ロータリーバキュームフィルタードラムは、ろ過対象となるスラリーに部分的に浸漬された円筒形のフィルター膜で構成されています。ドラム内部は周囲圧力よりも低い圧力に保たれます。ドラムがスラリー中で回転すると、液体は膜を通過し、ドラムが浸漬している間、固形物は膜表面に固まります。ナイフまたはブレードが表面から生成物を掻き取ります。[1]
この技術は、スラリー、凝集懸濁液、および他のフィルターでは目詰まりを起こす可能性のある固形分の多い液体に適しています。一般的には、珪藻土（DE）またはパーライトなどのろ過助剤でプレコーティングされています。一部のシステムでは、ナイフがろ材の一部を切断し、ドラムの回転に合わせて液体に浸透する新しいろ材表面を露出させます。このようなシステムでは、ろ材表面が除去されるとナイフが自動的に前進します。
基本的な基礎
回転式真空ドラムフィルター
1872年に特許を取得した回転式真空ドラムフィルター（RVDF）[2]は、工業用液体-固体分離に使用される最も古いフィルターの一つです。RVDFは、幅広い工業プロセスフローシートに対応し、脱水、洗浄、清澄化など、柔軟な用途に対応します。
回転式真空フィルターは、布で覆われた大型の回転ドラムで構成されています。ドラムは、液体または固体のスラリーが入ったトラフの上を軸に吊り下げられており、スクリーン面積の約50～80%がスラリーに浸っています。
ドラムがトラフ内外を回転するにつれ、スラリーは布の表面に吸い上げられ、液体または固体懸濁液からケーキ状になって回転しながら排出されます。ケーキは回転しながら排出され、乾燥ゾーンで脱水されます。真空ドラムはケーキを継続的に吸引し、水分を除去しているため、ケーキは乾燥しています。分離の最終段階では、ケーキは固体製品として排出され、ドラムは連続的に回転して次の分離サイクルに進みます。
適用範囲
用途:
- ロータリーフィルターは、大量のスラリーの連続運転に最適です。
- スラリーにかなりの量の固形物、つまり 15 ～ 30% の範囲が含まれている場合。
- 医薬品用途の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、デンプンの収集が挙げられます。
- 抗生物質の製造において、発酵液から菌糸を分離すること。
- ブロック酵母とインスタント酵母の製造。
利点と限界
他の分離方法と比較した回転真空ドラムフィルターの利点と制限は次のとおりです。
利点
- 回転式真空ドラムフィルターは連続自動運転のため運転コストが低く抑えられます。
- ドラムの回転速度の変化によってケーキの厚さを制御できます。
- プロセスは簡単に変更できます（プレコーティングフィルタープロセス）。
- シャワー装置を追加することで比較的クリーンな製品を生産できます。
デメリット
- 構造上、圧力差は理論的には大気圧（1 bar）に制限されますが、実際にはいくらか低くなります。
- ドラムの他に、攪拌機や真空ポンプ、真空レシーバー、スラリーポンプなどの付属品も必要です。
- 排出ケーキには残留水分が含まれています。
- 真空システムによって空気が吸い込まれるため、ケーキは割れやすいため、洗浄と乾燥は効率的ではありません。
- 真空ポンプによる高エネルギー消費。
利用可能なデザイン
基本的に、回転真空ドラムフィルターに使用される排出には、ベルト、スクレーパー、ロール、ストリング、プレコート排出の 5 種類があります。
ベルト排出
ドラムが1回転するごとに、ろ布の両面が洗浄され、同時にろ過ケーキが排出されます。この機構でろ過される生成物は通常、粘着性があり、湿っていて薄いため、排出ロールの補助が必要です。ベルト排出は、中程度の固形分濃度のスラリーを使用する場合、スラリーが容易にろ過されてケーキが形成される場合、または前述のスラリーの分離に高い耐摩耗性が求められる場合に使用されます。[3] [4] ....
