(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6031124
(24)【登録日】2016年10月28日
(45)【発行日】2016年11月24日
(54)【発明の名称】サイクロンアンダーフロー中の微細物質を低減する液体サイクロン
(51)【国際特許分類】
B03B 5/28 20060101AFI20161114BHJP
B04C 5/04 20060101ALI20161114BHJP
B04C 5/18 20060101ALI20161114BHJP
B04C 5/14 20060101ALI20161114BHJP
B04C 5/23 20060101ALI20161114BHJP
【FI】
B03B5/28 B
B04C5/04
B04C5/18
B04C5/14
B04C5/23
【請求項の数】13
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2014-555978(P2014-555978)
(86)(22)【出願日】2013年2月8日
(65)【公表番号】特表2015-506837(P2015-506837A)
(43)【公表日】2015年3月5日
(86)【国際出願番号】EP2013000380
(87)【国際公開番号】WO2013117342
(87)【国際公開日】20130815
【審査請求日】2015年9月18日
(31)【優先権主張番号】A177/2012
(32)【優先日】2012年2月10日
(33)【優先権主張国】AT
(73)【特許権者】
【識別番号】513017869
【氏名又は名称】アンリツ アクティエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ANDRITZ AG
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】特許業務法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】クレーマー,ミヒャエル
【審査官】
増田 健司
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭54−128060(JP,A)
【文献】
米国特許第4696737(US,A)
【文献】
特開昭54−81561(JP,A)
【文献】
特表2008−513625(JP,A)
【文献】
特開平4−141251(JP,A)
【文献】
特開昭60−255122(JP,A)
【文献】
特公昭47−2228(JP,B1)
【文献】
特開昭47−2491(JP,A)
【文献】
特公昭32−8395(JP,B1)
【文献】
米国特許第4969634(US,A)
【文献】
特開昭60−90054(JP,A)
【文献】
中国特許出願公開第1191159(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B03B 5/28
B04C 5/04
B04C 5/14
B04C 5/18
B04C 5/23
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
原料スラリー(6)用の接線方向インフロー(4)を有するインフロー領域(2)と、前記インフロー領域(2)に続いており、且つ重い物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズル(8)を有する更なる分離領域(3)と、を有し、
バリア流体ストリーム(7)の供給用に更なるインフロー(5)が提供されており、ラメラ(10)によって互いに分離されていた前記バリア流体ストリーム(7)と前記原料スラリー(6)とが液体サイクロン(1)内において組み合わせられる、液体サイクロン(1)において、
前記原料スラリー(6)の流れの方向において見ると、フローセパレータ(19)が前記ラメラ(10)の後ろに配置されており、前記組み合わされたバリア流体ストリーム(7)と前記原料スラリー(6)とが再度互いに分離されうることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項2】
請求項1に記載の液体サイクロン(1)において、前記バリア流体ストリーム(7)が、前記少なくとも1つの更なるインフロー(5)により前記インフロー領域(2)の接線方向に供給されうることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項3】
