JP2006272192A - Pressure-loss estimation method, pressure-loss estimation program and recording medium recording the program - Google Patents

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禎行 遠藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately estimate a pressure loss of fluid in a particle packed layer which is formed by mixing a plurality of particle groups. <P>SOLUTION: In the first, the particle groups which constitute the particle packed layer are determined and the geometrical standard deviation σ<SB>i</SB>, the geometrical average diameter d<SB>i</SB>and the kinetic shape factor κ<SB>i</SB>are obtained (S10). Secondarily, the viscosity μ and the superficial velocity u of the fluid passing through the particle packed layer are obtained (S11). Then, the height H and the porosity ε in the particle packed layer and the particle number n<SB>i</SB>of each particle group existing per unit volume of the particle packed layer are obtained (S12). Then, the obtained numerical value is substituted for a formula to calculate the pressure loss ΔP (S13). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の粒子群を混合して成る粒子充填層の間隙を流れる流体の圧力損失を推定する圧力損失推定方法、圧力損失推定プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a pressure loss estimation method, a pressure loss estimation program for estimating a pressure loss of a fluid flowing through a gap of a particle packed bed formed by mixing a plurality of particle groups, and a recording medium on which the program is recorded.

粒子充填層(固定層)の間隙を、液体、気体などの流体が透過する現象は、工業的には種々の装置で発生する。これらの装置の例としては、固液を分離する濾過装置、集塵のためのバグフィルタ、触媒粒子層にガスを通して反応させる触媒反応装置、および、湿った粉体を通気乾燥させる粉体乾燥装置が挙げられる。   The phenomenon of fluid such as liquid and gas permeating through the gaps between the particle packed layers (fixed layers) occurs industrially in various apparatuses. Examples of these devices include a filtration device that separates solid and liquid, a bag filter for collecting dust, a catalytic reaction device that reacts gas through a catalyst particle layer, and a powder drying device that ventilates wet powder. Is mentioned.

上記現象が発生する場合、流体の流れは、粒子充填層からの抵抗などにより損失する。この損失を圧力の次元で表して圧力損失という。上記現象が発生する装置は、粒子充填層の圧力損失を予測した上で設計する必要がある。さもなくば、例えば、通液や通気が低下したり、それによって、反応や乾燥が不十分になったりといった不具合が発生する。   When the above phenomenon occurs, the fluid flow is lost due to resistance from the particle packed bed. This loss is expressed in terms of pressure and is called pressure loss. An apparatus in which the above phenomenon occurs needs to be designed after predicting the pressure loss of the particle packed bed. Otherwise, for example, problems such as a decrease in liquid flow and aeration, and inadequate reaction and drying may occur.

なお、本願では、粒子の周りの流体の流れが層流である、すなわち、ストークス域(粒径基準のレイノルズ数が5以下である領域)に限定している。この場合の圧力損失の関係式としては、最も簡単なダルシー(Darcy)の法則が知られている。ダルシーの法則は次式で表される。
ΔP/H=(μ/k)×u
ここで、μは粘性率(Pa・s)であり、Hは粒子充填層の高さ(厚さ)(m)であり、uは流体の空塔速度(見かけ速度)(m/s)である。また、kは粒子充填層の透過率であり、粒子充填層の物理的性質によって決まる無次元の定数である。
In the present application, the fluid flow around the particles is a laminar flow, that is, the Stokes region (region where the Reynolds number based on particle size is 5 or less) is limited. The simplest Darcy law is known as a relational expression of pressure loss in this case. Darcy's law is expressed by the following equation.
ΔP / H = (μ / k) × u S.
Here, μ is the viscosity (Pa · s), H is the height (thickness) (m) of the particle packed bed, and u S is the superficial velocity (apparent velocity) of the fluid (m / s). It is. K is the transmittance of the particle packed layer and is a dimensionless constant determined by the physical properties of the particle packed layer.

ダルシーの法則に対して、粒子充填層を1つの管とみなして管抵抗の概念を導入し、表面係数をφとして球形以外の充填物を対象とすることにより、コゼニー・カーマン(Kozeny-Carman)の式が得られる。コゼニー・カーマンの式は次式の通りである。
ΔP/H=180×(μ×u/(φ ×d ))×((1−ε)/ε)。
ここで、dは粒子の直径(粒径)(m)であり、εは空隙率(無次元)である。通常はコゼニー・カーマンの式を用いて、圧力損失を理論的に予測している(例えば、非特許文献1・2を参照)。
社団法人化学工学会編,「化学工学便覧」,改訂6版,丸善株式会社,1999年2月25日,p.310−312 社団法人化学工学会編,「現代の化学工学II」,初版,株式会社朝倉書店,1989年2月20日,p.39−41 I. F. Macdonald, et al., Ind. Eng. Chem. Fundamentals, 18 (1979), 199-208 M. J. Macdonald, et al., AIChE Journal, 37 (1991), 1583-1588 Y. Li, et al., Ind. Eng. Chem. Res., 37 (1998), 2005-2011 Y. Endo, et al., Filtration & Separation, March 1998, 191-195
Against Darcy's Law, by targeting considers particle packing layer and one tube introduces the concept of a tube resistance, filler other than spherical surface coefficients as phi c, Kozeni Carman (Kozeny-Carman ) Is obtained. Cozeny Carman's formula is as follows:
ΔP / H = 180 × (μ × u S / (φ c 2 × d p 2 )) × ((1−ε) 2 / ε).
Here, d p is the diameter (particle diameter) (m) of the particles, and ε is the porosity (dimensionalless). Usually, the pressure loss is theoretically predicted using the Cozeny Kerman equation (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
Edited by Chemical Society of Japan, “Handbook of Chemical Engineering”, 6th revised edition, Maruzen Co., Ltd., February 25, 1999, p. 310-312 The Chemical Society of Japan, “Modern Chemical Engineering II”, first edition, Asakura Shoten Co., Ltd., February 20, 1989, p. 39-41 IF Macdonald, et al., Ind. Eng. Chem. Fundamentals, 18 (1979), 199-208 MJ Macdonald, et al., AIChE Journal, 37 (1991), 1583-1588 Y. Li, et al., Ind. Eng. Chem. Res., 37 (1998), 2005-2011 Y. Endo, et al., Filtration & Separation, March 1998, 191-195

しかしながら、コゼニー・カーマンの式は、粒径分布の狭い1種類の粒子からなる粒子充填層の場合にしか適用できないという問題点が存在する(例えば、非特許文献3を参照)。この問題点を解消するため、例えば非特許文献4〜6に記載のように、種々の圧力損失および透過率の関係式が提案されている。   However, there is a problem that the Cozeny-Kerman equation can be applied only to a particle packed layer composed of one kind of particles having a narrow particle size distribution (see, for example, Non-Patent Document 3). In order to solve this problem, various relational expressions of pressure loss and transmittance have been proposed as described in Non-Patent Documents 4 to 6, for example.

非特許文献4には、ブレーク・コゼニー(Blake-Kozeny)の式(コゼニー・カーマンの式)を複数サイズの球形粒子に一般化することが開示されている。また、非特許文献4では、粒子形状が同じ球形であり、粒径分布が異なる3つの粒子群を混合したフリットガラスの粒子充填層について、空隙率および透過率を求める実験が行われている。また、非特許文献5には、種々の粒径分布を有する球形粒子から成る粒子充填層の透過率に関して開示されている。   Non-Patent Document 4 discloses that the Blake-Kozeny formula (Kozeny Kerman formula) is generalized to spherical particles of multiple sizes. In Non-Patent Document 4, an experiment is performed to determine the porosity and transmittance of a particle-filled layer of frit glass in which three particle groups having the same spherical particle shape and different particle size distribution are mixed. Non-Patent Document 5 discloses the transmittance of a particle packed bed composed of spherical particles having various particle size distributions.

