JPH0450043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は不連続混合物から個々の成分を分離す
る、特に層流併合技術を使用して重力分離を行わ
せる分離方法および装置に関する。

（従来の技術） 混合物からの成分分離は多くの産業分野での共
通の問題となつている。種々の混合物から成分を
個別に順次分離する多くの方法がこれまで開発さ
れている。代表的なものとしては、濾過分離、遠
心分離、抽出分離、沈降分離がある。

他の分離方法として、併合（coalescence）技
術があり、この技術は部分的には沈降作用、また
部分的には同類材料が互いに接触する機会が与え
られると凝集または「成長」するという性質の現
象に基づくものである。代表的な併合技術におい
ては、流体連続相および流体または固体の不連続
相よりなる不連続混合物を層状に流動させ、不連
続混合物を互いにまたは湿潤可能な併合遮断物
（バリヤ）例えば液滴により湿潤しやすいバリヤ
に衝突させる機会を与える。本明細書中に使用す
る用語「層流」は乱流がないことが特徴の流体の
連続流を示すものとする。乱流を防止することに
より混合物が流動する間にも重力作用による分離
が生ずることができる。

併合技術において、流体の個々の液滴は初期に
はフアンデルワールス力により互いに吸引され、
凝集して液滴の小集団を形成する。このプロセス
は「フロキユレーシヨン（flocculation）」と称
される。ある段階では液滴間の吸引は表面張力よ
りも大きく、液滴の個々の「スキン」が失われ、
より大きな液滴に増大または「併合（coalesce）」
する。

流体挙動に精通している人にとつて既知のよう
に、液滴は表面張力により区切られる分子の「ス
キン」即ち物質の最低ポテンシヤルエネルギ状態
に達しようとする熱力学的性質によりとらせられ
る形状になる。表面張力の大きさは個々の併合し
た液滴が大きく成長するにつれまたこれに応じて
表面積が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。
従つて、液滴は大きくなれば大きくなる程一層容
易に大きな液滴へと併合し続けることになり、最
終的には分離した液だまりにまでなる。

乱流が防止されれば、凝集、併合、…従つて分
離…はより一層効率的に生ずる。

併合の生ずる速度または容易性は不連続（「離
散」と称されることもある）相の粒子または液滴
の個数および寸法分布に大きく左右される。１mm
またはそれ以上の直径のオーダーの粒子または液
滴はそれ自体素早く沈降または浮上する。逆に５
〜10ミクロンまたはそれ以下のオーダーの直径の
粒子は緩慢に沈降または浮上し、しばしば「永
久」または「安定」エマルジヨンと称される。こ
れは重力による影響を受けにくいからである。４
〜５ミクロンまたはそれ以下の直径の粒子は連続
相の分子振動により生ずるブラウン連動体系に組
込まれる。0.5ミクロン以下の粒子は衝突、凝集
および／または併合が生じない限り溶液中で重力
によつて分離できない挙動を示す。

或る代表的な併合技術および装置においては、
連続相を液体とする不連続混合物を互いに平行に
重なり会つた多数の連続板を有する容器に通過さ
せる。これら連続平行板は混合物が装置の入口か
ら出口にまで流動するとき層流を維持する。また
これら連続平行板には何種類かの開口または「滲
出（weep）孔」を設け、流れを層状にするとと
もに重力作用も与え、低濃度成分が上層に移動す
るようにする。同様に連続平行板を適正に傾斜さ
せると、濃度の高い不連続成分、固体または液体
は沈降し、下方にずり降ちるようになる。

このような装置をより改良するには、板を特別
な形状、例えば正弦形状即ちＳ字彎曲形状にし、
正弦曲線を描く層状の混合物流の成分における
個々の粒子または液滴が一つの板の一つの側面に
遮られる。正弦曲線状の板は平面状の板よりも表
面積が大きい。理想的には、不連続層の個々の粒
子または液滴が一つの湾曲面に達するとき、幾つ
かの起こりうる作用のうちの一つの作用が生ず
る。第１に、同類粒子が即座に出合い凝集する
か、または同類粒子が出合い凝集できるまで表面
に沿つて液滴が流動する。不連続相が液体である
場合最終的に各湾曲面の頂点に液だまりを形成す
る。各凝集は元の混合物の相をより際立つ相に成
長させるため分離を達成する。液滴が滲出孔から
上方に上行したり傾斜面に沿つて下行したりする
とき、凝集および濃縮し続け、これらの板間にい
わゆる「保留時間」または「残留時間」と称され
る所定量の移動後に全体的な分離を生ずる。

第２の起りうる作用として、液体不連続相の液
滴は他の液滴と衝突し、集団を形成し、この集団
は比較的高い濃度のため一層速く上昇する。衝突
は、しばしば包囲している表面張力の「スキン」
を破壊し、液滴物質を一層大きく、より浮力のあ
る液滴に凝集または成長しやすくするあらゆる種
類の液滴物質を形成する。

最後に、粒子は粒子の流れを遮断する表面を
「湿潤」し、従つて粒子は表面上に溜まり、分離
された成分の薄膜を形成し、これに他の粒子が接
触して凝集および分離を生ずることもある。端的
に言うと、接近してくる粒子は下側の表面ではな
く同類の物質の薄膜層を「見る」ことになる。こ
の層は連続層に対する相対濃度に基づいて特定の
方向に流れる。

