KR20080045210A

KR20080045210A - 회전 유동층 내부로 일련의 층의 유체를 주입하는 장치 및이 장치의 사용 방법

Info

Publication number: KR20080045210A
Application number: KR1020087006372A
Authority: KR
Inventors: 브로끄빌 악셀 드
Original assignee: 브로끄빌 악셀 드
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-05-22
Also published as: CA2644367A1; US20080269432A1; EP1924348A1; BE1016766A5; WO2007031573A1; CA2644367C; CN101309745A; JP2009507633A

Abstract

본 발명은 일련의 원통형 챔버에서 하나의 원통형 챔버를 회전시키는 유동층 장치 및 회전 유동층으로 일련의 층으로 유체를 주입하는 장치와 유체의 촉매 전환, 또는 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서, 상기 원통형 챔버에 고정된 원형 벽 (2) 주위에 분배된 일련의 주입기 (12) 는 이 벽을 따라 연속된 층의 1 이상의 유체 (13) 를 주입하며, 유체는 이 챔버를 통과하는 고형 입자 (17) 를 이 벽을 따라 원심력이 고형 입자를 응집하는 빠른 회전 운동으로 동반하고, 이에 따라 유체가 제거되는 중앙 벽 (3) 을 따라 회전하는 유동층을 형성하게 된다.

Description

회전 유동층 내부로 일련의 층의 유체를 주입하는 장치 및 이 장치의 사용 방법 {DEVICE FOR INJECTING SUCCESSIVE LAYERS OF FLUID IN A CIRCULATING FLUIDIZED BED AND METHODS USING SAME}

본 발명은 고정된 원형 반응 챔버 내부에서 회전 유동층으로 일련의 층의 유체를 주입하기 위한 장치, 및 회전 유동층에 현탁된 고형 입자의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅 또는 다른 처리, 또는 이 장치를 사용하는 유체의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 방법에 관한 것이다.

중력만을 받으면서, 종래의 유동층에서 고형 입자의 농도를 높게 하기 위해서는, 유동층을 통과하는 유체는 중력으로 인한 고형 입자의 하방 압력보다 더 낮은 상방 압력을 고형 입자에 가해야만 하고, 이에 따라 유체의 상방 속도는 낮아서, 유동층을 통과할 수 있는 유체의 유량 및 이 유체의 부유물 중의 고형 입자의 속도와 상기 유체의 속도의 차이를 제한해야만 한다.

회전 유동층에 있어서, 원심력은 중력보다 실질적으로 더 크고, 유동층을 반경방향으로 통과하는 유체에 의해 부과된 구심력은 실질적으로 더 클 수 있기 때문에 유량 및 유체와 고형 입자의 속도의 차는 모두 실질적으로 더 크게 되고, 이에 따라 유체와 고형 입자 사이의 접촉이 향상되어 유동층을 통과할 수 있는 유체의 부피가 실질적으로 증가하게 되어 고형 입자를 냉각, 가열 및/또는 건조시키는 능력이 개선된다.

회전 유동층이 미끄러져야만 하는 고정된 원통형 벽에 의해 지지된다면, 이 고정된 원통형 벽에 대해 고형 입자에 의해 부과된 압력은 유동층의 두께, 밀도 및 회전 속도에 적합한 정도까지 이 고형 입자들을 감속시키게 된다. 회전 속도는 회전의 각운동량이 회전하는 기계적 수단을 사용하여 유지되지 않는다면, 반응기 내부의 이동하는 장비의 존재와 관련한 문제, 및/또는 유동층의 회전 방향으로 유체의 고속 주입에 의해 빠르게 감속할 것이다. 유체의 밀도가 고형 입자의 밀도보다 훨씬 더 낮다면, 필수 각운동량을 고형 입자에 전달하기 위해 주입되어야만 하는 유체의 양은 매우 높아서 고형 입자와 유체의 적절한 분리 및 두껍고 치밀한 유동층의 형성을 방지할 수 있게 된다.

실제로, 유체가 이 유체를 제거하기 위한 배출구를 포함하는 중앙 덕트에 의해 횡단되는 원통형 챔버의 대칭축에 수직이고 원통형 벽에 접하며 고속으로 주입될 때, 유체는 배출구가 좁다면 중앙 덕트에 침투하기 전에 이 중앙 덕트 주위에서 여러 번 돌 수 있다. 그러나, 고형 입자가 이 원통형 챔버 내부로 도입되자마자, 고형 입자들은 유체와 고형 입자의 비중의 비와 적합한 범위까지 유체를 감속시키게 된다. 따라서, 유체의 제거는 보다 직접적으로 이루어지고, 이는 배출구의 하류의 중앙 덕트를 따라 유체 흐름의 역류를 유발하여서, 출구를 향해 고형 입자를 동반하는 난류를 발생시킬 수 있어서, 원통형 챔버 내부의 두껍고 치밀한 유동층 형성의 가능성을 제한하게 된다.

본 발명은, 원형 반응 챔버, 상기 원형 반응 챔버의 원형 벽의 주변에 위치되어 1종 이상의 유체를 공급하기 위한 장치, 상기 유체를 제거하기 위한 장치, 상기 원형 반응 챔버의 일측에 고형 입자를 공급하기 위한 장치, 및 상기 원형 챔버의 반대편에서 상기 고형 입자를 제거하기 위한 장치를 포함하는 회전 유동층 장치로서, 상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 원형 반응 챔버 내부로 침투하거나 종방향으로 통과하는 중앙 덕트를 포함하고, 상기 중앙 덕트의 벽은 상기 중앙 덕트를 통해 상기 원형 반응 챔버로부터 상기 유체를 중앙에서 제거하기 위한 적어도 하나의 배출구를 포함하고, 상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원형 벽을 따라 일련의 층에 상기 유체를 주입하고 원심력이 상기 일련의 층을 통해 상기 원형 벽을 향해 상기 고형 입자들을 추력하는 회전 운동시 상기 고형 입자들을 동반하는 동안 상기 중앙 덕트 주위를 회전하며 상기 원형 벽 주위에 분배된 유체 주입기를 포함하며, 평균적으로 상기 원심력은 적어도 중력의 3 배 이상이고, 이에 따라 상기 고형 입자는 상기 중앙 덕트의 배출구를 통해 중앙에서 제거되기 전에 상기 유동층을 통과하는 상기 유체의 상기 층에 의해 지지되고 상기 원형 벽을 따라 미끄러지는 동안 상기 중앙 덕트로부터 소정 거리에서 그 중앙 덕트 주위를 회전하는 회전 유동층을 형성하게 되고, 구심력은 상기 고형 입자에 가해지는 상기 원심력에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치에 관한 것이다.

본 발명에서, 원형 반응 챔버의 원형 벽 주위에 분배된 주입기는 반응기를 침투하거나 반응기의 중앙축을 따라 통과하고 유체가 중앙에서 제거될 수 있는 하나 이상의 배출구를 구비한 중앙 덕트 주위에, 반응 챔버 내에서 빠르게 회전하며 중첩되는 일련의 유체층을 형성하기 위해, 일련의 층에서 원형 벽을 따라 1종 이상의 유체를 주입한다. 원형 반응 챔버는 일측에 공급된 후에 다른 측을 통해 제거되며, 원형 벽에 대한 고형 입자의 마찰을 감소시키는, 유체 패드로서 작용하고 원형 벽을 따라 연장하는 일련의 유동층의 구심력에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 원형 반응 챔버를 고형 입자들이 떠나기 전에 치밀한 회전 유동층에서 원심력이 고형 입자들을 응집하는 역할을 하는 빠른 회전 운동시에 유체에 의해 동반되는 고형 입자의 스트림에 의해 횡단된다. 유체는 원형 반응 챔버를 둘러싸는 유체 공급 챔버를 포함할 수 있는 공급 장치에 의해 공급되며, 원형 벽에 대한 회전 유동층의 원심력에 의해 평균 압력보다 더 큰 것이 바람직한 공급 장치와 중앙 덕트 사이의 압력의 차이 및 유체의 유량은 중력의 3 배 이상 더 큰 것이 바람직한 실질적인 평균 원심력을 생성하는 속도에서 유동층을 지지 회전하는데 적합하다.

고형 입자가 중앙 덕트로 동반되는 것을 회피하기 위해서, 원형 반응 챔버의 반경 및 고형 입자와 유체의 밀도 비가 증가할수록, 유체의 주입 및 제거 사이의 속도 및/또는 차이는 더 커야 하고, 고형 입자의 회전의 각운동량의 손실은 더 낮아야 한다.

이를 위해, 반응 챔버의 원형 벽에 대한 고형 입자의 압력 및 농도를 제한하여서 감속하기 위해서, 반응 챔버의 각 환형부에는, 90°간격 즉 4 개, 바람직하게는 적어도 7 개, 가장 바람직하게는 적어도 11 개인 적어도 하나의 유체 주입기가 설치되어야 하고, 따라서 하류에 위치된 주입기에 의해 주입된 유동층에 도달하기 전에, 상류에 위치된 주입기에 의해 주입되는 유체층을 따라 통과한 후에 이 원형 벽과 접촉할 고형 입자의 양 및 농도를 제한하기 위해서, 일련의 유체층의 수는 커야 하고 또는 이 주입기들 사이의 거리는 짧아야 하고, 바람직하게는 원형 챔버의 평균 반경보다 짧아야 한다.

또한 주입기의 프로파일은 충분한 속도에서 유체를 주입하도록 구성되어야 하고, 바람직하게는 유동층 및 얇은 층에서의 고형 입자의 원하는 회전 속도의 적어도 두 배의 속도이어야 하고, 유체의 주입시의 두께는 원형 벽과 예각, 바람직하게는 30°미만의 각을 이루는 방향으로 반응 챔버의 평균 반경의 1/20 보다 작은 것이 바람직하고, 유체 주입기의 배출구의 평면을 위해 하류에 위치된 측부의 원형 벽과 60°~120°의 각을 이루도록 형성되어서, 유체가 주입기를 빠져나갈 때의 유체의 추력 (thrust) 은 반경 또는 구심보다 더 접선을 따라 작용한다. 상기 원형 벽은 원통형일 수도 있지만, 유체 주입기 사이에서 평면이거나 다양한 반경의 만곡을 가질 수도 있다. 후자의 경우에, 원형 벽은 다각형이고 주입기의 각 측부에 위치된 측부는 주입기의 수가 증가할수록 180°에 접근하도록 각을 이룬다.

또한 배출구의 중앙 덕트 하류의 벽을 따라 상승할 수 있는 유체 흐름의 역류의 가능성을 감소시키고, 중앙 덕트 둘레의 유체의 회전을 용이하게 하기 위해서, 중앙 덕트의 단부는 하나 이상의 유체 배출구를 포함하지 않고, 배출구는 좁고 종방향으로 배치되어야 하고, 바람직하게는 중앙 덕트와 원형 벽 사이의 평균 거리의 절반보다 작은 평균 폭을 가지며, 배출구의 단면의 합은 유체 주입기의 출구의 단면의 합의 두 배보다 작은 것이 바람직하며, 이는 그 자체로 원형 반응 챔버의 평균 종방향 단면의 1/2 보다 작은 것이 바람직하고, 이 배출구의 평면은 중앙 덕트의 벽과 함께 60°~ 120°의 각을 이루는 것이 바람직하고, 이 벽은 배출구의 하류에 위치된 측면으로부터 반대측으로 반응 챔버의 원형 벽으로부터 점진적으로 벗어나며, 이에 따라 나선형의 형태를 갖게 되는 것이 바람직하다.

