CN102215947A - 流动层装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种流动层装置（3），在流动层容器（1）内部借助气体形成流动介质的流动层（2），令与流动层容器（1）的长度方向的流动介质的流通方向上游侧端部连接的投入喷嘴（4）的投入口（4a）的宽度与流动层（2）的宽度相等，并且，令与上述流动层容器（1）的长度方向的流动介质的流通方向下游侧端部连接的抽出喷嘴（5）的抽出口（5a）的宽度与流动层（2）的宽度相等。
Description
技术领域
本发明涉及一种流动层装置，其在流动层容器内部借助气体形成流动介质的流动层。
背景技术
一般而言，在流动层容器内部借助气体而形成流动介质的流动层的流动层装置广泛地用于下述装置：向高温的流动介质（硅砂、石灰石等）的流动层中投入煤、生物量、轮胎碎片等的原料而生成气化气体的气化设备的气化炉、进行作为流动介质的粒子的干燥的干燥炉、或者在作为流动介质的粒子的表面进行涂层的涂层装置等。
在上述流动层装置中，对于气化等的化学反应、或者粒子的干燥、涂层等的物理处理，在流动层体积一定的条件下，被投入到流动层装置内而向外部进行排出的流动介质的滞留时间能延续多久变得非常重要。
以往，作为表示例如在流动反应装置内下部的气体分散板上利用分隔板形成流路、能够调节流动化的原料粒子的滞留时间的流动层反应装置的文献，有专利文献1，此外，作为表示利用分隔壁将预备还原炉的分散板上的空间分隔为多个区域、令矿石等的流动介质的炉内滞留时间增大的流动层炉的文献，有专利文献2。
专利文献1：日本特开平11-108561号公报
专利文献2：日本特开平9-14853号公报
但是，对于上述专利文献1、2所示的装置，都是以在流动层容器内配置分隔件从而有效地利用流动层体积为基础的，流动层装置的结构变得复杂，存在配置于上述流动层容器内的分隔件的磨耗严重的问题，此外，特别是在高温情况下，分隔件的磨耗变得更加剧烈，所以作为该分隔件必须使用高级材料，存在成本升高的问题。进而，为了实现流动层装置的结构的简单化，考虑例如不在流动层容器内配置分隔件的方法，但是此时，在具有长方体形状的流动层容器内部的四角部产生流动介质不流动的空间即死区，存在流动介质的滞留时间变短的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，提供一种流动层装置，无需在流动层容器内设置分隔件，令结构简单化，消除磨耗以及成本方面的问题，实现流动层容器内的流动介质的流动速度的均一化，并且能够消除死区，能够实现流动介质的滞留时间的延长。
本发明为一种流动层装置，在流动层容器内部借助气体形成流动介质的流动层，其特征在于，令与上述流动层容器的流动介质的流通方向上游侧端部连接的投入喷嘴的投入口的宽度与流动层的宽度相等，并且，令与上述流动层容器的流动介质的流通方向下游侧端部连接的抽出喷嘴的抽出口的宽度与流动层的宽度相等。
根据上述方式，能够得到以下的作用。
流动介质为下述形式：借助投入喷嘴而从宽度与流动层的宽度相等的投入口被投入到流动层容器内，在该流动层容器内向抽出喷嘴侧流动，借助该抽出喷嘴，从宽度与流动层的宽度相等的抽出口被抽出，从而流动介质的流动速度变得均一且没有死区，即便没有分隔件也能延长流动介质的滞留时间，流动层装置的结构不会变得复杂，无需在上述流动层容器中配置分隔件，因此特别是在高温情况下也无需担心分隔件的磨耗，无需作为该分隔件而使用高级材料，能够避免成本上升。
在上述流动层装置中，能够令上述投入喷嘴为其宽度从导入端口向投入口逐渐增加的形状，并且在上述投入喷嘴中配设区划板，所述区划板将该投入喷嘴内部在其宽度方向上区划为多个流通路，并且，令上述抽出喷嘴为其宽度从抽出口向导出端口逐渐减小的形状，这样一来，特别是上述流动层容器的宽度大的情况下，被投入的流动介质不会偏置于流动层容器的宽度方向的一部分而被投入，能够将流动介质更为均一地投入并可靠地抽出，因此更为有效。
