JPS6183867A - 水蒸気を用いる循環流動層乾燥装置 - 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】 発明の分野 本発明は、流動化用気体として水蒸気を用いる循環流動
層乾燥装置に関するもので、より詳細には水蒸気を流動
化用気体として使用しながら、安定で且つ効率の良い循
環流動乾燥が可能な流動層、乾燥装置に関する。

従来の技術及び発明の技術的課題 湿潤質量基準の水分として４０〜９５チのスラリー状、
泥状、固体状の高含水率物質は公知の流動層乾燥装置に
よって粉粒状の固体まで充分に乾燥することができるが
、水の蒸発潜熱の値が大きいので、含水率の値が大きい
ほど、乾材料単位質量あたりに消費する熱エネルギーの
量が大きくなシ、極めて不経済なものとなる。公知の流
動層乾燥装置においては熱源である高温空気あるいは高
温燃焼ガスを用いて粉粒体を流動化するので、送入され
た高含水率物質の乾燥によって発生した水蒸気は使用ず
み空気あるいは燃焼ガス中の湿分として乾燥装置から排
出され、従って水蒸気の有する大きな蒸発潜熱を回収・
利用することは困難である。

流動化用気体として水蒸気、特に過熱水蒸気を使用すれ
ば、水蒸気の有する大きな蒸発潜熱を回収して、再利用
することが可能であるが、水蒸気を用いる場合には空気
や燃焼ガスを用いる場合とは乾燥条件が相違し、例えば
水蒸気の凝縮等の影響によシ、粉粒体の円滑且つ安定な
流動層を形成させること、及び流動層を均一化させるこ
とが困難であるという問題に遭遇する。

発明の目的 従って、本発明の目的は、流動化用気体として水蒸気を
使用しながら、粉粒体の流動化及び循環が安定且つ円滑
に行ない得る流動層乾燥装置を提供するにある。

本発明の他の目的は、流動層の空隙率や循環の制御が容
易で、しかも高含水率物質の乾燥にょシ生成する粉粒体
の粒度分布をも容易九制御し得る、水蒸気を用いる循環
流動層乾燥装置を提供するにある。

本発明の更に他の目的は、乾燥によって生ずる水蒸気が
有する大きな蒸発潜熱を回収し、これを再利用すること
によシ、効率よく高含水率物質の乾燥処理を行なうこと
が可能な循環流動層乾燥装置を提供するにある。

発明の構成 本発明によれば、内径に比して３倍以上の高さを有する
筒状容器：容器の下部に設けられた流動化用流体の整流
器：筒状容器の内壁から水平方向に間隔をおいて且つ筒
状容器の上端及び下端から垂直方向に間隔をおいて実質
上垂直に設けられた両端開口の内筒：該容器内に充填さ
れ、内筒の内側を上昇し、内筒上縁から外方に溢流して
、内筒外側を下降する粉粒体の循環濃厚流動層：該内筒
。

内側の流動層中に高含水率物質を供給するための機構；
及び内筒外部を下降する粉粒体を加熱するための機構を
備えた循環流動層乾燥装置において、筒状容器を、粉粒
体と接触する部分の内径が実質上一定であり且つ下端が
開口している上部容器と、上部容器に比して内径が小さ
く、内径が実質上一定であって且つ上端が開口している
下部容器とを接続させることにより構成し、下部容器の
下端附近に水蒸気金粉粒体底部に送入するための第一の
整流器を設けると共に、上部容器と下部容器との接続部
において、両内径の差によって生ずる隙間の部分に内筒
外側の粉粒体に水蒸気を送入して、これを流動化させる
だめの第二の整流器を設け、第一の整流器及び第二の整
流器に通ずる水蒸気の流量を調節することによシ、内筒
内部の粉粒体を内筒外部の粉粒体よりも平均空隙率の大
きな濃厚流動層状態に流動化させると共に、安定な粉粒
体の循環を行なわせることを特徴とする水蒸気を用いる
循環流動層乾燥装置が提供される。