본 발명은 중앙 덕트의 벽과 편향기 사이에 위치된 공간으로 들어가는 통상 가장 미세한 고형 입자를 반응 챔버 내부로 재도입시키기 위해서, 유체 제거 출구의 상류의 전방 에지 및 이 유체 제거 출구의 하류의 후방 에지를 가지며, 중앙 덕트의 벽에 가까이 위치하고, 반응 챔버를 종방향으로 통과하는 날개형인 적어도 하나의 편향기를 포함할 수 있다. 이 공간의 흡입 단부는 바람직하게는 배출구의 단면의 합보다 크고, 후방 에지와 중앙 덕트의 벽 사이의 거리는 바람직하게는 이 에지와 원형 벽 사이의 거리의 절반보다 작다. 이 편향기는 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽을 따라 고형 입자가 상승하는 것을 방지하기 위해서, 거의 평행하게, 바람직하게는 배출구의 하류의 중앙 덕트의 벽과 대략 30°의 각이 되도록 고속도의 유체의 얇은 층으로 주입하도록, 그 후방 에지를 따라 배치된 유체 주입기가 구비될 수 있고 중공형일 수 있다.

본 발명은, 고형 입자의 출구에 근접하게 배치된 적어도 하나의 횡방향 제어 링을 포함할 수 있으며, 이 제어 링의 외부 에지는 원형 벽을 따라 연장하여 그에 고정되고, 그 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 중앙 덕트로부터 떨어져 있을 수 있어, 중앙 덕트의 배출구에 너무 가깝게 접근하지 않고도 유동층의 일측으로부터 타측으로 고형 입자를 통과시킬 수수 있다. 이 제어 링은 유동층이 원하는 두께의 상류에 도달하지 않는 한, 이 링의 상류에서 하류로의 고형 입자의 전달을 감속 또는 방지하는 기능을 한다. 고형 입자의 공급이 중단될 때 충분한 최소 통로가 원형 반응 챔버로 점진적으로 유출할 수 있도록 하기 위해, 원형 벽을 따라 통로를 포함할 수 있다.

본 발명은 나선형 턴의 세트를 포함할 수 있는데, 이 고형 입자들이 상기 나선형 턴을 따라 연장할 때, 고형 입자가 한 방향에서 종방향으로 이동하고, 중앙 덕트의 배출구에 너무 가깝게 접근하지 않고도, 이 나선형 턴과 중앙 덕트 사이의 공간에서 다른 방향으로 이동할 수 있도록, 이 턴의 외부 에지는 원형 벽을 따라 연장하여 고정되고, 그 내부 에지는 중앙 덕트로부터의 평균 거리, 바람직하게는 중앙 덕트와 원형 벽 사이의 평균 거리의 1/4 보다 더 큰 중앙 덕트로부터의 평균 거리로 둘러싸 위치한다. 연속적이거나 불연속적인 나선형 와권선 (helical spiral) 을 형성할 수 있거나 핀의 세트로 부분으로 분해될 수 있는 나선형 턴은, 유동층의 회전축이 비스듬하거나 수직이면, 고형 입자들이 원형 반응 챔버의 일측에서 다른 측으로 수회 통과하도록 하고, 및/또는 이 입자들이 종방향으로 상승하도록 하는데 적합하다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.04.14 및 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0186 호 및 제 2004/0612 호에 기재되어 있다.

본 발명에 있어서, 유동층의 회전축은 수평이거나, 경사지거나 또는 수직일 수 있다. 이 회전축이 수평이거나 45°미만, 바람직하게는 30°미만으로 경사져 있다면, 고형 입자의 평균 속도, 농도 및 고형 입자가 얇은 유체층에 가하게 되는 압력은 반응 챔버의 바닥부에서 더 크게 된다. 이에 따라 반응 챔버 내에서의 위치에 따라 다양한 유체 주입기의 유체 주입 압력 사이에서 차이를 두기 위해 외부 분배 챔버를 종방향 분리 벽에 의해 여러 개의 종방향 분획으로 분할하는 것이 바람직하다.

유동층의 회전축이 대략 수직이거나 45°이상, 바람직하게는 60°이상으로 경사져 있다면, 중앙 덕트의 배출구에 너무 가까이 접근하지 않고도 고형 입자가 이 공간을 통과할 수 있도록 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/3 미만이 바람직한 소정의 거리에서 중앙 덕트를 둘러싸는 분리 링은, 고형 입자의 과도하게 빠른 낙하를 방지하기 위해서 원형 벽에 대해 고정될 수도 있다. 이 분리 링의 상부 표면에 대해 고형 입자에 의해 부과된 압력은 그 강하뿐만 아니라 회전 이동도 감속시키게 된다. 이 링이 중공형이고 고형 입자의 회전 방향으로 그 상부 표면을 따라 유체를 얇은 층으로 주입하기 위한 유체 주입기를 구비한다면, 이 감속은 필요에 따라 보상될 수 있다.

본 발명에 있어서, 이 분리 링은 나선형 턴으로 대체될 수 있고, 이 나선형 턴은 중공형이고 원형 벽에 대해 고정된, 핀으로 분해되거나, 연속적이거나 불연속적인 나선형 와권선을 형성할 수 있으며, 턴 또는 핀의 경사의 방향은 고형 입자들이 상방이 되도록 하고, 상기 고형 입자들은 원형 벽을 따라 빠르게 회전하며, 턴의 내부 에지와 중앙 덕트 사이의 평균 거리는 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 것이 바람직하고, 이 턴의 상부 표면을 따라 상승하는 고형 입자를 중앙 덕트의 배출구에 너무 가까이 접근하지 않고도 이 공간으로 다시 떨어지게 할 수 있다. 이는 고형 입자를 원형 반응 챔버의 바닥부로 공급하여 그 최상부에서 고형 입자를 제거하는 역할을 한다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.04.14 및 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0186 호 및 제 2004/0612 호에 기재되어 있다.

본 발명에 있어서, 중앙 덕트는 원형 반응 챔버의 일측에서만, 바람직하게는 유동층의 회전축이 수직이거나 비스듬하다면 상부측에서만 횡단될 수 있고, 반대측에 도달하기 전에 종료될 수 있다. 중앙 덕트의 단부는 점진적으로 감소될 수 있고, 원형 반응 챔버에 위치된 그 단부는 개폐될 수 있다.

본 발명에 있어서, 분배 챔버는 상이한 부분으로 공급되어 회전 유동층의 대응 부분을 통과하는 유체의 양과 질 사이에서 차별을 두기 위해서 횡방향 환형 분리 벽에 의해 일련의 환형부로 분할되고, 중앙 덕트가 일련의 부분으로 분할되고, 중앙 덕트 내부를 통과하고 이 유체들을 개별적으로 제거하는데 적합한 관과 연결된다면, 이들 유체는 동일한 부분 또는 다른 부분으로 재순환될 수 있다.

본 발명에 있어서, 여러 개의 원형 반응 챔버가 한 챔버에서 다음 챔버의 고형 입자의 입구와 고형 입자의 출구를 연결하여, 연속으로 설치될 수 있고, 재생된 후에, 이 입자들이 촉매라면, 고형 입자는 원형 반응 챔버에서, 필요한 다소 장기간이 지난 후에 적절한 장치에 의해 재순환될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 장치는 원형 챔버가 원형 반응 챔버로부터 상기 유사한 챔버 로 상기 고형 입자를 전달하기 위한 전달 라인에 의해 다른 유사한 챔버에 연결되고, 입구는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치의 반대측에 원형 반응 챔버의 챔버의 원형 벽에 가까이 위치되고, 출구는 상기 유사한 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 반대측에 상기 유사한 챔버의 상기 중앙 덕트에 가까이 위치되는 것을 특징으로 한다. 유사한 장치가 동일 발명자의 이름으로 2004.12.12 일자로 출원된 벨기에 특허 제 2004/0612 호에 기재되어 있다.

본 발명은 아주 많은 양의 유체가 고형 입자와 유체 사이의 우수한 분리성으로 치밀한 회전 유동층을 통과하도록 하고, 유체 밀도가 낮을지라도, 반응기 내부에 회전 기계 수단을 사용하지 않고도 높은 원심력을 얻을 수 있도록 유동층을 회전시키는데 적합하다. 적절한 처리 후에, 체류 시간이 필요한 만큼 조절될 수 있는, 유체 및/또는 고형 입자의 재순환을 용이하게 한다. 이는 컴팩트한 반응기에서 고형 입자의 빠른 건조와 같은 유체와 고형 입자 사이의 매우 우수한 접촉및/또는 에틸렌의 촉매 중합과 같은 높은 발열 촉매 반응의 온도를 조절하기 위한 고열 전달력, 또는 에틸벤젠의 촉매 탈수소화와 같은 높은 흡열 반응, 또는 경질 가솔린의 촉매 분해 등을 필요로 하는 방법에 특히 유리하다. 또한, 본 발명은 원하는 비율로 촉매 입자의 재생하기에 적합하고, 이 고형 입자의 높은 회전 속도는 고형 입자들이 응집하거나 반응기 표면에 달라붙을 가능성을 감소시켜준다. 고형 입자와 반응기 표면 사이의 유체 패드의 존재는 또한 반응기 벽 및 소형 입자의 마찰을 감소시킨다.

도 1 은 3 개의 동심 벽을 포함하는 본 발명에 따른 원통형 반응기의 종방향 개략도를 도시한다.

도 2 는 (y) 및 (z) 축의 평면을 따라, 본 발명에 따른 원통형 반응기의 횡방향 개략도를 도시한다.

도 3 은 유체 주입기의 하류의 원형 벽의 작은 변화가 주입기의 출구 평면을 어떻게 바꾸는지를 보여주는, 유체 주입기 주변 영역의 횡방향 개략도를 도시한다.

도 4 는 반응 챔버로부터 유체를 공급 및 제거하기 위한 장치가 개량된 반응기의 (y) 및 (z) 측의 평면을 따른, 횡방향 개략도이다.

도 5 는 두 개의 유체 주입기 주위에 위치된 영역의 확대도이다.

도 6 은 (x) 축이 유동층의 회전축 (OO') 과 일치하고 수직인 (x) 및 (z) 측의 평면에서, 중첩된 원형 챔버의 두 부분의 연결의 종방향 개략도이다.

도 7 은 일련으로 위치된 두 개의 원형 반응 챔버의 일측에 도입된 고형 입자의 건조에 적용되는 도면이다.

도 8 은 유동층의 회전축이 가파르게 경사지고, 중앙 덕트가 상기 하부측의 소정의 거리에서 난류하는 것을 제외하고는, 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도이다.

도 9 는 중앙 덕트의 각 단부에서 원심 압축기를 포함하는, 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도이다.

도 10 은 본 발명의 원통형 반응기의 공급 챔버 및 중앙 덕트가 4 개의 부분으로 분할되는 본 발명의 실시형태를 도시한다.

도 11 은 수직 원통형 반응기의 개략적인 단면도이며, 그 원통형 대칭축의 각 측에 그 원통형 측벽의 단면이 도시되어 있다.

