JP2016059905A - 遠心分離装置 - Google Patents

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泰弘 山上
靖 稗田
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【課題】固形物と液体との分離効率を向上させる。【解決手段】遠心分離装置は、両端に端部開口152a、152bを有する筒形状であり、複数の孔が形成されたスクリーン150と、スクリーン150の内方に形成された空間に位置するスクレーパと、スクリーン150の軸心方向を回転軸としてスクリーン150を回転させるとともに、スクリーン150と同軸の回転軸でクリーン150と異なる回転速度でスクレーパを回転させる駆動機構と、を備え、スクリーン150に形成された複数の孔200は、原料スラリの流れ方向に並んで配され、スクリーン150における原料スラリの流れ方向の下流側には、原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔200よりも大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅204a、204bが大きい孔200が含まれる。【選択図】図4

Description

本発明は、遠心力を利用してスラリを固液分離する遠心分離装置に関する。
従来、遠心力を利用してスラリ(原料スラリ)を固液分離する遠心分離装置が知られている。このような遠心分離装置として、上部開口と、上部開口より大径の下部開口とを有した円筒形状であり、複数の孔が形成されたスクリーンの上部開口から原料を供給するとともに、鉛直方向を回転軸としてスクリーンを回転させる装置が開示されている(例えば、特許文献1、2)。
特許文献1の遠心分離装置では、スクリーンを回転させることで、原料スラリに遠心力を付与して、原料スラリ中の固形物をスクリーンの内壁で捕捉し、原料スラリ中の液体をスクリーンの外方へ移動させている。また、特許文献1の遠心分離装置では、スクリーンの内方に形成された空間に、スクリーンより高速で回転するスクレーパが設けられており、スクレーパとの回転速度差によって、スクリーンの内壁に捕捉された固形物を掻き取って、下部開口から固形物を排出する。また、特許文献2の遠心分離装置では、スクリーンにおけるスリットの周方向の幅が、スクリーンの小径端から大径端へ向けて徐々に広くなる構成が開示されている。
特開2011−67732号公報 特開2009−148725号公報
上記遠心分離装置では、スクリーンに設けられた孔が相対的に大きいと、原料スラリ中の固形物の一部が液体に随伴されてスクリーンの外方に移動するため、スクリーンの内壁に残存する固形物中の液体の含有率(含水率)を低減させることはできるが、固形物の回収率が低下してしまう。また、スクリーンの外方に分離された液体の回収率を増加させることはできるが、液体中の固形物の含有率が増加してしまう。
一方、スクリーンに設けられた孔が相対的に小さいと、液体がスクリーンの外方に移動しにくくなるため、残存する固形物の回収率を増加させることはできるが、固形物中の含水率が増加してしまう。また、分離された液体中の固形物の含有率を低下させることはできるが、液体の回収率が低下してしまう。つまり、固形物の回収率と、液体の回収率とはトレードオフの関係にあり、双方を向上させる技術、すなわち、固形物と液体との分離効率を向上させる技術の開発が希求されている。
そこで本発明は、このような課題に鑑み、固形物と液体との分離効率を向上させることが可能な遠心分離装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の遠心分離装置は、供給された原料スラリを液体と固形物とに分離する分離ユニットを含む遠心分離装置であって、分離ユニットに含まれるスクリーンは、原料スラリの流れ方向に沿って設けられた第1の孔と、第1の孔よりも流れ方向の下流に設けられ、第1の孔よりも流れ方向の幅が大きい第2の孔と、を有することを特徴とする。
また、スクリーンは、第1の部分と、第1の部分とは別個に交換可能な第2の部分とを含んで構成され、第1の部分には、第1の孔が設けられ、第2の部分には、第2の孔が設けられているとしてもよい。
また、スクリーンは、第2の孔よりも流れ方向の下流に設けられ、第2の孔よりも流れ方向の幅が大きい第3の孔をさらに有するとしてもよい。
