(57)【要約】      （修正有）【課題】ケミカルパルプ製造時の蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽のための砂の研摩作用に耐えることのできる取換え可能なインサートを有する砂分離槽の提供。【解決手段】孔１３６３Ａは縦列と横列に配列され、縦列の孔は円錐軸の正接によって形成されたラインと平行に配置されている孔が少なくとも幅Ｗと長さＬを有する取換え可能な多孔インサート１３６３を砂分離槽の固体粒子捕集領域に使用する砂分離槽。【選択図】図７
2017087206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同伴液体を固体粒子と本質的に固体粒子を含まない液体流とに分離するための砂分離槽であって、
少なくとも円筒状部分の上部セクションと少なくとも下部セクション；
同伴液体を受け入れるための、円筒状部分の上部セクションへの正接方向入口；
本質的に固体粒子を含まない液体を排出するための、円筒状部分の上部セクションの頂部にある出口；
固体粒子を排出するための、下部セクションの底部にある出口；
を含み、
下部セクションは円錐状部分を有し；
円錐状部分は、固体粒子捕集領域によって取り囲まれた円錐形状の取換え可能なインサートを有し；
円錐形状の取換え可能なインサートは孔を有する金属板であり、金属板は下部セクションの円錐状部分内に適合するようなサイズである円錐形に形成されており；
金属板中の孔は長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有するスロットであり；
スロットは、横列と縦列のパターンで配列され、縦列のスロットが取換え可能なインサートの円錐軸の正接によって形成されるラインに平行である
ことを特徴とする砂分離槽。
【請求項２】
固体粒子が砂である、請求項１の砂分離槽。
【請求項３】
スロットが徐々に変化する幅“Ｗ”を有する、請求項２の砂分離槽。
【請求項４】
スロットが徐々に変化する長さ“Ｌ”を有する、請求項２の砂分離槽。
【請求項５】
スロットが徐々に変化する長さ“Ｌ”を有する、請求項３の砂分離槽。
【請求項６】
取換え可能なインサートが取換え可能なインサートの頂部２５〜３０％において形成されたハードコーティングを有する、請求項１の砂分離槽。
【請求項７】
取換え可能なインサートの金属板が取換え可能なインサートの頂部２５〜３０％において増加された厚みを有する、請求項１の砂分離槽。
【請求項８】
金属板が２〜８ｍｍだけより厚い、請求項７の砂分離槽。
【請求項９】
スロットの最大幅が６ｍｍである、請求項２の砂分離槽。
【請求項１０】
分離装置のための取換え可能な多孔インサートであって、この取換え可能な多孔インサートは、
円錐形状を有する金属板を含み、円錐形状は一端において、より大きな開口、他端において、より小さな開口を有し、
さらに、この取換え可能な多孔インサートは、円錐形状の金属板中に多数の孔を含み、多数の孔のそれぞれは、少なくとも長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有し、多数の孔は金属板中に縦列および横列のパターンを形成しており、縦列の孔は全て金属板に配置され、縦列の孔は取換え可能なインサートの円錐軸の正接によって形成されたラインに平行である
ことを特徴とする取換え可能な多孔インサート。
【請求項１１】
上記インサートが砂分離槽に使用するに好適である、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１２】
孔がスロットである、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１３】
孔の幅“Ｗ”が一端から他端へと徐々に変化するが、長さ“Ｌ”は変化しない、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１４】
ハードコーティングが、より大きな開口を有する端部において、円錐形状の金属板の２５〜３０％において形成されている、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１５】
円錐形状の金属板が、より大きな開口を有する端部において、より厚い、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１６】
孔の幅“Ｗ”が６ｍｍ以下である、請求項１０の取換え可能な多孔インサート。
【請求項１７】
金属板の厚みが１０〜２０％だけ増加している、請求項７の砂分離槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、一般には、ケミカルパルプ製造時にケミカルパルプ工場のファイバーラインにおいて、これに限定されるものではないが、砂のような有害物質を分離除去することによって引き起される問題に関し、特にファイバーライン（蒸解缶）フィードシステムの循環液体（recirculation liquid）から砂を除去するための装置と方法を開示するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルプ製造プロセスで処理される細砕セルロース繊維材料、例えば木材チップ、バイオマス又は他の細砕セルロース材料（便宜上、これらをここでは「チップ」という）は、非セルロース系有害物質を通常含んでいる。非セルロース系有害物質としては、砂、泥、石、種々の金属片（例えば、くぎ（nails）、金属線片（pieces of metal wire）、またはボルトとナット）、金属チップまたは他の重質セルロース材（例えばノット）が含まれる。この非セルロース系有害物質の密度は処理されるセルロース材料の密度よりも少なくとも１０％（例えば少なくとも５０％）高い。これらの非セルロース系有害物質の多くはパルプ化プロセスへ供給するためのチップの製造時に除去されるが、非セルロース系有害物質の一部は蒸解缶フィードシステムを通過し、任意の含浸槽まで、さらに蒸解缶それ自体にまで運ばれる。
【０００３】
現存する多くの蒸解缶フィードシステムにおいて、砂、泥、石などの比較的に小さい非セルロース系有害物質は蒸解缶フィードシステム内で用いられる循環液体中に滞まっている。簡便のため、「砂」という用語は、本明細書において、上で特定した比較的に小さい非セルロース系有害物質を意味するために用いられる。循環液体（便宜上、ここでは、「液体」という）が、低圧フィーダー、高圧フィーダー、チップポンプ、スラリーポンプ、又は液体が必要とする類似の装置を有する蒸解缶フィードシステムにおいて運搬液体（transport liquor）として通常用いられる。
【０００４】
蒸解缶フィードシステム内の液体は多くの機能と多くの供給源を有する。明瞭化のため、本明細書において、「同伴液体」（entrained liquor）は、砂分離槽に供給される液体を意味し、砂や他の固体物質をも含有している。
【０００５】
液体は、蒸解缶フィードシステム内を循環されて、蒸解缶フィードシステム内のチップの運搬を補助・促進する。液体は適切な種類の液体であればいずれでもよく、これに限定されるものではないが、例えば新規水、新規蒸解液、黒液、緑液、循環された液体、蒸解溶液又はこれらの組み合せが挙げられる。
【０００６】
通常、砂はある種の分離器によって蒸解缶フィードシステム内の液体から分離される。従来型の砂分離槽は、蒸解缶プラントでのチップコンベア設備を経由して循環される同伴液体から砂や固体粒子を分離するものである。米国特許第４，２８０，９０２号明細書は、不所望な固体粒子、特に砂を、デブリを含む液体すなわち同伴液体から分離するためのサイクロン型砂分離装置を記載している。固体粒子、特に砂を同伴液体から分離すると、本質的に砂を含まない（清浄な）液体が得られ、この本質的に砂を含まない（清浄な）液体は次いで戻されて蒸解缶フィードシステムの液体の一部となる。簡便のため、同伴液体から除去されて固体粒子を「砂」と称することにするが、これには他の不所望な固体粒子も存在している。
【０００７】
砂分離槽は通常、円筒状形状であり、通常、上部セクションと下部セクションを有し、円筒状容器への正接方向の入口を含んでいる。一般に、円筒状容器は一般に円筒状形状を有する上部セクションと、一般にコーン又は円錐状形状を有する下部セクションとを含んでいる。本明細書において、円筒状容器の上部セクションを「円筒状部分」と言うこととする。このような装置において、デブリを含む液体は円筒状容器の上部セクションに導入されて、この円筒状部分において強制的な旋回運動が発生される。砂は同伴液体から分離されて重力および遠心力によって駆動されて、円筒状部分を下部セクション（通常、円錐状形状を有する分離室であっても良い）へと下向きに強制降下され、砂は下部セクション又は分離室から排出される。
【０００８】
下部セクション又は分離室内には取換え可能な漏斗状インサートが配置されている。簡便のため、本明細書において、「取換え可能なインサート」と「インサート」は互換的に使用される。取換え可能なインサートは複数の開口を有し、砂が取換え可能なインサート内を通って固体粒子捕集セクション（捕集セクション）へと送られ、最終的に砂分離槽から排出される。
【０００９】
砂分離槽内の取換え可能なインサートの位置は、旋回運動が阻害されるのを最小限にしつつ、砂の垂直方向の停滞を防止するレベルにある。本質的に砂を含まない（清浄な）液体のための出口は円筒状部分の上部に位置している。
【００１０】
通常、取換え可能なインサートは漏斗のような形状の多孔金属片である。孔は垂直スロット又は円形状ホールでよく、取換え可能なインサートの全表面に分布している。取換え可能なインサートは（分離室内の）砂分離槽の下部セクションの内壁に取り付けられている。同伴液体が砂分離槽に入ると、砂分離槽内の旋回運動によって同伴液体中の液体と固体粒子（砂）が分離される。砂は下部セクションに下降し、結果として、強い旋回運動が生じるが、この旋回運動は取換え可能なインサートの複数の開口を通って、最後に砂分離槽の排出口を出る、複雑なフローパターンを有している。
【００１１】
取換え可能なインサートは通常、円錐状形状（または漏斗形状）であり、一端に大きな開口を、反対端に小さな開口を有する。一般に取換え可能なインサートは大きな開口端において、砂分離槽の垂直下部領域中の砂分離槽の内壁に取り付けられている。堅固なアタッチメントが通常用いられ、取換え可能なインサートを砂分離槽の内壁に連結している。
【００１２】
砂分離槽に関しては、いくつかの不利益な運転条件が認められており、砂を同伴液体から分離するために必要とされる旋回運動および遠心力と重力により、取換え可能なインサートは損傷し、それ自身が破壊してしまう。さらに、取換え可能なインサートの不均一な摩耗も認められている。
【００１３】
不均一な摩耗により、取換え可能なインサートのいくつかのセクションは完全に存在しなくなり、一方、他のセクションは元のままとなっている。取換え可能なインサートが摩耗すると（又は存在しなくなると）、砂が砂分離槽の内部の捕集領域壁に強く接触し、腐蝕を引き起こして、砂分離槽において構成材料が薄くなったり、ウィークスポット、さらにホールを生ずることになる。
【００１４】
取換え可能なインサート内での砂の望ましくない複雑フローパターンが存在すると、取換え可能なインサート内の開口の閉塞などの有害な運転条件を引き起こす。望ましくないフローパターンは、取換え可能なインサート内の開口が閉塞した場合に、取換え可能なインサート内に非常に高い砂粒子速度のセクションまたは領域を生じてしまう。
【００１５】
ある時点におけるこれらの有害な運転条件および不均一な摩耗条件によって、砂分離槽をオフラインにして、取換え可能なインサートを修理又は取り換えることが必要となる。
重力および遠心力、望ましくない砂フローパターンおよび砂フロー速度、並びに取換え可能なインサート内を移動する砂の研摩作用に対して容易に耐えることができる取換え可能なインサートを提供することの必要性が、長く認識されていた。本開示は、これらの必要性およびその他の必要性に関するものである。
【発明の概要】
【００１６】
蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートが発明された。発明された取換え可能な多孔インサートは、従来経験されていた不均一な摩耗問題を減少させることができる。さらに発明された取換え可能な多孔インサートは、遠心力に耐えることができ、これにより取換え可能な多孔インサートの破壊、すなわち取換え可能な多孔インサートがそれ自体で破壊することに伴なう諸問題が除去される。
【００１７】
さらに、取換え可能な多孔インサートの全垂直長さに沿って、取換え可能なインサートの表面を下方向に砂粒子を円滑かつ一定に移動させるための取換え可能な多孔インサートが発明された。砂粒子の円滑かつ一定の移動によって、砂が閉塞や散発的な移動を引き起こし得るインサートの下部端近傍において砂の望ましくない蓄積が防止される。砂粒子が取換え可能な多孔インサートを円滑かつ一定に移動することによって、砂分離槽のある種の運転上の諸問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
図１は、高圧懸濁ポンプを用いる蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽の配置を示す（従来技術）。
【００１９】
図２は、高圧フィーダー（ＨＰＦ）を用いる蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽の配置を示す（従来技術）。
【００２０】
図３は、蒸解缶フィードシステムのための砂分離槽の概略を示す（従来技術）。
【００２１】
図４は、砂分離槽のための、ホールを有する取換え可能なインサートを示す（従来技術）。
【００２２】
図５は、砂分離槽内の材料の流れを示す（従来技術）。
【００２３】
図６は、砂分離槽のための、スロットを有する取換え可能なインサートを示す（従来技術）。
【００２４】
図７は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有する複数のスロットを有し、縦列のスロットは円錐軸の正接に対して平行である。
【００２５】
図８は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する幅を有する複数のスロットを有する。
【００２６】
図９は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する長さを有する複数のスロットを有する。
【００２７】
図１０は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する長さと幅を有する。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
