JPS60501566A - 固体間の熱交換方法及びその装置 - 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】 発明の名称 固体間の熱交換方法及びその装置 発明の背景 （１）発明の分野 本発明は固体間の熱交換方法及びその装置に関するものである。

（２）従来技術の簡単な説明 多くの化学プロセスにおいては、これらのプロセスが効果的且つ経済的に行なわ れることが出来るようにプロセスに加えられる（またはプロセスによって発生さ れる）熱を維持することが必要である。熱を維持するためには、熱が反応生成物 とプロセスの反応成分との間で交換されねばならない。

固体間の熱交換の最も一般的な方法は交換を生しさせることができるように固体 を混合することにある。この方法は２つの重大な欠点を有している。第１に、交 換が生じたとき固体は物理的に分離されねばならない。第２に、混合温度は常に ２つの固体のものの温度よりも低い。

例えば、５００℃の反応生成物の当量が１００℃の反応成分と混合されるならば 、混合温度は約３　’Ｏ０℃になる（すなわち、２つの温度の平均）。

発明の概要 本発明の目的は熱交換が行なわれるとき固体が混合されず、物理的に分離される 熱交換方法を提供することにある。

本発明の他の目的は連続的流れにおいて２つの固体流間で熱交換が行なわれる熱 交換方法を提供することにある。

本発明のその他の目的は熱がそれから除去されろ固体の排出温度より高い温度に 加熱されるへき固体が到達する熱交換方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、反応成分が熱交換器を通って流れて反応生成物からの 熱を収容し、反応炉を通過し、次いで実質的に連続的流れにおいて到来する反応 成分を加熱すへく熱交換器に戻すことが出来る熱交換方法を提供することにある 。

本発明の更に他の好ましい目的は固体間の最大熱伝達を保証すへく熱交換器を通 る固体の流れを制御するようにした熱交換方法を実施する装置を提供することに ある。

本発明の一身施態様におけろ熱交換方法は、（ａｌ第１流路内で実質的に連続的 な流れにおいて熱交換器を介して加熱固体を通過させ、 （ｂ）第１流路と対向流又は同し流れの第２流路内で実質的に連続的な流れにお いて、加熱固体から物理的に分離された熱交換器を通して加熱されるべき固体を 通過させ、（ｃ）固体を分離する熱伝導性障壁を通して加熱固体から加熱される へき固体に熱を伝達ずろ工程から成っている。

本発明の第２実施態様における熱交換装置は、熱伝導性障壁によって分離された 第１及び第２流路を形成する第１区域及び第２区域に分割させた熱交換器と、加 熱固体が第１区域を通過できるような該第１区域用の入口及び出口と、 固体が第２区域を通って対向流又は同一方向に流れろとき、熱が第２区域におい て固体に伝達されるように配置され且つ加熱されるへき固体が第２区域を通過す ることができるような第２区域用の入口及び出口と、熱交換器には２つの区域の 一方（交換器の管側）を形成する複数の管を有する交換室を備える乙とができ、 他方（第２）の区域は管を囲繞する室内の隙間空間によって又は第２の管（交換 器シェル側）によって形成されている。

第１区域の入口は流動または非流動状態において加熱された固体の供給室に接続 され、第１区域の出口はこれらの固体用の収集室に接続させることができる。

第２′区域の入口は固体供給装置に接続させることもてき、第２区域の出口は流 出開口又は固体回収装置に接続させることもてきる。

両区域中に流れている固体は流動化させるか又は移動床流にすることもできる。

圧力及び温度変化による垂直方向におけるガ゛、スの膨張を補償するために第２ 区域においてほぼ一定のガス速度を維持すべく第２区域（シェル側）に挿入体を 設けである。垂直方向への固体の混合又は循環を阻止するために固体を流動化す るガス中の泡を粉砕するように遮蔽部材が設けられている。シェル側のガス流量 りよガスと固体用の相対的速度を制御すべく多数の弁を介して交換器からのガス を一定の上限まで排出することにより調整させることができる。この制御は時に は望ましくない固体混合を生じるかも知れない泡の形成を阻止することを要する 。