このように、非特許文献4・5には、粒径分布の広い粒子から成る粒子充填層や、粒径分布の異なる複数の粒子群から成る粒子充填層に関する圧力損失および透過率の関係式が開示されている。しかしながら、非特許文献4・5では、粒子が球形である場合に限定されているため、粒子が砂などの非球形である場合には、上記圧力損失および透過率の関係式を満たさない虞がある。   As described above, Non-Patent Documents 4 and 5 include relational expressions of pressure loss and transmittance with respect to a particle packed bed composed of particles having a wide particle size distribution and a particle packed layer composed of a plurality of particle groups having different particle size distributions. It is disclosed. However, in Non-Patent Documents 4 and 5, since the particle is limited to a spherical shape, when the particle is a non-spherical shape such as sand, the relationship between the pressure loss and the transmittance may not be satisfied. is there.

一方、本願発明者は、非特許文献6において、異なる粒径分布を有する2つの粒子群を混合した粒子充填層に関する圧力損失の関係式を提案している。非特許文献6では、粒子の形状は、球形粒子でなくてもよい。また、非特許文献6では、アルミナ粒子(平均粒径0.7μm)およびアリゾナ道路塵(平均粒径2.0μm)を混合することによって生成される含塵空気がエアーフィルタに捕集されてダストケーキが形成される様子が開示されている。   On the other hand, the inventor of the present application has proposed a relational expression of pressure loss regarding a particle packed bed in which two particle groups having different particle size distributions are mixed in Non-Patent Document 6. In Non-Patent Document 6, the shape of the particles may not be a spherical particle. Further, in Non-Patent Document 6, dust-containing air generated by mixing alumina particles (average particle size 0.7 μm) and Arizona road dust (average particle size 2.0 μm) is collected in an air filter and dust. A state in which a cake is formed is disclosed.

しかしながら、非特許文献6には、3つ以上の粒子群を混合した粒子充填層に関する圧力損失の関係式は開示されていない。また、非特許文献6では、ダストケーキの厚みが450μm程度までしか計測されていないため、厚さが1mm以上の粒子充填層に上記圧力損失の関係式が適用可能であるか否かは不明である。   However, Non-Patent Document 6 does not disclose a relational expression of pressure loss related to a particle packed bed in which three or more particle groups are mixed. Further, in Non-Patent Document 6, since the thickness of the dust cake is measured only up to about 450 μm, it is unclear whether or not the relational expression of the pressure loss can be applied to the particle packed layer having a thickness of 1 mm or more. is there.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる粒径分布を有する複数の粒子群を混合して成る粒子充填層に関して、該粒子充填層を透過する流体の圧力損失を、例え、粒子の形状が非球形であっても、粒子群が3つ以上であっても、或いは、粒子充填層の厚さが1mm以上であっても、良好に推定できる圧力損失推定方法などを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is related to a particle packed bed formed by mixing a plurality of particle groups having different particle size distributions. Pressure loss that can be estimated well even if the particle shape is non-spherical, the number of particle groups is 3 or more, or the thickness of the particle packed layer is 1 mm or more It is to provide an estimation method and the like.

上記課題を解決するため、本発明に係る圧力損失推定方法は、粒子群を複数混合して成る粒子充填層に関して、該粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを推定する圧力損失推定方法であって、前記粒子群は、粒子の形状が略同じであり、粒径分布が対数正規分布に従う粒子からなるものであり、前記流体に関する粘度μおよび見かけ速度uを取得する流体特性取得ステップと、前記粒子充填層に関する高さHおよび空隙率εを取得する粒子充填層特性取得ステップと、第i番目(但し、i=1〜N、Nは2以上の整数)の粒子群に関して、前記粒子充填層の所定体積中に存在する粒子数n、前記粒径分布の幾何平均径dおよび幾何標準偏差σ、ならびに動力学的形状係数κを取得し、これを全ての粒子群に関して行う粒子群特性取得ステップと、取得した数値を、式(ΔP/(μ×u×H))×R=18×v(ε)×(1−ε)/ε ・・・(1)(但し、v(ε)は空隙率関数であり、Rは In order to solve the above problems, a pressure loss estimation method according to the present invention is a pressure loss estimation method for estimating a pressure loss ΔP of a fluid that permeates through a particle packed bed formed by mixing a plurality of particle groups. The particle group is composed of particles having substantially the same particle shape and a particle size distribution according to a lognormal distribution, and a fluid characteristic acquisition step of acquiring the viscosity μ and the apparent velocity u related to the fluid; The particle packing layer characteristic acquisition step for acquiring the height H and the porosity ε of the particle packing layer, and the particle packing for the i-th particle group (where i = 1 to N, N is an integer of 2 or more). Obtain the number n i of particles present in a given volume of the layer, the geometric mean diameter d i and geometric standard deviation σ i of the particle size distribution, and the dynamic shape factor κ i and do this for all particle groups. Particle swarm characteristics The acquisition step and the acquired numerical value are expressed by the equation (ΔP / (μ × u × H)) × R = 18 × v (ε) × (1−ε) / ε 2 (1) (where v ( ε) is the porosity function and R is

Figure 2006272192
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であり、nは、前記粒子充填層の所定体積中に存在する全粒子数である。)、に代入することにより、圧力損失ΔPを算出する圧力損失算出ステップとを含むことを特徴としている。 And n t is the total number of particles present in a predetermined volume of the particle packed layer. ), And a pressure loss calculating step for calculating the pressure loss ΔP.

本願発明者は、非特許文献6に記載の圧力損失の関係式をさらに一般化した上記式(1)および式(2)を導出し、この式(1)および式(2)用いて算出した圧力損失ΔPの算出値と、流体透過試験により実際に計測される圧力損失ΔPの計測値とを比較したところ、粒子群が3つ以上であっても、粒子充填層の厚さが1mm以上であっても、上記算出値が上記計測値に良好に適合することが判明した。   The inventor of the present application derived the above formulas (1) and (2), which are further generalized from the relational expression of the pressure loss described in Non-Patent Document 6, and calculated using the formulas (1) and (2). When the calculated value of the pressure loss ΔP is compared with the measured value of the pressure loss ΔP actually measured by the fluid permeation test, the thickness of the particle packed bed is 1 mm or more even when there are three or more particle groups. Even if it exists, it turned out that the said calculated value adapts well to the said measured value.

さらに、本願発明者は、種々の検討を行ったところ、例え、粒子の組成が同じであり、かつ粒径分布が対数正規分布に従う粒子群であっても、粒子の形状が異なる場合には、粒子の形状が略同じである別々の粒子群に分離する方が、上記算出値を上記計測値にさらに精度良く適合できることが判明した。   Furthermore, the inventor of the present application has made various studies.For example, even when the particle composition is the same and the particle size distribution is a logarithmic distribution, the particle shape is different. It was found that the calculated values can be more accurately matched to the measured values by separating the particles into different particle groups having substantially the same shape.

