(57)【要約】  本発明は、充填に用いる駆動軸（２０）と、駆動軸に接続され、ドラムケーシング（１１）及びドラムベース（１２）を有するドラム（１０）と、内部に作業領域（６０）を備えたフィルタ（１６）と、フィルタ（１６）とドラムケーシング（１１）との間に形成された環状空間（１８）と、ドラムベース（１２）内に形成され、環状空間（１８）内に開口する少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）と、少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）を通して環状空間（１８）内に流体を噴射するように配置された少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）とを備える遠心分離機を操作するための方法に関する。本発明の方法は、生成物懸濁液を駆動軸（２０）を通して作業領域（６０）に充填するステップと、生成物懸濁液を遠心分離するステップと、生成物懸濁液を乾燥させるステップであって、ドラム（１０）が乾燥中連続回転し、流体が少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）によって環状空間（１８）を通してドラム（１０）内に噴射され、ドラム（１０）内に形成された生成物ケークが崩壊しないように乾燥中のドラム（１０）の回転速度が選択されるステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填に用いる駆動軸（２０）と、前記駆動軸に接続され、ドラムケーシング（１１）及びドラムベース（１２）を有するドラム（１０）と、内部に作業領域（６０）を備えたフィルタ（１６）と、前記フィルタ（１６）と前記ドラムケーシング（１１）との間に形成された環状空間（１８）と、前記ドラムベース（１２）内に形成され、前記環状空間（１８）内に開口する少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）と、前記少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）を通して前記環状空間（１８）内に流体を噴射するように配置された少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）とを備える遠心分離機を操作するための方法であって、
生成物懸濁液を前記駆動軸（２０）を通して前記作業領域（６０）に充填するステップと、
前記生成物懸濁液を遠心分離するステップと、
前記生成物を乾燥させるステップであって、前記ドラム（１０）が乾燥中連続回転し、流体が前記少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）によって前記環状空間（１８）を通して前記ドラム（１０）内に噴射され、前記ドラム（１０）内に形成された生成物ケークが崩壊しないように乾燥中の前記ドラム（１０）の回転速度が選択されるステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ドラム（１０）が、充填中に連続回転する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
充填中、流体が、前記少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）によって前記環状空間（１８）を通して前記作業領域（６０）内に噴射される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
遠心分離中、流体が、前記少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）によって前記環状空間（１８）を通して前記作業領域（６０）内に噴射される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
遠心分離中、前記ドラム（１０）の内圧が増加する、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
乾燥中、流体が、前記駆動軸（２０）を通して前記ドラム（１０）内に導かれる、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記生成物懸濁液の乾燥後に前記生成物を均質化するステップであって、均質化中、前記ドラム（１０）が、乾燥中よりも低速で連続回転するステップをさらに含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記生成物が、前記ドラム（１０）の頂点（７０）に達する前に降下するように均質化中の前記ドラム（１０）の回転速度が選択される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも２つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）が提供される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも２つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）の第１のスワールノズル（３１）が、前記ドラム（１０）の下部位置から横方向にずれた位置に配置される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のスワールノズル（３１）が、前記ドラム（１０）の下部位置に対して約３０°ずれている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも２つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