スクレーパー排出
これは標準的なドラムフィルターからの排出口です。スクレーパーブレードは、フィルターケーキを排出口へ導く役割を果たし、フィルターケーキが再びタンクへ戻る直前にフィルター布から除去されます。スクレーパー排出は、高いろ過速度が求められる場合、高粘度の固形スラリーを使用する場合、スラリーが容易にろ過されてケーキが形成される場合、あるいは前述のスラリーの分離においてより長い耐摩耗性が求められる場合に使用されます。[3] [4]
ロール排出
これは、薄くて互いに付着しやすいケーキに適した排出方法です。ドラム上の濾過ケーキと排出ロールは互いに押し付けられ、薄い濾過ケーキがドラムから確実に剥がされます。排出ロールからの固形物の除去は、ナイフブレードによって行われます。ロール排出は、高いろ過速度が求められる分離の場合、固形分含有量の高いスラリーを使用する場合、スラリーが容易に濾過されてケーキが形成される場合、または排出される固形物が粘着性または泥状のケーキである場合に使用されます。[3] [4]
ストリング放電
この排出工程の最終生成物は、薄く脆い濾液ケーキです。これらの物質は、不安定性や擾乱により、固体から液体へと相変化を起こす可能性があります。2つのローラーがストリングをドラム表面へ導き、同時に濾液ケーキはローラーを通過する際に分離されます。ストリング排出は、製薬業界や澱粉業界で利用されています。ストリング排出は、高固形分スラリーを使用する場合、スラリーを濾過してケーキを形成させやすい場合、排出される固形物が繊維状、糸状、またはパルプ状である場合、あるいは前述のスラリーの分離に高い耐摩耗性が求められる場合に使用されます。
プレコート放電
この排出は、ろ過媒体を完全に目詰まりさせるろ過ケーキの製造や、固形分濃度の低いスラリーを使用するプロセスでよく使用されます。プレコート排出は、固形分濃度が非常に低いスラリーを使用し、ケーキ形成が困難な場合、またはスラリーをろ過してケーキを形成するのが困難な場合に使用されます。[3] [4]
主なプロセス特性と評価
一般的に、回転式真空ドラムフィルターの主なプロセスは連続ろ過であり、ろ過材を通して真空吸引することで固形物を液体から分離します。ろ布はフィルターの最も重要な構成要素の一つであり、通常はポリマー糸を織り込んで作られています。最適なろ布を選択することで、ろ過性能を向上させることができます。まず、スラリーがトラフに送り込まれ、ドラムが回転すると、ドラムはスラリーに部分的に浸漬されます。真空吸引によって液体と空気がろ材を通過し、シャフトから排出され、ケーキ層が形成されます。スラリーの粒子が粗く、急速に沈殿する場合は、撹拌機を使用してスラリーを調整します。ドラム表面に捕捉された固形物は、2/3回転後に洗浄・乾燥され、すべての自由水分が除去されます。[5]
洗浄段階では、洗浄液をドラムに注ぐか、ケーキにスプレーします。ケーキプレスはオプションですが、ケーキの割れを防ぎ、より多くの水分を除去できるという利点があります。ケーキ排出とは、スクレーパーブレードによってケーキ表面からすべての固形物が除去され、ドラムがスラリーに再投入される際にきれいな表面を残すことです。[5]排出方法には、スクレーパー、ローラー、ストリング、エンドレスベルト、プレコートなどがあります。[4]濾液と空気は内部のパイプ、バルブを通って真空レシーバーに流れ込み、そこで液体とガスが分離され、透明な濾液が生成されます。[6]プレコート濾過は、高い透明度の濾液を生成するための理想的な方法です。基本的に、ドラム表面に珪藻土（DE）やパーライトなどの濾過助剤をプレコートすることで、濾過性能を向上させ、ケーキの透過性を高めます。その後、従来の回転式真空ドラムフィルターと同じプロセスサイクルを経ますが、プレコート濾過では、より高精度のブレードを使用してケーキを掻き取ります。[5]
