JPH0330830A - 流体出口にスクリーンを備え固体と流体を接触させる装置及び方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、粒子状固体（ａ　ｐｉｒｔｉｃｕｌｉｔｅ　
５ｏｌＬａ）を細長い実質的に鉛直のも理容器内におい
て流体と接触せしめる装置、およびそのような容器内に
おいて固体物体を高圧の処理流体によって連続的に処理
する方法に関する。詳細には本発明はそのような装置、
および該装置を使用する方法に関し、該装置は処理のた
めに処理流体が容器内を高圧で連続的に通るとき固体を
容器を通って下方に周期的に運動せしめる手段を含む。

（従来の技術及び解決しようとする課題）固体と流体と
を接触せしめる装置は公知である。

この装置に関連する問題点の１つは固体が処理流体に拘
留され、固体が処理流体と共に運び去られる点にある。

この固体が問題となり、このことを処理するために、例
えば固体を流体からろ過するなどの多くの研究がなされ
ている。ろ過はある場合には著しく容易用あるが、ある
場合には困難であり、高価である。

この点に関し生コーヒー豆の脱カフエイン作業（ｄｅｃ
ａ（ｆｅｉｎｍｔｉａｍ）について特に問題がある。公
知の商業的工程において生コーヒー豆のバッチが容器内
に導入され、超臨界（ｓｍｐｅｒｃｒｉＬｉｃ＊ｌ）二
酸化炭素が容器内に送られて脱カフエイン作業が行われ
る。容器から出たカフェインを有する流体は例えば木炭
で処理され、カフェインは分離される。

カフェインを除去された超臨界流体は容器に戻される。

この操作の間、循環する二酸化炭素は著しく高圧に維持
され、超臨界状態に保持される。生のコーヒー豆は相当
量の廃物（ｃｋｍｆｆ）を含んでいる。

豆が処理されるとき廃物の一部は超臨界流体に拘留され
、流体とともに二酸化炭素循環経路を流れる。拘留され
る廃物の量は二酸化炭素をベッドを通して下方に流すこ
とによって減少せしめ得る。

拘留された廃物は二酸化炭素が木炭のベッドを通るとき
に分離される。予備的工程として生の豆に廃物除去工程
を施す。このような予備的工程を施しても相当量の廃物
が豆と共に系統内に入り、循環する二酸化炭素に拘留さ
れる。各バッチ作業の完了毎に廃物はそれが堆積してい
る木炭と共に除去される。

上述の超臨界二酸化炭素を使用する生のコーヒー豆の脱
カフエイン作業の連続的工程が米国特許第４．Ｎｏ、５
３７号明細書に記載されている。この工程では湿った生
のコーヒー豆が周期的にパルス的に実質的に鉛直のコラ
ム（Ｃ６１１１１；柱状体）内を下方に運動せしめられ
、超臨界二酸化炭素がコラムを通って連続的に上方に流
される。バッチ作業と異り、超臨界二酸化炭素の流れが
周期的に中断されることがなく、超臨界流体は実質的に
一定の温度および圧力で高圧ループ内を循環する。更に
、系をしばしば停止せしめる必要がなく、この停止とそ
の後の始動は著しく時間がかかる。湿った豆と共に系内
に入り超臨界二酸化炭素に拘留される廃物は系内に連続
的に堆積することになる。この堆積は重大な問題となり
、運転停止を必要とすることになる。従って超臨界流体
と共にコラムから流出する廃物を処理する何等かの工程
が必要である。

勿論、フィルタの使用が可能である。しかし、フィルタ
によるろ過は著しく非効率的で高価であることが判った
。例えば、フィルタは著しく短時間で目詰りを生ずるこ
とが判った。

本発明の目的は、処理容器内において粒子状固体と流体
とを接触せしめる装置および方法にして、処理流体が処
理容器内を通るときに処理流体に拘留される廃物その他
の固体を除去する手段を提供することである。

