JPH07501482A - 乱流生成手段を備えたハイドロサイクロン - 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】 乱流生成手段を備えたハイドロサイクロン本発明は、液体混合物を重質分と重質 分に分液するためのハイドロサイクロンであって、周縁壁および対向する両端に よって細長い分離チャンバを形成するハウジングと、該分離チャンバの一方の端 において液体混合物を接線に沿って該分離チャンバに供給するための送入口部と 、さらに該分離チャンバの他方の端において分液された重質分を該分離チャンバ から排出するための排出口部と５そして分液重質分を該分離チャンバから放出す るための放出口部とを具備するハイドロサイクロンに関するものである。該ハイ ドロサイクロンはさらに、送入口部を経由して分離チャンバに液体混合物を送る 供給手段も備えており、運転中分離チャンバ内において中実軸の周りの螺旋流路 に沿って液流が発生するように、該螺旋流路は、送入口部から前記重質分排出口 部まで延びており、そして少なくとも１つの乱流生成部材が、周縁壁に沿いかつ 前記螺旋流路と交差して分離チャンバ内に延びている。

米国特許４，１５３，５５８号によるこの種の周知のハイドロサイクロンにおい ては、周縁壁土に軸方向の隆起線をなしている４つの乱流生成部材がある。液流 がこのような隆起を通過するとき、周縁壁に最も近い液流層に乱流が発生し１周 縁壁に沈澱物が付着するのを妨げる。だが、運転中に沈澱物の付着が妨げられた としも、最終的には重質分排出口部を詰まらせる恐れがある。

しかしながら液流は、各隆起を通るとき、分離チャンバに向かって内側に向かう 運動成分になるが、その結果、分液重質分と共に排出されるはずの重い成分が、 分液された重質分に多量に含まれてしまうことになる。これは特に、繊維懸濁液 より成る液体混合物を分液する場合に、一つの欠陥になるが、その点に関しては 、後により詳細に説明される。

紙パルブ工業では、繊維懸濁液から望ましくない重い粒子を除去するために、ハ イドロサイクロンがしばしば用いられる。こうした場合、繊維懸濁液は、前記の 望ましくない重い粒子を含む重質分と、繊維を含む重質分とに分離される。この 目的のために用いられる典型的なハイドロサイクロンプラントは、並列に連結し た複数のハイドロサイクロンから成るステージを幾つか（通常、３または４ステ ージ）配列したもので。

このハイドロサイクロンステージは、互いに直列になるよう連結されている。第 １ハイドロサイクロンステージで分液された重質分は、この重質分にもまだ繊維 が含まれているので、第２ハイドロサイクロンステージで再度分液され、またこ の第２ハイドロサイクロンステージで分液された重質分は、第３ハイドロサイク ロンステージで分液され、このように次々に分液が繰り返される。ハイドロサイ クロンステージ内で形成された、回収繊維を含む重質分は、直前のハイドロサイ クロンステージに戻される。こうした関係おいて、少なくとも第１ハイドロサイ クロンステージにおけるハイドロサイクロンは、重質分に望ましくない重い粒子 ができるだけ少量しか含まれていないように、効果的に分液することが重要であ る。

ハイドロサイクロンによって繊維懸濁液を分離するに際しての１つの問題は、分 離チャンバの周縁壁に密な繊維マットが形成されることである９重い望ましくな い粒子は、このような繊維マットに捕らえられ易く、その結果、重質分排出口部 が詰まることがある。この問題は、上述のような従来技術のハイドロサイクロン によって解消されているが、これは、上記の隆起によって、分離チャンバ周縁壁 上における密な繊維マットの形成が妨げられることによる。しかしながら、従来 技術のハイドロサイクロンの−っの欠点は、運転中各隆起によって、流動してい る繊維懸濁液に分離チャンバ内において内側に向かう運動成分が生じ、そのため に、繊維を含む分液重質分に随伴する望ましくない重い粒子分が増大する。

本発明の目的は、分液された重質分に実質的に重い成分が含まれていないように 、液体混合物を分離できる、従来技術を改良した新型ハイドロサイクロンを供　 ゛することである。

