JP4724894B2

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Publication number: JP4724894B2
Application number: JP30693999A
Authority: JP
Inventors: 健次鈴木; 敏雄中西; 恒夫阿部; 敬一三輪; 力吉本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001121038A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体分離装置、より詳しくは、固液、及び固気の混合流体から固体を効率的に分離できるようにした固体分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、食品等の有機産業廃棄物、パルプスラッジ、粗悪重質油、汚泥、酒粕等のような液に固体が懸濁した混合流体中の有害な有機物を分解したり、或いはこうした混合流体を有価物に転用するために、超臨界水或いは臨界水による水熱反応装置を用いて処理することが行われているが、このような水熱反応装置で固液の混合流体を処理する場合には、混合流体中の固体（主に無機物）が水熱反応装置を含む処理設備のバルブ等に噛み込まれたり、或いは固体が処理設備の内部に付着・堆積して閉塞を起こすことにより、運転が困難になるという問題があり、このような問題の発生を未然に防止するために、固液の混合流体から固体を分離する固体分離装置が用いられている。
【０００３】
一方、固体を粉砕して微粉を得る微粉製造設備、或いは粉塵等を分離してクリーンなガス（空気）を得るための設備等においては、固気の混合流体から固体を分離するための固体分離装置が用いられている。
【０００４】
固液の混合流体から固体を分離する方法としては、主に沈降式と遠心式が従来から知られている。
【０００５】
沈降式は、沈降槽に固液の混合流体を充填し、静置しておくことによって、固体と液体との比重差によって固体を沈降分離させる方法であり、又、遠心式は、例えばサイクロン式分離器のように固液の混合流体を旋回させて遠心力を与えることにより、液体と固体との比重差によって固体を分離する方法である。
【０００６】
固気の混合流体から固体を分離する方法としては、主にフィルター式と、遠心式が従来から知られている。
【０００７】
フィルター式は、固気の混合流体をフィルターに通してフィルターによって固体を捕捉する方法であり、又、遠心式は、例えばサイクロン式分離器のように固気の混合流体を旋回させて遠心力を与えることにより、気体と固体との比重差によって固体を分離する方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、固液の混合流体から沈降式にて固体を分離する際において、混合流体の粘度が高く、しかも液体と固体との比重差が小さい場合には、固液の分離に非常に長時間を要し、能率的な分離ができないという問題があり、しかも大型の沈降槽とそれを設置するための広大なスペースが必要になる問題がある。
【０００９】
又、固液の混合流体からサイクロン式分離器のような遠心式を用いて固体を分離する場合は、処理速度が大きく、混合流体の大量処理に適しているという利点がある反面、一般に遠心式で分離できる固体粒子の径は１０ミクロン前後が限度であり、これより小さい数ミクロン〜サブミクロンのような微粒の固体を分離することはできなかった。特に、遠心式の分離では、ある程度微粒も一旦は捕集できるが、機構的に再飛散してしまうという問題があるために、分離性能を余り高めることができなかった。
【００１０】
一方、固気の混合流体からフィルターを用いて固体を分離する場合は、フィルターの選定によって微粒の固体をも分離できる反面、フィルターが短時間で目詰まりを起こしてしまい、そのためにフィルターを逆洗によって機能回復させたり、或いはフィルターを新しいものと交換するといった作業が頻繁に必要であり、このために連続した分離作業ができないという問題がある。更に、フィルターが目詰まりを起こすと、圧損が大きくなって処理能力が低下し、このために安定した運転ができないという問題がある。
【００１１】
又、固気の混合流体から遠心式にて固体を分離する場合は、処理速度が大きく、混合流体の大量処理に適している反面、前記固液の混合流体を分離する場合と同様に、一般に遠心式で分離できる固体粒子の径は１０ミクロン前後が限度であり、これより小さい数ミクロン〜サブミクロンのような微粒の固体を分離することはできなかった。特に、遠心式の分離では、ある程度微粒も一旦は捕集できるが、機構的に再飛散してしまうという問題があるために、分離性能を余り高めることができなかった。
【００１２】
上記したように、従来、固液、及び固気の混合流体から固体を分離する際に、数ミクロン或いはそれ以下の微粒をも、効率的にしかも安定して分離することはできなかった。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術のもつ問題点を解決すべくなしたもので、固液、及び固気の混合流体から微粒の固体をも高能率に分離することができ、しかも捕集した固体が再飛散するのを防止して確実な分離ができるようにした固体分離装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上部に接線方向から接続された混合流体導入口を備え、下部に下方に向けて縮径する旋回加速部を備え、且つ軸中心上部に流体出口を備えたサイクロンと、
サイクロンの旋回加速部下端に接続されて鉛直下方に延びる多孔管と、
多孔管の外周を包囲して多孔管の細孔から遠心力により外方に排出される固体を受ける固体分離室を有し、該固体分離室の内部に流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材を有する遠心分離器と、
多孔管の下端に接続され多孔管内部を下降する旋回流が軸中心を通る上昇流に反転するように下方に向けて拡径された旋回減速部を有し、且つ該旋回減速部の下側に、前記混合流体が上昇流に反転する際に混合流体中より分離した固体を受けるための沈殿部を有する沈降分離器と、
前記旋回減速部の外側における前記固体分離室の下部に形成した固体取出室と、
を備えたことを特徴とする固体分離装置、に係るものである。
【００１５】
上記手段において、サイクロンの旋回加速部をテーパ多孔板により形成し、該テーパ多孔板の外周を包囲する固体分離室の内部に旋回止め部材を備えて加速部遠心分離器を構成してもよい。
【００１７】
上記本発明は、次のように作用する。
【００１８】
多孔管の外側に設けた遠心分離器と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる。
【００１９】
サイクロンの旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成し、テーパ多孔板の外側に加速部遠心分離器を構成したことにより、旋回加速部において外側に移動した固体がテーパ多孔板の細孔を通って外側に弾き飛ばされるようになるので、旋回加速部での二次流れの影響を無くして分離性能を高められる。
【００２０】
分離器内に旋回止め部材を設けて分離器内での流体の旋回を抑制するようにしたことにより、固体の落下分離作用を高められる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明の固体分離装置の一例を示したものであり、図１では超臨界水・水熱反応装置のような高温・高圧の固液の混合流体から固体を連続分離する場合を示している。
