JPH1057801A

JPH1057801A - 粒子充填状態予測方法

Info

Publication number: JPH1057801A
Application number: JP8229421A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Okubo; 秀一大久保
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-03
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3474367B2

Abstract

(57)【要約】【課題】粒子散布装置を用いて密充填を行なう場合、
充填密度を正確にかつ簡便に予測することのできる粒子
充填予測方法の確立。【解決手段】ホッパーから落下する粒子を受け取りそ
して粒子を放出するスリットを形成した一軸回転楕円円
盤を備え、スリットの形状を粒子の円盤上での動きに合
わせて形成された曲線状とすることにより粒子の均一散
布と密充填を可能とする粒子散布装置を用いて充填を行
うに当たり、模擬塔Ｂを用意し、模擬塔の底面に一つ以
上の計量容器Ｃを置き、粒子散布装置Ａを用いて密充填
を実現する設定充填速度で、最大散布直径が模擬塔の内
径と一致する状態で粒子の散布を行い、粒子で計量容器
が隠れた時点で粒子の散布を中止し、計量容器を取り出
し、計量容器内の粒子の重量を求めて散布された粒子の
充填密度を求め、得られた充填密度と設定充填速度の関
係を基礎として粒子の充填状態を予測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒、穀粒、飼料
などの粒子を反応容器や貯蔵サイロ等に散布するに当り
粒子の均一散布と密充填を可能とする粒子散布装置を使
用して充填を行うに当たっての粒子充填状態（密度）の
予測方法に関するものであり、特には石油精製設備に代
表される各種反応容器内に触媒を密充填するため、ホッ
パーから落下する触媒粒子を受け取る一軸回転楕円円盤
を備え、該一軸回転楕円円盤に触媒粒子を放出するスリ
ットを形成し、スリットの形状を粒子の円盤上での動き
に合わせて形成された曲線状とすることにより触媒粒子
の均一散布と密充填を可能ならしめる触媒粒子散布装置
を使用して充填を行うに当たっての触媒粒子充填状態
（密度）の予測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、各種材料の合成・分解のために
触媒が使用される。一例として、石油工業においては、
触媒を使用して重質軽油を原料としオクタン価の高いガ
ソリンにする方法や多量の水素の存在下で触媒を使用し
て脱硫と分解とを同時に行わせる方法等触媒を使用する
ことが多い。触媒としては、接触分解法では、例えば固
体の酸性シリカ、アルミナ触媒、ゼオライト触媒等が使
用される。一般的には、直径：０．５mm〜３．０mm、長
さ：３．３５mm〜１０mmの円柱状のものや若しくは円を
３〜４つ重ね合わせた断面形状のものが使用され、上記
のサイズのアルミナ、アルミナ−シリカ、ゼオライト、
シリカなどの担体に活性金属を担持したものが使用され
る。こうした場合、反応容器（充填塔）に触媒が充填さ
れるが、触媒の充填状態が操業の効率を左右するので、
均一な充填を達成する目的で反応容器中央上方部に触媒
散布装置を設置し、そこから触媒を空間的に落下せしめ
る散布充填が行われている。

【０００３】しかし、散布充填を行っても、触媒堆積面
は凹凸状に波打ち、平坦な堆積面は得られない。凹凸状
態が規定の水準を超えると、操業効率が低下するので散
布装置のパラメータを制御するなどして凹凸を修正する
ようにしなければならない。触媒の空間存在密度の理想
化並びに充填面における密充填（触媒の軸方向を水平面
としての触媒の高密度充填）範囲内での充填速度制御が
必要である。

【０００４】斯界では、粒子の搬送と関連して、粒子に
損傷・破壊を与えず、平坦な粒子充填面（粒子を散布す
る高さの一様化）、容易、単純な制御性、容易な取扱い
・設置性、高速な粒子搬送を達成することができ、しか
も粒子の空間存在密度の均一化並びに粒子の密充填を可
能とする新たな粒子散布方式への要望が存在する。例え
ば、次のような事項が求められている：（イ）容易な取扱い・設置性：セッティング時間をなる
べく短くすること、（ロ）充填に際し、粒子にダメージを与えないこと、（ハ）粒子充填面の均一化：密充填かつ均一であること（ニ）充填速度：高速な粒子搬送（１ton ／５min ）

