旋回装置

機械的なふるい分けやふるい分けに使用される回転装置は、機械の円運動に基づいています。他の方法とは異なり、回転スクリーンはより穏やかに動作し、壊れやすいものを扱うのに適しており、より細かい製品を生産することができます。^[1]この方法は、湿式ふるい分けと乾式ふるい分けの両方に適用できます。

他の技術との明確な違いは、ここで適用される回転運動が振動ではなく偏心重量に依存していることであり、^[2]これは個々のプロセス要件に基づいて変更することができます。

1930年代初頭、振動選別機のほとんどは、単純な往復運動を採用した長方形または正方形のデザインでした。旋回運動と軌道運動を利用する機械が導入された後、スクリーン面積の使用と単位メッシュ面積あたりの処理能力が大幅に増加したため、機械業界に大きな変化がありました。 ^[3]

回転式装置にはカードが何枚も重ねられており、一番粗いスクリーンが上に、一番細かいスクリーンが下に置かれている。上から原料が投入され、回転運動によって粒子がスクリーンの開口部を通って次のデッキに浸透する。^[4]

ケーシングは水平面に対して比較的低い角度（< 15°）で傾斜しており、回転は垂直面で発生します。^[5]偏心質量は変更可能で、上部偏心質量の増加は水平方向の投射距離の増加につながり、大きすぎる材料の排出を促進します。下部偏心質量の増加はスクリーン表面での材料の反転を促進し、小さすぎる材料の浸透量を最大化します。^[6]大きすぎる材料は接線方向の出口から排出されます。

デッキの数を選択できるオプションにより、回転式装置は、サイズが非常に近い粒子で構成される材料を正確に分離することができます。この利点は他に類を見ないもので、微細な材料が関係する粉末処理業界では重要です。高い分離効率とメンテナンスの容易さにより、回転式スクリーニングは製品品質の点で他のプロセスよりも優れています。^[5]

既存の回転式装置の設計はすでに市場に出回っており、さらなる開発によりさらに増える予定です。最近の研究では、コストを節約し、分離プロセスを効果的にするための潜在的な改善点があることが示されています。^[7]

一般的な用途としては、プロセス産業、食品産業、化学産業、製薬産業における分離が挙げられる。これには、ふるい分け、分類、ふるい分け、繊維回収、濾過、スカルピングなどが含まれる。回転式ふるい分けは、他の方法に比べて細かい材料を分離できるため、壊れやすい材料の処理に適している。各産業におけるいくつかの用途を以下の表^[8]に示します。

旋回装置には、一般モデルと産業用ヘビーデューティーモデルが用意されており、一般モデルにはコスト削減を目的とした木製フレームが付いています。産業用ヘビーデューティーモデルは、炭素鋼またはステンレス鋼で作られています。スクリーン容量は、材料のサイズ、かさ密度、水分汚染などの個々のアプリケーション要件を満たすために、モデルサイズによって非常に広範囲にわたり異なります。モデルは最大 7 つのデッキで構成され、最大 325 メッシュのスクリーニングが可能で、最も細かい材料の正確な分離を実行できます。この機能は、比較的サイズの近い微粉が関係する粉体処理業界で役立ちます。正確な分離を確実に行うには、異なるデッキのスクリーン開口部を正確に計算する必要があります。

一般的なモデルは、補強が少ない木製フレームが取り付けられており、サイズが明確に異なる材料を扱う用途に使用されます。この例としては、バイオマス燃料生産用の木材チップから不純物を除去することが挙げられます。この場合、目的の製品は最も粗いスクリーンから排出され、より小さな不純物は下部のフレームに沈みます。これらのモデルは、より経済的な目的で選択され、あまり一般的ではありません。

• ランニングコストが低い

回転式ふるい機の運転に必要な電力量が少ないため、この機械の全体的な運用コストが低く抑えられます。これは、巨大なフレームを振動させるのに比べて、回転運動に必要なエネルギーが比較的少ないためです。回転装置のランニングコストと購入コストが低いため、回転式ふるい機は固体-固体の機械的分離に最も一般的に使用される機械の1つとなっています。^[9]

• 多分画分離に最適

回転式ふるい分け機は、より小型のスクリーンフレームを積み重ねて使用するため、各分離の正確な要件に合わせてスクリーンを正確に配置できます。これにより、回転式ふるい分け機は、他の多くの機械式ふるい分け装置よりも有利になります。他の多くの装置では、異なるタイプの供給物に対応するために追加の装置が必要になります。^[10]

• 柔軟なアプリケーション範囲

回転ふるい機は、分離する固体-固体混合物が2成分混合物であるか、多成分混合物であるかに関係なく、多くの状況で使用できます。これは、回転ふるい機スクリーンの柔軟な使用により、余分なスクリーン材料、クリーナー、またはその他の追加装置が必要なくなるためです。^[10]