【００２３】
図１において、本体１の上部内側にサイクロン２を備えている。サイクロン２は、円筒状空間の上部に、図２のように接線方向から混合流体導入口３が接続されており、下部には下方に向けて縮径したテーパ状の旋回加速部４が形成されており、更に軸中心上部には流体出口２ａが設けられている。
【００２４】
サイクロン２の旋回加速部４の下端には、鉛直下方に延びる多孔管５が接続されている。多孔管５は、パンチングメタル等にて構成されていて多数の細孔６が形成されている。
【００２５】
多孔管５は、細孔６を通して固体を外側に移動させるためのものであり、固体の移動を容易にするために、多孔管５は薄板で構成することが好ましく、又、細孔６の形状は種々選定することができるが、図３に示すように旋回流の旋回方向に長い長穴になっていると固体が外側に移動し易いので好ましい。
【００２６】
多孔管５の外周には、多孔管５の細孔６から遠心力によって外方に排出される固体を回収するための遠心分離器７が設けられている。
【００２７】
多孔管５の下端には、下方に向かって拡径されたテーパ状の旋回減速部８が接続されており、該旋回減速部８の下部には混合流体中より分離した固体を受ける沈殿部８ａを備えた沈降分離器９が形成されている。
【００２８】
遠心分離器７は、図１、図４に示すように、多孔管５の外周面を所要の空間を隔てて包囲する固体分離室１０を備えており、該固体分離室１０の内部には、多孔管５の細孔６から外側に排出される流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材１１を備えている。旋回止め部材１１は、図４のように固体分離室１０の内面に放射状に固定され、且つ多孔管５との間に所要の隙間を隔てた幅の複数の板で構成することができる。この旋回止め部材１１は、図示の形状のものに限定されるものではなく、更に旋回止め部材１１は固体を下方に向かわせるように捻られていてもよい。
【００２９】
更に、多孔管５の下端における細孔６を有していない部分と固体分離室１０の内面との間には、図５に示すように、放射状の再飛散防止板１２が設けられており、該再飛散防止板１２の下部における旋回減速部８の外側位置には、固体取出室１３が形成されている。上記再飛散防止板１２は、固体取出室１３内の流体の変動を押えて安定させ得るものであれば、種々の形状のものを採用することができる。固体取出室１３の底部には固体取出口１４が備えられている。又、固体取出室１３底部の所要位置には、分離された固体を固体取出口１４に向かわせるための流体吹込口１５が備えられている。
【００３０】
図１に矢印で示すように、サイクロン２によって旋回された混合流体の旋回流は、多孔管５内を旋回しながら沈降分離器９の旋回減速部８の上端近傍まで下降した後、反転部１６で反転して軸中心を上昇して流体出口２ａに向かうようになっている。このように、旋回減速部８では旋回力が弱められ、しかも下降してきた混合流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって効果的に沈殿部８ａ内下部に分離されるようになる。沈降分離器９の下部には、テーパ部１７を介して固体取出口１８が形成されている。
【００３１】
又、サイクロン２の流体出口２ａに連通した流体管１９の途中には、清澄流体取出管２０が接続されている。清澄流体取出管２０の接続部より下流の流体管１９には、混合流体供給管２１が接続されており、混合流体は、水熱反応装置２２によって処理された後、ポンプ２３を介してサイクロン２の混合流体導入口３に導入されるようになっている。又、図１においては、ポンプ２３出口の混合流体の一部が配管２４、開閉弁２５を介して前記流体吹込口１５に導かれるようになっている。
【００３２】
固体取出口１４，１８の夫々には開閉弁２６が備えられている。更に、固体取出口１４の開閉弁２６の下流には、取出容器２７を介して下流開閉弁２８が備えられており、下流開閉弁２８を閉じて開閉弁２６を開け、開閉弁２５を開けて混合流体の一部を流体吹込口１５に供給することにより固体取出室１３の固体を取出容器２７に取り出し、その後開閉弁２５，２６を閉めて下流開閉弁２８を開けることにより、取出容器２７の固体を外部に排出できるようにしている。この方法によれば、本体１内部の圧力を保持した状態で、固体取出室１３内に分離された固体を間欠的に取り出すことができる。一方、上記した取出容器２７を備えることなく、固体取出口１４に絞り等を設けることにより、本体１内の圧力を保持しつつ固体取出室１３の固体を連続的に取り出すこともできる。
【００３３】
又、上記では固体取出室１３からの固体の取出しについて説明したが、沈降分離器９の固体取出口１８にも、前記と同様に取出容器２７を設けて固体を間欠的に取り出すようにしたり、或いは絞りを設けることにより固体を連続的に取り出すようにしてもよい。
【００３４】
図６は、前記流体管１９に対する清澄流体取出管２０の接続部の構成を示している。図６の例では、流体管１９の軸線に対して、流体の上流側（サイクロン２側）に、９０゜より小さい角度αで傾斜させて清澄流体取出管２０を接続している。これにより、流体管１９内を矢印方向に流動する流体中の微粒は慣性で直進しようとするため、清澄流体取出管２０には微粒の混入が極めて少ない清澄流体を取り出すことができる。このとき、図７、図８に示すように、流体管１９に対する清澄流体取出管２０の接続部の直上流位置にオリフィス２９を設けるようにすると、オリフィス２９によって流体の流速が高められ、微粒の慣性力が高められることにより、微粒が清澄流体取出管２０側に流出するのが更に減少し、清澄流体のみを取り出すことができるようになる。図中３０は、オリフィス２９上に堆積した固体を旋回流にて除去するために、流体管１９に接線方向から所定の流体を吹き込むようにしたオリフィス洗浄ノズルである。
【００３５】
以下に、上記図１に示した形態例の作用を説明する。
【００３６】
サイクロン２に対して接線方向に接続された混合流体導入口３から混合流体を導入すると、混合流体はサイクロン２の内部で矢印で示すように旋回流を形成する。更に、この旋回流は、サイクロン２下部のテーパ状に縮径された旋回加速部４によって旋回が加速され、多孔管５内部を旋回しながら下降し、沈降分離器９における旋回減速部８の上端近傍で旋回力が弱まり、反転部１６位置にて下降流から上昇流に反転し、軸中心を上昇して、サイクロン２の流体出口２ａから外部に排出される。
【００３７】
上記したように、サイクロン２によって旋回され、更に旋回加速部４によって旋回が加速された混合流体の固体は、遠心力の作用によって外側に移動し、多孔管５の細孔６から、遠心分離器７の固体分離室１０に流体の一部と共に弾き出されるようになる。この時、多孔管５の細孔６から固体分離室１０に排出される流体は、接線方向に排出されることになるために固体分離室１０内においても旋回しようとする。しかし、固体分離室１０の内部には旋回止め部材１１が設けられているので、固体分離室１０では旋回が防止され、これによって固体は固体分離室内を下方に落下し、分離される。
【００３８】
更に、遠心分離器７で分離された固体は再飛散防止板１２を通って固体取出室１３に落下し、固体取出口１４から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。この時、固体取出室１３の上部に設けた再飛散防止板１２によって、固体取出室１３内の流体は変動を押えられて安定するので、固体取出室１３に落下した微粒は再飛散することなく沈下し、よって固体を確実に分離することができる。
