(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料スラリー（６）用の接線方向インフロー（４）を有するインフロー領域（２）と、前記インフロー領域（２）に続いており、且つ重い物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズル（８）を有する更なる分離領域（３）と、を有し、
バリア流体ストリーム（７）の供給用に更なるインフロー（５）が提供されており、ラメラ（１０）によって互いに分離されていた前記バリア流体ストリーム（７）と前記原料スラリー（６）とが液体サイクロン（１）内において組み合わせられる、液体サイクロン（１）において、
前記原料スラリー（６）の流れの方向において見ると、フローセパレータ（１９）が前記ラメラ（１０）の後ろに配置されており、前記組み合わされたバリア流体ストリーム（７）と前記原料スラリー（６）とが再度互いに分離されうることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の液体サイクロン（１）において、前記バリア流体ストリーム（７）が、前記少なくとも１つの更なるインフロー（５）により前記インフロー領域（２）の接線方向に供給されうることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項３】
請求項１に記載の液体サイクロン（１）において、前記インフロー（５）が前記バリア流体ストリーム（７）を前記分離領域（３）に対して接線方向に供給し、液体サイクロン壁（１８）が前記ラメラ（１０）を形成するように、前記液体サイクロン（１）の段付きの広がりが組み合わせ箇所に設けられていることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の液体サイクロン（１）において、前記ラメラ（１０）が前記分離領域（３）内に延在することを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項５】
請求項４に記載の液体サイクロン（１）において、前記ラメラ（１０）と前記フローセパレータ（１９）との間の距離が調整可能であることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体サイクロン（１）において、前記バリア流体ストリーム（７）がアンダーフロー（１１）を形成することと、重い物質が欠乏した前記原料スラリー（６）がオーバーフロー（１２，１２’）を形成することとを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項７】
請求項６に記載の液体サイクロン（１）において、前記アンダーフロー（１１）及び前記オーバーフロー（１２’）が前記液体サイクロン（１）から下方に排出されることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項８】
請求項７に記載の液体サイクロン（１）において、前記液体サイクロン（１）が円筒状であることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の液体サイクロン（１）において、追加の洗浄又は希釈水（１５）が前記分離領域（３）内又はアンダーフロー領域内に導入されうることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体サイクロン（１）において、前記追加の洗浄又は希釈水（１５）が前記アンダーフローノズル（８）内に突出しているインフロー管（１６）を通じて供給されうることを特徴とする液体サイクロン（１）。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の液体サイクロン（１）を動作するための方法において、前記バリア流体ストリーム（７）及び前記原料スラリー流（６）内双方において安定した旋回流が形成されると直ちに前記バリア流体ストリーム（７）及び前記原料スラリー（６）が前記液体サイクロン（１）内において共に案内されることと、前記バリア流体ストリーム（７）と前記原料スラリー流（６）とが、組み合わされた後、再度、フローセパレータ（１９）によって分離されることとを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液体サイクロン（１）を動作するための方法において、２つの分離された流れ（１１，１２’）が前記液体サイクロン（１）から下方に排出されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の液体サイクロン（１）を動作するための方法において、追加の洗浄又は希釈水（１５）が前記アンダーフローノズル（８）内に注入されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、原料スラリー用の接線方向インフローを有するインフロー領域と、インフロー領域に続いており、且つ重い物質、粗物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズルを有する分離領域と、を有する、液体サイクロンである。本発明の主題は、また、本発明による液体サイクロンを動作するための方法である。
