JPH02278159A - 構造体内の２相流動床を通る流れの異方性を非侵入的に測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流動床（流動層）とは、重力による下向きの力に抗して
、流れ力（ｆｌｏｗ　ｆｏｒｃｅｓ）により粒子を支え
ることができる充分に大きな速度をもつガス又は液体の
流れ中の固体粒子のサスペンション（懸濁状態）のこと
である。流動床は、触媒粒子上で石油を接触分解（「キ
ャットクランキング（“ｃａｔ−ｃｒａｃｋｉｎｇ”）
」）シて軽量の価値ある製品を作る装置、及びコークス
粒子上で重い原料（ｈｅａｖｙ　ｆ−ｅｅｄｓ）を熱分
解して軽量の価値ある原料を製造する装置（「流動床コ
ーツじｆｌｕｉｄ　ｂｅｄ　ｃｏｋｅｒｓ’）Ｊ又は［
フレキシコーツ（′″ｆｌｅｘｉ−ｃｏｋｅｒｓ”）　
Ｊ　）のような重要な石油化学加工装置を構成する重要
なコンポーネンツである。接触分解装置においては、コ
ークスで触媒を焼き「新鮮な触媒」を作る再生装置に流
動床が設けられている。再生装置内の流動床中の粒子は
、約６０ミクロンの直径をもつゼオライトのベレットで
ある。流動床コーツ又はフレキシコーツの場合には、ヒ
ータ及び反応器（リアクタ）に流動床が使用されており
、フレキシコーツの場合には更にガス化装置にも流動床
が使用されている。この場合の粒子は、約１００〜１５
０　ミクロンのコークス粒子である。

ガス中に浮遊する微小固形物を含有している他の流動床
は、進歩した石炭燃焼装置を備えており、咳石炭燃焼装
置では、浮遊する石炭の微小粒子を燃焼して、最小の汚
染と最高の効率が得られるようにして熱を発生させてい
る。化学工業の分離工程には別の例が用いられており、
流れる液体中に微細粒子が浮遊するように構成されてい
る。一般に、流動床は、粒子の表面とこれを包囲するガ
ス又は液体との間の相互作用を最大にすることが望まれ
る多くの大規模な工程に使用されている。

流動床は、流動床コーツ及び再生装置の場合、４０１ｂ
／ｆｔ３（約０−６４　ｇ／ｃｍ３）の体積’［を密度
、及び１秒間当り数フィートの粒子速度とを有している
。コーキング（ｃｏｋｉｎｇ）及び接触分解の場合には
、１０〜５０ｆｔ（約３〜１５ｍ）のオーダの直径をも
つ流動床も用いられている。１０〜６０ｆｔ（約３〜１
８ｍ）の高さをもつ流動床の場合、収容されている流体
には１００トン以下から１，０００　　トンを超える範
囲の粒子が含まれている。関連の技術レビューとして、
Ｇｅｌｄａｒｔ氏著、「ガス流動化技術じＧａｓ　Ｆｌ
ｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’）Ｊ　
　（１９８６年、旧ｌｅｙ社刊）がある。

石油化学工業における多くの場合に、流動床内の材料は
高温度状態にある。従って、容器は、しばしば数ンの耐
火材でライニング（内張り）される。このため、収容さ
れた粒子に直接アクセスすることは非常に困難である。

この困難性は、コーツ及び接触分解の場合のように、ヘ
ビーな石油原料を流動床中に噴射する場合に複雑化する
。かような場合に、もしも特別な注意を払わないときに
は、流動床の内部の全ての窓及びプローブが詰まってし
まうであろう。流動床中の流れ状態のモニタリングは、
通常、静圧の測定に限定されるため、その測定値から得
られる流れデータをｔ１１測することになる。詰まり（
ｆｏｕｌｉｎｇ）を避けるための特別な注意として、不
活性ガスを用いて静圧測定器に開口部を維持し、「圧力
ブリッジ」を通る不活性ガスの圧力降下を小さくする方
法がある。圧力測定により、流動床を収容している容器
内の流れの不均一分布を知ることができるけれども、そ
れは、単に流れの不均一分布領域の位置を正確に知るこ
とができるに過ぎない。

流動床内の流れの不均一分布は、種々の原因により生じ
る。−例として、流動床が反応器の一領域において［落
ち込んだ（”ｓｌｕｍｐｅｄ”）」場合には、流動床内
で行われる化学的処理の効率が大幅に低下する。この「
流動床スランプ（“ｂｅｄ　ｓｌｕｍｐ”）Ｊの状況下
では、乱流領域に通している反応器の他方の側に流れる
ようになっている。また、かような状況下では、流動床
内の粒子の過度の摩砕が生じ、このため、極めて多数の
微細片が、反応器のガス状生成物中又は大気中に放出さ
れる。