도 1 은 개략적인 종방향부를 도시하며, (x) 축 및 (z) 축 면에서, 원통형 반응기의 유동층의 회전 축선 (OO') 과 일치하는 (x) 축 및 위쪽을 향하며 수직방향과 일치하는 (z) 축은 외부 벽 (1), 원형 벽 (2) 이라 불리는 중간 벽 및 중앙 덕트의 벽으로 불리는 중앙 벽 (3) 의 3 개의 동심인 벽과 두 개의 환형 측벽 (4.1, 4.2) 으로 폐쇄되어 있으며 중앙 벽과 외부 벽 사이에 포함된 공간을 포함한다. 외부 벽과 원형 벽 사이의 공간 (5) 은 공급 유체(들)용 챔버이고, 원형 벽과 중앙 벽 사이의 공간 (6) 은 원형 반응 챔버이며, 중앙 벽 내부의 공간은 중앙 덕트 (7) 이다.

관 (8) 은 외부 벽 (1) 또는 환형 측벽 (4.1, 4.2) 을 통해 화살표 (9) 로 나타내진 유체(들)를 공급 챔버 (5) 내부로 도입하기 위해서 사용되고 관 (10) 은 화살표 (11) 로 나타내진 유체(들)를 중앙 덕트 (7) 로부터 제거하기 위해 사용된다. 원형 벽 (2) 을 통과하는 종방향 슬릿 (12) 은 원형 반응 챔버의 일단부에서 다른 단부로 연속적으로 연장하거나 또는 도면에 도시된 경우에서와 같이 다소 긴 길이를 따라 연장하고 다소 긴 거리로 서로 분리될 수 있으며, 화살표 (13) 로 나타내진 유체(들)를 원형 벽 (2) 을 따라 원형 반응 챔버 (6) 내부로 얇은 층으로 주입하기 위한 유체 주입기를 도시하고, 중앙 덕트의 벽 (3) 의 배출구 (14) 는 화살표 (15) 로 나타내진 이 유체를 중앙 덕트 (7) 의 원형 반응 챔버 (6) 로부터 제거하는 기능을 한다. 유체(들)는 원형 반응 챔버 내에서 빠르게 회전하기 때문 에, 유체 속도의 접선 성분은 실질적으로 반경방향 성분보다 크지만, 유체 속도의 접선 성분은 도면의 평면에 수직이기 때문에 볼 수는 없다.

선 (16) 은 측벽 (4.1) 을 통해 작은 원 (17) 으로 나타내진 고형 입자를 도입하는데 이용된다. 고형 입자는 회전 운동시 유체에 의해 동반되고 원심력은 고형 입자들이 대략 원통형 표면 (18) 으로 유동층을 형성하는 원형 벽 (2) 을 따라 고형 입자들을 유지시킨다. 라인 (19) 은 반대쪽의 환형 측벽 (4.2) 을 통해 고형 입자 (17) 들을 제거하는데 사용된다.

상이한 특성 및/또는 상이한 압력의 유체(들)를 공급하기 위해 환형 벽 (20) 은 분배 챔버 (5) 를 환형부 (A, B, C) 로 분할할 수 있다.

유체(들)를 제거하기 위한 상기 관 (10) 은 그 양 단부가 더 넓은 중앙 덕트 (3) 내부로 관통하여, 사이클론 형태를 형성할 수도 있다. 중앙 덕트로 관통되어 빠르게 회전하는 고형 입자는 원뿔형 벽 (24) 을 따라 응집되고, 관 (25) 에 의해 제거된 후에 선택적으로 재순환된다.

유동층은 원형 벽에 대해 하나 이상의 통로 (27) 를 선택적으로 구비한 제어 링 (26) 에 의해 분할되어 고형 입자가 한쪽에서 다른 쪽으로 통과할 수 있도록 한다. 라인 (16) 을 통한 고형 입자 (17) 의 공급량이 통로 (27) 를 통과하는 고형 입자의 전달량보다 크면, 제어 링 (26) 의 상류에서 상기 유동층의 두께 (28) 는, 입자들이 이 링의 중앙을 통해 흘러 넘쳐서 다른 쪽으로 통과하기에 충분할 때까지 증가하게 된다. 라인 (19) 을 통한 고형 입자의 출구 유량이 공급량보다 크면, 제어 링 (26) 의 하류에서 유동층의 두께 (29) 는, 고형 입자가 희박화 (rarefaction) 되어 고형 입자들의 입구 유량로 출구 유량을 자동으로 조절할 때까지 감소하게 된다. 고형 입자의 공급량이 충분히 크면, 이 장치는 유동층의 부피를 제어 링 (26) 의 상류에서 거의 일정하게 유지하는 역할을 하고, 이 제어 링은 출구 (19) 가까이에 위치되는 것이 바람직하다. 통로 (27) 는 고형 입자의 공급이 정지될 때 모든 고형 입자들을 원형 반응 챔버로부터 제거하는 역할도 한다.

상기 반응기는 수평이기 때문에, 중력의 영향은 원형 반응 챔버의 최상부 (28) 와 저부 (30) 사이에서 고형 입자의 농도 및/또는 유동층의 두께의 차를 만들게 된다. 출구 (14) 는 반응기의 저부에 위치하는 것이 바람직한데 왜냐하면 입자들의 속도 및 농도가 반응기의 저부에서 최대이고, 따라서 유동층의 두께는 최소가 되며, 이에 따라 중앙 덕트 (7) 로 동반될 가능성이 감소되기 때문이다.

배출구 (14) 의 평면은 중앙 덕트의 벽과 수직이기 때문에, 반응 챔버의 두께 또는 폭 (31) 은 배출구 (14) 의 하류에서 최소이고 상류에서 최대 (32) 이다. 원형 벽 (2) 은 이 도면에서는 원통형이고, 따라서 그 반경 (33) 은 일정하지만, 중앙 덕트의 벽 (3) 의 곡률의 반경은 변화한다. 그 값은 출구 (14) 의 상류에서 최소 (34) 이고 하류에서 최대 (35) 이다.

유체 (11) 의 제거를 용이하게 하기 위해서, 배출구 (14) 의 폭 (36) 은 반응 챔버의 중간에서 최대일 수 있고, 환형 측벽 (4.1, 4.2) 가까이에서 최소일 수 있어서 중앙 덕트의 면은 그 단부에서 더 크게 된다. 고형 입자들이 중앙 덕트 내부로 동반될 때 이 벽들에 의해 느려지는 것을 방지하기 위해, 이 폭 (36) 은 이 벽들에 있어서는 존재하지 않는 것이 바람직하다.

상기 반응기는 출구에 대한 입자의 유량을 증가시키기 위해 약간 기울어질 수도 있어서 반응 챔버에서의 체류 시간이 감소된다. 이 경우에, 유동층의 표면은 경사의 범위와 원심력에 대한 중력의 비율에 따라 약간 원뿔형이라는 것은 명백하다.

도 2 는 (y) 및 (z) 축의 평면을 따르는 도 1 의 반응기의 개략적인 단면도를 도시하고, 환형 분배 챔버 (5) 는 각각 유체 주입기 또는 유체 주입기 세트 (12) 에 연결된 4 개의 관형 분배 챔버 (5.1 ~ 5.4) 로 대체된다. 이러한 구조는 주입기의 수가 적을 때 바람직할 수 있다.

중앙 덕트의 벽 (3) 의 곡률의 반경 (35) 은 배출구 (14) 의 상류 부분에서 더 작고 (34), 이에 따라 나선형이 나타나고 원형 챔버의 폭 (31) 은 상류 (32) 보다 하류에서 더 작은 것이 바람직한데, 왜냐하면 덕트 주변에서 회전하는 유체의 유량은 유체가 배출구 (14) 에 접근할수록 증가하기 때문이다.

표면 (37) 은 중앙 덕트의 출구 (14) 의 하류 (38) 에서의 유체 유동의 선택적인 역류에 의해 생성된 난류 영역의 단면을 나타낸다. 이 난류는 배출구 (14) 를 통해 통상 가장 미세한 고형 입자를 제거할 수 있다.

반응기의 저부에 원심력을 가하고 고형 입자의 속도를 증가시켜서 원심력을 증가시키는 중력이 원형 벽에 대해서 관형 분배 챔버 (5.3) 의 주입 압력을 더 크게 할 수 있는 고압을 생성하는 것을 관찰하는 것은 유용하다. 또한, 고형 입자상의 유체의 구심력을 감소시켜서 중앙 덕트로 유체를 동반할 위험을 감소시키기 위해서, 배출구 (14) 의 상류에서 관형 챔버 (5.2) 의 주입 압력을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

수치 시뮬레이션은, 4 개의 유체 주입기를 갖는 40 cm 직경의 원통형 챔버에서, 원통형 챔버의 각 환형부 주위에 90°간격으로 분포되고 원통형 벽과 30°의 각도를 이루는 방향으로 대기압하에서 공기를 주입하여 조밀한 회전 유동층을 형성하는 것을 보여준다. 그러나, 대량의 고형 입자가 얇은 유체층을 통과하여 주입 슬릿의 상류의 원형 표면을 따라 느려지고, 고형 입자의 농도는 이론상의 최고값에 도달하여 이에 의해 유동층의 회전에 대한 저항성을 증가시키게 된다는 것이 밝혀졌다. 감속되면 주입기의 상류에서 고압을 발생시키는 고형 입자와 주입기 출구의 개구부의 고형 입자의 이 고압을 상쇄시키기 위해 높은 압력으로 분사되어야 하는 유체 사이의 상호 작용은 강한 원심 추력을 국부적으로 발생시키고 배출구의 상류에 이 강한 추력이 있으면 이 추력에 의해 고형 입자가 배출구를 향해 방출될 수 있으며, 이에 따라 고형 입자의 손실이 야기된다는 것 또한 밝혀졌다.

이 제동 효과를 감소시키고 고형 입자의 손실을 야기할 수 있는 공명의 경우를 감소시키기 위해서, 주입기의 수를 바람직하게는 소수 (primary number) 로 증가시키고/또는 주입기 사이의 거리가 전체에 걸쳐 동일하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 주입기 및 원형 벽의 형상을 유체의 원심 추력을 최소화하고 그 접선방향 추력을 촉진하기에 적합하도록 하는 것도 바람직하다.

따라서 도 2 에서, 주입기의 배출구의 평면은 원통형인 원형 표면에 평행한 평면과 수직으로 결합되고, 이에 따라 유체의 주입각이 작더라도 고형 입자에 대한 유압으로 인해 원심 추력을 지지하게 된다.

도 3 은 유체 주입기 주변 영역의 개략적인 단면도를 도시하며, 이는 원형 벽 (2.3) 의 연장부에 있는 지점 (B) 에서, 면과 접선이 되는 유체 주입기 (12) 의 하류의 원형 벽 (2.2) 의 작은 변경이 어떻게 출구면의 방향을 바꾸고, 이에 따라 평면 벽 (2.2) 과 약 90°의 각 (40) 을 이루게 되는지를 도시한다. 이에 따라 지점 (A) 에서 출구측 상류에서 유체 (13.1) 의 고압에 의해 발생된 추력은 원형 벽과 더 접선 방향이 된다.

작은 원 (17) 으로 나타내진 고농축된 고형 입자들은 주입기 (12.1) 의 상류의 방향 (41.1) 에서 원형 벽 (2.1) 을 따라 미끄러지는 컴팩트 세트를 형성한다. 주입기 출구에서, 유체 (13) 의 유선 (42.1) 과 고형 입자들이 만나면 고형 입자들은 상당히 편향되게 되고 유선 (41.2) 을 따라 가속되어서 그 농도는 상당히 감소되고, 따라서 벽 (2.3) 으로부터 편향되면서 유동층 내부로 점점 침투하는 (42.3), 유체의 유선 (42.2) 을 따름으로써 고형 입자의 컴팩트 세트를 점점 침투하기 위해 유체의 분획물이 점점 커지도록 한다.

