JPS62237939A - 多段噴流層装置 - 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】 ヘフしヒｃｑ％１ｍ−分−」− この発明は、竪形筒状の器内で上昇気流と粉粒体との流
動層及び噴流層を形成して粉粒体の乾燥、予熱、焙焼、
焼結反応、冷却等の処理をする多段噴流層装置に関する
ものである。

従−迷一の一辣」阻−叱Ｌ（−（モ遇り頌一点−流動層
や噴流層を用いる装置は、優れた伝熱特性を持つ反面、
完全混合型であるため熱効率や反応率が低く、そのこと
が構造的短所となっている。

従ってこれを改善するために、上昇気流と粉粒体の流れ
を向流としかつ多段の層を形成し得ることがこの種の装
置の理想形と考えられている。

流動層又は噴流層を多段に形成する装置で、従来提案さ
れている代表的なものとしては第２図に示すものがある
。この装置は、矢印へのように」一段に供給されノコ粉
粒体は各段で漸次処理され、更に溢流管１２．１２”、
１２”を介して下段に移動し、その後排出１コ１３から
排出される。

一方、上昇気流は導入口１４から供給されて各段の多孔
板１５．１５’、］　５”、１５゛て分散供給され、そ
の後排出口１６から排出される構造となっている。

そして一般に多段の流動層装置（噴流層装置を含む）に
おいては、粉粒体と上昇気流とを向流に接触させ、各段
で流動層を形成させなから粉粒体を一定量づつ下段に送
る機構に最大の難点がある。また上述の第２図に示すよ
うに各段の流動層底板として多孔板を用いる多段流動層
装置では、ある限定された操作領域でなければ安定な流
動層状態を示さないため実用化が困難であって、実際的
には向流をやめ横型多窒化への展開を余儀なくされてい
る。

一方本発明者は、先に特公昭５９−１１３３４号、６゜
−２２２７３号、６０−２２２７４号の各公報によって
空塔形式の多段噴流（流動）装置を提案して実用化した
。この装置は、」二連の多孔板を用いないで向流多段化
を進めたものであるが、これも２段以上とすることは難
かしく、それ故上昇気流の排出ガス温度はまだ高く、よ
り効率的な熱回収が求められていた。

そこで本発明者は種々研究の結果、上述の理態形の実現
のためには、上昇気流の量（以下ガス量という）を変え
ずに流動層（噴流層）における粉粒体の滞留量を容易に
増減制御することができ、かつ一定量づつ下段に送るこ
とが必要であることに着目し、先願（特願昭６１−２５
７８７号）で開示した「周壁噴流式流動層装置」（以下
先願という）を考案した。

すなわち多段の流動層（噴流層）における粉粒体の滞留
量と下段へ落下する量を調節するには、主として吹上げ
る上昇気流の流速に関係するので、流速を変えるのにガ
ス量を増減しなければならないが、先願では面積可変構
造の開口部を周壁部に設けて周壁噴流式としたために、
ガス玉一定でも上昇気流の流速が変えられかつ滞留量と
落下量を容易に制御することができる。

一般に流動層（噴流層）に滞留する粉粒体の里は式（１
）に示す関係で決まり、各段の落下量は式（２）により
粉粒体の滞留量に比例し、上昇気流の流速に逆比例する
関係にある。

Ｗ−△ｐ−ＡＴ・・・・・（１）。

Ｗ：滞留量（ｋｇ） △ｐ：粉粒体の流動層における上昇 気流の圧力損失（ｋｇ／ｍ２） ＡＴ・流動層装置筒状器の横断面積 （ｍ２） ＦｃＡｗ／ｕ’　　　・−・＋−（２）。

Ｆ：落下ｎｋ　（ｋｇ／５ａｃ） Ｗ：滞留量（ｋｇ） Ｕ、流速（ｍ／５ｌｃ） つまり上昇気流の圧力損失（△ｐ）に相当する量が浮遊
流動するが、粉粒体の原料が継続的に供給されると上記
（１）式のバランスがくずれ供給量に比例した量が開口
部から自動的に押出されるように落下する。