根据本发明的流动层装置能够实现下述优异的效果：无需在流动层容器内设置分隔件，令结构简单化，消除磨耗以及成本方面的问题，并且能够实现流动层容器内的流动介质的流动速度的均一化，并且能够消除死区，能够实现流动介质的滞留时间的延长。
附图说明
图1是表示本发明的流动层装置的实施例的概略立体图。
图2是表示本发明的流动层装置的实施例的投入喷嘴的立体图。
图3a是本发明的流动层装置的实施例的流动层容器内的流动介质的流动速度分布图。
图3b是以往例的流动层容器内的流动介质的流动速度分布图。
图4是在本发明的实施例与以往例之间对在流动层容器内累积的流动介质的滞留时间进行比较的线图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施例。
图1～图4是本发明的流动层装置的实施例，流动层装置3为，在具有长方体形状的流动层容器1内部借助气体形成流动介质的流动层2，其中，令连接于流动层容器1的长度方向的流动介质的流通方向上游侧端部的投入喷嘴4的投入口4a的宽度与流动层2的宽度相等，并且，令连接于上述流动层容器1的长度方向中的流动介质的流通方向下游侧端部的抽出喷嘴5的抽出口5a的宽度与流动层2的宽度相等。
在本实施例的情况下，上述投入喷嘴4为其宽度从导入端口4b向投入口4a逐渐增加的形状，并且，在上述投入喷嘴4中，如图2所示，配设区划板4d，所述区划板4d将该投入喷嘴4内部在其宽度方向上区划为多个流通路4c，并且，令上述抽出喷嘴5为其宽度从抽出口5a向导出端口5d逐渐减少的形状。
接着，说明上述实施例的作用。
流动介质为下述形式：借助投入喷嘴4从其宽度与流动层2的宽度相等的投入口4a被投入到流动层容器1内，在该流动层容器1内以宽度完全扩开的状态向抽出喷嘴5侧流动，借助该抽出喷嘴5，从其宽度与流动层2的宽度相等的抽出口5a被抽出。因此，流动介质的流动速度变得均一，且没有死区（具有长方体形状的流动层容器1内部中的四角部处可能产生的流动介质不流动的空间）（参照图3b的符号D），即便没有分隔件也能够延长流动介质的滞留时间，流动层装置3的结构不会变得复杂，无需在上述流动层容器1内配置分隔件，所以即便是特别是在高温的情况下，也无需担心分隔件的磨耗，无需作为该分隔件使用高级材料，能够避免成本升高。
进而，上述投入喷嘴4为其宽度从导入端口4b向投入口4a逐渐增加的形状，且在上述投入喷嘴4中配设有区划板4d，所述区划板4d将该投入口4内部在其宽度方向上区划为多个流通路4c，并且，上述抽出喷嘴5为其宽度从抽出口5a向导出端口5b逐渐减少的形状，所以，上述流动介质借助投入喷嘴4从其宽度与流动层2的宽度相等的投入口4a被向流动层容器1内投入时，上述流动介质以被分配到多个流通路4c的形式流通，所以特别是在上述流动层容器1的宽度广时，被投入的流动介质不会偏置于流动层容器1的宽度方向中的一部分地被投入，能够更为均一地投入流动介质并且可靠地进行抽出，因此是有效的。
在此，使用下述的二维对流-扩散模型进行模拟计算，计算流动层2中的流动介质的滞留时间。
在进行计算时，以二维（从上看的方向）模型表现实际的三维的流动层2，层高方向的变化以平均值进行表示。
此外，令实际的流动介质和作为流动化气体的气体的二相流为一相流模型，流动介质的粘性由下述式1计算。
[式1]
粘性计算式：
其中，
μs：流动介质相粘度[Pa·s]
dp：流动介质的粒径[m]
ρp：流动介质的真密度[m3]
ε：流动层2的空隙率
εmin：流动层2的空隙率的最小值≈0.4
此外，在使用二维对流-扩散模型的模拟计算中，作为用于跟踪其动作的标示物的流动介质的粒子的运动为，随着流动介质的流动的“对流”、和借助作为流动化气体的气体的气泡的动作而流动介质被搅拌而扩开的“扩散”，扩散系数由下述式2计算。
式2]
扩散系数计算式：
其中，
DX：x方向的扩散系数
Dy：y方向的扩散系数
B：流动层2的宽度
L：流动层2的长度