【００３９】
一方、上記遠心分離器７で分離されなかった固体を含む混合流体は、旋回減速部８の上部近傍で旋回力が弱められ、且つ下降してきた流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって沈殿部８ａ内を下降するようになり、これにより沈降分離器９によって微粒の固体も分離されるようになる。沈降分離器９で分離された固体は、下部のテーパ部１７を経て固体取出口１８に落下し、固体取出口１８から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００４０】
上記したように、多孔管５の外側に設けた遠心分離器７と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器９との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる。
【００４１】
図９は本発明の他の形態例を示したものである。図９の構成では、サイクロン２の旋回加速部４を、細孔３１ａを有するテーパ多孔板３１にて構成している。この場合の細孔３１ａも図３に示したような長穴としてもよい。
【００４２】
更に、テーパ多孔板３１の外周に、テーパ多孔板３１を包囲し且つ仕切板３２によって前記遠心分離器７の固体分離室１０と仕切られた固体分離室３３を形成し、更に固体分離室３３の内部に図１の旋回止め部材１１と同様の旋回止め部材３４を備えた加速部遠心分離器３５を構成している。加速部遠心分離器３５の底部には、開閉弁２６を備えた固体取出口３６が設けられている。尚、上記した構成以外は、図１の構成と同様であるので、説明は省略する。
【００４３】
図９の形態例によれば、サイクロン２の旋回加速部４における固体分離性を高めて、更に効果的な固体分離を行うことができる。
【００４４】
即ち、サイクロン２の内部では、図１、図９に示したような旋回流が形成されると同時に、図１０に示すように旋回加速部４の内面に沿って上下に循環する二次流れ３７が生じる。この二次流れ３７のために、遠心力で外側に移動した微粒が二次流れ３７に巻き込まれて循環し、微粒の一部が軸中心を上昇する上昇流に乗って流体出口２ａに流出してしまい、この問題がサイクロンを用いた場合に分離性能を大幅に高められない原因となっていた。
【００４５】
しかし、図９の装置によれば、サイクロン２の旋回加速部４をテーパ多孔板３１によって形成し、テーパ多孔板３１の外側に加速部遠心分離器３５を構成したので、旋回による遠心力によって外側に移動した固体は、図１０の二次流れ３７に乗って内側に戻ることなく、そのままテーパ多孔板３１の細孔３１ａを通って外側に排出されるので、従来の二次流れ３７によって分離性能が悪化するという問題を無くして高能率な固体分離を達成することができる。
【００４６】
図１１は、本発明の更に他の形態例を示している。図１１中、図１及び図９と同じ符号を付した部分は同一のものを表わしており詳細な説明は省略する。
【００４７】
本体１の内部に略円筒状の空間３８が形成されており、空間３８の上部にサイクロン２が構成されている。サイクロン２は、空間３８の上部に接線方向から接続された混合流体導入口３を有しており、混合流体導入口３の下部位置には、下方に向けて縮径した細孔３１ａを有するテーパ多孔板３１によって旋回加速部４が構成されており、且つ軸中心上部には流体出口２ａが備えられている。
【００４８】
旋回加速部４の下端外周部には、空間３８の外周部を上下に仕切る仕切板３９が設けられている。
【００４９】
仕切板３９上側の空間３８内面には、図９と同様の旋回止め部材３４が設けられており、更に、テーパ多孔板３１の細孔３１ａから遠心力によって外方に排出される固体を受けるようにした加速部遠心分離器３５が構成されている。
【００５０】
仕切板３９下側の空間３８内面には、放射状の旋回止め部材４１を備えることとにより沈降分離器４２を構成している。
【００５１】
図１１の形態例によれば、サイクロン２によって旋回され、テーパ多孔板３１による旋回加速部４にて加速された混合流体の旋回流は、矢印で示すように、沈降分離器４２の上端近傍まで下降した後、反転部１６で反転して軸中心を上昇して流体出口２ａに向かう。
【００５２】
この時、サイクロン２の旋回流による遠心力によって外側に移動した固体は、図１０に示した二次流れ３７に乗って内側に戻ることなく、そのままテーパ多孔板３１の細孔３１ａを通って外側の加速部遠心分離器３５に弾き出されるようになる。従って、従来のように二次流れ３７によって分離性能が悪化する問題を無くすことができて、高能率な固体分離を達成することができる。加速部遠心分離器３５に排出された固体は旋回止め部材４１により旋回が押えられていることにより安定して下部に落下し、固体取出口３６から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００５３】
一方、上記加速部遠心分離器３５で分離されなかった固体を含む流体は、沈降分離器４２の上端近傍で旋回力が弱められ、且つ下降してきた流体が反転部１６で反転して上昇することにより、流体と共に下降してきた微粒の固体が慣性と自重とによって沈降分離器４２内を下降するようになり、これによって沈降分離器４２では微粒の固体も分離できるようになる。沈降分離器４２で分離された固体は、下部のテーパ部１７により固体取出口１８に落下して、固体取出口１８から間欠的に、又は連続的に外部に取り出される。
【００５４】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、図示例では固液混合液体からの固体の分離について説明したが、固気混合流体からの固体の分離にも適用できること、固体を分離する混合流体の圧力は種々の圧力の場合でも実施できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔管の外側に設けた遠心分離器と、混合流体の流動方向の反転を利用した沈降分離器との組み合わせにより、混合流体の固体を数ミクロン〜サブミクロンの微粒まで、安定して連続且つ高能率に分離することができる効果がある。
【００５６】
サイクロンの旋回加速部を、下方に向けて縮径したテーパ多孔板により形成し、テーパ多孔板の外側に加速部遠心分離器を構成したことにより、旋回加速部において外側に移動した固体がテーパ多孔板の細孔を通って外側に弾き飛ばされるようになるので、旋回加速部での二次流れの影響を無くして分離性能を高められる効果がある。
【００５７】
分離器内に旋回止め部材を設けて分離器内での流体の旋回を抑制するようにしたことにより、固体の落下分離作用を高められる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体分離装置の形態の一例を示す切断側面図である。
【図２】図１のＩＩ方向矢視図である。
【図３】多孔管の細孔の形状例を示す部分側面図である。
【図４】図１のＩＶ方向矢視図である。
【図５】図１のＶ方向矢視図である。
【図６】流体管に対する清澄流体取出管の接続部の構成例を示す切断側面図である。
【図７】流体管に対する清澄流体取出管の接続部の他の構成例を示す切断側面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ方向矢視図である。
【図９】本発明の固体分離装置の他の形態例を示す切断側面図である。
