下流のパルプ化プロセスに重度の不純物が混入すると、操業コストが増大します。混入金属、ガラスの破片、砂、泥、高密度のプラスチックは、リファイナー プレートやスクリーン バスケットの摩耗を促進します。これにより、メンテナンスが頻繁に停止され、機器が破損する可能性があります。リサイクル完成紙料または重度に汚染されたバージンパルプを 2% ～ 6% の濃度で処理することは、物理的に明確な課題を伴います。過剰な繊維損失を引き起こしたり、システムを詰まらせたり、工場の水バランスを崩すような大量の希釈水を必要としたりすることなく、高密度の汚染物質を分離する必要があります。
粗いスクリーニング ループにおける主な防御メカニズムは次のとおりです。 高濃度セントリクリーナー。高密度クリーナーまたは HD クリーナーと呼ばれることが多いこの装置は、下流の資産を保護するために遠心力学に依存しています。大きくて重い破片をパルパー直後に遮断することで、敏感な回転機械への壊滅的な損傷を防ぎます。流体力学、工学的特徴、特定の家具タイプや生産能力に適したユニットを指定するために必要な評価基準を詳しく説明します。
遠心分離機構: 高濃度セントリクリーナーは、接線方向のストックエントリーを利用して高速回転流を生成し、物理的なサイズではなく比重に基づいて材料を分離します。
下流の資産保護: 高濃度段階での重いスラグ、砂、金属の効果的な除去により、下流のデフレーカー、リファイナー、ファインスクリーンのライフサイクルが直接延長されます。
重要な評価基準: 調達チームとエンジニアリング チームは、圧力降下の要件、排出メカニズム (断続的か連続的か)、およびコーン材料 (アルミナ セラミックなど) の耐摩耗性に基づいてクリーン効率を評価する必要があります。
操作上のトレードオフ: 最大限の不純物除去と最小限の繊維除去のバランスをとるには、圧力差の正確な制御が必要であり、一部の設計では水簸水の適用が必要です。
力学: 高濃度セントリクリーナーの仕組み
接線方向の進入と流体力学
分離プロセスは、パルプ懸濁液が装置に入った瞬間から始まります。原料は、特定のユニット設計に応じて通常 150 ～ 250 kPa の範囲の大きな供給ポンプ圧力下で接線方向に上部円筒セクションに入ります。この特殊な入口形状により流体が内壁に押し付けられ、線速度が瞬時に強力な回転速度に変換されます。流体は、シリンダーとコーンの内周に沿って螺旋を描く下向きの一次渦を形成します。この高速回転により、重い粒子を外側に押し出すのに必要な遠心力が発生し、主要な繊維懸濁液から粒子が分離されます。入口のボリュート設計により乱流が最小限に抑えられ、回転流パターンへのスムーズな移行が保証されます。
遠心力と比重
遠心洗浄は、物理的な寸法ではなく、比重の原理に完全に依存しています。重い不純物はセルロース繊維や水よりも比重が大きいため、遠心力が不均衡に働きます。水の比重は 1.0 ですが、飽和セルロース繊維は 1.5 付近を浮遊しています。対照的に、珪砂は 2.6 に留まり、鉄鋼片は 7.8 を超えています。サスペンションが回転すると、回転エネルギーによってこれらの高密度粒子が外側に向かってクリーナーの壁に向かって押し出されます。一方、より軽いセルロース繊維は、回転する流体柱の中心近くに浮遊したままになります。この密度ベースの分離により、下流の圧力スクリーンの物理的障壁をすり抜けてしまう小さくて重い粒子が分離されます。
円錐形のボディの役割
クリーナーの形状によって分離効率が決まります。この装置は、幅広の上部シリンダーから幅が狭くなった下部コーンに移行します。流体が下向きに円錐の狭い部分に移動すると、角運動量の保存により流体の回転速度が急速に加速します。この加速によりサスペンションにかかる遠心力は飛躍的に増大します。力が強化されると、流体が底部頂点の排除ゾーンに到達する前に、わずかに重い粒子であっても外壁に追いやられるようになります。この円錐の正確な角度によって、分離効率と圧力損失のバランスが決まります。一般に、より急な円錐はより高い分離効率を提供しますが、渦を維持するためにより高い供給圧力を必要とします。