従って上述の面積可変構造の開［」部落下方式によれば
、各段毎に落下量を強制的（カス量を“変化させる）に
落下させる必要がない。すなゎぢ一定ガス量の下で開口
部（落下部）の面積を変えることかできれば、吹−にげ
流速が変わり、それに応じて落下量が変るので一定の原
料供給速度のもとで新しい滞留量が形成される。つまり
開口部面積変化−・吹」二げ流速変化−△ｐ変化−・滞
留用変化の関係が成立する。

モして先願の流動層装置は流動層底板を用いて、その底
板と筒状器の内周壁の間に開１」部を多段に設け、各々
の開１」部毎に噴流層、流動層を形成する方式としたも
のである。

しかしこの方式では流動層（噴流層）の形成は安定して
いるが、各層に滞留する粉粒体の量が密であってかつ流
動状態がはげしい撹拌状態とならない場合がある。

このような場合に焼結性材料の焼成などの処理をすれば
、その材料の融着、クリンカーの生成がおこり運転不能
となることがある。

そこで本発明者は１周壁噴流式流動層」と粉粒体がはげ
しい撹拌噴流状態となる「空筒噴流層」を上下に形成す
ることによりこの問題を解決することができた。

竪形筒状の器内で−に昇気流と粉粒体との流動層並びに
噴流層を形成して用いる装置において、該筒状器の内周
壁にそってその周壁と流動層底板との間に上昇気流を吹
上げるための面積可変構造の開口部を設け、該開口部よ
り下部に空筒状の噴流室を設置」、該空筒噴流室とその
直下に設けた気流導入口との接合部を介して粉粒体の排
出口１を設け、かつ上記開口部より上部に粉粒体の供給
口と気流排出口を設けたことを特徴とする周壁噴流式流
動層を用いる多段噴流層装置である。

以下この発明の構成と作用を実施例に基づいて説明する
。

友ｊｌｌＪ 第１図は、この発明を実施する多段噴流層装置の側断面
図である。図において、Ｉは多段噴流層装置本体をなす
竪型の筒状器、２は原料粉粒体の供給口、３は粉粒体の
排出口、４．４′。

４”は気流の導入口、５は気流排出口である。

つぎに６．６°、６”は流動層底板、７，７゛は上昇気
流を吹−Ｌげるための開口部８，８゛の面積調節装置で
ある１、そして開口部８〜８”は流動層底板６〜６”と
筒状器１の内周壁の間の円周面にそって形成される。

そして９は開口部８の直下に設けた空筒状の噴流室であ
る。

矢印ハのように装置内に供給された粉粒体は、開口部８
〜８”において吹」二げる上昇気流によって流動層並び
に噴流層を形成する。

ここに流動層とは一般に比較的低速の上昇気流の中で粒
子が浮遊する層を形成する場合をいい、噴流層とはや＼
高速の上昇気流により粒子が噴水状に浮遊する層を形成
する場合をいう。

この発明において、開口部８〜８′”における上昇気流
の吹上げ流速は、従前の多孔板による開１］部（多孔部
）からの吹」二げに比べ噴流層を形成する条件となりや
すい。そのため一般に粒子の浮遊流動がはげしい撹拌状
態になりやすく、反応、焙焼などの前記の処理に効果的
である。

そして開口部８〜８”からやや−に部に離れたところで
は流速がおそくなり流動層を形成するので、滞留する粉
粒体の量か密になる。

つぎに、この実施例において流動層並びに噴流層におい
て粒子が滞留する晴の調節並びに開口部８〜８”を通っ
て落下する機構について説明する。

第３図は第１図の流動層底板６、面積調節装置７、開口
部８の部分拡大図である。第４図は第３図のＡ−Ａ’断
面図である。この実施例では、面積調節装置７は第４図
に示すように６つに分割された面積調節板７ａ〜７ｆを
有していて、これらの面積調節板の各々が筒状器１の器
壁につば】ａによって挟まれて外部から操作できるよう
に摺動自由に取付けられている。なお、つば１ａは全周
にわたりガスケットにより気密保持がされている。