発明を実施するための最良の形態 加熱されるべき固体（細かい粒子または顆粒形状において）及びガスは制御され た量で供給ホッパ１０から適宜な制御弁１２及び供給ライン１３を経由して熱交 換器１１に供給される。固体およびガスは加熱されると、出口ライン１４を経由 して熱交換器から出る。

固体の流動性を制御するために、別のガス流がライン１５からガス分配器１６を 介して交換器のシェル側の下方部分に導入させることができる。

他の（加熱された）固体流は交換器に供給する供給ホッパ１７から制御弁１８を 介して送給室１９に供給される。送供室１９内の固体はガスライン２０からガス 分配器２１を介して室にガスを導入することによって流動化されそして弁２２を 通って解放される。次いて固体は熱交換器の管を通って流れそして制御弁２３を 介して放出される。追加のガスは管内の固体流れパターンを制御するためにガス ライン１４および分配器２５を通って導入させることができるが、これは必須て はない、管内のガスの流れは上方向または下方向いずれでも良い（２つの別個の 固体流の流れはそれぞれ第１図において実線及び点線の矢印で示されている）。

第２図及び第３図の第１実施例に関し、熱交換器１１は一般に２つの交換区域に 分割される交換室２６を有している。管２７は室２６内に間隔を置いて設けられ 、それらの端部において入口区域１９及び出口区域２９との管の連通を可能にす るように管の端部を収容するプレー１−２８によって支持されている。入口区域 １９の固体はライン２０中のガスから分配器２１を介して流動化させることがで きる。管２７と、入口区域１９と、出口区域２９とは第１交換区域３０を形成す る。

端部プレート２８によって閉鎖された管２７のまわりの隙間空間３１はそれぞれ 供給ライン１３及び出口ライン１４に接続されている入口３３及び出口３４を有 する第２交換区域３２を形成する。ガスを底部のこの区域にライン１５からガス 分配器１６を経由して供給させることができる。

作動におシ冒（、流動化させることができる加熱された固体は入口１９に入り且 つ管２７を流下する。管の頂部において、加熱された固体は例えば７００℃の温 度を有する。

同時に、加熱されるへき固体（ガス）の流れは第２区域に、その区域の底部の入 口３３を介して入りそしてその区域の上方に移動する。

固体が第１及び第２区域３０，３２において対向方向に流れるとき、第１区域３ ０内の加熱された固体からの熱は管２７の壁を通って第２区域３２中の固体に導 かれる。第２区域の頂部において、この加熱された固体は７００℃に達する温度 で出口３４を通り過ぎ、他方の第１区域３０内の冷却された固体は３０℃に達す る温度において出口区域２９に入る。それゆえ両区域間の有効な熱交換が発生す る。

固体とガスが第２区域３２　（交換器のシェル側において）の上方に移動すると き、加熱されたガスは温度および圧力の変゛化に対して膨張する。乙の膨張が補 償されない場合にはガスの流れは乱れ、第２区域内の固体の流れの連続性を遮断 する。本発明の種々の好適な実施例においてはガス膨張を補償するだめの多数の 方法が具体化されている。

第２図及び第３図に示した本発明の第１実施例において、一定のガス速度（よ種 々の垂直位置において第２区域から加熱されたガスの幾らかを引き出すことによ り第２区域３２において維持される。圧力感知器３５は第２区域中の２つのレベ ルを横切る圧力差を監視する。圧力差が予め設定されたレベルを越えた場合に、 感知器３５ば第２区域からガスを排出するように制御弁３６を作動し、そのよう にして区域内の垂直ガス速度を制御する。ガス速度は移動床モート又は初期流動 化の状態近傍の流動化された流れに固体の流れのモードを維持するように制御さ れている。この方法において、第２区域において混合する軸方向の固体は最小に される。