前述した事項は、添付の図面で示したように、明細書の例示的態様の具体的な記載によって、さらに明らかになる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、開示された態様を明確に示すことに主眼が置かれている。
【００２９】
他に明示した場合を除き、下記の解釈上の規則が本開示（すなわち、明細書、特許請求の範囲、要約および／または図面）に適用される。
（ａ）ここで用いられた全ての言葉（words）は、その時々の種々の状況に応ずるような性（gender）又は数（単数または複数）を有するものと解釈される。
（ｂ）明細書および特許請求の範囲で用いられた単数語である“a”、“an”および“the”は、文脈が明瞭に他を指示していない限り、複数の参照を含む。
（ｃ）記載された範囲または数値の前に付された“about”という先行語は、当業者に公知であるかまたは予期される範囲または数値が測定方法に依存して変動する範囲内の近似した範囲または数値を意味する。
（ｄ）“herein”、“hereby”、“hereof”、“hereto”、“hereinbefore”および“hereinafter”という言葉、並びにこれらと類似の意味を有する言葉は、他に特定しない限り、明細書全体に対するものであり、特定の段落、特許請求の範囲又は他の分節に対するものではない。
（ｅ）見出しは便宜上のみのものであり、明細書のいかなる部分の意味または構成をコントロールしたり、意味または構成に影響を与えたりするものではない。
（ｆ）“or”および“any”は排他的ではなく、“include”および“including”は限定的ではない。さらに“comprising”、“having”、“including”および“containing”の語は、他に特定しない限りオープンエンドターム（すなわち「含むが、限定されない」という意味）に解釈される。
【００３０】
本開示は、蒸解缶フィードシステム（ファイバーラインフィードシステムとしても知られている）との関連で砂分離槽について記述するが、本開示は、同伴液体すなわち固体粒子を同伴した液体または薬液を固体粒子流と比較的に清浄な液体または薬液流とに分離するために、旋回力および旋回作用と重力および遠心力とが用いられる他の分離装置にも適用可能であることを理解されたい。
【００３１】
適宜、明瞭化のため、図面間の類似の参照数字は類似の装置を示すために用いられている。
【００３２】
図１は、蒸解缶または含浸槽に連結された循環ループを有する従来技術の蒸解缶フィードシステムを示しており、これは例えば米国特許第５，７５３，０７５号明細書の記載から公知のものである。’０７５特許のシステムにおいて、チップは、高圧フィーダーに代る、少なくとも１個、好ましくは２個の高圧懸濁液ポンプ２５１，２５１´によって、蒸解缶１１の入口に移送される。高圧懸濁液ポンプ２５１，２５１´の代りに高圧フィーダー（ＨＰＦ、当業界において公知のもの）のような他の加圧移送手段を用いることも可能である。
【００３３】
チップ２０は、スチーミング槽２２１に導入されるが、このスチーミング槽は１個またはそれ以上のスチーム導管２２によりスチームを受け入れている。スチーミングされたチップはスチーミング槽２２１から計量装置２２３に送られるが、この計量装置はポケットロータまたはスクリュータイプの装置でもよく、また他の適当な計量装置でもよい。
【００３４】
計量装置２２３からの流出物は隔離装置２２４に送られるかまたは導管またはシュート２２６に直接供給される。使用される場合に隔離装置２２４は圧力隔離装置、例えばポケットロータータイプの隔離装置（低圧フィーダーとしても知られているもの）であり、この隔離装置は計量装置２２３とシュート２２６との間に配置されている。
【００３５】
蒸解液（白液“ＷＬ”としても知られているもの）はライン２２６´を経由してシュート２２６に添加され、チップと蒸解液の懸濁液（図示せず）が形成される。この懸濁液は、シュート２２６から、カーブしている出口２５０を経由して高圧懸濁ポンプ２５１の入口に排出される。通常、高圧懸濁液ポンプ２５１の入口に行く懸濁液は、液体タンク２５３から蒸解缶フィード導管２５４経由で流入する液体で増量される。
【００３６】
図１に示された態様は２個の高圧懸濁液ポンプを有するが、単一の高圧懸濁液ポンプのみを用いることもでき、また直列又は並列に連結された２個またはそれ以上の高圧懸濁液ポンプを用いることもできる。
【００３７】
加圧され、通常、加熱された懸濁液は高圧懸濁液ポンプ２５１から蒸解缶フィード導管２３４に排出される。蒸解缶フィード導管２３４は懸濁液を連続蒸解缶１１の入口に輸送する。過剰の液体が常法によりスクリーン１２によって懸濁液から除去される。蒸解缶１１からの黒液の抽出もスクリーン１４によって起っており、スクリーン１４からの黒液はさらに処理される。蒸解されたチップ（パルプ）１６は蒸解缶１１から排出され、高圧懸濁液ポンプ・蒸解缶フィードシステム２１０の下流でさらに処理される。
【００３８】
懸濁液から除去された過剰な液体は、戻り導管２３５を経由して、高圧懸濁液ポンプ・蒸解缶フィードシステム２１０に、好ましくは液体タンク２５３に戻され、蒸解缶フィード導管２５４を経由して、導管２５０中のチップと蒸解液の懸濁液の形成に使用される。戻り導管２３５中の液体は砂粒子を含むことがあり、望むならば、戻り導管２３５中の液体は、所望の操作モードに従って、加圧または非加圧用途に設計された砂分離槽２３７を経由して運搬される。
【００３９】
ＨＰＦを高圧懸濁液ポンプの代りに用いた場合には、戻り導管２３５の加圧液体の高圧懸濁液ポンプ２５１、２５１´への返送は図１の装置の運転のために必須ではない。戻り導管２３５中の流れに由来するエネルギーは必要ならば化学パルプ工場のいかなる地点でも使用することができる。図２はＨＰＦを用いる蒸解缶フィードシステムを示す。
【００４０】
シュート２２６が本質的に大気圧で運転される場合、戻り導管２３５中の戻り液体は、導管２５０に供給される前に本質的に大気圧に戻されることになる。このことを行うための１つの方法は圧力調節バルブ５８および圧力検知計５９を戻り導管２３５中に設けることである。
【００４１】
圧力調節バルブ５８の開閉は、予め定められた、より低い圧力が圧力調節バルブ５８の下流の戻り導管２３５において優位になるようにコントロールされる。さらに液体タンク２５３は、「フラッシュタンク」として操作するように設計されており、その結果、戻り導管２３５中の高温の加圧液体が急速に蒸発して、例えばスチーム導管６０を経由してスチーミング槽２２１をスチーミングするためのスチーム源として用いられる。
【００４２】
好ましくは、戻り導管２３５中の加圧液体は高圧懸濁液ポンプ２５１´から増量導管６１および増量導管６２を経由して排出する流れを増量するために使用される。１つの選択肢として、戻り導管２３５中の加圧液体を用いて、ポンプ増量導管６３経由で、ポンプコネクター導管２５２中の高圧懸濁液ポンプ２５１と２５２との間の液体流を増量することができ、その際にポンプ増量ポンプ６４は使用しても使用しなくてもよい。必要ならば、蒸解缶フィード導管２５４からの液体は、ポンプコネクター導管２５２中の流れを増量するために使用される。蒸解缶フィード導管２５４からの液体は、液体タンク増量導管５６および液体タンク増量導管５７経由でポンプコネクター導管２５２に添加されてもよい。
【００４３】
図１は、蒸解缶フィード導管２３４に配置された一方向（チェック）バルブ６５（このバルブはチェックバルブまたは他の適当なバルブである）を示しており、この一方向（チェック）バルブ６５は、加圧された液体流が高圧懸濁液ポンプ２５１または２５１´に戻されるのを防止している。さらに、従来型の自動の（例えばソレノイドで操作される）入口隔離バルブ６６と戻り隔離バルブ６７が、蒸解缶フィード導管２３４と戻り導管２３５にそれぞれ配置されており、蒸解缶フィード導管２３４と戻り導管２３５を高圧懸濁液ポンプ・蒸解缶フィードシステム２１０の残りから隔離している。蒸解缶フィード導管２３４と戻り導管２３５は加圧された液体を含んでいてもよい。
【００４４】
運転の一態様において、従来型の圧力スイッチ６８が蒸解缶フィード導管２３４中の高圧懸濁液ポンプ２５１´の下流に配置されている。圧力スイッチ６８は蒸解缶フィード導管２３４内の圧力をモニターするために使用され、圧力が予め定められた値から変動した場合に、従来型の圧力コントローラー６９が自動的に蒸解缶１１を高圧懸濁液ポンプ・蒸解缶フィードシステム２１０から隔離するが、この隔離は入口隔離バルブ６６と戻り隔離バルブ６７を自動的に閉鎖することによって達成される。
【００４５】
図２は、低圧出口液体導管１１１０を経由して砂分離槽１２３７に連結されたＨＰＦ１１００を有するＨＰＦ蒸解缶フィードシステム１０００のセクションを示す。低圧出口導管１１１０はチップシュートポンプ１２００を含み、砂分離槽１２３７に供給されるべき、ＨＰＦ１１００からの液体を加圧化している。低圧出口導管１１１０内の液体は、除去しないと、ＨＰＦ蒸解缶フィードシステム１０００のプロセス設備（槽、導管、ポンプなど）および上流のプロセス設備に重大な損傷を与える砂を含んでいる。
【００４６】
低圧出口導管１１１０からの砂含有液体（同伴液体）は砂分離槽１２３７の垂直頂部近傍で砂分離槽１２３７に正接方向に導入される。遠心力により、砂は同伴液体から分離され、砂分離槽１２３７の底部より排出される。ここに「底部」とは、底部の垂直上方に配置された頂部を有する槽の垂直下端部を意味する。
【００４７】
通常、砂は砂分離槽１２３７の底部からボールバルブ１４００およびポケットバルブ１４５０を経由して廃棄部１５００に排出される。本質的に砂を含まない（清浄な）液体１３３０は頂部排出部１３５０を経てレベルタンク１９００に送られるかまたはイン−ラインドレイナー１８００に送られ、低圧液体循環導管１８１０経由でフローメーター１７００およびチェックバルブ１６００を経てチップシュート１１５０に返送される。
【００４８】
レベルタンク１９００は、レベルタンク頂部出口１９００経由でスチーミング槽（図示せず）に除去されるスチーム流をも有してもよい。さらに、レベルタンク１９００は、レベルタンク底部排出部１９２０を有し、液体がＨＰＦ蒸解缶フィードシステム１０００内のメーク・アップ液体ポンプ（図示せず）に排出される。
【００４９】
図３は、典型的な砂分離槽１２３７を示し、この砂分離槽１２３７は、頂部と底部を有する垂直に配向した、多くが円筒型の槽として示されている。底部は槽の頂部よりも垂直方向に低く存在する。
【００５０】
デブリを含む液体１３２０（すなわち、砂粒子を捕捉し、同伴している液体）は正接方向入口１３５５より砂分離槽１２３７に入る。通常、正接方向入口１３５５は砂分離槽１２３７の垂直上部領域に配置されている。同伴液体１３２０は砂分離槽１２３７に入ると、砂分離槽１２３７内で旋回運動させられる。
【００５１】
砂分離槽１２３７内の旋回運動によって、砂が液体から分離される。一旦分離されると、砂は重力および遠心力によって砂分離槽１２３７内を下向きに移動し、砂分離槽１２３７の底部領域にある取換え可能なインサート１３６０を通過する。
【００５２】
取換え可能なインサート１３６０を通過した砂は砂捕集領域１３６５に捕集される。砂捕集領域１３６５は固体粒子捕集領域あるいは捕集領域と称することもある。砂は砂分離槽１２３７から砂排出部１３８０を経て除去されて、廃棄部１５００に送られる。
【００５３】
砂分離槽１３８０から排出するに先立ち、砂の旋回運動を破壊または停止するために、旋回している砂は旋回ブレーカー１３７０に送られる。旋回ブレーカー１３７０は、取換え可能なインサート１３６０を有するかまたは取換え可能なインサート１３６０の排出端部において取換え可能なインサート１３６０に付帯している。
【００５４】
図４は、穴のある従来型の取換え可能なインサート、すなわち従来のデサインの穴を有する取換え可能なインサートを示し、この従来型の取換え可能な穴のあるインサートは、砂分離槽１２３７の垂直下端領域内に適合するように形成された金属プレートからなる。円形の穴１３６０Ａは金属プレート内に形成され、穴１３６０Ａと穴１３６０Ａの間に陸領域１３６０Ｂが存在する。
【００５５】
穴１３６０Ａは穴のある従来型の取換え可能なインサートの全表面に配置され
ており、この穴１３６０Ａは、砂が穴のある従来型の取換え可能なインサート１３６１の表面の内部から穴１３６０Ａを通過して、取換え可能なインサート１３６０（図３参照）を取り囲む砂捕集領域１３６５（図３参照）へと移動することを可能にするに十分な単一の穴サイズのものである。穴１３６０Ａは通常、直径が３／８インチ、間隔が１インチであり、チップが穴１３６０Ａを通過したりまたは滞留するのを防止するに十分に小さいが、砂が通過するのに十分に大きい。穴の配置は特定のパターンに限定されない。砂は、砂分離槽１２３７から排出されて砂捕集領域１３６５に捕集される。
【００５６】
図５は、典型的な砂分離槽１２３７を示す。デブリ含有液体１３２０は砂分離槽１２３７の垂直頂部近傍で正接方向入口１３５５から砂分離槽１２３７に入る。砂１３３５の旋回運動は砂分離槽１２３７内を垂直方向下向きに移動するように示されている。従来型の取換え可能なインサート１３６０は、金属プレート内に垂直スロット１３６０Ｃを有し、垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃとの間に陸領域１３６０Ｂが存在するように示されている。
【００５７】
砂は、砂排出部１３８０を通過する前に砂捕集領域１３６５内に蓄積し、本質的に砂を含まない（清浄な）液体１３３０が砂分離槽１２３７の頂部排出部１３５０から除去される。
【００５８】
図６は、図５に示したスロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２を拡大して示す。図６にも垂直スロット１３６０Ｃおよび垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の陸領域１３６０Ｂが示されている。垂直スロット１３６０Ｃは通常、８ｍｍの幅と７２ｍｍの長さを有する。
【００５９】
８ｍｍの幅を有する垂直スロット１３６０Ｃは、穴１３６０Ａの直径と比べたときスロットの断面積を２０％だけ減少させることができる。幅寸法をそのように減少させることは、チップが垂直スロット１３６０Ｃを通過したり、垂直スロット１３６０Ｃがチップによって閉塞されるのを防止するために好ましい。
【００６０】
