JPS6082156A - 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】 に＝ｓリ、かっ内端において渦流室の外周部の一部に延
設したチャネルに連絡する供給路をもち、そして、該チ
ャネルによって徐々に内側に湾曲して渦流室の半径方向
に対称な壁部に一体化する渦巻形案内路を形成した小型
のハイドロサイクロンに関する。本発明はまたこの形式
のハイドロサイクロンを使用してでん粉を回収する方法
にも関する。

ハイドロサイクロンは、よく知られているように、全長
にわたって、あるいは全長の大部分にわたらてテーバ−
が設けられ、かつ広い端部に開口する供給路及び軸線方
向に対向する開口をもつ、半径方向に対称な室部分（こ
こでは渦流室と呼ぶ）から描図されている。供給路を介
して液体を加圧下連続供給すると、渦流室内に液体の渦
流が形成する。この渦流においては、１ｑ速度が渦流室
の内面から渦流の中心に向かって大きくなる。液体は渦
流室から軸線方向に対向する開口を介して排出される。

液体に固形粒子が混入している場合には、渦流室におけ
る粒子の運動は遠心力及び心力の双方によって支配され
、そして静止液体における粒子の沈降速度に応じて、広
い端部側にある排出口か、または頂部側の排出口を介し
て粒子がハイドロサイクロンから排出される。ハイドロ
サイクロンは数十年にわたって成分の異なる粒子を沈降
速度の異なる粒子部分に分離するために広く適用され、
そして満足のいく結果を得ている。

７〜１４鰭の範囲にある小型のハイドロサイクロンは王
にでん粉懸濁液を濃縮するために、特にたん白質粒子か
らでん粉を分離するために利用されている。例えば、イ
ギリス特許第７６６。

２９１号公報及び米国特許第２，６８９，８１０号公報
をみられたい。非常に小型なため、多数のハイドロサイ
クロンを個々に並列に連続して使用する。

また、これらハイドロサイクロンはプラスチック成形体
である。ハイドロサイクロンは１１６１々に成形できる
。あるいは、成形ブロックとこれのカバープレートを供
給路が共通の入口で連絡する種数のハイドロサイクロン
に成形することも可能である。

ハイドロサイクロンの開発初期や利用の初期段階におい
ては、ハイドロサイクロンの供給路は常に直線路で、そ
の外周の一部を渦流室の外周に対して接線方向に設けて
いた。このような設Ｈ士のために、渦流室内において望
しくないエネルギーロスが生じていた。というのは、接
線方向の供給流れと渦流室外周にそって回転する液体層
が衝突するため、乱流が生じるからである。このような
エネルギーロスのいかなるものもハイドロサイクロンの
性能に悪影響を及ほす。

なぜなら、効率の最大化のためには、供給流れｔ・ のエネルギーを可能な限り多く渦流中心付近にオｄいて
回転運動エネルギーに転換することが重安だからである
。この運動エネルギーの大きさｔよハイドロサイクロン
の分離作用に影響を与える最も重要なファクターであり
、事実ハイドロサイクロンから排出される直前の粒子の
回転速度が大きくなればなる程、分離効率が大きくなる
傾向がある。

以上の事実から、いわゆる「渦巻形」サイクロンが提案
された。即ち、本明細書の第１パラグラフで説明した、
供給流れと流体渦流の一体化をより遅くさせる渦巻形案
内路をもつハイドロサイクロンが提案された。

添付図面に小形の渦巻形サイクロンを図示する。第１図
はハイドロサイクロンの長手方向横断面である。このサ
イクロンは渦流室を形成する本体１とこれのカバ一部材
２からなる。図示を明瞭にするために、これら両部材は
離して図示しである。第２図は本体の平向図、そして第
５図はカバ一部材の平面図である。