• 優れた効率と分離品質

回転ふるいの機構には垂直方向の動きがなく、比較的穏やかな動きと相まって、固体-固体混合物中の物質の分離の精度を高めることができます。回転ふるい機のストロークが長いほど、細かい粒子が沈降して広がります。これと水平方向の動きを組み合わせることで、細かい粒子が通過する機会が最大化され、分離の質と効率が向上します。^[11]

• メンテナンスが簡単

現代のほとんどの回転式ふるい分け機はスクリーンクリーナーを使用しており、これは回転式ふるいの詰まりを防ぐ働きをします。回転式ふるい機の動きとメカニズムにより、クリーナーにより多くのエネルギーが伝達され、回転式ふるい機への蓄積の発生を積極的に防止します。長期的には、ふるい機への蓄積を防ぐことで、回転式ふるい機の寿命を延ばすことができます。^[9]

• 画面の眩しさが少ない

下部偏心重量による垂直成分の振動により、スクリーンの目詰まりが大幅に軽減されます。ボールトレイとクリーンリングを追加することで、スクリーンの目詰まりをさらに軽減できます。^[要出典]

• 広い床面積

回転スクリーンの面積が大きいため、広い床面積を確保する必要がある。スペースを最適化し、効率的に使用する必要がある場合、物流上の問題が発生する可能性がある。^[9]

• 操作が比較的難しい

回転ふるい機は複雑な流れパターンを持ち、駆動機構も複雑で、他のほとんどのふるい機よりも複雑です。操作機構の複雑さによりユニットの操作が難しくなるため、問題が発生する可能性があります。^[11]

• 飼料中に塊や凝集物が生じやすい

旋回式ふるいは緩やかなペースで作動し、作動中は激しい動きをしません。この緩やかな動きでは、原料に含まれる塊や凝集物が砕かれることはありません。そのため、原料に含まれる塊は、他の大きな粒子とともに上部フレームから排出されます。^[9]

旋回装置は上部ユニットと下部ユニットに分かれています。上部ユニットは、円形ベースに取り付けられた頑丈なスプリングで支えられたスクリーニングフレームで構成されており、上部ユニットが自由に振動できます。二次サポートスプリングは、高負荷操作用に取り付けられており、上部ユニットの振動が床に伝わるのを防ぎます。機械のベース（下部ユニット）は、高負荷モーターに取り付けられた上部および下部の偏心ウェイトで構成されています。モーターに二重延長シャフトを設置し、上部および下部の偏心ウェイトの両方に取り付けることで、エネルギー消費を最小限に抑えます。スクリーンデッキは、機械アセンブリ内で互いに重ねて取り付けることができ、間隔フレームはステンレススチールのクイックリリースクランプで接続されています。^[12]

利用可能な回転運動装置の設計は多数あり、いくつかの設計特性としては以下が挙げられる。^{[13] [14]}

• 供給速度1～50,000 kg/h
• 最大7つのスクリーンレイヤー
• 回転数700～1450rpm
• スクリーニング面積1800～^24,800cm2
• スクリーン直径600～1500mm
• 消費電力5.5～7.5kW
• メッシュ目開き20μm～20mm
• 建設資材

回転式装置は、分離対象となる供給材料の直径が 4 μm 以上で、乾式プロセスで最大 98% の分離効率で 500 トン/(h·m ² )の供給物を処理できます。

一方、湿式プロセスでは、水分含有量が 70% を超える場合にのみ、比較的高い効率 (85%) を実現できます。

偏心重量は、粗い製品と細かい製品の希望する比率を得るために適宜変更できます。

分離効率係数は次の式で与えられる：^[15]

ここで、はオーバーサイズ中のアンダーサイズの割合であり、はフィード中のオーバーサイズの質量です。 ${\displaystyle m_{\text{o}}}$${\displaystyle M_{\text{o}}}$

^{ただし、複数のデッキが関係する場合には、以下の表[15]}に示すように補正係数を含める必要があります。

これは、各デッキに持ち越される誤差によるものです。効率係数に補正係数を掛け合わせると、より正確な推定値が得られます。

湿式プロセスの除去度は乾式プロセスよりも低く、これは身体の物理的機械的特性の変化によって説明されます。

曲線の傾向は、水分含有量が 70% を超える供給材料が回転式スクリーニングに適していることを示しています。

上部と下部の偏心重量はどちらも、粗い製品と細かい製品の比率を選別する上で重要な役割を果たします。追加の偏心重量によって生じる運動モーメントによって振動の振幅が変わり、異なる速度と組成の出力が生成されます。上部の偏心重量を増やすと、粗い材料の排出が促進されます。下部の偏心重量を増やすと、下部に排出される量が最大になります。固定設計の場合の関係は、以下の表に示されています。

運動モーメントは偏心重量と次の式で結びついている：^[17]

ここで、は下部または上部のホイールの位置 (rad)、は位相角 (rad)、はホイールの質量、はモーター シャフトの入力速度 (rpm)、 は力の伝達係数です。 ${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \phi }$${\displaystyle m}$${\displaystyle N}$${\displaystyle \eta }$