長さが７２ｍｍの垂直スロット１３６０Ｃは、垂直スロット１３６０Ｃの数を（穴１３６０Ａと比べて）減少させ、これにより垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離（垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離は垂直スロットの中心線と垂直スロットの中心線で求められる）を増加させる。垂直方向スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離を増加させることによって、スロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２は穴のある従来型の取換え可能なインサートにおいて存在するよりも十分な陸領域１３６０Ｄ（ブランク領域とも言う）を有する。取換え可能なインサートの陸領域１３６０Ｄを増加させて、穴のある従来型の取換え可能なインサート１３６１よりも腐蝕しにくいスロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２を得ることは重要である。
【００６１】
穴のある従来型の取換え可能なインサート１３６１およびスロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２の製造方法では、金属板の平坦片を必要とし、平坦のままで、開口、穴またはスロットは特別なパターンまたはアレンジメントなしに金属板に形成される。
【００６２】
一旦、開口が形成されると、金属板は取換え可能なインサートに形成される。金属板の両端部が会うところにシーム１３６６が存在する。シーム１３６６は金属の両末端部を溶接することにより形成されるが、他の許容し得る方法として、金属両端部を互いに固着する方法が用いられる。
【００６３】
図７は、本発明の一態様の取換え可能な多孔インサート１３６３を示し、この取換え可能な多孔インサートの孔は垂直スロット１３６３Ａであり、この垂直スロット１３６３Ａは取換え可能な多孔インサート１３６３上に縦列と横列に配置されている。
【００６４】
垂直スロット１３６３Ａの縦列の配置は、ライン“ａ”が取換え可能な多孔インサート１３６３の円錐軸の正接となるようにライン“ａ”と平行である。この平行配置は、砂が取換え可能な多孔インサート１３６３の円錐形に基づく旋回運動で移動するときに、砂が垂直スロット１３６３Ａを通って除去されるために必要である。垂直スロット１３６３Ａをライン“ａ”に平行な縦列に位置させると、垂直スロット１３６３Ａを通過する砂に与えられる遠心力によって砂が垂直スロット１３６３Ａに指向される。
【００６５】
砂に作用する遠心力によってスロットを有する取換え可能なインサート内で砂の流れのパターンが提供され、砂の流れのパターンを認識し、垂直スロット１３６３Ａを遠心力のパターンに従ったパターンに配置することにより、個々の砂粒子は砂分離器に存在する遠心力によって垂直スロット１３６３Ａへと移動する。垂直スロット１３６３Ａを示唆されたパターンで提供することによって、より多くの砂が金属の表面にぶつかるよりも開口へと流れる。砂が金属の表面にぶつかると金属が摩耗される。示唆されたパターンに提供された垂直スロット１３６３Ａは、取換え可能な多孔インサート１３６３Ａの長寿命化をもたらす。
【００６６】
縦列の垂直スロット１３６３Ａは、本質的に、取換え可能な多孔インサート１３６３Ａの頂部１３６３Ｃから底部１３６３Ｄまでの垂直線に延びている。垂直スロット１３６３Ａは、取換え可能な多孔インサートの全面に亘って同一の長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有する。典型的には、垂直スロット１３６３Ａの幅“Ｗ”は６ｍｍ以下、例えば４ｍｍまたは２ｍｍであり、木片、パルプ繊維、または砂以外の物質がスロットを通過するのを防止している。長さ、幅または長さ／幅の比率の測定とは、木片、パルプ繊維、または砂以外の物質がスロットを通過するのを防止するために好ましい。例えば長さ／幅の１つの好ましい比率は１２／１、すなわち長さが４８ｍｍで幅が４ｍｍである。他の例として、３６ｍｍの長さと３ｍｍの幅が用いられる。スロットの長さは、木片、パルプ繊維、または砂以外の物質がスロットを通過するのを防止するように、蒸解缶フィードシステムへの原料に基づく、所望の幅を用いて定められる。幅“Ｗ”を６ｍｍ以下を維持することによって、より小さいピンチップ（pin chips）またはファイン（fines）が砂とともに同伴液体から除去される。
【００６７】
ピンチップやファインを同伴液体中に維持しながら、砂を同伴液体から分離するのが好ましい。６ｍｍ以下、例えば４ｍｍ以下または２ｍｍ以下の幅を有する垂直スロット１３６３Ａは、ピンチップやファインが垂直スロット１３６３Ａを通過したり、または垂直スロット１３６３Ａを砂粒子で閉塞させるのを防止する。１つの態様において、垂直スロット１３６３Ａが砂の通過を可能とし、かつ十分な横列と縦列のスロットが砂の通過のために必要な開放空間を提供する場合には、６ｍｍ以下の幅を有する垂直スロット１３６３Ａが、対応して望ましい垂直スロット１３６３Ａのサイズとともに用いられる。
【００６８】
１つの例示的態様において、垂直スロット１３６３Ａは６ｍｍ以下の幅と７２ｍｍ以下の長さを有し、対応する比率を有するものであり、砂捕集領域１３６５は望ましくないチップピンやファインが垂直スロット１３６３Ａを通過し、砂捕集領域１３６５に流入することから保護される。チップピンやファインは蒸解缶または含浸槽を通って処理された粒子であり、粒子内に摩耗性の蒸解液を含んでいる。
チップピンやファインは、分離された同伴液体の本質的に砂を含まない（清浄な）液体部分とともに残り、さらなる処理のためにプロセスに戻されるのが望ましい。チップピンやファインが砂捕集領域１３６５に流入するのを減少させることにより、砂捕集のための付加的スペースが提供され、また図１および図２に示した蒸解缶フィードシステム内で砂分離槽２３７または１２３７がチップピンやファイン内の液体により腐蝕する可能性が減少する。
【００６９】
垂直スロット１３６３Ａと垂直スロット１３６３Ａの間には陸領域１３６３Ｂが存在し、この陸領域１３６３Ｂは取換え可能な多孔インサート１３６３のための構造的サポートを提供するために必要である。陸領域１３６３Ｂは金属の表面領域の約７５％〜約９５％からなり、十分な構造的サポートを提供して、取換え可能な多孔インサートがそれ自体で破壊するのを防止している。陸領域１３６３Ｂの存在により十分な構造的サポートを提供することによって、取換え可能な多孔インサート１３６３の寿命が延びることとなる。また陸領域の割合が高いと、取換え可能な多孔インサートの破壊可能性が減少または防止されることにより、砂捕集領域１３６５がより一層保護される。
【００７０】
さらに、取換え可能な多孔インサートを形成するために用いられた金属板は砂の摩耗性により不均一に摩耗することがあり、従来型の取換え可能なインサートに認められた、この不均一摩耗を解消するため、本発明の取換え可能な多孔インサートの１つの態様は金属板の表面に適用されたハードコーティングを含み、またもう１つの態様は厚みを増加した金属板を含む。
【００７１】
金属板の頂部、例えば金属板の上の方の２０〜４０％、２５〜３５％、２０〜３０％または２５〜３０％の部分は、取付け前に、炭化タングステンまたは他の好適な材料などのハードコーティングで処理してもよい（本例において、“頂部”は取換え可能な多孔インサートの入口における金属部分の最も広い領域を意味する。）。ハードコーティング層は厚さが０．３ｍｍを超えないのが理想的である。ハードコーティングを適用するための好ましい方法の１例は、溶融金属を金属板の表面にスプレーする高速度酸素燃料（High Velocity Oxygen Fuel：ＨＶＯＦ）コーティング法である。
【００７２】
ハードコーティングを用いない場合、金属板の頂部、例えば金属板の上の方の２０〜４０％、２５〜３５％、２０〜３０％または２５〜３０％の部分を厚い金属板、例えば残りの金属板よりも１０％、１５％または２０％厚い金属板、または２〜８ｍｍまたは４〜６ｍｍ厚い金属板で形成することも可能である。
【００７３】
ハードコーティングが用いられるかまたはより厚い金属板が用いられるかに拘らず、金属摩耗率が従来型の取換え可能なインサートよりも減少しない場合であっても、金属板の不均一摩耗が防止されるので、取換え可能なインサートの長寿命化が達成される。
【００７４】
図８は、本発明のもう１つの態様による取換え可能な多孔インサート１３６３０を示す。取換え可能な多孔インサート１３６３０の孔は垂直スロット１３６３０Ａであり、垂直スロット１３６３０Ａと垂直スロット１３６３０Ａの間に陸領域１３６３０Ｂが存在する。垂直スロット１３６３０Ａは、取換え可能な多孔インサート１３６３０上に縦列と横列に配置されている。
【００７５】
図７の垂直スロット１３６３Ａのように、垂直スロット１３６３０Ａは、ライン“ａ”が取換え可能な多孔インサート１３６３０の円錐軸の正接となるようにライン“ａ”に平行に配列されている。図７の垂直スロット１３６３Ａと同様に、図８の垂直スロット１３６３０Ａは本質的に同一の長さ“Ｌ”を有するが、図７と異なり、図８の垂直スロット１３６３０Ａは全てが同一の幅“Ｗ”を有するものではない。
【００７６】
砂が頂部１３６３０Ｃから底部１３６３０Ｄへと取換え可能な多孔インサート１３６３０を垂直方向下向きに移動するにつれて、垂直スロット１３６３０Ａの幅“Ｗ”は変化し、この変化は頂部１３６３０Ｃにおいて、より広い幅“Ｗ”、底部１３６３０Ｄにおいて、より狭い幅“Ｗ”である（図８参照）。垂直スロット１３６３０Ａの幅“Ｗ”を、砂が垂直方向下向きに移動するにつれて徐々に変化させるが、幅“Ｗ”は横列間または各横列内では変化させないようにすることも可能である。
【００７７】
もう１つの態様において、幅“Ｗ”の徐々の変化が複数セットの横列で起こり、例えば最初の３つの横列を第１セットの横列とし、各垂直スロット１３６３０Ａの幅“Ｗ”は同一とする。第１セットの横列の垂直方向下の第２セットの横列における各垂直スロット１３６３０Ａは先の横列と異なる幅“Ｗ”を有する。他のセットの横列は、先のセットの横列と同一または異なる幅“Ｗ”を有する。
【００７８】
もう１つの態様において、垂直スロット１３６３０Ａの横列は幅“Ｗ”が徐々に変化し、最も幅広の垂直スロットは（頂部よりも）底部にあり、垂直スロットの頂部の横列は最も狭い垂直幅“Ｗ”を有する。
【００７９】
より大きな（またはより幅広の）スロットが除去される砂の速度と濃度をオフセットするために用いられるので、垂直スロットの幅“Ｗ”を変化させることは、砂除去効率に正のインパクトを与える。取換え可能な多孔インサート１３６３０の頂部近傍により狭いスロットを配置させることは、砂の濃度と速度が最も高いときに、砂の除去に正のインパクトを与える。
【００８０】
垂直スロットの幅“Ｗ”の寸法が徐々に変化する場合に、最も広い幅“Ｗ”は約６ｍｍを超えるべきでなく、最も狭い幅“Ｗ”は１ｍｍよりも小さくすべきではない。示唆されるような幅“Ｗ”の寸法は、木片、ピンチップ、ファイン、または砂以外の物質が垂直スロットを通過することを可能にする。
【００８１】
図９は、本発明のもう１つの態様による取換え可能な多孔インサート１３６３１を示す。この取換え可能な多孔インサート１３６３１の孔は垂直スロット１３６３１Ａであり、垂直スロット１３６３１Ａと垂直スロット１３６３１Ａの間に陸領域１３６３１Ｂが存在する。垂直スロットは取換え可能な多孔インサート１３６３１上に縦列および横列に配置されている。
【００８２】
図７の垂直スロット１３６３Ａのように、垂直スロット１３６３１Ａは、ライン“ａ”が取換え可能な多孔インサート１３６３１の円錐軸の正接になるようにライン“ａ”に平行に配置されている。図７の垂直スロット１３６３Ａと同様に、図９の垂直スロット１３６３１Ａは本質的に同一の幅“Ｗ”を有し、図７と異なり、図９の垂直スロット１３６３１Ａは同一の長さ“Ｌ”を有するものではない。
【００８３】
砂が頂部１３６３１Ｃから底部１３６３１Ｄへと取換え可能な多孔インサート１３６３１を垂直方向下向きに移動するにつれて、垂直スロット１３６３１Ａの長さ“Ｌ”が変化し、この変化は取換え可能な多孔インサート１３６３１の頂部１３６３１Ｃにおいて、より長い長さ“Ｌ”であり、底部１３６３１Ｄにおいて、より短い長さ“Ｌ”である（図９参照）。長さ“Ｌ”は、砂が垂直方向下向きに移動するにつれて徐々に変化するものであり、各横列においては変化しない。
【００８４】
もう１つの態様において、長さ“Ｌ”の徐々の変化は複数セットの横列で起こり、例えば最初の２つの横列を第１セットの横列とし、各垂直スロット１３６３１Ａの長さ“Ｌ”は同一とする。第１セットの横列の垂直方向下の第２セットの横列の各垂直スロット１３６３１Ａは第１セットの横列と異なる長さ“Ｌ”を有する。他のセットの横列は、先のセットの横列と同一または異なる長さ“Ｌ”を有する。
【００８５】
もう１つの態様において、垂直スロット１３６３１Ａの横列は、最も長い垂直スロットが（頂部よりも）底部にあり、頂部の垂直スロットの横列が最も短い垂直長さ“Ｌ”を有するように長さ“Ｌ”が徐々に変化する。
【００８６】
垂直スロットの長さ“Ｌ”を変化させることは、より大きい（本例では垂直方向により長い）垂直スロットが、除去されるべき砂の最高濃度が存在するところに位置しているので、砂除去効率に正のインパクトを与える。垂直スロット長さ“Ｌ”寸法が徐々に変化する場合、最長の長さは約１００ｍｍを超えるべきでなく、最短の“Ｌ”寸法は５ｍｍより小さくすべきではない。例えば、５０ｍｍの最大長さおよび１０ｍｍの最小長さが好適である。長さ“Ｌ”寸法のこれらの範囲により、木片、ピンチップ、ファイン、パルプ繊維、または砂以外の物質が垂直スロットを通過するのが防止される。
【００８７】
図１０は、本発明のもう１つの態様による取換え可能な多孔インサート１３６３２を示す。この取換え可能な多孔インサート１３６３２の孔は垂直スロット１３６３２Ａであり、垂直スロット１３６３２Ａと垂直スロット１３６３２Ａの間に陸領域１３６３２Ｂが存在する。垂直スロット１３６３２Ａは取換え可能な多孔インサート１３６３２上に縦列と横列に配置されている。
【００８８】
図７の垂直スロット１３６３Ａのように、垂直スロット１３６３２Ａは、ライン“ａ”が取換え可能な多孔インサート１３６３２の円錐軸の正接になるようにライン“ａ”に平行に配置されている。図７の垂直スロット１３６３Ａと異なり、図１０の垂直スロット１３６３２Ａは本質的に同一の幅“Ｗ”または長さ”Ｌ”を有しない。
【００８９】
砂が頂部１３６３２Ｃから底部１３６３２Ｄへと取換え可能な多孔インサート１３６３２を垂直方向下向きに移動するにつれて、垂直スロット１３６３２Ａの長さ“Ｌ”および幅“Ｗ”の両者が変化し、この変化は、取換え可能な多孔インサート１３６３２の頂部１３６３２Ｃにおいて、より長い長さ“Ｌ”およびより広い幅“Ｗ”であり、底部１３６３２Ｄにおいて、より短い長さ“Ｌ”およびより狭い幅“Ｗ”である（図１０参照）。いくつかの態様において、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”の変化は、砂が垂直方向下向きに移動するにつれて徐々の変化であり、変化は各横列においては存在しない。もう１つの態様において、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”の徐々の変化は複数セットの横列で起こり、例えば最初の２つの横列は第１セットの横列であり、各垂直スロット１３６３２Ａの長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”は同一である。第１セットの横列の垂直方向下の第２セットの横列の各垂直スロット１３６３２Ａは、先のセットの横列と異なる長さ“Ｌ”および幅“Ｗ”を有する。他のセットの横列は先のセットの横列と同一または異なる長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有する。