本体１によって形成する渦流室は一端が短い円筒形部分
３と、そして渦流室の全長の大部分を占めると共に、先
端の排出口５まで延びる隣接テーバ一部分４とを有する
。成形本体の広い方の端部に凹部を形成し、その外側を
リム６によって区画する。このリム６は成形本体周辺上
で中断されている。この凹部の下部に、成形体の周辺か
ら渦流室の周縁方向に延長する溝７を設ける。この溝は
さらに渦流室の周辺の一部に帆びるラビット８内まで延
びている。その全長にわたって、ラビット８は渦流室を
放射状に内方に連絡している。このラビットの半径方向
の外側壁の後には渦巻路が秩き、この渦巻路は渦流室の
半径方向に対称な壁に向かって内方に次第にｎ曲し、９
の点で膜壁と一体化する。渦巻路の渦流室！ｌｌＩ線に
対する角度は約９０’である。

カバ一部２はリム６によって区画された凹部に嵌合する
。このように嵌合したとき、カバ一部が溝７の上部及び
ラビットを閉じるので、溝７がハイドロサイクロン供給
路になり、そしてラビット８が渦巻形案内チャネルにな
る。カバ一部は渦流室の円筒形断面に割り込んで、ハイ
ドロサイクロンの広い方の端部で軸方向排出口を形成す
る管状部からなるいわゆ・る［渦流検出手段（ｖｏｒｔ
ｅｘ　ｆｉｎｄｅｒ）　Ｊ　を有する。

渦巻形の存在により渦流速度がいっそう高速になり、従
ってでん粉粒子とグルテン粒子などの沈降速度が比較的
低い不溶性たん白質粒子との分離いっそう鋭くなる。一
方、より旧式のハイドロサイクロンに比べればまだ従来
の渦巻形ハイドロサイクロンには潜在的に長所があるが
、これを実現するためには、ハイドロサイクロン間の圧
力降下をかなり大きくする必要がるる。

現実にはこれは供給圧を高く維持することを意味する。

この高い供給圧が必要な理由は渦流内の回転速度が太き
くなると必然的に供給流れの流入に対する抵抗が増すか
らである。この場合に供給圧を高くしなければ、他の条
件を同じにしても、圧力に入力容量７秒をかけた値に等
しい人力エネルギーが低下し、従って渦流の臨界域の運
動エネルギー及びハイドロサイクロンの容皿処理能力が
低下する。

実際、従来の渦巻形ハイドロサイクロンへの供給圧はよ
り旧式の相当するハイドロサイクロンの場合に適用され
ていた供給圧より少なくとも３０％高くなければならな
いことが判った。

より詳細にいえば、現在でん粉の処理に適用されている
渦巻形ハイドロサイクロンは直径が（渦流室の広い方の
端部で測定）約１０鰭で、一般に６〜６．５バールの圧
力降下をもって操作されているが、より旧式のハイドロ
サイクロンを使用して同様な操作処理能力を達成するた
めには、３〜５８５バールの圧力降下を適用すればそれ
で十分である。

でん粉の処理においては、渦巻形ハイドロサイクロンに
よって可能になるより高い分離効率という重要な利点を
代償にすれは、供給圧は高い方がよい。事実、少なくと
も過去２０年間にわたって多くの国ででん粉の処理に渦
巻形ハイドロサイクロンが利用されてきた。ただし、数
年前からできる限りエネルギー消費量を抑える心安があ
ると広く認められてきた。公知の渦巻形ハイドロサイク
ロンを使用するさいに必要な人力エネルギーのコスト高
は非常に高い。例えば、９段のとうもろこしでん粉の洗
浄装置では、ＩＢ給圧をさらに６バール増すと、被処理
とりもろこし１トンにつき約５　ｋｗｈのエネルギーが
消費される。

本発明はハイドロサイクロンの径に対する供給路の動水
半径を大きくするだけの非常にｆｌｒ＋却な方法によっ
て、公知の渦巻形ノ・イド口゛す°イクロンの所要供給
エネルギー量を実質的に抑制できるという発見に基すい
ている。動水半径とは供給路の横断面積の横断面周四に
対する比を表わす。

