JPH0195281A - 高速流動層を備えた乾燥装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過熱水蒸気を流動層の流動用流体として用い
るとともに、蒸発蒸気を再圧縮し自己加熱の熱源として
用いる乾燥装置に関するものである。また、本発明は、
化学工業における諸物質の乾燥、食品工業における諸製
品の乾燥、鉱工業における諸手産物の乾燥等の工程に利
用されるものである。

〔従来の技術〕 乾燥装置はその伝熱機構の違いにより、直接加熱方式と
間接加熱方式に大別される。直接加熱方式は高温ガス（
加熱空気、燃焼ガス等）を被処理物に直接接触させて加
熱し液分を蒸発させ、発生した蒸発蒸気は温度の低下し
た供給ガスとともに系外へ分離排気させるものであるが
、一般に排気の露点は低く、排気とともに廃棄される排
熱を回収利用するのは困難である。排気の一部を再循環
させて、排気の露点を高くする高湿度乾燥方式も実現さ
れているが、それでも露点は７０〜８０℃程度である。

間接加熱方式は伝熱面を介して被処理物を間接的に加熱
させるものであるが、蒸発蒸気を系外に取り出すために
はキャリアガスとして一般に大気を被処理物に供給する
必要があり、排気の露点は８０〜９０℃程度のものとな
り、排熱を十分に回収利用するのはやはり困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

過熱水蒸気を用いて被処理物を直接加熱すれば、１００
℃露点の排熱を得ることが可能である。しかし、過熱水
蒸気による直接加熱の場合、供給される処理物の温度が
露点より低いことから生じる流動水蒸気の内部結露の問
題、装置放熱による装置内面の結露の問題、原料および
製品の供給・排出における系外とのシール性、系内に漏
入する大気の除去方法等、実用上の問題が多い。

すなわち、第１に、過熱水蒸気中へ処理物を供給すると
、一般に過熱水蒸気の飽和温度（１００℃）より処理物
の温度は低いために、まず処理物の表面で水蒸気の凝縮
が生じ、それに伴い発生する処理物の温度上昇により処
理物中の水分温度が上昇してから蒸発が始まる。この間
、処理物の含水率は見掛は上高くなり供給時の物性と異
なる状態となる。すなわち処理物の流動性が低下し、そ
れらの凝集、付着といった現象が発生し、装置の運転を
著しく妨害する原因となる。

第２に、これに対する方策としては、通常過熱水蒸気の
過熱度を高（シ（例えば１４０℃以上）、伝熱を促進し
て含水率の高い状態となるべく短くすることが効果的で
あるが、処理物を過度に昇温することによる処理物の変
性やさらには付着といった現象を派生しがちとなる。ま
た、供給する熱源の温度を高くする必要があるため、た
とえば本発明のごとく飽和温度１００℃の排熱を蒸気圧
縮機で昇温昇圧した後、高速流動層の加熱に利用するよ
うな場合、圧縮に多大な動力を消費させることが必要と
なる。

第３に、過熱水蒸気による直接過熱乾燥操作は、低含水
蒸気ガスによる場合と比べて蒸発に要するドライビング
フォースが乏しくなるため乾燥速度が低下する。このた
め装置を効率化するためには、なるべく伝熱効率の高い
方式を使用する必要がある。

さらに第４の問題として、過熱水蒸気はｗｉ環利用され
る必要があるが、循環系の一部は大気圧に対し負圧にな
ることがあることによる、循環系への大気の漏れ込みが
ある。また原料・製品の供給・排出の際に、循環系へ若
干の大気の漏入が発生する。また、処理物質によっては
加熱により非凝縮性の気体を発生する場合もある。こう
した非凝縮ガスが循環系に蓄積されると過熱水蒸気の露
点が低下してくるため、循環ガスの一部を放出して非凝
縮性ガスの濃度を一定値以下に保持する必要があるが、
この放出する非凝縮ガスに同伴される水蒸気の熱量は損
失となる。