流れの不均一分布が問題となる別の例は、流動床コーカ
におけるものである。すなわち、流動化スチーム（ｆｌ
ｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ　ｓｔｅａｍ）が反応器に流入す
る領域において流れが阻止されると、粒子の凝集が生じ
かつ流動床が［動かなくなる（“ｂｏｇｇｉｎｇ’″）
」状態を招く。かような状況下では、流れが阻止されな
くなるまで、原料をコーカに噴射することはできない。

再度指摘するが、圧力又は温度の測定は装置の小さな流
量を確認するのに有効であろうが、そのような状況が存
在するコーカの領域（その領域が垂直平面にあろうと水
平平面にあろうと）を確認するには殆ど有効ではない。

流れの不均一分布が問題となる別の例は、接触分解装置
（キャットクラッカ）のスチーム剥離セクション（すな
わち、分解反応から取り残されたコークスを燃焼すべく
、使用済み触媒が再生装置に送られる前に触媒上の炭化
水素残留物力が剥離される領域）においても存在する。

効率の良い剥離は、装置の収量（ｙｉｅｌｄ）に直接的
な効果を及ぼす。成る状況下では、剥離領域内で流れが
阻止される場合又は剥離領域を横切るスチーム入力に大
きな差がある場合のいずれの場合であっても、剥離反応
の効率の低下を招くことになる。このことを無くすには
、流れの不均一分布領域又は流れの阻止領域を決定する
ことが必要である。

流れの不均一分布が問題となる更に別の例は、流動床内
の流れ分布の重要なエレメントが損なわれることである
。例えば、多くの場合に、流動床内の流れは、流動床の
濃厚相（ｄｅｎｓｅρｈａｓｅ）の底部を形成するグリ
ッド（格子）を通るガス及び粒子により支配される。特
別な状況下においては、グリッドの孔が閉塞されるよう
になり、流動床スランプの領域の形成を招くことになる
。他の可能性として、閉塞されたグリッドを横切るガス
圧力による大きな力を受けて、グリッドの支持構造体が
順環することがある。これらの状況下では、化学的な反
応性を有する多量のガスが流動床を通って発泡し、この
ため、工程の均一性が撰なわれ、かつ流動床を横切る温
度分布に重大な問題を引き起こすことになる。

流動床内の流れの不均一分布領域又は異方性をもつ領域
の位置の特定が望まれる上記全ての例を考察すれば、流
動床内の流れが均一で等方性を有していることをオペレ
ータが知ることがしばしば必要であるということを知る
ことが重要である。

この点を考慮すれば、オペレータは、その努力を、圧力
、温度、又は処理工程時に大気中又は製品の双方に放出
される過剰の「微細片」等の全体的な測定により表示さ
れる流れ、収量、摩砕又は他の問題に関する他の原因に
向けることができる。

しかしながら、流動床の特定の領域に流れの不均一分布
が生じる場合には、流れの不均一分布を改善する種々の
矯正作用が存在する。閉塞領域に向けてスチームの吹き
込み（ｓｔｅａｍ　ｌａｎｃｉｎｇ）を行い、障害物を
除去することができる。また、剥離したスチームの流れ
を再整合させて、流れの均一性を生じさせることもでき
る。破壊されたグリッド支持体を通って過剰の反応ガス
が流れる場合には、装置に「トーチ油」を噴射して燃焼
によるガス流を低減させ、これにより、サイクロンのよ
うなコンポーネンツに対し温度勾配による損傷を与え易
い領域における温度勾配を小さくすることができる。装
置の一部領域が流れの不均一分布にばらつきのないバタ
ー（ｐａｔｔｅｒ）を呈していると確認されているよう
な、最も極端な場合には、装置の停止中にハソフルを挿
入して流れの均一性を得ることができる。

静圧ゲージを従来のように使用することが不充分な箇所
において、容器の壁に孔を穿けることなく外部から非侵
入的に流動床の状態特性を測定できるようにすることが
強く望まれている。流動床の局部的質量密度（ｌｏｃａ
ｌ　ｂｅｄ　ｍａｓｓ　ｄｅｎｓｉｔｙ）　　ＰＭ粒子
の質ＩＭ、及び粒子速度Ｖを非侵入的に測定すること、
及び流動床の流れ状態に関してこれらから推測されるこ
とは、設計性能の維持、製品収量の向上、及び流動床内
での劣った流れ状態すなわち流動化状態の補修を行う上
で、装置のオペレータに大きな価値を与えるものとなる
であろう。