請求項1に記載の液体サイクロン(1)において、前記インフロー(5)が前記バリア流体ストリーム(7)を前記分離領域(3)に対して接線方向に供給し、液体サイクロン壁(18)が前記ラメラ(10)を形成するように、前記液体サイクロン(1)の段付きの広がりが組み合わせ箇所に設けられていることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項4】
請求項1乃至3の何れか1項に記載の液体サイクロン(1)において、前記ラメラ(10)が前記分離領域(3)内に延在することを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項5】
請求項4に記載の液体サイクロン(1)において、前記ラメラ(10)と前記フローセパレータ(19)との間の距離が調整可能であることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項6】
請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体サイクロン(1)において、前記バリア流体ストリーム(7)がアンダーフロー(11)を形成することと、重い物質が欠乏した前記原料スラリー(6)がオーバーフロー(12,12’)を形成することとを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項7】
請求項6に記載の液体サイクロン(1)において、前記アンダーフロー(11)及び前記オーバーフロー(12’)が前記液体サイクロン(1)から下方に排出されることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項8】
請求項7に記載の液体サイクロン(1)において、前記液体サイクロン(1)が円筒状であることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項9】
請求項1乃至8の何れか1項に記載の液体サイクロン(1)において、追加の洗浄又は希釈水(15)が前記分離領域(3)内又はアンダーフロー領域内に導入されうることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項10】
請求項9に記載の液体サイクロン(1)において、前記追加の洗浄又は希釈水(15)が前記アンダーフローノズル(8)内に突出しているインフロー管(16)を通じて供給されうることを特徴とする液体サイクロン(1)。
【請求項11】
請求項1乃至10の何れか1項に記載の液体サイクロン(1)を動作するための方法において、前記バリア流体ストリーム(7)及び前記原料スラリー流(6)内双方において安定した旋回流が形成されると直ちに前記バリア流体ストリーム(7)及び前記原料スラリー(6)が前記液体サイクロン(1)内において共に案内されることと、前記バリア流体ストリーム(7)と前記原料スラリー流(6)とが、組み合わされた後、再度、フローセパレータ(19)によって分離されることとを特徴とする方法。
【請求項12】
請求項11に記載の液体サイクロン(1)を動作するための方法において、2つの分離された流れ(11,12’)が前記液体サイクロン(1)から下方に排出されることを特徴とする方法。
【請求項13】
請求項11又は12に記載の液体サイクロン(1)を動作するための方法において、追加の洗浄又は希釈水(15)が前記アンダーフローノズル(8)内に注入されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の主題は、原料スラリー用の接線方向インフローを有するインフロー領域と、インフロー領域に続いており、且つ重い物質、粗物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズルを有する分離領域と、を有する、液体サイクロンである。本発明の主題は、また、本発明による液体サイクロンを動作するための方法である。
【背景技術】
【0002】
液体サイクロンは懸濁液又は混合物用の遠心分離器である。これらによって固体の粒子は大部分が分離又は分級される。例えば、油/水の混合物などの乳濁液はそれによって同様に分離されうる。
【0003】
液体サイクロンは湿式排煙精製プラントにおける石膏脱水の重要構成要素である。この場合、吸収体から抜き取られた懸濁液は1つ又は複数の液体サイクロンによって一部脱水され、その後、帯状フィルタ(band filter)又は遠心機に送られる。この方法の結果、石膏の残留水分は概ね10%未満となり、その後、搬出されうる。
【0004】
