄なエア消費が増加するという課題を有していた。

特許文献１には、ケーキの含水率を低減させるためにスラリー導入口より圧縮空気を供給して通気脱水を行った後、排水路より圧縮空気を供給して逆エアを行う工程を複数回繰り返す技術が開示されているが、ケーキ含水率を低減させるために通気脱水と逆エアを複数回繰り返さなければならないため、エア使用量が増大するという問題があった。また、通気脱水及び逆エアを行う際にエアの圧力を調整する等の記載もない。

特許文献２には、エアブロー処理により排出される単位時間当たりの濾液流量に応じてエアブロー時に供給する圧縮空気の流量または圧力を調整する技術が開示されているが、事前に正ブローを実施する等の記載はない。そのため、圧搾脱水後の大量の水分を含んだ状態のケーキにエアを通過させなければならず、エアブロー時に大量のエアを供給する必要があった。そのうえ、ケーキ中の水分含有率を低下させるために濾液流量に応じて圧縮空気の流量や圧力を順次増加させなければならないため、エア使用量が増大するという問題があった。

本発明は、正ブロー時にケーキを通過するエア流量が増え始めた時点で逆ブローに切り替え、計測されるエア流量が一定になるようにエアの供給流量を調整しながら逆ブローを継続することで、逆ブロー時にエアを短時間でケーキに通過させることができるため、エアの使用量を抑えることが可能になるフィルタープレスのケーキブロー方法を提供する。

原液供給側よりエアを供給してろ過室に生成されたケーキ中の水分を除去する正ブローを行った後、ろ液排出側よりエアを供給してケーキ中の水分を除去する逆ブローを行うフィルタープレスのケーキブロー方法において、予め正ブロー時におけるエア流量の基準変化率と、基準流量を設定するとともに、逆ブロー時におけるエア流量の基準変化率の上限および下限と、基準流量を設定し、正ブロー時に、エア流量を計測して計測値から基準流量に対する変化率を算出し、変化率が基準変化率以上となった場合に逆ブローに切り替え、逆ブロー時に、エア流量を計測して計測値から基準流量に対する変化率を算出し、変化率が基準変化率の範囲内である場合は、逆ブローを継続し、変化率が基準変化率の上限より大きい場合は、エアの供給流量を減少させ、変化率が基準変化率の下限より小さい場合は、エアの供給流量を増加させ基準変化率を保持しながら逆ブローを行うことで、事前にケーキの空隙内に含まれる水分の量を減らした状態で逆ブローを開始できるため、逆ブロー時に効率よく空隙内の水分を排出させることが可能となるとともに、逆ブロー時に無駄なエア消費が生じることを抑制する。

前記逆ブロー時に、予めろ液流量の基準流量を設定し、ろ液排出側から排出されるろ液の流量を計測し、計測値が基準流量以下になった時点で逆ブローを終了することで、原液調整工程の変動などにより性状の異なる原液が供給された場合であっても無駄なエア消費を抑制できる。

本発明に係るフィルタープレスのケーキブロー方法は、ケーキの空隙を通過するエア流量が増え始めた時点で正ブローから逆ブローに切り替えることで、空隙に含まれる水分の量を事前に減らした状態で逆ブローを開始できるため、逆ブロー時に短時間でケーキにエアを供給できる。また、エア流量が一定になるようにエアの供給流量を制御しながら逆ブローすることで、無駄なエア消費を抑制できる。これにより、必要なエアの供給流量を減らすことができ、エア供給源のランニングコストや、ブローに用いるコンプレッサ、タンク等の設備容量を抑えることも可能となる。

本発明に係るフィルタープレスの概略構成図である。同じく、原液圧入時のろ過室の概略縦断面図である。同じく、正ブロー時のろ過室の概略縦断面図（ａ）、逆ブロー時のろ過室の概略縦断面図（ｂ）である。同じく、ろ過室の概略断面図である。同じく、フィルタープレスの運転方法のフローチャートである。