そして多段噴流層装置の運転中でも面積調節装置７ａ〜
７ｆを筒状器１内に押し入れれば、開口部８の横断面積
がそれだけ狭められ、引き出せばそれだけ広くなる。

また第３図及び第４図の１１は流動層底体６を固定して
支持する部材である。

それから第１図の最」−開［」部８”の開口面積は、同
図に示すように流動層底板６゛を逆円錐形状の筒状器の
部分に設けて、昇降機１０で」−不可動とすれば自由に
調節される。

つぎに開口部８（第１図の８°、８”を含む）における
上昇気流によって支えられる粉粒体の滞留量は、前述の
式（１）で説明した関係にあり、滞留している粉粒体が
落下する量は式（２）で説明したような関係にある。

従って今、開口部８〜８゛の面積を一定にしてかつ気流
の流速を一定（ガス量一定）にすれば粉粒体の滞留量は
式（１）でバランスした量となり、継続して粉粒体を供
給すれば滞留量が多くなった分だけ継続して落下する（
式（２）でバランスする）。従って開口部８〜８”の面
積を一定とすれば、ガス量を増減しない限り滞留量を調
節することはできない。

ところが本実施例によれば、ガス量を一定にしておいて
も面積調節装置７の面積調節板７ａ等あるいは昇降機１
０により開口部８〜８”の面積を調節することができ、
その調節分だけ開口部８〜８”における上昇気流の流速
を増減できる。式（］）、（２）の関係からして流速が
増せば落下ｍが減って滞留量が増し、−・方流速が減少
すれば落下量が増して滞留量が減少する。

そして何れにおいてしその流速に相当した滞留量と落下
量でバランスする。

ごのようにこの実施例によれば、ガス量が一定であって
も或範囲で任意に滞留量を調節することができるので、
装置内の反応温度、時間、雰囲気の条件変更が容易であ
る。なおこの発明における開口部（８〜８”）の開口比
（開口部における筒状器の横断面積当りの開口面積）は
所望の滞留量のもとて良好な流動、噴流条件が得られる
ように選択されるが、これは粒子の大きさとガス量によ
って異なり、粒径が０．６〜１．７ｍ／ｍの粉粒体原料
による実験によれば１５〜３０％の範囲が好ましい。

（Ｉ３） そして従前のような多孔板の開口部による全断面におけ
る吹上げではなく、周壁開口部で粒子が吹上げられるの
で、噴流層がドーナツ状に形成され、かつ上層部では流
動層状態となって、全体として粒子が噴流降下の撹拌を
受けることになるが、開口部から離れた流動層や流動層
底板６の直」二付近では撹拌状態が不十分で滞留する粒
子の量が密になる。

従って焼結性の粉粒体材料の焼成などを行う場合に、」
−述の開口部（８〜８″）によって形成される流動層（
噴流層）の何れかを最高温度帯としかつ当該粉粒体の焼
結温度（融着温度）に近い温度で加熱焼成する必要があ
る場合は、粒子相互の融着がおこり装着器壁（筒状器、
流動層底板）に大きな融着塊となってイ」着することが
ある。このような状態では、当該粉粒体の焼成処理は不
可能となる。

そこで本発明では最下段の開口部の下部に空筒状の噴流
室９を設けた。空部噴流室９では、」二連のような粉粒
体の融着現象を防ぐため激しくＩ４） い撹拌状態となるような噴流層を形成する必要がある。

そのためには噴流室空部の横断面積を狭くシ、上昇気流
の流速が粒子終末速度の０．４〜１．０倍の範囲になる
ように、比較的高速気流にすることが好ましい。

また、粉粒体の排出１」３の位置は空筒噴流室９とその
直下に設けた気流導入口４との接合部を介して設＋Ｊる
ことが望ましい。そして」二連の空筒噴流層を最高温度
帯として焼結性材料の焼成を行う場合は、焼成された粉
粒体は融着を防止するために排出口付近に堆積させるこ
となく装置外に解放排出して冷却する必要がある。