第４図乃至第６図に示した第２実施例において、第２区域における一定のガスの 流れは挿入体３７の使用によって維持される。この挿入体３７はガス膨張作用を 打ち消すように第２区域３２内の流れに利用し得ろ有効断面面積を変化させる。

第５図及び第６図に示し・たように、上部におけるよりも第２区域の下部に多く の遮蔽部材３７が設けられている。それゆえガスの流れに利用し得る自由断面積 は第２区域の」二部においてより大きく、ガス膨張作用を補償する。

第７図乃至第９図の第３実施例において、水平遮蔽部材３７は異なる長さの垂直 遮蔽部材又は垂直杆３８によって置き換えられ、再び下部におけるよりも第２区 域３２の上部において垂直流れのためのより大きな自由断面積を許容する。

第１０図及び第１１図の第４実施例においては、挿入体又は遮蔽板は第２区域３ ２において不要にされ、拡散シェル３９が使用されている。このシェル３９の上 向き拡散は温度および圧力の変化によるガスの膨張を補償する。ように構成され ている。この実施例は前述された実施例とは違って、異なる運転条件に適するよ うに容易に変更又は変化させることができないので順応性が最も少ない。

第１２図乃至第１４図に示した第５実施例において、第２区域３２内の固体の軸 方向混合は一連の孔明きプレー１−’４０による多数の部分への区域の分割によ って減しられている。第２区域に沿う連続孔明きプレート４０の開口４１の直径 、数および位置決めを適宜構成することにより、軸方向の固体の混合は最小にさ せることができる。

第２図乃至第１４図に説明した以外の配置もまた軸方向の固体混合を最小にし、 交換器の第２区域３２内の固体／ガス混合物の滑かな垂直流れを促進するのに使 用することができる。

前述した実施例は２つの区域３０，３２内の対向流に関する。２つの固体流の一 方の流れの方向を逆にすることにより運転することができる。

加熱されるべき固体が管を通過し、加熱された固体が隙間空間を通過することが できるか、または隙間空間が二次管によって置き換えられる乙とができる。また 、管を熱交換用の最大断面積を付与するように配置させ熱交換器が熱伝導性では あるが不活性の成分から構成させることもてきる。管内のフィンまたは内部挿入 体、および他の手段を使用することにより熱伝達を高める種々の方法を交換器に 組み込むことができる。