当初に記した種類のハイドロサイクロンにおいて、先ず、分離チャンバ内の乱流 生成部材のすぐ上流で周縁壁は、該周縁壁第１区画に沿って平滑面を有し、しか も該第１区画は、少なくとも分離チャンバの円周の５分の１に沿って前記中実軸 からほぼ一定の距離にある区画であることと、次に、乱流生成部材は、周縁壁の オフセットにより形成され、しかも該オフセットは、周縁壁の前記第１区画から 、この第１区画に比して中実軸からより離れた距離に位置する周縁壁第２区画ま で、延びており、しかもこの第２区画は、前記液流の流動方向に向かって見て、 オフセットから前方に向かって延びていることと、そして、運転中前記液流がオ フセットを通るとき、該オフセットは、周縁壁と液流との接触が実質的に緩和さ れるような形状と寸法を有していることとを特徴とするハイドロサイクロンによ って、上述の目的は達成される。このようして、液流は前記中実軸に向かう実質 的な流れ成分にならずに、周縁壁に最も近い液流層に、乱流が作られる。

この新型のハイドロサイクロンにより繊維懸濁液を分離すれば、上述の従来技術 によるハイドロサイクロンの対応する分離時に生成される軽質分に比して、望ま しくない重い粒子が実質的により少なくしか含まれていない軽質分が生成される 。そのうえ驚くべきことに、従来技術のハイドロサイクロンにより生成された重 質分に比して、該新型ハイドロサイクロンにより生成された重質分には実質的に 、より少ない繊維しか含まれていないことが判明した。この驚くべき効果は恐ら く、液流がオフセットを通るとき、分離チャンバの周縁壁に最も近い所で生ずる 低圧によって、周縁壁に近い繊維の凝集体が膨張し、その結果、前記繊維凝集体 の各繊維が互いに遊離したためであろう、相対的に大きい比表面積を有する遊離 繊維は、相対的に小さい比表面積の前記繊維凝集体より容易に分離し、分離チャ ンバ内の内側に向かう。

したがって、この新型のハイドロサイクロンは、生成される重質分が比較的に希 薄になるように、繊維懸濁液を分離することができる０紙バルブ工業にこの新型 ハイドロサイクロンを用いると、繊維懸濁液から望ましくない重い粒子を除去す るのに、従来より少ないハイドロサイクロンしか必要としないという利点がある が、それは、１つのハイドロサイクロンステージから生成された重質分は、次の ハイドロサイクロンステージに供給される前に、あまり希釈する必要がないから である。

実地試験によって、分離チャンバ周縁壁の前記第１区画は１分離チャンバ円周の 少なくとも５分の１でなければならないことが、判明したが、これは、分離チャ ンバの円周に、最大限４つのオフセットを等間隔に配置できることを意味してい る。しかし、最適の乱流生成効果は、１つのオフセットだけで、もしくは最大限 ２つのオフセットで達成される。

前記第２区画は、分離チャンバ円周の少なくとも５分の１に沿って適宜延びてお り、第２区画と中実軸との距離は、前記液流の流動方向に向がって見て、分離チ ャンバ円周に沿ってオフセットから離れるに従って減じている。第２区画の端末 において、中実軸との距離は適宜に第１区画における距離と実質的に等しくなる 。

前記液流がオフセットを通る時、当該液流と周縁壁との接触の緩和を容易にする ため、周縁壁は、第１区画とオフセットとの境界において鋭角な縁を形成するこ とが望ましい。

新型のハイドロサイクロンの選択された１実施例においては、基本的には周知の 方法（米国特許４，１５６．４８５号参照）による分離チャンバは、軸方向に連 続して配列されている幾っがの円筒形チャンバ部分より成り、しかもこれらのチ ャンバ部分は、各分離チャンバの横断面積が重質分の排出口部に近づくにっれ段 階的に減少するように、作られており、また該チャンバ部分と平行に延びている 仮想直線と接している。

通常の円錐形分離チャンバに比して、このように作られた分離チャンバは、円筒 形チャンバ部分の周縁壁によって、液体混合物の軸方向の流動方向に抗する力を 分離重質分に生じさせないという利点がある。したがって、分離された重質分は 、分離チャンバに対する軸方向の動きを伴わずに分離チャンバ周縁壁に沿って回 転するようなことはなく、また周縁壁の局部的な磨耗を引き起こすこともない、 その代わりに、重質分は、液体混合物により飛沫同伴されて、各チャンバ部分間 において分離チャンバの周縁方向に延びている棚に向かう、そして重質分は、前 記槽にある開路を通り抜け、分離チャンバ内において液体混合物によりさらに軸 方向に飛沫同伴され、重質分の排出口部に向かう。