【図１０】サイクロンにおける二次流れを説明するための概略図である。
【図１１】本発明の固体分離装置の更に他の形態例を示す切断側面図である。
【符号の説明】
２サイクロン
２ａ流体出口
３混合流体導入口
４旋回加速部
５多孔管
６細孔
７遠心分離器
８旋回減速部
８ａ沈殿部
９沈降分離器
１０固体分離室
１１旋回止め部材
１２再飛散防止板
１３固体取出室
１６反転部
３１テーパ多孔板
３１ａ細孔
３３固体分離室
３４旋回止め部材
３５加速部遠心分離器
３８空間
３９仕切板
４１旋回止め部材
４２沈降分離器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid separator, and more particularly, to a solid separator capable of efficiently separating a solid from a solid-liquid and solid-gas mixed fluid.
[0002]
[Prior art]
In recent years, harmful organic substances in mixed fluids in which solids are suspended in liquids such as organic industrial waste such as food, pulp sludge, crude heavy oil, sludge, and sake lees are decomposed, or such mixed fluids are valuable. In order to divert to a product, supercritical water or a hydrothermal reactor with critical water is used for processing, but when processing a solid-liquid mixed fluid with such a hydrothermal reactor, The solid fluid (mainly inorganic substance) in the mixed fluid is caught in the valve of the processing equipment including the hydrothermal reactor, or the solid adheres to and accumulates inside the processing equipment, causing the operation to be blocked. In order to prevent such a problem from occurring, a solid separation device that separates a solid from a solid-liquid mixed fluid is used.
[0003]
On the other hand, in a fine powder production facility that pulverizes a solid to obtain a fine powder, or a facility that separates dust and the like to obtain a clean gas (air), a solid separation for separating a solid from a solid-gas mixed fluid The device is used.
[0004]
As a method for separating a solid from a solid-liquid mixed fluid, a sedimentation method and a centrifugal method are conventionally known.
[0005]
The sedimentation method is a method in which a solid is mixed with a liquid mixture in a sedimentation tank and allowed to stand, whereby the solid is settled and separated by the specific gravity difference between the solid and the liquid. The centrifugal method is, for example, a cyclone method. This is a method of separating a solid by a specific gravity difference between a liquid and a solid by swirling a solid-liquid mixed fluid and applying a centrifugal force like a separator.
[0006]
As a method for separating a solid from a solid-gas mixed fluid, a filter type and a centrifugal type are conventionally known.
[0007]
The filter type is a method in which a solid-gas mixed fluid is passed through a filter and the solid is captured by the filter, and the centrifugal type is a method in which a solid-gas mixed fluid is swirled, for example, as in a cyclone separator to generate centrifugal force. In this method, the solid is separated by the difference in specific gravity between the gas and the solid.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when solids are separated from solid-liquid mixed fluids by sedimentation, if the mixed fluid has a high viscosity and the specific gravity difference between the liquid and the solid is small, it takes a very long time to separate the solid and liquid. In other words, there is a problem that efficient separation is not possible, and there is a problem that a large sedimentation tank and a large space for installing it are required.