上記課題を解決するために、本発明の他の遠心分離装置は、両端に端部開口を有する筒形状であり、複数の孔が形成されたスクリーンと、スクリーンの内方に形成された空間に位置するスクレーパと、スクリーンの軸心方向を回転軸としてスクリーンを回転させるとともに、スクリーンと同軸の回転軸でスクリーンと異なる回転速度でスクレーパを回転させる駆動機構と、を備え、スクリーンにおける一方の端部開口から原料スラリが供給され、スクリーンの回転によって原料スラリに径方向の遠心力を付与し、原料スラリ中の固形物をスクリーンの内壁で捕捉するとともに、原料スラリ中の液体をスクリーンの外方へ移動させ、スクリーンとスクレーパとの回転速度の差によって、スクリーンの内壁から固形物を掻き取って、スクリーンの他方の端部開口から固形物を排出することで、原料スラリを固液分離する遠心分離装置であって、スクリーンに形成された複数の孔は、原料スラリの流れ方向に並んで配され、スクリーンにおける原料スラリの流れ方向の下流側には、原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔よりも大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅が大きい孔が含まれることを特徴とする。
また、孔は矩形形状であり、矩形形状の平行に配される2つの辺が原料スラリの流れ方向に直交するように配され、原料スラリの流れ方向の下流側には、原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔よりも、2つの辺間の幅が大きい孔が含まれるとしてもよい。
また、原料スラリの流れ方向は、スクリーンの回転方向、スクリーンの回転速度、スクレーパの角度、および、スクリーンとスクレーパとの回転速度差に基づいて決定されるとしてもよい。
また、原料スラリの流れ方向の上流側から下流側に向かって、流れ方向の幅が段階的に大きくなるように複数の孔がスクリーンに配されるとしてもよい。
また、スクリーンは、スクリーンの軸心方向に複数に分割されているとしてもよい。
本発明によれば、固形物と液体との分離効率を向上させることが可能となる。
遠心分離装置の概略的な構成を示した斜視図である。 分離ユニットの鉛直断面図である。 バスケット、スクリーン、スクレーパを説明するための図である。 スクリーンの孔を説明するための図である。 本実施形態のスクリーンと、比較例のスクリーンとの分離効率を説明するための図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、遠心分離装置100の概略的な構成を示した斜視図である。図1に示すように、遠心分離装置100は、円筒形状の下部フレーム110と、下部フレーム110の上部に設けられた円錐カバー120とを備えている。円錐カバー120は、上側ケーシング122と下側ケーシング124とを含んで構成されており、上側ケーシング122の頂部には、原料スラリを供給するためにスラリ供給口126が設けられる。また、上側ケーシング122と下側ケーシング124との間には、原料スラリから分離された液体を排出するための液体排出口128が設けられている。
下部フレーム110および円錐カバー120の内部には、後述する分離ユニット130が収容されており、分離ユニット130によって、原料スラリが液体と固形物とに分離される。また、遠心分離装置100は、分離ユニット130を駆動する駆動部140(モータ)を備えており、駆動部140の動力は、無端ベルト142によって分離ユニット130の回転シャフト180に伝達される。
図2は、分離ユニット130の鉛直断面図であり、図3は、バスケット、スクリーン、スクレーパを説明するための図である。図2に示すように、分離ユニット130は、スクリーン150と、バスケット160と、スクレーパ170と、回転シャフト180と、変速ギア182と、回転体184とを含んで構成される。
スクリーン150は、図3(a)に示すように、上方の端部に形成される端部開口152aと、下方の端部に形成される端部開口152bとを有する筒形状(本実施形態では、円錐台形状の筒)であり、複数の孔が形成されている。