）の第２のスワールノズル（３２）が、前記ドラム（１０）のほぼ下部位置に配置される、請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１（３１）及び前記第２（３２）のスワールノズルが、前記ドラム（１０）の回転中に、前記流体を前記同じドラムベース開口部（１４）内に噴射する、請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１（３１）及び前記第２（３２）のスワールノズルが、前記ドラムの回転中に、前記流体を種々のドラムベース開口部（１４）内に噴射する、請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１（３１）及び前記第２（３２）のスワールノズルが、前記ドラム（１０）の第１の回転中に、前記流体を第１のドラムベース開口部（１４’）内に噴射し、前記第１の回転直後の第２の回転中に、前記流体を第２のドラムベース開口部（１４”）内に噴射する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のドラムベース開口部（１４”）が、前記第１のドラムベース開口部（１４’）に対してドラムベース開口部１つ分だけずれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドラム（１０）が、充填及び遠心分離中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラム（１０）で毎分約５００回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項１から２又は４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ドラム（１０）が、遠心分離中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラムで毎分約１５０回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドラム（１０）が、充填中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラム（１０）で毎分約１５０回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドラム（１０）が、均質化中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラム（１０）で毎分約９０回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項６から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ドラム（１０）が、充填及び遠心分離中に、前記生成物ケーク内でおよそ５０〜６００ｇの範囲の半径方向の加速度を発生する回転速度で回転する、請求項１から２又は４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ドラム（１０）が、遠心分離中に、前記生成物ケーク内でおよそ１〜１０ｇの範囲の半径方向の加速度を発生する回転速度で回転する、請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ドラム（１０）が、充填中に、前記生成物ケーク内でおよそ１〜１０ｇの範囲の半径方向の加速度を発生する回転速度で回転する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ドラム（１０）が、均質化中に、前記生成物ケーク内で１ｇ未満の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項６から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
充填に用いる駆動軸（２０）と、前記駆動軸に接続され、ドラムケーシング（１１）及びドラムベース（１２）を有するドラム（１０）と、内部に作業領域（６０）を備えたフィルタ（１６）と、前記フィルタ（１６）と前記ドラムケーシング（１１）との間に形成された環状空間（１８）と、前記ドラムベース（１２）内に形成され、前記環状空間（１８）内に開口する少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）と、前記少なくとも１つのドラムベース開口部（１４）を通して前記環状空間（１８）内に流体を噴射するように配置された少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）とを備える遠心分離機を操作するための方法であって、
生成物懸濁液を遠心分離するステップであって、遠心分離中に前記少なくとも１つのスワールノズル（３０，３１，３２，３３）によって前記環状空間（１８）を通して流体が前記作業領域（６０）内に噴射されるステップを含む方法。
【請求項２６】
前記ドラム（１０）が、遠心分離中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラム（１０）で毎分約１５０回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ドラム（１０）が、遠心分離中に、前記生成物ケーク内でおよそ１〜１０ｇの範囲の半径方向の加速度を発生する回転速度で回転する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ドラム（１０）が、充填中に、直径が約４００ｍｍの前記ドラム（１０）で毎分約１５０回転の回転速度と同様の前記生成物の半径方向の加速度を発生する回転速度で、前記ドラム（１０）の直径の関数として回転する、請求項２５から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記ドラム（１０）が、充填中に、前記生成物ケーク内でおよそ１〜１０ｇの範囲の半径方向の加速度を発生する回転速度で回転する、請求項２５から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