（課題を解決するための手段） 上述およびその他の当業者に明かな目的は粒子状固体と
流体とを接触せしめる装置を本発明にょって改変するこ
とによって達成される。本発明による装置は、流体と接
触せしめるための粒子状固体のベッドを保持する細長い
コラムを含む。コラムは使用時に実質的に鉛直に方向づ
けられ、底部付近に流体がコラム内に導入される入口を
有し流体がコラム内の粒子状固体のベッドを上方に通過
した後に流体がコラムから脱出することを可能とする流
体出口を頂部付近に有する。本発明による装置は、流体
出口を通ってコラムを出る流体から固体をろ過するスク
リーンを含み、スクリーンは複数の鉛直のスクリーンワ
イヤを有する。スクリーンは？ラム内に流体出口に隣接
して配置されコラムを通るすべての流体がスクリーンを
経て流体出口を通るようになされる。隣接する多対の鉛
直のスクリーンワイヤはその間に鉛直のスクリーンスロ
ットを限定し、鉛直該スクリーンは、流体出口より流出
する液体から固体を分離するような幅を有し、また、そ
の幅より実質的に長い、望ましくは数倍、さらに望まし
くは少くとも１０倍、さらに望ましくは２５ないし５０
倍の長さを有する。

各ワイヤはその断面が望ましくは上流側表面から離れる
方向に内方に実質的にテーパしている。用語上流側とは
スクリーンを通って流れる流体の方向に関して限定され
る。従って、スロットの幅は下流側表面が上流側表面よ
り大である。スクリーンワイヤは望ましくは楔形断面の
ものとする。本発明による方法は、実質的に鉛直のコラ
ム内で固体物体を高圧の処理流体で連続的に処理する工
程を含み、処理流体はコラム内を固体粒子状物体のベッ
ドを通して連続的に上方に運動しコラムの頂部の流体出
口から脱出する。粒子状固体は周期的に下方にパルス運
動せしめられ、新鮮な固体がコラムの頂部に導入され処
理済みの固体はコラムの底部から排出される。処理流体
はコラムを通って高圧で連続的に運動する。本発明によ
れば上述スクリーンはコラム内に位置してコラムから出
る流体から固体をろ過する。スクリーンは粒子状の高圧
固体物体がコラムを通って下方に高圧で運動せしめられ
ることによって清浄化され、従ってスクリーンの清浄の
ために工程を中断する必要がない。

（実施例） 本発明の望ましい実施例を示す図面を参照して以下に説
明する。

第１図に示す粒子状固体を流体と接触せしめる装置は、
細長いコラム、すなわち圧力容器１０を含む。容器はコ
ラム内を流れる流体を処理するための図示しない粒子状
固体のベッドを保持するに適している。使用時に容器は
実質的に鉛直に方向づけられ、流体入口１１を流体導入
のために下端に有する。この目的のために散布器１２な
どが使用可能である。容器はコラムの頂部付近に流体出
口１３．を有し、流体が粒子状固体のベッドを上方に通
過した後にコラムから脱出することを可能としている。

本発明によりコラムの上方端に流体の出口１３に隣接し
てスクリーン１４が設けられる。コラムを通って上方に
通る流体の総てがスクリーンを通り出口１３を通るよう
にスクリーンは位置決めされる。スクリーンは第１図に
示すように使用時にコラムが鉛直に位置せしめられたと
き鉛直に方向づけられた複数のスクリーンワイヤ１５を
含む。

従ってスクリーンワイヤは細長いコラム状の容器の長手
方向軸線に実質的に平行である。

第１図に示す容器は円筒形でスクリーン１４も円筒形で
容器内に同心に配置され、容器から内方に間隔をおかれ
ており環状の間隙Ｘ６がスクリーン１４と容器１０の内
！！１７との間に形成され、これが出口１３を通る流体
の集合余裕場所となっている。スクリーン１４は入口１
２からコラム内に入りスクリーンを通り流体の出口１３
を通る総ての流体が上方に通るように位置決めされる。