공간 (43) 에서 고형 입자들의 유선 (41.2) 과 벽 (2.2) 사이의 유압은 고형 입자가 유체의 출구를 막는 것을 방지하여서 고형 입자들이 이 유선 (41.2) 에서 편향되기에 충분하여야 한다. 상기 유체가 고형 입자들을 가속시키기 때문에, 유체의 에너지와 압력은 감소하여서, 유선 (41.3) 을 따르는 고형 입자들이, 다음 주입기의 앞을 통과할 때까지 속도가 느려져서 농도가 증가하게 되는 원형 벽 (2.3) 에 도달하도록 한다. 등.

원형 벽과 주입기 출구 (12) 면 사이의 각도 (40) 가 도 2 에 도시된 바와 같이 0°에 가깝다면, 고형 입자의 방향 (41.2) 은 더 갑작스럽게 변할 수 있기 때문에 고압을 발생시켜서, 이 면에 수직이어서 구심력이 생기는 방향으로, 주입기의 상류부에 위치된 고형 입자의 더 높은 유체 추력 및 유선 (41.2) 은 벽 (2.2) 으로부터 더 편향될 수 있으며, 이에 의해 상류의 고형 입자의 감속을 증가시켜서 고형 입자들은 중앙 덕트와 더 가까워지게 된다.

이는, 유체 제트의 주입에 의해 존재하는 장애물과 충돌하며, 반응 챔버의 곡면 벽에 의해 감속되는 고형 입자가 실질적으로 고형 입자들의 수직 미끄러짐을 감소시키는 컴팩트 세트를 어떻게 형성하는 지를 보여주며, 또한 유체 주입 방향 및 주입기의 배출구의 배치 및 배향이 주입기의 출구의 상류의 고형 입자의 유체에 의해 부과된 구심력 및 이 제동 효과를 어떻게 최소화시키는지를 보여준다.

도 4 는, 개량되는 반응기의 축 (y, z) 의 평면을 따르는, 개략 단면도를 도시하며, 반응 챔버로부터 유체(들)를 공급하고 제거하는 장치가 고형 입자에 대한 유체의 접선의 전달 및 구심 각운동량간의 비를 증가시키고 중앙 덕트의 배출구 (14) 를 통해 탈출하는 고형 입자의 양을 감소시키기 위해서 변형되어 있다. 증가된 유체 주입기의 수는 이 실시예에선 11 개이고, 공급 챔버는 원형 벽 (2) 을 둘러싸는 원통형 벽 (11) 에 의해 경계지어지는 것이 바람직하고, 공급 챔버는 상이한 압력으로 여러 개의 유체 주입기 (12) 를 공급하기 위해서 종방향 벽 (49) 에 의해 종방향 분획물 (5.1 ~ 5.4) 로 나뉜다.

원형 벽은 두 개의 주입기 (12) 사이 평면이다. 따라서, 이 원형 벽은 다각형이다. 도 5 에 도시된 배치에 따르면, 유체는 이 표면에 평행하게 주입되어 고형 입자가 이 표면을 미끄러지는 것을 용이하게 하여 주입 슬릿의 상류의 고형 입자의 농도를 감소시켜서 이동 저항을 감소시키게 된다.

원형 반응 챔버 (6) 를 종방향을 통과하는 즉, 도면의 평면에 수직이며 가압 유체가 도입될 수 있는 두 환형 측벽 (4.1, 4.2)(도시 생략) 에 고정되는 단면 (50) 을 갖는 중공 날개형 편향기는 배출구 (14) 의 상류에, 중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 일정 거리 (51) 에 위치된다. 이 중공 날개형 편향기는 중앙 덕트의 벽과 편향기 사이의 공간 (53) 으로 유체의 흐름 (52) 을 보낸다.

상기 편향기 (50) 의 선단부 (54) 을 따라 발달할 수 있는 난류 영역 (37) 은 고형 입자를 이 공간 (53) 내부로 동반시킬 수 있다. 거리 (51) 는 배출구 (14) 의 두께 (36) 보다 큰 것이 바람직하고, 이 고형 입자들을 가속시키는 유체 (52) 의 속도는 점진적으로 증가하고 원심력은 중공 편향기 (50) 의 곡선형 내벽 (55) 을 따라 고형 입자들을 추력시킨다.

중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 일정 거리 (57) 에 위치된, 편향기의 후단부 (56) 는, 배출구 (14) 를 너머 반응 챔버 (6) 로 복귀하는 흡입 효과를 생성하는 중앙 덕트의 벽 (3) 에 다소 평행하게, 바람직하게는 약 30°보다 작게, 고속으로 유체를 얇은 층 (58) 으로 주입하기 위한 하나 이상의 유체 주입기를 구비하며, 고형 입자는 편향기의 내벽 (55) 을 따라 유동한다. 그러나, 난류 영역 (59.1) 은 중앙 덕트의 벽 (3) 과 얇은 유체층 (58) 사이에서 발달되어서 이 고형 입자들의 일부를 출구 (14) 로 되돌리는 역류를 생성할 수 있다. 이 영향을 최소화하 기 위해서는, 공간 (53) 내의 압력 강하가 작아서, 유체의 흐름 (52) 을 가속시켜야 하는 고형 입자의 양이 적어지고 거리 (57) 가 바람직하게는 선단부와 원형 벽 사이의 거리 (60) 의 반보다 짧도록 작아지는 것이 바람직하다.

다른 난류 영역 (59.2) 은 유체 제트 (58) 와 원형 벽 사이에서 발달되어서 이 영역의 상류의 유동층의 회전에 대항 저항성을 증가시키는 유체 역류를 야기할 수 있다. 이 영향을 최소화하기 위해서, 얇은 유체층 (58) 의 주입은 중앙 덕트의 벽 (3) 을 약간 향하거나 평행한 것이 바람직하다.

도 5 는 두 주입기 (12.1, 12.2) 주위의 영역의 확대도를 나타낸다. 주입기 (12.1) 의 상류의 고형 입자들은 유선 (41.1) 을 따르는 평면벽 (2.1) 을 따라 미끄러진다. 이 고형 입자들은, 출구 표면이 벽 (2.2) 의 평면과 약 90°의 각 (40) 을 이루는 주입기 (12.1) 의 출구에 있는 유체 흐름 (13.1) 에 압력을 가하고, 이 고형 입자들은 반응 챔버로 들어가는 유체의 정상 팽창을 방지하여서, 압력이 고형 입자의 압력을 보상하여 유선 (41.2) 을 따라 전환하는 유선 (42.1) 을 따르도록 하여, 이 유체층 내부로 점진적으로 침투한다. 고형 입자들은 그 농도에 따라 다소 침투가능한 편향기로서 작용하는 배리어를 형성하고, 이 고형 입자들은 유선 (42.2) 과 다각형 벽 (2.2) 사이의 유체 및 높은 평균 속도를 갖는 유체를 제한하는데, 왜냐하면 유체는 좁은 공간에서 제한되어 에너지를 잃게 되며, 따라서 유선 (41.3) 을 따라 흐르는 고형 입자에 유체가 에너지를 전달함에 따라 고형 입자를 가속화하므로, 고형 입자들의 농도는 감소되고 그 침투성은 증가되며, 이에 따라 유선 (42.3) 을 벽 (2.2) 으로부터 벗어나게 하여 일부 에너지를 잃은 유체의 속도가 느려지도록 할 수 있다. 고형 입자들의 유선 (41.4) 은 최종적으로는 벽 (2.2) 을 따라서, 고형 입자들이 미끄러지고, 감속되는 곳을 따라 이동하고, 그 농도는 다음 주입기 (12.2) 에 도달하기 전에 증가하게 된다. 등.

주입기의 상류의 고형 입자의 흐름의 농도는 유체 주입기 (12.1, 12.2) 사이의 거리가 증가하여서 고형 입자들의 수가 감소함에 따라 증가하게 되고, 만일 평면벽 (2.2) 의 표면이 도 3 의 벽 (2.1, 2.3) 처럼 곡선형이었다면, 주입기는 고형 입자의 흐름 (41.1, 41.4) 에 추가적인 압력을 가하여, 그 속도를 늦추어 농도 및 유동층의 회전에 대한 저항성을 증가시키게 된다.

주입기의 수가 더 크다면 두개의 주입기 사이의 각도의 편차 (66) 는 더 작아지고, 이에 따라 고형 입자의 흐름 (41.2, 41.3) 의 편차는 감소하게 되어서 유체 흐름 (13.1, 13.2) 에 가해지는 압력, 및 이 유체 흐름을 통과한 후에 다각형 원형 벽을 따라 집중할 수 있는 고형 입자들의 양도 감소하여 유동층의 회전에 대한 저항도 감소하게 된다. 주입기 (12.1) 출구의 평면과 다각형 원형 벽 (2.2) 에 의해 생긴 각 (40) 은 약 90°이고, 유체 (13.1) 의 주입이 이 벽 (2.2) 에 실질적으로 수직인 방향이 되도록 함으로써, 고형 입자로 전달된 접선방향 각운동량의 양을 증가시키게 된다.

이는, 유체 주입기의 수가 많다면, 압력이 원심력을 상쇄하여 이 입자들이 회전에 대한 매우 낮은 저항으로 다각형 원형 벽을 따라 미끄러지도록 할 수 있는 유체 패드에 의해 고형 입자들이 전달되는 것을 나타낸다.

원형 반응 챔버는 다른 유사 챔버들과 일렬로 연결될 수 있고, 상류 챔버로 부터의 고형 입자들의 출구 (19) 는 다음 챔버의 입구 (16) 와 연결될 수 있다. 이 원형 반응 챔버는 연장부에서 나란하거나 이중일 수 있다. 원형 반응 챔버는 경사지거나 수직일 수 있다.

도 6 은 이중 원형 챔버의 두 부분의 연결부의 (x) 및 (z) 축의 평면에서의 종방향 부분을 개략적으로 도시하며, (z) 축은 수직이며, 유동층의 회전축 (OO') 과 일치한다. 유동층의 표면 (18) 은 원뿔형이고, 반응 챔버 (6) 의 유동층은 링 위에 직접 위치된 유동층의 일부를 지지하는 링 (80) 을 분리함으로써 환형부로 세분된다. 이 환형부는 속이 비어있고, 분리 링 (80) 의 상부를 지지하는 고형 입자를 지지하고 회전하며, 이 얇은 층에서 유체 (83) 를 축 (x, y) 에 다소 평행하고 회전 축선 (OO') 에 수직인 주입기 (82) 를 통해 주입하기 위해 개구부 (81) 를 통해 유체 분배 챔버 (5) 에 연결되어 있다.

반응 챔버의 바닥부에 위치된 분리 링 (85) 은 중앙 덕트의 벽 (3) 으로 연장되지만, 다른 분리 링 (80) 은, 중앙 덕트의 벽 (3) 으로부터 소정 거리를 유지하는 동안 고형 입자들이 통과할 수 있도록 바람직하게는 원형 벽과 중앙 덕트 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 넓은 중앙 개구부를 가져서 배출구 (14) 를 통해 중앙 덕트 내부로 고형 입자들이 동반되는 것을 방지한다.

고형 입자의 흐름 (90) 은 분리 링 (85) 을 통과하여 하부 챔버의 상부 (92) 로 침투하는 운반 라인 (91) 을 통해 상부 원형 반응 챔버의 바닥부로부터 이동한다. 유체 스트림 (11) 은 하나 이상의 라인 (93) 에 의해 중앙 덕트 (7) 로부터 제거된다.