また、」二述の最高温度を維持するために排出口３から
の外気冷風の吸込みと内部の高温気流の吹出しを防ぐ必
要がある。そのためには」二連の接合部付近の装置内静
圧を大気圧近くに維持しなければならない。そしてこの
静圧維持と正常な焼成物排出並びに噴流層の形成をする
ためには、排出口３を上述の接合部にすることが操作−
］二必須の条件となる。

そしてこの空筒噴流室９において噴流層を形成しながら
滞留する粉粒体は、開口部８から継続的に落下する粉粒
体によってその滞留量か増すことになるが、前述の式（
１）のバランスがくずれた分だｉ−１排出（］３から継
続的に排出するので常に一定歯でバランスする。

つぎにこの発明においては、第１図に示すように流動層
底板を６〜６″′の如く複数段設け、その数に相当する
開口部並びに開口部面積調節装置を設け、さらに空筒噴
流室９を直結しているので多段の流動層、噴流層の各段
における粉粒体の滞留量（時間）を異にすることもでき
る。

そしてこのような多段であれば各段において予熱（熱回
収）、・連焼、焼成、冷却などの別々の目的の処理を一
つの装置で行うことができるので熱効率や反応率が犬と
なる。

また、第１図に示すように多段噴流層装置の筒状器１を
上下方向においてその横断面積が異なる形状とすれば、
各断面における気流の流速に変化をつけることができる
ので、例えば微粉粒子が排出口５から気流に乗って運ば
れる割合を減少させることができる。

そして空筒噴流室の部分も直向に限定されるものではな
く逆錐形状でも差し支えない。

つぎにこの発明の多段噴流層装置において、粉粒体の供
給口は必要に応じて多段に設けることにより各段毎に粉
粒体原料、酸化剤、還元剤、固体燃料などの粉粒体を別
々に供給し種々の反応処理を行うこともできる。また同
様に、気流の導入口も第１図に示す気流導入口４〜４″
のほかに多段に設は各段において空気、気体燃料、酸化
還元ガス、バーナーなどを別々に導入することもできる
。なお当然のことなから粉粒体供給口は何れかの開口部
より上部に、また気流の導入口は何れかの開１コ部の下
部に設けることが必要な条件となる。またこの発明にお
ける多段噴流層装置の筒状器の形状は主として円筒形状
について説明したが、角筒状の形状のものでも用いるこ
とができる。そして流動層底板は上述の筒状器の形状に
合わせて円錐又は角錐状の形状とすれば前述のドーナツ
状の周壁噴流層の形成に合致させることができる。

憚明の丸」 上述のことからこの発明の効果として、つぎのことか得
られる。

（１）空筒噴流室を設けてそこ、を最高温度帯として操
作することができかつ焼成後直ちに装置外に解放排出す
るこ七ができるので、焼結性材料の焼成処理も容易とな
り、軽量細粒材の場合は発泡焼結も可能となる。

（２）この発明に係る装置を粉粒体の焼成に用いる場合
は、段を重ねるに従い上昇気流から粉粒体への伝熱が行
われ所望の温度まで熱回収ができるので、熱効率が大巾
に改善される。

（３）反応器として使用する場合は、各段の滞留量を任
意に選択できるので、装置の運転操作中でも反応温度、
反応時間の制御が容易である。また必要に応じて還元剤
、酸化剤の使用でガス雰囲気も制御できる。さらに向流
多段化により反応率を高めることができるので装置の小
形化が図れる。

（４）空筒噴流室を冷却器として使用する場合は（２）
の逆作用で粉粒体から気流への熱交換が効率的に行われ
る。

（５）従前の流動層装置に比べ開口比が大きく、かつ周
壁部にまとまった開口部がとれるので、多孔板方式に見
られるような目詰りの恐れがない。また開口部の圧力損
失も小さくなる。

