JPS61501967A - 遠心分離機用底流制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 遠心分離俵用底流制御方法および装置 本発明は、分離室の一つの流出部から排出される濃縮された固形物の底流の一部 を、遠心分離ロータの分離室に再循環させる戻り路を有し、もう一つの流出部が 清澄液体を排出する型の遠心分離機に関する。より詳細には、本発明は底流の固 形物濃度を制御するだめの新しい方法および装置に関するものである。

前記の型の遠心分離機、例えば、いわゆるノズル遠心分離機において、分離され た底流は遠心ボールの分離室の半径方向外側部分と連絡する流出部から排出され る。

前記遠心分離機が用いられる場合排出底流の一部を分離室に再循環させることに よシ、排出底流の固形物底流の固形物成分を制御することがしばしば必要となる 。底流再循環が最も一般的に利用されるのは、遠心分離機への給送底流の固形物 成分が少量であるのに、底流の固形物濃度が高いことが望ましい場合である。こ の場合、適切な制御が必要なのは制御が不適切でちるか、または文字通り存在し ないかの両極端の場合に限定され、その一つは、底流が給送液を含みすぎる場合 、もう一つは、給送液の固形物濃度が高すぎるため分離室の流出部が詰まりを起 こす場合である。

本技術において、多くの液体に関し、懸濁した固形物成分が増加すると、液体の 粘度が増加することは、一般に知られている。従って、底流の固形物成分を制御 する理想的な方法は、底流の粘度を検査し制御することである０ 遠心分離機の底流の固形物成分を制御するために、多くの方法が提案されてきた 。しかし、これら従来の方法は、底流の粘度の変化に対する感度が全く低い。粘 度は剪断率に対する剪断応力の比率である。より簡単には、粘度は、剪断による 変形に抵抗する液体の固有の特性である。液体流の粘度は、加えられる剪断力に よる、移動する液体の速度変化として測定される。例えば、ノクイグを流れる液 体が・やイブ壁に加える剪断応力′は、液体速度の正味損失となる。応力は単位 面積あたシの力の測定値であるから、剪断面積が増加すると、液体内に生ずる剪 断応力が増加する。前記の例において、一定の圧力降下によシ液体の速度の正味 損失とともに、パイプが長くなると剪断面積が増加する。

再循環される底流全制御するための多くの方法は、゛パルプおよびまたはオリフ ィスによるものであった。これらは、底流の戻シ路、底流の戻らない部分の液流 （廃液）または両方の液流の組合せの中で、様々に組合せられて、流量制限装置 として使用されてきた。

底流濃度を制御するために通常のパルプまたはオリアイスを用いる場合の問題は 、これら流量制限が一般に粘度を感じないということである。パルプまたはオリ フィスを通過する場合の圧力降下は、そこを流れる液体の速度および粘度の函数 である。パルプまたはオリフィスの、液体の流れの方向の長さは短いものである から、パルプ開口またはオリフィスの断面積に対する剪断面積の比率は小さい。

パルプまたはオリフィスには最小の剪断面積があるので、パルプまたはオリフィ スの圧力降下は主に速度の函数である。粘度は圧力降下にほんの少ししか影響を 与えないので粘度の変化は圧力降下に最小の影響しか与えない。一般のパルプお よびオリフィスを大量の液流が通るのは、主に圧力降下の作用であるから、これ ら下の多くは、ノ母イブ機構の接続によるもので、パルプまたはオリフィスによ るものではない。

ノズル遠心分離機からの底流を制御するシステムの一例は、アメリカ合衆国特許 第４１６２７６０号に開・示されている。この従来のシステムは、調節可能なト ロイド状リングパルプと、再循環のためのヘッド用液溜を用いている。しかし剪 断面積が限られているためパルプはニードルパルプよシも粘度に対する感度が低 い。パルプが望ましい流量を通すように開かれた時、パルプを通る液流の横断面 積に対する剪断面積の比率は大きく増加するので、粘度や粘度変化に対する感度 が失われる。この型の装置では、循環固形物濃度または循環率の変化に対し、粘 度への感度を一定に保たせる方法はない。

底流の固形物成分が増加すると、遠心分離機が詰まシやすくなるので、固形物濃 度が高い場合、粘度、従って固形物成分に対して最大の感度を有することが望ま しい。

しかし、アメリカ合衆国特許第４１６２７６０号の装置では逆のことが言える。

底流の固形物濃度を増加させるため、トロイド状リングは、固形物濃度の高い液 流がよシ多く遠心分離機を再循環するよう開かれなければならない。リングを開 くと、液流の断面積に対する剪断面積の比率が小さくなるので、粘度とそして結 局は底流の固形物濃度に対する感度が低くなる。従って、粘度に対する感度の必 要性が最も高くなる点は、７メリ力合衆国特許第４１６２７６０号の装置の粘度 に対する感度が最も低い点においてである。