バスケット160は、図3(a)に示すように、スクリーン150を内側に固定可能となるような筒形状(本実施形態では、スクリーン150と同様に円錐台形状の筒)であり、内部から外方へ貫通する環状の間隙162が複数形成されている。なお、間隙162は、スクリーン150の孔よりも大きい。また、バスケット160の外周面には、上方から下方に延在した補強リブ164が複数設けられている。さらに、バスケット160の上方の端部に形成される端部開口166a、下方の端部に形成される端部開口166bには、環状の補強部168a、168bが設けられている。
図2、図3(b)に示すように、バスケット160の内部には、スクリーン150が固定されている。また、バスケット160は、回転シャフト180に接続されており、後述する駆動部140による回転シャフト180の回転に応じ、スクリーン150の軸心方向(ここでは、鉛直方向、図2中、一点鎖線で示す)を回転軸として、スクリーン150とともに時計回りに回転する。
スクレーパ170は、図3(b)に示すようにスクリーン150の内方に形成された空間に位置し、図2、図3(a)に示すように、ロータ172と羽根174とを含んで構成される。ロータ172は、円錐台形状であり、羽根174は、ロータ172の外周面に螺旋状に配されている。また、図2に示すように、ロータ172は、回転体184に接続されており、駆動部140による回転シャフト180、変速ギア182を介した回転体184の回転に応じ、スクリーン150と同軸の回転軸で時計回りに回転する。なお、スクレーパ170は、羽根174の先端が、スクリーン150に対して0.5mm〜3mm程度の間隔を維持するようにスクリーン150内に配される。
変速ギア182は、回転シャフト180と回転体184とに接続され、回転体184の回転速度(回転数)を回転シャフト180の回転速度より高くする。したがって、駆動部140によって無端ベルト142を介して回転シャフト180が回転されると、回転シャフト180の回転速度でスクリーン150およびバスケット160が回転する。一方、スクレーパ170は、回転体184に接続されているため、スクリーン150およびバスケット160(回転シャフト180)の回転速度より高い回転速度で回転することとなる。つまり、駆動部140、無端ベルト142、回転シャフト180、変速ギア182、回転体184が駆動機構として機能することとなる。
上記のように構成された遠心分離装置100で原料スラリを固液分離する際には、スラリ供給口126を通じて、スクリーン150の端部開口152aから原料スラリが供給され、スクリーン150の回転によって原料スラリに径方向の遠心力を付与し、原料スラリ中の固形物をスクリーン150の内壁で捕捉するとともに、原料スラリ中の液体をスクリーン150の外方へ移動させる(図2中、白抜き矢印で示す)。こうして、スクリーン150の外方に移動された液体は、液体排出口128を通じて外部に排出されることとなる(図1参照)。
一方、スクリーン150の内壁で捕捉された固形物は、スクリーン150とスクレーパ170との回転速度の差によって、スクリーン150の内壁から掻き取られ、下方に移動して、スクリーン150の端部開口152bから排出される(図2中、黒い塗りつぶしの矢印で示す)。このようにして、原料スラリが固液分離されることとなる。
遠心分離装置100における固液分離の効率(分離効率)は、スクリーン150の孔の大きさに依存する。つまり、スクリーン150に設けられた孔が相対的に大きいと、分離された固形物中の含水率を低減させ、分離された液体の回収率を増加させることはできるものの、液体中の固形物の含有率が増加し、固形物の回収率が低下してしまう。一方、スクリーン150に設けられた孔が相対的に小さいと、固形物の回収率を増加させ、液体中の固形物の含有量を低減させることはできるものの、固形物中の含水率が増加し、液体の回収率が低下してしまう。そこで、本実施形態では、スクリーン150の孔の原料スラリの流れ方向の幅を工夫することで、固形物と液体との分離効率を向上させる。以下、スクリーン150の孔の大きさについて詳述する。
図4は、スクリーン150の孔200を説明するための図である。図4中、理解を容易にするために、孔200を実際より大きく示し、また、孔200の数を実際より少なく示す。
図4(a)に示すように、回転しているスクリーン150に原料スラリが供給されると、スクリーン150の回転方向、スクリーン150の回転速度、スクレーパ170の羽根174の角度、および、スクリーン150とスクレーパ170との回転速度差によって、原料スラリは、図4中、破線矢印で示すように、スクリーン150を鉛直方向から所定角度傾斜して流れることとなる。