【背景技術】
【０００２】
液体サイクロンは懸濁液又は混合物用の遠心分離器である。これらによって固体の粒子は大部分が分離又は分級される。例えば、油／水の混合物などの乳濁液はそれによって同様に分離されうる。
【０００３】
液体サイクロンは湿式排煙精製プラントにおける石膏脱水の重要構成要素である。この場合、吸収体から抜き取られた懸濁液は１つ又は複数の液体サイクロンによって一部脱水され、その後、帯状フィルタ（ｂａｎｄ  ｆｉｌｔｅｒ）又は遠心機に送られる。この方法の結果、石膏の残留水分は概ね１０％未満となり、その後、搬出されうる。
【０００４】
従来の液体サイクロンは、通常、接線方向インフロー（インフローノズル）を有する円筒状セグメントと、アンダーフローノズル又は頂点ノズルを有する、隣接する円錐状セグメントと、を含む。渦ファインダ（ｖｏｒｔｅｘ  ｆｉｎｄｅｒ）又はオーバーフローノズルは浸漬管の形態で上方からサイクロンの内部に軸方向に突出している。
【０００５】
本発明においては、オーバーフロー又は上部フローは特により軽い及び／又はより小さな粒の画分を意味し、アンダーフローは特により重い及び／又はより粗い画分を意味しうると理解される。
【０００６】
本発明においては、オーバーフローは液体サイクロンを必ずしも「上部において」又はインフロー領域内において出る必要はない。液体サイクロンが並流原理、即ち、アンダーフローとオーバーフローとが液体サイクロンを同じ方向に出る、において動作する例示的実施形態もまた想定してもよい。
【０００７】
本明細書においては、名称「上部（ｔｏｐ）」及び「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」はインフロー及びアンダーフローに関連する。しかしながら、液体サイクロンの実際の位置は可能な限り最大の範囲でこれとは無関係であり、したがって、水平に取り付けられた液体サイクロンであっても使用されることがある。
【０００８】
向流原理の液体サイクロンにおいては、液体は接線方向インフローを通じて円筒状セグメント内に円軌道（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐａｔｈ）に沿って押し入れられ、下方に誘導される渦において下方に流れる。円錐状セグメントのテーパ部により容量の加速及び内方向への変位並びに円錐部の下方領域における蓄積が生じる。これにより、オーバーフローノズルを通じて排出される、内部上向きに誘導される渦の形成に至る。この目的は、特により重い画分（例えば、固体、粗物質、粗粒）をサイクロンの壁において分離し、したがって、アンダーフローノズルを通じて排出する一方で、特により軽い又はより微粒状の画分を、オーバーフローノズルを通じて出すことである。
【０００９】
分離及び粒度調整効果の基本原理は遠心力と流れ力の相互作用によるものとされている。遠心力は、大部分は大きな特に重い粒子（粗物質）に作用するため、これらは、したがって、外側に向かってサイクロン壁の方に分離される一方で、小さな軽い粒子の場合、それらのより高い比表面積のために、粒子にかかる流れの力（抵抗力）は非常に重要なものになる。
【００１０】
従来の液体サイクロンにおいては、インフロー中における微細物質の均一な分散が、オーバーフローとアンダーフローとの間の容量流量の分割によるこれら粒径クラスの分割を確実とする。これは、微細物質が、通常、アンダーフロー／インフロー容量の分割（容量流量比）に対応する画分において粗物質と分離されることを意味する。
【００１１】
したがって、従来の液体サイクロンは、通常、アンダーフローから分散相（その密度が流体の密度に類似するか、その粒径が小さい（＜５μｍ））を低減するものではない。
【００１２】
例えば、独国特許出願公開第１０２００９０５７０７９（Ａ）号明細書に記載されているような最近の展開は、洗浄流（ｗａｓｈｉｎｇ  ｆｌｏｗ）を純粋流体（ｐｕｒｅ  ｆｌｕｉｄ）から発生させることにより微細画分をアンダーフローから分離しようと試みるという点において更に先の段階に進んでいる。この場合、洗浄水流は、通常、円錐部内又はサイクロンの下方領域内に接線方向に導入される。この希釈の結果は、粗物質排出物、即ちアンダーフロー中の微細物質濃度の低下である。この場合の欠点は、既に分離された重い画分が、導入される液体及び付随する乱流により再度中心流に流れ込むことである。これによりオーバーフローの純度が低下する。これら欠点が理由で、アンダーフロー中の微細物質の低減は限られた程度のみ、主に、付加的に導入された水流に対応する程度のみ実施されうる。
【００１３】
