JP2672011B2 - 流動層 - Google Patents
流動層Info
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- JP2672011B2 JP2672011B2 JP1103459A JP10345989A JP2672011B2 JP 2672011 B2 JP2672011 B2 JP 2672011B2 JP 1103459 A JP1103459 A JP 1103459A JP 10345989 A JP10345989 A JP 10345989A JP 2672011 B2 JP2672011 B2 JP 2672011B2
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- Japan
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- fluidized bed
- fluid
- flow control
- control element
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
- Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、固体の粒子を充填した層の下から流体を
流し、粒子群を流体の流れで浮遊させた状態の粒子層を
形成する流動層に関する。更に詳述すると、この発明は
流動層内の粒子の流動を活性化する流動層内構造の改良
に関する。
流し、粒子群を流体の流れで浮遊させた状態の粒子層を
形成する流動層に関する。更に詳述すると、この発明は
流動層内の粒子の流動を活性化する流動層内構造の改良
に関する。
（従来の技術） 多数の粒子からなる粉体が充たされた容器の底部から
流体を供給すると、その粉体の層はある流体速度以上で
固定層から流動化状態に変化する。これは流動層として
広く知られている現象で、粒子と流体の極めて効率的接
触方法として、石炭ガス化炉、灯油、軽油の流動接触分
解装置、原油、重質油の熱分解装置、乾燥炉、造粒装
置、排水処理装置、空気の脱湿、熱交換器、焼却炉、熱
処理炉等の多くの工業装置に利用されている。容器底部
からの流体供給は分散器と呼ばれる一種の多孔板を通し
て行なわれるが、この多孔板の適不適が流動層の流動状
態に多大な影響を及ぼす。そのため様々な形式を持つ分
散器が従来から試験開発されている。そして、この分散
器の様々な改良によって流動層内粒子運動の均一化や流
体の水平方向分散特性の改善が図られている。
流体を供給すると、その粉体の層はある流体速度以上で
固定層から流動化状態に変化する。これは流動層として
広く知られている現象で、粒子と流体の極めて効率的接
触方法として、石炭ガス化炉、灯油、軽油の流動接触分
解装置、原油、重質油の熱分解装置、乾燥炉、造粒装
置、排水処理装置、空気の脱湿、熱交換器、焼却炉、熱
処理炉等の多くの工業装置に利用されている。容器底部
からの流体供給は分散器と呼ばれる一種の多孔板を通し
て行なわれるが、この多孔板の適不適が流動層の流動状
態に多大な影響を及ぼす。そのため様々な形式を持つ分
散器が従来から試験開発されている。そして、この分散
器の様々な改良によって流動層内粒子運動の均一化や流
体の水平方向分散特性の改善が図られている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、分散器の流動層の底部に設置されてい
るため、基本的には層内流入直後の流体挙動にのみその
制御範囲が限定されざるを得ない。そのため例えば層内
に伝熱管等のような内挿物が存在する流動層において
は、内挿物の周囲の流動は均一性が阻害され易くなり、
場合によっては非流動化領域を形成し、その結果流動層
の効率が低下する。
るため、基本的には層内流入直後の流体挙動にのみその
制御範囲が限定されざるを得ない。そのため例えば層内
に伝熱管等のような内挿物が存在する流動層において
は、内挿物の周囲の流動は均一性が阻害され易くなり、
場合によっては非流動化領域を形成し、その結果流動層
の効率が低下する。
本発明は流動層の流動均一性を高め、特に層内に内挿
物が存在する流動層においてはさらに効果的に層内の流