本発明によれば、遠心分離機の底流の一部は流液および剪断域に通じて開いてい る断面積を有するダクト装置により遠心分離機の分離室に再循環される。剪断面 積は、ダクト装置の壁によって限定される底流の接触する面積であるｂダクト装 置の液流の断面積に対する剪断面積の比率は、底流の粘度の増加に応じてダクト 装置を通る流量率をかなシ減少せしめるのに充分な高率である。

よシ詳細には一定の濃度の固形物を含む底流は、底流がダクト装置を流れる時、 決まった粘度を示し、ダクト装置に入る底流の粘度と圧力ヘッドが一定の場合、 ダクト装置を通る水量の割合は一定となる。固形物濃度の増加により、底流の粘 度が増大すると、ダクト装置を流れる液流の割合は少なくなるので、遠心分離機 を再循環する底流の量は減少し粘度の増加を妨げる。もちろん底流の固形物成分 が減少する場合には、逆のことが言える。

このように遠心分離機から排出される底流の固形物濃度は大体一定に保たれる。

本発明の好ましい実施例において、水流の断面流に対する剪断面積の割合を一定 に保ちながら、ダクト装置の水流の断面積を調節するための装置が与えられてい る。

このように、流量が実質的に一定に保たれる場合の固形物濃度は、粘度変化に対 するダクト装置の感度を同一の高感度に維持しながら、調節できる。また、もと の混合物とはかなり違った割合を有する液体と固形物の混合物に制御を適合させ るため、ダクト装置は前記の異なる他のダクト装置と交換することができる。

ダクト装置は、底流の各部分が遠心分離機の分離室に戻る時通る複数イーの通路 を好適に含み、底流の各部分流を導くために作動するこれらの通路の数を変える 装置が与えられている。このように、底流が大体一定に保たれる固形濃度を、粘 度変化に対するダクト装置の感度に影響をおよほすことなく、増加または減少さ せることができる。

固形物濃度を適切に制御するため、多くの場合ダクト装置は、流動断面積に対す る剪断面積の比率が少なくとも５０：１でなければならない。

本発明をより良く理解するため、添付図面を参照されたい。

第１図は底流の一部が遠心分離機の分離室に戻る途中に通過する好ましい形状の ダクト装置の平面図である。

第２図および第３図は、それぞれ第１図のダクト装置の垂直断面図および正面図 である。

第４図は好ましい制御装置の他の部分と組み合わせた、第１図から第６図のダク ト装置の概要図である。

第５図は好ましい型の遠心分離機に応用される第４図における組み合わせの概要 図である。

第６図から第８図は、底流の固形物濃度を制御するだめの、本発明によって作ら れた装＃を有する遠心分離機の実験データを描いたグラフである。

第１図から第６図に関し、ダクト装置１０は、平行に間隔を開けて配置したスに 一す−（図示せず）により保持される多数のプレート１１を含み、グレート間の 一連の流路１２を定める。流路１２は一方の末端が開き、もう一方の末端は側壁 により閉ざされており、この側壁は上部プレー）１１ａおよび底部グレー）１１ ｂと共に、他のグレートケーシングを形成する。第１図および第２図に示すよう に、底流は右側末端でケーシングに入り、次に多数の部分流に分けられ多数の細 長い流路音別々に流れる。これらの部分は次に再ひ集合され、左側末端でグレー トケーシングから排出される。

調節可能なブロッキングプレート１４は、ブロッキンググレートの向かい合う縁 部分の流路１２の流入部末端と誘導部１６との間に配置される（第１図および第 ２図）。

グレート１４は水平フランジ１５を有し、これをねじ山のある垂直シャフト１７ が貫通している。このシャフトを回転させることにより、プレート１４は底流の 各部分子Ｎ、″Ｔ、導く働きをする流路１２の数を増やすために持ち上げられた り、流路の数を減らすために下げられたりする。

このように調節可能なブロッキンググレート１４は、ダクト装置の全流量に対す る音調り面積の割合を変えることなく、ダクト装置１０の全流動断面積を鳩加さ せたり減少させたりするだめの装置である。