従来の液体サイクロンは、通常、接線方向インフロー(インフローノズル)を有する円筒状セグメントと、アンダーフローノズル又は頂点ノズルを有する、隣接する円錐状セグメントと、を含む。渦ファインダ(vortex finder)又はオーバーフローノズルは浸漬管の形態で上方からサイクロンの内部に軸方向に突出している。
【0005】
本発明においては、オーバーフロー又は上部フローは特により軽い及び/又はより小さな粒の画分を意味し、アンダーフローは特により重い及び/又はより粗い画分を意味しうると理解される。
【0006】
本発明においては、オーバーフローは液体サイクロンを必ずしも「上部において」又はインフロー領域内において出る必要はない。液体サイクロンが並流原理、即ち、アンダーフローとオーバーフローとが液体サイクロンを同じ方向に出る、において動作する例示的実施形態もまた想定してもよい。
【0007】
本明細書においては、名称「上部(top)」及び「底部(bottom)」はインフロー及びアンダーフローに関連する。しかしながら、液体サイクロンの実際の位置は可能な限り最大の範囲でこれとは無関係であり、したがって、水平に取り付けられた液体サイクロンであっても使用されることがある。
【0008】
向流原理の液体サイクロンにおいては、液体は接線方向インフローを通じて円筒状セグメント内に円軌道(circular path)に沿って押し入れられ、下方に誘導される渦において下方に流れる。円錐状セグメントのテーパ部により容量の加速及び内方向への変位並びに円錐部の下方領域における蓄積が生じる。これにより、オーバーフローノズルを通じて排出される、内部上向きに誘導される渦の形成に至る。この目的は、特により重い画分(例えば、固体、粗物質、粗粒)をサイクロンの壁において分離し、したがって、アンダーフローノズルを通じて排出する一方で、特により軽い又はより微粒状の画分を、オーバーフローノズルを通じて出すことである。
【0009】
分離及び粒度調整効果の基本原理は遠心力と流れ力の相互作用によるものとされている。遠心力は、大部分は大きな特に重い粒子(粗物質)に作用するため、これらは、したがって、外側に向かってサイクロン壁の方に分離される一方で、小さな軽い粒子の場合、それらのより高い比表面積のために、粒子にかかる流れの力(抵抗力)は非常に重要なものになる。
【0010】
従来の液体サイクロンにおいては、インフロー中における微細物質の均一な分散が、オーバーフローとアンダーフローとの間の容量流量の分割によるこれら粒径クラスの分割を確実とする。これは、微細物質が、通常、アンダーフロー/インフロー容量の分割(容量流量比)に対応する画分において粗物質と分離されることを意味する。
【0011】
したがって、従来の液体サイクロンは、通常、アンダーフローから分散相(その密度が流体の密度に類似するか、その粒径が小さい(<5μm))を低減するものではない。
【0012】
例えば、独国特許出願公開第102009057079(A)号明細書に記載されているような最近の展開は、洗浄流(washing flow)を純粋流体(pure fluid)から発生させることにより微細画分をアンダーフローから分離しようと試みるという点において更に先の段階に進んでいる。この場合、洗浄水流は、通常、円錐部内又はサイクロンの下方領域内に接線方向に導入される。この希釈の結果は、粗物質排出物、即ちアンダーフロー中の微細物質濃度の低下である。この場合の欠点は、既に分離された重い画分が、導入される液体及び付随する乱流により再度中心流に流れ込むことである。これによりオーバーフローの純度が低下する。これら欠点が理由で、アンダーフロー中の微細物質の低減は限られた程度のみ、主に、付加的に導入された水流に対応する程度のみ実施されうる。
【0013】
欧州特許第1069234(B1)号明細書は、頂点ノズルの中央に配置されているインフロー管を通じた中心流への希釈液体の直接的な添加について開示している。
【0014】
米国特許第4,652,363号明細書は、水性懸濁液がラメラによって2つのサブストリームに分割される液体サイクロンを開示する。この分割はサイクロン壁の摩耗をより均一にすることを目的とする。
【0015】
米国特許第4,696,737号明細書は、繊維懸濁液を精製するための液体サイクロンを開示する。この場合、妨害物質(disturbing materials)はアンダーフローにより分離されることになる一方で、繊維はオーバーフローにより分離される。懸濁液供給と希釈水の供給はラメラによって分離される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
