JPH0448924A - 気固系流動層内の気泡制御方法および気固系流動層装置 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、流動層における気・固接触の良好な流動状
態を実現するための方法および装置に関し、特に流動層
内を上昇する気泡Ｆ、Ｔの気泡径を小さなままに維持す
るように制御し、もって気・固の接触面積の増大、気泡
上昇速度の抑止、気泡の滞留時間の増大をなさしめ気・
固接触の良好な流動状態を形成する気固系流動層内の気
泡制御方法およびその気固系流動層装置に係わるもので
ある。

【従来の技術】

固体粒子を気体で流動化する流動層装置は、反応装置、
燃焼装置、焼成装置、乾燥装置や熱交換装置などとして
、各産業分野で広く用いられている。 これらの流動層装置においては、容器内の固体粒子層の
下方からガス分散器を通して最小流動化速度以上の速度
で気体を流すと、流動化して粒子層に気泡が発生し、気
泡群と粒子群の二相からなる不均一系の流動層が形成さ
れる。そして、流動層内の気泡は隣接する気泡どうしが
合体を繰り返して大きく成長しながら上昇し、流動層上
部に至る。 上記の流動層における気体と固体粒子との接触が充分に
なされることは、例えば気・固反応（気体・固体粒子間
の反応）、気・気反応（固体粒子を触媒とした二種類以
上の気体どうしの反応）、燃焼や焼成（固体粒子の酸化
反応）、乾燥や熱交換（気体・固体粒子間の物質移動や
熱移動）等にとって重要である。 一般に、気泡は隣接する気泡どうしが合体を繰り返して
大きく成長しながら上昇し、気泡径が大きいものほど上
昇速度の速い気泡となる。 そのため、気泡径が大きくなればなるほど、気ｆ！１ｆ
ｆＪの総表面積が小さくなると共に、気泡の滞留時間が
短くなり、気・固の接触時間は減少し、気・固接触が不
十分となる。この現ψは大型の流動層においてより顕晋
となる。従って、これら流動層装置においては、気泡径
をできるだけ小さくし、もって気・固の接触面積を増大
させ、気泡上昇速度を抑えて気泡の滞留時間を増大させ
ることか、気・固接触を良好にするために有効であり、
また重要である。 従来より、流動層内の気・固接触の良好な流動状態を実
現する目的で、流動層内にバッフルを取り付けるなどの
工夫がなされてきた。 従来から一般的によく用いられた多孔板型バッフルや水
平形管ａなどは、バッフルにぶつかる気泡を分裂させ小
さくするとか、バッフルが流れに対して抵抗を持つこと
により、気泡をバッフルで再分散させるなど、バッフル
が気泡に直接作用することに着１」シて設置されてきた
。

【発明が解決しようとする問題点】

しかし、これら従来のバッフルを使用する場合は、流動
層水平断面全体にわたる大きなバッフルを流動層内に複
数段設ける必要があるので、バッフル自身のコストが大
きくかかるという問題がある。 また、これらバッフルは、気泡に直接作用して分裂させ
る性質上、近くの分裂した気泡どうしがすぐに合体しな
いように、かなり大きな抵抗（圧力損失）をもたせて分
裂気泡を再分散させる必要があるが、その抵抗によって
バッフルの直下に気・面接触に関与しない気体の層が生
じてしまう。その結果、形成される流動層全体の高さが
増大するので、予め流動層の容器本体の高さを高くして
おかなければならないという問題点がある。 さらに、容器内メンテナンスの際には、バッフルを外さ
なければ点検に入れないという問題もある。 また、これらバッフルの粒子流れに対する抵抗は、粒子
混合を減少させ、流動層の特色である流動層内の温度均
一性を損なうことにもなる。 これらの問題点を解決するためには、水平断面積が小さ
く、かつ効果の大きいバッフルでなければならない。 この種の気泡群に対する抵抗（圧力損失）の少ないバッ
フルとしては、第１１図と第１２図に示す特公昭５１−
３０８７２号公報のものや第１３図（＾）。 （Ｂ）に示す特公昭４９−４５４ｆｔ３号公報のものの