第４図および第５図に示すように、ダクト装置１０は、流入部末端で一定のヘッ ドタンク１８に接続され、流出部末端で再循環収集タンク１？に接続される。タ ンク１８はその上部に、底流給送タンク２２を通じて、ノズル遠心分離機のノズ ルから底流を受け取るだめの流入部２０を有する。遠心分離機２１の排出カー４ −２１ａ内で乾燥する物質がある場合のため、傾斜した放出スクリーン２３がタ ンク１８中の流入部２０の下に載置され、底流中の大きな乾燥固形物をふるい出 す。これらの大きな固形物は、重カサロ速度により、タンク１８の餉部流出部２ ４７５”ら排出される。ダクト装置１０を通過しない底流はタンク１８のバッフ ル２５の下およびウェアプレート（堰板）２６の上を流れ、そこから廃液Ｆとし て除去される。

ウェア（堰）２６は底流をタンク１８中で一定のレベルＬに保つので、ダクト装 置１０に入る底流の圧力ヘッドが一定に保たれる。もちろん、このウェアは圧力 ヘッドを変えるため、上下に調節できる。

第４図ではブロッキングプレート１４３は、ダクト装置１０の遮断されない流路 の数を変えるため、上下に調節できるロット２Ｂに接続されている。ロット°は 適切なりランプ２９により、調節位置に保持される。

ダクト装置１０を流れる固形物濃度の高い底流は再循環タンク１９に入り、外部 ポンプ６１（第５図）により遠心分離機２１に戻される。このポンプは、遠心分 離機の運転モーターが作動している時、常時自動的に作動するようになっている 。

第４図に示すように、タンク１８は遮閉ノ４　）レブまたは取りはすしのできる プラグ（図示せず）を有する底部流出部６３により洗浄される。収集タンク１９ に通じる・ぐイア°６４は、遠心分離機が停止している間、再循環底流中の固形 物を薄めるために奔流溶剤を加えるための手段を与える。

遠心分離機の出口２１ｂ（第５図）からの清澄液は遠心分離機の停止中、タンク １９の流入部５５により再循環底流に転用される。この渭澄竹体の転用により停 止の際、閉ループシステムが作られるので遠心分ｍｙ−ルには常時多量の液体が ちる。

遠心分離機２１（第５図）は、キの遠心分離ボール（図示せず）の分離室が多数 のディスクを含むよく知られた型で、液体が箪径方向内側に流れる時、給送混合 物の液体から固形物を遠心力で分離し、清澄液体流出部２１ｂから排出される。

分離された固形物は分離室の外縁部へ移り、そこから前記ノズルを通って残留液 体とともに排出される。ノズルからのこの底流の再循環部分は２１ｃに示す遠心 分離後流入部へ給送される給送スラリーと組み合わせられる。組み合わせられた スラリーおよび角循＠底流がどのように遠心分離ボールの分離室に入るか、およ び清澄液体と底流とが各々の流出部を通じてどのようにこの分離室から排出され るかは、本技術に精通した技術者には容易に理解できるでろろう。ノズルからの 底流の再循環部分は、望ましい場合には、前記のスラリー給送流入部とは別の流 路にょシ、遠心分離ゴールの分離室に供給される。

望ましい底流の固形物濃度がブロッキングプレート１４または１４ａの調節によ り選択されると、２１ｃにおいて給送されるスラリーの固形物成分または給送率 のいがなる変化も、制御装置により自動的に妨げられる。例えば、給送流中の固 形物が、高い割合で遠心分離機の流入部に入ると、底流中の固形物成分の正味が 増加する。その結果として底流の粘度が増加すると、ダクト装置１ｏを通る水流 の速度、従って固形物が再循環底流にょシ遠心分離機に入る割合が減少する。一 方、給送スラリーの固形物成分または給送率が減少すると、その結果として底流 粘度が増加し、それによシダクト装置１ｏを通る流量率および固形物が底流とと もに再循環される割合が増加する。このように、ダクト装置１ｏの圧力降下（ヘ ッドタンク１８からの）が・一定で、流液の断面積が一定の場合、底流は一定の 粘度に制御できる。さらに決められた粘度の大きさは、ブロッキングプレートを 上下させてダクト装置の液流の断面積を減少させたり、増加させたシすることに よって、容易に調節できる。このプレートを上げると、調節される粘度は増加し くそして底流の固形物濃度は維持される）、プレートを下げると調節される粘度 は減少することがわかる。

制御装置の主な利点は、粘度への高感度さが、ブロッキンググレートを調節して 、底流で維持すべき望ましい固形物濃度を選択することによシ、変化しないこと である。それは、ダクト装置の各流路１２の壁が流路の液流断面の多数倍である 剪断面積を与えるということで、この関係は、ブロッキングプレートにより遮断 されない液路の数にかかわらず継続する。