【００９０】
いくつかの態様において、垂直スロット１３６３２Ａの横列は、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”が徐々に変化し、最も長く最も広い垂直スロットが（頂部よりも）底部にあり、頂部の垂直スロットの横列は最も短く最も狭い垂直スロット寸法を有する。
【００９１】
図７〜図１０には示していないが、横列と縦列の垂直スロットは、ライン“ａ”に対して１５〜１８５°の角度を有することも可能であり、例えば３０〜１５０°、４５〜１３５°、６０〜１２０°、１５〜６０°または１２０〜１８５°が好ましい。選択された角度範囲は、砂が砂分離槽を垂直方向下向きに移動するときの砂の流れのパターンに対応する。砂の流れのパターンは、複数のファクター、すなわち砂分離槽の寸法、砂分離槽に入る同伴液体の体積および同伴液体中の砂の濃度の関数である。砂分離槽中の砂の下向きへの流れを観察することにより、上記角度が決定される。用いられる角度は、領域の寸法および槽に供給される同伴液体の体積に依存する。
【００９２】
本明細書において提示されたものは、同伴液体を固体粒子（本質的に砂）と本質的に砂を含まない（清浄な）液体流とに分離するための砂分離槽である。この砂分離槽は、少なくとも円筒状部分の上部セクションと少なくとも下部セクション；同伴液体を受け入れるための、円筒状部分の上部セクションへの正接方向入口；本質的に砂を含まない（清浄な）液体を排出するための、円筒状部分の頂部にある出口；固体粒子を排出するための、下部セクションの底部にある出口；を含み、下部セクションは円錐状部分を有している。円錐状部分は、固体粒子捕集領域によって取り囲まれた円錐形状の取換え可能なインサートを有している。円錐形状の取換え可能なインサートは金属板であり、この金属板は下部セクションの円錐状部分内に適合するような寸法の円錐形状に形成された孔を有する。金属板中の孔は長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有するスロットであり、これらのスロットは、横列と縦列のパターンで配列され、縦列のスロットは取換え可能なインサートの円錐軸の正接によって形成されたラインに平行である。
【００９３】
少なくともいくつかの態様において、スロットは徐々に変化する幅“Ｗ”、徐々に変化するスロット長さ“Ｌ”、徐々に変化するスロット幅“Ｗ”および徐々に変化するスロット長さ“Ｌ”を有する。
【００９４】
本明細書で提示されるものは、分離装置のための取換え可能な多孔インサートであり、この分離装置のための取換え可能な多孔インサートは、円錐形状を有する金属板を含んでおり、この円錐形状は一端において、より大きな開口を、他端において、より小さい開口を有している。多数の孔が円錐形状の金属板に存在しており、多数の孔のそれぞれは、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”を有し、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”は互いに異なっている。多数の孔はスロットでもよい。多数の孔は金属板中に縦列と横列のパターンを形成しており、縦列の孔は全て金属板に配置され、縦列の孔は取換え可能なインサートの円錐軸の正接によって形成されたラインに平行である。
【００９５】
少なくともいくつかの態様において、取換え可能な多孔インサートは砂分離槽において使用するに好適である。またいくつかの態様において、孔の幅“Ｗ”は取換え可能なインサートの一端から他端へと徐々に変化し、一方、長さ“Ｌ”は変化しない。いくつかの態様において、多数の孔の幅“Ｗ”は６ｍｍ以下である。
【００９６】
取換え可能な多孔インサートのいくつかの態様として、形成された取換え可能なインサートにおいて、円錐形状の金属板の底部１３６３Ｄ、１３６３０Ｄ、１３６３１Ｄ、１３６３２Ｄに比べて大きな開口を有する場合に、円錐形状の金属板の頂部１３６３Ｃ、１３６３０Ｃ、１３６３１Ｃ、１３６３２Ｃは、その端部の２５〜３０％にハードコーティングが形成されていてもよい。少なくともいくつかの態様において、円錐形状の金属板は、円錐形状の金属板がより大きな開口を有する端部においてより厚くなっている。
【００９７】
以上、本発明を、最も実用的で好ましい態様と現在考えられるものとの関係で説明してきたが、本発明は開示された態様に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に含まれる種々の変更および均等な構成を包含するものであることが理解されるべきである。
【図１】
2017087206.tif 000003
【図２】
2017087206.tif 000004
【図３】
2017087206.tif 000005
【図４】
2017087206.tif 000006
【図５】
2017087206.tif 000007
【図６】
2017087206.tif 000008
【図７】
2017087206.tif 000009
【図８】
2017087206.tif 000010
【図９】
2017087206.tif 000011
【図１０】
2017087206.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月14日(2016.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
【図１】は、高圧懸濁ポンプを用いる蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽の配置を示す（従来技術）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
【図２】は、高圧フィーダー（ＨＰＦ）を用いる蒸解缶フィードシステム内の砂分離槽の配置を示す（従来技術）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
【図３】は、蒸解缶フィードシステムのための砂分離槽の概略を示す（従来技術）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【図４】は、砂分離槽のための、ホールを有する取換え可能なインサートを示す（従来技術）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
【図５】は、砂分離槽内の材料の流れを示す（従来技術）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【図６】は、砂分離槽のための、スロットを有する取換え可能なインサートを示す（従来技術）。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
【図７】は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有する複数のスロットを有し、縦列のスロットは円錐軸の正接に対して平行である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【図８】は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する幅を有する複数のスロットを有する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【図９】は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する長さを有する複数のスロットを有する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
【図１０】は、本出願の態様による、砂分離槽のための取換え可能な多孔インサートを示し、この多孔インサートは垂直配向を有し、変動する長さと幅を有する。
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月13日(2017.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
レベルタンク１９００は、レベルタンク頂部出口１９５０経由でスチーミング槽（図示せず）に除去されるスチーム流をも有してもよい。さらに、レベルタンク１９００は、レベルタンク底部排出部１９２０を有し、液体がＨＰＦ蒸解缶フィードシステム１０００内のメーク・アップ液体ポンプ（図示せず）に排出される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
砂排出部１３８０から排出するに先立ち、砂の旋回運動を破壊または停止するために、旋回している砂は旋回ブレーカー１３７０に送られる。旋回ブレーカー１３７０は、取換え可能なインサート１３６０を有するかまたは取換え可能なインサート１３６０の排出端部において取換え可能なインサート１３６０に付帯している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
長さが７２ｍｍの垂直スロット１３６０Ｃは、垂直スロット１３６０Ｃの数を（穴１３６０Ａと比べて）減少させ、これにより垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離（垂直スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離は垂直スロットの中心線と垂直スロットの中心線で求められる）を増加させる。垂直方向スロット１３６０Ｃと垂直スロット１３６０Ｃの間の距離を増加させることによって、スロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２は穴のある従来型の取換え可能なインサートにおいて存在するよりも十分な陸領域１３６０Ｂ（ブランク領域とも言う）を有する。取換え可能なインサートの陸領域１３６０Ｂを増加させて、穴のある従来型の取換え可能なインサート１３６１よりも腐蝕しにくいスロットのある従来型の取換え可能なインサート１３６２を得ることは重要である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2017087206.tif 000013
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2017087206.tif 000014
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2017087206.tif 000015
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2017087206.tif 000016
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2017087206.tif 000017
【外国語明細書】
【TITLE OF INVENTION】SAND SEPARATOR VESSEL PERFORATED REPLACEABLE INSERT APPARATUSAND METHOD
【TECHNICAL FIELD】  
【０００１】Aspects of the disclosure relate generally to problems caused by separating and removing harmful material, such as but not limited to sand, in the fiber line of a chemical pulp mill during production of chemical pulp.  Specifically, equipment and methods to remove sand from the recirculation liquor of the fiber line (digester) feed system are disclosed.  
【BACKGROUND ART】
【０００２】Comminuted cellulosic fiber material treated in a conventional pulp production process, e.g. wood chips, biomass, or other comminuted cellulosic material (for convenience referred to here as “chips”) typically contain non-cellulosic harmful material.  The non-cellulosic harmful material includes sand, dirt, stones, different pieces of metal, (e.g. nails, pieces of metal wire, or bolts and nuts), chips of metal, or other heavy cellulosic materials (e.g.knots).  The density of this non-cellulosic harmful material is typically at least 10% higher than the density of the cellulosic material being treated (e.g.at least 50% higher).   Much of this non-cellulosic harmful material can be removed during the process of producing the chips for feeding to the pulping process, but part of the non-cellulosic harmful material will be passed into the digester feed system, to an optional impregnation vessel, and to the digester itself.   