図１は、フィルタープレスの概略構成図である。
本発明に係るフィルタープレス１の脱水機構のみ抜粋したものであり、ろ板２及びダイアフラムろ板３を交互に開閉自在に並列している。ろ板２及びダイアフラムろ板３を開閉装置（図示しない）によって閉板することで隣接する両ろ板間２，３間にろ過室４が形成される。ろ過室４の上方には原液及びエアを通過させる原液供給路５が形成されており、原液供給路５はろ過室４と連通している。

原液供給路５の一端に原液供給管６を接続しており、原液貯留槽７内に貯留された原液は原液供給ポンプ８によってろ過室４へ圧入供給される。

原液供給路５の他端にはエア供給管９を接続しており、空気槽１０に貯留されたエアは圧力調整弁２０を介してろ過室４へ供給される。エア供給管９は分岐しており、一方を原液供給路５に、他方をダイアフラムろ板３下部に設けたろ液排出路１２ｂに接続されたろ液排出管１３ｂにそれぞれ接続してある。

ろ過室４より排出されたろ液は、ろ液排出路１２ａを通過した後、ろ液排出管１３ａを通ってろ液槽１７に送られる。なお、ろ板とダイアフラムろ板を交互に配列する形態としたが、ろ板のみの構成としてもよい。原液供給路の位置に関してもこの形態に限定しない。

図２は、原液圧入時のろ過室の概略縦断面図である。
中央部に凹面状のろ過床１８を有するろ板２及び表面にダイアフラム１６を張設したダイアフラムろ板３の間にろ過室４を形成しており、上方の原液供給路５から原液をろ過室４の上部中央より供給する。原液はろ過室４に吊設された一対のろ布１９内に供給された後、ろ布１９で固液分離されて固化し、ケーキを生成する。

このとき、ろ布１９を透過して排出されるろ液はろ板２のろ過床１８下部に開口したろ液排出路１２ａ及びダイアフラムろ板３のろ過床１８下部に開口したろ液排出路１２ｂを通って排出される。

図３（ａ）は、正ブロー時のろ過室の概略縦断面図である。
正ブロー時は、原液供給側からエアをろ過室４に供給しており、エアは原液供給路５を通って上部中央よりろ過室４内のケーキに供給される。

供給されたエアはケーキの中心からろ過面に向かって流動するため、ケーキ厚みの半分程度の幅を通過することになり、通過抵抗が小さく、短時間でケーキ内にエアを通過させることができる。ケーキに含まれる水分はエアによって除去されたあと、ろ布１９を透過してろ液としてろ液排出路１２ａ、１２ｂより排出される。

図３（ｂ）は、逆ブロー時のろ過室の概略縦断面図である。
逆ブロー時はろ液排出側からエアをろ過室４に供給しており、エアはダイアフラムろ板３のろ過床１８に開口したろ液排出路１２ｂからろ過室４内のケーキに供給される。

供給されたエアはケーキ内をダイアフラムろ板３側からろ板２側に向かってケーキの厚み方向に流動する。ケーキの上下方向に亘って均一にエアを供給できるため、ケーキ全体にエアを通過させることができる。ケーキ中に含まれる水分はエアによって除去された後、ろ布１９を透過し、ろ板２のろ過床１８に開口したろ液排出路１２ａよりろ液として排出される。

本実施形態では、エアをダイアフラムろ板３側のろ液排出路１２ｂから供給してろ液をろ板２側のろ液排出路１２ａより排出させる構成としたが、ろ板２側のろ液排出路１２ａよりエアを供給してダイアフラムろ板３側のろ液排出路１２ｂよりエアを排出させる構成や、エアをダイアフラムろ板３に形成されたろ液排出路１２ｂより供給して原液供給路５より排出させる構成としてもよい。ろ液排出路１２の位置や数についても適宜変更可能とする。

