JPH0683915B2 - 圧搾スクリューを備えた連続濾過機 - Google Patents

圧搾スクリューを備えた連続濾過機

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JPH0683915B2
JPH0683915B2 JP61298815A JP29881586A JPH0683915B2 JP H0683915 B2 JPH0683915 B2 JP H0683915B2 JP 61298815 A JP61298815 A JP 61298815A JP 29881586 A JP29881586 A JP 29881586A JP H0683915 B2 JPH0683915 B2 JP H0683915B2
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    • B30PRESSES
    • B30BPRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • B30B9/125Control arrangements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Filtration Of Liquid (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧搾スクリューを備えた連続濾過機に関する
もので、より詳細には、スラリーの濾過と高固形分ケー
キへの圧搾とが濾材の目詰まりなしに効率良くしかも連
続して行われる連続濾過機に関する。
(従来の技術) 連続式フィルタープレスは、長い間具体化されることが
望まれてきたが、実際にはいくつかの変形類似品を除い
て未だ実用化されるに至っていない。
濾過の困難なスラリーは通常フィルタープレスやプレッ
シャーリーフフィルター等の回分式濾過機で取扱われて
いるが、これらの回分式濾過機は当然連続的に操作する
ことができない。
スクリュープレスのような圧搾濾過装置は連続的に操作
することができるが、濾過と濾過ケーキの圧縮とが多孔
性部材の同じ開孔で同時に生ずることから、開孔が十分
に大きくない限り、多孔性部材中の開孔をケーキで閉塞
する結果となる。
従って、従来の連続式圧搾型濾過機では、多孔性部材中
の開孔を大きくすることを余儀なくされ、フィルタープ
レスのような機能を持たせることはできず、濾液中にか
なりの量の固形分を排出する結果となる。
(発明が解決しようとする問題点) 従って、本発明は濾過部とこれに接続された圧搾部とか
ら成り、濾過部においては、濾過即ち濾材を通して脱液
が専ら行われ、圧搾部においては濾過ケーキの圧搾によ
る高濃度化が行われ、その結果として濾材の目詰まりな
しに濾過操作とケーキの圧搾操作が効率良くしかも連続
的に行われる濾過機を提供するものである。
本発明ではまた、圧搾による濾過ケーキの固形分濃度を
スクリューのトルクとして検出し、このトルクによって
圧搾部からのケーキの排出を制御することにより、常に
一定の液体分濃度の濾過ケーキを回収し得る濾過機を提
供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、円筒形室と、これに接続された円錐形
室と、該円筒形室及び円錐形室を通して軸方向に延びて
いるスクリュー付攪拌軸と、円錐形室の先端とケーキ排
出口との間にケーキ通路を開閉するように設けられたケ
ーキ排出弁と、円筒形室の他端に設けられたスラリー供
給口とを備えた連続濾過機において、 円筒形室及び円錐形室を垂直に且つ円筒形室が上部、円
錐形室が下部となるように配置し、 前記円筒形室は、円柱状に配置された濾材と、該濾材の
外周側に位置する濾液捕集部と、該濾材から小間隔をお
いて回転する濾過スクリューと、該濾液捕集部に連なる
濾液排出部とから成る濾過部を形成し、 前記円錐形室は、濾材を備えていない円錐形器壁と濾過
部から運ばれるスラリー及び湿潤ケーキをケーキ排出弁
に向けて軸方向に圧搾すると共に、液分を濾過部へ向け
て排出する圧搾スクリューとを備えた圧搾部を形成し、 前記スクリュー付攪拌軸は、前記上部濾過スクリューと
下部圧搾スクリューとを兼ね備えており、該攪拌軸の下
端である圧搾スクリューの下端は自由端となっており、
該下端の下側近傍に前記ケーキ排出弁が設けられてお
り、且つ該攪拌軸の駆動機構には、トルク検出機構が設