したがって、上記の方法によると、流体の粘度μおよび空塔速度uと、粒子充填層の高さHおよび空隙率εと、各粒子群の幾何標準偏差σ、幾何平均径d、および動力学的形状係数κと、粒子充填層の単位体積当りに存在する各粒子群の粒子数nとを取得することにより、粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを良好に推定することができる。さらに、粒子群における粒子の形状を略同じとすることにより、粒子群に適当な動力学的形状係数κを割り当てることができるので、上記圧力損失ΔPをさらに精度良く推定することができる。 Therefore, according to the above method, the fluid viscosity μ and superficial velocity u, the particle packed bed height H and porosity ε, the geometric standard deviation σ i of each particle group, the geometric mean diameter d i , and the power Obtaining the geometrical shape factor κ i and the number of particles n i of each particle group existing per unit volume of the particle packed bed, thereby estimating the pressure loss ΔP of the fluid that permeates the particle packed bed Can do. Furthermore, by making the shape of the particles in the particle group substantially the same, an appropriate dynamic shape factor κ i can be assigned to the particle group, so that the pressure loss ΔP can be estimated with higher accuracy.

なお、前記粒子群特性取得ステップにて、或る粒子群における粒子の形状が非球形である場合、前記粒子群に関して、前記粒径分布の幾何平均径dは、等体積球相当径で粒径分布を求めたときの幾何平均径とすることが好ましい。 Incidentally, in the particle group characteristic acquisition step, when the shape of the particles in a certain particle group is non-spherical, with respect to the particle group, the geometric mean diameter d i of the particle size distribution, particle with an equal volume sphere equivalent diameter of It is preferable to use the geometric mean diameter when the diameter distribution is obtained.

また、前記圧力損失算出ステップにおける空隙率関数v(ε)としては、実験により種々の関数が知られており、一例として、v(ε)=10×(1−ε)/ε、が挙げられる。   Further, various functions are known from experiments as the porosity function v (ε) in the pressure loss calculation step, and one example is v (ε) = 10 × (1−ε) / ε. .

また、前記粒子群特性取得ステップにて、前記粒子充填層の所定体積中に存在する粒子数nは、第i番目の粒子群に関して、前記粒子充填層の所定体積中に存在する前記粒子群の粒子の全質量mと、前記粒子群の粒子密度ρとを取得し、取得した数値を式、n=(m/ρ)/((π/6)×d)、に代入することにより求めることができる。 Further, in the particle group property acquisition step, the number n i of particles existing in the predetermined volume of the particle packed layer is the particle group existing in the predetermined volume of the particle packed layer with respect to the i-th particle group. The total mass m i of the particles and the particle density ρ i of the particle group are obtained, and the obtained numerical value is expressed by the equation: n i = (m i / ρ i ) / ((π / 6) × d i ), Can be obtained by substituting for.

また、前記粒子群特性取得ステップの前に、或る粒子群に関して、粒子の形状が異なる場合には、前記粒子群を、前記形状に基づいて複数の粒子群に分離することが好ましい。この場合、分離した粒子群における粒子の形状を略同じとすることができるので、上記圧力損失ΔPを精度良く求めることができる。   In addition, before the particle group characteristic acquisition step, when the particle shape is different with respect to a certain particle group, it is preferable to separate the particle group into a plurality of particle groups based on the shape. In this case, since the shape of the particles in the separated particle group can be made substantially the same, the pressure loss ΔP can be obtained with high accuracy.

なお、上記の圧力損失推定方法における各ステップを、圧力損失推定プログラムによりコンピュータ上で実行させることができる。さらに、前記圧力損失推定プログラムをコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶させることにより、任意のコンピュータ上で前記圧力損失推定プログラムを実行させることができる。   In addition, each step in said pressure loss estimation method can be performed on a computer by a pressure loss estimation program. Furthermore, the pressure loss estimation program can be executed on any computer by storing the pressure loss estimation program in a computer-readable recording medium.

以上のように、本発明に係る圧力損失推定方法は、流体の粘度μおよび空塔速度uと、粒子充填層の高さHおよび空隙率εと、各粒子群の幾何標準偏差σ、幾何平均径d、および動力学的形状係数κと、粒子充填層の単位体積当りに存在する各粒子群の粒子数nとを取得することにより、粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを良好に推定でき、さらに、粒子群における粒子の形状を略同じとすることにより、上記圧力損失ΔPをさらに精度良く推定できるという効果を奏する。 As described above, the pressure loss estimation method according to the present invention includes the fluid viscosity μ and superficial velocity u, the particle packed bed height H and porosity ε, the geometric standard deviation σ i of each particle group, By obtaining the average diameter d i , the dynamic shape factor κ i, and the number of particles n i of each particle group existing per unit volume of the particle packed bed, the pressure loss of the fluid that permeates the particle packed bed ΔP can be estimated satisfactorily, and the pressure loss ΔP can be estimated more accurately by making the shape of the particles in the particle group substantially the same.

本発明の実施形態について説明する前に、本発明で利用される圧力損失ΔPの関係式について説明する。この関係式の導出に当たって、下記の仮定を導入している。   Before describing the embodiment of the present invention, a relational expression of pressure loss ΔP used in the present invention will be described. In deriving this relational expression, the following assumptions are introduced.

(仮定1)粒子充填層を構成する粒子は、ランダムに充填されている。このため、粒子の局所的な分布は存在しない。   (Assumption 1) The particles constituting the particle packed layer are packed randomly. For this reason, there is no local distribution of particles.

(仮定2)上記粒子の周りの流体の流れが層流であるストークス域(粒径基準のレイノルズ数が5以下である領域)に限定している。   (Assumption 2) The fluid flow around the particles is limited to the Stokes region (region where the Reynolds number on the basis of particle size is 5 or less) where the fluid flow is laminar.

(仮定3)各粒子群の粒径分布は、次式の対数正規分布f(lnd)(但し、i=1〜N、Nは2以上の整数)に従う。 (Assumption 3) The particle size distribution of each particle group follows a logarithmic normal distribution f i (lnd p ) (where i = 1 to N, N is an integer of 2 or more).

Figure 2006272192
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ここで、dは粒径であり、σは第i粒子群の幾何標準偏差であり、dは第i粒子群の幾何平均径である。 Here, d p is the particle size, σ i is the geometric standard deviation of the i-th particle group, and d i is the geometric mean diameter of the i-th particle group.

これらの仮定から、非特許文献6と同様の手法により、粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPの関係式が次式のように導かれる。
(ΔP/(μ×u×H))×R=18×v(ε)×(1−ε)/ε ・・・(1)
(但し、Rは次式で表される。)
From these assumptions, a relational expression of the pressure loss ΔP of the fluid that permeates the particle packed bed is derived by the same method as in Non-Patent Document 6 as follows.
(ΔP / (μ × u × H)) × R = 18 × v (ε) × (1-ε) / ε 2 (1)
(However, R is represented by the following formula.)

Figure 2006272192
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ここで、記号μおよび記号uは、粒子充填層を透過する流体に関するものであり、それぞれ粘度(粘性率)(Pa・s)および空塔速度(見かけ速度)(m/s)を表している。流体の粘度μは、使用する流体によって決定できる。また、流体の空塔速度uは流量計で容易に測定できる。   Here, the symbol μ and the symbol u relate to the fluid that passes through the particle packed bed, and represent the viscosity (viscosity) (Pa · s) and superficial velocity (apparent velocity) (m / s), respectively. . The fluid viscosity μ can be determined by the fluid used. The superficial velocity u of the fluid can be easily measured with a flow meter.

また、記号H、記号ε、および記号v(ε)は、粒子充填層に関するものであり、それぞれ高さ(m)、空隙率(無次元)、および空隙率関数(void function)(無次元)を表している。粒子充填層の高さHは、長さを測る器具により容易に測定できる。また、空隙率εは、粒子充填層の実体積(m)および全体積(m)から求めることができる。 Further, symbol H, symbol ε, and symbol v (ε) relate to the particle packed layer, and the height (m), the porosity (non-dimensional), and the void function (non-dimensional), respectively. Represents. The height H of the particle packed bed can be easily measured by an instrument for measuring the length. Further, the porosity ε can be obtained from the actual volume (m 3 ) and the total volume (m 3 ) of the particle packed bed.