[0009]
In addition, when solids are separated from a solid-liquid mixed fluid using a centrifugal method such as a cyclonic separator, there is an advantage that the processing speed is high and it is suitable for mass processing of mixed fluids. The size of the solid particles that can be separated by the method is limited to around 10 microns, and it was not possible to separate fine solids such as several microns to submicrons smaller than this. In particular, in the centrifugal separation, although a certain amount of fine particles can be collected once, there is a problem in that they are re-scattered mechanically, so that the separation performance cannot be improved so much.
[0010]
On the other hand, when using a filter to separate solids from a solid-gas mixed fluid, fine solids can be separated by selecting the filter, but the filter clogs in a short time, and the filter is backwashed. Therefore, there is a problem in that it is frequently necessary to restore the function or to replace the filter with a new one, and therefore, continuous separation work cannot be performed. Further, when the filter is clogged, the pressure loss becomes large and the processing capacity is lowered, which causes a problem that stable operation cannot be performed.
[0011]
Also, when separating solids from solid-gas mixed fluids by centrifugal method, the processing speed is high and suitable for mass processing of mixed fluids, but in general, as with separating solid-liquid mixed fluids in general, The diameter of solid particles that can be separated by a centrifugal method is limited to around 10 microns, and fine solids such as several microns to submicrons smaller than this could not be separated. In particular, in the centrifugal separation, although a certain amount of fine particles can be collected once, there is a problem in that they are re-scattered mechanically, so that the separation performance cannot be improved so much.
[0012]
As described above, conventionally, when a solid is separated from a solid-liquid and solid-gas mixed fluid, it has been impossible to efficiently and stably separate fine particles of several microns or less.
[0013]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and it is possible to efficiently separate fine solids from solid-liquid and solid-gas mixed fluids. It is an object of the present invention to provide a solid separation device that prevents re-scattering and enables reliable separation.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a cyclone having a mixed fluid introduction port connected to the upper part from the tangential direction, a swirl acceleration unit that reduces the diameter downward at the lower part, and a fluid outlet at the upper center of the shaft;
A perforated tube connected to the lower end of the turning acceleration portion of the cyclone and extending vertically downward;
Asolid separation chamber that surrounds the outer periphery ofthe perforated tube and receives solids discharged outward from the pores of the perforated tube by centrifugal force; A centrifugehaving a detent member for movement ;
A swirl reduction part connectedto the lower end ofthe perforated pipe and having adiameter expanded downward so that the swirling flow descending inside the perforated pipe is reversed to the ascending flow passing through the axial center, andbelow the swirl reduction part Anda sedimentation separatorhaving a sedimentation part for receiving solids separated from the mixed fluidwhen the mixed fluidis reversed into an upward flow ;
A solid take-out chamber formed in a lower portion of the solid separation chamber outside the swirl reduction unit;
The present invention relates to a solid separation device comprising:
[0015]
In the above means, a turning acceleration of the cyclone is formed by a tapered perforated plate,but it may also constitute the tapered perforated plate solid separation chamber of the accelerating portion centrifuge equipped with internal pivot stop member that surrounds the outer periphery of the .
[0017]
The present invention operates as follows.
[0018]
The combination of a centrifugal separator provided outside the perforated tube and a sedimentation separator that utilizes the reversal of the flow direction of the mixed fluid allows the solid of the mixed fluid to be continuously, continuously and high, from a few microns to sub-micron particles. It can be separated efficiently.
[0019]
The cyclone swirl acceleration part is formed by a tapered perforated plate with a diameter reduced downward, and an accelerator centrifuge is constructed outside the taper perforated plate. Since it is blown off through the pores of the plate, the influence of the secondary flow in the swirl acceleration portion can be eliminated and the separation performance can be improved.
[0020]
By providing a swirling stop member in the separator to suppress the swirling of the fluid in the separator, the action of separating and dropping the solid can be enhanced.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows an example of a solid state separation apparatus according to the present invention. FIG. 1 shows a case where solids are continuously separated from a mixed liquid of high temperature and high pressure such as a supercritical water / hydrothermal reactor. ing.
[0023]
In FIG. 1, acyclone 2 is provided inside an upper portion of amain body 1. As shown in FIG. 2, thecyclone 2 has a mixedfluid introduction port 3 connected from the tangential direction to the upper part of the cylindrical space, and a taperedturning acceleration part 4 having a diameter reduced downwardly. Furthermore, afluid outlet 2a is provided at the upper center of the shaft.
[0024]
Aporous tube 5 extending vertically downward is connected to the lower end of the turningacceleration unit 4 of thecyclone 2. Theporous tube 5 is made of a punching metal or the like and has a large number ofpores 6 formed therein.
[0025]
Theperforated tube 5 is for moving the solid to the outside through thepores 6. In order to facilitate the movement of the solid, theperforated tube 5 is preferably made of a thin plate, and the shape of thepore 6 Can be selected in various ways, but as shown in FIG. 3, it is preferable to form a long hole in the swirling direction of the swirling flow because the solid easily moves outward.
[0026]
On the outer periphery of theporous tube 5, acentrifuge 7 is provided for recovering solids discharged outward from thepores 6 of theporous tube 5 by centrifugal force.
[0027]
The lower end of theperforated pipe 5 is connected to a tapered swirlspeed reducing portion 8 whose diameter is expanded downward, and a lower portion of the swirlspeed reducing portion 8 is aprecipitation portion 8a for receiving solid separated from the mixed fluid. Is formed.