動を制御し装置の高効率化をもたらす流動層を提供する
ことを目的とする。
物が存在する流動層においてはさらに効果的に層内の流
動を制御し装置の高効率化をもたらす流動層を提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明者が流動層内の流
動状況について種々研究した結果、流動層中に固体壁に
囲まれた非流動部を形成することによって、層内空塔速
度に比べ遥かに高速の粉体噴流を任意の位置に、なおか
つ任意の方向に発生せしめることが可能であることが判
明した。
動状況について種々研究した結果、流動層中に固体壁に
囲まれた非流動部を形成することによって、層内空塔速
度に比べ遥かに高速の粉体噴流を任意の位置に、なおか
つ任意の方向に発生せしめることが可能であることが判
明した。
即ち、流動層内に非流動部が固体壁に囲まれかつその
断面積が底部Z1でAC、上部Z2でACよりも小さいかあるい
は等しい断面積ANを持つ場合、その内部の圧力は固体面
によって周囲流動部圧力と遮断されているので、圧力バ
ランスはベルヌーイの定理に従う。第３図及び第４図に
固体壁による絞り部を持つ非流動部の記号についての定
義図を示す。図中、符号P1は固体壁に囲まれた非流動部
の入口近傍の外の圧力、P2は同非流動部の出口近傍の外
の圧力、εＦは流動部即ち流動層全体の空間率、εＣは
非流動部の空間率、UFは流動部の流体の流れの速度、UC
は非流動部内での流体速度、UNは非流動部の出口近傍の
流体の噴出速度、ATは流動層全体の断面積である。
断面積が底部Z1でAC、上部Z2でACよりも小さいかあるい
は等しい断面積ANを持つ場合、その内部の圧力は固体面
によって周囲流動部圧力と遮断されているので、圧力バ
ランスはベルヌーイの定理に従う。第３図及び第４図に
固体壁による絞り部を持つ非流動部の記号についての定
義図を示す。図中、符号P1は固体壁に囲まれた非流動部
の入口近傍の外の圧力、P2は同非流動部の出口近傍の外
の圧力、εＦは流動部即ち流動層全体の空間率、εＣは
非流動部の空間率、UFは流動部の流体の流れの速度、UC
は非流動部内での流体速度、UNは非流動部の出口近傍の
流体の噴出速度、ATは流動層全体の断面積である。
高さZ1,Z2での非流動部通過流体の全圧保存を式で示
すと次の通りである。
すと次の通りである。
P1＋（ρF/2）UF 2 ＝PC＋（ρF/2）UC 2＋ΔPC（UC） PC＋（ρF/2）UC 2 ＝P2＋（ρF/2）UN 2＋ΔPN（UN） ここで、ρＦは流動化流体密度である。
ただし、固定層（固体壁に囲まれた非流動部）通過
時、及び絞り部の圧損はそれぞれ ΔPC（UC）＝ζＣ（ρF/2）UC 2 ΔPN（UN）＝ζＮ（ρF/2）UN 2 ζＣ＝3.5（１−εＣ）LC/φSdP（εＣ）３ ζＮ＝ζＮ（AC/AN） ここで、ζＮは圧力損失係数である。
時、及び絞り部の圧損はそれぞれ ΔPC（UC）＝ζＣ（ρF/2）UC 2 ΔPN（UN）＝ζＮ（ρF/2）UN 2 ζＣ＝3.5（１−εＣ）LC/φSdP（εＣ）３ ζＮ＝ζＮ（AC/AN） ここで、ζＮは圧力損失係数である。
連続の式と面積の大小関係はそれぞれ UCAC＝UNAN AT＞＞AC＞AN となる。
以上から、その周囲を固体壁等によって流動層内の圧
力と隔離されている非流動部絞り部出口からの噴出速度
UNは次式で表される。
力と隔離されている非流動部絞り部出口からの噴出速度
UNは次式で表される。
UNとLCの関係についてAN/ACとεＣをパラメータとし
て第５図に示す。但し次の諸数値を用いた試算結果であ
る。
て第５図に示す。但し次の諸数値を用いた試算結果であ
る。
ｇ＝9.8m/s2 εＢ＝0.1 ρＰ＝1540Kg/m3 ζＮ＝0.64 εMF＝0.4 ρＦ＝1.29Kg/m3 dP＝0.00104m φＳ＝1.0 UF＝0.7m/s この関係より、AN/ACの値が大きな時、UNはLCに対し
てあまり変化しないが、AN/ACの値が減少するにつれてL
Cの影響が大きくなることが理解できる。またεＣは大
きいほど速度は増加する。
てあまり変化しないが、AN/ACの値が減少するにつれてL
Cの影響が大きくなることが理解できる。またεＣは大
きいほど速度は増加する。
そこで、本発明の流動層は、流動層全体の空間率より
も大きな空間率を持ち、かつ底部開口面積ACと上部開口