（発明が解決しようとする問題点） 相分離を行うこのような技術および装置は用途
によつては成功しているが、このような技術およ
び装置に典型的な幾つか固有の性質により限界が
ある。先ず、板および板構成が固定され静的なも
のである点である。即ち一旦板を所定位置に配置
すると分離器の形態が単に一つだけに決定されて
しまうことである。

第２に、分離技術に精通している人には理解さ
れることであるが、初期に分離が層流流路に沿つ
て生ずると、分離を行つている混合物の特性は、
混合物が分離器を通過するにつれて徐々に異なつ
ていく。概して、不連続相の大き目の液滴または
粒子は最初に分離し、不連続相は徐々により小さ
い粒子の含有パーセンテージが大きくなつてい
く。このことは徐々に分離しにくくなることを意
味する。にもかかわらず、板は静止状態に固定さ
れているため、間隔および形状、分離に最適な形
状は一度の分離でしか発揮されず、それ以後は得
られないことになる。更に、混合物を形成する特
別のプロセスは変化するため、混合物自体が変化
し、従つて分離器は効力を発揮できなくなる。

端的に言うと、分離している混合物の特性は絶
えず変化しているにも限らず、装置は或る特定の
特性の組の分離に最適な状態に留まり、不連続混
合物が分離器を通過するとき他のすべての特性の
組に対しては最適でないということになる。

更に、層流分離器において、一層多くの板を互
いに密接させて使用しなければならないため、重
量とコストを低減しまた或る不連続成分特にオイ
ルに対して湿潤性を示す表面を形成するためプラ
スチツクにより形成するのが一般的である。しか
し、有機物質を含有する場合、プラスチツクはオ
イル混合物により影響を受けてふくらんだり、変
形したり、軟化したり、溶けたりさえすることも
起こりうる。更に、プラスチツクは装置が作動で
きる温度範囲に限界を与えることになる。従つ
て、不連続相を加熱すれば分離効果を促進できる
のに、耐熱性に限界のあるプラスチツク物質は分
離効果を向上させる温度調整にも同様に限界を生
じてしまう。最後に、プラスチツクは成形され、
所定状態に静止および固定されるため、異なる特
性の混合物を分離しなければならないときの調整
ができない。端的に言えば、任意の特定の層流分
離器は、一種類の不連続混合物のみを分離するの
に適しているだけで、特定の成分よりなる混合物
を分離することはできるものの他の成分よりなる
不連続混合物には不適だということになる。

多くの併合および層流分離技術は、絶対的にま
たは明確に、重力作用の下での流体懸濁粒子運動
を示すストークス（Stokes）の法則に基づいて
いる。ストークスの法則は以下の公式により表わ
される。即ち ｖ＝2gr²（d₁−d₂）／9u ただし、ｖは沈降または浮上する粒子の速度、
いわゆる「終端速度（terminal velocity）」；ｇ
は重力加速度；ｒは粒子の半径；d₁は粒子の濃
度；d₂は液体の濃度；およびｕは液体の速度であ
る。この基本関係式は液体挙動の化学的原理に精
通している人ならばよく知られている種々の式で
表現される。

層流の形成を阻止する乱流が生ずる場合でも、
不連続相成分の粒子または液滴の連続相内での運
動は、層流に沿つて移動する側方運動と、ストー
クスの法則による垂直運動との合成により特徴づ
けられる。従つて、同類物質は凝集しやすいた
め、不連続相の粒子の運動が凝集を促進させられ
れば分離効果は高められる。多くの層流分離器は
上述の板によりこのことを行う。

しかし、多くの物理法則（例えば理想ガス法
則）のように、ストークスの法則もあらゆる理想
混合物の挙動を示す理想法則を表現するだけであ
つて、特定のものを表現するものではない。従つ
てずべての現実の混合物はストークスの法則の理
想表現とは若干異なる。これは、挙動を予測しよ
うとしてなされた仮定条件と実際の条件との差に
よるものである。例えば粒子は球形であるという
仮定、粘性を決めようとする仮定、および他の同
様の多数の仮定がある。ストークスの法則は他の
粒子が存在しない場合の単一寸法の単一粒子の終
端速度を示すだけである。よつて多くの様々な寸
法の数多くの粒子が互いに影響し合つてるまた休
止状態から終端速度に至る多くの速度で粒子が移
動したり加速したりする現実の状況をストークス
の法則は扱うことはできない。

今日までに層流併合分離技術には混合物の実際
の挙動とストークスの法則により示される挙動と
の特別な違いを補正したり実際に考慮したりする
試みがなされなかつた。従つて、比較的大きな分
離、例えば水からのオイルの分離、機械流体から
の機械剥離片の分離、オイルからのごみの分離等
を行う以上の分離に理想的に適した層流併合式分
離技術は現在見当たらない。

従つて本発明の目的は、連続相が液体である連
続相と不連続相の混合物の成分を分離し、混合物
の成分の物理的、化学的および統計的特性に適合
し、不連続混合物の初期特性および不連続相混合
物が徐々に分離するときの不連続相混合物の中間
時点での特性の双方に従うよう分離装置の形態を
相関させることができる混合物成分分離方法およ
び装置を得るにある。

更に、装置の形態をこれら特性に相関させるよ
う不連続混合物およびその成分を分析、測定およ
び予測する方法を得るにある。

本発明の更に他の目的は、広い温度範囲にわた
つて使用することができ、従つて分離を促進する
に必要なだけ不連続混合物を加熱したり冷却した
りすることができる装置を得るにある。