フィルターは、ドラムまたはフィルター面積の大きさと、その処理能力によって評価されます。通常、処理能力は、フィルター面積1平方フィートあたりの乾燥固形物（ポンド/時）の単位で表されます。補助部品のサイズは、フィルターの面積と用途によって異なります。ロータリー式真空フィルターは様々な材料に対応できるため、推定固形物処理量は1平方フィートあたり5～200ポンド/時です。プレコート排出の場合、固形物処理量は1平方フィートあたり約2～40ガロン/時です。[4]ろ過効率は、ろ過段階でろ液がフィルタードラムに詰まるのを大幅に防ぐことで、フィルターケーキの乾燥度という点でも向上します。例えば、2ユニットではなく3ユニットのフィルターユニットを稼働させるなど、複数のフィルターを使用することで、ケーキが厚くなり、より透明なろ液が得られます。これは、生産コストと品質の両面でメリットをもたらします。[5]
ヒューリスティック設計プロセス
基本的な操作パラメータのヒューリスティック
バットレベルとドラム速度は、あらゆる回転式真空ドラムフィルターの基本的な運転パラメータです。これらのパラメータは相互に依存して調整され、ろ過性能を最適化します。バルブレベルは、フィルター内のフィルターサイクルの割合を決定します。フィルターサイクルは、フィルタードラムの回転、スラリーからのケーキ形成物の排出、そして図1に示すケーキ形成物の乾燥期間で構成されます。デフォルトでは、ろ過速度を最大化するために、バットを最大レベルで運転します。排出される固形物が薄く粘性のあるケーキ状である場合、または排出される固形物が非常に厚い場合は、バットレベルを下げてください。[4] [7] [8]
バットレベルの低下は、最終的にスラリーの下に浸かるドラム部分の低下につながり、ケーキ乾燥面の露出面積が増えるため、ケーキ形成時間と乾燥時間の比率が大きくなります。その結果、形成された固形物の水分含有量が減少し、固形物の厚さが薄くなります。低いバットレベルでの動作に加えて、ドラム1回転あたりの流量が減少し、最終的に薄いケーキ形成が起こります。プレコート排出の場合、ろ過助剤の効率が向上します。ドラム速度はフィルター出力の駆動要因であり、その単位はドラム1回転あたりの分です。安定した動作条件では、ドラム速度を調整すると、図2に示すようにフィルタースループットと比例関係になります。
排出機構調整ヒューリスティック
エンドレスベルト
ケーキ形成に適した表面を得るために、ろ布を選定します。耐摩耗性を高めるため、織布の組織パターンに綾織りのバリエーションを取り入れます。ベルト張力、デムーンバーの高さ、洗浄水量、排出ロールの速度を慎重に調整することで、ケーキ形成に適した経路を維持し、ろ布の過度な摩耗を防ぎます。
スクレーパー
優れた耐摩耗性と強固な結合特性を持つろ布を選定してください。過度の摩耗を避けるため、ブローバック圧力は適度に調整してください。ブローバック圧力の持続時間は、ろ布からケーキを除去できる程度に短くしてください。バルブ本体の調整は、ブローバック時に過剰な濾過液がパイプから押し戻されるのを防ぎ、ケーキを固形化させることで摩耗とろ布のメンテナンスを最小限に抑えるために重要です。
ロール
ろ布は、確実な固着抵抗と良好なケーキ剥離性を得るために選定してください。コーティング布を使用するとケーキ剥離効果が向上し、ろ布の固着性によりクロスメディアの寿命が長くなります。排出ロールの速度とドラムの速度は必ず同じにしてください。ケーキの連続搬送を実現するために、スクレーパーナイフを調整し、排出ロールに十分なヒール（摩耗痕）を残してください。
弦
弦が切れるのを防ぐため、アライメントバーを調整して弦にかかる横圧力を最小限に抑えます。各アライメントバーの上にセラミックチューブを置き、弦の支持面として機能させます。[4]
プレコート
使用する濾過助剤の種類に応じて濾布を選択し（濾過助剤の選択を参照）、ドラム1回転あたりのナイフ前進速度を最適化するように前進ナイフを調整します。（詳細は前進ブレードのセクションで説明されています）
プレコートフィルター操作ヒューリスティック
ろ過助剤の選択：ろ過助剤は、ろ過材として機能する再塗布ケーキであり、珪藻土とパーライトの2種類があります。考慮すべき重要なパラメータは、プレコートケーキへの固形物の浸透とその限界である0.002～0.005インチの浸透厚さです。ろ過助剤の使用量が多い（「オープン」）と、ろ過助剤の除去量が増加し、廃棄コストが増加します。ろ過助剤の使用量が少ない（「タイト」）と、ドラムへの流量がゼロになります。この比較は、以下の図5に示されています。[4]
高度なブレード