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 4, thecentrifuge 7 includes asolid separation chamber 10 that surrounds the outer peripheral surface of theperforated tube 5 with a predetermined space therebetween, and inside thesolid separation chamber 10, A swirlingstop member 11 is provided for stopping swirling of the fluid discharged to the outside from thepores 6 of theporous tube 5 and moving the solid downward. As shown in FIG. 4, theanti-swivel member 11 can be configured by a plurality of plates that are fixed radially to the inner surface of thesolid separation chamber 10 and that have a width spaced from theperforated tube 5. Theanti-rotation member 11 is not limited to the shape shown in the figure, and theanti-rotation member 11 may be twisted so that the solid is directed downward.
[0029]
Furthermore, a radialre-scattering prevention plate 12 is provided between the portion of the lower end of theporous tube 5 that does not have thepores 6 and the inner surface of thesolid separation chamber 10, as shown in FIG. A solid take-outchamber 13 is formed at a position outside the swivelspeed reducing portion 8 below there-scattering prevention plate 12. There-scattering prevention plate 12 may be of various shapes as long as it can stabilize the fluctuation of the fluid in the solid take-outchamber 13 and can stabilize it. Asolid outlet 14 is provided at the bottom of thesolid extraction chamber 13. In addition, afluid blowing port 15 for directing the separated solid toward thesolid outlet 14 is provided at a required position at the bottom of thesolid outlet chamber 13.
[0030]
As indicated by arrows in FIG. 1, the swirling flow of the mixed fluid swirled by thecyclone 2 descends to the vicinity of the upper end of the swirlspeed reducing unit 8 of thesedimentation separator 9 while swirling in theporous tube 5, and then the reversingunit 16. And the axis center is raised and headed toward thefluid outlet 2a. In this way, the turning force is weakened in the turningspeed reduction unit 8, and the mixed fluid that has descended is reversed and raised by the reversingunit 16, so that the fine solid that has fallen with the fluid is effective due to inertia and its own weight. Then, it is separated into the lower part in theprecipitation part 8a. Asolid outlet 18 is formed in the lower part of thesedimentation separator 9 via a taperedportion 17.
[0031]
A clarified fluid take-outpipe 20 is connected to the middle of thefluid pipe 19 communicating with thefluid outlet 2a of thecyclone 2. A mixedfluid supply pipe 21 is connected to thefluid pipe 19 downstream from the connection portion of the clarified fluid take-outpipe 20, and the mixed fluid is processed by thehydrothermal reaction device 22 and then thecyclone 2 through thepump 23. The mixedfluid introduction port 3 is introduced. In FIG. 1, a part of the mixed fluid at the outlet of thepump 23 is led to thefluid inlet 15 through apipe 24 and an on-offvalve 25.
[0032]
Each of thesolid outlets 14 and 18 is provided with an on-offvalve 26. Further, a downstream on-offvalve 28 is provided downstream of the on-offvalve 26 of thesolid outlet 14 via a take-outcontainer 27. The downstream on-offvalve 28 is closed, the on-offvalve 26 is opened, and the on-offvalve 25 is opened. By supplying a part of the mixed fluid to thefluid inlet 15, the solid in the solid take-outchamber 13 is taken out into the take-outcontainer 27, and then the on-offvalves 25 and 26 are closed and the downstream on-offvalve 28 is opened, Solids can be discharged to the outside. According to this method, it is possible to intermittently take out the solid separated into the solid take-outchamber 13 while maintaining the pressure inside themain body 1. On the other hand, by providing a throttle or the like at thesolid outlet 14 without providing the above-describedextraction container 27, the solid in thesolid extraction chamber 13 can be continuously extracted while maintaining the pressure in themain body 1.
[0033]
In the above description, the extraction of the solid from thesolid extraction chamber 13 has been described, but thesolid outlet 18 of the settlingseparator 9 is also provided with anextraction container 27 in the same manner as described above, so that the solid can be intermittently extracted. Or you may make it take out solid continuously by providing an aperture_diaphragm | restriction.
[0034]
FIG. 6 shows the configuration of the connecting portion of the clarified fluid take-outpipe 20 with respect to thefluid pipe 19. In the example of FIG. 6, the clarified fluid take-outpipe 20 is connected to the axis of thefluid pipe 19 at an angle α smaller than 90 ° on the upstream side of the fluid (thecyclone 2 side). Thereby, since the fine particles in the fluid flowing in the direction of the arrow in thefluid pipe 19 tend to go straight by inertia, it is possible to take out the clarified fluid in the clarified fluid take-outpipe 20 with very little mixing of the fine particles. At this time, as shown in FIGS. 7 and 8, if theorifice 29 is provided at a position immediately upstream of the connection portion of the clarified fluid take-outpipe 20 with respect to thefluid pipe 19, the flow velocity of the fluid is increased by theorifice 29, By increasing the inertial force, the amount of fine particles flowing out toward the clarified fluid take-outpipe 20 is further reduced, and only the clarified fluid can be taken out. In the figure,reference numeral 30 denotes an orifice cleaning nozzle in which a predetermined fluid is blown into thefluid pipe 19 from the tangential direction in order to remove the solid deposited on theorifice 29 by a swirling flow.
[0035]
Hereinafter, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
[0036]
When the mixed fluid is introduced from the mixedfluid introduction port 3 connected in a tangential direction to thecyclone 2, the mixed fluid forms a swirling flow as indicated by an arrow inside thecyclone 2. Further, the swirl flow is accelerated by theswirl accelerating unit 4 having a tapered diameter at the lower part of thecyclone 2, descends while swirling inside theporous tube 5, and the upper end of theswirl decelerating unit 8 in thesedimentation separator 9. In the vicinity, the turning force weakens, reverses from the downward flow to the upward flow at the reversingportion 16 position, rises in the center of the shaft, and is discharged outside from thefluid outlet 2a of thecyclone 2.