（問題点を解決するための手段） これら目的を達成するため本発明は、液体より
なる連続相と不連続相の混合物を流入口と流出口
との間の流路に沿い長手方向に互いに離して配列
した一連の流体遮断面の垂直方向積層体に順次通
過させることにより不連続混合物の成分を分離す
る方法において、 ａ 不連続相の第１部分の併合および分離を行わ
せるよう形成し、互いに垂直方向に等間隔に離
して傾斜させて配列した流体遮断面の第１積層
体に不連続混合物を指向させる段階と、 ｂ 混合物が第１積層体から脱するとき不連続相
の併合した第１部分を隣接の積層体との間のギ
ヤツプから取出す段階と、 ｃ 不連続混合物の残りの部分を、先行の積層体
における遮断面間の垂直方向間隔とは異なる垂
直方向間隔を有し、先行の積層体の流体遮断面
に対して山形又はＶ字をなすよう傾斜させて配
列し、先行の積層体で併合した部分とは異なる
成分を有する不連続相の次の部分の併合および
分離を行うようにした流体遮断面よりなる後続
の積層体に通過させる段階と、 ｄ 混合物が積層体を脱するとき隣接の積層体と
の間のギヤツプから不連続相の併合した次の部
分を取出す段階と、 ｅ 不連続混合物が流出側に達するまで上述の段
階(c)および(d)を繰返す段階と、 ｆ 流出側から残りの混合物を取出す段階とより
なることを特徴とする。

更に本発明は、連続相が液体であり、連続相と
不連続相との混合物の成分を分離する装置であつ
て、 ａ 液体遮断面を垂直方向に積層させた一連の積
層体を有し、混合物が通過する際不連続混合物
の変化を収容するギヤツプをなすよう前記積層
体を順次離して配列した層流分離器と、 ｂ 前記一連の積層体の一端および他端にそれぞ
れ配置し、混合物の成分を成分毎に順次に分離
するため一連の積層体の各々に不連続混合物を
指向させる流路を示す導入装置および取出装置
とを具え、 ｃ 前記垂直方向の積層体の各々は互いに平行に
離して配列し、それぞれ流体遮断をなす複数個
のスラツトにより構成した 混合物成分分離装置において、 ｄ 前記スラツトの各々はＶ字状断面形状を有す
るとともに、流路方向にほぼ直交する向きの長
手寸法を有し、また流路方向に直交する向きに
積層し、前記流路は前記遮断面を横切る方向か
つ前記垂直方向の積層体間のギヤツプを横切る
方向に不連続混合物を指向させる構成のものと
し、 ｅ 前記積層体における隣接スラツト相互間の間
隔は前記導入装置と取出装置との間の流路に沿
う一連の積層体毎に徐々に小さくしていくこと
を特徴とする。

（実施例） 次に図面につき本発明の好適な実施例を説明す
る。

上述のように、本発明は連続相（液体）と不連
続相の混合物の成分を分離する方法および装置に
関するものである。

第１図に全体を線図的に示すように、本発明は
不連続混合物の物理的、化学的および統計的特性
並びに成分の分析および測定する段階を有する。
上述したように、流体の層流およびびストークス
（Stokes）の法則による流体内での粒子の運動に
関して、このような特性として、液体連続相の温
度、濃度および粘度；不連続液体相の液滴の寸法
分布、個数、密度および粘度；不連続固体相の粒
子の寸法、個数量、密度、形状およびきめといつ
たものがある。

上述の特性の多くは、沈澱検査、顕微鏡観察お
よび、計数、分粒手法によつて測定できる。

本発明方法によれば、分析した不連続混合物
を、順次直列的に配列した複数個の互いに離れた
流体遮断面のセツトを有する層流分離器に導入す
る。分析段階で測定した特性に基づいて分離器内
の流体遮断面の形状を不連続混合物の分析した性
質に相関させる。流体が層流分離器を通過するに
つれ成分を個々に分離し、次に分離した成分を層
流分離器から取出す。

上述したように、本発明方法および装置に使用
される遮断面は、好適な実施例では第２および６
図に明示するように、ほぼ平行なベーンまたは遮
断面１４の互いに分離したセツト１５よりなる遮
断面のセツトを有し、各セツトは所定のギヤツプ
Ｉ（第２図参照）により順次離れる。互いに分離
したセツト間のギヤツプＩは本発明の新規な特徴
であり、従来の多くの層流併合分離器は容積全体
を占める連続した固定板または連続形状体を使用
するものである。本発明によれば層流を得るのに
連続板は必要ではなく、遮断面の互いに離れたセ
ツトを使用することによつて得ることができるこ
とを見出した。

更に、本発明によれば、遮断面の互いに離れた
セツト１５相互間の所定のギヤツプを選択するこ
との他に、セツトにおける個々の遮断面１４間の
間隔Ｓも同様に調整変化させて分析した特性に基
づく所定の不連続混合物の分離に最適な状態にす
ることができる。第２図に示すように、間隔Ｓは
流体の流路方向Ｆに沿つて徐々に小さくしてい
く。同様に流体遮断面の寸法または長さＬは層
流、湿潤、併合、凝集が良好となるよう選択する
ことができる（第７および８図参照）。第２図に
示すように、本発明は更に不連続混合物を所定流
路方向Ｆに沿うよう指向させ、次いで好適には混
合物の分析した特性により流路方向Ｆに対して１
個またはそれ以上の選択した角度Ａをなす平行ベ
ーン１４を配置する。