また、空隙率関数v(ε)は、粒子の近接効果を補正するものである。粒子の近接効果とは、粒子が集まると流体の粘度(抵抗)が見かけ上急激に増加したようになることをいう。空隙率関数v(ε)としては、実験により種々の関数が知られているが、本実施形態では、v(ε)=10×(1−ε)/εを利用している。したがって、空隙率εから空隙率関数v(ε)を求めることができる。   The porosity function v (ε) corrects the particle proximity effect. The proximity effect of particles means that the viscosity (resistance) of a fluid appears to suddenly increase when the particles gather. Various functions are known as the porosity function v (ε) through experiments. In the present embodiment, v (ε) = 10 × (1−ε) / ε is used. Therefore, the porosity function v (ε) can be obtained from the porosity ε.

また、上述のように、記号σおよび記号dは、第i粒子群の粒径分布(対数正規分布)に関するものであり、それぞれ幾何標準偏差および幾何平均径(m)を表している。第i粒子群の幾何標準偏差σおよび幾何平均径dは、第i粒子群の粒径分布から求めることができる。なお、第i粒子群の粒子の形状が非球形である場合には、粒子の等体積相当径を粒径とすればよい。 Further, as described above, the symbol σ i and the symbol d i relate to the particle size distribution (log normal distribution) of the i-th particle group, and represent the geometric standard deviation and the geometric mean diameter (m), respectively. The geometric standard deviation σ i and the geometric mean diameter d i of the i-th particle group can be obtained from the particle size distribution of the i-th particle group. When the particle shape of the i-th particle group is non-spherical, the equivalent volume equivalent diameter of the particles may be used as the particle size.

また、記号κは、第i粒子群の粒子の動力学的形状係数を表している。動力学的形状係数κとは、該当する粒子が受ける抵抗力(drag force)の、該粒子の等体積相当径(volume equivalent diameter)の球が受ける抵抗力に対する比率として定義される。動力学的形状係数κは、粒子の形状が球形である場合には1となり、非球形である場合には1より大きくなる。動力学的形状係数κは、文献(例えば、C. N. Davies, J. Aerosol Sci., 10 (1979) 477-513など)に記載の値を利用して、粒子の形状から求めることができる。 The symbol κ i represents the dynamic shape factor of the particles in the i-th particle group. The dynamic shape factor κ i is defined as the ratio of the drag force experienced by the particle in question to the resistance force experienced by a sphere having a volume equivalent diameter of the particle. The dynamic shape factor κ i is 1 when the particle shape is spherical, and is greater than 1 when the particle shape is non-spherical. The dynamic shape factor κ i can be determined from the shape of the particles using values described in the literature (for example, CN Davies, J. Aerosol Sci., 10 (1979) 477-513).

また、記号nは、粒子充填層の所定体積当りに存在する第i粒子群の粒子数を表しており、記号nは、粒子充填層の所定体積当りに存在する全粒子数を表している。なお、本実施形態では、所定体積として単位体積を利用している。 Moreover, the symbol n i represents the number of particles of the i group of particles present per predetermined volume of the particle-filled layer, the symbol n t is representative of the total number of particles present per predetermined volume of particle packing layer Yes. In the present embodiment, a unit volume is used as the predetermined volume.

上記の粒子数nおよび全粒子数nは、次式から求めることができる。 The particle number n i and the total number of particles n t can be determined from the following equation.

Figure 2006272192
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Figure 2006272192
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ここで、記号vbedは、粒子充填層の単位体積中に存在する第i粒子群の粒子の全体積を表し、記号vparticle_iは、第i粒子群の1個の粒子の体積を表し、記号mは、粒子充填層の単位体積中に存在する第i粒子群の粒子の全質量を表し、記号ρは、第i粒子群の粒子の密度を表す。したがって、粒子充填層の単位体積中に存在する第i粒子群の粒子の全質量mと、第i粒子群の粒子の密度ρとを取得することにより、第i粒子群の粒子数nを求めることができ、各粒子群の粒子数を求めることにより、全粒子数nを求めることができる。 Here, the symbol v bed represents the total volume of the particles of the i-th particle group existing in the unit volume of the particle packed bed , the symbol v particle_i represents the volume of one particle of the i-th particle group, and the symbol m i represents the total mass of the particles of the i-th particle group existing in the unit volume of the particle packed bed, and the symbol ρ i represents the density of the particles of the i-th particle group. Therefore, by obtaining the total mass m i of the particles of the i-th particle group existing in the unit volume of the particle packed bed and the density ρ i of the particles of the i-th particle group, the number n of particles of the i-th particle group is obtained. i can be obtained, and by obtaining the number of particles of each particle group, the total number of particles n t can be obtained.

以上より、流体の粘度μおよび空塔速度uと、粒子充填層の高さHおよび空隙率εと、各粒子群の幾何標準偏差σ、幾何平均径d、および動力学的形状係数κと、粒子充填層の単位体積当りに存在する各粒子群の粒子数nとを取得することにより、粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを算出できることが理解できる。また、粒子充填層の単位体積当りに存在する各粒子群の粒子数nの代わりに、第i粒子群の粒子の密度ρと、粒子充填層の単位体積中に存在する第i粒子群の粒子の全質量mとを取得しても、粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを算出できることが理解できる。 From the above, the viscosity μ and superficial velocity u of the fluid, the height H and the porosity ε of the particle packed bed, the geometric standard deviation σ i , the geometric mean diameter d i , and the dynamic shape factor κ of each particle group. It can be understood that by obtaining i and the number of particles n i of each particle group existing per unit volume of the particle packed bed, the pressure loss ΔP of the fluid passing through the particle packed bed can be calculated. Further, instead of the number of particles n i of each particle group existing per unit volume of the particle packed bed, the density ρ i of the particles of the i particle group and the i th particle group existing in the unit volume of the particle packed bed It is obtained of the total mass m i of the particle can be understood that it is possible to calculate the pressure loss ΔP of the fluid passing through the particle packing layer.

さらに、本願発明では、上記仮定1〜3に下記の仮定4を追加している。
(仮定4)各粒子群における粒子の形状は、非球形でもよいが、略同じ形状である。
この仮定4に基づき、本実施形態では、或る粒子群の粒子に関して、粒子の形状が異なる場合には、粒子の形状に基づいて別々の粒子群に分離している。これにより、分離した粒子群ごとに適当な動力学的形状係数κを割り当てることができるので、上記圧力損失ΔPを精度良く求めることができる。
Further, in the present invention, the following assumption 4 is added to the above assumptions 1 to 3.
(Assumption 4) The shape of the particles in each particle group may be non-spherical, but is substantially the same shape.
Based on this Assumption 4, in the present embodiment, when the shape of the particles of a certain particle group is different, the particles are separated into different particle groups based on the particle shape. As a result, an appropriate dynamic shape factor κ i can be assigned to each separated particle group, so that the pressure loss ΔP can be obtained with high accuracy.