このように、過熱水蒸気による直接乾燥自体は知られて
いるものの、エネルギー効率や処理物の物性変化、ある
いは運転上の問題などから実際上はシステムが確定した
ものがない。

そこで本発明の主たる目的は、単位エネルギー当りの乾
燥効率が高く、被乾燥物（処理物）の物性変化がなく、
しかも安定した運転が可能な乾燥装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本第１発明は、加熱器を内
蔵し、流動用流体として０過熱水蒸気によって粒子の終
末速度付近で運転される高速流動層と；この流動層上部
から排出される含粒子水蒸気から粒子を捕集する気固分
離機と：この気固分離機から排出される粒子が除去され
た水蒸気を流動層下部へ再循環させるための流体輸送手
段を含む蒸気循環路、ならびに前記循環蒸気の一部を圧
縮し前記の高速流動層内の加熱器に導く蒸気圧縮加熱手
段と；前記気固分離機によって捕集された粒子の一部を
乾燥製品として系外に排出し、さらに残余の粒子と系外
から供給される湿潤原料とを前記循環蒸気の一部または
全部を流通させた雰囲気において混合し、循環蒸気とと
もにこの混合物を前記高速流動層下部へ定量的に供給す
る混合手段と；を備えたことを特徴とするものである。

また、第２発明は、加熱器を内蔵し、流動用流体として
の過熱水蒸気によって粒子の終末速度付近で運転される
高速流動層と；この流動層上部から排出される含粒子水
蒸気から粒子を捕集する気固分離機と；この気固分離機
から排出される粒子が除去された水蒸気を流動層下部へ
再循環させるための流体輸送手段を含む蒸気循環路、な
らびに前記循環蒸気の一部を圧縮し前記の高速流動層内
の加熱器に導（蒸気圧縮加熱手段と；前記気固分離機に
よって捕集された粒子の一部を乾燥製品として系外に排
出し、さらに残余の粒子と系外から供給される湿潤原料
とを前記循環蒸気の一部または全部を流通させた雰囲気
において混合し、循環蒸気とともにこの混合物を前記高
速流動層下部へ定量的に供給する混合手段と；前記高速
流動層の加熱器より排出される凝縮水蒸気流路に気液分
離器を設け、系内の非凝縮ガスを分離し、さらにこの非
凝縮ガスにより、それに同伴する水蒸気の潜熱を利用し
て系外から供給される湿潤原料を間接加熱により予熱す
る手段と；を備えたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明では、加熱器内蔵型高速流動層を用いており、被
処理粒子を終末速度付近の速度へ過熱水蒸気で加速した
状態で過熱水蒸気と接触させるので、過熱水蒸気と粒子
間の熱移動、物質移動を最大限に促進でき、循環過熱蒸
気から処理物質への伝熱効率を高くできる。また流動層
内部に加熱器を内蔵させているので、過熱水蒸気に高い
熱還流率による加熱が可能で、過熱水蒸気から粒子への
熱移動が槽内で低下することなく行える。

他方、一般に高速流動層への原料供給に際しては、流動
層内の混合効果が大きいため循環粉体流へ原料を投入す
る程度の手段で高速流動層へ原料供給しているが、本発
明では循環粒子を混合機へ導入し供給原料と急速に混合
し、循環粒子の蓄熱を利用して流動層へ供給される原料
を前段で昇温を行っている。またこの混合の際に流動層
へ供給される大量の過熱水蒸気の一部または全部を流通
させることにより、局部的な過熱水蒸気の温度低下を防
止する。これにより供給原料表面への水蒸気凝縮を最小
限のものとし、原料供給部や流動槽内部での凝集、付着
を防止し、原料物性の変化を防止できる。