１個の開口のみが図示されているが、流体の出口は任意
の数の開口を含んでよい。

スクリーン１４は第４図に示すスクリーン要素１８．１
９のように１つ以上のスクリーン要素から成る。この配
置はスクリーンより小さい開口を通して大きいスクリー
ンを容器内に配置することを可能とする。このことは高
圧で運転され比較的小さい開口を有する大きい容器に対
して特に適している。第１図ないし第４図に示したスク
リーン１４は４つの半円筒形スクリーン要素から成り、
その２つ１８．１９が第１図、第３図に示されている。

その一方、スクリーン要素１８の詳細を第２図および第
３図に示す。コラム１０に装着する前に各スクリーン要
素は第４図に示すように半円筒形に成型される。

鉛直のスクリーンワイヤに隣接して実質的に鉛直のスク
リーンスロットが限定される。各鉛直のスクリーンスロ
ットの開口はスクリーンの上流表面において、脱出する
流体から固体をろ過するに適した幅を有し、長さは上流
表面における幅より実質的に大である。−殻内に各スロ
ットの長さは幅の少くとも１０倍さらに望ましくは少く
とも２５倍ないし５０倍とする。各スロットの最大長さ
は主としてスクリーン製造の実際的考慮によって、およ
び所望の全スクリーン開口によって定められる。通常、
スロット幅の約５０ないし２００＠の長さのスロットが
適当である。個々のワイヤは十分な重量を有し、各スロ
ットに沿って実質的に均等なスロット幅を維持する。ス
ロットが比較的長く個々のワイヤの断面積が比較的小で
あるから補強要素を例えば熔接によってワイヤに固定し
て、隣接するスクリーンワイヤを互いに実質的に平行に
維持する。上述のように用語、上流および下流はスクリ
ーンを通って流れる流体の流れの方向に関して使用され
る。第１図においてコラム内のスクリーンの上流表面は
最内方表面である。

第２図に明示するように各スクリーン要素は望ましくは
垂直フレーム部材２２．２３と水平フレーム部材２４．
２５とを有する矩形の形状の外側フレーム２１を含む。

スクリーンワイヤ１５間に適当な間隔ゐ維持するために
必要によって裏付は機２６．２７が設けられる。

第４図に示すようにスクリーン１４は下方および上方支
持板２９．３０によってコラム内に同心的に取付けられ
た円筒形の穴あき支持板２８によってコラム内に支持さ
れる。スクリーン１４の場合スクリーン支持構造はコラ
ム内の所定位置に例えば熔接によって固定されている。

支持部材２８．２９．３０は共働してスクリーンをコラ
ム内の上方位置に支持し、コラムを通って上昇する総て
の流体カスクリーンを通りその後に出口から流出するよ
うになされる。下方支持板２９は環状の無穴の板で円筒
形穴あき支持板２８の底部付近に配置される。上方支持
板３０も環状の無穴の板で望ましくは図示のように円錐
台形の断面を有し粒子状の固体物体のコラムを通る下方
運動を容易としている。

スクリーン１ｇ、１９は本実施例においてそれぞれ半円
形であって穴あき支持板２Ｂにボルト、熔接その他適宜
の手段で取付けられる。図示しない２つの付加的な半円
形スクリーン要素が同様に穴あき支持板２８に取付けら
れ、コラムの上方部分における円筒形スクリーン１４の
取付けが完成する。勿論、コラムには適宜の近接開口が
設けられ、スクリーンおよびその支持要素のコラムへの
取付けを可能とする。スクリーンおよび支持部材２Ｂ、
２９．３０を形成する各種要素は現場で例えば熔接によ
って組立ててもよい。・スクリーン部材または支持部材
がコラムの円周に完全に延長する必要はない。

スクリーンを形成するワイヤ１５は第３図に示すように
楔形断面とすることが望ましい。これによってスクリー
ンの下流側の表面におけるスクリーン開口がスクリーン
の上流側表面におけるスクリーン開口より大となる。ス
クリーンワイヤの上流側表面およびスクリーン自体の表
面は図示のように実質的に平面であることが望ましい。