固体の粒子または顆粒の大きさは、好ましくは移動床または流動化された流れ状 態下で熱交換器を通る滑かな固体の流れを満足するように選択させることができ る。

熱交換器の用途は上述されｔコ反応又は反応炉に制約されないが、対向流方法に おける２つの固体流間の熱交換が望ましい場合には他の装置を含む。

本発明の各種の変形及び変更は特許請求の範囲内において本発明の範囲を逸脱す ることなく図示した実施例について行うことができる。

図面の簡単な説明 本発明の好適な実施例を添付図面に関して説明する。

第１図は熱交換の概要を示す概略図・、第２図は熱交換器の第１実施例を示す縦 断側面図、第３図は第２図の３−３線に沿う横断平面図、第４図は熱交換器の第 ２実施例を示す縦断側面図、第５図及び第６図はそれぞれ第４図の５−５及び６ −６線に沿う横断平面図、 第７図は熱交換器の第３実施例を示す縦断側面図、第８図及び第９図はそれぞれ 第７図の８−８及び９−９線に沿う横断平面図、 第１０図は熱交換器の第４実施例を示す縦断側面図、第１１図は第１０図の１１ −１１線に沿う横断平面図、第１２図は熱交換器の第５実施例を示す縦断側面図 、第１３図及び第１４図はそれぞれ第１２図の１３−１３及び１４−１４線に沿 う横断平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　）　（ａｌ第１流路内で実質的に連続的な流れにおいて熱交換器を介して加 熱させた固体を通過させ、（ｂｌ第１流路と対向する流れ又は同一方向の流の第 ２流路内で実質的に連続的な流れにおいて、加熱させた固体から物理的に分離さ せた熱交換器を通して加熱されるべき固体を通過させ、 （ｃ）固体を分離する熱伝導性障壁を通して加熱された固体から加熱されるべき 固体に熱を伝達することを特徴とする固体間の熱交換方法。 ２）加熱させた固体を熱・伝導性管を通して熱交換器の交換器室内に通過させ、 読管により第１流路を形成し、加熱されるべき固体を読管のまわりの間隙空間又 は二次管を通して第２流路を形成する交換室内に通過させた乙とを特徴とする特 許請求の範囲第１項に記載の固体間の熱交換方法。 ３）両流路内の固体の流れを移動床又は流動化させた流れ状態下に維持させたこ とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の固体間の熱交換方法。 ４）挿入体又は遮蔽板により、第２流路における垂直方向への実質的に一定のガ ス速度を維持して、垂直方向の流路内の湿度及び圧力変化による加熱されるへき 固体を流動化するガスの膨張を補償し、該挿入体又は遮蔽板を第２流路内の固体 の軸方向混合又は循環を制限するために第２流路に設けた乙とを特徴とする特許 請求の範囲第３項に記載の固体間の熱交換方法。 ５）ガスにより、第２流路における垂直方向への実質的に一定のガス速度を維持 して垂直方向の流路内の温度及び圧力変化による加熱されるべき固体を流動化す るガスの膨張を補償し、該ガスを第２流路内の固体の軸方向混合又は循環を制限 するために第２流路から流出させることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記 載の固体間の熱交換方法。 ６）熱伝導性障壁によって分離させたそれぞれ第１及び第２流路を形成する第１ 区域及び第２区域に分割された熱交換器と、 加熱された固体が第１区域を通過できるような該第１区域用の入口及び出口と、 固体が前記区域を通って対向流又は同一方向に流れるとき、熱が第２区域におい て固体に伝達されるように配置さね且つ加熱されるべき固体が第２区域を通過す る乙とができるような第２区域用の入口及び出口と、から成ることを特徴とする 固体間の熱交換装置。 ７）第１区域を熱交換器の交換室内に複数の熱伝導性管によって形成し、第２区 域を前記管のまわりの間隙空間又は二次管によって交換器室内に形成したことを 特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の固体間の熱交換装置。 ８）第２区域における垂直方向への実質的に一定のガス速度を維持して中心方向 における温度及び圧力の変化による加熱されるべき固体を流動化するガスの膨張 を補償する挿入体又は遮蔽板を第２区域内の固体の軸方向混合又は循環を制限す るために第２区域に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の固体 間の熱交換装置。 ９）遮蔽板により、垂直方向における固体の混合又は循環を阻止するためにガス 中の泡を粉砕することを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の固体用の熱交 換装置。 １０）挿入体又は遮蔽板を第２区域中に配設した水平及び垂直杆又は棒から構成 し、該杆又は棒を固体とガスが第２区域の上部に向って流れるとき第２区域の有 効断面積を漸次増大するように配設したことを特徴とする特許請求の範囲第８項 に記載の固体間の熱交換装置。 １１）第２区域中の種々の垂直レベルを横切る圧力差を監視し且つ該圧力差また は圧力変動が予め設定されｔ−レベルを超えるとき第２区域内の垂直方向への実 質的に一定のガス速度を維持して中心方向における温度及び圧力の変化による加 熱されるべき固体を流動化するガスの膨張を補償する圧力感知器を設け、該圧力 感知器により第２区域におけろ固体の軸方向混合又は循環を制限するために第２ 区域からガスを流出すへく制御弁を作動させることを特徴とする特許請求の範囲 第７項に記載の固体間の熱交換装置。 】２）交換器室の壁により第２区域の垂直方向への実質的に一定のガス速度を維 持して中心方向におけろ温度及び圧力の変化による加熱されるべき同体を流動化 するガスの膨張を補償し、巌交換器室の壁を第２区域における固体の軸方向混合 又は循環を制限するｔ：めに第２区域の有効断面積を増大すへく垂直方向におい て外方に向って拡散させたことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記