〔実施の形態〕
次に、本発明の一実施形態について図1および図2を参照しつつ説明する。図1は、或る粒子充填層を流体が透過する時の圧力損失を推定する圧力損失推定方法における処理の流れを示している。図示のように、まず、粒子充填層を構成する粒子群を決定し、決定した各粒子群の幾何標準偏差σ、幾何平均径d、および動力学的形状係数κを取得する(ステップS10(以下「S10」と略称することがある。他のステップについても同様である。))。
Embodiment
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a processing flow in a pressure loss estimation method for estimating a pressure loss when a fluid permeates a certain particle packed bed. As shown in the figure, first, particle groups constituting the particle packed bed are determined, and the geometric standard deviation σ i , geometric mean diameter d i , and dynamic shape factor κ i of each determined particle group are acquired (steps). S10 (hereinafter sometimes abbreviated as “S10”. The same applies to the other steps).

図2は、上記ステップS10における詳細な処理の流れを示している。図示のように、まず、粒子充填層に混合する粒子群を決定する(S20)。次に、或る粒子群に関して以下の処理を行う。   FIG. 2 shows the detailed processing flow in step S10. As illustrated, first, a particle group to be mixed in the particle packed layer is determined (S20). Next, the following processing is performed for a certain particle group.

すなわち、まず、上記粒子群の粒子が略同じ形状であるか否かを判断する(S21)。粒子の形状は、多数の粒子を顕微鏡にて観察することにより特定できる。粒子が略同じ形状では無い場合には(S21にてNO)、形状による粒子群の分離が可能であるか否かを判断する(S22)。上記分離が不能である場合には(S22にてNO)、精度の良い圧力損失ΔPを推定できないため、処理を終了する。一方、上記分離が可能である場合には(S22にてYES)、形状に基づいて別々の粒子群に分離して(S23)、ステップS21に戻る。   That is, first, it is determined whether or not the particles of the particle group have substantially the same shape (S21). The shape of the particles can be specified by observing many particles with a microscope. If the particles are not substantially the same shape (NO in S21), it is determined whether the particle group can be separated by the shape (S22). If the separation is impossible (NO in S22), the pressure loss ΔP cannot be estimated with high accuracy, and the process is terminated. On the other hand, if the separation is possible (YES in S22), the particles are separated into separate particle groups based on the shape (S23), and the process returns to step S21.

一方、粒子が略同じ形状である場合には(S21にてYES)、上記粒子群の粒子の粒径分布が対数正規分布に従っているか否かを判断する(S24)。粒子の粒径分布は、例えば、篩い分け法、画像解析法(顕微鏡法)などにより測定できる。粒径分布が対数正規分布に従っていない場合には(S24にてNO)、粒径分布の分離が可能であるか否かを判断する(S25)。上記分離が不能である場合には(S25にてNO)、精度の良い圧力損失ΔPを推定できないため、処理を終了する。一方、上記分離が可能である場合には(S25にてYES)、粒径分布に基づいて別々の粒子群に分離して(S26)、ステップS21に戻る。   On the other hand, when the particles have substantially the same shape (YES in S21), it is determined whether or not the particle size distribution of the particles of the particle group follows a logarithmic normal distribution (S24). The particle size distribution of the particles can be measured by, for example, a sieving method, an image analysis method (microscope method), or the like. If the particle size distribution does not follow the logarithmic normal distribution (NO in S24), it is determined whether or not the particle size distribution can be separated (S25). If the separation is impossible (NO in S25), the pressure loss ΔP cannot be estimated with high accuracy, and the process is terminated. On the other hand, if the separation is possible (YES in S25), the particles are separated into separate particle groups based on the particle size distribution (S26), and the process returns to step S21.

一方、粒径分布が対数正規分布に従っている場合には(S24にてYES)、上記粒子群の幾何標準偏差σ、幾何平均径d、および動力学的形状係数κを取得する(S27)。幾何標準偏差σおよび幾何平均径dは、粒径分布より求めることができる。また、動力学的形状係数κは、粒子の形状より求めることができる。 On the other hand, if the particle size distribution follows a logarithmic normal distribution (YES in S24), the geometric standard deviation σ i , geometric mean diameter d i , and dynamic shape factor κ i of the particle group are acquired (S27). ). The geometric standard deviation σ i and the geometric mean diameter d i can be obtained from the particle size distribution. The dynamic shape factor κ i can be obtained from the shape of the particles.

そして、全ての粒子群について上記処理S21〜S27を繰り返した後(S28)、元の処理ルーチンに戻る。   And after repeating the said process S21-S27 about all the particle groups (S28), it returns to the original process routine.

再び図1を参照すると、ステップS10の後に、粒子充填層を透過する流体の粘度μおよび空塔速度uを取得する(S11)。流体の粘度μは、例えば、毛管粘度計、円錐円板回転粘度計などにより測定できる。或いは、水や空気など周知の流体を利用する場合には、測定値の代わりに、文献に記載の値を粘度μとして利用しても良い。また、空塔速度uは、例えば流量計などにより測定できる。或いは、測定値の代わりに、装置の設計において要求される値を空塔速度uとして利用しても良い。   Referring to FIG. 1 again, after step S10, the viscosity μ and superficial velocity u of the fluid that passes through the particle packed bed are obtained (S11). The viscosity μ of the fluid can be measured by, for example, a capillary viscometer or a conical disk rotational viscometer. Alternatively, when a known fluid such as water or air is used, a value described in the literature may be used as the viscosity μ instead of the measured value. The superficial velocity u can be measured by, for example, a flow meter. Alternatively, instead of the measured value, a value required in the device design may be used as the superficial velocity u.

次に、粒子充填層における高さHおよび空隙率εと、粒子充填層の単位体積当りに存在する各粒子群の粒子数nとを取得する(S12)。なお、上述のように、上記各粒子群の粒子数nの代わりに、各粒子群の粒子密度ρと、粒子充填層の単位体積中に存在する各粒子群の粒子の全質量mとを取得してもよい。粒子充填層の高さHは、長さを測る器具により容易に測定できる。或いは、測定値の代わりに、装置の設計において要求される値を高さHとして利用しても良い。また、空隙率εは、粒子充填層の実体積および全体積から求めることができる。 Next, to obtain the ε height H and porosity of the particle packing layer, and a particle number n i of each group of particles present per unit volume of particle packing layer (S12). As described above, instead of the number of particles n i of each particle group, the particle density ρ i of each particle group and the total mass m i of particles of each particle group existing in the unit volume of the particle packed bed. And may be acquired. The height H of the particle packed bed can be easily measured by an instrument for measuring the length. Alternatively, a value required in the design of the apparatus may be used as the height H instead of the measured value. The porosity ε can be obtained from the actual volume and the total volume of the particle packed bed.

また、粒子密度ρは、例えば、ピクノメータ法、懸ちょう法、比重びん法などの液浸法や、定容積圧縮法、定容積膨張法、不定容積法、圧力比較法などの気体容積法により測定できる。また、粒子充填層の単位体積中に存在する各粒子群の粒子の全質量mは、定積の容器に各粒子群が入る質量(重量)を測定することにより求めることができる。 The particle density ρ i is determined by, for example, an immersion method such as a pycnometer method, a suspension method, a specific gravity method, or a gas volume method such as a constant volume compression method, a constant volume expansion method, an indefinite volume method, or a pressure comparison method. It can be measured. The total mass m i of each particle group of particles present in a unit volume of the particle packing layer can be determined by measuring the mass (weight) of each particle group into the container isochoric.

なお、以上のステップS10〜S12は、同時に処理を行ってもよいし、任意の順番で行ってもよい。   The above steps S10 to S12 may be performed simultaneously or in any order.

次に、取得した数値を、上記の式(1)および式(2)に代入することにより圧力損失ΔPを求める(S13)。そして、求めた圧力損失ΔPを出力した後(S14)、圧力損失ΔPの推定処理を終了する。   Next, the pressure loss ΔP is obtained by substituting the acquired numerical values into the above formulas (1) and (2) (S13). Then, after the obtained pressure loss ΔP is output (S14), the pressure loss ΔP estimation process is terminated.