これは固体粒子状物体がスクリーンの面を横切って下方
に流れるときの清浄化作用を促進する。

第４図に示すようにスクリーンは容器の鉛直壁の内面に
隣接して取付けられ、スクリーンの下流側表面は容器の
壁の内面から内方に間隔をおかれている。

本発明は高圧で連続的な運転のための円筒形容器に特に
適している。この容器においてスクリーンは望ましくは
円筒形容器内に実質的に同心に取付けられ、スクリーン
と容器の円筒形内面との間に環状の間隙が形成される。

上述のようにスクリーンは複数の別個のスクリーン部材
から成るものとしてよく、これは特にスクリーンが大型
のときに有利であり、大型容器が高圧で作動せしめられ
るとき特に有利である。それぞれのスクリーン部材を円
筒形としてもよく、円筒の部分としてもよく、それらを
組合わせてもよい。図示実施例においてそれぞれ半円形
の弓形要素から成る２つの円筒形スクリーン要素が使用
されている。

スクリーンワイヤ１５は作動状態でワイヤ間隔を保持す
るに充分頑丈なものとする。スクリーンワイヤ間の開口
は特定の寸法以上の固体がスクリーン乞通過して出口１
３から流体と共に脱出することを防止するように定めら
れる。

前述のように本発明は、高い作動圧力で連続的に運転さ
れ、粒子状の固体がコラムの頂部から下方にコラムを通
って周期的に運動せしめられ、コラムの底部から排出さ
れるようになされた装置に特にを用である。この形式の
装置Ｉ！および方法は前記米国特許明神書に記載されて
おり、第１図に概略的に示されている。定常の作動状態
における代表的な工程において、容器１０は湿った生の
コーヒー豆のベッドで実質的に充填される。本質的にカ
フェインの無い超臨界流体、例えば超臨界二酸化炭素が
入口１１．１２から導入されてコラム内のコーヒー豆の
ベッドを通り上方に流れる。カフェインを含んだ超臨界
流体が出口１３を通り抽出容器の上端から取出される。

湿った生のコーヒー豆は弁３１を通って周期的にブロー
ケース３２内に導入される。弁３３．３４は同時に開き
、抽出容器１０の上端への湿った生のコーヒー豆のブロ
ーケース３２からの充填と、実質的にカフェインが除去
された生のコーヒー豆の一部の抽出容器１゜の下端から
ブローケース３５への排出とが同時に行われる。弁３６
がその後に開いて実質的にカフェインが除去された生の
コーヒー豆をブローケース３５から排出する。付加的な
生のコーヒー豆が弁３１を通ってブローケース３２内に
入り、工程は繰返される。

上述のようにコーヒー豆がコラム内を下方にパルス的に
推進されるとき超臨界流体は高圧で連続的にコラムを流
れる。代表的な工程において超臨界二酸化炭素が約２５
０気圧の圧力でコラムを通る。豆が各パルス毎に下方に
運動するとき、スクリーンの表面を横切る豆の運動によ
ってスクリーンは清浄化され、つぎつぎのパルス間の作
動時期にスクリーン上に堆積した廃物は除去される。コ
ラムは従って清掃のための機械的手段や、または流体を
下流側からスクリーンを通して上流側に流す逆流清掃な
どの必要なしに連続的な作動状態に維持される。このこ
とは複雑で従って厄介な装置を必要とせず、本発明の重
要な効果をなすものである。。

円錐台形の上方支持板３０は下方に運動する粒子状の固
体を内方にスクリーン１４の表面に指向する漏斗として
作用し、固体粒子がコラムを通って下方にパルス推進さ
れるときの下方運動を加速する。従って、板３２の表面
は平滑であって角度は４５度を超えない、望ましくは約
１５〜４０度の角度をコラムの壁に対してなすものとす
る。スクリーン１４の表面も望ましくは平滑、直線状と
して粒子状固体の下方運動によるスクリーンの清掃を容
易とする。