유동층에 대한 유압이 각 원형 반응 챔버에서 다소 동일하다면, 유동층에 위치된, 원형 벽에 가까운 운반 라인 (91) 의 입구의 압력은 유동층의 외부에 위치된, 중앙 덕트의 벽과 가까운 그 출구에서의 압력보다 더 크고, 이에 따라 반응기가 동일한 높이에서 수평으로 위치되어 있더라도, 한 반응기에서 다른 반응기로 고형 입자를 용이하게 운반할 수 있다.

마지막으로, 배출구 (14) 를 통과하는 중앙 덕트 (7) 내부로 침투되고 중앙 덕트의 바닥부에서 회전하는 동안 떨어지는 고형 입자 (95) 는 서로 교차하기 위해 실질적으로 운반 라인 (90) 과 동일한 평면에 있지 않은 관 (96) 에 의해 제거된다. 이 위치에서의 압력은 반응 챔버에서의 압력보다 낮기 때문에, 이 고형 입자들은 개별적으로 수집되어서, 적절한 수단에 의해서 선택적으로 재순환되어야 한다.

분리 링 (80) 은 나선형 턴에 의해 대체될 수 있다. 원형 벽 및 나선형 턴을 따라 회전하는 고형 입자들은 턴의 경사면이 상부를 향한다면 위로 상승할 것이다. 이 경우에, 운반 라인 (91) 의 하부가 원형 벽을 따라 위치되고(여기서 압력이 가장 높다), 이 운반 라인 (91) 의 상부는 중앙 덕트의 반대편에 위치되어 있다면(여기서 압력이 가장 낮다), 고형 입자들을 하부 챔버에서 상부 챔버로 이동시키는 것이 가능하다. 원형 반응 챔버로부터 제거되거나 이동되지 않는 입자들은 턴의 내부 에지와 중앙 덕트 사이의 중앙 공간으로 물러날 수 있다. 나선형 턴은 속이 비어있어서 그 상부 표면을 따라 원형 반응 챔버의 내부로 주입되는 유체가 공급될 수 있다. 나선형 턴은 연속적이거나 불연속적인 나선을 형성할 수 있거나, 상방으로 배향된, 고정된 핀과 유사한 턴의 분획물로서 분할될 수도 있다.

유체의 흐름은 목적에 따른 배치에 따라 재순환될 수 있다. 예컨대, 도 7 은 일렬로 배치된 두 원형 반응 챔버 중 하나의 일측에서 관 (16) 에 의해 도입되고 제 2 챔버의 반대편 단부에 배치된 관 (19) 을 통해 나가는 고형 입자의 건조에 적용된 배치를 도시하며, 이 입자들을 한 반응기에서 다른 반응기로 이동시키는 것은 운반 라인 (91) 을 통해 실시된다.

냉각 및 건조 가스 (100) 는 고형 입자들의 출구 (19) 측에 위치된 공급 챔버의 환형부 (F) 에 공급하는 관 (8.1) 에 의해 도입된다. 냉각 및 건조 가스는 고형 입자들이 관 (19) 을 통해 배출되기 전에 건조를 완결하는 동안 가스를 냉각시키는 뜨거운 고형 입자들과 접촉하여 가열되고, 이 가스는 배출관 (11.1) 을 통해 압축기 (101.1) 에 의해 빨아들여진다. 이 가스는 환형부 (E, D) 에 대한 관 (8.2, 8.3) 에 의해 처리 유닛 (102.1, 102.2) 예컨대 열교환기 및/또는 응축기를 통하여 재순환된다. 그 후에, 고형 입자들로부터 수분을 점진적으로 제거하기 위해서, 가스는 처리 유닛 (102.2 ~ 102.5) 을 통한 관 (8.3 ~ 8.6) 의 압축기 (101.2, 101.3) 에 의해 환형부 (D ~ A) 로 연속적으로 재순환된다. 수분을 가지며 고형 입자들 (관 (8.6) 측에 관 (16) 에 의해 도입됨) 에 의해 냉각되어, 가열되는 유체가 (103) 에서 제거된다.

고형 입자들은 유동층을 통과하는 유체의 화학적 변환을 촉진하는 촉매일 수 있다. 이 경우에, 유체는 점진적으로 변환된다. 유체는 반응기 내부로의 제 1 통로에서 적절한 장치에 의해 재생되고 재순환될 수 있는 사용된 촉매와 접촉하고, 제 2 통로에서는 새롭거나 재생된 촉매와 접촉하며, 처리 유닛 (102.1 ~ 102.5) 은 예컨대 흡수 또는 응축에 의해 원하지 않는 성분을 제거하는 기능도 할 수 있다.

도 8 은 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 개략도를 도시하는데, 이 유동층의 회전 축은 수직이거나 가파르게 경사지고, 중앙 덕트 (7) 는 하부측 (4.2) 위 소정의 거리에서 끝난다. 중앙 덕트의 바닥부는 도 8 에 도시된 바와 같이 닫힐 수도 있고, 열릴 수도 있다. 이 경우에, 중앙 덕트로 들어가는 고형 입자들은 정지된 동안에 바닥부를 통해서 제거될 수 있지만, 작동 중에는, 와류가 고형 입자들을 동반하여 원형 반응 챔버의 바닥부에 축적될 수 있다.

이 구성은 제거될 유체의 양이 너무 많지 않을 때 유리할 수 있다. 유동층의 표면 (18) 은 아주 큰 원심력을 가하는 원뿔형으로서 이 도면에서는 아주 약간 원뿔형이고, 유체 (13) 는 반응 챔버의 하부에서 유동층의 더 큰 두께를 가로질러야 하기 때문에 체류 시간은 길어지게 된다. 이를 회피하고자 한다면, 원형 챔버 (2) 는 이 차이를 줄이기 위해서 원뿔형일 수가 있고/있거나 원형 반응 챔버의 하부로 주입되는 유체의 양은 예컨대 분배 챔버의 환형부 (C) 내의 압력 및/또는 유체 주입기의 단면 및/또는 그 수를 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

도 8 은 압축기를 사용하지 않고 이 유체의 일부를 재순환시키기 위해 이젝터에 의해 유체를 공급하는 시스템의 구조를 포함하는 도면이다. 이 구조는, 유체가 한 번 내지 두 번만 재순환되어야 하고, 또한 예컨대 에틸 벤젠의 탈수소화 또는 경질 올레핀에 대한 가솔린의 촉매 분해 (cracking) 등의 유체의 부식성 또는 매우 높은 온도로 인해 압축기의 사용이 어려울 때에 유용하다.

선택적으로 예열되는 유체 공급물 (100) 은 유체를 노 (furnace) 등의 처리 유닛 (102) 으로 동반시켜서, 처리 유닛을 향해 관 (10.2) 을 통해 제거 (11.2) 되기 전에, 관 (8) 을 통해 유체를 반응기로 재순환시킬 수 있도록 하기 위해서, 재순환 (11.1) 될 유체의 배출관 (10.1) 내부로 매우 빠른 속도로 주입 (106) 되도록, 이젝터 (105) 내부로 압력을 받으며 주입된다.

도 9 는 도 1 의 반응기와 유사한 반응기의 종방향 단면도를 도시하며, 이 반응기는 중앙 덕트를 통과하는 전달축 (111) 을 사용하는 공통 모터 (110) 에 의해 구동되는 임펠러 (109.1, 109.2) 에 의해 나타내진 원심 압축기 (108.1, 108.2) 를 각 중앙 덕트의 단부에서 포함한다. 새로운 유체 (112) 는 고형 입자들의 출구측 (19) 에 위치된 관 (8.1) 에 의해 공급되며, 선택적으로 예컨대 수분 응축기와 같은 처리 유닛 (113) 을 통과한다. 그 다음에, 새 유체는 제거되기 전에, 히터 등의 처리 유닛 (102) 및 관 (8.2, 8.3) 을 통한 압축기 (108.1, 108.2) 에 의해 연속적으로 여러 번 재순환된다. 이렇게 매우 컴팩트한 구조는 곡물 알갱이를 건조시키기 위한 이동식 장치에서 용이하게 사용되기에 유리하다.

유체의 흐름은 멀티모달 및/또는 넓은 분자량 분포의 중합체를 얻기 위해서, 모노머(들) 를 포함하고 한 부분에서 다른 부분으로 상이한 조성 및/또는 온도를 갖는 것이 가능한 활성 유체의 혼합물의 부유물의 촉매 입자를 중합하도록 동일한 환형부로 재순환될 수 있다.

도 10 은 이러한 유형의 응용에 대해 기능할 수 있는 구조를 도시한다. 공급 챔버 및 중앙 덕트는 횡방향 벽 (20.1 ~ 20.3, 115.1 ~ 115.3) 에 의해서, 각각 4 개의 부분 (A ~ D, A°~ D°) 으로 분리된다. 고형 입자들을 한 환형부에서 다른 부분으로 이동시키기 위해서 원형 벽을 따라 이 환형 횡단벽 (116.1 ~ 116.3) 에 통로 (117.1 ~ 117.3) 가 제공되고, 중앙 덕트의 여러 부분 사이의 압력을 동일하게 하기 위해서 유체의 통로용 환형부의 내부 또는 중앙 덕트에 대한 통로 (118.1 ~ 118.3) 가 제공된다면, 이 벽들은 중앙 덕트 및 공급 챔버의 4 부분에 상응하는 4 개의 환형부 내부로 원형 반응 챔버를 분리하고, 또한 한 부분에서 다른 부분으로 유체를 더 잘 분리하기 위해서 환형 횡단벽 (116.1 ~ 116.3) 에 의해 연장될 수 있다.

4 개의 압축기 (108.1 ~ 108.4) 는, 재순환되기 전에 정화될 유체 및/또는 원하지 않는 성분을 선택적으로 회수하면서 열 교환기 등의 처리 유닛 (92.1 ~ 92.4) 을 통과하는 관 (8.1 ~ 8.4) 에 의해 공급 챔버 (A ~ D) 로 유체를 재순환시키기 위해서 동심관 (10.1 ~ 10.4) 을 통해 중앙 덕트의 부분 (A°~ D°) 으로부터 중앙 덕트의 유체 (11.1 ~ 11.4) 를 흡입하였다. 그 후에, 재순환된 유체는 회전 유동층을 통과하여 동일한 부분에서 재순환되도록 중앙 덕트의 배출구 (14.1 ~ 14.4) 로 들어간다. 새 유체 (119) 는 필요하다면 공급관 (8.1 ~ 8.4) 에 의해 직접 공급될 수 있다.

유체가 가스라면, 중앙 덕트를 통과하는 하나 이상의 관 (121) 에 의해 적어도 유동층의 표면의 일부에서 액체의 미세 액적 (120) 을 분무하는 것이 가능하다.

이 구조는, 유체에 의해 고형 입자로 전달된 운동량이 유체에 의해 가해진 구심력을 상쇄하고, 벽을 따르는 마찰 및 난류로 인한 각운동량의 손실을 상쇄하기 위해 원심력이 충분히 높은 반응 챔버 내부로부터 평균 회전 속도 (Vp) 로 전달되도록 고형 입자들을 가속하기에 충분할 때에만 작동할 수 있다.

고형 입자에 의해 감속된 후에는, 유체는 상당한 역류를 피하기 위해서 충분한 평균 접선방향 속도를 유지할 필요가 있다. 예컨대, 하나의 부분에 하나의 배출구 (14) 만을 가지며, 유체가 원형 벽을 따라 다소 균일하게 주입되는 상기 구조 내의 반응 챔버를 떠나기 전에 적어도 평균 1/2 턴은 되어야 한다.