〔実施例〕
次に、上記実施形態の圧力損失推定方法を実際の粒子に適用した例について図3〜図6に基づいて説明する。なお、本実施例では、粒子充填層を透過する流体として、粘度μ=1.8×10−5(Pa・s)である圧縮乾燥空気を使用した。
〔Example〕
Next, an example in which the pressure loss estimation method of the above embodiment is applied to actual particles will be described with reference to FIGS. In this example, compressed dry air having a viscosity μ = 1.8 × 10 −5 (Pa · s) was used as the fluid that permeates the particle packed bed.

図3は、本実施例にて使用した粒子群と、各粒子群の特性値とを表形式で示している。各粒子群の特性値は、平均粒径d(μm)、空隙率ε、粒子充填層の高さH(mm)、単位体積中の全質量m(kg)、粒子密度ρ(kg/m)、幾何標準偏差σ、および動力学的形状係数κである。また、同図において、GB_A〜Cは、それぞれ平均粒径および空隙率の異なる3種類のガラスビーズを示している。また、PP_A〜Cは、平均粒径の異なる3種類のポリプロピレンを示している。 FIG. 3 shows the particle groups used in this example and the characteristic values of each particle group in a tabular form. The characteristic values of each particle group are as follows: average particle diameter d i (μm), porosity ε, particle packed bed height H (mm), total mass m i (kg) in unit volume, particle density ρ i (kg) / M 3 ), geometric standard deviation σ i , and dynamic shape factor κ i . Moreover, in the same figure, GB_A-C have shown three types of glass beads from which an average particle diameter and a porosity differ, respectively. PP_A to C indicate three types of polypropylene having different average particle diameters.

平均粒径dおよび幾何標準偏差σは、音波式全自動篩い分け測定器(株式会社セイシン企業製の型番:RPS−85C)を使用して測定した。この測定器は、粒径分布の測定を自動的に行うことができ、平均粒径dおよび幾何標準偏差σを自動的に出力することができる。各粒子群の単位体積中の全質量mは、定積の容器に各粒子群が入る質量(重量)を電子天秤で測定することにより求めた。 The average particle diameter d i and the geometric standard deviation σ i were measured using a sonic fully automatic sieving measuring instrument (model number: RPS-85C manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). This measuring instrument can automatically measure the particle size distribution and can automatically output the average particle size d i and the geometric standard deviation σ i . Total mass m i in a unit volume of each particle group was determined by mass each particle group into the container at constant volume (weight) is measured by an electronic balance.

各粒子群の粒子密度ρは、定容積膨張法を用いた乾式自動密度計(株式会社島津製作所製のアキュピック1330−03)を利用して測定した。なお、各粒子群の粒子密度ρとして、カタログ値などの文献値が存在すれば、該文献値を利用してもよい。なお、空隙率εは、上述のように測定した各粒子群の単位体積中の全質量mと粒子密度ρとを、式ε=1−(m/ρ)に代入することにより求めることができる。 The particle density ρ i of each particle group was measured using a dry automatic densimeter (Accupic 1330-03 manufactured by Shimadzu Corporation) using a constant volume expansion method. If there is a literature value such as a catalog value as the particle density ρ i of each particle group, the literature value may be used. The porosity ε is obtained by substituting the total mass mi and the particle density ρ i in the unit volume of each particle group measured as described above into the equation ε = 1− (m i / ρ i ). Can be sought.

動力学的形状係数κは文献(C. N. Davies, J. Aerosol Sci., 10 (1979), 477-513)に記載の値を利用した。上記文献によると、球形粒子は、動力学的形状係数κが1であり、球形粒子を稍ごつごつした粒子形状であるシリカ粒子は、動力学的形状係数κが1.57である。そこで、本実施例におけるガラスビーズGB_A〜Cは、球形粒子であるため、動力学的形状係数κを1とした。一方、ポリプロピレンPP_A〜Cは、球形粒子とシリカ粒子との中間の粒子形状であり、どちらかといえばシリカ粒子に近い粒子形状であるため、動力学的形状係数κを1.4とした。 The value described in the literature (CN Davies, J. Aerosol Sci., 10 (1979), 477-513) was used for the dynamic shape factor κ i . According to the above document, spherical particles have a dynamic shape factor κ i of 1, and silica particles having a spherical shape with spherical particles have a dynamic shape factor κ i of 1.57. Therefore, since the glass beads GB_A to C in this example are spherical particles, the dynamic shape factor κ i is set to 1. On the other hand, polypropylene PP_A to C has a particle shape intermediate between spherical particles and silica particles, and is rather a particle shape close to silica particles. Therefore, the dynamic shape factor κ i was set to 1.4.

そして、各粒子群の特性値と流体の特性値とを利用して、ガラスビーズGB_A〜Cを混合して成る粒子充填層における圧力損失ΔPと、ポリプロピレンPP_A〜Cを混合して成る粒子充填層における圧力損失ΔPとを算出した。また、比較例として、上記粒子充填層を実際に生成して流体透過試験を行い、圧力損失ΔPを計測した。その結果、図4に示される表と、図5に示されるグラフとが得られた。   Then, using the characteristic value of each particle group and the characteristic value of the fluid, the pressure loss ΔP in the particle packed layer formed by mixing glass beads GB_A to C and the particle packed layer formed by mixing polypropylene PP_A to C The pressure loss ΔP was calculated. As a comparative example, the particle packed bed was actually generated and a fluid permeation test was performed to measure the pressure loss ΔP. As a result, the table shown in FIG. 4 and the graph shown in FIG. 5 were obtained.

図4は、ガラスビーズGB_A〜Cを混合して成る粒子充填層と、ポリプロピレンPP_A〜Cを混合して成る粒子充填層とに関して、種々の高さHに形成した粒子充填層に所定の空塔速度u(=1.39×10−2m/s)の流体が透過するときの圧力損失ΔPを求めたものである。このうち、圧力損失ΔPの算出値は、本実施形態の圧力損失推定方法を用いて算出したものであり、圧力損失ΔPの計測値は、実際に流体透過試験を行って計測したものである。なお、ガラスビーズGB_A〜Cを混合して成る粒子充填層の空隙率εは、0.34であり、ポリプロピレンPP_A〜Cを混合して成る粒子充填層の空隙率εは、0.40であった。 FIG. 4 shows a predetermined empty column formed in various particle heights H with respect to a particle packed layer formed by mixing glass beads GB_A to C and a particle packed layer formed by mixing polypropylene PP_A to C. The pressure loss ΔP when the fluid of the velocity u (= 1.39 × 10 −2 m / s) permeates is obtained. Among these, the calculated value of the pressure loss ΔP is calculated using the pressure loss estimation method of the present embodiment, and the measured value of the pressure loss ΔP is actually measured by performing a fluid permeation test. The porosity ε of the particle packed layer formed by mixing the glass beads GB_A to C is 0.34, and the porosity ε of the particle packed layer formed by mixing the polypropylene PP_A to C is 0.40. It was.