したがって、本発明の基本となる目的は、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒と、オーバーフロー中の粗物質又は粗粒との両方の不完全な排出が低減されるような手法で分離を向上させる液体サイクロンを提供することである。したがって、アンダーフロー中の微細物質はインフロー中の容量関連濃度(volume−related concentration)に対して低減されることとなる。
【課題を解決するための手段】
【0017】
この目的は、水又は別の流体のバリア層が導入されることにより純粋相(pure phase)(それを通じて粗物質を沈降させる必要がある)が利用可能となる一方で微細画分が主に元のストリーム中に残される液体サイクロンによって達成される。このバリア流体の供給は懸濁液供給とは独立した少なくとも1つの更なるインフローによって行われる。バリア流体ストリームはラメラによって懸濁液又は原料スラリーから分離され、円筒状セグメント内に導入されうる。ラメラは、この場合、入口領域内における相互混合を防止する役割と、安定構造(stable profile)が形成された後のみに流れの層(flow layer)が接触することを可能にする役割とを果たす。
【0018】
本発明においては、原料スラリーの流れの方向において見ると、ラメラの下流側にフローセパレータが配置されており、それによって、組み合わされたバリア流体ストリームと原料スラリーとが再度互いに分離される。フローセパレータによって、後の、既に分離されている層の相互混合が低減又は防止されうる。円錐領域内におけるバリア層の供給もまた想定してもよく、この場合、バリア水流を懸濁液の変位なく導入することができるようにサイクロン直径の段付きの広がり(stepped widening)が設けられてもよい。液体サイクロン壁は、この場合、また、同時にラメラを形成する。
【0019】
本発明の基本概念は、主流と全く相互作用しないか、主流とわずかしか相互作用しない沈降補助層(sedimentation auxiliary layer)(バリア流体流)の形成により可能な限り画定された沈降条件を得ることである。これは、その沈降経路にわたって真正且つ、そうでなければ慣習的な濃縮の全く無い粒子分離を達成するためである。
【0020】
微細画分(微細物質)は大部分が中心流に残る。バリア流体流は、この場合、原料スラリーを輪の形態で取り囲む。したがって、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒は(投入されたバリア流体量又はバリア水量を考慮に入れても)インフロー中の容量関連濃度に対して低減されるか、理想的には、完全に分離されるかである。
【0021】
バリア流体ストリームは、少なくとも1つの更なるインフローにより、好ましくは、インフロー領域に対して接線方向に供給されうる。それによって、安定した旋回バリア流体流がサイクロン内部に形成されうる。
【0022】
好ましくは、ラメラは実質的に円筒状又は円錐形態のものである。この場合、それは、インフロー領域内又は円筒状セグメント内において、バリア流体流のインフロー領域から、分離領域又は円錐状セグメントへの移行部まで延在しても、円錐状領域内において固定されてもよい。したがって、バリア流体層及び原料スラリー内の両方における安定した旋回流の形成を可能にするほどの十分な時間が残る。
【0023】
バリア流体ストリームと原料スラリーとを可能な限り渦を含まないように組み合わせられるようにラメラがその下端部において先端に向かって先細る場合、又は可能な限り薄く作製される場合は有利である。2つの流れは、また、ラメラの下で互いに分離された状態で可能な限り遠くまで更に流れるべきである。
【0024】
好ましくは、ラメラとフローセパレータとの間の距離は調整可能である。それによって分離する粒径が影響されうる。
【0025】
フローセパレータの使用は、バリア流体ストリームがアンダーフロー、即ち、重い又は粗物質に富んだ画分を形成し、且つ重い物質が欠乏した原料スラリーがオーバーフローを形成する液体サイクロンの一実施形態を有することを可能とする。この場合、また、アンダーフロー及びオーバーフローは液体サイクロンから下方に排出されることが考えられる。この実施形態においては、したがって、液体サイクロンは並流原理において動作しうる。
【0026】
この場合、液体サイクロンが実質的に円筒状構成を有していれば有利である。
【0027】