如き、流動層１２が形成される塔（容器）２の側壁内周
面３に設けられた環状、板片状、棒状等の水平バッフル
５が提案されている。 しかし、第１図と第１２図のバッフル５は、側壁内周面
３等の垂直面近傍に生じている粒子群の下向きの流れを
中断しその流れを層内方の上昇する気泡群に導くことに
よって、流動層１２を複数の反応域に区画していわゆる
ステージング効果を生じせしめ、反応生成ガスの一部が
流動層内で再循環されて過度の分解等を生ずるのを防止
しようとするものであり、上昇する気泡径をできるだけ
小さくするためのものではなく、また当然、気泡径を小
さくするためのバッフルの諸条件も明らかにされていな
い。 また、第１３図のバッフルは、流動層が形成される塔２
の側壁内周面３の魔耗を防止するもので、第１１図、第
１２図のバッフルと同様に上昇する気泡径をできるだけ
小さくするためのものではなく、また当然、気泡径を小
さくするためのバッフルの諸条件も明らかにされていな
い。 本発明者は、上述の如き気泡に直接作用するバッフルの
問題点を解消し、流動層内を上昇する気泡群の気泡径を
小さいまま維持して気・面接触のより良好な流動状態を
実現する手段を得ることにつき鋭意研究した結果、流動
層において気泡がほとんど無い塔側壁内周面近傍に設け
られた環状や板片状のバッフルが、気泡挙動に大きな影
響を与えることを見出し、さらにその影響を利用して気
泡の空間分布を均一にすると流動層内を上昇する気泡Ｆ
Ｊの気泡径を小さいまま維持できることを見出してこの
発明を完成させたものである。 ：問題を解決するための手段】 すなわち、この発明の第１の発明における気固系流動層
内の気泡制御方法は、流動層が形成される容器の側壁内
周面に沿って、流動層を形成する粒子が通過てきる隙間
を介してもしくは隙間を介することなくバッフルを設け
、かつ、上記バッフルの水平方向の成分長さの幅を該バ
ッフルが設けられる容器側壁内周面の直径または相当直
径の０．００５〜０．１倍とすると共に、下記の定義、 による比バッフル水平面積を０１５〜０．４０／ｍの範
囲にすることによって、上記流動層内を上昇する気泡群
の平均径を比較的小さいままに維持することを特徴とす
るものである。 また、この発明の第２の発明における気固系流動層装置
は、流動層が形成される容器の側壁内周面に沿ってバッ
フルを設けてなる気固系流動層装置において、上記バッ
フルは流動層を形成する粒子が通過てきるｐ：（間を介
してもしくは隙間を介することなく前記容器側壁内周面
に沿って設けられており、かつ、上記バッフルの水平方
向の成分長さの幅カー該バッフルが設けられる容器側壁
内Ｎ而のｔｎ径または相当直径の０．００５〜０．１倍
であると共に、下記の定義、による比バッフル水平面積
が０．１５〜０．４０／ｍの範囲であることを特徴とす
るものである。 上記のバッフルは、容器側壁内周面に沿って環状に一段
あるいは多段に設けることができる。 −段設けた場合のバッフルの設置位置、あるいは多段に
設けた場合の最下段のバッフルの設置位置は、流動層の
底部に設けたガス分散器から当該バッフルまでの鉛直距
離が、容器側壁内周面の直径または相当直径より短くな
る位置とすることが望ましい。ガス分散器が複数のガス
分散器から構成されている場合には、全ｆ共給ｍの５０
８２％以上のガスが（ｊｕ　給されているガス分散器を
基準と

【７、あるいは５０容量％以上のガスを供給する
ガス分散器がないときはＦからの合＝１ガス足が全ｌｊ
給量の５［〕容量％以上となる箇所のガス分散器を基準
と１７で、」−記の鉛直距離をＩＩＦ＋定ずればよい。 また、容器側壁内周面から隙間を介してバッフルを設け
る場合の隙間は、３■以上で、かつ、バッフルが設けら
れる位置の容器側壁内周面の直径または相当直径の８分
の１以下の隙間とすることが望ましい。 【作用】 以上の手段を採ることで、流動層内で最大流速を持つ側
壁内周面近傍の粒子群の下降流が、前述した特定の幅と