発生する加速度が、５ｇである、請求項２２、２３、２７又は２９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心分離機の操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心分離機は、当技術分野で一般に周知である。遠心分離機は、化学、医薬及び食品業界で、主として懸濁液内、すなわち、液体及び固体成分を有する物質内で液相から固相を分離し、乾燥するために使用される。
【０００３】
一般に、従来の遠心分離機は、内部にフィルタを配置したドラムを備える。フィルタは、剛性の金属フィルタとして構成することができる。フィルタとドラム壁の間の空隙は、環状空間とも呼ばれる。フィルタ内の領域は、作業空間と呼ばれる。
【０００４】
従来の遠心分離機では、まず懸濁液が作業空間内に充填される。これは、中空の構成で充填軸として使用することができる駆動軸を用いて従来行われてきた。駆動軸は、さらに、ドラムベースに固定接続され、ドラムを駆動するために使用される。従来、駆動軸は、水平に搭載されている。
【０００５】
ドラムの回転と共に懸濁液は、作業空間内に充填される。懸濁液の半径方向に作用する、例えば、求心力などの力の結果として、又はそこから発生する、例えば、遠心力などの慣性力の結果として、懸濁液はフィルタに対して外側に押し付けられる。
【０００６】
適度に大きい遠心力は、安定した液体リングを生成する。その結果、フィルタ上には、懸濁液リングが生成される。次に、液相は、フィルタを通して環状空間内に進入し、排出されるが、固相は作業空間内に残される。
【０００７】
従来の遠心分離機では、液相が流出した後で、生成物の固相がフィルタに固着する。この場合、固相は、最大３０％の残流液体内容物を有することがある。また、フィルタに固着する生成物は、この状態でケーク又はリングケーク、生成物ケーク又はフィルタケークと呼ばれる。
【０００８】
大容量の残留液体内容物を有する遠心分離された生成物は、遠心分離後の形態では、一般に次の「乾燥」方法ステップのための前方への搬送には最適ではない。作業空間内で生成物を直接乾燥させることが特に有利であることが分かっている。これにより、まだ湿った状態であって、移送ユニットを介して乾燥空間へ搬送することが困難な生成物を導入する必要がなくなる。さらに、有害な生成物の場合、要員が巻き込まれる危険が低減される。生成物が同じ作業空間内で遠心分離され、乾燥される遠心分離機は、遠心分離乾燥機とも呼ばれる。
【０００９】
従来の遠心分離乾燥機では、乾燥の前にケークをフィルタからブラスチングする必要がある。この目的のために、スワールノズルと、環状空間内に開口したドラムベース開口部とが提供される。環状空間自体は、網によって複数の部分に分割され、各部分は、ドラムベース開口部を有する。さらに、従来、スワールノズルを外部からドラムベース開口部まで持ち上げることができるようになっている。一般に気体状の流体が、スワールノズルを通して環状空間内に高圧で噴射される。次に、流体は、フィルタを通して反対方向に移動し、生成物の固相を取り除き、固相は、フィルタの遠心力によってフィルタに押し付けられる。また、この方法は、フィルタケークのブラスチングとも呼ばれる。オプションとして、複数のスワールノズルを提供することができ、したがって、各スワールノズルは、流体を同時に環状空間内に噴射するか、又は流体を個別の部分に連続噴射してフィルタケークを１つ１つブラスチングする単一のスワールノズルを提供することができる。
【００１０】
フィルタケークのブラスチング後に生成物の乾燥が行われる。乾燥は、従来、流動層乾燥又は固定層乾燥によって実行される。
【００１１】
流動層乾燥中には、通常、ストップアンドゴー方式又は連続方式が適用される。ストップアンドゴー方式の場合、高温の乾燥流体が、スワールノズルによってドラムベース開口部を通して作業空間内に噴射される。次に、ドラムは、特定の角度だけさらに回転し、乾燥流体がさらに１回作業空間内に噴射される。それ故、生成物は、高温ガスによって乾燥し、生成物ができるだけ均一に乾燥するようにドラムの連続回転によって混合される。
【００１２】
連続乾燥中にスワールノズルは、ドラムベースまでは上昇しない。ノズルとドラムベースとの間には、最小限の空隙が残されている。次に、ドラムは、低速で連続回転し、遠心分離乾燥機の適切な調整システムによって、スワールノズル出口の前にドラムベース開口部が位置する時はいつでもスワールノズルは乾燥流体を噴射する。調整を簡略化するため、従来、ドラムベース開口部は、スロットとして形成されている。このようにして、連続乾燥中にも、生成物は乾燥流体によって乾燥し、ドラムの連続回転によって連続的に混合されるため、乾燥はできる限り均一に実行される。
【００１３】
固定層乾燥中には、生成物ケークは最初ブラスチングされない。その代わり、高温の乾燥ガスが作業空間内に導入され、生成物ケークを通して内側から外向きに、すなわち、作業空間から環状空間の方向に流れ、それ故、生成物ケークから湿気を除去する。生成物ケークは、それ故、リング形態で乾燥し、その時点で初めてフィルタから分離される。これは、また、例えば、反転フィルタ遠心分離機の場合に、フィルタをブラスチング又は反転することで実施することができる。
【００１４】
乾燥後に、一般に粉状である乾燥した生成物を作業空間から取り除き、さらに処理することができる。
【００１５】