本発明の特徴によれば、傾斜してまたは水平ま
たは垂直に配置した大形の板よりも小さい個々の
遮断面１４を使用することにより面は種々の材料
から形成することができるようになるという利点
がある。以前は併合板はプラスチツクなどの特定
材料により形成する傾向があり、プラスチツクは
分離すべき有機物質に対して反応を示したりおよ
び高い温度での物理的および化学的一貫性が欠如
するという欠点を有する。これに対して本発明に
よれば材料寸法が小さいため、遮断面１４は、高
温で作業を行うのに一層好適な幾つかの材料より
形成することができる。この結果、本発明方法に
よれば不連続混合物の分離効果を高める上昇した
温度に維持する段階をとることができる。

相関関係は多くの既知の数学的モデルに従つて
処理できるが、多くのモデルは上述の要因の若干
または全部に左右される。例えば、重力分離は
個々の粒子または或る一つの相の液滴の移動に関
連する。この運動は温度の影響を受ける粘性に関
係する。従つて粒子または液滴の挙動の妥当性の
ある予測を高めるためにはこれらすべての要因の
評価を行わなければならない。大きな粒子は小さ
いものより併合、分離が容易であるため、液滴寸
法分布即ち粒子（１個またはそれ以上の特定寸法
の）総数におけるパーセンテージ（割合）は分離
係数に直接関連する。母集団密度は粒子が衝突す
る頻度に影響し、衝突は凝集、併合および分離を
促進する。外部から制御できる他の要因としては
流体流の速度および単位時間当たりの流量があ
る。更に、粒子または液滴の寸法は影響を受ける
受けないに関係なく、所定寸法の遮断板の間隔の
決定要因である。大きな液滴は相互に一層併合し
やすく、小さな板間隔は大きな液滴の分裂および
乳化を促進するだけである。一方、小さな液滴は
より多く衝突させられない限り併合せず、大きな
板間隔ではあたかも遮断面がないかのように小さ
な液滴は挙動する。

従つて、粒子または液滴の運動、それらの凝集
および併合、個別の成分としての最終的な分離
は、粒子または液滴に作用するすべての力のベク
トル合成となるであろう。これらの力として流体
の外部流、重力、同類または非同類の粒子間の物
理的引力または反発力、および観察できるまたは
理論的予測のつく他の多くの力がある。

どのようにして相関関係を制御することができ
るかの例を示すと、個別のセツトまたは積層体内
で順次の個々の遮断面を互いに近接させて配置す
ることにより、粒子または液滴が遮断面により補
取される前に移動しなければならない平均距離が
短くなる。上述のように分離しやすい大き目の粒
子または液滴に対しては大きな間隔を空けるだけ
でよいばかりでなく望ましいことでもある。他方
小さ目の粒子の場合重力の影響は他の力に比べる
とそれ程多く受けず、遮断面間の間隔を減少して
小さい粒子がより頻繁に遮断面に接触し、凝集、
併合および分離を促進するようにしなければなら
ない。

混合物の分離特性は混合物が分離器を通過する
につれて変化するため、より充分な分離は混合物
が分離器を通過する形態を変化させることにより
行うことができ、本発明によればこのことを達成
することができる。

本発明は、更に分析結果を使用してすべての互
いに分離した個々のセツトにおけるベーンの形状
を相関させるたけでなく、分析した成分を不連続
混合物の分析した特性に従つて初めに分離器の第
１のセツトのベーン１４の形状に相関させ、次い
で徐々に第２以降の順次のセツトの形状を先行の
セツトにより得られた分離に従つて相関させる。
換言すれば、混合物の分析した特性に基づいて、
第１のベーンセツトを、不連続混合物が分離器に
流入してから流出するまでに分離を最大限に行う
よう形決めすることができる。初期分析、定まつ
ている長さＬ、角度Ａおよび間隔Ｓに基づいて、
第１のベーンセツトから流出する際に混合物の特
性は予測することができる。従つて第２のベーン
セツトは第１のベーンセツトと異ならせて第１の
ベーンセツトから脱した後の特性を有する混合物
に対して初めに分析した混合物に対するよりも理
想的な分離条件をもたらすようにすることができ
る。

同様にして後続のベーンセツトの形状を各先行
セツトを脱する混合物の予測した特性に適合させ
ることができる。本発明の特別な実施例におい
て、ベーンは同一セツト内で互いに304.8mm（12
インチ）離すものから0.254mm（0.010インチ）離
すこともできる。

この手法を更に優れたものにする場合には、本
発明は分離器の第１のセツトでは必ずしも必要で
はないが他の若干のセツトにおいて不連続混合物
の分析した特性に従つて板の形状を相関させ、選
択したベーンセツトの中間混合物の特性をモニタ
し、不連続混合物の中間時点でモニタした特性に
従つて選択したベーンセツトの形状を相関させる
段階を設ける。この実施例においては、最も理想
的な形状に対する初期予測に基づくよりも、より
満足度の高い結果が中間モニタおよび表面形決め
により得られる。