けられ、圧搾ケーキ中の液体分量をトルクとして検出し
てケーキ排出弁の制御を行い、ほぼ一定の液体分量の圧
縮ケーキを排出することを特徴とする連続濾過機が提供
される。
(作用) 本発明の濾過機の配置を示す第1図において、この装置
は大まかに言って、円筒形室1と円錐形室2とから成っ
ている。
図面に示す具体例では、円筒形室1は垂直に配置され、
その下に円錐形室2が大径部が上、小径部が下となるよ
うに接続されている。円錐形室2の下方には、ケーキ排
出弁3が設けられ、円筒形室1の上部にはスラリー供給
口4及び円筒形室1の下部には濾液排出口5が設けられ
ている。円筒形室1の上方には延長部6が設けられ、延
長部6、円筒形室1及び円錐形室2はこれらの軸方向に
延びているスクリュー付攪拌軸7が設けられている。延
長部6の上方にはスクリュー付攪拌軸7を駆動するため
の駆動モーター8及び減速機9が設けられている。
本発明によれば、円筒形室1にスラリーの濾過を専ら行
う濾過部10を形成し、円錐形室2に濾過部からの濃縮ス
ラリー乃至は湿潤ケーキの圧搾を専ら行う圧搾部11を形
成する。
この濾過部10には、円筒形室1の壁面より内側に且つ小
間隔をおいて、濾材12を同軸上に配置する。濾材12の内
側がスラリー収容部13となり、濾材12と円筒形室の壁面
との間の環状空間が濾液捕集部14となる。スラリー供給
口4は、スラリー収容部13と連通しており、一方、濾液
捕集部14は、濾液排出口5と連通している。濾過部10内
に位置する攪拌軸7は、濾材12から小間隔をおいて回転
するように設けられた濾過スクリュー刃15を備えてい
る。
一方、圧搾部11は円錐形壁面のみより構成され、濾材を
備えていないことが本発明の特徴のひとつである。この
圧搾部11には、濾過部からの濃縮スラリー乃至湿潤ケー
キをケーキ排出弁3に向けて軸方向に圧搾すると共に、
絞り出される液分を濾過部10に向けて排出する圧搾スク
リュー16が設けられる。第1図から理解されるように、
圧搾スクリュー13の下端は軸受けされておらず自由端と
なっている。この圧搾スクリュー13の下端の下側近傍に
ケーキ排出弁3が位置している。
本発明においては、ケーキ排出弁3は自動調節弁であ
り、攪拌軸駆動モーター8にかかるトルクを検出して、
この検出信号によりケーキ排出弁の開閉制御を行う制御
機構17が設けられる。
濾過操作及び圧搾操作は次のように行われる。
処理すべきスラリーは、供給ポンプ(図示せず)を通し
てスラリー供給口4からスラリー収容部13内に供給され
る。
供給圧はフィルタープレスの場合と同様に約1乃至4Kg/
cm2(ゲージ)の範囲が適当である。スラリー収容部13
内に供給されたスラリーは、円筒状の濾材12を通して濾
過され、濾材表面上にケーキを残し、濾液捕集部14を濾
液が通過する。この濾過に伴なって濾材表面上の濾過ケ
ーキは次第にその厚みを増加するが、濾材と濾過スクリ
ュー外周端縁との間隔が一定の小間隔に保たれているた
め濾材上に余分に堆積する濾過ケーキは削り取られ、ケ
ーキ層の厚みが一定の薄層(通常数mmの厚さ)に保たれ
ることから、通常の濾過機に比して、良好な濾過速度が
長時間にわたって安定に維持されることになる。
濾過スクリューによって削り落されたケーキは、スラリ
ーに戻り、このスラリーは濾過スクリューによって軸方
向(下方)に移動されるので、スラリー中の固形分濃度
は濾過部10から圧搾部11において急激に高くなる。
本発明の濾過機は、濾過助剤を用いた濾過プロセスにも
広く用いることができる。この場合には、最初に供給す
るスラリー中に濾過助剤を添加し、濾過部10の濾材上に
濾過助剤の一定の厚みの薄層を形成させておけば、スラ
リー中の固形分(濾滓)が濾材上に付着蓄積するのを防
止することができ、良好な濾過性が維持されるものであ
る。
本発明によれば、円筒形の濾過部10で専らスラリーの濾
過による濃縮を行い、円錐形の圧搾部11では濾過を行わ
ず、ケーキの圧搾のみを行う。即ち、円筒形濾過部10の
下端からの濃縮スラリーは、円錐形の圧搾部11内に導入
され、回転する圧搾スクリュー16と次第に断面積の小さ
くなる円錐形室2との間で圧搾操作に賦される。即ち、
スラリー中の固形分は軸方向下方に移送されながら圧縮
され、一方絞り出された液分はより断面積の広い軸方向
上方に向けて放出され、圧搾による固形分の濃縮化が有
効に行われることがわかった。この圧搾部11には、濾材