圧力、温度及び正味体積又は質量流量は、装置の作動時
における流動床内での流動化状態の通常のモニタリング
方法であるけれども、流動床の働きを知ることができる
種々の技術がある。１つの例は、ガンマ線又は中性子を
使用して、容器内の粒子の質量密度を測定する方法であ
る。この技術は、ガンマ線等の吸収量から質量密度を求
める技術であるため、容器の壁及び／又は直径が臨界値
以下である場合にのみ使用することができる。容器の直
径が大き過ぎたり又は壁厚が厚過ぎると、検出した信号
が暗騒音（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｎｏｉｓｅ）以下の
レベルに低下し、質量密度の測定が不可能になる。また
、強い放射性物質源が存在すること及び放射線検出器を
支持する複雑な構造体を作る必要があることから、煩わ
しい現場試験又は流動床の作動中に重大な不測の事態が
生じる可能性のある箇所にこの技術を用いることは減少
している。また、このガンマ線又は中性子を用いる技術
は高価であり、前もってスケジヱールを立てなければな
らず、かつ製油所の通常の従業者の能力を超える知識を
必要とする。

実験用流動床の流れ状態のモニタリングに使用できる非
侵入的なプローブは、既存の設計を改良しかつ変更する
ための、流れについての視覚的な放射線透過及び放射性
トレーサの研究又はパイロットプラントについての研究
を補完するのに多きく貢献している。実験的なガス−固
体流動床の流体力学を研究するだめの広範囲の電気的、
光学的、熱的及び機械的技術についての現在の考察が、
Ｎ。

Ｐ、　Ｃｈｅｒｅｍｉｓｏｎｏｆｆ氏の最近のレビュー
　（Ｉｎｄ、　Ｅｎｇ。

Ｃｈｅｍ、　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｄｅｖ、　　２５．３２
９〜３５１頁、１９８６年）に記載されている。このレ
ビューには、「実験室規模の装置に最も適しているけれ
ども、成る場合には工業用のパイロット装置及び／又は
商業用装置にも適用できる」技術が紹介されている。

しかしながら、ここに紹介された技術を試験したところ
、侵入的でありかつ工程により容易に汚染され易いとい
う通常の欠点を存しているものであるか、或いは多くの
放射性技術のように環境上又は安全上の観点から厳しい
制限を受けるものであることが分かった。

１９８５年、７月発行の学会誌ｒＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　ｔ）＋ｅＡｍｅｒｉｃａｎ　　５ｏｃｉｅｔｙ　　ｏ
ｆ　　Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ
Ｊ（Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎ（Ｂｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ）におけるＪ、Ｗ、　５ｐｅｎｃｅｒ氏及びり、Ｍ、
　５ｔｅｖｅｎｓ氏（Ｖｉｒｇｉｎｉａ州、Ｌｙｎｃｈ
ｂｕｒｇのＢａｂｃｏｃｋ　＆　Ｗｉｌｃｏｘ、　ａ　
ＭｃＤｅｒｍｏｔｔ社）の論文には、「音響エミツシヨ
ン技術」を用いて「流体流れ装置における粒状物質を検
出しかつ特徴化する」技術が説明されている。この技術
においては、粒子の衝突により発生する高周波数の表面
振動波を、共鳴圧電トランスデユーサにより「パルス」
として検出するように構成されている。この論文におい
て説明されているように、流れの中に挿入されたプロー
ブと接触しているセンサのみが、流れ中の粒子の嵩量（
ｂｕｌｋ　ｑｕａｎｔｉｔｙ）すなわち粒子サイズ（粒
度）と相関関係を有している。この技術は、容器の壁に
通すことを要するため、侵入的な技術である（同様な侵
入的技術が開示されている米国特許第３，８１６，７７
３号及び第４，０９５，４７４号参照）。

従来技術を考察した結果、次の条件を満たずことができ
る流動床内の２相流の流れ状態を、信頼性が高くかつ安
全な方法で測定又は推測できる公知の技術は未だ存在し
ていない。

（１）非侵入的であり、従って壁に通すこと及び放射性
物質源及び検出装置を支持する外部フレームを構築こと
が不要で、かつ商業用装置の修理を可能にする技術。

（２）放射性物質を使用しないこと及び／又は流動床又
は運転中の商業用装置の移送ラインを１オンライン」で
モニタリングできる技術。

（３）空気、スチーム及び／又は揮発性炭化水素のよう
なガス中に存在する固体粒子を収容している、耐火材を
ライニングした容器及び移送ラインに対し「非侵入的な
方法」で適用できる技術。