상기 실시예에 따라, 경미하게 나타나는 압력 변화의 유체 밀도에 대한 영향을 거의 무시하면, 반응 챔버의 환형부에 대해서 제 1 조건을 다음과 같이 쓸 수 있다:

Ke×m×(Vi-Vt)×Vi×Ei = Cc×M×p×E×(2×R-E)×Kf×Vp …(1)

여기서,

주입된 유체가 각운동량에 대한 압력 및/또는 그 운동 에너지의 일부를 변환하기 위해서 원형 벽과 고형 입자의 "벽" 사이에서 한정될 때 1 보다 더 클 수도 있는 Ke 는 유체로부터 입자로의 접선방향 각운동량의 전달 효율의 가변 계수이고,

m, Vi 및 Vt 는 각각 유체의 밀도의 평균값, 주입 속도 및 접선방향 속도를 나타내며,

Ei 는 환형부를 통과하는 주입기의 배출구의 두께 (폭) 의 합을 나타내고,

Cc 및 M 은 고형 입자의 평균 농도와 밀도를 나타내며,

E 및 R 은 반응 챔버의 평균 두께 (폭) 및 반경을 나타내고,

Kf 는 고형 입자가 평균 회전 속도 (Vp) 에 도달하여 보존하기 위해 단위 시간당 받아야 하는 각운동량의 % 를 나타내는 가변 마찰계수이다.

m 이 일정하다고 가정하면, 압력의 경미한 변화량에 대해 거의 정확한 유체 질량의 보존에 따라 Ei×Vi ≒(1-Cc)×E×Vt/a 가 주어지고, 여기서

a 는 반응 챔버를 나가기 전에 유체가 이동하는 턴의 일부 또는 턴의 평균 수를 나타낸다.

Vp=β×Vt 라면 (여기서, β 는 유체중의 고형 입자의 미끄럼 계수로 1보다 작다), 식 (1) 은:

(1-Cc)/a ≒ Ei/E+X×(2-E/R)…(2)

가 되고, 여기서

X = p×R×β×Cc×Kf×M/(Ke×m×Vi) 이다.

제 2 조건은 a>a°라고 쓸 수 있는데, 여기서 일반적으로 1/2 에 가까운 a°는, 유체가 덕트 내부로 초과량의 입자의 도입을 허용하는 역류를 피하기 위해 중앙 덕트 주위에서 평균적으로 이동하는 턴의 일부의 최소수를 나타낸다. 그러면, 식 (2) 는:

X = p×R×β×Cc×Kf×M/(Ke×m×Vi) < [(1-Cc)/a °-Ei/E]/(2-E/R)…(3) 으로 주어지고, 바람직하게는 1 보다 작다.

이는, 유체가 대기압과 가까운 압력에서 가스일 경우에 일반적인, 밀도의 비율 (M/m) 이 매우 높을 때, 비 (R/Vi) × 비 (Cc×Kf/Ke) 의 곱은 매우 작아져야 하고, 따라서 반경 (R) 이 커질수록, 더 높은 유체 주입 속도 (Vi) 및/또는 더 작은 Cc×Kf/Ke 비가 필요해진다는 것을 나타낸다. 따라서, 대기압에 가까운 압력에서 가스를 사용하는 산업용 반응기의 허용 평균 고형 입자 농도를 얻기 위해 원형 벽과 고형 입자 사이의 낮은 마찰 및 유체에서 고형 입자로의 각운동량의 전달의 효율이 높을 필요가 있다.

게다가, 고형 입자에 가해진 원심력은 편향기 (40) 또는 출구 (14) 의 상류의 중앙 덕트의 벽 (3) 에 초과량의 입자들이 접근하는 것을 방지하기 위해서, 원형 벽에 가까운 유체의 평균 반경 방향 속도 (Vr) 의 제곱에 거의 비례하는, 유체의 구심력보다 커야만 한다. 이는 제 1 근사화로 Vr<Vc×Vp/(g×R)^1/2 …(4) 로서 나타낼 수 있고, 여기서

g 는 중력 가속도이고,

Vc 는 임계 상향 속도이며, 이는 고형 입자의 크기가 작아질수록 낮아지고, 중력에 의해서만 균형이 잡힌다면 치밀한 유동층을 얻기 위해서 초과되지 않는다.

유체 밀도의 변화를 무시할 수 있도록 해주는 경미한 압력 변화를 갖는 유체 질량의 보존에 따라: 2×p×R×Vr∼E×Vt/a 가 주어지고, 부등식 (4) 는 근사적으로:

R 및 Vc 가 m 과 m/s 로 표현된다면,

E<2×p×a×β×Vc×(R/g)^1/2<2×a×Vc×(R)^1/2…(5)

으로 된다.

이 부등식은, 반응 챔버의 최대 평균 두께는 임계 속도 (Vc) 및 고형 입자의 크기가 매우 작아질 때 R 의 제곱근에 비례해서만 증가할 수 있고, 매우 낮은 E/R 비를 갖는 것이 바람직하지 않다면, 소직경 반응 챔버를 사용하는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.

최대 유체 주입 속도 (Vi) 가 제한될 때 최대 유체의 흐름에 의해 횡단하는 유동층을 갖는 것이 바람직하다면, 유체 주입기의 총 단면 (Ei) 은 증가되어야만 한다. 임계 속도 (Vc) 가 낮다면, 상기 조건은 반응 챔버의 평균 두께 (폭) 가 거의 다음과 같을 때 최적 조건에 도달되는 것을 판정하는 역할을 한다:

E=2×p×a°×β×Vc×(R/g)^1/2…(6) 및

Ei=E×[(1-Cc)/a°-X×(2-E/R)]…(7)

또는, 제 1 근사화로서, a°는 일반적으로 0.5 에 가깝고, β 는 1 에 가까우며, 고형 입자가 작기 때문에 Vc 및 E/R 비가 낮을 때, 낮은 X 및 일반적으로 높은 주입 속도 (Vi) 를 부과하는, m 및 m/s 로 표현된

E/R<Vc/(R)^1/2 …(8) 과

Ei/E<2×(1-Cc)-X×(2-E/R)…(9) 가 바람직하다.

그러나, 실제로 경계 조건에 도달하는 것을 피하기 위해서는, 각각 사용되도록 의도된 유체 주입 속도보다 낮고, 고형 입자의 농도보다는 높은 이론 유체 주입 속도 (Vi) 및/또는 고형 입자의 평균 농도 (Cc) 를 사용하여서, 가스 주입기 및 반응 챔버의 최적 두께 (폭) 를 추정하는 것이 바람직하다.

예

수치 시뮬레이션은 Vc=0.4 m/s 의 임계 속도를 갖는, 아주 작은 고형 입자의 Cc=30% 의 평균 농도는, 하나의 배출구만을 갖는 직경 0.14 m 의 중앙 덕트를 갖는 직경 0.4 m 의 반응 챔버에서, 출구의 두께 (폭) 가 각각 0.004 m 인 8 개의 주입기를 통해 30 m/sec 의 속도로 대기압하에서 공기를 주입함으로써 유체와 고형 입자의 양호한 분리가 이루어질 수 있으며, 이 유체는 중앙 덕트 주위를 평균 1/2 턴 돌며 반응기에서의 유체의 체류 시간은 약 1/10 초이다. 고형 입자의 농도가 10 ~ 30 % 로 점진적으로 증가할 때, 고형 입자와 가스의 추정 평균 접선 속도는 각각 약 4.6 ~ 4 m/s 와 5.5 ~ 5 m/s 로 변화하고, 계수 (X) 와 곱 Cc×Kf/Ke 는 0.9 ~ 1 과 7 %/s ~ 8 %/s 로만 변화하며, 유체에서 고형 입자로 전달되는 각운동량의 효율은 고형 입자의 농도 및 유체를 관류시키는 고형 입자의 "벽"이 증가할 때 개선된다는 것을 확인한다. 중앙 덕트를 통한 고형 입자의 손실이 발생하고 이는 평균 고형 입자의 농도가 28 % 까지 도달하고 계수 (X) 가 1 에 가까워질 때 빠르게 증가한다.

유체 주입기의 수가 4 로 감소된다면, 곱 Cc×Kf/Ke 는 약 2.5 배 더 크게 되고, 가스 주입기 속도 (Vi) 를 60 m/s 까지 속도를 증가시켜서 계수 (X) 를 1 이하로 유지하고, 중앙 덕트를 통한 고형 입자의 손실은 25% 의 농도 이상으로 커지게 되고, 이는 M/m 의 비가 매우 커질 때 다수의 가스 주입기를 가질 필요가 있음을 확인시켜준다. 또한 중앙 덕트의 배출구의 수가 증가되면, 고형 입자의 손실은 낮은 농도에도 불구하고 이미 커져서, 중앙 덕트의 횡단부당 하나의 배출구만 을 갖는다는 이점이 확인된다.

유체 밀도에 대한 고형 입자의 밀도의 비가 예컨대 압력을 25 bar 까지 증가시킴으로써 25 배 낮아진다면, 유체는 약 5 배 더 빠르게 회전하여서 중앙 덕트로 들어가기 전에 그 주위를 평균 두 번 이상 선회하고, 원심력은 약 25 배 더 커지게 된다. 이는 유체와 고형 입자를 매우 양호하게 분리시켜놓는 동안에, 고형 입자의 농도의 증가 및/또는 유체 주입 속도의 감소 및/또는 반응 챔버의 직경의 증가를 가능하게 한다. 마찰 계수 (Kf) 가 더 작고, 유체 주입기의 수를 늘리고 주입기 및 원형 챔버의 프로파일을 증가시킴으로써 얻어질 수 있는 각운동량 전달 효율 계수 (Ke) 가 더 커진다면, 성능도 개선될 수 있다.

유체가 고형 입자보다 약간 더 가볍다면, 선회의 횟수, 회전 속도 및 원심력은 더 커져서, 임계 속도 (Vc) 가 밀도의 경미한 차로 인해 훨씬 더 낮더라도, 유체와 고형 입자의 허용가능한 분리를 보호할 수 있다.

이 실시예들은 유체의 밀도에 대한 고형 입자의 밀도의 비가 수백일 때에만 고형 입자의 바람직한 회전 속도보다 유체(들)의 주입 속도가 훨씬 더 커야하고 및/또는 반응 챔버의 직경이 작아야 한다는 것을 보여준다.

본 발명의 장치는 유동층에 현탁된 고형 입자의의 촉매 중합, 건조, 함침, 코팅, 로스팅 또는 다른 처리, 또는 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물의 분해, 탈수소화, 또는 다른 촉매 전환 등의 산업적 방법에 적용될 수 있다.

본 발명의 장치를 사용하는 방법의 예

분해 가솔린의 경질 올레핀으로의 전환

도 8 에 도시된 원통형 반응 챔버는 직경 1 m, 길이 4.5 m, 평균 두께 (폭) 0.23 m 이고, 부피는 2.5 m² 이다. 고온으로 예열된 분해 가솔린으로 구성되고, 주입 온도 및 압력에서 약 5 kg/m³ 의 밀도를 갖는 유체 (100) 는 이젝터 (105) 내부로 고속 (예컨대 200 ~ 300 m/s, 포텐셜 압력은 100 ~ 200000 Pa) 으로 주입되어 원하는 온도 (600℃ 이상) 까지 과열되고, 동시에 순환된 유체로서 상기 유체는 노 (102) 로 동반한 후에 반응 챔버 내부로 이동하고, 예컨대 유체는 0.005 m 두께의 17 개 주입 슬릿을 통해 60 m/s 의 속도로 주입되고, 유량은 약 23 m³/s 또는 400 톤/시간이다. 이 높은 유량은 양측의 유체를 제거하기 위해 반응 챔버를 통과하는 중앙 덕트를 필요로 하며, 반응기는 수직이거나 수평일 수 있다. 순환된 유체의 양이 약 50 % 라면, 분해 가솔린 공급 유량은 1 시간당 약 200 톤이 되고 반응 챔버내의 평균 체류 시간은 약 0.2 초이다.