しかし、上記従来の方法では、特定の生成物の処理に問題がある。特に、粗い粒径範囲にある、細粒内容物が大きい生成物の場合、遠心分離は大幅に阻害される。
【００１６】
比較的大きい生成物成分の堆積は、早くも充填中に起こる。質量対表面積比率にばらつきがあるため、比較的大きい生成物成分は、フィルタに向かって外向きに急速に移動する。しかし、微粒成分は、初め液体内で浮上し、低速で外向きにフィルタに堆積する。この場合、微粒生成物成分は、比較的大きい生成物成分間の空隙を埋め、多くの場合、液相が比較的大きい生成物成分間の細孔を通して流出することを防止する。遠心分離中、液相は、極めて低速で流れるか全く流れない。ドラムの回転速度を増やしてもこの問題は解決しない。この扱いにくい生成物は、それ故、遠心分離後に最大７０％の生成物の残留液体内容物を生成する。
【００１７】
さらに、流動層乾燥による粗い粒径範囲と高い湿度を有する上記生成物の乾燥中に、生成物はすぐに塊を形成する。従来の流動層乾燥中に、ドラムの回転の結果として上方に移動する生成物成分は、残留生成物成分に沿ってドラムベース上に連続回転しながら落下する。生成物が塊を形成する傾向は、それ故、大幅に促進される。これは、下方への回転時に比較的小さい生成物粒子が比較的大きい生成物粒子に固着し、それ故、次第に大きい塊が形成されるためである。しかし、乾燥中に生成物が塊を形成する傾向は、重大な欠陥を有する。第１に、比較的大きな塊は内部が非常に湿ったままのため、十分に乾燥できない。第２に、塊を形成した生成物は、次の処理に全く適していない。
【００１８】
従来の流動層乾燥中には、いわゆる乾燥クラックが乾燥中に生成物ケーク内に形成されることが多い。これらのクラックを通した乾燥ガスの流出は、抵抗が比較的小さいために促進され、大量の乾燥ガスが生成物自体を通過することなく、また乾燥効果が得られずに、乾燥クラックを通して流出する。したがって、乾燥ガスは効率的に使用されず、他方、ケークを均一に乾燥させることができない。さらに、生成物が損傷するか、又は望ましくない化学反応が起きる高熱領域が乾燥クラックの環境内に形成される。
【００１９】
この結果、さらに処理が可能な生成物の一貫性を得るため、追加の、本質的に不必要な生成物の仕上げが必要になることがある。
【００２０】
さらに、フィルタ、特に金属フィルタは、所望の最小サイズのメッシュを有するように製造できない。最小メッシュサイズは、現在約１０μｍである。多数の微粒子内容物を含む生成物の場合、すなわち、生成物の約２０％の粒径が１０μｍ未満の場合、従来の乾燥方法で生成物の大半が失われる。特に、流動層乾燥中に、微粒成分が常に微粒子化され、乾燥ガスと共にフィルタを通して環状空間へ流出する。それ故、従来の処理方法の場合、生成物の大きな割合が失われることが多い。
【００２１】
最後に、特定の生成物の場合、処理のタイプと様式に厳格な条件が課せられる。それ故、例えば、温度を上げると、生成物の損傷又は望ましくない化学反応が生じるため、乾燥ガスの最高温度を定義できる。また、多くの場合、約１％という極めて小さい最大残留液体内容物が定義され、従来の方法を用いる条件を遵守することはほぼ不可能である。これは、特に、食品分野の生成物及び化学・薬品分野の生成物について言える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
以下に、上記問題を解決する請求項１又は２５に記載の遠心分離乾燥機を操作するための方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の方法によれば、生成物ケークの崩壊を防止できるだけ十分に大きい乾燥中のドラムの回転速度が選択される。これは、乾燥流体が少なくとも１つのスワールノズルによって逆方向にフィルタを通して作業空間内に噴射され、生成物がこうして繰り返し分解し、スワーリングされ、乾燥するが、ドラムの回転の結果としての生成物に作用する半径方向の力によって生成物ケークの崩壊が防止されることを意味する。生成物ケークは、乾燥中、永続的に静止する。
【００２４】
これによって、第１に、生成物ケークそれ自体が、乾燥中にフィルタの働きをするという利点が生まれる。これにより、乾燥中に微粒物質成分が失われることが防止される。その結果、生成物の歩留まりは大幅に増加し、方法の経済性が増す。
【００２５】
乾燥中に、高温乾燥ガスがスワールノズルによって作業空間内に噴射される。上記説明したように、ドラムの回転によって引き起こされる半径方向の力の結果として、生成物のリング形態は乾燥中にも永続的に維持される。さらに、環状空間を通した作業空間への、すなわち、外側から内向きの乾燥ガスの噴射によって従来技術と比較して大きな利点が得られる。
【００２６】
従来の乾燥工程中、固定層乾燥の場合、高温乾燥ガスが生成物ケークを通して内側から外向きに、すなわち、作業空間から環状空間の方向へ、１回だけ流れる。流動層乾燥中、乾燥ガスがドラムの下部領域の外側から内向きにケークを通して１回流れ、生成物を再び通過することなく上部領域のドラムから流出する。
【００２７】
しかし、本発明の方法では、高温乾燥ガスが、最初、生成物ケークを通して外側から内向きに流れる。高温乾燥ガスは作業空間から再び流出しなければならないので、内側から外向きに別のポイントで生成物ケークを再び通過し、環状空間内に流出する。したがって、乾燥ガスは生成物ケークを２回通過することになり、乾燥ガスの容積をはるかに有効に利用して湿気を吸収し、生成物ケークをより迅速に乾燥させることができる。さらに、生成物が永続的にスワーリングされる結果、生成物の有孔率も増加し、それ故、乾燥ガスはより容易かつ均一に生成物に浸透することができる。内側から外向きの乾燥流体の移動を支援するため、ドラム内部の圧力を増加させることができる。これは充填軸による乾燥ガスの追加の注入によって実行することができる。
【００２８】
さらに、充填軸による乾燥ガスの作業空間への導入によって、生成物リングの両側での乾燥が改善される。両側での均一な乾燥によって製品のより均質な乾燥が可能になり、望ましくない局所過熱が回避される。