【０００５】こうした要望に答えて、本件出願人は、先
に、ホッパーの下側にホッパーから受け取った粒子を放
出するスリットを有する一軸回転楕円円盤を備えた非常
に単純な構造の粒子散布装置において、スリット形状を
工夫することにより粒子の均一散布と密充填を可能とす
る粒子散布装置の開発に成功した。詳しくは、この粒子
散布装置は、外側カバーと、外側カバー内部に該外側カ
バーにより支持されそして下端を開口したホッパーと、
該ホッパーに支持されそして該ホッパー中央を通して該
開口から外側に延伸する回転軸を具備するモータと、該
モータ回転軸の下端に止着されそして前記ホッパーから
落下する粒子を受け取る一軸回転楕円円盤を備え、該一
軸回転楕円円盤に粒子を放出するスリットが形成され、
その場合該スリットの形状が一軸回転楕円円盤中央領域
にホッパーから落下した粒子が円盤から回転力を受け円
盤の回転数に一致するまでの間に移動する粒子の移動軌
跡の関数と、円盤中心から半径方向への移動距離に対し
て回転方向への遅延角度がその半径位置から充填面に向
けて散布される粒子必要量に一致する軌跡の関数との和
で表わされるスリット形状であることを特徴とする（特
願平８−５２６０３号）。スリットの形状を粒子の円盤
上での動きに合わせて形成された曲線状とすることによ
り粒子の均一散布と密充填を可能とするものである。

【０００６】ところで、粉粒体の充填に当たって、充填
後実現される充填密度は操業条件、収率等に大きく影響
するパラメータの一つである。粉粒体の充填密度として
は、（イ）ある一定の体積の容器に一定条件で入れ、山
盛りになった粉粒体をすりきり法で除去したときの密度
（ＬＢＤ：light bulk density）並びに（ロ）ある一定
の体積の容器に一定条件で入れ、山盛りになった粉粒体
をすりきり法で除去した後、更に一定回数タッピングし
たときの密度（ＣＢＤ：compact bulk density) を評価
する方法があるが、これらの方法は粒子散布装置を用い
て密充填を行った場合の充填密度の評価には直接結びつ
かない。実際に粒子散布装置を用いて反応塔（充填塔）
に充填作業を行った後で予定通りの充填密度が実現され
ていないと、大量の粉粒体が関与するだけに、取り返し
のつかないこととなり、密充填に際しての密度の予測は
重要である。触媒粒子の充填の場合、充填密度は操業条
件、収率に大きく影響するパラメータである。

【０００７】粒子散布装置を用いて密充填を行った場合
の一般的な充填状態（密度）の予測の手法は、粒子散布
装置からの散布を数多く繰り返し、経験的に求めた結果
から充填状態（密度）を予測することである。しかし、
新たな散布条件となったときには正確な充填状態（密
度）を予測できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、粒子
散布装置を用いて密充填を行なう場合、得られる充填状
態（密度）を正確にかつ簡便に予測することのできる粒
子充填予測方法を確立することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ホッパーか
ら落下する粒子を受け取りそして粒子を放出するスリッ
トを形成した一軸回転楕円円盤を備え、該スリットの形
状を粒子の円盤上での動きに合わせて形成された曲線状
とすることにより粒子の均一散布と密充填を可能ならし
める粒子散布装置を用いて充填を行う場合には、実際の
設備とスケールダウンした設備において、粉粒体の空間
密度が同じとなるように設定すると、同様な充填状態が
得られることに着眼した。そこで、模擬塔の底面に容積
が既知の計量容器を置き、粒子散布装置を用いて設定さ
れた充填速度で散布を行って計量容器を含めて模擬塔の
底部に散布を行い、計量容器に入った粒子の重量から充
填密度を求め、得られた充填密度と充填速度の関係に基
づいて実際の充填作業における充填密度を予測すること
を想到し、試行の結果、好成績を得た。