従来、小型の渦巻形ハイドロサイクロンはその供給路の
一定動水半径がノ・イドロサイクロン径の５．８％未満
であった。事実、かなりの前からでん粉処理に適用され
る小型の渦巻形・・イドロザイクロンの寸法は規格化さ
れていた。これによれば、渦流室の径は一部１０闘で、
横断ｔ０１が均一な矩形状ある供給路の寸法は２．２　
Ｘ　２．２　ａｍである。円形断面でなく矩形断面を供
給路に選択適用した理由は成形による＃造が容易になる
からである。従って、これらハイドロサイクロンの動水
半径は約０．５５で、ノ・イドロサイクロン径の５．５
％である。動水半径／ハイドロサイクロン径の比をごく
わずかでも大きくすると、性ｔｉヒ特性がかなり低いエ
ネルギー消費量で従来の渦巻形ハイドロサイクロンで得
られる性能特性に少なくとも匹適するようになる。

本発明による小型の渦巻形ハイドロサイクロンは供給路
の動水半径または最小、動水半径の渦（ 流室の直径に対する比が５．７〜６．５゛Ｔ％の範囲に
あることを特徴とする。

一般に、供給路がその全長にそって均一な横断面（従っ
て一定の動水半径）を有しているのが好適であるが、供
給路にその全長または一部にわたっていずれかの方向に
テーパを付けることができる。後者の場合、それが渦流
室の直径に対して上記範囲内になければならない供給路
の最小動水半径である。

本発明を実施するために必要なハイドロサイクロンの寸
法規格が従来のものとごくわずかに変化しているに過ぎ
ないのに、本発明は省エネの（２）において著しくすぐ
れたものである。本発明によるハイドロサイクロンを用
いれは、従来からある小型の渦巻形ハイドロサイクロン
を使用した場合に可能な性能と同等以上の性能が得られ
るが、本発明のハイドロサイクロンははるかに低い供給
圧で操作できる。

小型の渦巻形ハイトロンは原則的にでん粉と不溶性グル
テンの懸濁液からなり、可溶性物質を含む原料からでん
粉を回収するために使用するものであり、分離は洗浄水
と向流関係で一連のハイドロサイクロン段に通すことに
よって行う。これらハイドロサイクロンの効率はこの目
的やほかの目的のために、所定の温度及び所定の圧力で
所定密度を有する所定の精製でん粉懸濁液をハイドロサ
イクロンに供給したときに、アンダーフロー（すなわち
ハイドロサイクロンの先端開口から排出される物質）の
操作処理能力及び組成を測定すればめることができる。

次に、１７℃で１２’　Ｂｅ’　（ボーメ度）の精製と
うもろこしでん粉の水性懸′Ｓｇをハイドロサイクロン
に供給した一連のテストにおける臨界性能データを示す
。ただし、テスト全部において同一の懸濁液を使用した
。テスト１及び２では、前述したように供給路の横断面
がほぼ２．２Ｘ２．２順の従来からある渦巻形ノ・イド
ロサイクロンを使用した。添付図面に示す／）イドロサ
イクロンはポリアミド６．６から成形した。ノ・イドロ
サイクロンのテーバ角は６″、アンダーフロー（先端）
排出開口の直径は２．５　ｍ　、そしてオーバーフロー
開口の直径は２．５Ｍである。供給路の寸法を除けば、
テスト３〜８の各々で使用したノ・イドロサイクロンは
テスト１及び２で使用したものと同じであった〇 テスト１（ハイドロサイクロン間の圧力降下４バール） 操作処理能力　２７０１／ｈｒ アンダ一７０−密度　１９．１’Ｂｅ アンターフロー中のでん粉の供給流し中のでん粉に対す
る割合　８１・４ テスト２（圧力降下６）（−ル） 操ａ　処ｉＭ　ｎｌＡ　力３２０　ｔ７’ｈｒアンｆ−
フｏ　−密度　１９．９３Ｂｅ’アンタ＝フロー中ので
ん粉の供給流れ中のでん粉に対する割合　８２・７％ 大半の用途では、低い供給圧力（４）（−ル）によって
達成される処理能力及びでん粉回収値は不十分であり、
その理由からノ・イドロサイクロ７　バ一般ＶＣ６〜６
．　ｓ　／＜−ルのより高い供給圧力範囲で操業されて
いる。