図4(b)に示すように、本実施形態において、スクリーン150に配される孔200は、矩形形状であり、原料スラリの流れ方向に並んで配される。詳細に説明すると、図4(c)に示すように、孔200は、矩形形状の平行に配される2つの辺202a、202bが原料スラリの流れ方向(図4中、破線矢印で示す)に直交するように配される。また、本実施形態の孔200は、辺202a、202bが、辺202a、202bと直交する辺(原料スラリの流れ方向の辺)204a、204bより長く形成される。このような孔200の形状により、従来のスクリーン、例えば、原料スラリの流れ方向の辺が、当該流れ方向と直交する辺より長い孔が形成されたスクリーンや、原料スラリの流れ方向に亘って1つの孔が延在しているスクリーン、もしくは、鉛直方向に亘って1つの孔が延在しているスクリーンと比較して、固形物の回収率を向上させることができる。
また、図4(b)に示すように、本実施形態においてスクリーン150は、スクリーン150の軸心方向(ここでは、鉛直方向)に、上側部154と下側部156とに2分割されている。そして、下側部156に設けられる孔200は、上側部154に設けられる孔200より大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅が大きい。より一般的に言えば、供給された原料スラリを液体と固形物に分離する分離ユニット130を含む遠心分離装置100であって、分離ユニット130を構成するスクリーン150は、原料スラリの流れ方向に沿って設けられた第1の孔と、この第1の孔よりも流れ方向の下流に設けられ、第1の孔よりも原料スラリの流れ方向の幅が大きい第2の孔と、を有する。これにより、従来のスクリーンと比較して、固形物と液体の分離効率が改善される。
詳細に説明すると、上側部154と下側部156とで、孔200の辺202a、202bの長さは、実質的に等しいが、辺204a、204bの幅(原料スラリの流れ方向の幅、辺202a、202b間の距離、以下、「スリット幅」と称する)が、上側部154より下側部156の方が大きい。つまり、下側部156の開口率が、上側部154の開口率より大きい。この2分割された上側部154(第1の部分)と下側部156(第2の部分)とは別個に交換が可能となっている。そのため、スクリーン150は、第1の部分に第1の孔が設けられ、第1の部分とは別個に交換可能な第2の部分に、第1の孔よりも原料スラリの流れ方向の幅が大きい第2の孔が設けられている、と言うことができる。
図5は、本実施形態のスクリーン150と、比較例のスクリーン15との分離効率を説明するための図である。ここでは、図5(a)に示すように、比較例として、スリット幅が所定値Aの孔のみが複数設けられたスクリーン15を例に挙げる。また、本実施形態のスクリーン150では、図5(a)に示すように、上側部154に設けられた孔200のスリット幅を、比較例の孔のスリット幅と等しい所定値Aとし、下側部156に設けられた孔200のスリット幅を、所定値Aより大きい所定値Bとした場合、および、図5(c)に示すように、下側部156に設けられた孔200のスリット幅を、比較例の孔のスリット幅と等しい所定値Aとし、上側部154に設けられた孔200のスリット幅を、所定値Aより小さい所定値Cとした場合について説明する。
図5(a)に示す、上側部154に設けられた孔200のスリット幅を所定値Aとし、下側部156に設けられた孔200のスリット幅を所定値Bとした場合、分離した液体量について説明すると、図5(b)に示すように、本実施形態のスクリーン150では、下側部156の孔200のスリット幅が比較例のスクリーン15の孔(上側部154の孔200)より大きいため、比較例のスクリーン15と比較して、下側部156において分離される液体量が多くなる。したがって、本実施形態のスクリーン150では、比較例のスクリーン15よりも液体の回収率を向上させることができ、固形物の含水率を低減することが可能となる。
また、分離された液体中の固形物の含有量(固形物リーク量)について説明すると、固形物が液体に随伴されてスクリーンの外方に移動するのは、液体が大量に通過する部分、すなわち、上側部154である。したがって、下側部156のスリット幅が大きい本実施形態のスクリーン150であっても、固形物リーク量を、比較例のスクリーン15と実質的に等しくすることができる。