【００１０】この知見に基づいて、本発明は、ホッパー
から落下する粒子を受け取りそして粒子を放出するスリ
ットを形成した一軸回転楕円円盤を備え、該スリットの
形状が粒子の円盤上での動きに合わせて形成された曲線
状である粒子散布装置を用いて充填を行うに当たり粒子
の充填状態を予測する方法であって、（１）模擬塔を用
意しそして該模擬塔の底面に少なくとも一つの計量容器
を置く段階と、（２）前記粒子散布装置若しくは縮小し
た大きさの粒子散布装置を用いて密充填を実現するよう
設定された充填速度でそして最大散布直径が前記模擬塔
の内径と一致する状態で粒子の散布を行う段階と、
（３）散布された粒子で前記計量容器が覆い隠された時
点で粒子の散布を中止する段階と、（４）前記模擬塔か
ら前記計量容器を取り出し、該計量容器からあふれてい
る粒子をすりきり、そして該計量容器内の粒子の重量を
求めることにより、散布された粒子の充填密度を求める
段階と、（５）得られた充填密度と設定充填速度の関係
を基礎として粒子の充填状態を予測する段階とを包含す
る粒子充填状態予測方法を提供する。

【００１１】粒子散布装置の好適例は、粒子散布装置が
外側カバーと、外側カバー内部に該外側カバーにより支
持されそして下端を開口したホッパーと、該ホッパーに
支持されそして該ホッパー中央を通して該開口から外側
に延伸する回転軸を具備するモータと、該モータ回転軸
の下端に止着されそして前記ホッパーから落下する粒子
を受け取る一軸回転楕円円盤を備え、該一軸回転楕円円
盤に粒子を放出するスリットの形状が一軸回転楕円円盤
中央領域にホッパーから落下した粒子が円盤から回転力
を受け円盤の回転数に一致するまでの間に移動する粒子
の移動軌跡の関数と、円盤中心から半径方向への移動距
離に対して回転方向への遅延角度がその半径位置から充
填面に向けて散布される粒子必要量に一致する軌跡の関
数との和で表わされるスリット形状であるようなもので
ある。スリット形状は幾つかの近似式で表示することが
できる。模擬塔が５０ｃｍ〜２００ｃｍの直径と５０ｃ
ｍ〜２００ｃｍの高さの寸法を有し、そして計量容器が
１０〜２０ｃｍの直径若しくは側辺の開口寸法と５〜１
０ｃｍの高さ寸法を有する円筒状若しくは角体状である
ことが好ましい。粒子の最適例は触媒である。

【００１２】

【発明の実施の形態】図２を参照すると、充填塔Ｒの上
部に本発明と関連する粒子散布装置Ａの一具体例が適宜
の吊り下げ機構により吊り下げられている。反応容器サ
イズは、例えば直径：１．５〜５ｍ、高さ：１５ｍ以下
（粒子充填範囲：０．３ｍ迄）であり、２〜３段の粒子
ベッドを収納する。粒子散布装置Ａは、頂部に吊具１を
備える外側カバー２を備えている。外側カバー２内部中
央には、ホッパー３が支持手段８により外側カバー２か
ら支持されている。ホッパー３は、ストッカー（図示な
し）とはホース１０で接続されている。回転軸４を具備
するモータ５がホッパーに取り付けられている。回転軸
４は、ホッパー中央を通してホッパー３の下端開口から
外側に延伸する。回転軸４周囲のホッパー下端開口部が
粒子を落下せしめるオリフィス９を構成する。一軸回転
楕円のほぼ半部分を構成する回転円盤６がモータ回転軸
４の下端に頭を下側にして止着されそして前記ホッパー
から落下する粒子を受け取る。図示の例では、回転円盤
はオリフィス９が嵌入する開口部を残して閉鎖されてい
る。回転円盤６の底面には、粒子を放出するスリット７
が形成され、その場合該スリットの形状は一軸回転楕円
円盤中央にホッパーから落下した粒子が円盤から回転力
を受け円盤の回転数に一致するまでの間に移動する粒子
の移動軌跡の関数と、円盤中心から半径方向への移動距
離に対して回転方向への遅延角度がその半径位置におい
て散布される粒子必要量に一致する軌跡の関数との和で
表わされる軌跡となるように形成されている。オリフィ
ス径は交換可能とされ、その最大コンダクタンスは回転
円盤上に粒子が滞留するのを防止するために回転円盤の
スリットコンダクタンスの８０％以下であることが必要
である。ホッパーサイズはオリフィス径により決定され
る。モータとしては、電気モーター、エアーモーターど
ちらでも使用可能であり、トルクに余裕があることが所
望される。回転数制御は、サーボ方式などを用い、また
充填中に回転数を微小変化（インチング）させて、充填
面の平滑化を図るために、プログラム制御可能であるこ
とが好ましい。また、インチングは、数値解析的に求め
た一軸回転楕円円盤上に設けたスリットが実際にはスリ
ット幅を有し完全な理想形状でないことによって生じる
ずれをカバーする簡単で効率的な一手法として有効であ
る。