下記のテスト３及び４では、本発明によるノ１イドロサ
イクロンを使用した。使用したノ・イドロサイクロンの
矩形供給路の寸法は２．５×２．１１ＩＩ＋であった。

従って、供給路の動水半径の７％イト。

ロサイクロン径に対する比は５．７１　％であった。

性能データは次の通りであった。

テスト３（圧力降下４．５）（−ル） 操１ｋ　処理能力　５０５　ｌ／ｈｒ アンダーフロー密度　１９・１°Ｂｅ アンダーフロー中のでん粉の供給流れ甲のでん粉に対す
る割合　８７．６　％ テスト４（圧力降下６）（−ル） 操業処理能力　３５９１／ｈｒ アンダ一フロー密度　１９．８°Ｂｅ アンタークロー中のでん粉の供給流れ中のでん粉に対す
る１ＩＩ１合　８９４　％下記のテスト５及び６でも本
発明によるハイドロサイクロンを使用した。使用したハ
イドロサイクロンの矩形供給路の寸法は２．５　Ｘ　２
．２　ｍでめった。従って、供給路の動水半径のハイド
ロサイクロン径の割合は５．８５％でめった。性能デー
タは次の通りであった。

ムゑ」」（圧力降下４バール） 操業処理能力　、３２Ｍ辱 アンダー７０−密度　１９．０’Ｂｅ’ＬΔ」ノ（圧力
降下６バール） 操業処理能力　５５９４／ｈｒ アンダ一フロー密度　１９！４°Ｂｅ’アンターフロー
中のでん粉の供給流れ中のでん粉に対する割合　９４．
６　％ テクト６．４の結果とテスト１，２の結果との比較から
、動水半径／ハイドロサイクロンの径の比が５．７１％
のときでさえ、特に４バールの小さい圧力降下の場合に
も本発明の方が操業処理能力及びでん粉回収率において
有意味な改良を与える。

テスト５．６の場合のように動水半径／ハイドロサイク
ロン径の比が５．８５％とやや大きいハイドロサイクロ
ンを使用すると、より良好な結果が本発明により祷られ
る。４．５バール（テスト５）では、このような高いア
ンダーフロー密度において、４．５バールで所定のとう
もろこしでん粉懸渇液を従来の渦巻形ハイドロサイクロ
ンに供給するととＫよって達成できるレベルよりはるか
に高いレベルにでん粉回収率が達する。

また、テスト５の結果は６バールの供給圧力で従来のハ
イドロサイクロンを操業したときに段られる結果よりは
るかに良好である。

６５％までの範囲内において、動水半径のハイドロサイ
クロン径に対する比をさらに大きく取ると、性能が従来
のハイドロサイクロンよりも向上する。ただし、動水半
径を犬きくしても、他のファクターを変えなければ向上
はみられない。これは使用したハイドロサイクロンの横
断Ｉｔ＋ｊ寸法ｉ）：　２．８Ｘ２．２　ｍ　（ｉｖｌ
水半径０．６１６）であるテスト７．８から明らかであ
る。この場合の動水半径／ハイトロンサイクロン径の比
は６．１６％でるる。

テスト７（圧力降下４バール） 操業処理能力　５０１　ｖｈｒ アンダーフロー密度　１９．５１１Ｂｅアンダーフロー
中のでん粉の供給流れ中のでん粉に対する割合　８５．
７％ テスト８（圧力降トロバール） 操業処理能力　３５０４／ｈｒ アンダ一７０−密度　１９．９″Ｂｅ 各テストにおいて、でん粉回収率が対応するｔａｉ；圧
テスト５または６よりも低いが、それにかかわらず従来
のハイドロサイクロンを使用したテストにおけるよりも
かなり高い。

一般的にいえば、動水半径／ハイドロサイクロンの比が
５，８〜６，４％の範囲内にくるような（最小）動水半
径をもつ供給路を適用するのが好適である。

動水半径／ハイドロサイクロン径の比は６．５係以下に
すべきである。動水半径が余りにも太きいと、でん粉の
ハイドロサイクロン内における滞留時間が短かくなり過
ぎる。