ラメラは、また、原料スラリーとバリア流体流との間における連結を形成する補償オリフィスを有してもよく、したがって、結果的に、2つの層が互いに合流する前にバリア流体と懸濁液との間の圧力補償に至る。理想的には、この場合、バリア流体には常に懸濁液よりも幾分高い圧力が作用される。
【0028】
また、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒の更なる低減がそれによって実現されうるように、追加の洗浄又は希釈水がアンダーフロー領域内に導入されうることが考えられる。例えば、頂点の領域内においては、再度渦を巻くこと(reswirling)又は分離された層の完全な混合を最小限にするために水流が渦に対して軸方向に供給されてもよい。
【0029】
本発明の主題は、また、本発明による液体サイクロンを動作するための方法であり、バリア流体流及び原料スラリー流が安定になると直ちに、バリア流体ストリーム及び原料スラリーが液体サイクロン内において共に更に案内される。
【0030】
本発明によると、バリア流体流と原料スラリー流は、組み合わされた後、再度、フローセパレータによって分離される。
【0031】
そのような一実施形態においては、2つの分離された流れは液体サイクロンから下方に排出されうる。
【0032】
アンダーフロー及びオーバーフローは、したがって、液体サイクロンを同じ方向に出る。
【0033】
好ましくは、洗浄又は希釈水は、例えば、アンダーフローノズルの中央に配置されているインフロー管によりアンダーフローノズルの領域内に注入される。
【0034】
本発明による液体サイクロンを、以下、
6つの図面によって記載する。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【
図1】
図1は、本発明による液体サイクロンの例示的実施形態の概略長手方向断面図を示
し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【
図2】
図2は、本発明による液体サイクロンのインフローの領域内における断面図を示す。
【
図3】
図3は、本発明による液体サイクロンの更なる例示的実施形態の概略長手方向断面図を示
し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【
図4】
図4は、本発明による液体サイクロンの更なる例示的実施形態の概略長手方向断面図を示
し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【
図5】
図5は、本発明によるフローセパレータを備えた液体サイクロンの例示的実施形態の概略長手方向断面図を示す。
【
図6】
図6は、フローセパレータを備えた液体サイクロンの詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【0036】
個々の図における同じ参照符号はいずれの場合においても同じ構成要素を示す。
【0037】
以下、例として、円筒状インフロー領域及び円錐状分離領域を備えた液体サイクロンについて論ずる。しかしながら、本発明による原理は、また、
図6に示されるように純粋に円筒状の、又は純粋に円錐状の遠心機又はサイクロンに適用されうる。
【0038】
図1は、本発明による液体サイクロン1を示す
が、フローセパレータは有しない。液体サイクロン1は、インフロー領域2と、インフロー領域2に隣接する分離領域3とから構成される。ここでは、インフロー領域2は円筒形態のものであり、分離領域3は円錐形態のものである。
【0039】
原料スラリー6は接線方向インフロー4を通じて液体サイクロン1に供給される。原料スラリー6は、例えば、石膏懸濁液であってもよい。
【0040】
分離領域3は粗物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズル8を有する。特により軽い又はより微粒状の画分は、浸漬管の形態で液体サイクロン1の内部に軸方向に突出しているオーバーフローノズル9を通過するオーバーフロー12として排出されうる。
【0041】
接線方向インフロー4に加えて、液体サイクロン1は、また、ここでは同様に接線方向にインフロー領域2に供給されるバリア流体ストリーム7用の更なるインフロー5(
図2に示される)を有する。バリア流体
ストリーム7
の流体は、例えば、水、アルコール又は油である。バリア流体ストリーム7と原料スラリー6は液体サイクロン1に別々に供給され、ラメラ10によって互いに分離される。ラメラ10は、例えば、金属製の円筒状薄肉構成要素である。純粋バリア流体
ストリーム7はラメラ10の下端部13において実際の懸濁液流(原料スラリー6)と合流する。これはバリア流体