欧州特許第１０６９２３４（Ｂ１）号明細書は、頂点ノズルの中央に配置されているインフロー管を通じた中心流への希釈液体の直接的な添加について開示している。
【００１４】
米国特許第４，６５２，３６３号明細書は、水性懸濁液がラメラによって２つのサブストリームに分割される液体サイクロンを開示する。この分割はサイクロン壁の摩耗をより均一にすることを目的とする。
【００１５】
米国特許第４，６９６，７３７号明細書は、繊維懸濁液を精製するための液体サイクロンを開示する。この場合、妨害物質（ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）はアンダーフローにより分離されることになる一方で、繊維はオーバーフローにより分離される。懸濁液供給と希釈水の供給はラメラによって分離される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明の基本となる目的は、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒と、オーバーフロー中の粗物質又は粗粒との両方の不完全な排出が低減されるような手法で分離を向上させる液体サイクロンを提供することである。したがって、アンダーフロー中の微細物質はインフロー中の容量関連濃度（ｖｏｌｕｍｅ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）に対して低減されることとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、水又は別の流体のバリア層が導入されることにより純粋相（ｐｕｒｅ  ｐｈａｓｅ）（それを通じて粗物質を沈降させる必要がある）が利用可能となる一方で微細画分が主に元のストリーム中に残される液体サイクロンによって達成される。このバリア流体の供給は懸濁液供給とは独立した少なくとも１つの更なるインフローによって行われる。バリア流体ストリームはラメラによって懸濁液又は原料スラリーから分離され、円筒状セグメント内に導入されうる。ラメラは、この場合、入口領域内における相互混合を防止する役割と、安定構造（ｓｔａｂｌｅ  ｐｒｏｆｉｌｅ）が形成された後のみに流れの層（ｆｌｏｗ  ｌａｙｅｒ）が接触することを可能にする役割とを果たす。
【００１８】
本発明においては、原料スラリーの流れの方向において見ると、ラメラの下流側にフローセパレータが配置されており、それによって、組み合わされたバリア流体ストリームと原料スラリーとが再度互いに分離される。フローセパレータによって、後の、既に分離されている層の相互混合が低減又は防止されうる。円錐領域内におけるバリア層の供給もまた想定してもよく、この場合、バリア水流を懸濁液の変位なく導入することができるようにサイクロン直径の段付きの広がり（ｓｔｅｐｐｅｄ  ｗｉｄｅｎｉｎｇ）が設けられてもよい。液体サイクロン壁は、この場合、また、同時にラメラを形成する。
【００１９】
本発明の基本概念は、主流と全く相互作用しないか、主流とわずかしか相互作用しない沈降補助層（ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｕｘｉｌｉａｒｙ  ｌａｙｅｒ）（バリア流体流）の形成により可能な限り画定された沈降条件を得ることである。これは、その沈降経路にわたって真正且つ、そうでなければ慣習的な濃縮の全く無い粒子分離を達成するためである。
【００２０】
微細画分（微細物質）は大部分が中心流に残る。バリア流体流は、この場合、原料スラリーを輪の形態で取り囲む。したがって、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒は（投入されたバリア流体量又はバリア水量を考慮に入れても）インフロー中の容量関連濃度に対して低減されるか、理想的には、完全に分離されるかである。
【００２１】
バリア流体ストリームは、少なくとも１つの更なるインフローにより、好ましくは、インフロー領域に対して接線方向に供給されうる。それによって、安定した旋回バリア流体流がサイクロン内部に形成されうる。
【００２２】
好ましくは、ラメラは実質的に円筒状又は円錐形態のものである。この場合、それは、インフロー領域内又は円筒状セグメント内において、バリア流体流のインフロー領域から、分離領域又は円錐状セグメントへの移行部まで延在しても、円錐状領域内において固定されてもよい。したがって、バリア流体層及び原料スラリー内の両方における安定した旋回流の形成を可能にするほどの十分な時間が残る。
【００２３】
バリア流体ストリームと原料スラリーとを可能な限り渦を含まないように組み合わせられるようにラメラがその下端部において先端に向かって先細る場合、又は可能な限り薄く作製される場合は有利である。２つの流れは、また、ラメラの下で互いに分離された状態で可能な限り遠くまで更に流れるべきである。
【００２４】
好ましくは、ラメラとフローセパレータとの間の距離は調整可能である。それによって分離する粒径が影響されうる。
【００２５】