Cc×Kf×M/m×Ke ≒ 30 이고, X ≒ 0.7 이라면, 관 (16) 을 통해 공급되는 촉매 분말은 약 13 m/s 의 평균 회전 속도 (Vp) 로 이동되어, 중력의 35 배의 원심력을 생성하고, 원통형 벽에 약 30000 Pa 의 압력을 발생시켜서 2 m/s 의 이상 속도로 유체가 유동층을 통과할 수 있도록 한다. 촉매 분말은 관 (19) 을 통해 제거되고 재생 후에 용이하게 재순환될 수 있으며, 순환 시간은 수분 ~ 수시간 사이일 수 있다.

곡물 알갱이의 건조

도 9 의 도면에 따라 곡물 알갱이가 건조될 수 있다. 반응 챔버 또는 건조 챔버는 상기 실시예의 치수와 동일한 치수를 가질 수 있다. 이 경우에, 공기를 냉각시키고 건조를 완료하는 동안 가열하기 위해서 신선한 공기 (112) 는 관 (8.1) 을 통해, 선택적으로 수분 응축기 (113) 를 통해 도입되어서 곡물 알갱이 배출구 (19) 의 측부의 반응 챔버의 단부를 통과하게 된다. 그 다음에 이 공기 (11.1) 는 원심 압축기 또는 팬 (108.1) 에 의해 라인 (10.1) 을 통해 빨아들여 가열기 (102) 에서 추가적으로 가열된 후에 라인 (8.2) 을 통해서 반응기로 재순환된다. 여러 번 재순환된 후에, 이 공기 (11.2) 는 원심 압축기 또는 팬 (108.2) 에 의해 라인 (10.2) 을 통해 빨아들여 가열기 (102) 에서 가열된 후에 라인 (8.3) 을 통해서 반응기로 재순환된다. 여러 번 재순환 된 후에, 이 수분을 함유하고 라인 (16) 을 통해 공급되어 가열된 곡물 알갱이에 의해 냉각된 공기는 (114) 에서 제거된다.

공기는 압축기 또는 팬에 의해 흡출되고, 건조시키는데 유리한 반응기의 압력은 대기압보다 낮으며, 기계적 수단은 저장을 위해 건조된 곡물 알갱이를 대기압에서 용이하게 이동시킬 수 있다. 이 공기는 상기 실시예에서와 동일한 양인 23 m³/s , 또는 시간당 약 100 톤이 건조 챔버 내로 주입될 수 있다. 공기가 5 번 ~ 10 번 정도 재순환되면, 시간당 10 ~ 20 톤의 새로운 공기가 생기고 곡물 알갱이과 접촉하는 시간은 약 0.5 ~ 1 초이다.

건조 챔버에서 곡물 알갱이의 양은 약 500 kg 이고, 시간당 20 톤을 건조하는데는 90 초의 평균 체류 시간이 걸리고, 이는 공기의 저압 및 고속에 충분하여 짧은 체류 시간으로 인해 더 높은 온도에서 작동한 후에 반응기를 떠나기 전에 곡물 알갱이를 냉각시키는 가능성을 줄 수 있다.

이 조립체는 컴팩트하고 이동이 용이하게 구성될 수 있는데, 원심력에 의해 고속으로 매우 많은 양의 유체에 의해 횡단되는 치밀한 유동층을 갖는다는 이점을 증명한다.

에틸렌과 옥텐의 기상 공중합

에틸렌과 옥텐의 기상 공중합은 최대가 대기압의 몇 배 미만이 되는 반응기 내의 압력이 낮을 경우에만 가능한데, 왜냐하면 옥텐의 부분압이 70℃ 에서 약 0.2 bar 로 제한되기 때문이다. 이 압력에서, 높은 발열 반응에 의해 생성된 열의 양은 반응 속도를 늦추기 위해서 상대적인 비활성 촉매를 사용하거나 또는 비활성 가스로 활성 가스를 희석함으로써만 제거될 수 있어서 설치 비용이 증가될 수 있고, 또는 예컨대 도 10 에 도시된 도면에 따라, 회전 유동층에 필요한 유동층에 대량의 가스를 통과시킴으로써 제거될 수 있다.

옥텐은 중앙 덕트를 통과하는 관 (121) 에 의해 반응 챔버 내부로 미세 액적 (120) 의 형태로 분무될 수 있고 및/또는 동시에 하나 이상의 관 (8.1 ~ 8.4) 을 통해 재순환되는 유체 및 신선한 에틸렌 (119) 으로서 가스의 형태로 공급될 수 있다.

참고로, 유체 주입 속도가 35 m/s 라면, 예컨대, 원통형 반응 챔버는 직경 1.6 m, 길이 10 m, 약 50 m³/s 의 활성 유체를 주입하기 위해서 0.005 m 두께의 29 개의 주입 슬릿을 포함하는 두께 0.32 m 를 갖는다. 압력이 대기압의 약 3 배이고, 옥텐의 농도를 약 20 중량% 로 허용한다면, 재순환된 활성 유체 흐름은 시간당 약 700 톤이 되고, 시간당 약 10 ~ 20 톤의 폴리머의 중합 열을 제거하는데 적합하게 된다. 부피가 약 12 m³ 인 반응 챔버의 폴리머의 양은 약 3 톤이고, 반응 챔버에서 폴리머 입자의 체류 시간은 10 ~ 15 분이 되고, 고활성 촉매를 사용하는 것이 가능하다. 폴리머 입자의 회전 속도는 약 11 m/s 가 되고 원심력은 중력의 약 16 배가 되어서, 유동층이 약 0.2 초 내에 1.5 m/s 이상의 반경 방향 속도로 횡단될 수 있다.

이 반응기는, 멀티모달 폴리머를 얻기 위해서, 예컨대, 공단량체 (comonomer) 없이 또는 더 가벼운 공단량체로 훨씬 높은 압력에서 작동할 수 있는 다른 반응기 뒤에 연속으로 설치될 수 있다. 이 반응기는 또한 회전 유동층을 통과하는 유체의 온도 및/또는 조성을 점진적으로 변화시키는데도 적합하다.

고형 입자의 함침 또는 코팅

도 10 의 도면은 고형 입자를 코팅하거나 함침하는데 사용될 수도 있다. 함침 또는 코팅의 기능을 하는 유체는 고형 입자의 공급측에 위치된 반응 챔버의 일부에 미세 액적 (120) 의 형태로 관 (16) 에 의해 주입될 수 있다. 그 후에 이 입자들은, 재순환된 유체의 온도가 충분히 높고 고형 입자가 적절한 장치에 의해 재순환될 수 있거나, 여러 층의 코팅을 적용하는 것이 필요하다면, 환형 반응 챔버의 연속 환형부에서 건조되고 고형 입자를 코팅하거나 함침하는 기능을 하는 성분들은 구워질 수도 있다.

Claims

원형 반응 챔버 (6), 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 원형 벽 (2) 의 주변에 위치되어 1종 이상의 유체를 공급하기 위한 장치, 상기 유체를 제거하기 위한 장치, 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 일측에 고형 입자를 공급하기 위한 장치, 및 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 반대편에서 상기 고형 입자를 제거하기 위한 장치를 포함하는 회전 유동층 장치로서,

상기 유체를 제거하기 위한 상기 장치는 상기 원형 반응 챔버 (6) 내부로 침투하거나 종방향으로 통과하는 중앙 덕트 (7) 를 포함하고, 상기 중앙 덕트 (7) 의 벽은 상기 중앙 덕트 (7) 를 통해 상기 원형 반응 챔버 (6) 로부터 상기 유체를 중앙에서 제거하기 위한 적어도 하나의 배출구 (14) 를 포함하고,

상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원형 벽 (2) 을 따라 일련의 층에 상기 유체 (13) 를 주입하고 원심력이 상기 일련의 층을 통해 상기 원형 벽 (2) 을 향해 상기 고형 입자들을 미는 회전 운동시 상기 고형 입자 (17) 들을 동반하는 동안 상기 중앙 덕트 (7) 주위를 회전하며 상기 원형 벽 (2) 주위에 분배된 유체 주입기 (12) 를 포함하며,