前記オフセットは、円筒形チャンバ部分に接している前記仮想直線の正面に位置 することが望ましい、２つの隣接するチャンバ部分のうち、重質分の排出口部に 近い一方は、他方のチャンバ部分の対応する横方向延長部分から最大成核オフセ ットの横方向延長部分だけ減じた長さに実質的に等しい、前記仮想直線からオフ セットまでの横方向延長部を有しているように、チャンバ部分は適宜、形成され ている。その結果、分離チャンバは、棚のオフセットの所に開路を付は加えるよ うに１作ることができ、そのため１分離された重質分は、各オフセット域におい ても分離チャンバ内で液体混合物により軸方向に飛沫同伴される。

本発明は、添付の図面を参照しながら、以下により詳細に説明されるが、図１は 本発明のハイドロサイクロンを示し、図２は、図１の線Ｉ　Ｉ−１１に沿って切 断した断面であり、図３は、図１のハイドロサイクロンに代わるもう１つの実施 例の横断面図であり、また図４は、本発明のハイドロサイクロンの選択実施例の １つであり、そして図５は、図４の線Ｖ−■に沿って切断した断面の部分図であ る。

図１に示されているハイドロサイクロンには、ハウジングｌがあって、これは、 周縁壁３と対向する両端末を備えた細長い分離チャンバ２を形成する１分離チャ ンバ２はその一方の端に、入口部４を有し、この入口部は、分離チャンバの軸方 向延長部に沿って一定の横断面積を有している０分離チャンバの入口部４は、円 錐部５に続いており、該円錐部は、分離チャンバの他方の端に向かうに従って次 第に減少する横断面積を有している。

送入口部６は、分離される液体混合物を接線に沿って分離チャンバ２に送るため の入口部４に設置されている１分離チャンバ２の一方の端において、ハウジング １は、分離された軽質分を分離チャンバ２から放出するため、入口部４の中央に 位置する管状放出口部７を成している６分離チャンバ２の他方の端においては、 ハウジングｌは、分離された重質分を分離チャンバ２から排出するための排出口 部８を成している。ポンプ９は、送入口部６を経て液体混合物を分離チャンバ２ に送るようになっており、その結果、送入口部６から重質分の排出口部８まで、 分離チャンバＺ内において中実軸１１０周りの螺旋流路ＩＯに沿って、運転中に 液流が発生する。

周縁壁３は、第１区画ｌでは平滑面を有し、該第１区画Ｉは１分離チャンバ２の 半円周に沿って中実軸１１からほぼ一定の距離にある１周縁壁３のオフセット１ ２は、一定の横方向延長部を備え、全分離チャンバ２に沿って軸方向に延びてい る。（分離チャンバ２の横断面図に示されているように、オフセット１２の横方 向延長部は、周縁壁３と中実軸１１との距離の１％以上で、４０％を越えない、 ）分離チャンバ２の円周に沿ってオフセット１２は、前記液流の流動方向に向か って見て、第１区画Ｉの端から始まり、該第１区画■に比べて中実軸１１との距 離が離れている周縁壁３の第２区画Ｉ＋まで延びている。

第２区画ＩＩは平滑面を有し、オフセット１２から第１区画■まで流れの方向に 向かって延びており、第２区画Ｉ＋と中実軸との距離は、分離チャンバ２の円周 に沿ってオフセット１２から流れの方向に向かって次第に減少する。流れの方向 に向かって見て、第２区画ＩＩの端末では、第２区画と中実軸との距離は、第１ 区画の場合と同一になる。

第１区画Ｉがオフセット１２と境を接する所では、周縁壁３は鋭角な縁１３を有 している１分離チャンバ２の横断面図に示されているように、オフセット１２は 、液流の流れの方向に対して前方に縁１３から湾曲しており、かつ周縁壁３の第 ２区画ＩＩの端まで分離チャンバ２に対して外側に向かって湾曲している。オフ セット１２は、周縁壁３に縁が生じないように、周縁壁３の第２区画ＩＩに連続 している。