発明の作用効果 本発明によれば、水蒸気を用いて粉粒体を流動化させ、
送入した水蒸気と乾燥によって発生する水蒸気を装置か
ら取出すことにょ）、これらの水蒸気を加熱のために利
用することによシ、高含水率物質を少ない熱エネルギー
の消費で経済的に乾燥することが可能となる。しかも、
内筒内部から内筒外部への溢流型の濃厚循環流動層を用
い、内筒外部からの加熱及び内筒内部への高含水率物質
の供給を行なうと共に、水蒸気の送入を外周部と中央部
とに分割して行ない、その送入量を調節することで、粉
粒体の流動化と循環とを、円滑にしかも安定に、制御さ
れた条件下に行なうこと及び乾燥によ）生ずる粉粒体の
粒度を制御することが可能となシ、水蒸気を流動化用気
体とする場合のトラブルを解消できる。

また、乾燥処理が不活性な水蒸気雰囲気中で行なわれる
ことから、被乾燥物質の酸化劣化等が有効に防止され、
また被乾燥物質中に環境汚染物質等が含有される場合に
も、蒸発するこれらの物質が水蒸気と共に凝縮分離でき
るという利点もある。

発明の好適態様 本発明を、添付図面に示す具体例に基づいて以下に詳細
に説明する。

装置の構造 本発明の装置の一例を示す第１図及び第２図において、
この装置は筒状の上部容器１と筒状の下部容器８とから
構成される。上部容器１はその高さが内径の３倍以上で
あって、粉粒体と接触している部分の内径がほぼ一定で
あって、上端が閉じ、下端が開口している。一方、下部
容器８は上部容器１に比して内径が小さく、内径がほぼ
一定であって、下端が閉じ且つ上端が開口している。

上部容器１及び下部容器８から成る筒状容器の内部には
、容器内壁から水平方向に間隔をおいて且つ筒状容器の
上端及び下端から垂直方向に間隔をおいて、両端開口の
内筒５が実質上垂直方向に配置される。第１及び４図に
示す具体例では、尚状容器１．８は円筒であり、これと
同軸に内筒５が設けられている。また、この具体例では
、図示するように、下部容器８の内壁は上部容器１の内
壁と内筒５とのほぼ中間に位置し、且つその上端部が内
筒５の下端部よりも若干上方に位置するように、相互に
入組んだ状態の配置となっている。

内筒５により、筒状容器の粉粒体を収容する内部空間は
内部帯域６と外部帯域７とに部分されておシ、これらの
帯域は内筒の上端且つ下端で連通している。筒状容器、
この具体例では上部容器１には乾燥処理に必要な熱を供
給するための加熱用ジャケット２が設けられ、送入口３
から送入される加熱気体、好適には水蒸気によって加熱
が行なわれ、加熱の終った媒体は出口４から装置外に排
出されるようになっている。

本発明においては、下部容器８の下端附近に、水蒸気を
粉粒体底部に送入するための第一の整流器１１を配置し
、第一の水蒸気送入管１２及び整流器１１を通して、水
蒸気を送入すると共に、上部容器ｌと下部容器８との接
続部において、両者の内径の差によって生ずる環状の隙
間の部分に、第二の整流器９を設け、第二の水蒸気送入
管１０及び第二の整流器９ｔ−通して水蒸気の送入を行
なう・ 筒状容器の内部空間、即ち内部帯域６及び外部帯域７に
は、粉粒体が収容されており、容器下部の整流器を通し
て供給される水蒸気により流動層を形成する。この粉粒
体は、被乾燥物自体の乾燥粒子であることが好ましいが
、必らずしもこれに限定されず、被乾燥物と例えば篩分
は等で分離可能であるものであれば、任意の粉粒体であ
ってよく、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミ
ナ、ゼオライト、石灰石等を用いることもできる。

また、粉粒体の粒度は、平均粒径が３０ミクロン乃至４
ｍの範囲にあるものが、作業性の点で有利である。

内部帯域６及び外部帯域７において、粉粒体は濃厚流動
層状態に維持されるが、整流器１１全通して送入されろ
水蒸気の大部分は内筒５の内部を上方に流れ、内部帯域
６内の粉粒体を流動化させつつ粉粒体の上昇流を形成さ
せ、この粉粒体は内筒５の上端から外方に溢流し、内筒
５の外側、即ち外部帯域７において濃厚流動層を形成し
つつ全体として下降する循環流を形成させる。