全体的に見て最も実用的な実施例においては、
本発明によれば、不連続混合物およびその成分の
物理的、化学的および統計学的特性を分析し、不
連続混合物を、ほぼ平行なベーンよりなる複数個
のベーンセツトを順次直列的に配列した層流分離
器に不連続混合物を導入し、分離器内における所
定流路に沿うよう不連続混合物を指向させる。す
べて混合物の分析した特性に従つてベーンセツト
相互間で所定ギヤツプを選択し、各ベーンセツト
における個々のベーン間の所定間隔を選択し、ほ
ぼ平行なベーンを分離器内の流路に対して選択し
た角度をなすようにする。更に、混合物の特性は
中間の選択したベーンセツトをモニタし、このモ
ニタした特性に基づいてベーンセツト相互間の所
定ギヤツプおよび同一セツトにおける個別のベー
ン相互間の所定間隔の双方を選択するとともに、
分離器内のベーンの所定角度も選択する。不連続
混合物が分離器を通過するにつれ、各成分は個別
に分離され、層流分離器から取出される。

更に、本発明は、上記方法を実施する装置を提
供する。本発明装置によれば、分離器自体の新規
の特徴の他に、現場で適当な時間間隔毎に混合物
の特性の範囲と変動を把握するため不連続混合物
の物理的、化学的および統計学的特性を分析する
特性分析装置を設ける。最良および最悪の条件を
考慮することによつて、より一層効率の良い層流
分離器を設計および製造することができる。本発
明装置の構成部分は第１図に示す通りであり、分
析装置１６およびモニタ装置１７、分析した不連
続混合物Ｄを層流分離器２５（直列的に配列した
互いに離れた複数個の流体遮断面のセツトを有す
る）に導入する導入装置２３、不連続混合物の分
析した特性に従つて分離器内の流体遮断面の形状
を相関させる相関制御装置２０、および層流分離
器から分離した成分を取出す取出装置２４があ
る。特別な実施例においては、分離器内で混合物
の順次の分離を分析するため混合物の特性を互い
に離れた遮断面セツト間でモニタする。

分離した成分を取出す取出装置は、分離した固
体材料を分離器の底部から取出す底引きコンベヤ
並びに分離器の上方部分から濃度の低い液体を取
出す浮遊スキマ（skimmer）、可動スキマまたは
固定スキマを設ける。

第１１図に全体的に明示するように、また第２
乃至１０図に詳細に示すように本発明の好適な実
施例においては、流体遮断面はほぼ平行なベーン
１４により構成し、各ベーンは長さより幅が大き
くまた厚みの薄いほぼ矩形平面状、またはＶ字状
のスラツト（羽根板）により構成する。

第９図に示すように、或る実施例においては、
スラツト１４を湿潤不能材料からなる上側面と湿
潤可能材料からなる下側面とにより構成すること
ができる。しかし、混合物に基づいて、各遮断面
の性質は頂面側が湿潤可能で底面側が湿潤不能に
したり、双方の側面を湿潤可能若しくは湿潤不能
なものにしたりすることができる。

他の実施例においては分離プロセスを促進する
よう遮断面形状を形成することができる。換言す
れば、流体遮断面の全体寸法が矩形平面状のもの
であつても、より小さいスケールで考えると、各
遮断面は特別の成分の凝集および併合を促進する
多数の小多面体等から構成される。

第２および６図に示すように、ベーンセツトの
各々は個別のスラツト１４の垂直方向の積層体１
５により構成される。各積層体内でスラツト１４
の平面は互いに平行にし、所定距離Ｓの間隔をと
り、流路方向Ｆに直交する方向のスラツト寸法を
大きくとり、流路方向Ｆに直交する積層体を形成
する。代案として第３，４および５図に示すよう
に、ベーン１４はＶ字状スラツト２６により構成
し、Ｖ字の各片側は長さより大きくし、Ｖのウエ
ブよりも幅広にしまた厚みの薄いものとすること
ができる。

第３，４および５図の実施例においては、Ｖ字
状のスラツト２６の２個の側面を小ウエブ部２７
により頂点で結合し、これら小ウエブ部相互間に
比較的大きな開口２８が残るようにする。更に、
第３図のベーンを流路方向Ｆに対して角度Ｂをな
す形状の第４図のベーンよりも急峻な角度Ａをな
す形成にする。第５図には本発明により形成可能
な多くの形状のベーンのうちの一つを示し、一方
の側の流路方向Ｆに対してなす角度をＡとし他方
の側では角度Ｂとなるよう形成したものである。
上述したように、ベーンは分離器全体にわたり延
在する大形板というよりはむしろ互いに離れた比
較的小さい遮断面セツトを形成し、各セツトにお
けるベーン相互間の間隔は等しくするか、または
異ならせたりする。従つてベーン自体は金属で形
成することができ、金属の場合高い作業温度を利
用でき、従つて混合物の分離を促進できる。更
に、このような個別の金属プレートは普通のプラ
スチツクプレートに比べると、分離のための同一
遮断面積に関する容積を小さくすることが必要で
あり、また軽くさえもすることができる。

上述の実施例は、ベーンおよび積層体および流
路方向に対する構成の幾つかの特別な形状にたい
する構成について記載したが、好適な実施例にお
いて特別に説明しなかた他の多くの形状も可能で
あり、これらも本発明の請求の範囲内である。

概して、ベーンの形状は幾つかの方法のうちの
任意の一つまたはそれ以上で選択または調整する
ことができる。先ず、本発明の好適な実施例で
は、所定の流路方向Ｆに沿つて分析した不連続混
合物を指向させる指向装置と、流路方向Ｆに対す
るベーンの角度Ａを選択または調整する選択また
は調整装置を設ける。このことは第２図に明示さ
れていると思われるが、流路方向Ｆを水平矢印で
示し、この流れの方向に対して板がなす角度を
「Ａ」で示す。同様に、第１０図において、相関
制御装置２０を示し、この相関制御装置２０はモ
ータ２１、リンク２２よりなる機構を制御し、流
路方向Ｆに対するベーン１４の位置を調整する。