特定の比バッフル水平面積を有するバッフルにより阻１
トされて、その粒子群の下降流は流動層中心軸を流れる
ように誘導される。その結果、流動層中心軸方向へ集ま
ろうとする気泡の流れは、流動層中心軸付近を流れる粒
子下降流に阻害され、流動層外周方向に押しやられて、
これら気泡群は流動層内を比較的均一に流れるようにな
る。 流動層内の気泡分布が均一となると、隣接する気泡との
合体確率が減少して、気泡ｎｌはその径の増大をｔＩｆ
ｌｔｌ：され、気泡径が比較的小さなままに維持される
。その結果、流動層で良好な気・固接触が得られるよう
になる。 すなわち、この発明においては、基本的には気泡７！下
に直接０用するものでなく、気泡群の流れに付随して起
こる流動層内の粒子群の流れを特定の条件で変えてやる
ことにより気泡ｎ工の流れを変え、気泡の分布を均一に
し、気泡ａの合体確率を減らし、成長を遅らせることに
より流動層内の下向気泡径を小さく維持する。 これを訂（２く説明すると、バッフルのない流動層内で
は土！ｉ？する気泡群が比較的多く流れる部分が存（ｌ
し、その部分は流動層底部では初め比較的流動層外周に
近い部分に環状に現れ、流動層内を上ｙｔするにつれて
流動層中心情〕ｊ向に移動する。気泡の合体は隣接の気
泡どうしてなされるため、気泡が多く集まるところでは
より一層合体がＯｒ進される。特に気泡がある一カ所す
なわら流動層中心軸イ、１近に集まった場合には気泡径
は急激に大きくなる。また、流動層内を１釘する気泡の
底部には一般に気泡ウェイタと呼ばれる粒子Ｈ１があり
、流動層底部で気泡の４１成と同時に気泡ウェイタに取
り込まれた粒子は気泡にｆ″Ｉ′って上Ｈし流動層上部
表面で気泡の破裂と共に解放される。そして気泡と共に
上野した粒子量に姑合う量の粒子が流動層内を下降する
。下降する粒子ｒ！Ｔは気泡とは逆に流動層外周付近を
Ｆ降する。この粒子下降流によって気泡はさらに流動層
中心軸方向に押しやられ、このカバｌ゛的バランスによ
り流動層の流動状態が定まっているのである。 この発明においては、気泡ＩＴの気泡径を小さくするた
めに、特定のバッフルによって気泡の分（Ｉｉを均一に
し、特に合体が極度に促進される流動層中心軸上に気泡
を集まらないようにし、すなわち気泡の流れと粒子の流
れの力′ｙ的バランスを変えてやり、これによって流動
ＪＵＧ内の下向気泡径を小さく維持するのである。

【実施例］ 以下に、図面を参Ｉ＜（シて本発明を訂紹１に説明する
。 第１図は、この発明の一実施例を示す流動層装Ｗ１であ
り、円筒状の塔本体（容器）２の底部にガス分散板（分
散器）４が設けられている。 この分散板４は、多孔板、小孔のある部材等の多孔性部
材からなっており、流動層１２の支持体として作用する
と共に流動層１２に気体が均一に流れるように構成され
たものである。分散板４で区画された塔本体２底部のガ
スだめ１０に連通して弁８を介装したガス流入配管６が
接続されており、気体がガス流入配管６、弁８、ガスだ
め１０および分散板４を通って流動層１２に導かれる。 その導入された気体によって分散板４上方の微細粒子が
流動化され、気泡群と粒子群の二相からなる不均一系の
流動層１２が形成される。 符号１４は流動層上部界面であり、流動化粒子はおもに
この界面以下に保持され、一部の粒子が気体に同伴され
て界面上に飛散するが、飛散した粒子は、）Ａ本体２上
部空間のフリーボード部１６で分離されるかもしくはフ
リーボード部１６に必要により配置されるサイクロン１
８により気体と分離され、流動層１２内に戻される。サ
イクロン１８のデイプレグ２０は、流動層１２内まで挿
入することもできるし、この実施例のようにデイプレグ
２０からサイクロン１８へのガスの吹抜けを防ぐ一種の
逆止弁的作用をなすトリクル弁２２を用いてサイクロン
１８で分離される粒子を流動層１２内に戻すこともでき
る。分離気体は、塔本体２もしくは必要により設けられ