この流動層中に、高含水率物質を供給するために、筒状
容器の上端部を通して内筒５の内側に延びている高含水
率物質の送入管１３が設けられている。また、乾燥処理
量を増大させるために、流動層の外部帯域７に加熱管１
４を設置し、高温の加熱媒体を送入口１５から送入し、
加熱済みの媒体を出口１６から排出させるようにするこ
とができる。流動化に使用した水蒸気及び高含水率物質
の乾燥により発生する水蒸気を排出するために、上部容
器１の上端部には、水蒸気排出管１８が設けられ、この
排出管１８には水蒸気と共に排出される微細粒子を捕集
するため、サイクロンのような粉体分離装置に接続され
、捕集された微細粒子は導管２０を経て回収されるよう
になっている。

一方微細粒子を除去した水蒸気は、導管２０を経て熱交
換器や他の加熱機構（図示せず）に送られ、水蒸気の有
する蒸発潜熱の回収及び利用が行なわれるようＫなって
いる。また、乾燥された製品を取出すために、下部容器
８の下端から整流器１１の面に迄延び、この面で開口し
ている製品抜出管２１が設けられる。尚、乾燥装置にお
いては、装置外壁表面からの放熱は熱エネルギーの損失
を招くものであるから、装置の外表面を断熱層１７にて
保温するが、その材質、寸法に関しては当業者が適宜定
め得る。

装置の運転操作 次に、本発明の乾燥装置の運転操作について説明する。

先ず、面状容器１，８の内部に平均粒径３０μｍ乃至４
１の粉粒体を所定量充填する。この粉粒体は後述する高
含水率物質の乾燥によυ得られる粉粒体であることが望
ましい。粉粒体の充填量は、濃厚流動層状態において、
内部帯域６から外部帯域７への循環が生じるに十分な量
である。

次いで、第一の水蒸気送入管１２及び第一の整流器１１
全通して水蒸気を送入すると共に、第二の水蒸気送入管
１０及び第二の整流器９を通して同様に水蒸気を送入し
、前述した粉粒体を流動化させる。この場合、第一の整
流器１１を通して送入する水蒸気の送入量は、定常乾燥
状態において、内部帯域６の流動層を、空隙率が０．５
〜０．８の濃厚流動層状態忙保たれるようなものである
ことが望ましい。

第一の整流器１１全通して流動層中に吹込む水蒸気の流
量と、第二の整流器９を通して吹込む水蒸気流量とは、
内部帯域６内の流動層の平均空隙率が外部帯域７内の流
動層の平均空隙率にくらべて大きい値になるように調節
される。このような制御によシ内筒下縁において、外部
帯域７と内部帯域６に静圧の差が生じ、これが起動力と
なって粉粒体が内筒下縁においては外部帯域から内部帯
域へ、内筒上縁においては内部帯域から外部帯域に移動
し、上部筒状容器１と下部筒状容器２から構成される装
置内で粉粒体の実質的な循環が確実に行なわれる。

第−及び第二の水蒸気送入管１０．１２から送入する水
蒸気としては、一般に温度が１００乃至１０００℃、特
に１５０乃至３００℃の範囲にある高温水蒸気が使用さ
れる。用いる水蒸気は飽和水蒸気でもよいが、過熱水蒸
気であることが特忙好ましい。

高含水率物質を、供給管１３を通して内部帯域６の流動
層中に供給する。高含水率物質としては、一般に湿潤質
量基準で４０乃至９５重量％の水分を含有する任意の物
質が使用され、この物質はスラリー状、泥状或いは固体
状等の任意の状態のものでよい。内部帯域６の粉粒体は
１０５乃至３００℃の温度に加熱されており、高含水率
物質この粉粒体中に分散混合されて、加熱され、乾燥さ
れる。

乾燥によって発生する水蒸気は、流動化用水蒸気と共に
内筒内部を上昇し、水蒸気排出管１８、サイクロン１９
及び導管２０を経て装置外に排出され、他の熱源として
使用される。