また、図5は、図4に示される算出値および計測値の関係を示すものである。図示において、三角が、図4に示される算出値および計測値を示している。また、原点を通る3本の直線の内、真ん中の直線は、算出値が計測値と等しいラインを示しており、上側の直線は、算出値が計測値に比べて5%小さいラインを示しており、下側の直線は、算出値が計測値に比べて5%大きいラインを示している。図5を参照すると、本実施例で算出された圧力損失ΔPは、流体透過試験により計測された圧力損失ΔPに対し、±5%の範囲内に収まっていることが理解できる。したがって、粒子群が3つであり、かつ、粒子充填層の高さHが10mmのオーダであっても、粒子充填層を流体が透過するときの圧力損失ΔPを精度良く推定できることが理解できる。   FIG. 5 shows the relationship between the calculated value and the measured value shown in FIG. In the figure, triangles indicate the calculated values and the measured values shown in FIG. Of the three straight lines passing through the origin, the middle straight line indicates a line whose calculated value is equal to the measured value, and the upper straight line indicates a line whose calculated value is 5% smaller than the measured value. The lower straight line shows a line whose calculated value is 5% larger than the measured value. Referring to FIG. 5, it can be understood that the pressure loss ΔP calculated in the present example is within a range of ± 5% with respect to the pressure loss ΔP measured by the fluid permeation test. Therefore, it can be understood that the pressure loss ΔP when the fluid permeates through the particle packed bed can be accurately estimated even when there are three particle groups and the height H of the particle packed bed is on the order of 10 mm.

なお、参考までに、流体透過試験を行う流体透過試験機2の詳細について図6を参照しつつ説明する。図6は、流体透過試験機2の概略構成を示している。図示のように、流体透過試験機2は、充填塔11、ポンプ12、圧力計13、制御装置14、流量計15、およびバグフィルタ16を備える構成である。   For reference, details of the fluid permeation tester 2 that performs the fluid permeation test will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a schematic configuration of the fluid permeation tester 2. As illustrated, the fluid permeation tester 2 includes a packed column 11, a pump 12, a pressure gauge 13, a control device 14, a flow meter 15, and a bag filter 16.

充填塔11は、断面が正方形の筒状であり、略鉛直方向に立設している。充填塔11内の中央から稍下方には分散板20が設けられ、分散板20の上には粒子充填層21が配置される。分散板20は、粉体が下方へ落下することを防止する一方で、圧縮乾燥空気を下方に透過させるものである。分散板20には、例えば、多孔板や網が利用される。   The packed tower 11 has a cylindrical shape with a square cross section, and stands in a substantially vertical direction. A dispersion plate 20 is provided below the center of the packed tower 11 from the center, and a particle packed bed 21 is disposed on the dispersion plate 20. The dispersion plate 20 prevents the powder from falling downward, and allows the compressed dry air to permeate downward. For the dispersion plate 20, for example, a perforated plate or a net is used.

また、充填塔11内における分散板20の下方と粒子充填層21の上方とには、空気圧を検知して電気信号に変換する感圧素子22・23がそれぞれ設けられている。感圧素子22・23は、変換した電気信号を外部の圧力計13に出力する。   Further, pressure-sensitive elements 22 and 23 for detecting air pressure and converting them into electric signals are respectively provided below the dispersion plate 20 and above the particle packed bed 21 in the packed tower 11. The pressure sensitive elements 22 and 23 output the converted electric signal to the external pressure gauge 13.

なお、充填塔11としては、乾燥空気を粉体に通して粉体を乾燥させる乾燥装置や気相で粉体を触媒と反応させる反応装置、気液または固液を分離する濾過装置などを流用することができる。   The packed tower 11 may be a drying device that passes dry air through the powder to dry the powder, a reaction device that reacts the powder with the catalyst in the gas phase, or a filtration device that separates gas-liquid or solid-liquid. can do.

ポンプ12は、充填塔11に乾燥した圧縮空気(以下、「乾燥圧縮空気」と略称する。)を供給するものである。ポンプからの乾燥圧縮空気は、流量計15を介して、充填塔11の上端から内部に供給される。流量計15は、ポンプからの圧縮乾燥空気の流量を測定するものである。流量計15から流体の空塔速度uを求めることができる。   The pump 12 supplies dried compressed air (hereinafter abbreviated as “dry compressed air”) to the packed tower 11. Dry compressed air from the pump is supplied to the inside from the upper end of the packed tower 11 via the flow meter 15. The flow meter 15 measures the flow rate of the compressed dry air from the pump. The superficial velocity u of the fluid can be obtained from the flow meter 15.

圧力計13は、充填塔11内に設けられた感圧素子22・23からの電気信号に基づいて、粒子充填層21の下方の空気圧に対する分散板20の上方の空気圧の差圧を求めるものである。すなわち、この差圧は、粒子充填層21を透過する前の空気と、粒子充填層21を透過した後の空気との圧力損失ΔPとなる。   The pressure gauge 13 obtains the differential pressure of the air pressure above the dispersion plate 20 with respect to the air pressure below the particle packed bed 21 based on the electrical signal from the pressure sensitive elements 22 and 23 provided in the packed tower 11. is there. That is, this differential pressure is a pressure loss ΔP between the air before passing through the particle packed layer 21 and the air after passing through the particle packed layer 21.

制御装置14は、流体透過試験機2内の各種構成を統括的に制御するものである。バグフィルタ16は、充填塔11から排出される空気の流路に設けられており、充填塔11から排出される空気に含まれる粉体を、フィルタバッグを用いて濾過収集するものであり、粉体が外部に漏れることを防止するものである。   The control device 14 comprehensively controls various components in the fluid permeation tester 2. The bag filter 16 is provided in the flow path of the air discharged from the packed tower 11, and collects the powder contained in the air discharged from the packed tower 11 by filtration using a filter bag. It prevents the body from leaking outside.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施例では、3つの粒子群を混合して粒子充填層を形成しているが、2つの粒子群を混合してもよいし、4つ以上の粒子群を混合してもよい。   For example, in the above embodiment, three particle groups are mixed to form the particle packed layer, but two particle groups may be mixed, or four or more particle groups may be mixed.

また、図1および図2に示される各処理は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにコンピュータ上でソフトウェアによって実現してもよい。   1 and 2 may be configured by hardware logic, or may be realized by software on a computer as follows.

すなわち、コンピュータは、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、図1および図2に示される各処理を実現するソフトウェアである制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記コンピュータに供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   In other words, the computer has a central processing unit (CPU) that executes instructions of a control program that realizes each function, a read only memory (ROM) that stores the program, a random access memory (RAM) that expands the program, and the program And a storage device (recording medium) such as a memory for storing various data. The object of the present invention is to record a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program, which is software that realizes the processes shown in FIGS. This can also be achieved by supplying a medium to the computer and reading out and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include tape systems such as magnetic tape and cassette tape, disk systems including magnetic disks such as flexible disks / hard disks, and optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R, and IC cards. A card system such as an optical card (including a memory card) or a semiconductor memory system such as a mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM can be used.

また、上記コンピュータを通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された搬送波あるいはデータ信号列の形態でも実現され得る。   The computer may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Also, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a carrier wave or a data signal sequence in which the program code is embodied by electronic transmission.

以上のように、複数の粒子群を混合して成る粒子充填層の圧力損失ΔPを精度良く推定できるので、固液を分離する濾過装置、集塵のためのバグフィルタ、触媒粒子層にガスを通して反応させる触媒反応装置、および、湿った粉体を通気乾燥させる粉体乾燥装置などの設計に利用できる。   As described above, the pressure loss ΔP of the particle packed bed formed by mixing a plurality of particle groups can be accurately estimated. Thus, a filtration device that separates solid and liquid, a bag filter for collecting dust, and a gas through the catalyst particle layer. The present invention can be used for the design of a catalytic reaction device for reaction and a powder drying device for aeration drying wet powder.