【００２９】
本発明の方法では、生成物ケークの永続的な分解によって、乾燥クラックの形成が防止される。一方で、乾燥クラックは、スワールノズルによって作業空間内に噴射される乾燥ガスによって直接破壊され、又は乾燥クラックは、スワーリングされた比較的微細な生成物成分によって直ちに再び塞がれる。それ故、充填軸によって作業空間内に導入された乾燥ガスでさえ、内側から外向きに生成物全体を強制的に通過させられ、生成物をより有効に乾燥させる。
【００３０】
最後に、本発明の方法は、また、生成物が凝集によって塊を形成することを防止する。湿った生成物成分は下方に転がり固着することができないため、乾燥中に生成物ケークを静止状態に保つことで上記塊形成メカニズムが防止される。ブラスチング後に発生し、多くの場合、塊形成の開始を示すドラムベースへの生成物の堆積も発生しない。
【００３１】
この方法の発展形態では、流体は、早くも遠心分離中にスワールノズルによって環状空間を通ってドラム内に噴射することができる。その結果、生成物は、早くも遠心分離中に分解され、フィルタに固着することが防止される。これによって、粗い粒径範囲の生成物の目詰まりだけでなく、フィルタへの生成物のリング形態での固着も防止される。液相は、より多孔質の生成物のためにより迅速に流出することができるため、このことは遠心分離の時間をかなり短縮する。
【００３２】
生成物ケークを常時分解しながら遠心分離を行う本発明のステップは、遠心分離機を操作する任意の所望の方法に別に適用できることは当然である。それ故、遠心分離ステップは、特に、任意の所望のタイプの遠心分離機での従来の固定層乾燥又は従来の流動層乾燥などの任意の従来の乾燥ステップの前にも適用することができる。
【００３３】
もちろん、充填軸を通して適切なガスを注入することで、ドラムの内圧を早くも遠心分離中に増加させて液相の流出を加速することができる。
【００３４】
流体を環状空間内に噴射する少なくとも１つのスワールノズルが提供される。一実施形態では、２つのスワールノズルが使用される。この場合、スワールノズルは、一方では、いわゆる６時位置、すなわち、ドラムの下部位置付近と、７時位置、すなわち、下部位置から横方向にずれた位置に配置されている。本発明の一実施形態では、７時位置のスワールノズルは、６時位置のスワールノズルに対して約３０°ずれている。
【００３５】
また、生成物の円形運動のための重力による加速度が半径方向に外向きの加速度に加わるため、６時位置は特に有利である。したがって、外向きの力は６時位置で最大である。したがって、流体を噴射してケークを分解する最大圧力が掛けられ、この位置で有孔率が最も増加する。
【００３６】
本発明の一実施形態では、環状空間が１２の部分に分割され、各々の部分はスロット又は楕円の穴の形のドラムベース開口部を有する。ドラムの回転中に、２つのスワールノズルは、同じドラムベース開口部又はさまざまなドラムベース開口部内に流体を噴射することができる。スワールノズルが流体を同じドラムベース開口部内に噴射するということは、ドラムの時計回りの回転中に最初に６時位置のスワールノズルが特定のドラムベース開口部内に流体を噴射し、その後、ドラムが進み、特定のドラムベース開口部が７時位置のスワールノズルの前に位置すると、７時位置のスワールノズルが特定のドラムベース開口部内に流体を噴射することを意味する。このようにして、ドラム内に十分な流体が噴射され、適当なスワーリング効果が発生することが確保される。
【００３７】
ここで、ドラムの回転方向及び時刻に基づくスワールノズルの位置の表示は説明を容易にするためにのみ選択されたもので、制限を含むものと解釈すべきではないことに留意されたい。ドラムの回転方向及びスワールノズルの正確な位置は上記と別であってもよく、さらに、常に視野方向に依存してもよい。
【００３８】
本方法の一実施形態では、各スワールノズルがドラムの回転のたびにオフセットしたドラムベース開口部内に噴射するように構成することができる。流体は、ドラムの回転のたびに各々のケースで１つのドラムベース開口部だけずれて噴射されるように構成することができる。これにより確実にドラムの全周にわたって生成物がスワーリングされる。
【００３９】
本方法の一実施形態では、ドラムは生成物懸濁液のドラム内への充填中に回転する。次に、流体は、充填開始直後からスワールノズルによって噴射することができる。
【００４０】
以下に詳述するように、本発明によれば、流体の噴射時にドラムは、従来の対応する方法ステップでの従来の遠心分離中の通常の回転速度より遅い速度で回転する。ドラムの直径が４００ｍｍの場合、噴射中の回転速度は毎分約１５０回転である。しかし、この回転速度で安定した液体リングは堆積できない。
【００４１】
懸濁液成分の粘度が比較的小さいため、せん断力を充填中にリングを形成するために急速に堆積する汚泥固体成分から液体成分に伝達することは困難である。充填された懸濁液からなる一種の貯留部が堆積された固体リング内に形成される。本発明の方法では、分解された固体リングは、液体成分の厚い層が固体リングから分離する前に特定の角距離にわたってこの層を飛沫同伴することができる。しかし、固体リング全体上には、約１ｍｍの薄さの懸濁液の層が残っている。
【００４２】
懸濁液貯留部のスワーリングは、ドラムの回転によって、懸濁液の堆積と比較的粗い粒径の生成物成分の微粒成分からの分離を防止する。従来の方法では、このさまざまな粒径の層の形成が早くも充填中に発生し、遠心分離中継続する。しかし、本発明の方法では、これは最初から防止される。
【００４３】
噴射された流体による固体リングの永続的なスワーリングの結果、固体リングはその上の懸濁液リングがはるかに浸透しやすい状態になる。その上の懸濁液リングは、約１ｍｍの厚みを有し、固体リングは常にスワーリングされるため、懸濁液リングは極めて急速にフィルタリングされる。これにより液体リング内の堆積が防止される。