【００１３】回転円盤及びスリットの形状は、粒子の回
転円盤直下での粒子の垂直方向の空間存在分布が、水平
方向に対して、二次の等差級数的、または二次的な分布
となるようにすることが必要である。回転円盤の形状は
断面が一軸回転楕円体である必要があり、ａ＝ｂ、ｃ＜
ａ、好ましくは０．３ａ＜ｃ＜ａ、より好ましくは
０．５ａ＜ｃ＜ａである（ここで、ａ、ｂは一軸回転楕
円円盤の半径（長軸、短軸）そしてｃは一軸回転楕円円
盤の高さ（深さ））。遠心力で粒子が円盤上を登ってい
くことが必要であり、これ以外の形状では、均一分散が
不可となりまた粒子が滞留しやすい。スリットの形状に
関しては、ある（ｒ、θ、ｚ）上におけるスリットの
形状は、その面積がｒの二次関数であること（ｒ² ＋
ｄ、ｒ² ＋ｅｒ＋ｆ）が必要であり、に粒子の搬送
曲線を重畳した形状をとる。スリットの数は円盤の大き
さ、散布能力に応じて、粒子を均一に分散させるように
適当数設けられる。この粒子散布装置は、粒子の空間存
在密度の均一化並びに粒子の密充填を可能とする。

【００１４】粒子の散布性能を向上させるために、
（ａ）回転軸に円盤底部に隣り合って分散板を設置する
こと、（ｂ）粒子の破壊を防止するために回転軸を少な
くともホッパー内部において外鞘体で覆い、シールする
こと、（ｃ）一軸回転楕円円盤面が傾斜または移動可能
であるようにホッパーが外側から傾斜または移動可能に
支持すること、（ｄ）外側カバーに固定用脚を装備する
こと、（ｅ）外側カバーの頂部に吊具を装備することと
いった変更例を使用することができる。分散板１１を設
けた場合には、粒子に剪断力、衝撃力を与えず、粒子を
均一に分散させる作用を奏する。但し、分散板は回転軸
シール部に取り付けられ、回転はしないものとされる。
粒子の破壊を防止するために回転軸を少なくともホッパ
ー内部において柔軟な外鞘体１２で覆い、シールするこ
とが好ましい。さらには、望ましくは、回転円盤面の傾
きを調整制御可能（＋１５°〜−１５°）または回転円
盤面とオリフィスを相対的に移動可能とする。回転円盤
面を傾斜させる場合、アクチュエーター１３により、ホ
ッパー、回転円盤ごと傾斜させ、粒子面の傾斜を調整す
る。アクチュエーター１３としては部分球面ジョイント
の使用が適当で、傾斜の中心と回転円盤（一軸回転楕円
体）の中心が一致していることが好ましい。これは、粒
子の散布中心がずれないようにするためである。移動の
場合には、アクチュエーター１３としては、例えばシリ
ンダ−ピストン方式の移動手段が採用される。電動式、
エアー式いずれも使用できる。吊り下げ機構としては、
フックを備えた適宜の昇降装置が使用され、吊り下げ時
の揺動を防止するために、固定用脚１４を使用すること
が好ましい。固定用脚は、内蔵可能とされ、例えば開脚
型、けんすい型等が充填塔の構造に応じて採用される。
更に固定用脚は交換可能とするのが好ましい。

【００１５】こうしたホッパーから落下する粒子を受け
取る一軸回転楕円円盤を備え、該一軸回転楕円円盤に粒
子を放出するスリットを形成し、その場合該スリットの
形状を粒子の円盤上での動きに合わせて形成された曲線
状とすることにより粒子の均一散布を可能とする粒子散
布装置を用いて充填を行うに当たり、粒子の充填状態を
予測することが必要となる。実際に粒子散布装置を用い
て充填塔に充填作業を行った後で予定通りの充填密度が
実現されていないと、大量の粉粒体が関与するだけに、
取り返しのつかないこととなり、密充填に際しての密度
の予測は重要である。触媒粒子の充填の場合、充填密度
は操業条件、収率に大きく影響するパラメータである。