また、図5(c)に示す、上側部154に設けられた孔200のスリット幅を所定値Cとし、下側部156に設けられた孔200のスリット幅を所定値Aとした場合、分離した液体量について説明すると、図5(d)に示すように、本実施形態のスクリーン150では、上側部154の孔200のスリット幅は比較例のスクリーン15の孔(下側部156の孔200)より小さいが、下側部156の孔200のスリット幅は比較例のスクリーン15の孔と等しいため、上側部154のスリット幅が小さい本実施形態のスクリーン150であっても、分離した液体量を、比較例のスクリーン15と実質的に等しくすることができる。
固形物リーク量について説明すると、固形物が液体に随伴されてスクリーンの外方に移動するのは、液体が大量に通過する部分、すなわち、上側部154である。したがって、上側部154のスリット幅が小さい本実施形態のスクリーン150では、固形物リーク量を、比較例のスクリーン15よりも低減することができ、液体中の固形物の含有量を低減することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態にかかる遠心分離装置100によれば、スクリーン150における原料スラリの流れ方向の下流側に配される孔200を、原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔200よりも大きくし、かつ、原料スラリの流れ方向の幅を大きくすることで、固形物と液体との分離効率を向上させることが可能となる。
また、原料スラリ中の液体の大部分は、原料スラリの流れ方向の上流側においてスクリーン150の外方に移動するため、スクリーン150における上側部154は、下側部156よりも消耗しやすい。したがって、スクリーン150を上流側と下流側とで2分割する構成により、消耗した箇所(上側部154)のみを交換することができ、スクリーン150のメンテナンスに要するコストを低減することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態において、スクリーン150の孔200が矩形形状である場合を例に挙げて説明した。しかし、スクリーン150の孔200は、原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔よりも大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅が大きい孔が、原料スラリの流れ方向の下流側に含まれていればよく、形状に限定はない。例えば、孔200が、円型や多角形であってもよい。
また、上記実施形態では、スクリーン150における上側部154の孔200は、すべて実質的に等しい大きさであり、下側部156の孔200も、すべて実質的に等しい大きさであり、上側部154より下側部156の孔200の方が大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅が大きい場合を例に挙げて説明した。しかし、下側部156には、少なくとも上側部154より大きく、かつ、原料スラリの流れ方向の幅が大きい孔200が含まれていればよく、下側部156に上側部154と実質的に等しい大きさの孔が含まれていてもよい。
また、上記実施形態において、スクリーン150の孔200の大きさが2種類である場合について説明したが、原料スラリの流れ方向の上流側から下流側に向かって、複数の孔200が段階的に大きくなるようにスクリーン150に配されていれば、3種類以上の複数種類の大きさの孔200が配されていてもよい。つまり、スクリーン150は、第1の孔と、第1の孔よりも流れ方向の下流に設けられ、第1の孔よりも流れ方向の幅が大きい第2の孔と、第2の孔よりも流れ方向の下流に設けられ、第2の孔よりも流れ方向の幅が大きい第3の孔と有するとしてもよい。
また、上記実施形態において、スクリーン150が、スクリーン150の軸心方向に2分割される構成を例に挙げて説明したが、3以上に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。
また、上記実施形態において、駆動機構(駆動部140、無端ベルト142、回転シャフト180、変速ギア182、回転体184)が、スクリーン150をスクレーパ170より低い回転速度で回転させる構成について説明した。しかし、駆動機構は、スクリーン150の軸心方向を回転軸としてスクリーン150を回転させるとともに、スクリーン150と同軸の回転軸でスクリーン150と異なる回転速度でスクレーパ170を回転させることができればよく、スクリーン150をスクレーパ170より高い回転速度で回転させてもよい。