下記の表6を用いて、一連の運転条件におけるおおよそのナイフ前進速度を決定できます。表は、フィルターが1インチのプレコートケーキ内で運転できる時間数を示しています。必要な条件は、前進ブレードが一定位置にあることです。この方法は、最適な運転範囲を確認するために使用できます。
運転パラメータが最適範囲よりも高い場合、ユーザーはナイフ送り速度を下げ、より高濃度の濾過助剤を使用することができます。これにより、濾過助剤の使用量（資本コストの削減）と除去される濾過助剤の量（廃棄コストの削減）が削減されます。一方、運転パラメータが最適範囲よりも低い場合、ユーザーはナイフ送り速度を上げ（生産量の増加）、ドラム速度を下げることで濾過空気の使用量を削減（運転コストの削減）することができます。[4]
より厚い廃棄物ストリームに必要な後処理
塩素処理
最も一般的に使用される後処理では、塩素を水に溶解して塩酸（次亜塩素酸）を生成します。後者は細胞壁を透過して細菌、ウイルス、原生動物などの病原体を除去する消毒剤として作用します。[9]
紫外線
廃棄物は紫外線照射されます。紫外線は病原体細胞を破壊し、変異させ、細胞の複製を阻害することで殺菌効果を発揮します。最終的に変異細胞は死滅し、このプロセスによって悪臭が除去されます。[9]
オゾン処理
渓流はオゾンにさらされますが、オゾンは大気中では不安定です。オゾン（O3）は酸素（O2）に分解され、より多くの酸素が渓流に溶解します。病原体は酸化されて二酸化炭素を生成します。このプロセスにより渓流の臭いは除去されますが、存在する二酸化炭素の影響により、わずかに酸性の生成物が生成されます。[9]
浄化槽の廃液に必要な後処理
干拓
廃棄物は、乾燥したバイオソリッドとして土地安定剤として利用することができ、市場に流通させることができます。土地安定剤は、鉱山廃地などの限界地の再生に使用されます。このプロセスは、土地を元の状態に戻すのに役立ちます。[9]
焼却
廃棄物は焼却施設に送られ、そこで有機固形物が燃焼されます。燃焼プロセスによって発生する熱は発電に利用できます。[9]
新開発
利用可能な回転式真空ドラムフィルターの設計は、物理的側面と特性がさまざまです。ろ過面積は0.5 m 2～ 125 m 2です。設計のサイズに関係なく、ケーキの洗浄と真空作用の効率を確保するため、フィルタークロスの洗浄が優先されます。ただし、メンテナンス、エネルギー使用量、投資コストが大型の回転式真空ドラムフィルターよりも少ないため、小型の設計の方が経済的です。長年にわたり、技術主導型の回転式真空ドラムフィルターを中心に、設計、性能、メンテナンス、コストの開発がさらに進んできました。これにより、実験室規模からパイロット規模まで、小規模なアプリケーション (大学の研究室など) に使用できる小型の回転式ドラム真空フィルターも開発されました。 [10]高性能、低流動抵抗で最適化されたろ液排出、最小限の圧力損失などが、利点のほんの一部です。技術の進歩により、プレコートを髪の毛の20分の1の厚さにまで薄くできるようになり、プレコートの使用効率が向上しました[11]。また、メンテナンスと清掃が容易になったことで、運転コストと資本コストの削減も実現しました。リーディングパイプとトレーリングパイプを設置することで、セル内の残液を完全に排出できます。濾布は通常、回転式真空ドラムフィルターの構成部品の中でも高価な部品の一つであるため、そのメンテナンスは極めて重要になります。長寿命化、損傷からの保護、そして安定した性能は、見逃してはならない数少ない基準です。生産コストと品質に加えて、ケーキの洗浄とケーキの厚さも、プロセスにおいて重要な課題です。ケーキの脱水角度を大きくして、ケーキの良好な洗浄を行いながら、ケーキ水分を最小限に抑える方法が開発されています。ケーキを完全に排出するだけでなく、均一な厚さの濾過ケーキを得ることも可能です[5] [12] 。
参照
参考文献
- ^ Stickland AD, White LR, Scales PJ (2011年4月). 「凝集懸濁液用回転真空ドラムおよびディスクフィルターのモデル」 . AIChEジャーナル. 57 (4): 951– 61. Bibcode :2011AIChE..57..951S. doi :10.1002/aic.12310.