ハイドロサイクロン径の５．７〜６．５％の範囲内にろ
る動水半径をもつ供給路を備えた渦巻形ハイドロサイク
ロンの使用によって得られる餞Ｂｒの大きさは、他の条
件が同じならば渦巻形案内路の長さに依存する。従来か
らある小型の崎巻形ハイドロサイクロンの渦巻形案内路
は約９０’の角度で渦流室に対している。テストから、
第２図の破線１１で示すように渦巻形案内路を伸ばすと
、本発明によるハイドロサイクロンの操業処理能力及び
でん粉回収率が向上する傾向を示すことが判る、本発明
によるハイドロサイクロンのうち所定のものでは、渦巻
形案内路は１００′以上の角度で（ハイドロサイクロン
の軸線Ｋ）対している。最適の実施態様では、渦巻形案
内路は１６０°〜２００′の範囲内にある角度で（ハイ
ドロサイクロンの軸組に）対している。テス）８におい
て使用したハイドロサイクロンの渦巻形案内路の角度を
例えば１８０’にすると、性能テークはいっそうすぐれ
たものになり、テストロのそれを上回る。このようによ
り大きな動水半径をもつ供給路も等しく有用である。比
較テストに使用した１０Ｍハイドロサイクロンだけでは
なく、直径が７〜１４酢の範囲内にある他の小型の渦巻
形ハイドロサイクロンにも、動水半径がハイドロサイク
ロン直径の５．７〜６．５％の範囲にある供給路をもつ
渦巻形ハイドロサイクロンを通用でき、操業処理■ヒカ
及びでん粉回収率が同上する。しかし、でん粉の回収と
いう主目的のためには、一般に上記範囲の上下限で定め
られる大きさのハイドロサイクロンは好ましくない。下
限では、ハイドロサイクロンの目詰り問題が生じ、一方
上限では、所要・供給圧が比較的高くなり、可能な最大
でん粉回収率が上記範囲内にある大きさをもつハイドロ
サイクロンを使用したときに得られる回収率よりかなり
低くなる。本発明の好適な実施態様では、ノ・イドロザ
イクロンの直径は８〜１２闘の範囲におる。

渦巻形ハイドロサイクロンの性能はある程度はテーパ角
、オーバーフロー及びアンダーフロー排出開口の大きさ
及び渦流室内に割り込む渦流検出手段の長さの影脣を受
ける。この事実は良く知られており、また従来からの小
型渦巻形ハイドロサイクロンを使用するさいに満足のい
く性能を得るための寸法適正値も良く知られている。こ
れら各種パラメータは本発明による渦巻形ハイドロサイ
クロンの性能に同様な影響をもち、そして当業者ならば
該寸法の適正値を容易に選択できるはずである。本発明
によるハイドロサイクロン（渦流室の直径７〜１４龍）
。

特にでん粉含有原料からでん粉を回収するために通用す
るハイドロサイクロンの前記寸法の最適値は次の通りで
ある。

テーバ角度　３〜１０’ アンダ一フロー開口の直径　２〜３闘 オ一バーフロー曲口の直径　２〜３朋 ハイドロサイクロンにおける原料の滞留時間が十分な分
離を保制するように渦流室の直径からテーバ角度を選択
する。本発明の好適外実施態様では、ハイドロサイクロ
ンの径は８〜１２ｊｌｌｌ＋　テロ　ル。最適なテーバ
角度は４〜８′である。

最適なアンダーフロー開口の直径は２．２〜２．５即で
、オーバーフロー開口の最適な範囲は２．３〜２７朋で
ある。

従来からの１０　ｍ　７７７４巻形ハイドロサイクロン
の渦＃ｌｔ検出手部の長さく該出段が渦流室に割込んで
いる距附）は約５．５鰭である。テストの結果、本発明
による渦流形ハイドロサイクロンでは、より長い渦流検
出手段を使用した方が有利であることが判った。長さが
２５〜８ｍの範囲にめる渦流検出手段を使用するのが好
適である。