面積ANとの比がAN/AC≦１の関係にある流動制御素子を
層内に設置するようにしている。
も大きな空間率を持ち、かつ底部開口面積ACと上部開口
面積ANとの比がAN/AC≦１の関係にある流動制御素子を
層内に設置するようにしている。
（作用） したがって、流動層中に固体壁に囲まれた非流動部を
形成する流動制御素子によって、層内空塔速度に比べ遥
かに高速の粉体噴流を任意の位置に、なおかつ任意の方
向に発生せしめ、分散器では改善することが不可能であ
った領域、例えば流動層の底部の不完全流動化領域であ
るグリッド領域、あるいは流動層内挿入物近傍等に形成
され易いデッド領域（非流動部）を完全流動化する。
形成する流動制御素子によって、層内空塔速度に比べ遥
かに高速の粉体噴流を任意の位置に、なおかつ任意の方
向に発生せしめ、分散器では改善することが不可能であ
った領域、例えば流動層の底部の不完全流動化領域であ
るグリッド領域、あるいは流動層内挿入物近傍等に形成
され易いデッド領域（非流動部）を完全流動化する。
（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図に本発明の流動層を流動層焼却炉に応用した一
実施例を中央縦断面図で示す。この流動層焼却炉10は、
流動層１内特に流動化時層表面４より下、好ましくは静
止時層表面５より下でかつ分散器３の上に流動層全体の
空間率εＦよりも小さな空間率εＣを有する流動制御素
子２を配置して成る。尚、図中符号９は焼却物を装入す
る管、11は層容器、12はステーである。
実施例を中央縦断面図で示す。この流動層焼却炉10は、
流動層１内特に流動化時層表面４より下、好ましくは静
止時層表面５より下でかつ分散器３の上に流動層全体の
空間率εＦよりも小さな空間率εＣを有する流動制御素
子２を配置して成る。尚、図中符号９は焼却物を装入す
る管、11は層容器、12はステーである。
流動制御素子２は第２図（Ａ）〜（Ｄ）に示すように
流動層１全体の空間率εＦよりも大きな空間率εＣを有
しかつ底部開口面積ACと上部開口面積ANのとの比がAN/A
C≦１の関係にある。例えば第２図（Ａ）に示すように
全体形状が円筒形を成し、上部に底部開口６より小径の
開口７が設けられている。また、第２図（Ｂ）に示すよ
うに流動制御素子２は側壁上部に底部開口６より小径の
上部開口７を形成しても良い。また、第２図（Ｃ）に示
すように全体に砲弾形を成しその先端に上部開口７を形
成しても良い。更に第２図（Ｄ）に示すように底部開口
６と上部開口７とが等しい円筒形に形成しても良い。
流動層１全体の空間率εＦよりも大きな空間率εＣを有
しかつ底部開口面積ACと上部開口面積ANのとの比がAN/A
C≦１の関係にある。例えば第２図（Ａ）に示すように
全体形状が円筒形を成し、上部に底部開口６より小径の
開口７が設けられている。また、第２図（Ｂ）に示すよ
うに流動制御素子２は側壁上部に底部開口６より小径の
上部開口７を形成しても良い。また、第２図（Ｃ）に示
すように全体に砲弾形を成しその先端に上部開口７を形
成しても良い。更に第２図（Ｄ）に示すように底部開口
６と上部開口７とが等しい円筒形に形成しても良い。
この流動制御素子２は、好ましくは流動層内の非流動
部に配置し、場合によっては流動層の流動部に設けて流
動を更に活発にすることも可能である。この流動制御素
子２は第１図に示すように流動層１内に多数設置するこ
とが好ましく、特に流動していない部分に集中的に配置
することが好ましい。流動制御素子２の流動槽11への取
付けは、例えばステー（stay）12を使用して固定するこ
とによって行なわれている。この流動層１の断面積と流
動制御素子２の底部断面積との比は特に限定はないが、
底部断面積が流動層断面積に比べて十分に小さいことが
好ましい。例えば１％以下であることが好ましい。本実
施例の場合、流動層１の断面積60m2において直径30〜40
mm、高さ50〜100mmの流動制御素子２が50cm間隔に多数
配置されている。この流動制御素子２は流動層１の粒子
あるいは流体と反応しないものあるいはこれらに悪影響
を与えないもので構成されており、例えばセラミックス
の採用が好ましい。
部に配置し、場合によっては流動層の流動部に設けて流
動を更に活発にすることも可能である。この流動制御素