等が設けられていないことから濾材の目詰まりを一切生
じることがない。しかも、濾過操作と濾過ケーキの圧搾
操作との組合せから成る本発明によれば、極めて固形分
濃度の高い濾過ケーキを得ることも容易であり、事実本
発明によれば、円錐形圧搾部11の先端とケーキ排出口19
の間にケーキ通路を開閉するように設けられた排出弁3
からスパゲッティ状の濾過ケーキ18を連続して取り出す
ことも可能であった。
本発明者らは、上述した円筒形濾過部10と円錐形圧搾部
11とを備えた連続濾過機において、攪拌軸に加わるトル
ク量が円錐形圧搾部の物理的形状と円錐形圧搾部から排
出されるケーキ中の固形分量(或いは液体量)と密接な
関連を有することを見出した。即ち、攪拌軸の駆動機構
と連動された制御機構(トルクコントローラー)17によ
り自動調節弁3の開放度を調節することにより、固形分
濃度(液体含有量)が所定値に設定された濾過ケーキを
安定に取り出すことができる。自動調節弁3の開放度の
調節は、開閉のON-OFF操作によってもできるし、弁の絞
り調節によってもできるし、又これらの組合せによって
もできる。このような調節弁としてはプレートバルブ或
いはボールバルブ等が好適に使用できる。単純には、モ
ータートルクが予じめ設定された量に達した時、コント
ローラー17により調節弁3を開放し、予じめ設定された
トルク量に低下した時、調節弁3を閉じる。
本発明によれば、かくしてほぼ一定の液体分量の圧縮ケ
ーキを排出させることが可能となる。
本発明において、攪拌軸に加わるトルク量によるケーキ
液体分量の制御は次のように行なう。
即ち、本発明者らは、圧搾前のケーキの固形分の容積比
をX[m3/m3]、圧搾後のケーキの固形分の容積比Y[m
3/m3]とし、ケーキの圧搾に消費されるトルクをTr[Kg
・m]とした時、両者の関係は下記経験式 で表わされることを見出した。式中Kは円錐形室の形状
に依存する定数[Kg・m]であり、特にその径と長さ
(高さ)との関係により定まる定数である。一方、nは
圧搾すべき物質の特性、例えば、その物質の粒径及び結
晶型等に依存する指数である。
上記経験式(1)における定数K及び指数nの決定の仕
方は後述する実施例を参照することにより当業者に明白
となろう。
本発明において、円錐形室の壁面材料としては、例えば
ステンレススチール等の表面の平滑な材料を使用し得る
が、圧搾の効果をより高めるために表面の粗い材料を用
いることもできる。例えば、平滑な構造材料の内面側に
金網等の多孔性材料を貼り合わせて用いることができ
る。この場合にも多孔性材料は濾過の目的に使用するも
のではなく、圧搾の効果を高めるために使用するもので
あることが理解されるべきである。
(実施例) 第1図に示す連続濾過機を使用して濾過実験を行った。
用いた濾過機の寸法は第1表に示す4種類のものであ
る。
本実施例で用いる記号は次の意味を有する。
Ds:固形粒子の径[μm] P:濾過用印加圧力[Kg/cm2] S1:スラリー中の固体重量比[Kg/Kg] S2:濾過ケーキ中の固体重量比[Kg/Kg] Tr:ケーキの圧搾に消費したトルク[Kg/m] V:濾過速度[m3/m2・hr] X:圧搾前のケーキの固形分の容積比[m3/m3] Y:圧搾後のケーキの固形分の容積比[m3/m3] ρ:固形分の比重[Kg/m3] ρ:液分の比重[Kg/m3] 試験に用いたスラリーは第2表の通りである。
第1表に示す装置を使用し、第2表に示したスラリーを
濾過した効果を第3表に示す。
上記第3表の結果によると、本発明の連続濾過機によれ
ば、極めて液分含有量の少ない濾過ケーキを得ることが
可能なことがわかる。
第2図は実験7におけるシャフト駆動モーターの入力電
流値(トルク)と経過時間及び排出弁の開閉との関係を
示す。
実験7で使用した3.7KWのモーターは負荷なしで5Aの電
流を消費するものであるが、トルクコントローラー17は
電流値が6〜6.1Aなった時排出弁3を開放し、電流値が
6〜6.1Aのトルクはy=0.815(固形分含有量81.5%)
に相当した。
第3図は、実験8におけるシャフト駆動モーターの入力
電流値(トルク)と経過時間及びケーキ排出弁の開閉と
の関係を示す。
実験8では、実験7と同じモーターを使用しており、ト
ルクコントローラー17は電流値が7.5〜8Aで排出弁を開
放し、7.5A以下では排出弁を閉じるようにした。
上記7.5〜8Aの電流値は、y=0.888(固形分含有量88.8
%)に対応した。