【０００３】In many existing digester feed systems, smaller non-cellulosic harmful material such as sand, dirt, stones, etc., remain with the recirculation liquor used within the digester feed system.  For simplicity purposes, the term “sand” is used throughout this document to mean smaller non-cellulosic harmful material previously identified.  The recirculation liquor (for convenience referred to here as “liquor”) typically is used as transport liquor in digester feed systems having low pressure feeders, high pressure feeders, chip pumps, slurry pumps, or similar equipment where liquor may be needed.  
【０００４】Liquor within the digester feed system may have many functions and many sources.  For clarity purposes, “entrained liquor” in this disclosure refers to liquor fed to the sand separator vessel and contains sand and even other solid particles. 
【０００５】The liquor is recirculated within the digester feed system to assist or improve the transport of chips in the digester feed system.   Liquor may be any suitable sort of liquid, including but not limited to fresh water, fresh cooking liquor, black liquor, green liquor, recirculated liquor, cooking solution, or any combination thereof.
【０００６】Usually sand is separated from the liquor in the digester feed system by means of some sort of separator.  A conventional sand separator vessel removes sand and other solid particles from the entrained liquor circulated via a chip conveyor arrangement at the digester plant.  U.S. Pat. No. 4,280,902 describes a cyclone-type sand separating device for removing undesirable solid particles, especially sand, from the debris-laden, or entrained liquor.  Removal of solid particles, particularly sand, from the entrained liquor results in an essentially sand free (cleaned) liquor.  The essentially sand free (cleaned) liquor may then be returned and become a part of the liquor of the digester feed system. For simplicity, the solid particles removed from the entrained liquor will be referred to as “sand,” although other undesirable solid particles may also be present.
【０００７】A sand separator vessel typically is generally cylindrical in shape, typically with an upper section and a lower section, and comprises a tangential inlet into a cylindrical container. The cylindrical container is generally comprised of an upper section, generally having a cylindrical shape, and a lower section, generally having a cone or conical shape.  In this document the upper section of the cylindrical container may also be referred to as a “cylindrical portion.” In such devices, the debris laden liquor is introduced into an upper section of the cylindrical container, and a forceful whirling motion is generated within the cylindrical portion.  Sand, separated out of the entrained liquor and driven by gravitational and centrifugal forces, is forced downward in the cylindrical portion into a lower section, which may be a separating chamber, usually having a conical shape.  From the lower section or separating chamber, the sand is discharged.   
【０００８】Within the lower section or separating chamber is located a funnel-shaped replaceable insert.  For simplicity, in this application the term “replaceable insert” and “insert” may be used interchangeably.  The replaceable insert has openings to allow sand to pass through the replaceable insert into the solid particle collection region (collection region) and ultimately out of the sand separator vessel.   
【０００９】The location of the replaceable insert within the sand separator vessel is at a level to prevent vertical stagnation of sand while having minimal disruption of the whirling motion.  An outlet for the essentially sand-free (cleaned) liquor is located in the upper part of the cylindrical portion.
【００１０】Typically, replaceable inserts are perforated metal pieces shaped like a funnel.  The perforations may be vertical slots or circular holes and may extend the entire surface of the replaceable insert.  Replaceable inserts are attached to the inner wall of the lower section of the sand separator vessel (within the separating chamber).  As the entrained liquor enters the sand separator vessel, the whirling motion within the sand separator vessel separates the liquid and solid particles (sand) within the entrained liquor.  Sand moves downward to the lower section, resulting in a strong whirling flow with complex flow patterns through the openings in the replaceable insert and eventually out a discharge of the sand separator vessel.
【００１１】The replaceable insert is typically conical (or funnel) in shape with a large opening at one end and a small opening at the opposite end.  Generally the replaceable insert is attached at the large opening end to the interior wall of the sand separator vessel in the vertically lower region of the sand separator vessel.  A rigid attachment is typically used to connect the replaceable insert to the interior wall of the sand separator vessel.
【００１２】Several adverse operational conditions have been identified with the sand separator vessel.  As a result of the whirling motion and centrifugal and gravitational forces needed to separate the sand from entrained liquor, replaceable inserts become damaged and can collapse in on themselves.  Additionally, uneven wear of the replaceable insert is experienced.  
【００１３】Uneven wear results in some sections of the replaceable insert being completely absent while other sections remain intact.  Where the replaceable insert is worn through (or absent), sand may violently contact the collection region wall on the interior of the sand separator vessel and cause erosion which leads to material thinning,  weak spots, and eventually holes, in the sand separator vessel.  
【００１４】Undesirable and complex flow patterns of the sand within the replaceable insert exist causing adverse operational conditions such as the clogging of openings in the replaceable insert.  The undesirable flow patterns cause sections or regions of very high sand particle velocities within the replaceable insert where the openings in the replaceable insert become overwhelmed and clog.  
【００１５】These adverse operational and uneven wear conditions at some point in time require the sand separator vessel to be taken offline and the replaceable insert repaired or replaced.  There is a long felt need to provide a replaceable insert more readily capable of withstanding gravitational and centrifugal forces, undesirable sand flow patterns and velocities, as well as the abrasive attack of the sand moving within the replaceable insert.  It is to these needs and others that the present disclosure is directed.