更に、流体遮断面１４の互いに離れたセツトま
たは積層体１５相互間の間隔は、隣接のセツト間
の流体流の距離を増減するよう選択または調整す
ることができる。これら間隔は混合物および予測
される特性または不連続相の分析に従つて予め決
定することができる。第６図には多くの異なる間
隔Ｃ，Ｄ，ＥおよびＧを示す。

他の選択手段および分離効率の意味から恐らく
最も重要な手手段して各セツト１５における個別
の遮断面１４相互間の間隔Ｓの選択および位置調
整がある。一般的には、混合物の分析した特性に
基づいて順次の積層体における混合物分離を最適
化するよう間隔を選択しまた予め決定する。

各セツト１５の各々は混合物が通過するにつれ
て或る程度の分離を行うため、混合物の特性は次
の隣接セツトに混合物が流入するときはほんの僅
かであるが若干異なる。概してこの差は不連続性
が僅かに低い混合物または不連続相がより小さい
粒子若しくは液滴、または粒子若しくは液滴の凝
集よりなる不連続混合物において反映される。従
つて本発明の好適な実施例においては、各積層内
での個別の遮断面間の間隔が分離器の導入装置２
３および取出装置２４間の流路方向Ｆに沿つて順
次の積層体にわたり徐々に小さくなるよう位置決
めする。第２図はこの構成の概略を示す。

この点に関して、積層体内における個々の板間
の間隔Ｓは凝集および併合を行うのに臨界的なも
のにし、積層体間の間隔例えばＩ等は「滲出率
（weep rate）」…分離相の移動の割合…を高め、
従つて詰まりを防ぐよう選択する。

第１２図には、隣接の積層体間のギヤツプ寸法
を変化させる側方調整取付装置に関連させ、スラ
ツト間の間隔を変化させる構成簡単ではあるが効
率の良い垂直調整取付装置を示す。第１２図は、
隣接の積層体間の間隔を流路方向Ｆに沿つて垂直
方向の支柱３０を位置決めすることによりセツト
することができることを示す。

第３乃至６図、第１１および１２図に示すスラ
ツトは側方に突出する突耳３１を設け、これら突
耳３１を支柱３０に掛合させ、分離器内のスラツ
ト２６の位置は支柱３０の位置決めにより選択す
ることができる。

更に或る実施例においては、支柱３０を担持す
るスタツド３２により分離器１０の側面から支柱
３０をずらすことができる。第１２図に示すよう
に支柱３０がスタツド３２より幅広の場合、チヤ
ンネル３３が形成され、このチヤンネル３３にス
ペーサ３４を配置することができる。図示の実施
例においては、スペーサ３４をスラツト２６の突
耳３１に掛合させ、各積層体１５における順次の
スラツト２６を所望の垂直距離に位置決めする。

この結果、本発明は装置を通過する不連続混合
物が徐々に分離され、不連続相のより小さな個別
粒子または凝集体しか含まれないようになるとき
のより一層選択可能な分離度を達成する装置を提
供する。

（作用効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は連続
相が液体である不連続混合物を各成分に分離する
のを大いに促進する方法および装置を提供する。
第１に、本発明方法は流体内における小さな不連
続粒子の挙動に関する最も重要であるパラメータ
を決定するよう混合物の特性を分析するため本発
明方法および装置は分離を行つている特別の混合
物およびこのようにして分析できる多くの異なる
混合物に分離器を適合させる装置を提供する。

第２に、本発明方法および装置は極めて多くの
形態をとることができるため、本発明は連続相か
ら幾つかの異なる不連続相および異なる型式の不
連続相を分離する例えば水または水を基体とする
溶媒からオイルおよび固体残滓の双方を分離する
新規な方法を提供する。更に、異なる不連続相は
分離器内の選択した位置で取出すことができる。
分離器の初期積層体は液体‐液体混合物自体を通
過させるが、大き目のものから順次小さ目になる
固体粒子を分離するよう形決めする。その後に続
く積層体は液体をたがいに分離するよう形決めす
る。従来は、固体および液体不連続相の双方を互
いにまたは双方が存在していた連続相から分離す
るには個別の分離段階を必要とし、一方の分離段
階は固体を落下させるようほぼ垂直構成とし他方
の分離段階は不連続液体相の併合を促進するよう
ほぼ水平構成にすることが必要であつた。

第３に、本発明方法は特徴のある混合物の挙動
を予測する装置を使用し、本発明装置はこの予測
装置を提供するため、本発明装置におけるまた本
発明方法の実施における分離面の構成は一定の不
変形状である必要はなく、同一分離器内ですべて
異なる多くの形状にし、分離器を通過する間に混
合物の順次の分離を促進することができる。例え
ば、板は湾曲形状か平面状、幅広か幅狭、角度の
等しいか不等、水平に対して傾いているものであ
つてもよく、これら形式のすべての異なる形状の
ものを不連続混合物および成分の分析した特性に
基づいて積層体毎に順次配列することができる。