本発明の望ましい実施例において、コラムは高さ約３０
　ｍ（１００ｆｔ）直径約１．８　ｍ（５ｆｔ）であり
、スクリーン１４は高さ約０．６ｍ（２ｆｔ）直径約１
．５　ｍ　（５ｆｔ）である。従ってスクリーンはコラ
ムの壁から内方にコラム直径の約８％に等しい距離だけ
間隔をおかれている。−殻内にスクリーンはコラム直径
について約３％ないし１５％さらに望ましくは約５％な
いし１０％内方に間隔をおかれたものとする。スクリー
ンは２つの円筒形部分から成り、各部分は高さ約０．３
ｍであって等しい長さの３つの弓形部分から成る。各ス
クリーン部分のスクリーンワイヤは各スクリーン部分の
全長にわたって延長する。ワイヤ間のスロット幅は生の
コーヒー豆からの廃物を保持するに適しており、０．４
〜１．５ｍ鳳（０，０１６〜　０．０６０　ｉｎ）が適
当である。各スクリーン部分の開口面積の合計は約０．
０５〜０．５　ｍ”（０，５〜５平方フィート）とする
。スクリーンの全開口面積は出口１３の断面積より大、
望ましくは１０ないし１００倍とする。スクリーンの高
さは大幅に変更してもよいが、コラムの直径の約１／４
ないし２倍あれば充分である。スクリーンの全開口面積
はコラムの断面積の約１／４ないし５倍、望ましくは１
／２ないし３倍とする。