ストリーム7及び原料スラリー6の流れが安定形態になると直ちに発生する。
【0042】
バリア流体ストリーム7と原料スラリー6からなる2つの容量流(volumetric flow)が組み合わされた後、バリア
流体ストリーム7を通過する重い画分(粗物質)の沈降動作が開始される。これにより、アンダーフロー11中の微細物質の低減に至る。従来の液体サイクロンと同様、円錐状分離領域3内におけるフロールーティング(flow routing)が発生する。
【0043】
ラメラ10は、ここで、原料スラリー6とバリア流体
ストリーム7との間における連結を形成する補償オリフィス17を有し、これにより、バリア流体
ストリーム7
の流体と懸濁液6との間の圧力補償が生じる。これら補償
オリフィスは、また、インフロー5の領域内に想定されてもよい。
【0044】
流れの矢印は、バリア流体
ストリーム7と原料スラリー6とが可能な限り少量で互いに混合されることを示す。バリア流体
ストリーム7は、したがって、円錐状分離領域3の壁に対してバリア流体
ストリーム7を形成する。
【0045】
任意選択的に、洗浄又は希釈水15は、付加的に、分離領域3内又はアンダーフロー領域内に導入されてもよく、アンダーフロー11中における微細物質の容量関連画分(volume−related fraction)がそれによって更に低減されうる。
【0046】
オーバーフローノズル9のマウスオリフィス14は、ここでは、ラメラ10の端部13の下の領域内において終端する。
【0047】
バリア流体
ストリーム7及び原料スラリー6それぞれの容量画分によっては、重い画分(粗物質)の分離はほぼ明確に画定される。
【0048】
図2は、本発明による液体サイクロン1の、インフローの領域内における断面を示す。ここで明確に見ることができるのは原料スラリー6用の接線方向インフロー4及びバリア流体
ストリーム7用の接線方向インフロー5である。これら2つのインフロー4,5はここでは実質的に並列でインフロー領域2に流れ込む。
【0049】
図3は、液体サイクロン1の更なる例示的実施形態を示す。液体サイクロン1の円錐状分離領域3は段付きの広がりを有し、それを通してバリア流体
ストリーム7が投入される。原料スラリー6とバリア流体
ストリーム7は、この場合、ここでは同時に
液体サイクロン
壁18の一部をなすラメラ10によって互いに分離されている。ラメラ10はここでは円錐に形成されている。バリア流体ストリーム7は液体サイクロン1に対して接線方向に供給される。
【0050】
図4は、アンダーフローノズル8内に突出しているインフロー管16により追加の洗浄又は希釈水15が投入される液体サイクロン1を示す。インフロー管16はアンダーフローノズル8の中央に配置されている。
【0051】
図5は、本発明による液体サイクロン1の更なる例示的実施形態を示す。この場合、フローセパレータ19がラメラ10の下に配置されている。ラメラ10はここでは液体サイクロン壁18によって形成されるが、それは、また、別個の構成要素として設計されてもよい。バリア流体ストリーム7は、再度、フローセパレータ19によって原料スラリー6から分離されるため、沈降間隙22を通過してバリア流体ストリーム7中に沈降した粗物質が、再度、原料スラリー6に流れ戻ることを防止する。粗物質に富んだバリア流体
ストリーム7はフローセパレータ19と外壁20との間を下方に流れて液体サイクロン1を出、故に、アンダーフロー11を形成する。粗物質が欠乏した原料スラリー6はオーバーフロー12として上方に流れ、液体サイクロン1を出る。
【0052】
沈降間隙22は、好ましくは、調整可能であるため、それによって、分離する粒径が影響されうる。
【0053】
図6は、フローセパレータ19を備えた液体サイクロン1の更なる例示的実施形態のラメラ10と、沈降間隙22と、フローセパレータ19と、を示す。この液体サイクロン1は並流原理で動作する。粗物質21が欠乏した原料スラリー6、即ちオーバーフロー12’は、この場合、粗物質21に富んだアンダーフロー11と同じ手法で液体サイクロン1を下方に出る。この液体サイクロン1は並流原理において動作し(オーバーフロー12’とアンダーフロー11とが同じ方向に引き出される)、好ましくは、円筒状構成を有するが、その理由は、これが流れに関連する利点を提供するためである。
【0054】
図面に示される実施形態は単に本発明の好適な様式を含む。本発明は、また、例えば、バリア流体ストリーム7に対して複数の更なるインフロー5が提供される他の実施形態を含む。そのような液体サイクロンにおいては、したがって、バリア流体は複数のステップで投入されうる。