二次上向き渦
流体力学は下部円錐の頂点で劇的に変化します。装置は連続的な圧力差の下で動作するため、流体は単純に底部から出ることはできません。アクセプトとして知られるクリーンなパルプは比重が低く、中心軸の近くに集まります。コーンの底部では、このライターアクセプトストックの方向が逆転し、低圧の内部渦が形成されます。この二次渦は、クリーナーの正確な中心を通って急速に上向きに移動し、渦ファインダーを通過し、ユニット上部の受け入れ口から出ます。この上向きの渦の絶対中心には空気核が自然に形成され、流れを安定させ、分離された汚染物質の再混合を防ぎます。
高濃度パルプ洗浄剤が対象とする不純物の種類
重度汚染物質の分類
の 高濃度パルプクリーナーは、 原料ベールを通して工場に入る特定の混入物を対象としています。一般的な破片には、重いホチキスの針、結束線、ペーパー クリップ、砂利、砂、ガラスの破片、密集した土などが含まれます。古い段ボール箱 (OCC) を処理する再生紙工場では、システムは輸送パレットからの重いプラスチックや金属片にも遭遇します。このクリーナーは、さらなる剥離が必要なパルプ化されていない塊や高密度の繊維結節をうまく除去し、下流の細かいスクリーンに詰まるのを防ぎます。オペレーターは、クリーナーの動作パラメータを最適化するために、これらの汚染物質の比重を理解する必要があります。
一般的な工場汚染物質の比重
| 汚染物質の種類 |
平均比重 |
除去難易度 |
| トランプメタル(スチール/鉄) |
7.5～8.0 |
低い |
| ガラスの破片 |
2.4～2.8 |
低い |
| 珪砂・砂利 |
2.6 - 2.7 |
低い |
| 緻密なプラスチック (PET/PVC) |
1.3～1.5 |
高い |
| セルロースファイバー（参考） |
1.5 (飽和) |
該当なし |
サイズと密度の分離
工場のエンジニアは、従来のバリアスクリーニングと並んで遠心洗浄が必須であることを理解しています。粗いスクリーンと細かいスクリーンは、精密にフライス加工されたスロットまたはドリル穴を利用して、厳密に物理的サイズに基づいて材料を分離します。緻密なワイヤーの小片やケイ砂の粒は、0.15 mm のスクリーン スロットを通過するように簡単に向きを変えることができます。セントリクリーナーは、物理的障壁を回避する小さく高密度の粒子を除去することで、この脆弱性に対処します。密度分離とサイズ分離を組み合わせることで、ストック準備ラインに包括的な防御メカニズムが提供されます。スロット付きスクリーンのみに頼って、重くて狭い破片を捕捉することはできません。
除去されなかったスラグの影響
高濃度段階で重いスラグを除去しないと、工場全体に深刻な機械的損傷が発生します。クリーナーを迂回する混入金属はリファイナープレートを即座に剪断し、高価な冶金を破壊し、生産を停止させます。鋭利なガラスや砂利は細かいスクリーン バスケットに簡単に穴をあけ、大量の繊維汚染を引き起こすため、バスケットを直ちに交換する必要があります。浮遊した砂は、配管インフラ、ポンプ インペラ、バルブ シートに深刻な摩耗を引き起こします。この侵食により、下流のすべての流体処理装置の稼働寿命が大幅に短縮され、高価な遠心ポンプの早期の再構築が余儀なくされます。
高濃度セントリクリーナーで評価すべきエンジニアリング機能
耐摩耗性と材料の選択