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】 
【００１６】A perforated replaceable insert for a sand separator vessel in a digester feed system has been conceived.  The conceived perforated replaceable insert reduces the uneven wear problems previously experienced.  Additionally, the conceived perforated replaceable insert is capable of withstanding centrifugal forces, thereby eliminating the problems associated with the collapse of the perforated replaceable insert, i.e., the perforated replaceable insert collapsing onto itself.  
【００１７】In addition, a perforated replaceable insert has been conceived to provide a smooth and consistent movement of sand particles in a downward direction and through the surface of the perforated replaceable insert along the entire vertical length of the perforated replaceable insert.  The smooth, consistent movement of sand particles prevents an undesirable accumulation of sand near the lower end of the insert where sand might cause clogging and sporadic movement.  The smooth and consistent movement of sand particles through the perforated replaceable insert overcomes certain operational problems of a sand separator vessel.
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【００１８】FIG. 1 illustrates placement of a sand separator vessel within a digester feed system using high-pressure suspension pumps, prior art.
【００１９】FIG. 2 illustrates placement of a sand separator vessel within a digester feed system using a high-pressure feeder (HPF), prior art.
【００２０】FIG. 3 is a schematic of a sand separator vessel for a digester feed system, prior art.
【００２１】FIG. 4 shows a holed replaceable insert for a sand separator vessel, prior art.
【００２２】FIG. 5 shows the flow of material within the sand separator vessel, prior art.
【００２３】FIG. 6 shows a slotted replaceable insert for a sand separator vessel, prior art.
【００２４】FIG. 7 shows a perforated replaceable insert for a sand separator vessel with slots having a vertical orientation and columns of slots that are parallel to the tangent of the conical axis, according to an embodiment of the current application.
【００２５】FIG. 8 shows a perforated replaceable insert for a sand separator vessel with slots having a vertical orientation and varying widths, according to an embodiment of the current application.
【００２６】FIG. 9 shows a perforated replaceable insert for a sand separator vessel with slots having a vertical orientation and varying lengths, according to an embodiment of the current application.
【００２７】FIG. 10 shows a perforated replaceable insert for a sand separator vessel with slots having a vertical orientation and varying lengths and widths, according to an embodiment of the current application. 
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【００２８】The foregoing will be apparent from the following more particular description of exemplary embodiments of the disclosure, as illustrated in the accompanying drawings.  The drawings are not necessarily to scale, with emphasis instead being placed upon illustrating the disclosed embodiments.
【００２９】Except as otherwise expressly provided herein, the following rules of interpretation apply to this specification (i.e., written description, claims, abstract and/or drawings): (a) all words used herein shall be constructed to be of such gender or number (singular or plural) as the circumstances require; (b) the singular terms “a,” “an,” and “the,” as used in the specification and the appended claims include plural references unless the context clearly dictates otherwise; (c) the antecedent term “about” applied to a recited range or value denotes an approximation within the deviation in the range or value known or expected in the art from the measurements method; (d) the words “herein,” “hereby,” “hereof,” “hereto,” “hereinbefore,” and “hereinafter,” and words of similar import, refer to this specification in its entirety and not to any particular paragraph, claim or other subdivision, unless otherwise specified; (e) descriptive headings are for convenience only and shall not control or affect the meaning or construction of any part of the specification; and (f) “or” and “any” are not exclusive and “include” and “including” are not limiting.  Further, the terms “comprising,” “having,” “including,” and “containing” are to be construed as open-ended terms (i.e., meaning including, but not limited to,”) unless otherwise noted.
【００３０】Although this disclosure describes in context a sand separator vessel in association with a digester feed system (also known as a fiber line feed system), it is understood that this disclosure is applicable to other separation devices where whirling action and gravitational and centrifugal forces are used to separate an entrained liquor, i.e., liquid or liquor entrained with solid particles, into a solid particle stream and a relatively clean liquid or liquor stream.
【００３１】When appropriate and to provide clarity, similar reference numbers between figures are used to signify similar equipment.
【００３２】FIG. 1 illustrates a prior art digester feed system showing a recirculation loop connected to a digester or an impregnation vessel, which is known from e.g. U.S. Pat. No. 5,753,075.  In the system of the ‘075 patent, chips are transferred by means of at least one, preferably two high-pressure suspension pumps 251, 251’ for conveying the chips to the inlet of the digester 11 instead of a high-pressure feeder.  It is also possible to use other pressurizing and transferring means such as high pressure feeders (HPF, well-known in the industry) in place of the high-pressure suspension pumps 251, 251’.  
【００３３】The chips 20 are introduced into a steaming vessel 221, which receives steam through one or more steam conduits 22.  Steamed chips from the steaming vessel 221 are fed into a metering device 223, which may be a pocketed rotor or a screw-type device or other suitable metering device. 
【００３４】The discharge from the metering device 223 can be sent to an isolating device 224 or can be fed directly into a conduit or chute 226.  If used, the isolating device 224 may be a pressure-isolator, such as a pocketed rotor-type isolator device (also known as a low pressure feeder) arranged between the metering device 223and the chute 226. 
【００３５】Cooking liquor (also known as white liquor, “WL”) is added into the chute 226 via line 226’ so that a suspension of chips and liquor is formed (not shown).  The suspension is discharged from the chute 226via a curved outlet 250 to the inlet of the high-pressure suspension pump 251.  Typically, the suspension going to the inlet of the high-pressure suspension pump 251 is augmented with liquor coming from a liquor tank 253 through digester feed conduit 254. 
【００３６】Though the embodiment illustrated in FIG. 1 has two high-pressure suspension pumps, alternatively only a single high-pressure suspension pump can be used, or two or more high-pressure suspension pumps connected in series or parallel can be used. 
【００３７】The pressurized and typically heated suspension is discharged from the high-pressure suspension pump 251’ to a digester feed conduit 234.  The digester feed conduit 234 conveys the suspension into the inlet of a continuous digester 11.  Excess liquor is removed from the suspension in a conventional way via a screen 12.  Extraction of black liquor from the digester 11 may also occur through screen 14.  The black liquor from screen 14 may be further processed.  Cooked chips (pulp) 16 are discharged from digester 11 and processed further downstream of the high-pressure suspension pump digester feed system 210.
【００３８】The excess liquor removed from the suspension is returned to the high-pressure suspension pump digester feed system 210 via a return conduit 235, preferably into the liquor tank 253to be used in the formation of the suspension of chips and liquor in a conduit 250 through digester feed conduit 254.  Liquor in return conduit 235 may contain sand particles.  If desired, the liquor in return conduit 235 can be conveyed through a sand separator vessel 237 designed for pressurized or non-pressurized use according to the desired operational mode. 
【００３９】If a HPF is used in place of the high-pressure suspension pumps, returning the pressurized liquor of return conduit 235 to the inlet of the high-pressure suspension pumps 251, 251' is not essential for the operation of the arrangement of FIG. 1.  The energy available from the flow in return conduit 235 can be used at any point in the chemical pulp mill as required.  FIG. 2 illustrates a digester feed system using a HPF.
【００４０】If the chute 226 is operated essentially at atmospheric pressure, the returned liquor in return conduit 235 is to be returned to essentially atmospheric pressure prior to feeding it into conduit 250.  One way of accomplishing this is to use a pressure regulation valve 58 and a pressure detector 59in return conduit 235. 
【００４１】The opening of the pressure regulation valve 58 is controlled so that a predetermined, lower pressure prevails in return conduit 235 downstream of the pressure regulation valve 58.  Additionally, the liquor tank 253 can be designed so that it operates as a "flashing tank" so that the hot pressurized liquor in return conduit 235 is quickly evaporated to be used as a steam source e.g. in steaming vessel 221 via steam conduit 60. 
【００４２】Preferably the pressurized liquor in return conduit 235 is used for augmenting the flow exiting from high-pressure suspension pump 251', through augment conduit 61 and augment conduit pump 62.  An option is to use the pressurized liquor in return conduit 235 to augment the flow between high-pressure suspension pumps 251 and 251' in pump connector conduit 252 through pump augment conduit 63, using or not using pump augment pump 64. If necessary, liquor from digester feed conduit 254 may be used to augment the flow in pump connector conduit 252.  Liquor from digester feed conduit 254 may be added to pump connector conduit 252 via liquor tank augment conduit 56 and liquor tank augment pump 57.
【００４３】FIG. 1 illustrates a one-way (check) valve 65 (this valve may be a check valve or any other suitable valve) located in digester feed conduit 234.  This one-way (check) valve 65 prevents pressurized flow from returning to high-pressure suspension pump 251or 251'.  In addition, conventional automatic (e.g. solenoid operated) inlet isolation valve 66 and return isolation valve 67 are located in digester feed conduit 234 and return conduit 235, respectively, to isolate the digester feed conduit 234 and return conduit 235 from the rest of the high-pressure suspension pump digester feed system 210.  Digester feed conduit 234 and return conduit 235 may contain pressurized liquor. 
【００４４】In one mode of operation, a conventional pressure switch 68 is located downstream of high-pressure suspension pump 251' in digester feed conduit 234.  The pressure switch 68 is used to monitor the pressure in digester feed conduit 234 so if the pressure deviates from a predetermined value, the conventional pressure controller 69 will automatically isolate digester 11 from the high-pressure suspension pump digester feed system 210.  This isolation results by automatically closing inlet isolation valve 66 and return isolation valve 67. 
【００４５】FIG. 2 illustrates a section of a HPF digester feed system 1000 having a HPF 1100 connected to the sand separator vessel 1237 via low pressure outlet liquor conduit 1110.  Low pressure outlet conduit 1110 may include a chip chute pump 1200 to provide pressurization for the liquor from the HPF 1100to be fed to the sand separator vessel 1237.  Liquor within the low pressure outlet conduit 1110 may include sand which, if not removed, causes significant damage to the process equipment (vessel, conduits, pumps, etc.) of the HPF digester feed system 1000 and the processing equipment upstream.
【００４６】Liquor containing sand (entrained liquor) from the low pressure outlet conduit 1110 is introduced tangentially into the sand separator vessel 1237 near the vertical top of the vessel.  By means of centrifugal forces, the sand is separated from the entrained liquor and leaves the sand separator vessel 1237 via the bottom of the sand separator vessel 1237.  The term “bottom” here means the vertically lower end of a vessel, the vessel having a top located vertically above its bottom.
【００４７】Typically the sand leaves the sand separator vessel 1237 out of the bottom, passing through a ball valve 1400 and a pocket valve 1450 to disposal 1500.  Essentially sand free (cleaned) liquor 1330 is released through the top discharge 1350 and may be sent to the level tank 1900 or the in-line drainer 1800 and returned to the chip chute 1150 via low pressure liquor recirculation conduit 1810through flow meter 1700 and check valve 1600.  
【００４８】The level tank 1900may also have a steam stream removed via a level tank top outlet 1950 to the steaming vessel (not shown).  Additionally, level tank 1900 may include a level tank bottom discharge 1920 for liquor is discharged to the make-up liquor pump (not shown) elsewhere in the HPF digester feed system 1000.
【００４９】FIG. 3 shows a typical sand separator vessel 1237.  Sand separator vessel 1237 is shown as a vertically oriented mostly cylindrical vessel, having a top and a bottom.  The bottom being vertically lower than the top of the vessel.  
【００５０】Debris laden liquor 1320(i.e. liquor having sand particles trapped and carried along with the liquor) enters the sand separator vessel 1237 at the tangential inlet 1355.  Typically the tangential inlet 1355 is located in the vertically upper region of the sand separator vessel 1237.  Upon entering the sand separator vessel 1237, entrained liquor 1320 is forced into a whirling motion within the sand separator vessel 1237.  