フローセパレータの使用は、バリア流体ストリームがアンダーフロー、即ち、重い又は粗物質に富んだ画分を形成し、且つ重い物質が欠乏した原料スラリーがオーバーフローを形成する液体サイクロンの一実施形態を有することを可能とする。この場合、また、アンダーフロー及びオーバーフローは液体サイクロンから下方に排出されることが考えられる。この実施形態においては、したがって、液体サイクロンは並流原理において動作しうる。
【００２６】
この場合、液体サイクロンが実質的に円筒状構成を有していれば有利である。
【００２７】
ラメラは、また、原料スラリーとバリア流体流との間における連結を形成する補償オリフィスを有してもよく、したがって、結果的に、２つの層が互いに合流する前にバリア流体と懸濁液との間の圧力補償に至る。理想的には、この場合、バリア流体には常に懸濁液よりも幾分高い圧力が作用される。
【００２８】
また、アンダーフロー中の微細物質又は微細粒の更なる低減がそれによって実現されうるように、追加の洗浄又は希釈水がアンダーフロー領域内に導入されうることが考えられる。例えば、頂点の領域内においては、再度渦を巻くこと（ｒｅｓｗｉｒｌｉｎｇ）又は分離された層の完全な混合を最小限にするために水流が渦に対して軸方向に供給されてもよい。
【００２９】
本発明の主題は、また、本発明による液体サイクロンを動作するための方法であり、バリア流体流及び原料スラリー流が安定になると直ちに、バリア流体ストリーム及び原料スラリーが液体サイクロン内において共に更に案内される。
【００３０】
本発明によると、バリア流体流と原料スラリー流は、組み合わされた後、再度、フローセパレータによって分離される。
【００３１】
そのような一実施形態においては、２つの分離された流れは液体サイクロンから下方に排出されうる。
【００３２】
アンダーフロー及びオーバーフローは、したがって、液体サイクロンを同じ方向に出る。
【００３３】
好ましくは、洗浄又は希釈水は、例えば、アンダーフローノズルの中央に配置されているインフロー管によりアンダーフローノズルの領域内に注入される。
【００３４】
本発明による液体サイクロンを、以下、６つの図面によって記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明による液体サイクロンの例示的実施形態の概略長手方向断面図を示し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【図２】図２は、本発明による液体サイクロンのインフローの領域内における断面図を示す。
【図３】図３は、本発明による液体サイクロンの更なる例示的実施形態の概略長手方向断面図を示し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【図４】図４は、本発明による液体サイクロンの更なる例示的実施形態の概略長手方向断面図を示し、本発明によるフローセパレータは示さない。
【図５】図５は、本発明によるフローセパレータを備えた液体サイクロンの例示的実施形態の概略長手方向断面図を示す。
【図６】図６は、フローセパレータを備えた液体サイクロンの詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
個々の図における同じ参照符号はいずれの場合においても同じ構成要素を示す。
【００３７】
以下、例として、円筒状インフロー領域及び円錐状分離領域を備えた液体サイクロンについて論ずる。しかしながら、本発明による原理は、また、図６に示されるように純粋に円筒状の、又は純粋に円錐状の遠心機又はサイクロンに適用されうる。
【００３８】
図１は、本発明による液体サイクロン１を示すが、フローセパレータは有しない。液体サイクロン１は、インフロー領域２と、インフロー領域２に隣接する分離領域３とから構成される。ここでは、インフロー領域２は円筒形態のものであり、分離領域３は円錐形態のものである。
【００３９】
原料スラリー６は接線方向インフロー４を通じて液体サイクロン１に供給される。原料スラリー６は、例えば、石膏懸濁液であってもよい。
【００４０】
分離領域３は粗物質又は粗粒の排出用のアンダーフローノズル８を有する。特により軽い又はより微粒状の画分は、浸漬管の形態で液体サイクロン１の内部に軸方向に突出しているオーバーフローノズル９を通過するオーバーフロー１２として排出されうる。
【００４１】
接線方向インフロー４に加えて、液体サイクロン１は、また、ここでは同様に接線方向にインフロー領域２に供給されるバリア流体ストリーム７用の更なるインフロー５（図２に示される）を有する。バリア流体ストリーム７の流体は、例えば、水、アルコール又は油である。バリア流体ストリーム７と原料スラリー６は液体サイクロン１に別々に供給され、ラメラ１０によって互いに分離される。ラメラ１０は、例えば、金属製の円筒状薄肉構成要素である。純粋バリア流体ストリーム７はラメラ１０の下端部１３において実際の懸濁液流（原料スラリー６）と合流する。これはバリア流体ストリーム７及び原料スラリー６の流れが安定形態になると直ちに発生する。