動作寿命は、遠心力と摩耗が最も激しい下部コーンの構築に使用される材料に大きく依存します。ポリウレタン コーンは柔軟性と耐衝撃性を備えていますが、砂の負荷がかかるとすぐに劣化します。鋳鉄は優れた構造強度を備えていますが、腐食や徐々に侵食されます。高アルミナセラミックは、高速で移動する研磨性の高い砂や金属に対して優れた耐性を発揮します。セラミックコンポーネントは頻繁なメンテナンス停止を防ぎ、最適な渦形成に必要な内部形状を維持します。シャットダウン中にコーンを検査する場合、メンテナンス チームは厳格な評価プロトコルに従う必要があります。
フィードポンプを隔離し、主電源をロックアウトします。
供給ラインと受け入れラインの両方の手動隔離バルブを閉じます。
指定されたブリードバルブを使用して内部圧力を逃がします。
フランジ接続を介して下部コーンセクションを取り外します。
内側のセラミックまたはポリウレタンのライニングに溝、穴、または不均一な摩耗パターンがないかどうかを検査します。
リジェクトエイペックスの内径を測定し、OEM 仕様と比較します。
リジェクトチャンバーの設計と排出メカニズム
エンジニアは、装置が拒否された材料をどのように処理するかを評価する必要があります。間欠排出システムは、空気圧二重バルブを備えたリジェクト チャンバーを利用します。上部のバルブが開いて重い破片がチャンバー内に落ちるようにし、下部のバルブが開いて破片を排出する前に閉じて、圧力損失を防ぎます。連続ブリード システムは、一定の少量の不良品の流れを維持します。これは簡単ですが、二次処理が必要です。最新のユニットのほとんどには、頑丈な覗き窓が付いています。この透明なセクションにより、オペレーターは排除チャンバーを視覚的に監視し、過剰充填や内部渦の破壊がないことを確認できます。
放電機構の比較
| システムタイプ |
動作機構 |
ファイバー損失の可能性 |
保守要件 |
| 断続式（ダブルバルブ） |
2つの空気圧バルブの連続開閉 |
非常に低い |
高 (バルブシール、アクチュエーター) |
| 連続ブリード |
頂点の一定の開口オリフィス |
高 (二次ステージが必要) |
低 (可動部品なし) |
水簸注水
繊維収量を最大化するために、多くの先進的なクリーナーには、リジェクトチップに水簸水注入機能が備わっています。水簸、つまり希釈水は、コーンの底部近くに接線方向に注入されます。このきれいな水の流れは、重い破片と一緒に引きずられる良質なセルロース繊維の下方への動きを妨げます。注入された水は、これらの軽い繊維を洗い流して受け入れストリームに戻します。水簸を導入すると、繊維の損失が大幅に最小限に抑えられ、同時に重いスラグが妨げられることなくリジェクトチャンバーに落下することが可能になります。水簸水の圧力は、原料が水ラインに逆流するのを防ぐために、注入点の内圧よりも 20 ～ 50 kPa 高く維持する必要があります。
圧力損失とエネルギー消費の測定基準
内部渦を維持するには、供給入口と受け入れ出口の間に特定の圧力差が必要です。エンジニアは、洗浄剤の分離効率と比較して供給ポンプのエネルギー効率を評価する必要があります。一般に、圧力降下が高くなると、流体の回転が速くなり洗浄効率が向上しますが、供給ポンプからの電気エネルギーが大幅に増加します。標準的な圧力損失 (デルタ P) の範囲は 100 ～ 150 kPa です。オペレータは、ポンプエネルギーを無駄にしたり、コーン内部の壁に過度の摩耗を引き起こすことなく、必要な量の重い破片を除去する最適な圧力設定値を見つける必要があります。
操作上のトレードオフ: 高濃度のクリーニング vs. 中/低濃度のクリーニング
一貫性の範囲とシステムの配置
