遠心分離機の原理Centrifuge principle

ディスク型遠心分離機とはWhat is a disk centrifuge?

遠心力と比重差により、少ないスペースで短時間で連続的に分離することができます。
中型機(設置面積2m2)で東京ドームの広さに相当する沈殿池と同等の分離能力があります。

固液分離機と液液分離機Solid-liquid separator

固液分離機と液液分離機を例として取り上げ、遠心分離機の原理を説明いたします。

固液分離機Solid-liquid separator and liquid-liquid separator

固液分離機は、液中のミクロン単位の固形分を分離する目的て使用されます。
身近な分野では、よく飲まれる緑茶やウーロン茶などのお茶の製造で使用され、茶葉から抽出されたお茶の清澄を目的として夾雑物(ゴミ)を分離除去しています。
また、培養した乳酸菌などの菌体を分離して、濃縮液として回収するために使用されています。
ミクロン単位の固形分を分離することができるのでフィルターの代わりになり、分離した固形分を無人で自動的に吐出されることができるためバッチ式ではない連続分離を24時間運転することができます。

固液分離機の原理Principle of solid-liquid separator

ここでは液中の固形分を分離する「固液分離機」を例にしてディスク型遠心分離機(ディスク型セパレーター)の原理を説明します

ここでは液中の固形分を分離する「固液分離機」を例にして
ディスク型遠心分離機(ディスク型セパレーター)の原理を説明します

  • 供給口(1)から処理液をボウルへ供給すると、ディスクの外端から内側へ処理液が流れます。
  • ディスクとディスクの隙間(2)で比重差と遠心力により比重の大きい固形分は
    ディスクの外側へ分離されます。
  • 清澄液はディスクの中心へ向かい清澄液出口(3)から吐出し連続的に回収することができます。
  • 一方、分離した固形分はボウル内の外側のソリッドスペースへ蓄積され、
    固形分出口(4)からタイマー設定で自動的に排出されます。

上記のようにタイマー設定で時間毎に自動的に排出するものを「自動排出型遠心分離機(自動排出型セパレーター)」と呼びます。
分離した固形分を連続的にノズルから吐出させるものを「ノズル型遠心分離機(ノズル型セパレーター)」と呼びます。
分離した固形分をボウル内に溜め込み、停止分解後に洗浄除去するものを「手洗い型遠心分離機」と呼びます。
詳しくは遠心分離機の種類と使用用途をご覧ください。

ディスク間での分離の仕組みMechanism of separation between disks

静置タンクによる重力沈降では水より比重の大きい固形分はタンクの底に沈降します。

静置タンクによる重力沈降では水より比重の大きい固形分はタンクの底に沈降します。

重力より大きな遠心力で沈降速度を大きくし、分離時間を短縮します。

重力より大きな遠心力で沈降速度を大きくし、分離時間を短縮します。

分離板(中板)を設け、沈降距離を短くし、さらに分離時間を短縮します。

分離板(中板)を設け、沈降距離を短くし、さらに分離時間を短縮します。

ディスクを使うことで、処理液の流速が下がり、沈降距離を短くし、分離時間を短縮することができます。
連続的に分離する場合、このままでは分離した固形分が溜まり続けます。そのため分離板を斜めにしたものが、
ディスク型遠心分離機(ディスク型セパレーター)です。

ここでは液中の固形分を分離する「固液分離機」を例にしてディスク型遠心分離機(ディスク型セパレーター)の原理を説明します

ディスクとディスクの隙間では、この図のように液が速度分布を持って流れています。

  • 固形分は流体と一緒にディスクの間隙に入っていきます。
  • 遠心力により流れながら外側に向かいます。
  • 流体とディスクの摩擦によりディスク近くの流れは非常に遅いので、ディスクの裏側に移動した固形分は流されることなく、遠心力によってディスクに沿って外側に向かいます。
  • ディスク外端からボウル内の固形分が蓄積するソリッドスペースへ向かいます。

固形分と液体の比重差、固形分の粒子径、液体の粘度によって、清澄度及び処理液の供給流量が変わります。

ここでは液中の固形分をディスク内で分離する説明をしましたが、液液分離の場合、ある液体の粒子が他の液体に混在していると考えます。詳しくは液液分離機(遠心機)の原理の項目をご覧ください。

液液分離機Liquid-liquid separator

水と油のように互いに溶け合わない2液を連続的に分離するものが液液分離機(遠心機)です。
製品液中の水分など不要成分である液体を分離して精製することができます。
ケミカル向けで比重の異なる液の分離に使われる他、植物油の精製では水を混合しては不要成分を水に溶解付着させて分離しています。
液液分離機に固液分離機の固形分を自動的に吐出される機能を持たせた遠心分離機が液液固分離機(三相分離機)です。
乳業では、軽液であるクリーム分と、重液である脱脂乳と固形分である脂肪の塊を分離する目的で多数使用されています。

液液分離機の原理Principle of liquid-liquid separator

液液分離機の原理 Principle of liquid-liquid separator

水と油のように互いに溶け合わない2液を連続的に分離するものが液液分離機(遠心機)です。
混合液を回転するボウルの供給口(1)から供給し、
ディスク(2)の中にあるライジングチャンネル(上昇孔)を経由してディスク間へ入ります。
ディスク間で分離されると、軽液はディスクの内側へ向かい、軽液出口(3)から圧力を持って吐出されます。
重液はディスクの外側へ向かい、重液出口(4)から圧力を持って吐出されます。

液液分離機の原理 Principle of liquid-liquid separator

ガラスのU字管に水(青色)と油(黄色)を入れると、図のように比重差に応じて液面の高さが変わります。

液液分離機の原理 Principle of liquid-liquid separator

水と油の境界面に混合液入口を設け、油面と水面に出口を設けると図のようになります。
軽液と重液の比重によって出口h1とh2を変えることで多種の液に対応できます。
この状態であれば、入口から水だけあるいは油だけ入れても境界面は変わらず、
混合液の混合比に関係なく境界面は保たれます。

液液分離機の原理 Principle of liquid-liquid separator

境界面に入口を設けたU字管の形を少し変えて、図のように回転させることで、重力の代わりに遠心力を使い高い分離性を持たせます。

液液分離機の原理 Principle of liquid-liquid separator

そしてディスクを使うことでさらに分離性を良くしたものがディスク型液液分離機(ディスク型セパレーター)です。

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