本発明は、材料を処理（すなわち加工）する構造体（以
下、「反応器」と呼ぶ）内の２相流動床の横断面を通る
流れの異方性を非侵入的に決定（測定）する方法である
。本発明の方法は、反応器の壁振動を測定し工程と、次
に周波数の関数としてパワースペクトルを決定する工程
とを有している。壁振動は反応器の周囲における数箇所
の（第１）位置において測定し、前記各第１位置につい
て共振ピークの下のパワースペクトルの８１　域を決定
する。次に、前記パワースペクトルの前記領域の変化と
、流れの分布の変化とを相互に関係づける。

本発明の上記方法は、垂直方向の流れの異方性を測定す
る方法に拡大することができ、このために、次の工程す
なわち、前記反応器の壁振動を測定し次に周波数の関数
としてパワースペクトルを決定し、前記壁振動は反応器
の周囲における数箇所の第２位置において測定し、これ
らの第２位置は前記反応器の周囲で前記第１位置から垂
直方向に間隔を隔てて配置し、前記各第２位置について
共振ピークの下のパワースペクトルの領域を決定し、互
いに隣り合う前記第１位方間士の間の前記パワースペク
トルの前記領域における変化と、対応する第２位直間士
の間の前記パワースペクトルの前記領域における変化と
を比較し、前記パワースペクトルの前記領域における変
化と、前記流動床の密度の変化とを相互に関係づける工
程が付加される。

本発明の非侵入的な測定方法は、流動床を収容している
容器内に耐火月が存在しても構わないものであり、かつ
広い温度範囲に亘っ”で作動することができる。本発明
の方法は、現に使用されているあらゆる音響的技術から
区別されるものであり、かつ広範囲の適用幅を有してい
る。

本発明の方法は「受動的（“ｐａｓｓｉｖｅ”）　Ｊな
方法として説明することができる。これは、本発明の方
法自体により発生される振動的な音すなわち固体伝播音
を処理することにより、必要な情報が得られるように構
成されているからである。

本発明の方法は、測定を行うための他の技術が殆ど見当
たらない商業用装置について特に重要であるけれども、
パイロットプラント及び実験研究用装置にも用途を見出
すことができる。本発明の方法は２相同体／ガス流につ
いて説明するけれども、当業者には、本発明が２相同体
／液体流にも適用できることが理解されよう。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

本発明は、反応器内での流れ分布をモニタリングする受
動音響的方法（ｐａｓｓｉｖｅ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｐ
ｒｏｃｅｓｓ）に関するものであり、本発明の方法は、
収量を増大できる条件下で反応器の運転を可能にするこ
と、及び流動圧内での流れの不均一分布を機械的に生じ
させる領域を確認してその後に矯正を行うことを意図す
るものである。

本発明を実施するには、流動床が収容された容器の壁に
、加速度計を磁気吸着又は永久的に取り付ける。第１図
は流動床の概略図であり、スプラッシュゾーンにより分
離された濃厚相及び希薄相を示すものである。第２図は
、流動圧内での種々の流れ状態を概略的に示すものであ
る。加速度計は、第２図に示すように、反応器の回りで
周方向及び垂直方向に配置される。一連の垂直方向断面
において、壁に対する粒子の通常の運動量フラツクス（
ｍｏｌＩｌｅｎｔｕｍ　ｆｌｕｘ）は、周壁と境界を接
している横断面を通って流れ、本発明の方法によりモニ
タリングされる。壁の通常の加速度に比例する、加速度
計からの電気信号は、第４図に示すように、増幅され、
ケーブル又は光学的リンクを介して制御室に伝達される
。制御室では、適当な電子装置により、第５図に示すよ
うなパワースペクトルが測定される。次に、ピークの下
の領域（ａｒｅａ）が測定され、反応器の流動床を通る
流れの異方性と関連付けられる。

第４図は、壁の加速度の測定の仕方を示す概略図である
。磁気的に取り付けられた加速度計（例えば、Ｂ及びＫ
　４３８４）により、壁の瞬間加速度に比例する電気的
な荷電出力（ｃｈａｒｇｅ　ｏｕｔｐｕｔ）が発生され
る。この電荷は、電荷増幅器（例えば、Ｂ及びＫ　２６
３５）により、壁の通常の加速度に比例する電圧出力に
変換される。この電圧は、信号プロセッサ（例えば、Ｂ
及びＫ　２０３２、又はこれと同等物）により処理され
て、加速度のパワースペクトルが発生される。壁の加速
度のパワースペクトルは、壁の共振周波数に相当する箇
所においてピークを有している。このピーク周波数及び
その領域は、適当なコンピュータアルゴリズムにより測
定される。