hmf：流动层2的高度
u0：空塔速度
umf：最小流动化速度
fw：二维扩散系数（ウェック係数）
g：重力加速度
而且，流动层2的动作由下述二维方程式的式3来进行计算，标示物浓度由下述式4来计算。
式3]
控制方程式：
连续方程式
连动方程式
[式4]
标示物浓度式：
（为非定常）
其中，
ux：流动介质的x方向的移动速度
uy：流动介质的y方向的移动速度
Y：流动介质的浓度
ρ：流动介质的体积密度
对流动介质的物性、气体（蒸气）的物性、运转条件、计算条件进行与实际条件对应的设定，从[式3]计算从投入喷嘴4的投入口4a侧朝向抽出喷嘴5的抽出口5a侧的流动层容器1内的流动介质的动作，求得如图3a、3b所示那样的在流动层容器1内的流动介质的流动速度分布，在把握该流动层容器1内的流动介质的流动速度分布的基础上，从[式4]计算标示物的浓度。通过计算该标示物的浓度，求得将时间t=0[s]、浓度Yin=1（100%）的标示物从投入喷嘴4的投入口4a连续地投入、从抽出喷嘴5的抽出口5a被抽出的标示物的滞留时间Yin（t）（参照图4）。即，滞留时间表示下述意思：在时间t[s]中有多少百分比的标示物位于流动层2，即有多少百分比的标示物在流动层2内滞留了t[s]。
作为使用了上述的二维对流-扩散模型来进行模拟计算的结果，本实施例的流动层容器1内的流动介质的流动速度分布如图3a所示，变得均一（没有图3b所示的表示流动速度不同的线的状态），在流动层容器1内不存在上述死区，该流动层容器1的内部整体都能够有效地发挥作用，因此，能够延长流动介质的滞留时间，与之相对，以往例（投入喷嘴和抽出喷嘴分别是细管状）的流动层容器1内的流动介质的流动速度分布如图3b所示那样，不均一，在流动层容器1内的特别是四角部分产生死区，流动层容器1内的有效体积减少，所以可以确认滞留时间变短。
而且，在流动层容器1内累积的流动介质的滞留时间如图4所示，如从该图明确的那样，以50%的累积进行比较时，在本实施例中，滞留时间能够延长T[s]。
另外，在图4中，累积超过大概75%（参照图4的符号P）后，本实施例与以往例的滞留时间[s]反转，但通常利用对于50%的累积的滞留时间来评价流动层装置3的性能，所以不存在问题。其理由在于，若累积的数值低于50%而滞留时间过短，则流动介质在反应及干燥未充分进行的状态下就被排出到外部，所以该滞留时间很重要而需要延长，但是若累积的数值超过75%，则即便滞留时间比以往例短，流动介质也已经充分地进行了反应及干燥，所以即便向外部快速地排出也不存在问题。
这样，无需在流动层容器1内设置分隔件，能够令结构简单化，并且消除磨耗以及成本方面的问题，能够实现流动层容器1内的流动介质的流动速度的均一化，并且能够消除死区，能够实现流动介质的滞留时间的延长。
另外，本发明的流动层装置并不限定于上述实施例，当然能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种的变更。
附图标记说明
1 流动层容器
2 流动层
3 流动层装置
4 投入喷嘴
4a 投入口
4b 导入端口
4c 流通路
4d 区划板
5 抽出喷嘴
5a 抽出口
5b 导出端口
Claims (2)
1.一种流动层装置，在流动层容器内部借助气体形成流动介质的流动层，其特征在于，
令与上述流动层容器的流动介质的流通方向上游侧端部连接的投入喷嘴的投入口的宽度与流动层的宽度相等，并且，令与上述流动层容器的流动介质的流通方向下游侧端部连接的抽出喷嘴的抽出口的宽度与流动层的宽度相等。
2.如权利要求1所述的流动层装置，其特征在于，
令上述投入喷嘴为宽度从导入端口向投入口逐渐增加的形状，并且在上述投入喷嘴中配设区划板，所述区划板将该投入喷嘴内部在其宽度方向上区划为多个流通路，并且，令上述抽出喷嘴为宽度从抽出口向导出端口逐渐减少的形状。
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