- ^ 「回転式真空ドラムフィルターメーカー（ステンレススチールメッシュ） | Compositech フィルターメーカー」。
- ^ abcd 真空ドラムフィルター [オンライン]: https://www.westech-inc.com/products/vacuum-drum-filter
- ^ abcdefghij Haug, G. (1999) 回転真空フィルターの設計と性能の側面、Eagle-Picher Minerals Inc.
- ^ abcde Sparks, T. (2012) 固液ろ過 - コストと環境への影響を最小限に抑え、品質と生産性を最大化するためのユーザーガイド、エルゼビア
- ^ 「プロセス濾過、廃水浄化、汚泥脱水のためのKomline-Sandersonロータリードラム真空フィルター」（PDF）。2010年5月25日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
- ^ AL Genter, (1956), 汚泥の調整と真空濾過, 水環境連盟, 28:7, pp 829–840
- ^ BA Perlmutter、(2000)、回転圧力フィルターによるプロセスオペレーションの改善、BHS-Filtration Inc.、取得日: 2013年9月31日、[オンライン]: http://www.bhs-filtration.com/improvingProcOpsRotary.pdf
- ^ abcde FL Burton、HD Stensel、（2011）、廃水工学：処理と再利用（第4版）、Tata McGraw-Hill Education
- ^ 「実験室規模のRDVF」 。 2016年7月27日閲覧。
- ^ 「プレコートを人間の髪の毛の20分の1の厚さにカット - ろ過サービス」2016年6月3日。 2016年7月27日閲覧。
- ^ BOKELA ロータリードラムフィルター [オンライン]: http://www.bokela.de/uploads/media/TFI-prosp_e_06.pdf
さらに読む
- スミス、ポール・G、ジョン・S・スコット (2005). 「真空フィルター」.水と廃棄物管理辞典.ボストン：エルゼビア. pp. 452– 453. ISBN 0-7506-6525-4. OCLC 58456687 . 2009年5月15日閲覧。
- スペルマン、フランク・R. (1997). 「真空ろ過」.バイオソリッドの脱水.フロリダ州ボカラトン: CRCプレス. pp. 85– 101. ISBN 1-56676-483-1. OCLC 36556585 . 2009年5月15日閲覧。
- ジョン・J・マッケッタ、ジョン・J・マッケッタ・ジュニア著、「ユニットオペレーションハンドブック：機械的分離と材料処理」、CRC Press、1992年、274～288頁。ISBN 0-8247-8670-X
- 増田浩明、東谷耕、吉田秀人著、「粉体技術：ハンドリングと操作、プロセス計装、そして作業時の危険」CRC Press、2006年、194-195頁。ISBN 1-4200-4412-5
外部リンク
- 回転ドラムフィルター、米国特許308143
- 回転ドラムフィルター、米国特許5006136
- ルティロータリードラムフィルター
- フィルター、特許番号2362300
ベトナム製ドラムフィルター