【００１６】本発明に従えば、こうした粒子の均一散布
と密充填を可能とする粒子散布装置を用いて充填を行う
に当たり粒子の充填状態を予測する方法が提供される。
図１を参照すると、粒子散布装置Ａ若しくは縮小した大
きさの粒子散布装置の下側に模擬塔Ｂを用意しそして該
模擬塔の底面に少なくとも一つの計量容器Ｃが置かれ
る。模擬塔Ｂは、それほど多量ではない、例えば５０〜
８０リットルの粒子を使用して簡易に試験を実施できる
大きさとされる。直径：５０ｃｍ〜２００ｃｍそして高
さ：５０ｃｍ〜２００ｃｍがその寸法例である。計量容
器は、測定精度の確保と取扱性を両立させる寸法とされ
る。散布された粒子は、計量容器の底に直接入って底に
堆積する場合と、計量容器の壁に当って跳ね返り、計量
容器の底に堆積していく場合とがある。後者の充填部分
は実際の堆積を反映していない。従って、そうした計量
容器の壁から跳ね返って容器内に堆積する部分が少なく
なるように計量容器の寸法形状を配慮することが好まし
い。開口部が比較的大きく、高さが比較的低い容器であ
れば、壁から跳ね返る粒子は少なくなる。取扱性等をも
考慮して、１０〜２０ｃｍの直径若しくは側辺の開口寸
法と５〜１０ｃｍの高さ寸法を有する円筒状若しくは直
方体の箱状のものを使用することが推奨される。計量容
器の置き方に特に制限はない。例えば、中心から任意の
直行する方向に並べたり、中心から任意の半径の円を描
くように並べてもよい。

【００１７】この後、実際の粒子散布装置若しくは縮小
した大きさの粒子散布装置を用いて密充填を実現するよ
う設定された充填速度でそして最大散布直径が前記模擬
塔の内径と一致する状態で粒子の散布が行われる。充填
速度は回転円盤のオリフィス径の変更で制御することが
できる。充填速度は経済性の観点から０．２ｃｍ／ｍｉ
ｎ以上に一般的には設定される。充填速度の上限は、目
標充填密度、粒子散布装置の大きさにより異なってく
る。実用的な装置で触媒の充填を行う場合、２乃至３ｃ
ｍ／ｍｉｎ以下の水準が一般的である。要するに、目標
充填密度を実現するよう設定された充填速度で充填を行
えば良い。また、図１に示すように、粒子散布装置の取
付け高さを特定の回転速度において散布される粒子の最
も遠方に散布される粒子の到達位置、すなわち最大散布
直径が模擬塔の内径と一致するようになされる。

【００１８】こうして、散布を実行し、散布された粒子
が堆積し、計量容器が粒子により覆い隠された時点で粒
子の散布が中止される。そこで、計量容器を静かに体積
粒子から取り出し、計量容器からあふれている粒子をす
りきり、そして計量容器内の粒子の重量を求めそして計
量容器の容積で割ることにより、散布された粒子の充填
密度が求められる。得られた充填密度と設定充填速度の
関係を基礎として粒子の充填状態を予測でき、実際の粒
子散布においては、目的の充填密度に相当する充填速度
となるように実際の粒子散布装置の作動パラメータが選
定される。本方法では、例えば６０リットルの粉粒体が
あれば密充填を実現するよう設定された充填速度範囲内
で充填密度を求めることができる。

【００１９】回転円盤のスリット形状について特願平８
−５２６０３号の記載から説明を補足する。図３（ａ）
に示すように、回転円盤は１軸回転楕円体の半割として
想定する。回転円盤が角速度ωで回転している時その中
に投じた質点ｍは遠心力により半径ｒの線上まで移動
し、釣り合う。半径ｒは数式４で表すことができる。

【００２０】

【数４】

【００２１】ここで、ｒは角速度ωの時の回転円盤内の
粒子の最遠位置と考えられる。図３（ｂ）は回転円盤の
中心からｒ位置にあるスリットから散布された粒子の水
平方向の移送を示したもので、線速度ｒωで放出された
粒子のｔ秒後の回転中心からの距離は数式５で示され
る。