かくして、過熱水蒸気の過熱度を低下させても高速流動
層の運転が可能となり、その結果流動層の加熱源として
要求される温度も低下できる。そのため、循環過熱水蒸
気から、処理物からの蒸発量相当の水蒸気を分離して圧
縮加熱する際の動力が低下し、高速流動層の加熱源とし
て利用する際のエネルギー効率が改善され実用性が高ま
る。

また、第２発明に従って、圧縮加熱され流動層の加熱に
使用済の蒸気は、非凝縮性ガスとともに流動層内の加熱
器より放出されるが、この放出蒸気を気液分離して非凝
縮性ガスを大気放出する途上に供給原料との熱交換器を
設けておけば、非凝縮性ガスが同伴する熱量供給原料の
予熱のために利用すれば、流動層の加熱器の伝熱係数低
下を防止し、また供給原料の予熱により原料供給の際の
トラブルを回避できる。

なお、本発明の好ましい態様では、高速流動層に内蔵さ
れる加熱器としては、多管式加熱器のものが用いられる
。通常の流動層は、粒子の終末速度の１０〜２０％程度
の流速で流動化させて運転される。この場合、流動層内
に加熱器（平板状、管状）を備えて流動気体および粒子
に加熱を行うことができるが、一定の流動層断面積あた
りの伝熱量を増加させるためには加熱器を流動層の高さ
方向に増加させる必要がある。それに伴い、流動層の粉
体層厚も増加させる必要があり、結果的に流動層におけ
る流動ガスの圧力損失は過大なものとなる。

高速流動層では、先に述べたように粒子の終末速度付近
で流動層内を粒子を流動通過させるものであり、流動ガ
ス中の粒子濃度は通常の流動層と比べて低く、圧力損失
も少なくなる。従って流動層断面積あたりの加熱器伝熱
面装備量を十分に大きくすることが可能である。また高
速流動層では、通常の流動層と比べて数倍の伝熱係数が
得られるようになることも重要である。

高速流動層における加熱器の形態としては、通常の流動
層と同様に平板状、管状のいずれも可能であるが、流動
ガスの高速化にともない増加する流動ガス量をなるべく
少なくするためには、流動ガスおよび粉体粒子の通過部
の断面積あたりの伝熱面量が大きいものほど有利である
。この点で多管式熱交換器の管内に流動ガスおよび粉体
粒子を導入させ、管外から蒸気等で加熱することで高速
流動層を構成させるのが最適である。この場合、流動ガ
スおよび粉体粒子が各管に均一に分配されることが望ま
しいが、分配が不均一になりやすい場合は、加熱器を複
数に分割して直列につなぎ、各加熱器間に空隙を設けて
再分散させるのが適当である。

この多管式加熱器による高速流動層は、伝熱面の外部が
加熱媒体で取り囲まれている形状となっているために、
流動層本体での、放熱による問題発生の恐れが極めて少
ないものとなっている。また伝熱面の清掃も比較的容易
である。また、管の一部を閉塞させることで一定の流動
ガスに対してガスの通過断面積を減量させ、流動ガス流
速を増加調整することも容易に可能である。

〔発明の具体的構成〕

以下に図面を参照しながら、本発明の基本的な構成を具
体的に説明する。

第１図は第１実施例を示し、同図の１は処理粉体を流動
ガス（過熱水蒸気）により粒子の終末速度付近で流動通
過させる高速流動層で、内部には通過流体を加熱するた
めの板状もしくは管状の加熱器２を装備するものである
。通過ガス量に対し大きな伝熱面積を与えるために、流
動層の断面積に対する高さの比率は通常の流動層と比べ
て大きなものとされている。