高含水率物質の乾燥に必要な熱エネルギーは、外部帯域
７に設けた加熱用ジャケット２及び／又は加熱管１４か
ら供給する。ジャケット２及び／又は加熱管１４に供給
する加熱媒体としては一般に１１０乃至１０００℃の温
度に加熱された空気、溶焼ガス、水蒸気或いは熱媒用高
沸点液体等のそれ自体公知の任意の加熱媒体が使用され
る。内筒５の上端から外部帯域７へ溢流する粉粒体は、
外部帯域７内を流動化しながら下降し、ジャケット２及
び／又は加熱管１４の壁面と接触して、前述した温度に
加熱され、内筒５の下端から内部帯域６に循環供給され
る。

高含水率物質中の固形分は乾燥されて所定の粒度分布を
持つ粉粒体となる。この所定の粒度の粉粒体から成る乾
燥品は、製品抜出管２１を経て装置外に製品として取出
される。また、乾燥処理の際発生する微細粉粒は、サイ
クロン１９によって水蒸気から分離され、導管２０から
取り出すことができる。製品として微細粒を必要とせず
、成る粒度以上の乾燥粉粒体を必要とする場合には、導
管２０から排出される微細粒を流動層６或いは帰還させ
ることもできる。

本発明において、第一の整流器１１の周囲に環状の第二
の整流器９を設け、これらの各整流器に通ずる水蒸気の
流量を調節することにより、安定で円滑な粉粒体の循環
が可能となると共に、その循環速度を任意に制御するこ
とが可能となシ、またその結果として乾燥後の粉粒体の
粒度分布をも調節することが可能となる。二重筒を用い
た溢流循環方式の流動層の場合、外部帯域７に粉粒体が
濃厚に沈降充填されて安定な流動層を形成することが屡
々困難となシ、また外部帯域７下部から内部帯域６への
粉粒体の循環供給も屡々不規則的なものとなり易い。本
発明においては、外部帯域７に対して、これに流動化用
の水蒸気を送入する専用の第二の整流器１２を設けたこ
とによシ、粉粒体の充填が生じ易い外部帯域７において
も安定な濃厚流動層が形成され、粉粒体の加熱が流動条
件下で効率的に行なわれる。また外部帯域７においても
粉粒体の流動化が生じていることによ）、外部帯域７か
ら内筒下端を経て内部帯域６の下部への粉粒体の循Ｊｌ
＋、円滑且つ安定に行なわれることになる。しかも、と
の粉粒体の循環量の調節は、第一の整流器１１への水蒸
気流量と第二の整流器９への水蒸気流量とを調節するこ
とによシ、容易に行なわれる。

既に指摘した通り、外部帯域７と内部帯域６との静圧の
差が粉粒体循環の起動力となるが、第二の整流器への水
蒸気流量（外部帯域への水蒸気送入量）を増大させると
粉粒体の循環量は小さくなυ、一方この水蒸気流量を減
小させると粉粒体の循環量は大きくなる。勿論この水蒸
気流量には自ら制限があシ、その下限は外部帯域７に安
定な流動層を形成させ得るに十分な量であり、その上限
は、外部帯域７内の流動層の平均空隙率が上部帯域６内
のそれよシも十分に小さい値に保持される量である。第
一の整流器１１への水蒸気送入量をＦ　ｋｇ／ｍ　　と
したとき、第二の整流器９への水蒸気送入量は、Ｆの２
０乃至３００　％、特に３０乃至１５０％の範囲で、変
化させることが望ましい。

装置の変更 本発明の装置は、前述した特徴を逸脱しない範囲内で多
くの変更が可能である。

例えば、第１図の具体例は粉粒体分離装置を乾燥装置外
に設置した例であるが、例えば第３図に示す通シ、粉粒
体分離装置１９を乾燥装置内に設置して、捕集した微細
粉粒体を外部帯域７の流動層中に帰還させることができ
る。

また、第１図の具体例では、加熱管１４が実質的に垂直
な管列をなしているが、第４図に示す通シ、加熱管１４
は蛇管或いは実質上水平或いは水平に近い管列であって
も同等差支えない。更に、加熱管１４が十分の加熱能力
を有し、しかも装置からの熱損失が大きくない場合には
、第５図の具体例に示す通り、加熱ジャケット２を省略
することもできる。更にまた、第６図の具体例に示す通
り、加熱管１４の管列は一列の場合に限られず、複数の
管列で設けられていてもよく、高含水率物質の送入管１
３も１本に限られず、複数本設けてもよい。