【００５１】The whirling motion within the sand separator vessel 1237 causes the sand to separate from the liquor.  Once separated, sand is moved by gravitational and centrifugal forces downward through the sand separator vessel 1237 through a replaceable insert 1360 in the bottom region of the sand separator vessel 1237. 
【００５２】The sand, having passed through the replaceable insert 1360, is collected in a sand collection region 1365.  The sand collection region 1365 may also be referred to as a solids particle collection region or collection region.  Sand is removed from the sand separator vessel 1237 through a sand discharge 1380 and is sent to disposal 1500.  
【００５３】To break or otherwise stop the whirling motion of the sand prior to discharge through the sand discharge 1380, the whirling sand is sent through a vortex breaker 1370.  The vortex breaker 1370 may have a replaceable insert 1360, or may be attached to the replaceable insert 1360 at the discharge end of the replaceable insert 1360.
【００５４】FIG. 4 shows a conventional holed replaceable insert 1361, i.e., a replaceable insert with holes of conventional design.  The conventional holed replaceable insert 1361 is comprised of a metal plate shaped to fit within the vertically lower region of a sand separator vessel 1237.  Circular holes 1360A are made in the metal plate and have land areas 1360B between the holes 1360A.  
【００５５】The holes 1360A are located about the entire surface of the conventional holed replaceable insert 1361 and are of a single size sufficient to allow the sand to pass through the holes 1360A from the interior of the conventional holed replaceable insert 1361 surface to the sand collection region 1365 (shown in FIG. 3) surrounding the replaceable insert 1360(shown in FIG. 3). The holes 1360Aare typically 3/8 inch diameter on 1 inch spacings, and are small enough to prevent any chips from either passing through or  becoming lodged in the hole 1360A, but are large enough for sand to pass through.  The location of the holes is not determined by a specific pattern.  Sand is collected in the sand collection region 1365 for discharge from the sand separator vessel 1237.   
【００５６】FIG. 5 shows a typical sand separator vessel 1237.  Debris laden liquor 1320 enters the sand separator vessel 1237 near the vertical top of the vessel through the tangential inlet 1355.  The whirling mass of sand 1335 is shown moving vertically downward within the sand separator vessel 1237 A conventional replaceable insert 1360is shown with vertical slots 1360Cin the metal plate and land areas 1360Bbetween the vertical slots 1360C.    
【００５７】Sand accumulates within the sand collection region 1365 prior to passing through the sand discharge 1380.  Essentially sand free (cleaned) liquor 1330 is removed through the top discharge 1350 of the sand separator vessel 1237.
【００５８】FIG. 6 shows a conventional slotted replaceable insert 1362, as depicted in FIG. 5.  Also shown in FIG. 6 are the vertical slots 1360C and the land areas 1360B between the vertical slots 1360C.  Vertical slots 1360C typically have a width dimension of 8mm and a length of 72mm. 
【００５９】A vertical slot 1360Cwidth of 8mm allows the cross section of the slot to be reduced by 20%, when compared to the diameter of the holes 1360A.  Such a reduction in width dimension is desirable to prevent the passage of chips through the vertical slot 1360C or blockage of the vertical slots 1360C by chips.  
【００６０】A vertical slot 1360Clength of 72mm allows the vertical slots 1360Cto be reduced in number (compared to holes 1360A), thereby increasing the distance between vertical slots 1360C (the distance between the vertical slots 1360C is measured center line to center line of the vertical slots 1360C).  By increasing the distance between vertical slots 1360C, the conventional slotted replaceable insert 1362 has more sufficient land area 1360D (also referred to as blank area) than exists in conventional holed replaceable inserts 1361.  It is important to increase the land area 1360D of the replaceable insert to obtain a conventional slotted replaceable insert 1362 less susceptible to erosion than the conventional holed replaceable insert 1361. 
【００６１】The manufacturing process of both the conventional holed replaceable insert 1361 and the conventional slotted replaceable insert 1362requires use of a flat piece of metal plate.  While flat, the openings, holes, or slots, are made in the metal plate without any specific pattern or arrangement.  
【００６２】Once the openings are made, the metal plate is formed into the replaceable insert 1360.  Where the ends of the metal plate meet, a seam 1366 exists.  The seam 1366 may be formed by welding the metal ends together or another acceptable method may be used to attach and secure the metal end pieces to each other.  
【００６３】FIG. 7 shows a perforated replaceable insert 1363 according to an embodiment of this disclosure.  The perforations of the perforated replaceable insert 1363are vertical slots 1363A.  The vertical slots 1363A are positioned in columns and rows on the perforated replaceable insert 1363.  
【００６４】Orientation of the columns of vertical slots 1363A may be parallel to line “a” such that the line “a” is the tangent of the conical axis of the perforated replaceable insert 1363.  This parallel orientation is necessary for sand removal through the vertical slots 1363A as the sand moves in a whirling motion based on the conical shape of the perforated replaceable insert 1363.  By having the vertical slots 1363A align in columns parallel to line “a,” the centrifugal force imparted on the sand passing the vertical slots 1363A will direct the sand into the vertical slots 1363A.  
【００６５】The centrifugal forces acting on the sand provide a pattern of flow of the sand within the slotted replaceable insert.  By recognizing the pattern of flow of the sand and locating the vertical slots 1363Ain the pattern following the pattern of the centrifugal forces the individual sand particles are moved to the vertical slots 1363A by the centrifugal force existing in the sand separator. By providing vertical slots 1363A in the suggested pattern, more sand will fall into the openings rather than hitting the surface of the metal.  Sand hitting the surface of the metal results in wear of the metal.  The vertical slots 1363A, provided in the suggested pattern results in an extension of the life of the perforated replaceable insert 1363.  
【００６６】Columns of vertical slots 1363A extend in a vertical line from essentially the top 1363C of the perforated replaceable insert 1363 to the bottom 1363D.  The vertical slots 1363A may all be of the same length “L” and width “W” throughout the perforated replaceable insert.  Typically, the width “W” of the vertical slots 1363A is 6mm or less, for example 4mm or 2mm, to prevent wood pieces, pulp fibers, or matter other than sand from passing through the slots.  Vertical slots 1363A typically have a length “L” being no more than 72mm.  The measurements of the length and width or the ratio of length to width should be suitable to prevent wood pieces, pulp fibers, or matter other than sand from passing through the slots.  For example, one such advantageous ratio of length to width may be 12:1, or a length of 48mm and a width of 4mm.  As another example, a length of 36mm and width of 3mm can be used, such that the length of a slot may be set using a desired width, based on the raw material to the digester feed system, such that wood pieces, pulp fiber, or matter other than sand are prevented from passing through the slots.  By maintaining the width “W” below 6mm, less pin chips or fins are removed with the sand from the entrained liquor.
【００６７】It is desirable to separate the sand from the entrained liquor while maintaining the pin chips and fines within the entrained liquor.  A vertical slot 1363A having a width of 6mm or less, for example 4mm or less, or 2 mm or less, will prevent the pin chips and fines from passing through or blocking the vertical slots 1363Awith the sand particles.  In one embodiment, a vertical slot 1363Ahaving a width of no more than 6mm is used along with a correspondingly desirable vertical slot 1363A size where the vertical slot 1363A allows for sand to pass through and allows for sufficient rows and columns of slots to provide the needed open space for the passage of sand.  
【００６８】In one exemplary embodiment, a vertical slot 1363A has a width of no more than 6mm and a length of no more than 72mm, or a corresponding ratio, and the sand collection region 1365 is protected from the less desirable chip pins and fines passing through the vertical slots 1363A and into the sand collection region 1365.  Chip pins and fines are particles which have been processed through a digester or impregnator and contain abrasive cooking liquor within the particles.  It is desirable for the chip pins and fines to remain with the essentially sand free (cleaned) liquor portion of the separated entrained liquor and to return to the process for further treatment.  Reducing the passage of chip pins and fines into the sand collection region 1365, provides additional space for sand collection as well as reduces the likelihood of possible corrosion of the sand separator vessel 237 or 1237 within a digester feed system as shown in FIGs. 1 and 2, from liquor within the chip pins and fines.
【００６９】Between the vertical slots 1363Aare land areas 1363B. Land areas 1363B are necessary to provide structural support for the perforated replaceable insert 1363.  Land areas may 1363B comprise between about 75% to about 95%, of the surface area of the metal to provide sufficient structural support and prevent the perforated replaceable insert from collapsing in on itself.  Providing sufficient structural support by the use of the land areas 1363B, results in increased life of the perforated replaceable insert 1363.  Additionally, a high percentage of land area 1363B enhances the protection of the sand collection region 1365by reducing or eliminating the likelihood of the perforated replaceable insert 1363 collapsing.
【００７０】Additionally, the metal plates used to form the perforated replaceable insert may wear unevenly due to the abrasive nature of sand.  To overcome the uneven wear pattern experienced by a conventional replaceable insert, one embodiment of the perforated replaceable insert of the present disclosure comprises a hard coating applied to the metal plate surface, and another embodiment comprises a metal plate having an increased thickness.    
【００７１】The top of the metal plate, for example, the top 20% to 40%, 25% to 35%, 20% to 30%, or even 25% to 30% of the metal plate, may be treated with a hard coating such as tungsten carbide or other suitable material prior to installation. (“Top,” in this instance, refers to the widest part of the metal portion at the inlet of the perforated replaceable insert).  The hard coating layer ideally does not exceed 0.3mm in thickness.  An example of a suitable process to apply the hard coating is a High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) coating process where melted material is sprayed on the surface of the metal plate.  
【００７２】If a hard coating is not used, it is also possible to construct the top of the metal plate, for example, the top 20% to 40%, 25% to 35%, 20% to 30%, or even 25% to 30% of the metal plate with a thicker metal plate, such as 10%, 15%, or 20% thicker, or 2mm to 8mm thicker, or 4mm to 6mm thicker, for example, than the remaining metal plate.  
【００７３】Regardless of whether a hard coating or thicker metal plate is used, while the rate of metal wear may not be reduced over conventional replaceable inserts, life of the replaceable insert will be extended because uneven wear of the metal plate may be avoided.
【００７４】FIG. 8 shows a perforated replaceable insert 13630 according to another embodiment of this disclosure.  The perforations of the perforated replaceable insert 13630 are vertical slots 13630Awith land areas 13630B between the vertical slots 13630A.  The vertical slots 13630A are positioned in columns and rows on the perforated replaceable insert 13630.
【００７５】As with vertical slots 1363Aof FIG. 7, vertical slots 13630A may be arranged parallel to a line “a” such that the line “a” is the tangent of the conical axis of the perforated replaceable insert 13630.  Similarly to vertical slots 1363A of FIG. 7, vertical slots 13630A of FIG. 8 have essentially the same length “L,”  Unlike FIG. 7, vertical slots 13630Aof FIG. 8 do not all have the same width “W.” 
【００７６】As the sand moves vertically downward through the perforated replaceable insert 13630 from the top 13630C to the bottom 13630D, the widths “W” of the vertical slots 13630A change.  This change may be a wider width “W” at the top 13630C and a narrower width “W” at the bottom 13630D (as shown in FIG. 8).  It is also possible for the change in the width “W” of the vertical slots 13630A to gradually change as the sand moves vertically downward, such that the width “W” may not change from row to row or within each row.  