図４は、ろ過室の概略断面図である。
図４（ａ）は圧搾工程時のろ過室を示している。圧搾工程時のろ過室４内のケーキは膨張させたダイアフラム１６によって圧搾される。ろ過室４内に生成されたケーキは、圧入圧力や圧搾を受けて粒子が密着状態であるが、異なる粒子径が混在しているため、粒子間の空隙も大きさが異なるものが混在しており、空隙は水分で満たされている。

図４（ｂ）は正ブロー工程時のろ過室を示している。正ブロー時にろ過室４の上部中央から供給されたエアによって圧搾工程終了後にケーキの空隙に残った水分を除去する。供給されたエアはケーキの中心からろ過面に向かって流動し、空隙内の水分を押し出してろ布１９を透過させる。ケーキの空隙に残った水分はエアと置換されるため、ケーキの空隙の水分量は図４（ａ）の圧搾工程時よりも少ない。

しかし、正ブロー時にはエアが上方より供給されるため、ケーキの上下方向で供給されるエア量にばらつきが生じ、空隙内の水分を十分に除去できない。そこで、正ブロー終了後に逆ブローを行い、ケーキ全体にエアを通過させてケーキの空隙に残った水分をさらに除去する操作を行う。

図４（ｃ）は逆ブロー工程時のろ過室を示している。逆ブロー時にろ液排出側より供給されたエアによって正ブロー終了後にケーキの空隙に残った水分を除去する。一方のろ過面からケーキの上下方向に亘って均一に供給されたエアは、ケーキの厚み方向に向かって流動し、空隙内の水分を押し出して他方のろ過面を透過させる。ケーキの空隙に残った水分はエアと置換されるため、ケーキの空隙の水分量は図４（ｂ）の正ブロー工程時よりも少ない。なお、ダイアフラム１６は圧搾終了時に膨張させた状態で逆ブローへ移行してもよいが、逆ブローへの移行が完了した時点でダイアフラム１６内の圧力を低下させてもよい。

図５はフィルタープレスの運転方法のフローチャートである。
＜Ａ．初期設定＞
正ブローおよび逆ブロー時の各基準値を事前に設定する。正逆ブロー時の圧力を決定する。流量計１４の計測時間、バルブ開度の制御方式を設定する。これらの値を事前に設定した後、正ブローを開始する。正ブローを開始すると、供給されたエアがケーキの空隙に残った水分を押し出すが、正ブロー開始時の空隙には大量の水分が充満しているため、正ブロー時のエア圧力に応じた一定流量の水分しか押し出すことができず、エア流量（ケーキの空隙を通過するエアの流量）は、所定の時間ほぼ一定流量で推移する。本発明では、正ブロー開始初期に所定時間だけ略一定流量で推移するエア流量の計測値を基準流量Ｑ_０とする。

エアを供給し続けると、徐々にケーキ中の空隙に残った水分が押し出されてエア流路が形成されるため、エアを供給し続けた場合、エア流路を通過するエアが生じ、ほぼ一定で推移していたエア流量は増加し始める。本発明では、予め基準流量Ｑ_０に対する許容範囲の割合を基準変化率Ｈ_０として設定し、エア流量増加時に計測された計測値Ｑが許容範囲内であるか否かについて、基準変化率Ｈ_０と計測変化率Ｈ（Ｑ／Ｑ_０）とを比較する。

逆ブローも正ブロー時と同様の挙動を示すため、逆ブロー開始初期に所定の時間だけ略一定流量で推移するエア流量の計測値を基準流量Ｑ_１とする。正ブロー時と同様に、ほぼ一定流量で推移するエア流量は増加し始め、エア流量の計測値Ｑが基準流量Ｑ_１よりも大きくなるため、エアの供給流量を減少させる流量制御を行う。このとき、流量制御によってエア流量の計測値Ｑが基準流量Ｑ_１より小さくなることがある。その際にはエアの供給流量を増加させる流量制御を行う。