高速流動層１を通過した流動ガスは、サイクロン、バグ
フィルタ−等で構成される気固分離機３へ導入され、処
理粉体と分離される。清浄化された過熱水蒸気は蒸気循
環ブロワ−４により再び高速流動層１下部へ導入され、
かくして流動ガスの循環が形成されている。気固分離機
３を通過した流動ガスの一部（乾燥により新たに発生し
た水蒸気量に相当する量）は、蒸気圧縮機５で加圧昇温
され、加熱器２へ供給され１の通過流体の加熱に利用さ
れる。循環加熱水蒸気系には、原料製品の供給排出部か
ら、および原料の抱え込む大気から空気が漏入したり、
また処理物によっては加熱により非凝縮性のガスが発生
したりするため、そのまま非凝縮性ガスを蓄積させると
系内の蒸気飽和温度が低下し、特に加熱器２においての
伝熱を妨害する。このため加熱器２からの凝縮液排出流
路に気液分離機６が設けられ、非凝縮ガスを分離し抜出
し、原料予熱機７へ流量調整バルブ８を介して導入して
非凝縮ガスに同伴する水蒸気の潜熱を原料（被乾燥物）
１０を予熱することにより回収した後、系外へ放出させ
る。流量調整バルブ８の開度調整は、先の循環過熱水蒸
気に含まれる酸素濃度を酸素濃度分析計９で測定し一定
の値となるように制御するのがよい。

原料予熱機７９″ｔ′・供給原料１０をイ云熱面を今し
て加熱する間接加熱手段であり、たとえばジャケットを
有するパドル型混合輸送機、もしくはディスク型加熱軸
による混合輸送機等を使用するのが適当であるが、原料
貯槽内に管状もしくは板状の伝熱面を配したものでも可
能である。予熱された供給原料はスクリューフィーダー
等の原料供給器１１で定量的に混合機１２へ供給される
。

前記の気固分離機３で捕集された乾燥処理済粒子はロー
タリーバルブ等のシール機構１３を経て分配器１４へ投
入され、分配器１４からそのほとんどは混合機１２へ送
られるが、一部は乾燥製品１５として系外へ取り出され
る。

混合機１２では分配器１４から与えられる乾燥処理粒子
中へ原料供給機１１から供給される湿潤供給原料を投入
し混合する。混合機１２としては、−軸もしくは二軸の
パドル型混合機が一般的に用いることができるが、循環
ブロワ−４から吐出される過熱水蒸気の一部もしくは全
部を導入し、混合機１２内の気相部を隈なく過熱状態に
保持するように配慮することが望まれる。

混合された処理粉体は、高速流動層１の下部へ導入過熱
水蒸気とともに供給され、加熱乾燥される。一般に加熱
器２に供給されるべき熱量は、蒸気圧縮機５から供給で
きる蒸発量相当の熱量では不足するために、加熱補給蒸
気１６を供給してやることが望ましい。

第２図は、第２実施例を示し、高速流動層１は、第３図
および第４図に示すような多管式熱交換器形状の加熱器
２ａ、２ｂも、本実施例では２段直列に内蔵している。

下段は蒸発蒸気を圧縮加熱した蒸気で加熱され、上段は
加熱補給蒸気１６で加熱される。これにより加熱補給蒸
気１６の凝縮ドレン１７は清浄なままボイラーへ戻すこ
とが可能となる。また高速流動層１での加熱調整を加熱
補給蒸気１６の圧力を制御することでも可能となる。

流動ガスおよび処理粒子は加熱管の内部を通過し、サイ
クロン３へ導入される。サイクロン３下部はダブルダン
パー１３Ａでシールされ、捕集された粉体は混合機１２
へ送られる。

サイクロン３からの排出水蒸気の一部は、循環ガス加熱
器１８を経て循環ブロワ−４により昇圧される。循環ガ
ス加熱器１８は、装置の温度上昇を促進するために、起
動時に加熱補助蒸気を利用して加熱する装置であり、連
続運転時には一般に不要となる。