【００４４】
さらに、スワールノズルを通して作業空間内に噴射された流体によって、生成物が本方法で一貫して分解される、すなわち、充填中、遠心分離中、及び乾燥中に分解されるように構成することができる。充填ステップは、遠心分離ステップとシームレスに併合することができ、遠心分離ステップは、乾燥ステップとシームレスに併合することができる。
【００４５】
本発明の一実施形態では、また、乾燥後にいわゆる均質化ステップを実行することができる。均質化ステップ中、ドラムは同様に連続回転するが、その速度は、生成物ケークが崩壊する程度の低速である。上記のように、生成物ケークの永続的な分解によってブラスチングの必要が解消され、ドラムの回転速度がそれに応じて下がると、生成物ケークは自動的に崩壊し、生成物はドラムベース上にしたたる。ここで、生成物は乾いた微粉の形態となり、ドラムと共に、繰り返し上昇するがドラムベース上に落下し、頂点に達する。しかし、生成物はすでに所望の程度に乾燥しているため、生成物は塊を形成しない。逆に、生成物は均一に混合され、生成物全体の、また残りの湿った成分の生成物の粒子の粒径は、生成物全体にわたって均質に分布する。
【００４６】
上記のように、充填中、遠心分離中及び乾燥中のドラムの回転速度は、スワールノズルによって噴射される流体に関わらず、生成物ケークが維持され、また崩壊しないように選択される。均質化中に限って低速の回転速度が選択され、したがって、生成物は降下した後にドラムの頂点に達する。
【００４７】
さらに、回転速度が上昇するにつれて、ある時点でスワールノズルの前のドラムベース開口部の停止時間が短すぎて分解に必要な量の流体を噴射できなくなるという結果として、選択可能な回転速度の上限が設定される。したがって、生成物ケークを所望の程度に混合するには流体が不足している。
【００４８】
したがって、生成物ケークのリング形態が維持されず、生成物ケークが崩壊する時点からは常に最小回転速度が選択され、スワールノズルが特定の期間に噴射することができる流体量、ドラムベース開口部の形状、及びそれに関連する、スワールノズルの前のドラムベース開口部の停止時間からは最大の回転数が選択される。
【００４９】
直径が４００ミリメートル、環状空間が１２の部分に分割され、各部分のドラムベース開口部の形状がスロットであるドラムの場合、対応する方法ステップについて以下の可能なドラム回転数を決定することができる。
【００５０】
しかし、この時点で、計算された回転速度は、機械的法則によって任意の他のドラムサイズに転用することができることは明らかである。原則として、本発明の方法は、すべてのサイズ及び任意の所望の環状空間の分割数の遠心分離乾燥機に適用することができる。
【００５１】
円運動中の求心加速度ａは、以下のように求められる。
ａ＝√ｖ2／ｒ                        （１）
ただし、ｖは周速度、ｒは円運動の半径である。ｖは以下のように求められる。
ｖ＝ω＊ｒ                            （２）
【００５２】
それ故、求心加速度は以下のように求められる。
ａ＝ω2＊ｒ                          （３）
【００５３】
本明細書に記載した回転速度と２００ｍｍのドラム半径の場合、生成物に作用する加速度を概算することができ、他のドラム半径についても必要な回転速度を少なくとも概算することができる。以下に指定される２００ｍｍに等しいドラム半径ｒ1と回転速度ω1を用いて、次のようにドラム半径ｒ2の回転速度ω2が得られる。
ω2＝ω1＊√ｒ1／ｒ2              （４）
【００５４】
この例で指定された直径が４００ｍｍのドラムの場合の回転速度は、それ故、式（４）によって他のドラムサイズに少なくとも概算として容易に転用することができる。
【００５５】
さらに、代替形態として、生成物ケークに作用する加速度はｇで表される。
【００５６】
スワールノズルによって環状空間を通して作業空間内に適当な流体を噴射することで生成物ケークを永続的に分解するドラム回転時に、毎分１２０〜１５０回転という適切な回転速度が直径が４００ｍｍのドラムについて計算された。これは、生成物ケークに作用する加速度５ｇに相当する。
【００５７】
毎分１５０回転の回転速度又は５ｇの加速度は、充填中、遠心分離中、及び乾燥中に適用することができる。特に乾燥中には、毎分約１５０回転の回転速度が、特に次の処理に適した生成物を提供する。本発明の上記乾燥ステップによって、上記扱いにくい生成物だけでなく一般にすべてのタイプの生成物について改良型のより有効な乾燥と品質が向上した最終生成物が得られる。
【００５８】
また、遠心分離中に目詰まりしない、あまり扱いにくくない生成物の場合、直径が約４００ｍｍのドラムで毎分約５００回転の高速回転速度を遠心分離を加速するために充填及び遠心分離中に適用できることは当然である。生成物ケークに作用する加速度は充填中は最大５５ｇ、遠心分離中は最大６００ｇである。特に粒径が粗い生成物の場合、適切な遠心分離で最大２０００ｇの加速度が適用可能である。乾燥中、回転速度は、再び毎分約１５０回転まで低減される。
【００５９】
急速に目詰まりして遠心分離速度を大幅に低減させる扱いにくい生成物の場合、本発明の方法を用いて遠心分離中の流出速度を２倍にすることができる。これにより、操作経済性が有利なように生成物の処理を高速化することができる。
【００６０】
均質化中、適した回転速度は、直径が約４００ｍｍのドラムで毎分約５０〜８０回転である。生成物ケークに作用する加速度を考慮すると、回転速度は、円運動のために半径方向に外向きに働く加速度が１ｇ未満になり、重力による加速度が生成物をドラムの上部領域に落下させるように選択しなければならない。
【００６１】
本発明の別の利点及び構成は、以下の説明と添付の図面から明らかになろう。
【００６２】