[0037]
As described above, the solid of the mixed fluid swirled by thecyclone 2 and further swung by theswirl accelerating unit 4 is moved to the outside by the action of centrifugal force, and is separated from thepore 6 of theperforated tube 5 from the centrifuge. 7 is separated from thesolid separation chamber 10 together with a part of the fluid. At this time, the fluid discharged from thepores 6 of theperforated pipe 5 to thesolid separation chamber 10 is discharged in the tangential direction, and therefore tends to swivel in thesolid separation chamber 10. However, since theanti-rotation member 11 is provided inside thesolid separation chamber 10, the rotation is prevented in thesolid separation chamber 10, whereby the solid falls downward in the solid separation chamber and is separated.
[0038]
Further, the solid separated by thecentrifuge 7 falls into the solid take-outchamber 13 through there-scattering prevention plate 12 and is taken out from the solid take-outport 14 intermittently or continuously. At this time, the fluid in the solid take-outchamber 13 is stabilized by there-scattering prevention plate 12 provided at the upper part of the solid take-outchamber 13, so that the fine particles dropped in the solid take-outchamber 13 do not re-scatter. Settling down, so that solids can be reliably separated.
[0039]
On the other hand, the mixed fluid containing the solid that has not been separated by thecentrifugal separator 7 has a swirl force weakened in the vicinity of the upper portion of theswirl reduction unit 8, and the descending fluid is reversed and raised by the reversingunit 16. The fine solid descending together with the fluid descends in the settlingportion 8a due to inertia and its own weight, so that the fine solid is also separated by the settlingseparator 9. The solid separated by thesedimentation separator 9 falls to thesolid outlet 18 through the lower taperedportion 17 and is taken out from thesolid outlet 18 intermittently or continuously.
[0040]
As described above, by combining thecentrifugal separator 7 provided outside theperforated tube 5 and thesedimentation separator 9 utilizing the reversal of the flow direction of the mixed fluid, the solid of the mixed fluid is made into fine particles of several microns to submicron. Can be separated stably and continuously with high efficiency.
[0041]
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In the configuration of FIG. 9, the turningacceleration portion 4 of thecyclone 2 is configured by a taperedperforated plate 31 havingpores 31 a. Thepore 31a in this case may also be a long hole as shown in FIG.
[0042]
Further, on the outer periphery of the taperedperforated plate 31, asolid separation chamber 33 surrounding the taperedperforated plate 31 and partitioned from thesolid separation chamber 10 of thecentrifuge 7 by thepartition plate 32 is formed. An acceleratingportion centrifuge 35 having arotation stop member 34 similar to therotation stop member 11 of FIG. Asolid outlet 36 having an on-offvalve 26 is provided at the bottom of theacceleration unit centrifuge 35. Except for the configuration described above, the configuration is the same as that of FIG.
[0043]
According to the embodiment shown in FIG. 9, it is possible to improve solid separation in the turningacceleration unit 4 of thecyclone 2 and perform more effective solid separation.
[0044]
That is, in thecyclone 2, a swirl flow as shown in FIGS. 1 and 9 is formed, and at the same time, asecondary flow 37 that circulates up and down along the inner surface of theswirl acceleration unit 4 as shown in FIG. Occurs. Due to thesecondary flow 37, the fine particles that have moved outward by centrifugal force are circulated by being entangled in thesecondary flow 37, and some of the fine particles ride on the upward flow rising up the axial center and flow out to thefluid outlet 2a. This problem has caused the separation performance to not be significantly improved when a cyclone is used.
[0045]
However, according to the apparatus of FIG. 9, the turningacceleration part 4 of thecyclone 2 is formed by the taperedperforated plate 31 and theacceleration part centrifuge 35 is configured outside the taperedperforated plate 31. Since the solid that has moved to is discharged to the outside through thepores 31a of the taperedperforated plate 31 without going back on the inner side in thesecondary flow 37 of FIG. 10, the separation performance is improved by the conventionalsecondary flow 37. It is possible to achieve high-efficiency solid separation without the problem of deterioration.
[0046]
FIG. 11 shows still another embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 9 represent the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
[0047]
A substantiallycylindrical space 38 is formed inside themain body 1, and thecyclone 2 is formed above thespace 38. Thecyclone 2 has a mixedfluid introduction port 3 connected to the upper portion of thespace 38 from the tangential direction, and a tapered portion having apore 31a whose diameter is reduced downward at a lower position of the mixedfluid introduction port 3. Theperforated plate 31 constitutes the turningacceleration part 4 and afluid outlet 2a is provided at the upper center of the shaft.
[0048]
Apartition plate 39 that divides the outer periphery of thespace 38 in the vertical direction is provided on the outer periphery of the lower end of the turningacceleration unit 4.
[0049]
9 is provided on the inner surface of thespace 38 above thepartition plate 39 so as to receive solids discharged outward from thepores 31a of the taperedperforated plate 31 by centrifugal force. Theacceleration part centrifuge 35 made into this is comprised.
[0050]
The inner surface of thespace 38 below thepartition plate 39 is provided with a radial turningstop member 41 to constitute asedimentation separator 42.
[0051]
11, the swirl flow of the mixed fluid swirled by thecyclone 2 and accelerated by theswirl accelerating unit 4 by the taperedperforated plate 31 reaches the vicinity of the upper end of thesedimentation separator 42 as indicated by an arrow. After descending, it is reversed by the reversingunit 16 to move up the axis center and head toward thefluid outlet 2a.
[0052]
At this time, the solid moved to the outside by the centrifugal force due to the swirling flow of thecyclone 2 does not return to the inside by riding on thesecondary flow 37 shown in FIG. The acceleratingunit centrifuge 35 is repelled. Therefore, the problem that the separation performance deteriorates due to thesecondary flow 37 as in the conventional case can be eliminated, and highly efficient solid separation can be achieved. The solid discharged to the acceleratingunit centrifuge 35 stably falls to the lower part due to the rotation being suppressed by therotation stop member 41 and is taken out from thesolid outlet 36 intermittently or continuously to the outside. .