実験は、多くの給送混合物において、液流の断面積に対する剪断面積の好ましい 比率は６０：１であることを示している。大体において、この比率が高いとダク ト装置を通る総流量は減少するので、比率が高い結果として粘度が高まる場合維 持される最大の固形物成分濃度が減少する。実験は７５：１．１００：１および １５０：１の比率によって行なわれたが、ダクト装置の流入部での圧力ヘッドは 常に６〜１２インチだったので、この比率の範囲は、実験の給送物質の底流の固 形物濃度を制御するためには、かなり良い結果であることがわかった。

第６図から第８図の３つのグラフは、水と粘土のスラリーを用いた、単一の７時 間実験作業から得たデータを描いたものである。実験システムは第５図に示した ものと同様であシ、ダクト装置１０の水流の全断面積に対する全剪断面積の比率 は１００：１であった。特にこのスラリーにとっての最良の比率は、おそら（１ ００：１と１５０：１との間である。７時間の作業中の、給送率は２００ＰＭか ら７５０ＰＭにわたシ、はぼ４倍の増加を示した。給送固形物は５．５％から１ ０．０％へと変わり、固形物濃度は、固形物量が２倍になったことを示した。そ れ以外の場合には、第８図に示すように、７時間での底流の固形物濃度の変化の 正味は１０％以下である。

必要とされるインタープレート流路１２の数は、隣接するプレートの間隔による 。間隔が小さいほど、望ましい底流濃度を達成するのに必要な水路の数は多くな る。

７時間の実験作業で、液流を流すために開かれる流路１２の数は４つである。ダ クト装置の流路の総数は１４で、このうち１０は遮断されていた。望ましい底流 濃度のために必要な開かれた流路の数は、試行錯誤により決定される。初めに、 システムの運転中、最良と思われる数の間隔が開けられる。底流を濃密にするた めには、開いた流路の数を増加させ、薄くするためには、開いた流路の数を減少 させるとよい。

ダクト装置１０は、液流の断面積に対する剪断面積の比率の異なる別のダクト装 置と交換できるよう、数多はずしが可能となっている。このように、制御装置は 、流動の特徴および重要な制御範囲である粘度変化が非常に異なる別の給送混合 物に適応できる。

ダクト装置１０は、図示した以外の多くの形をとシ得る。例えば、流路の断面は 円形、楕円形その他の望ましい形をとり得る。最初に述べたように、流路が前記 のような高い比率を有するならば、ダクト装置の中に単一の流路しかない発明を 実施することも可能である。

本発明は、いわゆるノズル遠心分離機に関連して実施されることを先に述べた。

もちろん、本発明は、分離室から排出される底流の一部を再循環させる装置を有 する遠心分離機の他の型に関連して実施することもできる。

そのような別の型の遠心分離機において、分離された底流は、ロータ内中夫に配 置された定置放散装置により、遠心分離ロータから排出さ゛れる。この場合、放 散装置を通じて排出される底流は、第１図から第４図に示す種類の装置に導かれ 、遠心分離口・−夕の上に配置される。ロータに戻るべき底流の一部は、次に重 力加速度によシロータに戻される。従ってこの場合、底流の再循環のだめの分離 ポンプは必要でない。

ダクト装置の流入部側に作用する一定の圧力ヘッドは、第４図に関連して先に述 べた以外にも配設できる。例えば、底流のロータ流出部からダクト装置の流入部 側に伸びる閉じた導管には、いわゆる圧力バルプを含む分岐流出部導管が接続さ れる。そのような）Ｚルブは、ダクト装置の流入部側の前記の閉じた導管の一定 の圧力ヘッドを自動的に維持しながら、分岐流出部導管を通る底流の様様な流量 を通す。

ダクト装置に入る底流に作用する「一定の圧力ヘッド」という表現に関しては、 特許請求の範囲において第４図に関連して述べた本発明の実施例におけるように 、ダクト装置の圧力降下は大体一定であると理解される。