【００２２】

【数５】

【００２３】ここで、数式４のｒを代入すると、数式６
となる。

【００２４】

【数６】

【００２５】ところで、図３（ｃ）のように高さｈの充
填面に放出された粒子が到達する時間ｔは数式７で表さ
れる。

【００２６】

【数７】

【００２７】これを数式６に代入すると、次の数式８の
関係が得られる。

【００２８】

【数８】

【００２９】角速度ωにおける粒子の散布範囲は０〜Ｒ
であることがわかる。

【００３０】回転円盤上のスリットは散布直後の粒子が
ｒ² 分布となる条件が要求される。粒子散布実験により
円盤上の穴位置（回転中心からの距離）にかかわらずコ
ンダクタンスが一定であることが確認されている。この
ことをもとに回転円盤上のスリット形状を考察する。考
え方を単純化する為にｒ₀ に落下した粒子はただちに角
速度ωを与えられ、質点のバランス点ｒまで一瞬のうち
に移動すると考える。粒子は図４の中央斜線範囲に連続
的に供給され、ｒ点まで移動することになる。ところ
で、図５に示すように半径ｒ、２ｒ、３ｒにある穴から
出る粒子は概ね

【００３１】

【数９】

【００３２】に従った位置ｄ_x ωｔに落下する。但し、
ｔは数式７により求まる値である。ここで、図６（ａ）
及び（ｂ）において、半径ｒの位置にあるスリットＡか
らは扇状斜線部の粒子が散布されることになるが、その
散布範囲は散布面のＡ領域である。Ａ領域のｄ_x はＲで
あり、この面積Ｓ_A は

【００３３】

【数１０】

【００３４】となる。次に、扇状斜線部の粒子がスリッ
トＢ（２ｒ）より散布されるとすると散布範囲は散布面
の円環状のＢ領域となる。Ｂ領域のｄ_x は２Ｒなのでこ
の領域の面積Ｓ_B は次のように表される。

【００３５】

【数１１】

【００３６】ところが、スリットＡから出る粒子量もス
リットＢから出る粒子量も扇状斜線部で供給される量で
あり、同量である。従って、２ｒの位置にあるスリット
ＢはスリットＡとは位相をずらした上、Ｓ_B ／Ｓ_A 倍開
口角を大きくとる必要のあることが判る。理想的には

【００３７】

【数１２】

【００３８】のような級数的解となる。散布直後の粒子
の空間分布がｒ² 分布ということの意味は数式１１及び
１２に示した第１項のことを示している。

【００３９】図７のそれぞれの粒子供給部から供給され
た粒子が全て対応するスリットから出ると仮定すると理
想的なスリットの形状曲線は数式１１や１２に示される
級数の曲線となる。これを簡素化して第２項を無視すれ
ばまさにｒに対する２乗曲線となる。

【００４０】そして、円盤上に粒子が残留しない条件は
図８に示すNo. １スリットの終点ＥとNo. ２スリットの
開始点Ｓがオーバーラップしていることであることが判
る。又、オーバーラップ限界ｒの値は粒子散布の際の最
低回転数での質点のバランス点である必要がある。更
に、０＜ｒ_x ≦ｒの範囲のスリットのコンダクタンスの
合計がオリフィスのコンダクタンスよりも大でないと粒
子が回転円盤内に溜ってしまうことになる。これらがス
リット形状に求められる基本的な要件であり、あとは粒
子が回転円盤内をすべる運動を検討し、その結果に本要
件を重畳すればよい。図９はスリット形状の計算結果例
を示す。

【００４１】次に、回転円盤基線が円盤内を移動する粒
子の搬送曲線と一致する曲線であることが必要である。
この曲線の数式化について考察する。いま、半径ａの回
転円盤皿（ａ＝ｂ＝ｃ）が角速度ωで回転している。こ
の回転軸からｒ₀ 離れた点Ａにオリフィスより落下した
１個の粒子についての軌跡を考える。ここで、粒子と回
転円盤間の摩擦係数（動摩擦係数）は一定であり、初期
状態の粒子の回転運動の角速度は０である。粒子と回転
円盤が接触するとその瞬間にｒ₀ 位置に相当する遠心力
を受ける。遠心力ｆ₀ は次の数式１３で与えられる。

【００４２】

【数１３】

【００４３】ところで完全な摩擦で粒子が円盤と同じ角
速度をもつ場合はυ₁ ＝ωｒ₀ であるが、摩擦によるエ
ネルギーの伝達にロスがあるから、エネルギーの伝達係
数αを考慮すると、次のように表される。