本発明の一実施形態である圧力損失推定方法の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the pressure loss estimation method which is one Embodiment of this invention. 上記圧力損失推定方法において、粒子充填層を構成する粒子群を決定し、決定した各粒子群の幾何標準偏差、幾何平均径、および動力学的形状係数を取得する処理の詳細を示すフローチャートである。In the pressure loss estimation method, it is a flowchart showing details of processing for determining a particle group constituting a particle packed bed and obtaining a geometric standard deviation, a geometric mean diameter, and a dynamic shape factor of each determined particle group. . 本発明の一実施例および比較例において使用した粒子群と、各粒子群の平均粒径、空隙率、および粒子充填層の高さとを表形式で示す図である。It is a figure which shows the particle group used in one Example and comparative example of this invention, the average particle diameter of each particle group, the porosity, and the height of a particle | grain packed bed in a tabular form. 複数の上記粒子群を混合して成る粒子充填層に関して、上記実施例として、上記圧力損失推定方法により求めた圧力損失の算出値と、上記比較例として、流体透過試験により求めた計測値とを表形式で示す図である。Regarding the particle packed bed formed by mixing a plurality of the particle groups, the calculated value of the pressure loss obtained by the pressure loss estimation method as the above example and the measured value obtained by the fluid permeation test as the comparative example. It is a figure shown in a table format. 上記算出値と上記計測値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the said calculated value and the said measured value. 上記流体透過試験を行う流体透過試験装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the fluid permeability test apparatus which performs the said fluid permeability test.

符号の説明Explanation of symbols

ΔP 圧力損失
μ 流体の粘度
u 流体の見かけ速度
H 粒子充填層の高さ
ε 粒子充填層の空隙率
粒子充填層の所定体積中に存在する第i粒子群の粒子数
第i粒子群における粒径分布の幾何平均径
σ 第i粒子群における粒径分布の幾何標準偏差
κ 第i粒子群における粒子の動力学的形状係数
粒子充填層の所定体積中に存在する全粒子数
v(ε) 空隙率関数
粒子充填層の所定体積中に存在する第i粒子群の粒子の全質量
ρ 第i粒子群の粒子密度
ΔP Pressure loss μ Fluid viscosity u Fluid apparent velocity H Particle packed bed height ε Particle packed bed porosity n Number of particles in the i-th particle group existing in a predetermined volume of the i- particle packed bed d i- th i-th particle All present in a given volume of dynamic shape factor n t particles packed bed of particles in the geometric standard deviation kappa i i-th particle group of the particle size distribution in the geometric mean diameter sigma i i-th particle group of the particle size distribution in the group particle density of the total mass [rho i i-th particle group of the i particle group of particles present in a given volume of the particle number v (epsilon) porosity function m i particle packing layer

Claims (7)

粒子群を複数混合して成る粒子充填層に関して、該粒子充填層を透過する流体の圧力損失ΔPを推定する圧力損失推定方法であって、
前記粒子群は、粒子の形状が略同じであり、粒径分布が対数正規分布に従う粒子からなるものであり、
前記流体に関する粘度μおよび見かけ速度uを取得する流体特性取得ステップと、
前記粒子充填層に関する高さHおよび空隙率εを取得する粒子充填層特性取得ステップと、
第i番目(但し、i=1〜N、Nは2以上の整数)の粒子群に関して、前記粒子充填層の所定体積中に存在する粒子数n、前記粒径分布の幾何平均径dおよび幾何標準偏差σ、ならびに動力学的形状係数κを取得し、これを全ての粒子群に関して行う粒子群特性取得ステップと、
取得した数値を、式
(ΔP/(μ×u×H))×R=18×v(ε)×(1−ε)/ε
(但し、v(ε)は空隙率関数であり、Rは
Figure 2006272192
であり、nは、前記粒子充填層の所定体積中に存在する全粒子数である。)、
に代入することにより、圧力損失ΔPを算出する圧力損失算出ステップとを含むことを特徴とする圧力損失推定方法。
A pressure loss estimation method for estimating a pressure loss ΔP of a fluid that permeates the particle packed bed with respect to a particle packed bed formed by mixing a plurality of particle groups,
The particle group is composed of particles having substantially the same particle shape and a particle size distribution according to a lognormal distribution,
A fluid property acquisition step for acquiring a viscosity μ and an apparent velocity u for the fluid;
A particle packed bed property obtaining step for obtaining a height H and a porosity ε of the particle packed bed;
With respect to the i-th particle group (where i = 1 to N, N is an integer of 2 or more), the number of particles n i existing in a predetermined volume of the particle packed layer and the geometric mean diameter d i of the particle size distribution A particle swarm characteristic obtaining step of obtaining a geometric standard deviation σ i and a dynamic shape factor κ i and performing this for all particle swarms;
The obtained numerical value is expressed by the formula (ΔP / (μ × u × H)) × R = 18 × v (ε) × (1-ε) / ε 2
(Where v (ε) is the porosity function and R is
Figure 2006272192
And n t is the total number of particles present in a predetermined volume of the particle packed layer. ),
And a pressure loss calculating step of calculating the pressure loss ΔP by substituting into.
前記粒子群特性取得ステップにて、或る粒子群における粒子の形状が非球形である場合、前記粒子群に関して、前記粒径分布の幾何平均径dは、等体積球相当径で粒径分布を求めたときの幾何平均径であることを特徴とする請求項1に記載の圧力損失推定方法。 In said particles characteristic acquisition step, when the shape of the particles in a certain particle group is non-spherical, with respect to the particle group, the geometric mean diameter d i of the particle size distribution, particle size distribution with an equal volume sphere equivalent diameter of The pressure loss estimation method according to claim 1, wherein the geometrical average diameter is obtained. 前記圧力損失算出ステップにおける空隙率関数v(ε)は、
v(ε)=10×(1−ε)/ε
であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧力損失推定方法。
The porosity function v (ε) in the pressure loss calculation step is
v (ε) = 10 × (1−ε) / ε
The pressure loss estimation method according to claim 1 or 2, wherein:
前記粒子群特性取得ステップにて、前記粒子充填層の所定体積中に存在する粒子数nは、第i番目の粒子群に関して、前記粒子充填層の所定体積中に存在する前記粒子群の粒子の全質量mと、前記粒子群の粒子密度ρとを取得し、取得した数値を式、
=(m/ρ)/((π/6)×d)、
に代入することにより求めることを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載の圧力損失推定方法。
In the particle group property acquisition step, the number of particles n i existing in the predetermined volume of the particle packed layer is the number of particles of the particle group existing in the predetermined volume of the particle packed layer with respect to the i-th particle group. Of the total mass m i and the particle density ρ i of the particle group,
n i = (m i / ρ i ) / ((π / 6) × d i ),
The pressure loss estimation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure loss estimation method is obtained by substituting into.
前記粒子群特性取得ステップの前に、或る粒子群に関して、粒子の形状が異なる場合には、前記粒子群を、前記形状に基づいて複数の粒子群に分離する粒子群分離ステップをさらに含むことを特徴とする請求項1ないし4の何れか1項に記載の圧力損失推定方法。   The particle group separation step of separating the particle group into a plurality of particle groups based on the shape when the particle shape is different with respect to a certain particle group before the particle group property acquisition step. The pressure loss estimation method according to any one of claims 1 to 4, wherein: 請求項1ないし5の何れか1項に記載の圧力損失推定方法における各ステップをコンピュータに実行させるための圧力損失推定プログラム。   The pressure loss estimation program for making a computer perform each step in the pressure loss estimation method of any one of Claim 1 thru | or 5. 請求項6に記載の圧力損失推定プログラムが記録されたコンピュータ読取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the pressure loss estimation program according to claim 6 is recorded.
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