ＦＩＧ、２　ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ 国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．液体と固形物の混合物の流入部、清澄液体のための第一の流出部および廃液 中の固形物が濃縮された底流のための第二の流出部を有する分離室を有するロー タを含む遠心分離機の操作における底流中の固形物濃度を制御する方法であつて 、この方法は、遠心分離機の操作中に前記の第二の流出部から戻りラインに底流 を排出し、底流を多数の部分に分けながら前記ライン中を連続的に通し、各々が 液流断面積と剪断面積とを有する流路中に前記液流各部を通し、底流を前記流路 から前記分離室へ戻す段階を含み、前記の液流断面積に対する前記剪断面積の比 率は底流粘度の増加により、前記流路を通る流量率を大幅に減少させるのに十分 な高率を有することを特徴とする前記遠心分離機の操作における底流中の固形物 濃度を制御する方法。
2. ２．前記比率を一定に保ちながら、前記の各液流と流路の数を増加させ、それに より分離室へ戻る底流の割合を増加させ、前記第二の流出部から排出される底流 の固形物成分を増加させる方法を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に 記載の方法。
3. ３．前記流路を、異なつた前記比率を有する他の流路と交換する方法を含み、異 なる前記の比率が、異なる前記混合物を許容することを特徴とする特許請求の範 囲第１項記載の方法。
4. ４．前記流路に入る底流の圧力ヘツドを実質的に一定に維持することを特徴とす る特許請求の範囲第１項記載の方法。
5. ５．液体と固形物の混合物のための流入部、清澄液体のための第一の流出部およ び廃液中の固形物が濃縮された底流のための第二の流出部を有する分離室と、前 記底流の一部を前記第二の流出部から分離室に再循環させるための戻りラインと を有するロータを含む遠心分離機の組合せ装置において、前記戻りライン中の装 置は、前記底流の固形物濃度を制御するためのもので、底流の各液流部分を導く ための多数の流路を形成するダクト装置を含み、各液流誘導流路は液流断面積お よび剪断面積を有し、前記液流断面積に対する前記剪断面積の比率は、底流粘度 の増加により、前記流路を通つて分離室に戻る流量率を大幅に減少させるのに十 分な高率を有することを特徴とする前記組合せ装置。
6. ６．前記装置が、各液流誘導路に関する前記比率を大体一定に保ちながら、前記 ダクト装置の液流総断面積を変化させる装置を含むことを特徴とする特許請求の 範囲第５項に記載の組合せ装置。
7. ７．前記の液流断面積を変化させる装置は、底流の流れを導くために作動する前 記流路の数を変えるための調節が可能であることを特徴とする特許請求の範囲第 ６項に記載の装置。
8. ８．前記装置はまた、前記の各流路に入る底流の圧力ヘツドを大体一定に保つた めの前記戻り路の装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置 。
9. ９．前記装置は前記の第二の流出部から底流を受け取るための流入部を有するタ ンクも含み、前記流路はタンクの下部から通じ、タンクはまた中の液流を、前記 流路以上の大体一定のレベルに保つための装置を有することを特徴とする特許請 求の範囲第５項に記載の装置。
10. １０．タンクはまた前記戻り路からの底流の一部の進路を変えるための流出部を 有することを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の装置。
11. １１．前記ダクト装置は、互いに間隔を開けて配置される一連のプレートを含み 、隣接するプレートの各対の間の前記流路を限定することを特徴とする特許請求 の範囲第５項に記載の装置。
12. １２．前記プレートと関連し、前記底流の流れを導くために作動する前記流路の 数を変えるための調節ができる遮断装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲 第１１項記載の装置。
13. １３．前記ダクト装置は、異なる前記の比率を有する流路を与えるために交換で きることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。
14. １４．前記比率は少なくとも５０対１であることを特徴とする特許請求の範囲第 ５項に記載の装置。
15. １５．液体および固形物の混合物のための流入部と、清澄液体のための第一の流 出部と、廃液中の固形物が濃縮された底流のための第二の流出部を有する分離室 を有するロータと遠心分離機との組合せ装置において、前記底流中の固形物を制 御するための装置が前記第二の流出部と接続されるダクト装置を含み、このダク ト装置を通じて底流の一部が分離室に再循環され、前記ダクトは、液流断面積お よび剪断面積を有し、前記液流断面積に対する前記剪断面積の比率が底流中の粘 度の増加に応じて、前記ダクト装置を通る流量率を大幅に減少させるのに十分な 高率であり、前記比率を一定に保ちながら、前記の液流断面積を変える装置を有 することを特徴とする前記組合せ装置。
16. １６．液体と固形物の混合物のための流入部と、清澄液体のための第一の流出部 と、廃液中の固形物が濃縮された底流のための第二の流出部を有する分離室と、 前記底流の一部を前記第二の流出部から再循環させるための戻りラインとを有す るロータを含む遠心分離機せ装置において、前記底流の固形物成分を制御するた めの、液流断面積および剪断面積を有する、前記戻りライン中のダクト装置であ つて、前記液流断面積に対する前記剪断面積の比率が少なくとも５０対１で、前 記ダクトに入る底流の一部の圧力ヘツドを大体一定に保つための装置が配設され ていることを特徴とする前記組合せ装置。