（６）運転中に外部から開口部面積が変えられるので、
供給粒子の粒径変更または反応による粒径減少があって
も、それに対応した適正な流動条件（ガス景、流速）を
作り得る。

（７）この発明の装置によれば、高さ方向で多段に分割
されることにより、常に良好な噴流状態が作れるので一
段で懸念されるようなスラッギング現象や気泡発生の問
題は大ｌＪに改善される。

（８）各段とも噴流層を形成することができるので激し
い流動がおこり、かつ各段の粒子はすべて落下時に高速
の上昇気流に接触するので伝熱速度や反応速度が更に大
きくなる。

（９）滞留量調節により処理能力の増減に対する適用範
囲が大きい。

（１０）低温処理では流動層底板を金属材料で、高温焼
成では耐火物で作ることにより、広範囲の温度に適用で
きる。

（１１）任意の段にバーナーが取付けられるので各段の
温度制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である多段噴流層装置の側
断面図、第２図は従来の技術による流動層装置の代表的
な例を示す図、第３図は第１図の流動層底板６、開口部
８、面積調節装置７の部分拡大図、第４図は第３図のＡ
−Ａ’断面図である。 ｌ・・・筒状器　　　２・・・粉粒体供給口３・・・粉
粒体排出口　　４・・・気流導入口６〜６″・・・流動
層底板　７・・・開口部面積調節８〜８″・・・開口部 手続補正書、帥、 昭和６１年　６月３０日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）竪形筒状の器内で上昇気流と粉粒体との流動層並
   びに噴流層を形成して用いる装 置において、該筒状器の内周壁にそってそ の周壁と流動層底板との間に上昇気流を吹 上げるための面積可変構造の開口部を設け、該開口部よ
   り下部に空筒状の噴流室を設け、該空筒噴流室とその直
   下に設けた気流導入 口との接合部を介して粉粒体の排出口を設 け、かつ上記開口部より上部に粉粒体の供 給口と気流排出口を設けたことを特徴とす る周壁噴流式流動層を用いる多段噴流層装 置。
2. （２）面積可変構造の開口部を筒状器内の上下方向にお
   いて複数段設けたことを特徴と する特許請求の範囲第１項に記載の周壁噴 流式流動層を用いる多段噴流層装置。
3. （３）筒状器の上下方向においてその横断面積が異なる
   形状の筒状器を有することを特 徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項 に記載の周壁噴流式流動層を用いる多段噴 流層装置。
4. （４）流動層底板と筒状器の内周壁の間に形成される開
   口部に、筒状器の外側から面積 調節用の部材を出し入れすることにより、 開口部の面積を変えるようにした面積可変 構造を有することを特徴とする特許請求の 範囲第１項又は第２項に記載の周壁噴流式 流動層を用いる多段噴流層装置。
5. （５）流動層底板と逆錐形状の筒状器の内周壁の間に形
   成される開口部において該流動 層底板を上下移動することにより開口部の 面積を変えるようにした面積可変構造を有 することを特徴とする特許請求の範囲第１ 項又は第２項に記載の周壁噴流式流動層を 用いる多段噴流層装置。
6. （６）粉粒体の供給口を筒状器の上下方向において複数
   段設けたことを特徴とする特許 請求の範囲第１項から第３項の１つに記載 の周壁噴流式流動層を用いる多段噴流層装 置。
7. （７）気流導入口を筒状器の上下方向において複数段設
   けたことを特徴とする特許請求 の範囲第１項から第３項の１つに記載の周 壁噴流式流動層を用いる多段噴流層装置。
8. （８）筒状器の形状を円筒又は角筒状としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１、２、３、６又は７項の１つ
   に記載の周壁噴流式 流動層を用いる多段噴流層装置。
9. （９）流動層底板を錐状の形状とすることを特徴とする
   特許請求の範囲第１、４又は５ 項の１つに記載の周壁噴流式流動層を用い る多段噴流層装置。