回転装置は、分離する2つ以上の材料が4μmより細かい場合にのみ無効であり 、これは機械の寸法によって異なります。提案された4μmの値は、可能な限り最大の回転半径を持つ最大のモデルの寸法を使用して計算されました。材料が超えてはならない臨界速度は、次の式で与えられます。超えなければ操作は失敗します。^{[5] [18] [19]}

ここで、は開口部の辺の長さ、は粒子の直径です。 ${\displaystyle D_{\text{a}}}$${\displaystyle d_{\text{p}}}$

回転慣性公式を使用すると、異なる次元のさまざまなモデルの計算が可能になります。

典型的な旋回式装置は、偏心重量とスクリーン フレームの周りを循環して動作します。材料はスクリーンの表面に沿って分散され、小さすぎる材料はスクリーンを通り抜けます。高い分離効率とスムーズな動作のためには、次の経験則に従う必要があります。

• スクリーンの傾斜角度：下の表^[6]に示すように、望ましいスクリーニング能力で最高の分離効率を得るためには10～12°が選択されます。

• スクリーンの面積: スクリーンの面積が大きいほど、スクリーニング能力が高くなります。使用可能な最大面積は約 25,000 cm ²ですが、面積が大きくなると、スクリーン表面に沿って材料が著しく不均一に分布することになります。

• スクリーン層の数：サイズが近い材料を混ぜる場合は、より多くのスクリーン層が必要です。スクリーンにはさまざまなタイプ、寸法、材料があります。^[20]品質を維持するために、デッキの数が少ない方が望ましいです（< 4）。
• フレームの材質：取り扱いが簡単で経済的な作業には木製のフレームが選ばれます。より細かい製品を扱う重作業には炭素鋼またはステンレス鋼が選択されます。^[21]
• 動作周波数: 毎分回転数が高いほど分離速度が速くなりますが、モーターによって供給されるエネルギーの必要量が多くなります。
• 供給ポイント：分離係数は高いが、はるかに複雑な制御が必要となるため、複数の供給ポートよりも単一の供給ポートが好まれる。^[7]
• 前処理：機器の損傷を防ぐために、5mm以上の開口部を持つ特大サイズの材料を事前にふるいにかけることが推奨されます。^[22]このような大きなサイズの材料をふるいにかけるには、単純なふるい分け装置で十分です。

スクリーニングは、乾式または湿式で実行できます。湿式スクリーニングでは、下流プロセスの準備として、後処理、乾燥が必要になることがよくあります。ほとんどの場合、乾燥はプロセスの最終段階でよく使用されますが、プロセスの必要性に応じて変更されることがあります。乾燥プロセスでは、水やその他の溶質を除去します。プロセスの大部分は、熱供給の助けを借りて蒸発させることによって行われます。したがって、熱供給装置の効率は、乾燥プロセスを最適化する上で重要な役割を果たします。

さらに、この処理は廃棄物処理前に廃棄物ストリームに適用できます。乾燥により固形廃棄物の総体積が大幅に減少し、処理プロセスが簡素化され、輸送コストが削減されます。

以下のリストは工業プロセスで使用可能な乾燥機の例である：^[23]

• ロータリー乾燥機
• トンネル乾燥機
• トレイまたは棚式乾燥機
• ドラム乾燥機
• スプレードライヤー

回転式スクリーナーは粒子の大きさに応じて固体を液体または他の乾燥固体から分離します。スクリーニングは、化学、食品、鉱業、製薬、廃棄物などのさまざまな産業にとって重要な前処理の1つです。^[8]

上の表は、さまざまな業界で一般的に使用されているいくつかのプロセスの廃棄物の流れを示しています。化学業界の例としては、粉末洗剤の製造があります。この製造では、製品の外観と溶解率を改善するために、回転式スクリーナーを使用して最終製品に含まれる特大の顆粒をろ過します。食品業界の例としては、柑橘類ジュースの製造があります。多層平面で利用できる回転式スクリーナーは、いくつかの段階ですべての廃棄物を除去します。ジュースサックは、柑橘類ジュースを製造するのに望ましい要素です。食品業界でのスクリーニングにより、製品の品質が大幅に向上します。鉱石処理では、破砕後に回転式スクリーナーを使用して、特大の鉱石粒子をろ過します。これらの望ましくない粒子は、廃棄物と見なすか、プロセスに戻してリサイクルすることができます。同様に、製薬業界では、回転式スクリーナーは、液体医薬品から溶解していない粒子や、カプセルの表面に付着してカプセルのスタンプを容易にする微粉末を取り除きます。廃水処理に関しては、廃水から粗い固形廃棄物を除去するのは、下流の機器を損傷から保護するためだけです。微細固形廃棄物の除去は、プロセスの前処理、より具体的には一次清澄化として機能します。全体的なスクリーニングプロセスにより、システムのパフォーマンスが向上し、コストが最小限に抑えられ、他の機器のフィルターの洗浄の必要性が軽減されます。^[24]

廃棄物は通常、回転式スクリーンの設計に応じて排出シュートを通って廃棄されます。回転式スクリーンの各デッキには少なくとも1つの排出口があります。^[25]