本発明は、遠心力を利用して原料を固液分離する遠心分離装置に利用することができる。
100 遠心分離装置
140 駆動部(駆動機構)
142 無端ベルト(駆動機構)
150 スクリーン
152a 端部開口
152b 端部開口
170 スクレーパ
180 回転シャフト(駆動機構)
182 変速ギア(駆動機構)
184 回転体(駆動機構)
200 孔

Claims (8)

  1. 供給された原料スラリを液体と固形物とに分離する分離ユニットを含む遠心分離装置であって、
    前記分離ユニットに含まれるスクリーンは、
    前記原料スラリの流れ方向に沿って設けられた第1の孔と、
    前記第1の孔よりも前記流れ方向の下流に設けられ、該第1の孔よりも該流れ方向の幅が大きい第2の孔と、
    を有することを特徴とする遠心分離装置。
  2. 前記スクリーンは、第1の部分と、該第1の部分とは別個に交換可能な第2の部分とを含んで構成され、
    前記第1の部分には、前記第1の孔が設けられ、
    前記第2の部分には、前記第2の孔が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の遠心分離装置。
  3. 前記スクリーンは、前記第2の孔よりも前記流れ方向の下流に設けられ、前記第2の孔よりも前記流れ方向の幅が大きい第3の孔をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の遠心分離装置。
  4. 両端に端部開口を有する筒形状であり、複数の孔が形成されたスクリーンと、
    前記スクリーンの内方に形成された空間に位置するスクレーパと、
    前記スクリーンの軸心方向を回転軸として該スクリーンを回転させるとともに、該スクリーンと同軸の回転軸で該スクリーンと異なる回転速度で前記スクレーパを回転させる駆動機構と、
    を備え、
    前記スクリーンにおける一方の前記端部開口から原料スラリが供給され、該スクリーンの回転によって該原料スラリに径方向の遠心力を付与し、該原料スラリ中の固形物を該スクリーンの内壁で捕捉するとともに、該原料スラリ中の液体を該スクリーンの外方へ移動させ、
    前記スクリーンと前記スクレーパとの回転速度の差によって、該スクリーンの内壁から固形物を掻き取って、該スクリーンの他方の前記端部開口から固形物を排出することで、前記原料スラリを固液分離する遠心分離装置であって、
    前記スクリーンに形成された複数の孔は、前記原料スラリの流れ方向に並んで配され、
    前記スクリーンにおける前記原料スラリの流れ方向の下流側には、該原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔よりも大きく、かつ、該原料スラリの流れ方向の幅が大きい孔が含まれることを特徴とする遠心分離装置。
  5. 前記孔は矩形形状であり、該矩形形状の平行に配される2つの辺が前記原料スラリの流れ方向に直交するように配され、
    前記原料スラリの流れ方向の下流側には、該原料スラリの流れ方向の上流側に配される孔よりも、前記2つの辺間の幅が大きい孔が含まれることを特徴とする請求項4に記載の遠心分離装置。
  6. 前記原料スラリの流れ方向は、前記スクリーンの回転方向、該スクリーンの回転速度、前記スクレーパの角度、および、該スクリーンと該スクレーパとの回転速度差に基づいて決定されることを特徴とする請求項4または5に記載の遠心分離装置。
  7. 前記原料スラリの流れ方向の上流側から下流側に向かって、前記流れ方向の幅が段階的に大きくなるように前記複数の孔が前記スクリーンに配されることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の遠心分離装置。
  8. 前記スクリーンは、該スクリーンの軸心方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の遠心分離装置。
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CN113731016A (zh) * 2021-09-01 2021-12-03 浙江科技学院 一种柚子皮果胶提取装置
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