たサイクロン１８に連通接続されたガス出口配管２４を
通じて排出または次の工程に送られる。 また、流動化される粒子は、塔本体２上部に設けられた
配管２６から必要により投入され、分散板４上方近傍の
塔本体２に設けられた配管２８から排出される。粒子の
人排出の必要の蕉い場合には、配管２６．２８に介装さ
れた弁３０．３２は、閉しられている。 かかる流動層装置において、この発明に係わるバッフル
３４．３６が、流動層１２が形成される位置の塔本体２
の側壁内周面３に沿って設けられている。 すなわち本実施例においては、バッフル３４゜３６が、
側壁内周面３に沿ってリング状に、かつ水（Ｖ−に上下
２段に配され、第２図の如く側壁内周面３と各バッフル
３４．３６の間に、流動層を形成する粒子が通過できる
隙間４つが設けられ、側壁面内周面３の数カ所から突設
させた水平支持部ヰ４３５に溶接保持されている。この
隙間４つは、必要により設けられるしので、設定できる
隙間の大きさは、粒子−径、ガス流速や流動層の直径等
によって異なるので、実験により好まし％ｓ−，ｊ法を
設定する。従って、この隙間寸法は一概には規定てきな
いが、一般的には流動層１２を形成する粒子径の１０倍
以上または３■■以上が好ましく、大きくても側壁内周
面の直径または相当直径（流動層が形成される塔本体２
の内径または相当内径）の８分の１以下である。 上記の各バッフル３４．３６は、下記の式（１）で示さ
れるように、円柱状の流動層１２の直径Ｄｉすなわち円
筒状の塔本体２の側壁内周面３の直径Ｄｔの０．００５
〜０．１倍、好ましくは０．００５〜００５倍の水平方
向の成分長さの幅Ｖ「をそれぞれ有している。上記水平
方向の成分長さの幅Ｖ「とは、上方の無限遠点から見た
側壁内周面３側から流動層中心軸に向う投影幅であり、
バッフルの側壁内周面３側から流動層中心軸に向う水平
成分長さであって、本実施例では水平のバッフルなので
バッフル３４．３６の幅そのものがＶ「に当る。 Ｗｒ／　Ｄｉ　−０，００５−０，１好ましく　ハ０．
ｏ０５−０．０５ただし、 Ｖ「　バッフルの水平方向の成分長さの幅［ｍｌ Ｄｔ：該バッフルが設けられる位置の側壁内周面の直径
（流動層の直径）　　［ｍｌさらに、上記バッフル３４
．３６は、下記の（２）式による比バッフル水平面積が
０．１５〜０．４０／　ｍの範囲になるようにも、設定
されている。 −２＾「／＾【／Ｌ「 ・・・・・・　（２） 上記（２）式における［バッフルの水平方向の成分面積
」きは、上方の無限遠点から見た流動層１２内の各バッ
フルの投影面積であり、各バッフルの水平成分面積であ
って、上記「比バッフル水平面積」は、単位流動層高さ
における、流動層水平段面積に対するバッフルの水平成
分総面積の比を表すものである。なお、上記（２）式に
おける右辺の分母と分子に示される流動層の状態は、当
然同じ状態のときのものである。 本実施例においては、第１図から明らかなようにバッフ
ル３４とバッフル３６は、同一の水平方向の成分面積＾
「を有しているので、上記（２）式の比バッフル水平面
積は次のように表すことができる。 比バッフル水平面積−＾「×Ｎｒ／＾ｔ／ｌ、ｒ−０，
１５〜０．４０／ｍ・・・・・・　（３）ただし、 ＾「：バッフルの水平方向の成分面積 （上方からの投影面積）　　［ｒｒｉ”］Ｎ「：バッフ
ル段数［−］ Ａｔ：側壁内周面の水平断面積 （流動層の水平断面積）［ば］ １、「：流動層の高さ［ｍ］ この゛比バッフル水平面積の意義を上記（３）式を踏ま
えてさらに詳しく説明すると、例えば流動層高さ　９３
０ｍｍの流動層でバッフルを２段に設置した場合には、
流動層直径に対し２〜４％の水平方向の成分長さの幅の
リング状バッフルで充分に気泡径を小さく維持すること
ができる。 更にバッフルの段数を増やした場合には、バッフルの水
平方向の成分長さの幅を小さくすれば同様の効果が生ず
る。例えば、バッフルを５段に設置した場合には、流動