【００４２】
バリア流体ストリーム７と原料スラリー６からなる２つの容量流（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｆｌｏｗ）が組み合わされた後、バリア流体ストリーム７を通過する重い画分（粗物質）の沈降動作が開始される。これにより、アンダーフロー１１中の微細物質の低減に至る。従来の液体サイクロンと同様、円錐状分離領域３内におけるフロールーティング（ｆｌｏｗ  ｒｏｕｔｉｎｇ）が発生する。
【００４３】
ラメラ１０は、ここで、原料スラリー６とバリア流体ストリーム７との間における連結を形成する補償オリフィス１７を有し、これにより、バリア流体ストリーム７の流体と懸濁液６との間の圧力補償が生じる。これら補償オリフィスは、また、インフロー５の領域内に想定されてもよい。
【００４４】
流れの矢印は、バリア流体ストリーム７と原料スラリー６とが可能な限り少量で互いに混合されることを示す。バリア流体ストリーム７は、したがって、円錐状分離領域３の壁に対してバリア流体ストリーム７を形成する。
【００４５】
任意選択的に、洗浄又は希釈水１５は、付加的に、分離領域３内又はアンダーフロー領域内に導入されてもよく、アンダーフロー１１中における微細物質の容量関連画分（ｖｏｌｕｍｅ−ｒｅｌａｔｅｄ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）がそれによって更に低減されうる。
【００４６】
オーバーフローノズル９のマウスオリフィス１４は、ここでは、ラメラ１０の端部１３の下の領域内において終端する。
【００４７】
バリア流体ストリーム７及び原料スラリー６それぞれの容量画分によっては、重い画分（粗物質）の分離はほぼ明確に画定される。
【００４８】
図２は、本発明による液体サイクロン１の、インフローの領域内における断面を示す。ここで明確に見ることができるのは原料スラリー６用の接線方向インフロー４及びバリア流体ストリーム７用の接線方向インフロー５である。これら２つのインフロー４，５はここでは実質的に並列でインフロー領域２に流れ込む。
【００４９】
図３は、液体サイクロン１の更なる例示的実施形態を示す。液体サイクロン１の円錐状分離領域３は段付きの広がりを有し、それを通してバリア流体ストリーム７が投入される。原料スラリー６とバリア流体ストリーム７は、この場合、ここでは同時に液体サイクロン壁１８の一部をなすラメラ１０によって互いに分離されている。ラメラ１０はここでは円錐に形成されている。バリア流体ストリーム７は液体サイクロン１に対して接線方向に供給される。
【００５０】
図４は、アンダーフローノズル８内に突出しているインフロー管１６により追加の洗浄又は希釈水１５が投入される液体サイクロン１を示す。インフロー管１６はアンダーフローノズル８の中央に配置されている。
【００５１】
図５は、本発明による液体サイクロン１の更なる例示的実施形態を示す。この場合、フローセパレータ１９がラメラ１０の下に配置されている。ラメラ１０はここでは液体サイクロン壁１８によって形成されるが、それは、また、別個の構成要素として設計されてもよい。バリア流体ストリーム７は、再度、フローセパレータ１９によって原料スラリー６から分離されるため、沈降間隙２２を通過してバリア流体ストリーム７中に沈降した粗物質が、再度、原料スラリー６に流れ戻ることを防止する。粗物質に富んだバリア流体ストリーム７はフローセパレータ１９と外壁２０との間を下方に流れて液体サイクロン１を出、故に、アンダーフロー１１を形成する。粗物質が欠乏した原料スラリー６はオーバーフロー１２として上方に流れ、液体サイクロン１を出る。
【００５２】
沈降間隙２２は、好ましくは、調整可能であるため、それによって、分離する粒径が影響されうる。
【００５３】
図６は、フローセパレータ１９を備えた液体サイクロン１の更なる例示的実施形態のラメラ１０と、沈降間隙２２と、フローセパレータ１９と、を示す。この液体サイクロン１は並流原理で動作する。粗物質２１が欠乏した原料スラリー６、即ちオーバーフロー１２’は、この場合、粗物質２１に富んだアンダーフロー１１と同じ手法で液体サイクロン１を下方に出る。この液体サイクロン１は並流原理において動作し（オーバーフロー１２’とアンダーフロー１１とが同じ方向に引き出される）、好ましくは、円筒状構成を有するが、その理由は、これが流れに関連する利点を提供するためである。
【００５４】
図面に示される実施形態は単に本発明の好適な様式を含む。本発明は、また、例えば、バリア流体ストリーム７に対して複数の更なるインフロー５が提供される他の実施形態を含む。そのような液体サイクロンにおいては、したがって、バリア流体は複数のステップで投入されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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