第５図は、時間の関数及び周波数の関数として、加速度
とその二乗との間の関係を示すものである。

時間の定常ランダム関数（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ　ｒａ
ｎｄｏｍ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ）についてのパワースペク
トルは、周波数の関数として平均二乗加速度を表示（デ
イスプレー）する。パワースペクトルの下の領域は、平
均二乗加速度の１／２である。

第６図は、流動床の再生装置の耐火材でライニングした
壁に設置された加速度計から得られる一般的なパワース
ペクトルを示すものであり、周波数と壁の共振領域（ａ
ｒｅａ　ｏｆ　ｅｖａｌｌ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）が示
されている。

また第４図には、濃厚流動床（ｄｅｎｓｅ　ｂｅｄ）を
収容している容器の壁に加速度計を配置した状態及び壁
振動の基本モードでの壁に垂直な加速度の空間的な変化
が示されている。かような状況下において、壁の密度及
び音速よりも温かに小さな密度及び音速をもつ２つの媒
体と境界を接している均質な壁の場合には、基本モード
が、中央部の１つの節（ノード）と、２つの境界部での
腹（アンチノード）とをもつことが知られている。この
場合には、壁共振の周波数は、壁の平均圧縮性音速（ａ
ｖｅｒａｇｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｌ　５ｏｕｎ
ｄ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ）を、壁厚の２倍で割る（除す）
ことにより簡単に求めることかできる。また第４図には
、壁共振の励振（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）　、すなわち
、加速度計の出力のパワースペクトルに定常状前壁共振
のピークを生じさせる、流動床への粒子の衝突が示され
ている。

第７図は、ハンマ励振Ｃｈａｍｍｅｒ　ｅｘｃｉｔａｔ
ｉｏｎ）に対する壁の応答と粒子励振（ｐａｒｔｉｃｌ
ｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉ−ｏｎ）に対する壁の応答とを比
較することにより、壁共振を明確に確認する仕方を示す
ものである。

本発明においては、局部壁共振の領域を用いて、壁に直
ぐ隣接する流れに関する直接的な情報を得る方法が開示
される。壁共振の領域Ａは、次式、Ａ　（Ｍ／５２） −に＋　ＣＰＩｌ（１／ＣＭ３）Ｍ”（ＧＭ）　Ｖｏ３
（ＦＴ／５ＥＣ））　””により求められる。

上式（１）において、壁共振の領域Ａは、ＲＭＳ加速度
の単位で表されかつ第５図のパワースペクトルに表示さ
れるような璧共振の全体を積分することにより容易に求
められる。ＩＫ、は、０．６Ｌン（約１５ｍｍ）のオー
ダの鋼と５＞’（約１２７ｍｍ）のオーダの耐火材とか
らなる壁の場合には１０〜１５のオーダである。この量
に１はハンマ励振により独立的に決定してもよいし、或
いは、比較測定を行う場合には、式（１）の適用の際に
定数として扱うこともできる。式（１）中の他の量につ
いては、 Ｐｓ”粒子の体積密度（単位：個数／Ｃｌｌｌ３）、Ｍ
＝粉粒子平均質量（単位：ｇ）、 Ｖ、＝壁における粒子の通常の速度（単位：ｆ　ｔ／ｓ
）、 である。

上式（１）は、２相媒体中での固体粒子の衝突が、多数
のハンマのランダムな衝突と同等であるとして求めたも
のである。これは、「ショットノイズ」という電気的現
象と振動学的に同等のものである。式（１）は、容易に
測定されるＩＡを、壁に隣接する２相流体の流体力学的
状態の特性に関連付けるものである。

従って、流動床又は移送ライン内の２相流体の流れ状態
に関連する量Ａは、量Ｐ、　、Ｍ及び■。

の変化に関連して流れ状態をモニタリングするのに用い
ることができる。多くの石油化学工程の場合、量Ｍが大
きく変化することはなく、本発明の主な用途は、流動床
の種々の箇所における’！　ｐ　ｍ及びＶｏをモニタリ
ングし、これらの測定値を通して流動床内の流れ又は乱
流に関する情報を得ることにある。

上式（１）は、２相流体Ｐ、の粒径ｄ及びｔｌＬ密度に
関して、下記のように書き換えることができる。

Ｐ、＝Ｐ、’　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（２）式（１）に式（２）を代入すると、次式（３）を
得ることができる（ここで、Ｋ２は、約０．５１ン（約
１３ｍｍ）の厚さの鋼壁をライニングする約５エン（約
１２７ｍｍ）の厚さの耐火材の場合、（１〜２）ｘｉｏ
−’のオーダの定数であり、これは、知られている流れ
条件下でのキャリブレーションにより又はハンマ励振に
より求めることができる）。