図１および２によるハイドロサイクロンの運転中において、分離される液体混合 物は、ポンプ９により送り込まれ、送入口部６を経て分離チャンバ２に入るが、 その結果、中実軸１１の周りの螺旋流路１０に沿って液流が発生する。液流がオ フセット１２を通る時、当該液流と周縁壁３との接触が緩和され、そのため、流 れの方向に向かってオフセット１２の後ろに局所的な低圧が生じる。こうした低 圧は、周縁壁に最も近い液流層に乱流を引き起こし、その結果、周縁壁３への沈 澱物の付着が防止される。液体混合物から生成された重質分は、排出口部８を通 って分離チャンバ２から排出されるが、液体混合物から生成された重質分は、放 出口部７を通って分離チャンバ７から放出される。

図３には１本発明のハイドロサイクロンのもう１つ別の実施例が示されており、 この例では分離チャンバの周縁壁には、向かい合った２つのオフセット１４と１ ５がある。この場合１周縁壁は、各オフセットのすぐ上流の区画ＩＩ＋に沿って 平滑面を有し、しかも該区画目Ｉは、分離チャンバの円周の４分の１に沿って、 分離チャンバ内において実質的に一定の距離だけ中実軸１６から離れた位置にあ る。

図４および５に示されているハイドロサイクロンには、ハウジング１７５分離チ ャンバ１８、周縁壁１９、送入口部２０、重質分の放出口部２１および重質分の 排出口部２２があり、これらは、図１による上述のハイドロサイクロンにおける 対応する構成部品と同様な機能を有する１分離チャンバ１８は、異なる横断面積 を有する軸方向に連続して配列されている幾つかの円筒形チャンバ部分からなり 、しかも分離チャンバ１８の横断面積は、排出口部２２に向かって段階的に減少 している。隣接する各チャンバ部分２３の間には、分離チャンバ１８の円周方向 に延びている棚２４が形成されている。これらのチャンバ部分２３は、該チャン バ部分と平行に延びている仮想直線と接するように、向き付けられており、その 結果、仮想直線２５の位置にある棚２４には開路が生じる０円錐形周縁壁に比し て、円錐形チャンバ部分２３における周縁壁は、分離された重い粒子に、重質分 の排出口部２２から離れる方向に向かう力を生じさせない。

周縁壁１９におけるオフセット２６は、一定の横方向延長部を有し、分離チャン バ１８全体に沿って、軸方向に延びており、かつチャンバ部分２３に接する仮想 直線２５の正面に位置する。各チャンバ部分２３は、図２に示されている分離チ ャンバ２の横断面に原則として対応する横断面を有する。隣接する２つのチャン バ部分２３ａと２３ｂのうち、排出口部２２に近い一方は、他方のチャンバ部分 ２３の対応する横方向延長部分からオフセット２６の横方向延長部分だけ減じた 長さに等しい、前記仮想に線２５からオフセットまでの横方向延長部を有するよ うに、チャンバ部分２３は設計されている。その結果、オフセット２６の所の棚 ２４にも開路が形成されている１図４には、２つの隣接する棚が、符号２４ａと ２４ｂとして図示されており、それぞれは図５にも示されている。

図４および５のハイドロサイクロンの運転中に、分離された重い粒子は、棚２４ まで飛沫同伴され、チャンバ部分２３に接する仮想直線２３の所にある前記開路 を通り、かつオフセットの所にある前記開路を通って前記側を離れる。その他の 点については、図４に基づくハイドロサイクロンの機能は、図１に基づく上述の ハイドロサイクロンの機能と同様である。