평균적으로 상기 원심력은 적어도 중력의 3 배이고, 이에 따라 상기 고형 입자 (17) 는 상기 중앙 덕트 (7) 의 상기 배출구 (14) 를 통해 중앙에서 제거되기 전에 상기 유동층을 통과하는 상기 유체의 상기 층에 의해 지지되고 상기 원형 벽 (2) 을 따라 미끄러지는 동안 상기 중앙 덕트 (7) 로부터 소정 거리에서 그 중앙 덕트 주위를 회전하는 회전 유동층을 형성하게 되고, 구심력은 상기 고형 입자 (17) 에 가해지는 상기 원심력에 의해 상쇄되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 배출구 (14) 는 종방향으로 배치되고, 이 배출구의 평균 폭 (36) 은 상기 중앙 덕트의 벽 (3) 과 상기 원형 벽 (2) 사이의 평균 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배출구 (14) 의 단면의 합은 상기 유체 주입기 (12) 의 출구 단면의 합의 두 배보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출구 (14) 의 평면은 상기 중앙 덕트의 벽 (3) 과 60°~ 120°의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 덕트 (7) 의 횡단면은 하나 이상의 상기 배출구 (14) 를 통과하지 않는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기 (12) 에 의한 상기 유체층의 주입 방향은 상기 유체 주입기 (12) 의 하류에 위치된 측의 상기 원형 벽 (2) 과 30°보다 작은 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기 (12) 의 출구 평면은 상기 유체 주입기의 하류에 위치된 측의 상기 원형 벽 (2) 과 60°~120°의 각을 이루는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 벽 (2) 의 환형부각각은 90°간격으로 적어도 하나의 상기 유체 주입기 (12) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속하는 두 유체 주입기 (12) 사이의 거리가 바람직하게는 상기 원형 벽의 평균 반경 (33) 보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 주입기 (12) 의 출구는 얇고, 바람직하게는 상기 원형 반응 챔버의 평균 반경 (31) 의 1/20 보다 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속하는 두 주입기 (12) 사이에 위치된 상기 원형 벽 (2) 의 표면은 평면이고, 상기 원형 벽 (2) 은 다각형인 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 원형 벽 (2) 을 둘러싸는 유체 공급 챔버 (5) 를 포함하고, 상기 유체 공급 챔버 (5) 와 상기 중앙 덕트 (7) 사이의 압력차는 상기 유동층에 의해 상기 원형 벽 (2) 에 가해지는 평균 원심 압력보다 크게 상기 유체의 공급 및 제거 장치에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 유체 공급 챔버 (5) 는 종방향 벽에 의해 종방향 분획으로 분할되어, 상이한 압력으로 상기 종방향 분획에 상응하는 상기 주입기 (12) 에 대한 공급을 하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 유체 공급 챔버 (5) 는 횡방향 환형 벽 (20) 에 의해 일련의 환형부로 분할되어, 상기 일련의 환형부 각각에 상응하는 상기 주입기 (12) 에 개별적으로 공급하고, 이에 의해 상기 회전 유동층의 상응하는 환형부는 상이한 조성 및/또는 온도 및/또는 주입 속도를 갖는 유체에 의해 횡단되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 배출구 (14) 의 상류에서 상기 중앙 덕트 (7) 에 가깝게 배치되어 상기 배출구 (14) 를 넘어서 연장된 적어도 하나의 날개형 편향기 상기 원형 반응 챔버 (6) 를 종방향으로 횡단하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 편향기 (50) 는 중공형이고, 상기 유체 공급 장치 (5) 에 의해 상기 유체가 공급되고, 또한 상기 배출구 (14) 의 하류의 상기 중앙 덕트의 벽 (3) 을 따라 상기 유체를 얇은 층 (58) 으로 주입하기 위한 적어도 하나의 유체 주입기 (12) 를 전방 에지 (56) 를 따라 적어도 하나의 유체 주입기 (12) 를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 중공 편향기의 하류에 위치된 상기 에지 (50) 와 상기 배출구 (14) 의 하류에 위치된 중앙 덕트의 벽 (13) 사이의 거리 (57) 는 상기 에지 (56) 와 상기 원형 벽 (2) 사이의 거리의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 덕트의 벽 (3) 은 중앙 덕트의 두 단부 중 적어도 하나에서 벌어져 있고, 상기 벌어진 벽으로부터의 소정 거리에 있고 이 벽과 동심인, 상기 유체를 제거하기 위한 관 (10) 및 상기 중앙 덕트 (7) 안으로 동반되어 상기 벌어진 벽을 따라 원심력에 의해 밀리는 상기 고형 입자 (17) 를 개별적으로 제거하는 상기 벌어진 벽에 대한 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 는 상기 원형 반응 챔버 (6) 로부터 다른 유사한 챔버로 상기 고형 입자 (17) 를 전달하기 위한 전달 라인 (91) 에 의해 다른 상기 유사한 챔버에 연결되고, 이의 입구는 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치의 반대측에서 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 상기 원형 벽 (2) 에 가까이 위치되고, 이의 출구는 상기 유사한 챔버로부터 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 반대측에서 상기 유사한 챔버의 상기 중앙 덕트 (7) 에 가까이 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 는 상기 고형 입자를 제거하기 위한 상기 장치의 측부에 가깝게 위치된 제어 링 (26) 을 포함하며, 제어 링의 외부 에지는 상기 원형 벽 (2) 을 따라 연장하여, 그 원형 벽에 고정되고, 제어 링의 내부 에지는 상기 중앙 덕트 (7) 와 상기 원형 벽 (2) 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트 (7) 로부터 떨어져 있고, 상기 회전 유동층에 현탁되어 있는 상기 고형 입자 (7) 는 상기 제어 링의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해서는 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 사이에 위치된 공간을 통과해야 하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 20 항에 있어서, 상기 제어 링 (26) 은 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 (7) 사이에 위치된 공간을 통과하지 않고도 상기 제어 링 (26) 의 일측에 위치된 상기 고형 입자 (17) 를 다른 측으로 전달하기 위해 상기 원형 벽 (2) 에 대해 위치된 적어도 하나의 통로 (27) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체는 가스 (100) 이고, 상기 액체를 상기 유동층의 표면의 적어도 일부에 미세 액적 (120) 으로 분무하기 위해서, 상기 중앙 덕트 (7) 를 통과하는 액체 주입 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 는 나선형 턴의 분획물 또는 턴 세트를 포함하며, 이의 외부 에지는 상기 원형 벽 (2) 을 따라 연장하여, 그 원형 벽에 고정되고, 이의 내부 에지는 상기 중앙 덕트와 상기 원형 벽 (2) 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트 (7) 로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 유체를 공급하기 위한 상기 장치는 상기 유체를 제거하기 위한 라인 내부를 통과하는 적어도 하나의 이젝터 (105) 를 포함하고, 상기 공급 유체는 매우 빠른 속도로 주입되어 상 기 원형 반응 챔버 (6) 로 재순환시키기 위해 상기 제거 라인에서 제거되는 유체와 혼합되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층 (00') 의 회전축선은 수직에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 중앙 덕트 (7) 는 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 상부측을 통과하여 반대측에서 소정의 거리에서 끝나며, 상기 중앙 덕트 (7) 의 횡단면은 최상부로부터 하방으로 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 25 항에 있어서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 평균 반경은 최상부로부터 하방으로 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층 (00') 의 회전축선은 수직에 대해 45°미만의 각을 이루고, 상기 원형 반응 챔버 (6) 는 상기 회전 유동층을 여러 개의 환형부로 분할하는 분리 링 (80) 을 포함하고, 이 분리 링 (80) 의 외부측은 상기 원형 벽을 따라 연장하며, 그 원형 벽에 고정되고, 그의 내부 에지는 상기 중앙 덕트 (7) 와 상기 원형 벽 (2) 사이의 평균 거리의 1/4 보다 큰 평균 거리로 상기 중앙 덕트 (7) 로부터 떨어져 있으며, 상기 유동층에 현탁되어 있는 상기 고형 입자 (17) 는 상기 분리 링 (80) 의 일측에서 다른 측으로 통과하기 위해 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 (7) 사이에 위치된 공간 안으로 통과 해야 하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 27 항에 있어서, 상기 분리 링 (80) 은 중공형이고 상기 공급 장치에 의해 유체가 공급되며, 상기 유체는 상기 회전 유동층의 회전 방향으로 상기 링 (80) 의 상부 표면을 따라 일련의 층으로 주입되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 분리 링 (80) 은, 상기 분리 링 (80) 위에 위치된 상기 고형 입자 (17) 가 상기 내부 에지와 상기 중앙 덕트 (7) 사이에 위치된 공간을 통과하지 않고도 하방으로 흐를 수 있도록 상기 원형 벽 (2) 에 대해 위치된 적어도 하나의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 링 (80) 은 나선형 턴의 턴 또는 분획이고, 이의 경사는 상방을 향하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층의 회전 축선 (00') 은 수직에 대해 45°이상의 각을 이루고, 상기 배출구 (14) 는 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 하부 종방향부측에 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장 치.
제 15 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층의 회전 축선 (00') 은 수직에 대해 45°이상의 각을 이루고, 상기 편향기의 리딩 에지 (54) 는 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 하부 종방향부측에 위치되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체를 제거하는 상기 장치에 의해 제거된 상기 유체를 상기 유체 공급 장치쪽으로 재순환시키기 위한 장치를 포함하고, 상기 재순환 장치는 유체의 온도 및/또는 유체의 조성을 조절하기 위해서 상기 재순환된 유체를 처리하기 위한 장치 (102) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 덕트 (7) 는, 상기 중앙 덕트 (7) 의 상기 부분으로부터 나온 유체를 개별적으로 제거하고, 이 유체들을 처리하고, 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 상응하는 부분 또는 다른 부분으로 개별적으로 재순환시키기 위해서, 상기 중앙 덕트 (7) 내부에 위치된 배출관 (10) 에 연결된 부분 (A°내지 D°) 의 횡단벽 (115.1 내지 115.3) 에 의해 횡방향으로 분할되는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 34 항에 있어서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 는 상기 원형 벽 (2) 과 상기 중앙 덕트 (7) 사이에 고정된 환형 벽 (116.1 내지 116.3) 에 의해 상기 중앙 덕트의 상기 부분에 상응하는 환형부로 분할되고, 상기 환형 벽 (116.1 내지 116.3) 은 하나의 상기 환형부로부터 상기 인접하는 환형부를 향해 고형 입자가 통과하기 위해 상기 원형 벽에 대해 적어도 하나의 통로 (117.1 내지 117.3) 를 포함하고, 상기 중앙 덕트의 횡단벽 또는 환형 벽은 상기 유체가 하나의 상기 부분에서 상기 인접한 다른 부분으로 통과하도록 상기 중앙 덕트 (7) 에 또는 이 중앙 덕트에 대해 위치된 적어도 하나의 통로 (118.1 내지 118.3) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 1 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형 입자를 공급하기 위한 상기 장치에 의해 상기 원형 반응 챔버 (6) 에 고형 입자들을 재순환시키기 위해서, 상기 고형 입자들을 제거하기 위한 상기 장치에 의해 제거된 상기 고형 입자들을 재순환시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 고형 입자 (17) 는 촉매 입자이며, 상기 촉매 입자를 재순환시키기 위한 상기 장치는 상기 촉매 입자를 재생시키는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 유동층 장치.
회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층에 현탁되어 있 는 고형 입자 (17) 의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

적어도 중력의 3 배 이상인 원심력을 발생시키는 평균 회전 속도에서 상기 제 1 항 내지 제 32 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이, 상기 고형 입자 (17) 를 동반하는 유량 및 주입 압력에서, 상기 원형 반응 챔버 (6) 의 내부로 유체를 연속적인 층으로 주입하는 단계, 및 상기 원형 챔버 내부로 침투하거나 통과하는 중앙 덕트 (7) 를 통해 중앙으로 이 유체를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항에 있어서, 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층에 현탁되어 있는 고형 입자 (17) 의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

제 33 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같이, 상기 유체를 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항 또는 제 39 항에 있어서, 회전 유동층을 통과하는 유체의 촉매 전환, 또는 회전 유동층에 현탁되어 있는 고형 입자 (17) 의 촉매 중합, 건조, 또는 다른 처리 방법으로서,

제 36 항 또는 제 37 항에 청구된 바와 같이, 상기 고형 입자 (17) 를 재순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 유동층에 현탁되어 있는 고형 입자의 촉매 중합, 함침, 코팅 또는 다른 처리 방법으로서, 상기 고형 입자 (17) 에 액체를 미세 액적 (120) 으로 분무하는 단계와 상기 입자들을 함침하거나 둘러싸는 상기 액체가 상기 회전 유동층을 통과하는 상기 가스상 유체 (100) 와 화학적으로 반응하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
중합법에 사용되는 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
제 42 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 유체는 알파 올레핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 용도.
고형 입자가 촉매인 회전 유동층을 통과하는 유체 또는 유체 혼합물을 촉매 전환하는 방법에 사용되는 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
제 44 항에 있어서, 상기 유체 또는 유체의 혼합물은 올레핀을 포함하며, 상기 촉매 전환은 상기 올레핀의 분자량의 분포를 바꾸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용도.
제 44 항에 있어서, 상기 유체 또는 유체의 혼합물은 에틸벤젠을 포함하며, 상기 촉매 전환은 에틸벤젠을 스티렌으로 전환하기 위해서 탈수화를 포함하는 것을 특징으로 하는 용도.
제 46 항에 있어서,

상기 고형 입자는 유체 또는 유체의 혼합물에서 수소의 농도를 감소시키기 위해서, 상기 탈수화로부터 유래된 수소와 반응할 수 있는 성분을 포함하며, 이는 이 성분은 상기 원형 반응 챔버의 외부에서 재생될 수 있는 것을 특징으로 하는 용도.
상기 고형 입자로부터 휘발성분을 건조하거나 추출하는 방법에 사용되는 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
상기 고형 입자를 함침 또는 코팅하는 방법에 사용되는 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
제 48 항 또는 제 49 항에 있어서,

상기 고형 입자는 농산물의 곡물, 분말 또는 다른 조각인 것을 특징으로 하는 장치의 용도.