Ａ（Ｍ／Ｓ”） ”Ｋｚ　（ｄ（ｕ）””　（ＰＭ（ＩＩ／ＦＴ”））　
””Ｖｏ（ＦＴ／５ＥＣ）””・・・・・・・・・　（
３） 上式（３）から、粒径ｄが一定であると仮定すれば、Ｐ
Ｍ又は■。のモニタリングに量Ａを用いることができる
。

上記全ての方程式は、量Ａ（この量Ａは、壁共振の領域
を決定することにより測定される量である）を、関心の
ある流動床内の２相流の重要な特徴に関連付けるもので
ある。

加速度計を反応器の回りの水平面内において周方向に配
置した場合には、加速度計から加速度計への量Ａの変化
量により、流動化ガスの不適正分布による流動床の乱流
又は（ＰＢ（１／ＣＭ”）Ｖ＠３＝（ＦＴ／５ＦＩＣ）
　）の周方向の変化による流動床の「スランプ」領域の
ような流動床の異方性に関する情報が供給される。

加速度計の水平配列を反応器に沿って垂直方向に移動し
た場合には、同じ方法により、流動床密度ＰＢ　（１／
ＣＭ３）の変化のような流動床の他の異方性を、濃厚相
を介して見積もることが可能になる。

反応器の周囲の種々の点において濃厚相を介して行う垂
直方向の測定値の大きな差異は、濃厚流動床を通しての
流動床密度の変化であると解釈される。

本発明の重要な特徴は、耐火材でライニングした容器の
鋼製シェル又はパイプに加速度計を配置でき、これによ
り他のノイズのピーク及び共振から璧共振を区別できる
ことである。ピークが大きな場合には、該ピークは、壁
の厚さについて予備知識から又はハンマ励振により求め
られる周波数の箇所にあることから、壁共振の区別は容
易に行うことができる。パワースペクトル中にひとたび
璧共振が識別されたならば、その領域は世人を決定し、
かつ、上記のようにして、容器又はバイブ内の２相流体
の状態の成る特徴を決定するのにその領域を用いること
ができる。定数には、ハンマ測定及びハンマ理論により
決定することができ、定数Ｂ（この定数Ｂは、経験的に
１のオーダであることが知られている）は、キャリブレ
ーションにより決定することができる。

本発明と従来技術との幾つかの相違点は、次の通りであ
る。すなわち、（１）本発明による測定は非侵入的であ
って、容器又はバイブに何らの変更をも必要としないこ
と（但し、綿毛絶縁（ｆｌｕｆｆｙ　１ｎｓｕｌａｔｉ
ｏｎ）により、鋼又は他の金属製シェルから分離を要す
ることがある）、（２）外部で発生した音及び振動では
なく、プロセス容器又はバイブ内で発生した振動又は音
響ノイズを受動的に使用するものであること、（３）測
定周波数範囲は、壁共振に課せられた範囲内にあり、従
って、「超音波」による流れ測定に使用される周波数に
比べ本質的に低い周波数であることである。この相違点
を別の観点から見れば、本発明による振動測定の波長は
壁の寸法のオーダであるのに対し、超音波測定法の波長
は壁の寸法よりかなり小さいといえる。このことから、
超音波測定法には重大な影響を及ぼす壁の場合であって
も、本発明の測定方法は不均一性に対して比較的影響が
小さいといえる。

■−土　　流動床内での流れの不均一分布流動床内に認
知できる程の流れの不均一分布があるか否かは、下記の
工程（ステップ）により決定することができる。

第２図に示すように、流動床を収容している容器には、
流動床のグリッドから一定レベルにおいて周方向に、位
置をマーキングする。１つ以上のこの水平方向セクショ
ンは、［流動床レベル（ｂｅｄ　１ｅｖｅｌ）　ｊより
下にある流動床の′ａ厚相内に配置する。

加速度計をこれらの位置に接触するように配置し、磁石
で吸着させるか又はボルトで永久タブに固定する。

第４図に示すように、加速度計の出力は電荷増幅器又は
他の適当なインピーダンス変喚・増幅装置に接続されて
いる。電荷増幅器の出力は、プラットホーム上のポータ
プル信号プロセ・ノサに入力するか、或いは記録装置に
入力し、次に信号プロセッサに入力するように構成する
。