これらの実験でケーキの圧縮に消費されるトルクは3.7K
Wのモーターの全トルクの80%以上であった。
第4図は、実験1乃至4におけるTr/kとY/Xとの関係を
示すグラフである。この結果から、前記式(1)におけ
る指数nの値は同一の連続濾過機においては濾過すべき
物質の種類及び特性に依存することが明らかである。
第5図は、実験6乃至8におけるTr/KとY/Xとの関係を
示すグラフである。この結果から前記式(1)における
指数nの値は装置が大きいか小さいか或いはケーキが疎
に圧縮されているか密に圧縮されているかにかかわりな
くほとんど一定である。
表2に示したスラリー以外に、カーボンブラックの水性
スラリー、粉末硫黄のスラリー、その他の濾過の困難な
種々のスラリーに本発明の装置を適用したが、いずれの
場合にも濾材の目詰まりなしに高固形分含有量の圧搾ケ
ーキを得ることができた。
もちろん、本発明は濾過ケーキの取得を目的とする濾過
法のみならず固形分を含有しない濾液の取得を目的とす
る濾過法にも広く適用することができる。
(発明の効果) 以上の結果から濾過部とケーキの圧搾部とに機能分離
し、且つこれらを直列的に組合せることにより連続式フ
ィルタープレスとしての機能が実現され、しかも濾過機
によるケーキの圧縮比は従来のフィルタープレスによる
圧縮比をはるかに上廻った。また、シャフトのトルクと
ケーキの圧縮比(Y/X)との間には一定の対応関係(式
(1))が成立し、シャフトのトルクを検出し、排出弁
の制御を行うことにより、ほぼ一定の液体分量の圧縮ケ
ーキの排出をすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の濾過機の配置を示す側断面図、 第2図及び第3図はそれぞれ実験7及び実験8における
シャフト駆動モーターの入力電流値(トルク)と経過時
間及びケーキ排出弁の開閉との関係を示す線図、 第4図及び第5図は、それぞれ実験1乃至4及び実験6
乃至7におけるTr/KとY/Xとの関係を示す線図である。 引照数字は、 1……円筒形室、2……円錐形室、3……ケーキ排出
弁、4……スラリー供給口、5……濾液排出口、7……
スクリュー付攪拌軸、8……駆動モーター、10……濾過
部、11……圧搾部、12……濾材、15……濾過スクリュー
刃、16……圧縮スクリュー、17……トルクによる制御機
構。
フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭53−10307(JP,B1) 特公 昭52−42261(JP,B1) 実公 昭57−59277(JP,Y1) 実公 昭56−34874(JP,Y1)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒形室と、これに接続された円錐形室
    と、該円筒形室及び円錐形室を通して軸方向に延びてい
    るスクリュー付撹拌軸と、円錐形室の先端とケーキ排出
    口との間にケーキ通路を開閉するように設けられたケー
    キ排出弁と、円筒形室の他端に設けられたスラリー供給
    口とを備えた連続濾過機において、 円筒形室及び円錐形室を垂直に且つ円筒形室が上部、円
    錐形室が下部となるように配置し、 前記円筒形室は、円柱状に配置された濾材と、該濾材の
    外周側に位置する濾液捕集部と、該濾材から小間隔をお
    いて回転する濾過スクリューと、該濾液捕集部に連なる
    濾液排出部とから成る濾過部を形成し、 前記円錐形室は、濾材を備えていない円錐形器壁と、濾
    過部から運ばれるスラリー及び湿潤ケーキをケーキ排出
    弁に向けて軸方向に圧搾すると共に、液分を濾過部へ向
    けて排出する圧搾スクリューとを備えた圧搾部を形成
    し、 前記スクリュー付撹拌軸は、前記上部濾過スクリューと
    下部圧搾スクリューとを兼ね備えており、該撹拌軸の下
    端である圧搾スクリューの下端は自由端となっており、
    該下端の下側近傍に前記ケーキ排出弁が設けられてお
    り、且つ該撹拌軸の駆動機構には、トルク検出機構が設
    けられ、圧搾ケーキ中の液体分量をトルクとして検出し
    てケーキ排出弁の制御を行い、ほぼ一定の液体分量の圧
    縮ケーキを排出することを特徴とする連続濾過機。
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