子２は第１図に示すように流動層１内に多数設置するこ
とが好ましく、特に流動していない部分に集中的に配置
することが好ましい。流動制御素子２の流動槽11への取
付けは、例えばステー（stay）12を使用して固定するこ
とによって行なわれている。この流動層１の断面積と流
動制御素子２の底部断面積との比は特に限定はないが、
底部断面積が流動層断面積に比べて十分に小さいことが
好ましい。例えば１％以下であることが好ましい。本実
施例の場合、流動層１の断面積60m2において直径30〜40
mm、高さ50〜100mmの流動制御素子２が50cm間隔に多数
配置されている。この流動制御素子２は流動層１の粒子
あるいは流体と反応しないものあるいはこれらに悪影響
を与えないもので構成されており、例えばセラミックス
の採用が好ましい。
また、流動制御素子２の底部開口６には、本実施例の
場合、空間率εＣを大きくするため網８が設けられてい
る。この網８により粒子の素子内への侵入を防ぎ空間率
εＣを大きく維持するように設けられている。ここで空
間率とは容器の体積から粒子の体積を差引いたものを容
器の体積で徐したもので１に近づくほど容器内が空っぽ
となり“0"に近づくほど容器内が粒子で埋め尽くされる
こととなる。
場合、空間率εＣを大きくするため網８が設けられてい
る。この網８により粒子の素子内への侵入を防ぎ空間率
εＣを大きく維持するように設けられている。ここで空
間率とは容器の体積から粒子の体積を差引いたものを容
器の体積で徐したもので１に近づくほど容器内が空っぽ
となり“0"に近づくほど容器内が粒子で埋め尽くされる
こととなる。
流動制御素子２の底部開口６は粒子との関係において
適宜決定され、例えば粒子径が1mmφの場合、底部開口
６が10mmφ以上とされている。第５図に示すように、流
動制御素子２の高さ即ち非流動部遮蔽高さLCと絞り部噴
出流速ANとの関係はAN/AC比を0.1にする場合100mm以上
にすることはあまり意味がないがAN/AC比が非常に小さ
くなれば、例えば0.01程度になれば遮蔽高さLCが増すほ
ど噴出流速ANも増大する。即ち、流動制御素子２の充填
率が小さいほどそこから噴出される流速は増大する。
尚、図示していないが流動制御素子２の底部開口６には
網８を張るばかりでなく、粒径の大きな粒子を流動制御
素子２内に充填して空間率εＣを流動部のそれεＦより
大きくすることもある。この流動制御素子２内へ侵入す
る粒子は大きな空間率を確保するためできるだけ細かく
ないほうが好ましく、網８に代えて多孔質な板あるいは
スリットを多数入れた板のように流体は入るが粒子は入
り難い構造とすることも可能である。
適宜決定され、例えば粒子径が1mmφの場合、底部開口
６が10mmφ以上とされている。第５図に示すように、流
動制御素子２の高さ即ち非流動部遮蔽高さLCと絞り部噴
出流速ANとの関係はAN/AC比を0.1にする場合100mm以上
にすることはあまり意味がないがAN/AC比が非常に小さ
くなれば、例えば0.01程度になれば遮蔽高さLCが増すほ
ど噴出流速ANも増大する。即ち、流動制御素子２の充填
率が小さいほどそこから噴出される流速は増大する。
尚、図示していないが流動制御素子２の底部開口６には
網８を張るばかりでなく、粒径の大きな粒子を流動制御
素子２内に充填して空間率εＣを流動部のそれεＦより
大きくすることもある。この流動制御素子２内へ侵入す
る粒子は大きな空間率を確保するためできるだけ細かく
ないほうが好ましく、網８に代えて多孔質な板あるいは
スリットを多数入れた板のように流体は入るが粒子は入
り難い構造とすることも可能である。
以上のように構成したので、流動制御素子２内に導入
された流体は素子２内で増速され、層内空塔速度に比べ
はるかに高速の粉体噴流として非流動領域あるいは流動
が活発でない領域に噴出され、これら領域を完全に流動
化しあるいは流動化領域に噴出されて更に流動を活発な
ものとする。
された流体は素子２内で増速され、層内空塔速度に比べ
はるかに高速の粉体噴流として非流動領域あるいは流動
が活発でない領域に噴出され、これら領域を完全に流動
化しあるいは流動化領域に噴出されて更に流動を活発な
ものとする。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は流動層中に