パワースペクトルが、ポータプルな装置上にデイスプレ
ーされるか、或いは記録データとして記録され、これに
より、壁共振を認識することができる。

壁共振の領域Ａを得ることができ、該領域Ａは、流動床
のグリッドの上方における１つ以上の垂直方向高さの箇
所での角度で変化する。

上記式（３）から、領域Ａは、通常の粒子速度には強く
作用し、流動床中の質量密度には比較的弱く作用するこ
とが分かる。

第８図には、接触分解装置の流動床の再生装置上での一
連の周方向の測定結果が示されている。

再生装置は、該再生装置の壁に接合されたグリッドを備
えている。１年間に亘る種々の時点での全ての共振領域
Ａの測定値が極プロット（ｐｏｌａｒ　ｐｌｏｔ）で示
されている。極プロットの半径は、量Ａの対数に比例す
るようにとっである。

第８図は、下記の理由による乱流の観点から容易に説明
することができる。

（ａ）第１の時点では、グリッドが壁から離れる方向に
引っ張られ、酸素の乱流の過剰のガス流が南西四分円（
ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　ｑｕａｄｒａｎｔ）の方向に勢い
良（流れる。南西四分円の方向に生じる大きな異方性は
、受動音響学的方法（ｐａｓｓｉｖｅ　ａｃｏｕｓｔｉ
ｃｓｐｒｏｃｅｓｓ）により、流動床内の大きな乱流領
域を正確に位置決めできるということを示すものである
。

（ｂ）第２の時点では、矢印で示す位置において「トー
チ油」を装置に噴射して、再生装置の上方領域への酸素
の噴射量及び流動床を横切る過大の温度勾配を小さくし
なければならない程度まで、グリッドの機械的な状態が
悪化している。この曲線は、流れ状態を変化させる受動
音響学的方法の感度を示している。

（ｃ）第３の時点では、グリッドが取り替えられ、修理
された装置の壁に取り付けられて、再生装置内の流れが
通常の均一状態に戻される。装置内の流れの均一性は、
壁共振の領域内の角度変化が小さいことにより示される
。

上記例においては、受動音響学的情報は、流動床内への
多量のガス流れ込み（ｇａｓ　１ｎｆｌｕｘ）の位置を
正確に位置決めして、暫定段階においてトーチ油を燃焼
することにより矯正しかつ装置の停止中に機械的な欠陥
を修理するのに使用された。北東四分円と南西四分円と
の間での第１時点におけるデータについてのｆｉＡの大
きな変化（２０のファクタ）は、式（３）及び過大のガ
ス流による乱流領域中の■。の大きな値と一致する。

例　２　流動床コーカ内での流れの不均一分布この例は
、流動床コーカ内での阻止された流れを示すものである
。第９図は、流動床コーカの底部の近くの「開口（ｓｈ
ｅｄｓ）　Ｊ　領域において、北から周方向（９０＝東
、１８０＝南、２７０＝西）に時計回り方向にとった角
度の関数としてのＩＡの掻プロットである。流れが阻止
されておりかつこの流れ阻止領域に関する情報が必要と
されており、これにより、この領域に向けてスチームを
吹き込み、障害物を粉砕除去する。ｌ？Ｍｓ加速度が小
さな北西四分円の領域内に噴射された粉砕スチームは、
障害物を無くし、充分な振動データにより流れの不均一
分布領域の位置を正確に表す点を示す。橿プロットから
、反応器の北西四分円が、障害物がこの領域内にあるこ
とを示唆する他の四分円よりかなり小さな信号を発生す
ることが分かる。

この四分円領域内に引き続きスチームを吹き込むことに
より、障害物が除去され、装置が通常の作動状態に戻さ
れた。

この場合、壁共振が全スペクトルを支配するということ
に注目することは興味あることである。

第１０図は、第８図に示したものと同じ位置についての
２５．６　ｋｌｌｚバンド幅に亘る全ＲＭＳ加速度の掻
プロットを示すものである。このデータは、壁共振がパ
ワースペクトルに対して大きく寄与するという状況下で
は、粒子の活動性が小さな領域の位置を正確に知るのに
壁共振の領域を用いる必要がないことを示している。

第１１図は、壁共振に関するパワースペクトルの領域と
、第８図及び第９図に示す測定値についての２５．６　
ｋ）ｌｚバンドに関するパワースペクトルの領域とを比
較して示すものである。

流動床の流れ状態をモニタリングする本発明の方法を実
施するに際し、本発明の方法は次のように行われる。

（ａ）流動床内の流れが均一であることが分かつている
ときには、装置の始動直後に装置のベースラインの極プ
ロットを求める（ベースケース）。

（ｂ）周期的なベースで加速度計の位置をモニタリング
して、流れの不均一分布を測定しかつ上記ベースケース
と比較するための極プロットを作る。

（ｃ）他の情報が流れの不均一分布の可能性を表示した
とき、又は流れの阻止を無くす修正を行った後に加速度
計の位置をモニタリングし、かつ得られた極プロットを
ベースケースと比較する。