第１図に示す具体例では、筒状容器１内に単一の内筒５
を設けているが、第７図に示す通り、複数個の内筒５を
設けることもできる。また、筒状容器１及び内筒５は、
必らずしも円節に限定されず、第８図に示す通シ、断面
が正方形乃至は矩形のものであってもよい。

更に、下部筒状容器８に設置する整流器１１は、必らず
しも第１図に示すものに限定されず、第９図に示すよう
に、粗粒の排出に有利なコーン状のものであってもよい
。

本発明の水蒸気送入方式によれば、湿潤質量基準の水分
として４０〜９５チの範囲にあるスラリー状、泥状、固
体状の高含水物質を実質的に純粋な水蒸気によって安定
かつ連続的に乾燥することができ、発生した実質的に純
粋な水蒸気あるいは水蒸気を多く含む気体を加熱源とし
て他装置における乾燥・加熱に用いることによシ水蒸気
の保有する大きな蒸発の潜熱を効果的に利用することが
でき、総合的な熱エネルギー使用効率を格段に上げるこ
とができる。

悪臭など微量の環境汚染物質を含有する高含水率物質、
例えば都市系廃棄物などを公知の流動層乾燥装置によっ
て乾燥する場合には、これらの汚染物質が乾燥用の空気
あるいは燃焼ガスに伴なわれて大気中に逸散し、悪臭・
公害の原因となる。

本発明の装置を用いれば、これらの汚染源は水蒸気を加
熱用として利用したあとの凝縮水中に回収され、廃水処
理設備の中で充分に除去することができる。

また、本装置の使用によシ、実質的に純粋な水蒸気雰囲
気内での乾燥ができるから、酸素に対して敏感な薬品・
食品の乾燥を安定に行なうことができる。

本発明の乾燥装置を複数個組合せることにより、第１０
図に示す通り、多重効用乾燥が可能となる。

即ち、この多重乾燥装置では、第１図に示したものと同
様な構造を有する複数個の流動乾燥装置２２　ａ　＊　
２２　ｂ　＊　２２　ｅが設けられ、更に空気導入管２
３及び燃料乃至可燃物送入口２４を備え且つ内部に水蒸
気発生装置２５を有する燃焼室２５が設けられる。先ず
、燃焼室２゛５で発生する水蒸気は、第−及び第二の流
動乾燥装置２２　＆　、　２２ｂに流動化用ガスとして
供給される。一方、燃焼室２５からの燃焼ガスは第一の
流動乾燥装置２２＆の加熱管１４ｍへ供給され、供給管
１３＆から流動層中へ供給される高含水率物質の流動乾
燥が行なわれる。第一の流動乾燥装置２２＆からの水蒸
気、即ち流動化用水蒸気と乾燥によシ発生する水蒸気と
の合計量の水蒸気は、第二の流動乾燥装置２２ｂの加熱
管１４ｂに熱源として供給され、供給管１３ｂから流動
層内に供給される高含水率物質の流動乾燥が行なわれる
。第二の流動乾燥装置２２ｂからの蒸気は、第三の流動
乾燥装置２２ａの加熱管１４ａに熱源として供給され、
供給管１３６から供給される高含水率物質の流動乾燥が
行なわれる。第１θ図に示す具体例では、第一の流動乾
燥装置２２ｍの熱源として使用された燃焼廃ガスが第三
の流動乾燥装置２２ａの流動化用ガスとして再び使用さ
れているが、水蒸気を流動化用ガスとして使用し得るこ
とは勿論である。

実施例 本発明を次の実施例で説明する。

第１図に示す構造の流動乾燥装置を用いて、湿潤質量基
準で９２チの水分を含む粒径０，１乃至５ミクロンのシ
リカ微粒子スラリーの流動乾燥を行なった。用いた乾燥
装置は、上部筒状容器が８０簡の内径、６００＋ｍの高
さを有するものであり、下部容器は７２ｍの内径、７０
ＩＩＩ１１の高さを有するものであり、両者の接続段差
部に第二の整流器、下部容器の下端に近接して第一の整
流器を配置し、且つ内径４５ＩＩＩＩ１１高さ４ＱＱｍ
の円筒状内筒を配置したものである。