[0053]
On the other hand, the fluid containing solids not separated by the acceleratingunit centrifuge 35 has its swirling force weakened near the upper end of thesedimentation separator 42, and the descending fluid is reversed by the reversingunit 16 and rises. As a result, the fine solids descending together with the fluid descend in thesedimentation separator 42 due to inertia and dead weight, and thesedimentation separator 42 can also separate the fine solids. The solid separated by thesedimentation separator 42 falls to thesolid outlet 18 by the lower taperedportion 17 and is taken out from thesolid outlet 18 intermittently or continuously.
[0054]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In the illustrated example, the solid separation from the solid-liquid mixed liquid has been described. However, the present invention can also be applied to the separation of the solid from the solid-gas mixed fluid. It goes without saying that the pressure of the mixed fluid to be separated can be implemented even at various pressures, and that various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, the combination of a centrifugal separator provided outside the perforated tube and a sedimentation separator that utilizes reversal of the flow direction of the mixed fluid allows the solids of the mixed fluid to be submicron to several micron to submicron particles, There exists an effect which can isolate | separate stably and continuously and highly efficiently.
[0056]
The cyclone swirl acceleration part is formed by a tapered perforated plate with a diameter reduced downward, and an accelerator centrifuge is constructed outside the taper perforated plate. Since it is blown out through the pores of the plate, there is an effect that the separation performance can be improved by eliminating the influence of the secondary flow in the turning acceleration portion.
[0057]
By providing a swirling stop member in the separator to suppress the swirling of the fluid in the separator, there is an effect of enhancing the falling and separating action of the solid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cut side view showing an example of a form of a solid separation device of the present invention.
FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow II in FIG.
FIG. 3 is a partial side view showing a shape example of pores of a porous tube.
4 is a view taken in the direction of the arrow IV in FIG.
FIG. 5 is a view in the direction of the arrow V in FIG. 1;
FIG. 6 is a cut side view showing a configuration example of a connection portion of a clarified fluid take-out pipe with respect to a fluid pipe.
FIG. 7 is a cut-away side view showing another configuration example of the connection portion of the clarified fluid take-out pipe with respect to the fluid pipe.
8 is a view taken in the direction of arrow VIII in FIG.
FIG. 9 is a cut side view showing another embodiment of the solid separation device of the present invention.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a secondary flow in a cyclone.
FIG. 11 is a cut side view showing still another embodiment of the solid separation device of the present invention.
[Explanation of symbols]
2Cyclone2a Fluid outlet 3 Mixedfluid introduction port 4Swivel acceleration part 5Porous tube 6Pore 7Centrifugal separator 8Swivel reduction part8a Sedimentation part 9Sedimentation separator 10Solid separation chamber 11Swivel prevention member 12Re-scattering prevention plate 13Solid Extraction chamber 16 Reversingportion 31 Taperedporous plate31a Fine pore 33Solid separation chamber 34Anti-rotation member 35 Acceleration portioncentrifugal separator 38Space 39Partition plate 41Anti-rotation member 42 Sedimentation separator

Claims

Translated fromJapanese

上部に接線方向から接続された混合流体導入口を備え、下部に下方に向けて縮径する旋回加速部を備え、且つ軸中心上部に流体出口を備えたサイクロンと、
サイクロンの旋回加速部下端に接続されて鉛直下方に延びる多孔管と、
多孔管の外周を包囲して多孔管の細孔から遠心力により外方に排出される固体を受ける固体分離室を有し、該固体分離室の内部に流体の旋回を止めて固体を下方に移動させるための旋回止め部材を有する遠心分離器と、
多孔管の下端に接続され多孔管内部を下降する旋回流が軸中心を通る上昇流に反転するように下方に向けて拡径された旋回減速部を有し、且つ該旋回減速部の下側に、前記混合流体が上昇流に反転する際に混合流体中より分離した固体を受けるための沈殿部を有する沈降分離器と、
前記旋回減速部の外側における前記固体分離室の下部に形成した固体取出室と、
を備えたことを特徴とする固体分離装置。A cyclone having a mixed fluid inlet connected to the upper part from the tangential direction, a swirl accelerating part having a diameter reduced downward at the lower part, and a fluid outlet at the upper part of the shaft center;
A perforated tube connected to the lower end of the turning acceleration portion of the cyclone and extending vertically downward;
Asolid separation chamber that surrounds the outer periphery ofthe perforated tube and receives solids discharged outward from the pores of the perforated tube by centrifugal force; A centrifugehaving a detent member for movement ;
A swirl reduction part connectedto the lower end ofthe perforated pipe and having adiameter expanded downward so that the swirling flow descending inside the perforated pipe is reversed to the ascending flow passing through the axial center, andbelow the swirl reduction part Anda sedimentation separatorhaving a sedimentation part for receiving solids separated from the mixed fluidwhen the mixed fluidis reversed into an upward flow ;
A solid take-out chamber formed in a lower portion of the solid separation chamber outside the swirl reduction unit;
A solid separation device comprising:

サイクロンの旋回加速部をテーパ多孔板により形成し、該テーパ多孔板の外周を包囲する固体分離室の内部に旋回止め部材を備えて加速部遠心分離器を構成していることを特徴とする請求項１記載の固体分離装置。 The accelerating unit centrifuge is configured by forming a swirl acceleration part of a cyclone with a tapered perforated plate and providing a swirling stop member inside a solid separation chamber surrounding the outer periphery of the tapered perforated plate. Item 3. The solid separation device according to Item 1.