上記及び下記の特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、それぞれの指定の組み合わせだけでなく他の組み合わせ又は独立して使用することができることを理解することができるだろう。
【００６３】
本発明について図に示す例示的実施形態を参照しながら概説してきたが、各図面を参照しながら以下に詳述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
図１は、本発明の方法が実行可能な遠心分離乾燥機を示す。この遠心分離乾燥機は、ドラムケーシング１１と、充填用の駆動軸２０に堅固に接続されたドラムベース１２とを備えるドラム１０を有する。ドラムベース１２は、また、ドラムベース開口部１４を有する。ドラム１０内には、金属フィルタ１６が配置されている。ドラムベース開口部１４が開口する環状空間１８は、金属フィルタ１６とドラムケーシング１１との間に位置する。図示の実施形態では、環状空間１８は、各々が楕円形の穴として形成されたドラムベース開口部１４を有する１２の部分に分割されている。
【００６５】
生成物が処理される、すなわち、遠心分離及び乾燥される作業領域６０は、フィルタ１６内に位置する。ドラムベース１２の反対側で作業領域６０は、開放可能な邪魔板４０で閉鎖されている。邪魔板４０が開放されると、生成物は作業領域６０から領域８０に移送することができ、取り除くことができる。
【００６６】
また、生成物の液相が流出できるアウトフロー又はドレーン５２と、作業領域内に導入されたガスを逃がす出口５４が提供される。
【００６７】
図２は、ドラム１０の概略正面図である。この例では、ドラム１０の回転方向は時計回りである。さらに、ドラム１０の頂点７０と、第１のスワールノズル３１及び第２のスワールノズル３２が示されている。第１のスワールノズル３１は、いわゆる６時位置にあり、第２のスワールノズル３２は、いわゆる７時位置にある。第１のスワールノズル３１は、第２のスワールノズル３２から約３０°ずれている。１１時位置にある第３のスワールノズル３３などの別のスワールノズルも提供することができる。スワールノズルは、好ましくは、気体状の適した流体を環状空間１８及びフィルタ１６を通してスロット９０として形成されたドラムベース開口部を通して作業領域６０内に噴射する。
【００６８】
別の前提条件として、使用する遠心分離乾燥機は、駆動装置として単一電動機の設計を有する必要がある。この構成で、静止からドラムの最高回転速度までのあらゆる回転速度を連続操作することができる。多数の従来の遠心分離乾燥機は、主電動機と、歯車電動機とを有する２重電動機設計を使用するため、このことは重要である。各電動機は、毎分約１６０回転の回転速度でのみ全開する遠心分離クラッチを介して接続されている。歯車電動機は、この例では、それ自体毎分最大５回転する。しかし、本発明の方法では、毎分０〜１５０回転の回転速度の範囲を正確に使用するので、この２重電動機設計は本方法には不適当である。
【００６９】
さらに、本発明の方法が実行される遠心分離乾燥機は、適切な調整システムを有するように意図されている。特に、遠心分離乾燥機は、スワールノズル３０からの噴射をミリ秒単位で制御することができなければならない。また、ドラム１０の位置を分単位で（角位置に基づいて）検出することができなければならない。これは、特に、駆動軸２０と電動機との遊びがなく堅固な結合を必要とする。これは、単一電動機設計によって適切に提供することができる。
【００７０】
図３は、本発明の方法を用いて処理できる通常の生成物の粒径範囲を示す。図３に示すように、生成物は、約２０％の微粒内容物を有する。生成物の約２０％は、１０μｍ以下の粒径を有する。しかし、図示の生成物は、本発明の方法の使用を制限すると考えるべきではない。本発明の方法は、すべてのタイプの生成物について遠心分離及び乾燥を改良する。
【００７１】
本発明の方法を実行する時には、第１の充填ステップで、充填軸として構成される駆動軸２０を通して作業領域６０内に生成物懸濁液がまず充填される。充填中、ドラム１０は連続回転する。この例では、ドラムの回転速度は、生成物懸濁液からなるリングがフィルタ１６上に形成される程度に半径方向の力が強くなるように選択される。
【００７２】
早くも充填中に、まとめて参照番号３０で示されるスワールノズルによって作業チャンバ内に適切な流体を噴射できる。この場合、スワールノズル３０は、ドラムベース付近まで上昇するので、ノズルヘッド３８とドラムベース１２との間には最小の空隙しか位置しない。スワールノズル３０は常時静止しているが、ドラム１０は回転していることに留意されたい。スワールノズル３０をドラムベース１２まで適宜上昇できるようにするため、スワールノズルを軸を中心に可動にするように構成することができる。この場合、供給チャネル３４は、蛇腹３６に囲まれ、スワールノズル３０は、適切な装置によって軸を中心に可動である。
【００７３】
「適切な流体」という用語は、原則として生成物内で化学反応を起こさず、生成物をその他の方法で損傷しない流体を指す。使用される流体は一般に気体状である。
【００７４】
スワールノズル３０は、流体がフィルタ１６を通して作業空間６０内に移動する起点となる環状空間１８内にスロットを通してまず流体を噴射する。流体はフィルタ１６を通して反対方向の別のポイントから作業空間６０を離れ、ドラムベース開口部１４及び出口５４から流出する。
【００７５】
第１のノズル３１及び第２のノズル３２は第１の回転中に同じ楕円形の穴１４’内に噴射する。ドラムの次の回転中に、上記ノズルは流体を次の楕円形の穴１４”内、すなわち、楕円形の穴１つ分ずれた楕円形の穴内に噴射する。これで生成物がドラムの全周にわたって確実にスワーリングされる。こうして、対応するドラム部分が６時と７時の間の領域を通過する時はいつでも、スワーリングが実行される。
【００７６】