実験例 装置のテストを行うため、オイルを遠心ポンプ
を使用し普通の水道の水に混合してエマルジヨン
（乳濁液）を形成した。オイルの濃度は約
200PPMとした。混合物は、全体形状が第１１図
に示すものと類似の分離器に指向させるが、この
場合図示の３個の分離板積層体ではなく４個の積
層体を有するものとした。各積層体はＶ字状の板
を積層状に配列し、Ｖ字のウエブにおける点間距
離を152.4mm（６インチ）とした。各積層体にお
ける個別の板のすべてのＶ字の各片側は水平に対
して45゜の角度をなすものとし、各積層体は隣接
の積層体から約12.7mm（1/2インチ）離して配列
する。４個の積層体の第１番目の積層体におい
て、各板は互いに25.4mm（１インチ）離し、第２
番目の積層体においては互いに12.7mm（1/2イン
チ）離し、第３番目の積層体においては互いに
6.35（1/4インチ）離し、最後の第４番目の積層体
においては互いに3.175mm（1/8インチ）離す。

混合物は分離器に22.7／分（６ガロン／分）
の割合で通過させた。この割合は30.48cm／分
（１フイート／分）の直線速度に相当し、層流範
囲内にある。

各測定点で混合物の特性を決定するためには、
混合物を分離器に流入させる前と各積層体の後で
濃度サンプルを取出した。150〜250mlのサンプル
を酸性化し、オイルを有機溶剤で抽出した。オイ
ル含有量はホリバ（Hpriba）オイル含有量モニ
タで赤外線吸収により測定した。このモニタは
EPA認可測定方法であり、10％以内の精度であ
る。

各サンプルにおけるオイル滴の寸法はサンプル
１mlを海洋科学において海水中のプランクトンを
計数するのに使用されている計数セル内に配置す
ることによつて測定した。この技術はオイルの寸
法と母集団が計数セルのガラスを湿潤するオイル
濃度でない場合にはオイル滴の寸法を見積もるの
に適当である。

この装置を使用して、分離器の流入側でのオイ
ル滴が約80ミクロンの直径であることを測定し
た。第１積層体を通過した後にはオイル滴の最大
寸法は45ミクロン、第２積層体通過後には25ミク
ロン、第３積層体通過後には20ミクロン、第４積
層体通過後には15ミクロンとなつた。不連続相の
オイル滴寸法の減少は取り出したオイル量に正比
例する。量的に表現すると、分離器に流入する混
合物は200ppmのオイル濃度であつたのが、第１
積層体通過後に約35ppm、第２積層体通過後に
25ppm、第３積層体通過後に20ppm、第４積層体
通過後に15ppmであつた。

実験例 第２のテストを実験例と同一条件の下で行つ
たが、ただしＶ字形のウエブの点から点までの寸
法が76.2mm（３インチ）の板を使用し、初期オイ
ル濃度が350ppmのものを使用した。流量および
板の角度を含む他のすべての条件は同一とした。
このとき流入側におけるオイル滴の量大寸法はや
はり80ミクロンの測定値であつた。第１積層体の
通過後のオイル滴の最大寸法は70ミクロン、濃度
は120ppmであり、第２積層体通過後は50ミクロ
ン、85ppm、第３積層体通過後は30ミクロン、
70ppm、第４積層体通過後は25ミクロン、60ppm
であつた。これらの結果を第１４図に示す。

実験例 第３のテストを実験例と同一の条件で行つた
が、この場合流速を30.48cm／分（１フイート／
分）ではなく、約15.24cm／分（0.5フイート／
分）に維持した。これらの条件の下に第４積層体
通過後の流出物は15ppmの濃度で、これはより大
きな板とより早い流速での実験例で得られた結
果と同一であつた。

試験用エマルジヨンにおいて既知の濃度を使用
することよつて実際の分離結果を任意の予想モデ
ルにも比較することができる。理論と実際との間
の違いに基づいて、モデルはより実際の分離作用
に正確に反映するよう改善することができる。モ
デルを予想する満足のいく精度レベルにまで改善
すれば分離器の表面は分離を促進するのにより精
密に相関させることができる。所定形状のものを
試験し、この結果を理論値と比較し、理論を手直
しし、次いで再試験するプロセスは、任意の特別
なシチエーシヨンで要求される予想精度を得るに
必要な回数だけ繰返すことができる。

更に、一旦モデルとこれに関連する相関形状を
満足のいく程度まで改善したら未知の分析してい
ない混合物の成分も行われる分離を観察し、次い
でこの結果から推測して決定し、初期の成分を予
測することができる。