パルプクリーナーは、処理する紙料の一貫性によって分類されます。高濃度ユニットは固形分 2% ～ 6% で動作します。中濃度システムは 1.5% ～ 2% で動作しますが、低濃度システムは 1.5% 未満の大幅に希釈されたストックを処理します。ミルはパルパーまたはブロータンクの直後に高濃度ユニットを配置します。この段階ではストックは厚く、破片は大きくて破壊的です。これらの堅牢なユニットを最前線に配置することは、防御の第一線として機能し、後続のすべての薄化および選別段階を壊滅的な機械的損傷から保護します。
重質不純物と軽質不純物のターゲティング
高濃度ユニットは、比重の高い重い破片を対象とするように厳密に設計されています。金属、ガラス、石の除去に優れています。軽量の汚染物質の除去には効果がありません。下流の中濃度および低濃度のクリーナーは、軽い不純物を対象とする必要があります。これらの順方向および逆方向のクリーナーは、プラスチック、発泡スチロール、粘着物、しぶき、細かい汚れを処理します。完全なストック準備システムでは、最終的な紙品質を達成するために、高一貫性の重度の除去と低一貫性の軽度の除去の両方が必要です。単一のクリーナー タイプで比重スペクトルの両端を強制的に処理することはできません。
繊維の回収率と汚染物質の除去
遠心洗浄には、清浄度と収量の間に固有の操作上のトレードオフが伴います。遠心力が高く、排出口が広いため、不純物の除去率が向上し、よりクリーンな受け入れストリームが保証されます。これらの積極的な設定は、良質な繊維の拒否率が高くなり、貴重なセルロースが埋め立て地に送られる危険性があります。オペレーターは、特定の家具の品質と最終製品の要件に基づいて、これらの指標のバランスを取る必要があります。水簸水を利用し、自動バルブタイミングを最適化することで、このトレードオフを軽減し、清浄度を犠牲にすることなく回収率を最大化できます。上部リジェクトバルブの滞留時間を調整すると、各ダンプサイクル中に失われるファイバーの量に直接影響します。
容量と設置面積の比較
工場のレイアウトを設計する場合、設置面積は重要な考慮事項です。単一の大口径高一貫性ユニットが大量の体積スループットを処理します。多くの場合、単一のユニットでパルパーからの生産フロー全体を処理でき、毎分 1,000 ～ 5,000 リットルを処理できます。濃度の低い精密洗浄には、大量の希釈水が必要となるため、同量のファイバーを処理するには、数百個の小径コーンを備えた大規模なマルチサイクロンバンクが必要です。大型の単一ユニットは、重要な粗いストック保護を提供しながら、貴重な床スペースを節約します。
実装のリスクと軽減戦略
リスク: リジェクトコンセントに差し込む
最も一般的な動作上の失敗は、リジェクトコンセントの詰まりです。これは、重い固体の過剰な蓄積、開口部を埋める過大な混入金属の導入、または自動排出バルブシーケンスの故障によって発生します。出口が詰まると、重い破片がコーン内に逆流して渦を乱し、砂や金属を直接受け入れストリームに送り込みます。軽減するには、工場の DCS によって制御される自動パージ サイクルを実装する必要があります。耐久性の高い空気圧ナイフゲートバルブを使用することで、詰まりを防ぎます。パルパー内でジャンクトラップとラガーを使用して適切な事前選別を行うことで、洗浄機に到達する特大の破片の量が減ります。
リスク: ローターとコーンの劣化の加速
道路砂でひどく汚染された OCC など、研磨性の高いリサイクル家具を処理すると、コーン下部セクションに早期摩耗が発生します。コーン壁が浸食されると内部形状が変化し、効率的な分離に必要な流体力学が破壊されます。このリスクを軽減するには、エンジニアはモジュール式コーンの設計を指定する必要があります。モジュール構造により、メンテナンスチームはユニット全体ではなく、摩耗の激しい下部頂点のみを交換できます。下部セクションを高アルミナセラミックにアップグレードすることで、標準のポリウレタンやスチールに比べてメンテナンス間隔が大幅に延長されます。
リスク: 最適以下の圧力差