充填中に、最初は固体で構成された薄いリングがフィルタ上に形成される。液体成分と残留固体とからなる懸濁液がこのリング内に位置し、さらに懸濁液が最大量まで連続的に充填される。しかし、液体成分の低い粘度とそれに関連する懸濁液のせん断力の小ささによって、懸濁液は安定したリングを形成するまで堆積できない。その結果、懸濁液は固体リング内に懸濁液貯留部を形成する。しかし、せん断力は十分に大きいので約１ｍｍの薄さの懸濁液の層が固体リング内に形成される。
【００７７】
しかし、ドラムの回転による懸濁液貯留部のスワーリングの結果、本発明の方法は、充填中の懸濁液の堆積と、比較的大きい粒径を有する生成物成分の微細生成物からの分離が防止される。
【００７８】
さらに、スワールノズルによる流体の噴射とそこから生じる液体の急速なフィルタリングによる固体リングの有孔率の増加によって、約１ｍｍの薄さの懸濁液リング内の固体成分の堆積が防止される。
【００７９】
全懸濁液量が充填されると、次に充填ステップは遠心分離ステップと併合する。ドラム１０は遠心分離中適切な回転速度で回転する。例えば、直径が約４００ｍｍのドラムで毎分１５０回転するか、ケーク上で５ｇの加速度が作用する程度に急速に回転する。懸濁液はスワールノズル３０を通して流体を噴射することで連続的に分解する。これによって、粒径が比較的小さい生成物成分は粒径が比較的大きい生成物成分と混合せず、液相を排出するために必要な毛細管を詰まらせることがない。流体ガスが反対方向にフィルタを規則的に通過するため、フィルタ自体も微粒生成物成分によって目詰まりすることがない。
【００８０】
急速に目詰まりせず、従来の方法で遠心分離できるより扱いが容易な生成物の場合、従来の周知の方法で充填及び遠心分離ステップを実行し、乾燥ステップまで適切な気体状の流体の本発明による絶え間ない噴射を開始しないことももちろん可能である。例えば、充填及び遠心分離は５００ｒｐｍのドラムの回転速度又は５５ｇの半径方向の加速度で実行でき、ドラム速度は乾燥のためにだけ１５０ｒｐｍに落とすことができる。
【００８１】
遠心分離ステップは、乾燥ステップとシームレスに併合する。直径が４００ｍｍのドラムの場合のドラム１０の回転速度は、乾燥中、約１５０ｒｐｍである。この例では、生成物ケークの輪形構造が維持され、生成物ケークは崩壊しない。次に、スワールノズル３０は、作業空間６０内に高温の乾燥ガスを噴射する。上記のように、高温の乾燥ガスは生成物ケークに２回浸透しなければならない。これによって特に高い乾燥効果が達成される。さらに、生成物ケークは両側から均一に乾燥する。さらに、全周にわたる生成物ケークの絶え間ない分解と、生成物ケークのリング形態の静止状態の維持の結果、生成物は塊を形成しない。環状のケークは乾燥工程中維持されるため、生成物自体は生成物の微粒成分がフィルタ１６から流出することを防止する追加のフィルタとしての働きをする。
【００８２】
さらに、高温の乾燥ガスを駆動軸２０を通して同様に作業空間６０内に導入することができる。高温の乾燥ガスは生成物の乾燥速度をさらに上昇させる。絶え間ない分解によって乾燥クラックが防止されるため、作業空間６０内にある乾燥ガスは乾燥クラックから簡単に流出できず、生成物全体を通過するので、乾燥効果はさらに高まる。
【００８３】
生成物が所望の通りに乾燥すると、乾燥ステップに続けて均質化ステップが実行される。この場合、ドラムの回転速度は低減する。直径が４００ｍｍのドラムの場合、１５０ｒｐｍから約５０〜８０ｒｐｍ又は１ｇ未満の半径方向加速度に低減される。次に、生成物ケークは崩壊する。生成物はドラム１０の下部に集まる微粒粉の形態を有し、ドラム１０によってドラム１０の頂点７０の方向に飛沫同伴される。しかし、頂点７０に達する前に、生成物はドラム１０の下部の方向に流れる。それ故、生成物の徹底的な混合及び均質化が達成され、その結果、さまざまな粒径及び残りの湿った成分が生成物内で均一に分布する。さらに、生成物をさらに分解するためにスワールノズル３０を通して作業空間６０内にガスを再度噴射することができる。しかし、均質化ステップでこれは絶対に必要というわけではない。
【００８４】
均質化ステップ後に、乾燥した生成物を微粒粉として取り除くことができる。
【００８５】
上記の回転速度は、直径が４００ｍｍのドラムを有する遠心分離乾燥機の場合の一例にすぎないことを理解されたい。直径が異なるドラムについては同じ効果を生む別の回転速度を選択しなければならない。特に、乾燥中の回転速度は生成物ケークのリング形態が常時維持されるように選択する必要がある。
【００８６】
上記の本発明の方法によって、塊を形成する傾向がある生成物の経済的に有利な遠心分離及び乾燥が初めて可能になった。この種の扱いにくい生成物の場合に塊からなる汚泥しか生成せず液体内容物が多量になる従来の方法と異なり、本発明の方法では乾燥した微粒粉が得られる。
【００８７】
さらに、本発明の方法では、すべてのタイプの生成物について、すなわち、以前は扱いにくいと考えられていなかった生成物の場合であっても、処理中の生成物の有孔率が比較的高いことから乾燥時間が比較的短くて済む。本発明の方法は、例えば、図３に示す扱いにくい生成物に限定されず、有利なことに、化学・薬品業界及び食品業界のすべてのタイプの生成物ならびにすべてのタイプの遠心分離機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の方法が実行可能な遠心分離乾燥機の横断面図である。
【図２】本発明の方法を実行するためのスワールノズルの可能な位置を含むドラムとドラムベース開口部の概略正面図である。
【図３】単に例示としての目的で引用した、本発明の方法によって特に有利に遠心分離及び乾燥できる扱いにくい生成物の粒径範囲を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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