このように、逆ブロー時にエアの供給流量一定制御を行うため、基準変化率Ｈ_１の上限と下限を事前に設定しておく。本発明では、予め基準流量Ｑ_１に対する許容範囲の割合を基準変化率Ｈ_１として設定し、エア流量増減時に計測された計測値Ｑが許容範囲内であるか否かについて、基準変化率Ｈ_１と計測変化率Ｈ（Ｑ／Ｑ_１）とを比較する。なお、正ブロー時、逆ブロー時ともに予め設定した基準変化率を用いるが、正ブロー時の基準流量Ｑ_０からの増加分ΔＱ_０、逆ブロー時の基準流量Ｑ_１からの増減分ΔＱ_１を事前に設定し、計測値Ｑと比較してもよい。

また、ろ液排出路１２ａ、１２ｂから排出されるろ液の排出流量と比較するためのろ液の基準流量ｑ_１を事前に設定している。

＜Ｂ．閉板＞
多数のろ板２及びダイアフラムろ板３を閉板し、両ろ板２，３間にろ過室４を形成する。ろ板２及びダイアフラムろ板３のろ過床１８にはろ布１９が張設されており、対向するろ過床１８に張設されたろ布１９でろ過室４を覆っている。

＜Ｃ．圧入＞
原液供給管６に介装されたバルブＶ３、ろ液排出管１３ｂに介装されたバルブＶ４を開き、原液供給ポンプ８を駆動して原液貯留槽７に貯留された原液を原液供給路５へ圧入供給する。分岐したエア供給管９に介装されたバルブＶ１及びバルブＶ２は閉めておく。原液供給管６に圧入供給された原液は原液供給路５からろ過室４へ供給される。ろ過室４では、圧入脱水により原液の水分を分離するとともに、ろ過室４内にケーキを生成する。ろ布１９で固液分離された水分はろ過床１８に開口したろ液排出路１２ａ、１２ｂよりろ液として排出される。

排出されたろ液はろ液排出路１２ａに接続されたろ液排出管１３ａ、ろ液排出路１２ｂに接続されたろ液排出管１３ｂを介してろ液槽１７に送られる。ろ液排出管１３ａとろ液排出管１３ｂが合流する位置には流量計１５を設けており、管内を流れるろ液量を測定する。

＜Ｄ．圧搾＞
圧入工程後、原液供給ポンプ８を停止してバルブＶ３を閉じ、圧搾工程に切り替える。圧搾工程では、圧搾流体供給ポンプ（図示しない）を駆動してダイアフラムろ板３に張設されたダイアフラム１６内に圧搾液やエア等の圧搾流体を供給してダイアフラム１６を膨張させる。ろ過室４内に生成されたケーキは膨張させたダイアフラム１６による圧搾圧力を受けて水分を排出する。

圧搾工程後、正ブローに切り替える。なお、圧入及び圧搾の終了の指標として本実施形態では所定時間としたが、これに限定しない。また、必要に応じて正ブローに移行する前に原液供給管６、原液供給路５内に残った原液を除去する管内洗浄を実施してもよい。

＜Ｅ．正ブロー＞
バルブＶ１を開き、ブローコンプレッサ１１を駆動して空気槽１０に貯留したエアを圧力調整弁２０の操作によってエア供給管９から原液供給路５に供給する。バルブＶ２、バルブＶ３は閉、バルブＶ４は開である。

原液供給路５に供給されたエアはろ過室４上方よりろ過室４に向かって送られる。ろ過室４に送られたエアはろ過室４に生成されたケーキの中心からろ過面に向かって流動し、ケーキの空隙に含まれる水分を除去する。エアによって除去された水分はろ布１９を透過した後、ろ液としてろ液排出路１２ａ、１２ｂより排出され、各ろ液排出路１２に接続されたろ液排出管１３ａ、１３ｂを通ってろ液槽１７に送られる。なお、エアは所定の圧力で継続的に供給されている。