已９旦 Ｆｉｇ遁

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．液体混合物を重質分と軽質分に分離するためのハイドロサイクロンであって 、しかも該ハイドロサイクロンは、周縁壁（３、１９）および対向する両端によ って細長い分離チャンバ（２、１８）を形成するハウジング（１、１７）と、ま た該分離チャンバの一方の端において液体混合物を接線に沿って該分離チャンバ に供給するための送入口部（６、２０）と、さらに該分離チヤンバの他方の端に おいて分液された重質分を該分離チヤンバから排出するための排出口部（８、２ ２）と、また分液軽質分を該分離チャンバから放出するための放出口部（７、２ １）と、さらにまた、送入口部を経由して該分離チャンバに液体混合物を送る供 給手段（９）と具備しており、運転中分離チヤンバ内において中央軸（１１）の 周りの螺旋流路（１０）に沿って液流が発生するように、該螺旋流路は送入口部 から前記重質分排出口部まで延びており、そしてさらに、周縁壁に沿いかっ前記 螺旋流路と交差して分離チャンバ内に延びている少なくともＩっの乱流生成部材 （１２、１６）をも具備しているハイドロサイクロンにおいて、 −分離チャンバ（２、１８）内の乱流生成部材（１２、２６）のすぐ上流で周縁 壁は、少なくとも分離チャンバ（２、１８）の円周の５分の１に沿って前記中央 軸（１１）からほぼ一定の距離にある周縁壁第１区画（Ｉ）に沿って、平滑面を 有すること、−乱流生成部材は、周縁壁（３、１９）のオフセット（１２、２６ ）により形成され、しかも該オフセットは、周縁壁の前記第１区画（Ｉ）から、 該第１区画（Ｉ）に比して中央軸（１１）からよリ離れた距離に位置する周縁壁 第２区画（Ｉｌ）まで、延びており、しかもこの第２区画（ＩＩ）は、前記潅流 の流動方向に向かって見て、オフセットから前方に向かって延びていることと、 そして、 −運転中前記液流がオフセット（１２、２６）を通るとき、該オフセットは、周 縁壁（３、１９）と液流との接触が実質的に緩和されるような形状と寸法を有し 、そのため、液流は前記中央軸（１１）に向かう実質的な流れ成分にならずに、 周縁壁に最も近い液流層に、乱流が作られること、 を特徴とする乱流生成手段を備えたハイドロサイクロン。
2. ２．前記第２区画（ＩＩ）は、分離チャンバ（２、１８）の円周の少なくとも５ 分の１に沿って延びており、また第２区画（ＩＩ）と中央軸（１１）との距離は 、前記液流の流動方向に向かって見て、分離チャンバ円周に沿ってオフセットか ら離れるに従って減じていることを特徴とする請求項１に記載のハイドロサイク ロン。
3. ３．前記液流の流動方向に向かって見て、第２区画（ＩＩ）の端末においては、 該第２区画ＩＩと中央柚（１１）との距離は第１区画（Ｉ）と中央軸との距離に 実質的に等しくなることを特徴とする請求項１に記載のハイドロサイクロン。
4. ４．周縁壁（３、１９）は、該周縁壁の第１区画（１）がオフセット（１２、２ ６）と境を接する所で鋭角な緑（１３）を形成することを特徴とする請求項１か ら３までのいずれか１項に記載のハイドロサイクロン。
5. ５．分離チヤンバ（２、１８）の横断面において、オフセット（１２、１６）の 横方向延長部は、周縁壁（３、１９）と中央軸（１１）との距離の１〜４０％で あることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のハイドロサイ クロン。
6. ６．オフセット（１２、２６）は、軸方向的分離チヤンバ（２、１８）に沿って 一定の横方向延長部を有していることを特徴とする請求項１から５までのいずれ か１項に記載のハイドロサイクロン。
7. ７．分離チャンバ（１８）は、軸方向に連続して配列されている幾つかの円筒形 チャンバ部分（２３）よリ成り、しかも該チヤンバ部分は、各分離チャンバの横 断面積が重質分の前記排出口部（２２）に近づくにつれ段階的に減少するように 、作られており、またチヤンバ部分（２３）は、該チャンバ部分と平行に延びて いる仮想直線と接しているハイドロサイクロンにおいて、各チャンバ部分（２３ ）内で、前記オフセット（２６）は、前記仮想直線（２５）の正面に位置するこ とを特徴とする請求項６に記載のハイドロサイクロン。
8. ８．２つの隣接するチャンバ部分（２３ａ、２３ｂ）のうち、重質分の前記排出 口部（２２）に近いチャンバ部分（２３ｂ）は、第２のチャンバ部分（２３ａ） の対応する横方向延長部分から最大限該オフセット（２６）の横方向延長部分だ け減じた長さに実質的に等しい、前記仮想直線（２５）からオフセット（２６） までの横方向延長部を有していることを特徴とする請求項的記載のハイドロサイ クロン。