渦流検出手段は渦流室内における回転に問題のある制動
作用を与える程長くないようにしなければならない。

本発明はまた液体媒体にでん粉が混入している原料を加
圧下ハイドロサイクロンに通すことによって該原料から
でん粉を回収するさいに、説明してきた本発明による小
型の渦巻形ハイドロサイクロンを使用することを特徴と
するでん粉の回収方法を提供するものである。

本発明によるでん粉の回収方法のいくつかの実施態様で
は、ハイドロサイクロン間の圧力降下は５バ一ル未満で
ある。テストから、５バール以下の圧力降下で操作した
ときでさえ、６バールの圧力降下で従来からのハイドロ
サイクロンを使用して得られる結果よりもすぐれた結果
を得ることができることが判った。５バ一ル以上の圧力
降下で本発明の方法を適用した場合には、処理能力及び
でん粉回収率の両者が向上する。処理能力が高いため、
従来からのハイドロサイクロンを使用する場合に必要な
数より少ない数のハイドロサイクロンによって所定ので
ん粉回収率を達成することができる。

テスト５においてハイドロサイクロン間の圧力降下を（
テスト１と同じ圧力降下の）４バールにする以外、テス
ト５の条件に従って試験した。得られた性能データを次
に示す。

操業処理能力　３００４／嘲Ｕ］ アンダ一フロー密度　１９．ＯＢｅ アンタ―フロー中のでん粉の供給流 れ中のでん粉に対する比　８ａ４　％ 以上から、従来からの渦巻形ハイドロサイクロンを同じ
圧力降下で使用したテスト１に比較してでん粉回収率が
向上したことが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のハイドロサイクロンを示すオｒｌｃｗ
ｔ面図、 第２図は該ハイドロサイクロンの本体部を示す正面図、
そして 第６図は該ハイドロサイクロンのカバ一部を示す正面図
である。 １・・・本体、２・・・カバ一部、５・・・先端排出口
、６・、、リム、７・・・溝、　８−・・ラビット特許
出願人代理人　飯　１）　伸　行　“−一一ノ Ｒｃ、２゜ Ｆｔｃ、Ｊ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１渦流室の最大直径が７〜１４目の範囲内にオリ、
   かつ供給路がその内端において該渦流室の周辺一部に延
   設したチャネルに連絡しているハイドロサイクロンであ
   って、該チャネルによって次第に内側に湾曲して該渦流
   室の半径方向に対称な壁部に一体化する渦巻形案内路を
   形成したハイドロサイクロンにおいて、 該供給路の動水半径または最小動水半径の該渦流室の直
   径に対する比７３Ｅ１．５．７〜６．５％の範囲ＶＣあ
   ることを％徴とするハイドロサイクロン。 （２）　上記比が５．８〜６．４％の範囲にるる特許請
   求の範囲第１項に記載のハイドロサイクロ／。 （３）　該渦巻形案内路の該渦流室の軸線に対する角度
   が１００’以上である特許請求の範囲第１項か第２項に
   記載のハイドロサイクロン。 １／１１　、ｉ玄曽へ處、（餉′Ｍ山畝小収渦疏常σ）
   　１１１＋繍ＩＦ　朝ナス角度が１６０ａ〜２００″の
   範囲内にある特許請求の範囲第６項に記載の方法。 （５）最大渦流室径が８〜１２鰭の範囲にある特許請求
   の範囲第１〜４項のいずれかに記載のノ・イドロサイク
   ロン。 １６１　テーバ角度が４〜８′である特許請求の範囲第
   ５項に記載のハイドロサイクロン。 （７）　アンダーフロー開口の直径が２．２〜２．５　
   ｗｎｘで、オーバーフロー開口の直径が２．３〜２．７
   ｗｎｈで必る特許請求の範囲第５項か第６項に記載のハ
   イドロサイクロン。 （８）渦流検出手段の長さが笑買的に５．５顔以上であ
   る特許請求の範囲第１〜７項のいずれかに記載のハイド
   ロサイクロン。 （９）液体媒体にでん粉か混入している原料をハイドロ
   サイクロンに通すことによって該ノ駈料がらでん粉を回
   収する方法において、 特許請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載のハイドロ
   サイクロンを使用することを特徴とするでん粉の回収方
   法。