本発明の方法は、反応器の周囲で、第１の位置（第３図
）から垂直方向に間隔を隔てている位置でとった他の組
の壁振動周波数の関数としてパワースペクトルを測定す
ることにより、垂直方向の流れの異方性の測定方法に拡
大することができる。

各第２測定値についての共振ピークの下のパワースペク
トルの領域を決定し、次に、互いに隣り合う第１測定値
の間のパワースペクトルの領域を、対応する互いに隣り
合う第２位置の間のパワースペクトルの領域の間の変化
と比較する。パワースペクトルの領域の変化同士の差は
、流動床の密度の変化に相当する。これは、パワースペ
クトルの領域Ａが、密度及び速度の両方に基づくものだ
からである。また、この密度の変化は、流動床の流れの
異方性を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、反応器内の流動床の概略図であり、流動床の
４厚相領域及び希薄相領域を示すものである。 第２図は、流動床反応器の概略図であり、流動床内の流
れの不均一分布を測定するための、水平面内での加速度
計の配置及び垂直方向に相加速度計の配置を示すもので
ある。 第３図は、（１）流動床の一領域における不完全な流動
化（流動床「スランプ」）、及び（２）ガス分布が小さ
いために流動床に生じる過度の乱流により、流動床内に
生じる幾つかの流れの不均一分布を示す概略図である。 第４図は、耐火材でライニングした壁上での圧縮モード
波共振の加速度の節と腹、及び加速度計と電荷増幅器と
の間の接続及び電荷増幅器と信号プロセッサとの間の接
続を示す概略図である。 第５図は、時間の変化に伴う加速度の、パワースペクト
ルへの変換を示すものである。 第６図は、耐火材をライニングした壁から得られた一般
的なパワースペクトルであり、ピーク周波数及びピーク
領域を示すものである。 第７図は、ハンマ励振に対する壁の応答と粒子の励振に
対する壁の応答とを比較するグラフである。 第８図は、流動床内の流れの３つの異なる状態下での、
再生装置の壁共振内のＲＭＳ加速度の大きさの対数を装
置の回りの方向の関数として示すものである。 第９図は、開口を通る流れが阻止された状態下での、コ
ーカの壁共振の領域を極プロットで示すものである。 第１０図は、第９図と同じ位置に関する２５．６ｋｌｌ
ｚバンド幅についての全ＲＭＳ加速度の極プロットを示
すものである。 第１１図は、壁共振についてのパワースベクトルの領域
と第９図及び第１０図に示す測定値に関する２５．６　
ｋＨｚについてのパワースペクトルの領域との比較を示
すグラフである。 ロ 口 口 口

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）構造体内の２相流動床を通る流れの異方性を非侵
   入的に測定する方法において、 （ａ）前記構造体の壁振動を測定し次に周波数の関数と
   してパワースペクトルを決定し、前記壁振動は反応器の
   周囲における数箇所の第１位置において測定し、 （ｂ）前記各第１位置について共振ピークの下のパワー
   スペクトルの領域を決定し、 （ｃ）前記パワースペクトルの互いに隣り合う第１位置
   同士の間の前記領域の変化と、前記幾つかの第１位置を
   含む周囲に境界を接する横断面を通る流れの異方性とを
   相互に関係づけることを特徴とする、構造体内の２相流
   動床を通る流れの異方性を非侵入的に測定する方法。
2. （２）前記構造体が、流動床コーカの反応器であること
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. （３）前記構造体が、流動床接触分解装置であることを
   特徴とする請求項１に記載の方法。
4. （４）前記壁振動を測定する工程が、加速度計を用いて
   行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. （５）更に、 （ａ）前記構造体の壁振動を測定し次に周波数の関数と
   してパワースペクトルを決定し、前記壁振動は構造体の
   周囲における数箇所の第２位置において測定し、これら
   の第２位置は前記構造体の前記第１位置から垂直方向に
   間隔を隔てて配置し、 （ｂ）前記各第２位置について共振ピークの下のパワー
   スペクトルの領域を決定し、 （ｃ）互いに隣り合う前記第１位置同士の間の前記パワ
   ースペクトルの前記領域における変化と、対応する第２
   位置同士の間の前記パワースペクトルの前記領域におけ
   る変化とを比較し、前記パワースペクトルの前記領域に
   おける変化と、前記流動床の密度の変化とを相互に関係
   づける工程を有していることを特徴とする請求項１に記
   載の方法。