内部の渦が崩れると遠心分離は失敗します。渦崩壊は通常、フィードポンプ圧力の変動、原料粘稠度の突然の変化、またはシステム内の混入空気によって引き起こされます。圧力差が低下すると、分離は完全に停止します。軽減には、供給ラインと受け入れラインの両方に高精度圧力トランスミッターを設置することが含まれます。これらのセンサーは、リアルタイム監視のために工場の分散制御システムに直接統合する必要があります。 DCS はフィード ポンプの可変周波数ドライブ (VFD) を自動的に調整して、継続的で安定した動作に必要な正確な圧力降下を維持します。
結論
包括的な完成紙料監査を実施して、パルプ化プロセスに入る汚染物質の正確な比重と量を決定します。
供給ラインと受け入れラインに高精度圧力トランスミッターを設置し、自動 VFD 制御のために DCS に統合します。
研磨性の高い OCC または激しく研磨された完成品を処理する場合は、既存のユニットの下部コーン セクションを高アルミナ セラミックにアップグレードします。
ブリッジングや渦崩壊を防ぐために、リジェクト排出バルブに自動パージ サイクルを実装します。
新しい設置を最終決定する前に、機器メーカーに数値流体力学 (CFD) モデルをリクエストして、圧力損失要件を検証します。
よくある質問
Q: 高濃度セントリクリーナーの最適な濃度範囲はどれくらいですか?
A: 最適な動作一貫性は通常 2% ～ 6% の範囲です。この特定の範囲内で動作することにより、装置は大量の希釈水を必要とせずに重い破片を効果的に分離できるため、粗いスクリーニングループの効率と水のバランスが維持されます。
Q: 高密度 (HD) クリーナーは高濃度セントリクリーナーと同じですか?
A: はい。紙パルプ業界では、これらの用語は同じ意味で使用されます。どちらも、濃厚なパルプ懸濁液から金属、ガラス、砂などの重い汚染物質を除去するために、原料調製ラインの初期に配置された遠心分離装置を指します。
Q: パルプ処理において、セントリクリーナーは圧力スクリーンとどう違うのですか?
A: セントリクリーナーは、遠心力を利用して比重に基づいて汚染物質を分離し、重いものを外側に押し出します。圧力スクリーンは、特定のスロットまたは穴の寸法を持つ物理的バリアを使用して、物理的サイズに基づいて材料を分離します。パルプを完全に精製するには両方が必要です。
Q: 高濃度パルプクリーナーの詰まりの原因は何ですか?また、それをどのように防ぐことができますか?
A: 詰まりは通常、重い固形物の過剰な蓄積、ギャップを埋める過大な混入金属、または自動排出シーケンスの失敗によって発生します。予防には、自動パージ サイクルの導入、強力な空気圧バルブの使用、およびパルパーでの適切な事前スクリーニングの確保が必要です。
Q: セントリクリーナーのリジェクトチャンバーで水簸水が使用されるのはなぜですか?
A: 良質なセルロース繊維の下方への流れを妨げるために、水簸水がクリーナーの底部に注入されます。これらの軽い繊維を洗浄して受け入れストリームに戻し、重いスラグを正常に排出しながら繊維の損失を大幅に最小限に抑えます。
Q: セントリクリーナーのセラミック コーンはどのくらいの頻度で交換する必要がありますか?
A: 交換頻度は、仕上げ材の磨耗性と使用時間によって決まります。砂の含有量が多い OCC のような研磨性の高い再生紙は、コーンの摩耗を早めます。モジュラー設計により、ミルは磨耗した下部頂点のみを交換できるため、時間とリソースを節約できます。
Q: 効率的な遠心洗浄に必要な標準的な圧力損失はどれくらいですか?
A: 必要な圧力降下は、特定の機器の設計と供給具のタイプによって異なります。内部渦を維持し、最適な分離を確保するには、供給ラインと受け入れラインの間の正確な一定の圧力差 (通常は 100 ～ 150 kPa) を維持することが重要です。