混合機１２はたとえば一部パドル混合機であり、上流側
下部に粉体分配抜出し座を有し、ダブルダンパー１３Ａ
より供給される乾燥粉体の一部を乾燥製品１５としてロ
ータリーバルブ１９を用いて定量的に取り出せる機構と
なっている。その下流では、供給ロータリーバルブＩＩ
Ｂを通して供給される湿潤原料と混合され、蒸気循環ブ
ロワ−４からの過熱水蒸気流中に投入された後、高速流
動層１下部へ供給される。バイパスバルブ２０は混合機
１２に導入する過熱水蒸気量を調整するものである。

循環水蒸気の他部は、水スプレー洗浄式スクラバーによ
る蒸気洗浄装置１１ｆｆｉ２１で、同伴する微粉を除去
したのち、はぼ大気圧で蒸気圧縮機５Ａ−、導入される
。圧縮加熱された蒸気は流動層下部１ｂの加熱に使用さ
れる０発生した凝縮水と被凝縮性ガスは気液分離器６で
分離され、非凝縮性がスは流量調整バルブ８を経て原料
予熱機７Ａに導入される。凝縮水は蒸気洗浄装置２１の
補給水として利用される。洗浄排水は洗浄水循環ポンプ
２２を利用して排水２３される。

原料予熱機７Ａは、たとえば伝熱ジャケットつきのパド
ル輸送機であり、テーブルフィーダーによる原料供給機
１１Ａから定量的に原料が投入され、気液分離器６から
の非凝縮性ガスの同伴する蒸気の潜熱を利用して原料を
予熱するものである。

温度の低下した非凝縮性ガス排気２４は系外へ放出され
る。

ところで、第２実施例での多管式熱交換器からなる加熱
器２ａ、　　２ｂを備えた高速流動層１の詳細構造例は
、第３図および第４図に示すもので、上下加熱器用３０
Ａ、３０Ｂをスペーサーリング３１を介して止めボルト
３２により連結するとともに、胴３０Ａ、３０Ｂの上部
および下部には流動ガスの出口コーン３３Ａおよび入口
コーン３３Ｂを設けである。また、内部には、多数の伝
熱管３４．３４・・・を設け、上側域と下側域とを区切
るべく管板３５が設けられている。これによって、上部
および下部に区画された、加熱蒸気人口３６Ａ。

３６Ｂから凝縮液出口３７Ａ、３７Ｂに至る加熱蒸気流
路室が形成されている。また、上部域と下部域との連結
部にはスペーサーリング３１をはさみ空隙を設は流動ガ
スの再分散を行い、多管になるべく均等に流動ガスが分
配されるようにしである。

かかる流動層型式では、一定の流動ガス量に対して与え
られる伝熱面積が比較的多くとれる。また上下に複数段
（実施例のように２段に限定されずそれ以上でもよい。

）の加熱器２ａ、２ｂを連結することで、加熱条件を段
毎に変えたり、また管の材質、肉厚を変えることができ
る。

〔実施例〕

次に実施例を示し、本発明の効果を明らかにする。実施
した装置は、第２図〜第４図に示すもので、その仕様は
次の通りである。

（２）サイクロン　　単　　筒　　式　　　５００φＸ
３２００１１（３）混合機　パドル式　５００φＸ　１
４００Ｌ０ＰＰＭ （５）循環ブロワ−ターボファン　　１５ＫＷ（６）蒸
気圧縮機　　スクリュー式圧縮機　３０ＫＷ本実施例で
の運転実績データの一部を下記に示す。