【００４４】

【数１４】

【００４５】すなわち遠心力ｆ₀ は数式１５で表され
る。

【００４６】

【数１５】

【００４７】ａ＝ｂ＝ｃの回転円盤上の質点のバランス
点は数式１６で表される。

【００４８】

【数１６】

【００４９】以上の考察の結果から、粒子と回転円盤の
相対的な運動は図１０に示すような一軸回転楕円体円盤
を投影した極座標系において、数式１７で表すことがで
きる。

【００５０】

【数１７】

【００５１】回転円盤の回転数は実際には充填する高さ
によって変化させて用いるが、ここの回転円盤の定常状
態の回転数ｍは、定常的に使用する回転数のことであ
る。また、Ｂはホッパーから落下した粒子が回転円盤に
より回転力を付与されて回転円盤と同じ回転数となるま
でに移動したときの角度であり計算によりもとめること
ができる。

【００５２】こうして、一軸回転楕円円盤中央に落下し
た粒子が円盤から回転力を受け円盤の回転数に一致する
までの間に移動する粒子の移動軌跡を上記の極座標系に
おいて次の関数で表わすことができる。

【００５３】

【数１８】

【００５４】また、円盤中心から半径方向への移動距離
に対して回転方向への遅延角度がその半径位置において
散布される粒子必要量に一致する軌跡の関数を上記の極
座標系において次の関数で表わされる軌跡とすることが
できる。

【００５５】

【数１９】

【００５６】更には、円盤中心から半径方向への移動距
離に対して回転方向への遅延角度がその半径位置におい
て散布される粒子必要量に一致する軌跡の関数はまた上
記の極座標系において次の関数で表わされる軌跡とする
こともできる。

【００５７】

【数２０】

【００５８】

【実施例】次の触媒粒子散布装置を使用した。回転円盤：ａ＝１０cm、ｃ＝９cm スリット形状：式１のＢ＝π／２、ｍ＝１８０rpm スリット枚数：４枚スリット幅：７mm（図１１に回転面を投影した時のスリ
ット形状の模式図を示す。）オリフィス：オリフィス径：４３mmφ 触媒粒子：オリエントキャタリスト製ＨＯＰ−４６３
Ｋ３（長さ：約１５mm、断面：円を３つ重ね合わせた形
状、直径：１／１６インチ（１．６ｍｍ））

【００５９】直径１００ｃｍ、高さ１００ｃｍの模擬塔
を用意し、その底面に直径１２ｃｍそして高さ５ｃｍの
計量容器（容積：約５００ｃｍ³ ）を模擬塔の半径の１
／２の円周上の位置に９０度間隔で計４つ置いた。粒子
散布装置を模擬塔の充填面から６０ｃｍに取付け、０．
０１〜０．０２ｍ／ｍｉｎの範囲の充填速度で約６０リ
ットルの粒子を使用して散布を実施した。これから、充
填速度（充填面上昇速度）と充填密度の関係を表す計測
曲線を求めた。充填密度は、ＣＢＤで割ることにより規
格化して充填密度指数として表示してある。この計測曲
線を基に、ａ＝２０cm、ｃ＝１８cmと回転円盤の大きさ
を２倍とした（スリット形状も大きさに合わせて相似形
とした）散布装置で２種類の触媒を充填した。充填容器
のサイズは、直径：３〜４ｍそして高さ：４〜１８ｍで
あった。充填した高さの中央付近の密度を求めた。１０
ｍ³ 充填したとき上昇した高さの平均から算出した。同
じく、充填密度は、ＣＢＤで割ることにより規格化して
充填密度指数として表示した。得られた４点は上記計測
曲線とほぼ一致した。

【００６０】

【発明の効果】粒子の均一散布と密充填を可能とする粒
子散布装置を用いて密充填を行なう場合、得られる充填
状態（密度）を正確にかつ簡便に予測することのできる
粒子充填予測方法を確立した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する様相を示す説明図である。