隣接するワイヤ間の幅は下流方向で増大する、すなわち
スクリーンワイヤ間の各スロットが外方にテーパするこ
とが望ましい。各スクリーンワイヤの断面は望ましくは
スクリーンを通る流体の流れの方向に内方にテーパする
ものとし、第３図に示すんうに実質的に楔形としてよい
。この楔形ワイヤとして望ましい寸法は、幅が約０．７
〜３．８重臘、（０，０３０−０，１５０インチ）テー
パ角度約３〜３０度とする。上述の説明により本発明に
よるスクリーン装置、特に連続的高圧装置の利点は充分
に明らかとなされた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による粒子状固体と流体とを接触させる
装置の図解的な立面図で、コラムの頂部に設けた流体出
口に隣接して配置されたスクリーンを含む図、第２図は
第１図のスクリーンを形成するために使用されるスクリ
ーン要素の図解的な拡大側面図、第３図は第２図の線３
−３に沿って示すスクリーン要素の図解的な断面図、第
４図は第１図のコラムの頂部部分の図解的な拡大側面図
でコラム内にスクリーンを取付ける状態を示す図である
。 １０：圧力容器（コラム）、１１：流体入口、１３：流
体出口、　　　　１４ニスクリーン、１５ニスクリーン
ワイヤ、 １８．１９ニスクリ一ン部材（要素）、２１：外側フレ
ーム。 （外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粒子状固体を流体に接触せしめるベッドを保持する
   細長いコラムを含み、該コラムは使用時には実質的に鉛
   直であって底部付近に流体をコラム内に導入する流体入
   口を有し頂部付近に粒子状固体のベッドを上方に通過し
   た後に流体がコラムから脱出することを可能とする流体
   出口を有する前記コラムを含む、流体を粒子状固体に接
   触せしめる装置であって、 前記流体出口を通ってコラムを出る流体から固体を選別
   するスクリーンを含み、該スクリーンは複数の鉛直のス
   クリーンワイヤを有して前記コラム内に配置されて該コ
   ラムを通るすべての流体が前記スクリーンを経て流体出
   口を通るようになされ、隣接する各対の鉛直のスクリー
   ンワイヤはその間に鉛直のスクリーンスロットを限定し
   、該スクリーンの表面における各鉛直のスクリーンスロ
   ットの開口は前記コラムの作動時にコラムを通って流れ
   前記スクリーンを通り前記出口から脱出する流体の流れ
   の方向に関して上流において、脱出する流体から固体を
   ろ過するに適した幅を有し、その幅より実質的に大きい
   長さを有することを特徴とする前記装置。 ２、請求項１に記載の装置にして、前記スクリーンの上
   流表面における各鉛直の前記スロットの幅が下流表面に
   おける各スロットの幅より狭いことを特徴とする装置。 ３、、請求項１に記載の装置にして、前記コラムが実質
   的に円筒形の鉛直壁を含み、前記スクリーンはコラムの
   壁の内側円筒形表面に隣接して取付けられ、前記スクリ
   ーンの下流表面はコラムの壁の円筒形表面から内方に間
   隔をおかれていることを特徴とする装置。 ４、請求項３に記載の装置にして、前記スクリーンが実
   質的に円筒形で前記円筒形のコラム内に実質的に同心に
   取付けられ、環状のギャップがコラムの壁の内側円筒形
   表面と前記スクリーンとの間に形成されることを特徴と
   する装置。 ５、請求項１に記載の装置にして、前記スクリーンが複
   数のスクリーン部材を含み、該スクリーン部材は複数の
   鉛直のスクリーンワイヤと鉛直のスロットとを含むこと
   を特徴とする装置。 ６、請求項５に記載の装置にして、前記スクリーンが実
   質的に円筒形であることを特徴とする装置。 ７、請求項５に記載の装置にして、前記スクリーンが複
   数の鉛直に積み重ねられた円筒形のスクリーン部材を含
   むことを特徴とする装置。 ８、請求項５に記載の装置にして、前記スクリーンが弓
   形部片の形状の複数のスクリーン部材を含むことを特徴
   とする装置。 ９、請求項７に記載の装置にして、各前記円筒形スクリ
   ーンが複数の弓形部片を含むことを特徴とする装置。 １０、請求項１に記載の装置にして、前記スクリーンの
   全開口面積が流体出口の開口の断面積の少くとも２倍で
   あることを特徴とする装置。 １１、請求項６に記載の装置にして、前記実質的に円筒
   形のスクリーンの鉛直高さがコラムの内径の約１／４な
   いし２倍であることを特徴とする装置。 １２、請求項１に記載の装置にして、スクリーンの全開
   口面積がコラムの断面積の約１／１０ないし２倍である
   ことを特徴とする装置。 １３、請求項１に記載の装置にして、前記流体をコラム
   に高い作動圧力で流し、かつ前記高い作動圧力で該流体
   がコラムを通って連続的に通過するときに前記粒子状固
   体をコラムの頂部からコラムを通って下方に周期的に運
   動せしめ、コラムの底部から出るようにする手段を含む
   ことを特徴とする装置。 １４、請求項４に記載の装置にして、前記スクリーンを
   支持する手段を含み、該スクリーン支持手段はコラムの
   内方円筒形表面に固定された下方および内方にテーパす
   る円錐台形の部材を含み、前記スクリーンは円錐台形の
   部材の下方端に取付けられることを特徴とする装置。 １５、粒子状固体を実質的に鉛直のコラム内において高
   圧状態で処理流体によって連続的に処理する方法にして
   、処理流体は該コラム内を粒子状固体のベッドを通って
   連続的に上方に運動し、その後コラムの頂部の流体出口
   から出て、粒子状固体は該コラムを通って下方に貫通す
   るように周期的に下方に推進せしめられ、新規の粒子状
   固体がコラムの頂部周期的に導入せしめられ、処理済み
   の粒子状固体がコラムの底部から排出され、コラム内の
   処理流体がコラムの作動時に前記高圧となされている前
   記方法にして、 前記コラム内にスクリーンを設け、該スクリーンは複数
   の鉛直のスクリーンワイヤを含み、該スクリーンは前記
   流体出口に隣接してコラム内に配置され、コラムを通る
   すべての流体が前記スクリーンを通り次に前記流体出口
   を通るようになされ、各対の隣接する鉛直のスクリーン
   ワイヤは実質的に鉛直のスクリーンスロットをその間に
   限定し、各鉛直のスクリーンスロットの開口は、前記コ
   ラムの作動時にコラムを通って流れ前記スクリーンを通
   り前記出口から流出する流体の流れの方向に関して上流
   において、流出する流体から粒子状固体をろ過するに適
   した幅を有し、その長さは上流表面においてその幅の数
   倍であって、コラムを通って下方に運動する粒子状固体
   の周期的運動によってスクリーンが周期的に清浄化され
   ることを特徴とする前記方法。