流動層を形成させるための粉粒体としては、上記シリカ
スラリーを乾燥、固化したものを粉砕して、平均粒径３
８０ミクロンのものを使用した・この粉粒体の流動化開
始速度は１．１　ｃｍ　／　ｓｓａであった。第一の整
流器及び第二の整流器を通して、温度２００℃の加熱水
蒸気を送入し、これらの送入量を、流動層外部帯域の水
蒸気の断面積基糸見掛流速が１３　ｃｍ　／　ｓｅｃ　
、流動層内部帯域上部での水蒸気の断面積基準見掛流層
が２６　ｃｍ　／　ｓｅａになるように調節した。また
、ジャケット及び加熱管に供給して、流動層外部帯域の
温度を２１３℃にした。この時流動層内部帯域の温度は
２０３℃であった。

前述したシリカ微粒子スラリーを連続的に１０時間供給
して乾燥処理を行なりた結果では、乾燥処理能力は１．
３ユスラ１７−　／　ｈ　ｒであり、乾燥製品の１５重
量％が底部抜出管よシ回収され、残シは粉粒体分離装置
で捕集回収された・乾燥物の粒度は運転に際し流動層に
充填した粉粒体のそれと殆んど同様であった。

また、運転の際、内部帯域のみならず、外部帯域でも安
定に流動層が形成され、粉粒体の循環速度は５７１　／
　ｓ＠ａ　に安定に維持された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流動乾燥装置の側面断面配置図であり
、 第２図は第１図の装置のＡ　−Ａ’断面図であり、第３
図は粉粒体分離装置を装置内部に設けた具体側を示す部
分断面図であり、 第４図は蛇管状の加熱管を設けた具体例を示す部分断面
図であり、 第５図は加熱ジャケットを省略した具体例を示す水平断
面図であり、 第６図は複数列の加熱管、及び複数個の高含水率物質供
給管を設けた具体例を示す水平断面図であり、 第７図は容器内に複数個の内筒を設けた具体例を示す水
平断面図であり、 第８図は断面が正方形の容器及び内筒を用いた具体例を
示す水平断面図であプ、 第９図は第一の整流器をコーン形状とした具体例を示す
部分側面断面図であり、 第１０図は多重効用型の乾燥装置を示す側面配置図であ
る。 １は上部容器、２は加熱ジャケット、５は内筒、６は内
部帯域、７は外部帯域、８は下部容器、９は第二の整流
器、１１は第一の整流器、１３は高含水率物質の供給管
、１４は加熱管、２１は乾燥品抜出管を示す。 特許出願人　　水澤化学工業株式会社 襄２凹 孤３［２Ｔ 具４図 ４５区　　　　　毛、）区 尾７　区　　　　　　　　尾８７ スｑ凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内径に比して３倍以上の高さを有する筒状容器；
   容器の下部に設けられた流動化用流体の整流器；筒状容
   器の内壁から水平方向に間隔をおいて且つ筒状容器の上
   端及び下端から垂直方向に間隔をおいて実質上垂直に設
   けられた両端開口の内筒；該容器内に充填され、内筒の
   内側を上昇し、内筒上縁から外方に溢流して、内筒外側
   を下降する粉粒体の循環濃厚流動層；該内筒内側の流動
   層中に高含水率物質を供給するための機構；及び内筒外
   部を下降する粉粒体を加熱するための機構を備えた循環
   流動層乾燥装置において、 筒状容器を、粉粒体と接触する部分の内径が実質上一定
   であり且つ下端が開口している上部容器と、上部容器に
   比して内径が小さく、内径が実質上一定であって且つ上
   端が開口している下部容器とを接続させることにより構
   成し、下部容器の下端附近に水蒸気を粉粒体底部に送入
   するための第一の整流器を設けると共に、上部容器と下
   部容器との接続部において、両内径の差によって生ずる
   隙間の部分に内筒外側の粉粒体に水蒸気を送入して、こ
   れを流動化させるための第二の整流器を設け、第一の整
   流器及び第二の整流器に通ずる水蒸気の流量を調節する
   ことにより、内筒内部の粉粒体を内筒外部の粉粒体より
   も平均空隙率の大きな濃厚流動層状態に流動化させると
   共に、安定な粉粒体の循環を行なわせることを特徴とす
   る水蒸気を用いる循環流動層乾燥装置。