【図２】粒子散布装置例の正面方向からの部分断面図で
ある。

【図３】（ａ）回転計の質点を説明する説明図であり、
（ｂ）は粒子水平移送をそして（ｃ）は粒子垂直移送を
示す説明図である。

【図４】粒子供給エリアと搬送の関係を示す説明図であ
る。

【図５】粒子散布範囲を説明する説明図である。

【図６】スリット散布面との関係を示す説明図であり、
（ａ）は回転円盤を示しそして（ｂ）は散布面を示す。

【図７】必要なスリット開口角を説明する説明図であ
る。

【図８】No. １スリットの終点ＥとNo. ２スリットの開
始点Ｓがオーバーラップしていることを示す理想化され
たスリット曲線である。

【図９】スリット形状の計算結果例を示す。

【図１０】回転円盤を投影した極座標系を示したもので
ある。

【図１１】実施例における回転円盤のスリット形状を極
座標系において模式的に示したものである。

【図１２】充填速度（充填面上昇速度）と充填密度の関
係を表す計測曲線を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ粒子散布装置Ｂ模擬塔Ｃ計量容器１吊具２外側カバー３ホッパー４回転軸５モータ６円盤７スリット８支持手段９オリフィス１０ホース１１分散板１２外鞘体１３アクチュエータ１４固定用脚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホッパーから落下する粒子を受け取りそ
して粒子を放出するスリットを形成した一軸回転楕円円
盤を備え、該スリットの形状が粒子の円盤上での動きに
合わせて形成された曲線状である粒子散布装置を用いて
充填を行うに当たり粒子の充填状態を予測する方法であ
って、（１）模擬塔を用意しそして該模擬塔の底面に少
なくとも一つの計量容器を置く段階と、（２）前記粒子
散布装置もしくは縮小した大きさの粒子散布装置を用い
て密充填を実現するよう設定された充填速度でそして最
大散布直径が前記模擬塔の内径と一致する状態で粒子の
散布を行う段階と、（３）散布された粒子で前記計量容
器が覆い隠された時点で粒子の散布を中止する段階と、
（４）前記模擬塔から前記計量容器を取り出し、該計量
容器からあふれている粒子をすりきり、そして該計量容
器内の粒子の重量を求めることにより、散布された粒子
の充填密度を求める段階と、（５）得られた充填密度と
設定充填速度の関係を基礎として粒子の充填状態を予測
する段階とを包含する粒子充填状態予測方法。
【請求項２】粒子散布装置が外側カバーと、外側カバ
ー内部に該外側カバーにより支持されそして下端を開口
したホッパーと、該ホッパーに支持されそして該ホッパ
ー中央を通して該開口から外側に延伸する回転軸を具備
するモータと、該モータ回転軸の下端に止着されそして
前記ホッパーから落下する粒子を受け取る一軸回転楕円
円盤を備え、該一軸回転楕円円盤に粒子を放出するスリ
ットの形状が一軸回転楕円円盤中央領域にホッパーから
落下した粒子が円盤から回転力を受け円盤の回転数に一
致するまでの間に移動する粒子の移動軌跡の関数と、円
盤中心から半径方向への移動距離に対して回転方向への
遅延角度がその半径位置から充填面に向けて散布される
粒子必要量に一致する軌跡の関数との和で表わされるス
リット形状であることを特徴とする請求項１の粒子充填
状態予測方法。
【請求項３】一軸回転楕円円盤中央領域にホッパーか
ら落下した粒子が円盤から回転力を受け円盤の回転数に
一致するまでの間に移動する粒子の移動軌跡が次の関数
で表わされることを特徴とする請求項２の粒子充填状態
予測方法。【数１】
【請求項４】円盤中心から半径方向への移動距離に対
して回転方向への遅延角度がその半径位置から充填面に
向けて散布される粒子必要量に一致する軌跡が次の関数
で表わされることを特徴とする請求項２の粒子充填状態
予測方法。【数２】
【請求項５】円盤中心から半径方向への移動距離に対
して回転方向への遅延角度がその半径位置から充填面に
向けて散布される粒子必要量に一致する軌跡が次の関数
で表わされることを特徴とする請求項２の粒子充填状態
予測方法。【数３】
【請求項６】模擬塔が５０ｃｍ〜２００ｃｍの直径と５
０ｃｍ〜２００ｃｍの高さの寸法を有し、そして計量容
器が１０〜２０ｃｍの直径もしくは側辺の開口寸法と５
〜１０ｃｍの高さ寸法を有する円筒状若しくは角体状で
ある請求項１〜５のいずれか１項の粒子充填状態予測方
法。
【請求項７】粒子が触媒であることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１項の粒子充填状態予測方法。