固体壁に囲まれた非流動部を形成する流動制御素子を配
置し、層内空塔速度に比べ遥かに高速の粉体噴流を任意
の位置に、なおかつ任意の方向に発生させるようにした
ので、その高速噴流によって分散器では改善することが
従来不可能であった領域を、分散器の性能に関わること
なく完全に、しかも均一に流動化させることができる。
したがって、流動層を利用している各種産業用装置の効
率を最大限まで高めることができる。
固体壁に囲まれた非流動部を形成する流動制御素子を配
置し、層内空塔速度に比べ遥かに高速の粉体噴流を任意
の位置に、なおかつ任意の方向に発生させるようにした
ので、その高速噴流によって分散器では改善することが
従来不可能であった領域を、分散器の性能に関わること
なく完全に、しかも均一に流動化させることができる。
したがって、流動層を利用している各種産業用装置の効
率を最大限まで高めることができる。
第１図は本発明の流動層を応用した流動層焼却炉の一実
施例を示す中央縦断面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は流動
制御素子の一例をそれぞれ示す中央縦断面図、第３図及
び第４図は流動解析モデルにおける流動制御素子とその
周辺の記号定義を示す模式図、第５図は本発明の流動層
において流動制御素子が示す噴流増速特性図である。 １……流動層、２……流動制御素子、６……底部開口、
７……上部開口、AN……上部開口の開口面積、AC……底
部開口の開口面積。
施例を示す中央縦断面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ）は流動
制御素子の一例をそれぞれ示す中央縦断面図、第３図及
び第４図は流動解析モデルにおける流動制御素子とその
周辺の記号定義を示す模式図、第５図は本発明の流動層
において流動制御素子が示す噴流増速特性図である。 １……流動層、２……流動制御素子、６……底部開口、
７……上部開口、AN……上部開口の開口面積、AC……底
部開口の開口面積。
Claims (1)
- 【請求項１】層内に、流動層全体の空間率よりも大きな
空間率を持ち、かつ底部開口面積ACと上部開口面積ANと
の比がAN/AC≦１の関係にある流動制御素子を設置した
ことを特徴とする流動層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103459A JP2672011B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 流動層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103459A JP2672011B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 流動層 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02282603A JPH02282603A (ja) | 1990-11-20 |
| JP2672011B2 true JP2672011B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=14354608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1103459A Expired - Fee Related JP2672011B2 (ja) | 1989-04-25 | 1989-04-25 | 流動層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672011B2 (ja) |
-
1989
- 1989-04-25 JP JP1103459A patent/JP2672011B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02282603A (ja) | 1990-11-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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