本発明では、エア供給管９に設けた流量計１４を用いてエア供給開始時よりエア流量を継続的に計測しており、正ブロー時にエア流量が増加したことを検知した時点で逆ブローに切り替えている。具体的には、計測設定した基準流量Ｑ_０に対する計測値Ｑの比率である変化率Ｈが基準変化率Ｈ_０以上を検知した時点である。エア流量の増加を検知した時点でケーキ中の空隙に残った水分が押し出されてエア流路が形成されるため、増加を検知した後にエアを供給し続けた場合、エア流路を通過するエアが生じ、無駄なエア消費が増加する。

そこで、無駄なエア消費を抑制するためにエア流量の増加を検知したタイミングで逆ブローに切り替えている。エア供給管９は原液供給路５、ろ過室４と連通しているため、エア供給管９に設けた流量計１４を用いることでろ過室４に生成されたケーキの空隙を通過するエア流量を把握できる。なお、エア流量の計測方法は流量計に限定せず、空気槽に圧力計を設置して空気槽の圧力変化をもとに算出してもよい。

正ブローでは、圧搾終了後に生成されたケーキにろ過室４の上部中央よりエアを通過させるが、生成されたケーキの厚みが薄い場合はケーキ上方から供給されるエアがショートパスする恐れがあるため、圧搾後のケーキの厚みがろ過室４の厚みの半分以上ある状態でエアを供給するのが望ましい。

＜Ｆ．逆ブロー＞
正ブロー終了後、バルブＶ２を開いて逆ブローを開始する。バルブＶ１、バルブＶ３、バルブＶ４は閉である。逆ブローは所定の圧力でエア流量が一定になるようにエアを供給する。逆ブロー開始後、所定の圧力でブローし続けることで水分の置換に寄与しない無駄なエアが生じてエア流量が増加するため、エア流量が基準流量Ｑ_１となるようにエアの供給流量を減少させる制御を行う。

エア流量が増加した場合にエア流量を一定制御せずに逆ブローを継続した場合、無駄なエア消費が増え続けるため、大量のエアを供給しなければならない。また、エア流量が増加した際にエアの供給流量を減少させる制御を行うが、時間経過とともに、フィルタープレス１に供給されるエアの供給流量が減少した場合にケーキの空隙に残った水分を効率よく押し出すことができない。

そこで、エア流量の一定制御を行う。具体的には、計測設定した基準流量Ｑ_１に対する計測値Ｑの変化率Ｈが予め設定した基準変化率Ｈ_１の範囲内である場合は、逆ブローを継続し、変化率Ｈが基準変化率Ｈ_１の上限より大きい場合は、エアの供給流量を減少させ、変化率Ｈが基準変化率Ｈ_１の下限より小さい場合は、エアの供給流量を増加させる。エアの供給流量を一定に制御しながら逆ブローを行うことで、無駄なエア消費を抑制しつつ、短時間で空隙の水分を押し出すことが可能となる。

エアの供給流量の調整は、エア供給管９に介装したバルブＶ２、あるいは、圧力調整弁２０の開度を調整して圧力を増減させている。なお、エア流量はエア供給管９に設けた流量計１４によって測定するが、空気槽１０に設けた圧力計によって計測された値をもとに算出してもよい。また、エア流量を一定にする制御方法として、公知の技術、例えばステップ制御（一定値ずつ段階的に増減させる制御）、あるいは、ＰＩＤ制御等を用いることができる。

逆ブローは、算出されたエア流量の変化率Ｈが基準変化率Ｈ_１の範囲内に収まるように制御しながら所定時間実施する形態としたが、供給される原液の性状が変動した場合に無駄なエア消費が増加することがある。その場合は、ケーキの含水率を測定して必要に応じて基準変化率Ｈ_１を変更して運転するが、含水率の測定及び設定値の変更等の手間がかかる。