【００７７】In another embodiment the gradual change of the width “W” may occur in sets of rows, for example the first three rows may be a set of rows and the width “W” for each vertical slot 13630Ain such set may be the same.  Each vertical slot 13630A in a second set of rows, vertically below the first set of rows, may have a different width “W” than the previous set of rows.  Other sets of rows may follow and have different widths “W” from the previous set of rows.
【００７８】In another embodiment, rows of vertical slots 13630A gradually change in width “W” such that the widest vertical slots are at the bottom (rather than the top) and the top row of vertical slots has the narrowest vertical width “W.”
【００７９】Varying the width “W” of the vertical slots may positively impact the sand removal efficiency as larger (or in this case wider) slots are used to offset the velocity and concentration of sand to be removed.  Positioning narrower slots near the top of the perforated replaceable insert 13630where the concentration and velocity of sand is highest may also positively impact removal of sand. 
【００８０】In the case of gradually changing vertical slot width “W” dimension, the largest width “W” should not exceed about 6mm and the smallest width “W” dimension should not be less than 1mm.  A width “W” dimension as suggested will allow wood pieces, pin chips, fines, or matter other than sand from passing through the vertical slot.
【００８１】FIG. 9 shows a perforated replaceable insert 13631 according to another embodiment of this disclosure.  The perforations of the perforated replaceable insert 13631 are vertical slots 13631Awith land areas 13631B between the vertical slots 13631A.  The vertical slots 13631A are positioned in columns and rows on the perforated replaceable insert 13631.
【００８２】As with vertical slots 1363Aof FIG. 7, vertical slots 13631A may be arranged parallel to a line “a” such that the line “a” is the tangent of the conical axis of the perforated replaceable insert 13631.  Similarly to vertical slots 1363A of FIG. 7, vertical slots 13631A of FIG. 9 may have essentially the same width “W.”  Unlike FIG. 7, vertical slots 13631Aof FIG. 9 do not all have the same length “L.” 
【００８３】As sand moves vertically downward through the perforated replaceable insert 13631 from the top 13631C to the bottom 13631D, the length “L” of the vertical slots 13631A changes.  This change may be longer length “L” at the top 13631C and shorter length “L” at the bottom 13631D (as shown in FIG. 9) of the perforated replaceable insert 13631.  It is also possible that the change in the length “L” as the sand moves vertically downward is a gradual change and may not be made in each row.  
【００８４】In another embodiment, the gradual change of the length “L” may occur in sets of rows, for example the first two rows may be a set of rows and the length “L” for each vertical slot 13631Amay be the same.  Each vertical slot 13631A in a second set of rows, vertically below the first set of rows, may have a different length “L” than the previous set of rows.  Other sets of rows may follow and have different lengths “L” from the previous set of rows.
【００８５】In another embodiment, rows of vertical slots 13631A change gradually in length “L” such that the longest vertical slots are at the bottom (rather than the top) and the top row of vertical slots has the shortest vertical length “L.”
【００８６】Varying the length “L” of the vertical slots may positively impact the sand removal efficiency as larger (or in this case vertically longer) vertical slots are positioned where the highest concentration of sand to be removed exists.  In the case of gradually changing vertical slot length “L” dimension, the largest length should not exceed about 100mm and the smallest “L” dimension should not be less than 5mm.  For example, a maximum length of 50mm and a minimum length of 10mm would be suitable.  These ranges of length “L” dimensions will prevent passage of wood chips, pin chips, fines, pulp fibers or other matter other than sand from passing through the vertical slot.
【００８７】FIG. 10 shows a perforated replaceable insert 13632 according to another embodiment of this disclosure.  The perforations of the perforated replaceable insert 13632 are vertical slots 13632Aand have land areas 13632B between the vertical slots 13632A.  The vertical slots 13632A are positioned in columns and rows on the perforated replaceable insert 13632.
【００８８】As with vertical slots 1363Aof FIG. 7, vertical slots 13632A may be arranged parallel to a line “a” such that the line “a” is the tangent of the conical axis of the perforated replaceable insert 13632.  Unlike vertical slots 1363A of FIG. 7, vertical slots 13632A of FIG. 10 do not have essentially the same width “W” or length “L.”  
【００８９】As sand moves vertically downward through the perforated replaceable insert 13632 from the top 13632C to the bottom 13632D, both the length “L” and width “W” of the vertical slots 13632Achange.  This change may be longer length “L” and wider width “W” at the top 13632Cand shorter length “L” and narrower width “W” at the bottom 13632D (as shown in FIG. 10) of the perforated replaceable insert 13632.  In some embodiments the change in the length “L” and width “W” as the sand moves vertically downward is a gradual change and may not be made in each row.  In another embodiment the gradual change of the length “L” and width “W” may occur in sets of rows, for example the first two rows may be a set of rows and the length “L” and width “W” for each vertical slot 13632A may be the same.  Each vertical slot 13632A in a second set of rows, vertically below the first set of rows, may have a different length “L” and width “W” than the previous set of rows.  Other sets of rows may follow and have different lengths “L” and widths “W” from the previous set of rows.
【００９０】In some embodiments rows of vertical slots 13632A have a gradual change in the length “L” and width “W” such that the longest and widest vertical slots are at the bottom (rather than the top) and the top row of vertical slots has the shortest and narrowest vertical slot dimension.
【００９１】While not shown in any of FIGs. 7 to 10, it is also possible for the rows and columns of vertical slots to have an angle, relative to line “a,” of 15 degrees to 185 degrees, for example: 30 degrees to 150 degrees, 45 degrees to 135 degrees, 60 degrees to 120 degrees, 15 degrees to 60 degrees or even 120 degrees to 185 degrees would be suitable. The range of angles chosen corresponds with the flow pattern of the sand as it moves vertically downward in the sand separator vessel. The flow pattern of the sand is a function of multiple factors: the dimensions of the sand separator vessel, the volume of entrained liquor entering the sand separator vessel, and the concentration of sand in the entrained liquor. By observing the flow of sand downward through the sand separator vessel, the angle can be set.  The angle used would depend on the dimensions of the region and the volume of entrained liquid fed to the vessel.
【００９２】Presented in this disclosure is: a sand separator vessel to separate entrained liquor into solid particles (essentially sand) and an essentially sand free (cleaned) liquor stream.  The sand separator vessel comprises at least an upper section of the cylindrical portion and at least a lower section; a tangential inlet to the upper section of the cylindrical portion to accept the entrained liquor; an outlet at the top of the cylindrical portion to discharge the essentially sand free (cleaned) liquor; an outlet at the bottom of the lower section to discharge the solid particles; the lower section having a conical portion.  The conical potion has a conically shaped replaceable insert surrounded by a solids particle collection region.  The conically shaped replaceable insert is a metal plate with perforations formed into a conical shape sized to fit within the conical portion of the lower section.  Perforations in the metal plate are slots having a length “L” and a width “W.”  The slots are arranged in a pattern of rows and columns such that the columns of slots are parallel to a line formed by the tangent of the conical axis of the replacement insert.
【００９３】In at least some embodiments, the slots have a gradually changing width “W,” a gradually changing slot length “L,” a gradually changing slot width “W,” and a gradually changing slot length “L.”
【００９４】Presented in this disclosure is a perforated replaceable insert for a separation device.  The perforated replaceable insert for the separation device comprises: a metal plate having a conical shape.  The conical shape has a larger opening at one end and a smaller opening at the opposite end.  Multiple perforations are in the conically shaped metal plate.  Each of the multiple perforations has a length “L” and a width “W,” the length “L” and width “W” may be different from each other.  The multiple perforations may also be slots.  The multiple perforations form a pattern of columns and rows in the metal plates; wherein the columns are all placed in a metal plate and the columns of perforations are parallel to a line formed by the tangent of the conical axis of the replacement insert.
【００９５】In at least some embodiments, the perforated replaceable insert is suitable for use in a sand separator vessel. Additionally, in some embodiments the width “W” of the perforations gradually changes from one end of the replaceable insert to the opposite end of the replaceable insert while the length “L” does not change.  In some embodiments, the width “W” of the multiple perforations is no more than 6mm.
【００９６】Some embodiments of the perforated replaceable insert may have a hard coating applied to 25% to 30% of the top 1363C, 13630C, 13631C, 13632C end of the conically shaped metal plate where the formed replaceable insert has a larger opening compared to the bottom 1363D, 13630D, 13631D, 13632D. In at least some embodiments, the conically shaped metal plate is thicker at the end where the conically shaped metal plate has the larger opening.
【００９７】While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiments, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiments, but on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. 
1.  A sand separator vessel to separate entrained liquor into solid particles  and an essentially solid particles free liquor stream comprising:
at least an upper section of a cylindrical portion and at least a lower section;
a tangential inlet to the upper section of the cylindrical portion to accept the entrained liquor; 
an outlet at the top of the upper section of the cylindrical portion to discharge an essentially solid particles free liquor;
an outlet at the bottom of the lower section to discharge the solid particles;
the lower section having a conical portion;
the conical portion having a conically shaped replaceable insert surrounded by a solid particles collection region; 
wherein the conically shaped replaceable insert is a metal plate with perforations in the metal plate, and the metal plate is formed into a conical shape sized to fit within the conical portion of the lower section;
the perforations in the metal plate are slots having a length “L” and a width “W”;
the slots are arranged in a pattern of rows and columns such that the columns of slots are parallel to a line formed by the tangent of the conical axis of the replaceable insert.
2.  The sand separator vessel of claim 1 wherein the solid particles are sand.
3.  The sand separator vessel of claim 2 wherein the slots have a gradually changing width “W.”
4.  The sand separator vessel of claim 2 wherein the slots have a gradually changing length “L.”  
5.  The sand separator vessel of claim 3 wherein the slots have a gradually changing length “L.” 
6.  The sand separator vessel of claim 1 wherein the replaceable insert has a hard coating applied to the top 25% to 30% of the replaceable insert.
7.  The sand separator vessel of claim 1 wherein the metal plate of the replaceable insert has an increased thickness for the top 25% to 30% of the replaceable insert.
8.  The sand separator vessel of claim 7 wherein the metal plate is 2mm to 8mm thicker. 
9.  The sand separator vessel of claim 2 wherein the maximum width of the slot is 6mm.
10. A perforated replaceable insert for a separation device comprising:
a metal plate having a conical shape, and wherein the conical shape has a larger opening at one end and a smaller opening at the opposite end, and
multiple perforations in the conically shaped metal plate, wherein each of the multiple perforations has at least a length “L” and a width “W,” and the       multiple perforations form a pattern of columns and rows in the metal plate, wherein the columns are all placed in the metal plate and the columns of perforations are parallel to a line formed by the tangent of the conical axis of the replaceable insert.
11. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein said insert is suitable for use in a sand separator vessel.
12. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein the perforations are slots.
13. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein the width “W” of the perforations gradually changes from one end to the opposite end while the length “L” does not change.
14. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein a hard coating is applied to 25% to 30% of the conically shaped metal plate at the end having the larger opening.
15. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein the conically shaped metal plate is thicker at the end having the larger opening.
16. The perforated replaceable insert of claim 10, wherein the width “W” of the perforations is no greater than 6mm.   
17. The sand separator vessel of claim 7, wherein the thickness of the metal plate is increased by 10% to 20%.
１．ABSTRACT
A perforated replaceable insert for a sand separator vessel in a digester feed system where the perforations have at least a width and a length.  The perforations are aligned columns and rows, with the columns being positioned to be parallel to a line formed by the tangent of the conical axis. 
２．SELECTED DRAWING
Fig. 7
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