従つて、本発明は未知の混合物を分析する方法
および装置を提供するとともに、分析したまたは
分析できる混合物の分離を促進する方法および装
置も提供する。

上述したところは本発明の例を示したに過ぎ
ず、請求の範囲において種々の変更を加えること
ができること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の主要構成部分を示す線図的
説明図、第２図は、本発明方法および装置におけ
る遮断面の略図的縦断面図、第３図は、特別な寸
法および形状の遮断面の第１の例の斜視図、第４
図は、第２の例の第３図と同様の斜視図、第５図
は、第３の例の第３図と同様の斜視図、第６図
は、本発明による積層させた分離面を順次の積層
体にして配列した状態を示す断面図、第７および
８図は、それぞれ本発明による遮断面の他の配列
を示す略図的断面図、第９図は、本発明による単
独の遮断面の一部断面を示す斜視図、第１０図
は、混合物のコンピユータ分析に応答して本発明
の遮断面の位置と形態を変化させる状態を示す斜
視図、第１１図は、本発明による分離器の一実施
例の略図的斜視図、第１２図は、第１１図に示す
分離器の一部を示す部分詳細図、第１３および１
４図は本発明により得られた分離結果を示すグラ
フである。 １０…分離器、１４，２６…ベーンまたは遮断
面（スラツト）、１５…ベーンのセツト（積層
体）、１６…分析装置、１７…モニタ装置、２０
…相関制御装置、２１…モータ、２２…リンク、
２３…導入装置、２４…取出装置、３０…支柱、
３１…突耳、３２…スタツド、３３…チヤンネ
ル、３４…スペーサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体よりなる連続相と不連続相の混合物を流
   入口と流出口との間の流路に沿い長手方向に互い
   に離して配列した一連の流体遮断面の垂直方向積
   層体に順次通過させることにより層流を形成し、
   不連続混合物の成分を分離する方法において、 ａ 不連続相の第１部分の併合および分離を行わ
   せるよう形成し、互いに垂直方向に等間隔に離
   して傾斜させて配列した流体遮断面の第１積層
   体に不連続混合物を指向させる段階と、 ｂ 混合物が第１積層体から脱するとき不連続相
   の併合した第１部分を隣接の積層体との間の第
   １ギヤツプから取出す段階と、 ｃ 不連続混合物の残りの部分を、先行の積層体
   における遮断面間の垂直方向間隔とは異なる垂
   直方向間隔を有し、先行の積層体の流体遮断面
   に対して山形又はＶ字をなすよう傾斜させて配
   列し、先行の積層体で併合した部分とは異なる
   成分を有する不連続相の次の部分の併合および
   分離を行うようにした流体遮断面よりなる後続
   の積層体に通過させる段階と、 ｄ 混合物が積層体を脱するとき隣接の積層体と
   の間のギヤツプから不連続相の併合した次の部
   分を取出す段階と、 ｅ 不連続混合物が流出側に達するまで上述の段
   階(c)および(d)を繰返す段階と、 ｆ 流出側から残りの混合物を取出す段階とより
   なることを特徴とする混合物成分分離方法。 ２ 段階(c)は、不連続混合物の残りの部分を後続
   の積層体に指向させ、この積層体における個々の
   流体遮断面が、先行の積層体におけるよりも垂直
   方向により密接した間隔で互いに離れ、不連続相
   のより小さい粒子よりなる次の部分の併合および
   分離を行うようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の混合物成分分離方法。 ３ 段階(d)は、混合物を積層体から先行のギヤツ
   プよりも狭い次のギヤツプに通過させ、不連続相
   の併合した次の部分を取出すことを特徴とする特
   許請求の範囲第１または２項記載の混合物成分分
   離方法。 ４ 各取出段階は ａ 不連続混合物およびその成分の物理的、化学
   的および統計学的特性を分析測定する段階と、 ｂ 不連続混合物の分析した特性に従つて分離器
   内における流体遮断面の形態を相関させる段階
   と を有するものとしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の混合物成分分離方法。 ５ 前記分析段階は液体連続相の温度、濃度およ
   び粘性を分析することを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第４項に記載の混合物成分分離方
   法。 ６ 前記分析段階は、前記不連続相が液体の不連
   続相である場合、不連続液体相の液滴の寸法、分
   布、個数、濃度および粘性を分析するものとした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   混合物成分分離方法。 ７ 前記分析段階は、不連続相が１個またはそれ
   以上の固体である不連続相である場合、不連続固
   体層の寸法、数、濃度、形状およびきめを分析す
   るものとしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の混合物成分分離方法。 ８ 連続相が液体であり、連続相と不連続相との
   混合物の成分を分離する装置であつて、 ａ 液体遮断面を垂直方向に積層させた一連の積
   層体を有し、混合物が通過する際不連続混合物
   の変化を収容するギヤツプをなすよう前記積層
   体を順次離して配列した層流分離器と、 ｂ 前記一連の積層体の一端および他端にそれぞ
   れ配置し、混合物の成分を成分毎に順次に分離
   するため一連の積層体の各々に不連続混合物を
   指向させる流路をなす導入装置および取出装置
   とを具え、 ｃ 前記垂直方向の積層体の各々は互いに平行に
   離して配列し、それぞれ流体遮断面をなす複数
   個のスラツトにより構成した混合物成分分離装
   置において、 ｄ 前記スラツトの各々はＶ字状断面形状を有す
   るとともに、流路方向にほぼ直交する向きの長
   手寸法を有し、また流路方向に直交する向きに
   積層し、前記流路は前記遮断面を横切る方向か
   つ前記垂直方向の積層体間のギヤツプを横切る
   方向に不連続混合物を指向させる構成のものと
   し、 ｅ 前記積層体における隣接スラツト相互間の間
   隔は前記導入装置と取出装置との間の流路に沿
   う一連の積層体毎に徐々に小さくしていくこと
   を特徴とする混合物成分分離装置。 ９ 前記スラツトの平面は流路方向に対して所定
   の角度をなすよう位置決めしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第８項に記載の混合物成分分離装
   置。 １０ 一連の互いに隣接する積層体間のギヤツプ
   は前記導入装置と前記取出装置との間の流路に沿
   つて順次徐々に小さくしていくことを特徴とする
   特許請求の範囲第８項に記載の混合物成分分離装
   置。 １１ 前記層流分離器は、 ａ 不連続混合物およびその成分の物理的・化学
   的および統計学的特性を分析する分析装置と、 ｂ 不連続混合物の分析した特性に従つて前記分
   離器内において前記流体遮断面の相対間隔およ
   び相対位置を相関させる相関制御装置と を有するものとして構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第８項に記載の混合物成分分離装
   置。