そこで、本発明の逆ブロー流量制御を実施しつつ、ろ液排出側から排出されるろ液の流量の計測値ｑと事前に設定した基準流量ｑ_０（最小ろ液流量の基準値）を比較し、計測値ｑが基準流量ｑ_０以下になった時点で逆ブローを終了する形態としてもよい。

これにより、原液調整工程の変動などにより性状の異なる原液が供給された場合であっても無駄なエア消費が生じることを防ぐことができる。なお、ろ液流量はろ液排出管１３ａ及びろ液排出管１３ｂが合流する位置に設けた流量計１５によって計測したが、ろ液槽１７に液位計を設置し、液位計の値をもとに算出してもよい。

＜Ｇ．開板＞
締付シリンダー（図示しない）を収縮させて並列する多数のろ板２及びダイアフラムろ板３を開板する。

＜Ｈ．ケーキ排出＞
ろ板２及びダイアフラムろ板３を開板することにより、ケーキは自重、ろ布１９の振動、あるいは、ろ布１９の走行により機外へ落下する。続けてフィルタープレス１を運転する場合は、ろ板２とダイアフラムろ板３を閉板する閉板工程Ｂへ戻る。

本発明に係るフィルタープレスのケーキブロー方法は、正ブロー時にケーキの空隙を通過するエア流量が増加し始めた時点で逆ブローに切り替えることによって、逆ブロー時に短時間でエアをケーキに通過させることが可能になるため、エア使用量を削減できるとともに、エア供給源のランニングコストや、ブローに用いるコンプレッサ、タンク等の設備容量を抑えることができる。また、排出されるろ液量の測定値を逆ブロー終了の指標とすることで、原液調整工程の変動などにより処理原液の性状が変動した場合であっても、無駄なエア消費を抑えることが可能となるため、上水・工水スラッジ、化学工業等の生産プロセス、排水の処理において、エアブロー時に大量のエアを使用するフィルタープレスに有効である。

４ろ過室
Ｈ_０、Ｈ_１基準変化率
Ｈ変化率
Ｑ_０、Ｑ_１基準流量（エア）
Ｑ計測値（エア）
ｑ_０基準流量（ろ液）
ｑ計測値（ろ液）

Claims

原液供給側よりエアを供給してろ過室（４）に生成されたケーキ中の水分を除去する正ブローを行った後、ろ液排出側よりエアを供給してケーキ中の水分を除去する逆ブローを行うフィルタープレスのケーキブロー方法において、
予め正ブロー時におけるエア流量の基準変化率（Ｈ_０）と、基準流量（Ｑ _０）を設定するとともに、
逆ブロー時におけるエア流量の基準変化率（Ｈ _１）の上限および下限と、基準流量（Ｑ _１）を設定し、
正ブロー時に、エア流量を計測して計測値（Ｑ）から基準流量（Ｑ_０）に対する変化率（Ｈ）を算出し、
変化率（Ｈ）が基準変化率（Ｈ_０）以上となった場合に逆ブローに切り替え、
逆ブロー時に、エア流量を計測して計測値（Ｑ）から基準流量（Ｑ _１）に対する変化率（Ｈ）を算出し、
変化率（Ｈ）が基準変化率（Ｈ _１）の範囲内である場合は、逆ブローを継続し、
変化率（Ｈ）が基準変化率（Ｈ _１）の上限より大きい場合は、エアの供給流量を減少させ、
変化率（Ｈ）が基準変化率（Ｈ _１）の下限より小さい場合は、エアの供給流量を増加させ基準変化率を保持しながら逆ブローを行う
ことを特徴とするフィルタープレスのケーキブロー方法。
前記逆ブロー時に、
予めろ液流量の基準流量（ｑ_０）を設定し、
ろ液排出側から排出されるろ液の流量を計測し、計測値（ｑ）が基準流量（ｑ_０）以下になった時点で逆ブローを終了する
ことを特徴とする請求項１に記載のフィルタープレスのケーキブロー方法。