処理物質　　　　　　　　　　　　ケイ砂　木　絹原料
供給量　　　　　ｋｇ／Ｈｒ　　　　２００　　　３０
原料水分　　　　　　−ｔ％−１８，６〜８５８〜６０
温度　　　　　　’Ｃ１４１２ 製品水分　　　　　　賀ｔ％匈、８．１以下　５〜７温
度　　　　　　℃１００　　１００ 流動層入ロガス温度　’Ｃ１２０１１５流動層出ロガス
温度　’Ｃ１３８１３０蒸気圧縮機吐出圧力　ｋｇ’／
ｃａ！−Ｇ　　２．８〜３．０１．８〜２．０加熱補給
水薫気圧力　ｋｇ／ｃｄ−Ｇ　　　３．０　　　２．０
循環過熱水蒸気　　　ｒ＋？／１ＩＩｉｎ２３〜２４２
３〜２４そして、安定した運転が図れ、かつ効率よい乾
燥操作を行うことができることが明らかとなった。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、単位エネルギー当りの乾
燥効率が高くなり、かつ被乾燥物の物性変化を防止でき
、また安定した運転を行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例を示す概要図、第２図
は第２実施例の概要図、第３図は第２実施例で用いた高
速流動層の縦断面、第４図はＩＶ−ＩＶ線矢斜図である
。 １・・・高速流動層、２．２ａ、２ｂ・・・加熱器、３
・・・気固分離機、４・・・蒸気循環ブロワ−１５，５
Ａ・・・蒸気圧縮機、６・・・気液分離器、７．７Ａ・
・・原料予熱器、１０・・・供給原料（被乾燥物）　、
　１１．ＩＩＡ・・・原料供給機、１２・・・混合機、
１４・・・分配器、３４・・・伝熱器。 第１図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱器を内蔵し、流動用流体としての過熱水蒸気
   によって粒子の終末速度付近で運転される高速流動層と
   ；この流動層上部から排出される含粒子水蒸気から粒子
   を捕集する気固分離機と；この気固分離機から排出され
   る粒子が除去された水蒸気を流動層下部へ再循環させる
   ための流体輸送手段を含む蒸気循環路、ならびに前記循
   環蒸気の一部を圧縮し前記の高速流動層内の加熱器に導
   く蒸気圧縮加熱手段と；前記気固分離機によって捕集さ
   れた粒子の一部を乾燥製品として系外に排出し、さらに
   残余の粒子と系外から供給される湿潤原料とを前記循環
   蒸気の一部または全部を流通させた雰囲気において混合
   し、循環蒸気とともにこの混合物を前記高速流動層下部
   へ定量的に供給する混合手段と；を備えたことを特徴と
   する高速流動層を備えた乾燥装置。
2. （２）加熱器を内蔵し、流動用流体としての過熱水蒸気
   によって粒子の終末速度付近で運転される高速流動層と
   ；この流動層上部から排出される含粒子水蒸気から粒子
   を捕集する気固分離機と；この気固分離機から排出され
   る粒子が除去された水蒸気を流動層下部へ再循環させる
   ための流体輸送手段を含む蒸気循環路、ならびに前記循
   環蒸気の一部を圧縮し前記の高速流動層内の加熱器に導
   く蒸気圧縮加熱手段と；前記気固分離機によって捕集さ
   れた粒子の一部を乾燥製品として系外に排出し、さらに
   残余の粒子と系外から供給される湿潤原料とを前記循環
   蒸気の一部または全部を流通させた雰囲気において混合
   し、循環蒸気とともにこの混合物を前記高速流動層下部
   へ定量的に供給する混合手段と；前記高速流動層の加熱
   器より排出される凝縮水蒸気流路に気液分離器を設け、
   系内の非凝縮ガスを分離し、さらにこの非凝縮ガスによ
   り、それに同伴する水蒸気の潜熱を利用して系外から供
   給される湿潤原料を間接加熱により予熱する手段と；を
   備えたことを特徴とする高速流動層を備えた乾燥装置。
3. （３）高速流動層として多管式加熱器を用い、管外に加
   熱用蒸気、管内に流動用蒸気および処理粉体粒子を導入
   させるようにした特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の装置。
4. （４）複数の多管式加熱器を直列に接続することで高速
   流動層を構成し、各加熱器間に空隙を設けることにより
   、流動用蒸気および処理粉体粒子を再分散させることを
   可能にした特許請求の範囲第３項記載の乾燥装置。