層直径の１％の幅のバッフルが気泡径を小さく維持する
のに効果がある一方、流動層直径の２％の幅のバッフル
のままでは、この発明の効果が生じないのである。 この発明における比バッフル水平面積は上述の現象を把
握するもので、比バッフル水平面積を０．１５〜０．４
０７ｍの範囲にし、かっバッフルの水平方向の成分長さ
の幅を上記（１）式の範囲にすることで、この発明の効
果を生じさせることができることを示すものである。 また、この実施例の最下段のバッフル３４は、分散板４
からの鉛直距離Ｚ「が流動層】２の直径Ｏ【すなわち塔
本体２の側壁内周面３のｔ［’ｌ径長さＯＬよりも短い
位置に設けられている（　Ｚｒ＜　Ｄｌ）。 以上の構成により、流動層１２内で最大下降流速を持つ
側壁内周面３近傍の粒子ｒＪ下降流が、前述した特定の
幅と特定の比バッフル水平面積を有するバッフル３４．
３６により阻止されて、その粒子ＦＪの降下流は流動層
１２の中心軸近くを流れるように誘導される。その結果
、流動層１２の中心軸近くへ集まろうとする気泡の流れ
は、流動層中心軸付近を流れる粒子下降流に阻害され、
流動層外周方向に押しやられて、これら気泡群は流動層
内を比較的均一に流れるようになる。 流動層１２内の気泡分布が均一となると、隣接する気泡
との合体確率が減少して、気泡群はその径の増大を阻止
され、気泡径が比較的小さなままに維持される。その結
果、気泡群と粒子群の気・固接触面積が減少せず、また
気泡が大きくなって気泡」−Ｙ？速麿が上がるのを抑え
ることができ、気泡の滞留時間を減少させることがなく
、流動層１２て良好な気・固接触が得られるようになる
のである。 すなわち、特定の条件を備えるバッフル３４゜３６は、
基本的には気泡１１に直接ｆ１用するものでなく、気泡
ｎＴの流れに付随して起こる流動層１２内の粒子−群の
流れを変えてやることにより気泡ｒＪの流れを変え、気
泡の分布を均一にし、気泡ＦＪの合体確率を減らし、成
長を遅らせることにより流動層１２内の平均気泡径を小
さく維持するのである。これによって、流動層１２内を
気・固接触の良い流動状態に変えることができる。特に
この作用は、流動層の高さ１、「が側壁内周面の直径０
１以上を有し固体粒子の密度が２．５ｇ／ａｍ３程度で
粒子径が３００μ−未満の流動層において顕著にあられ
れる。また、粒子密度がより小さいものでは、更に大き
な粒径においてもこの作用が顕著にあられれる。 また本実施例においては、最下段のバッフル３４を、分
散板４からこのバッフル３４までの鉛直距離２「が流動
層１２の直径Ｄ【すなわち塔本体２の側壁内周面３の直
径長さ０１よりも短くなるような位置に設けた（Ｚ「＜
旧）。すなわち、一般に、バッフルなどの内挿物の無い
流動層では、気泡は流動層直径の１倍から６倍の範囲の
流動層高さに至るまでに気泡の合体が急激に促進されて
流動層中心軸に集まる。この発明におけるバッフルは、
気泡の分布を均一にして気泡の合体確率を減らし気泡径
の増大を防ぐ仕組みのため、気泡どうしの合体が進んで
しまった段階では、以後の気泡ｒＪの気泡径を維持する
ことができても、気泡を分裂させて小さくすることはで
きない。したがって、気泡どうしの合体がある程度促進
される前にバッフルの作用が発揮されることが望ましい
。したがって本実施例においては、分散板４から最下段
バッフル３４までの鉛直距離２「を流動層の直径ＤＩよ
りも短くし、気泡群の気泡径を比較的小さいままに維持
するようにしているのである。 なお第３図に示したように、ガス分散板４やスパージャ
３７等の複数のガス分散器によって気体が２力所以上の
高さから流動層内に供給される場合においては、上記鉛
直距離２「は全気体供給量の５０８量％以上の気体を供
給する分散器からの鉛直距離とし、５０％容量以上の気
体を供給する分散器が無い場合には下からの合計気体量
が全供給気体量の５０８量％以上となる所の分散器から
の垂直距離とする。つまり、流動層の底部に設けた主た
るガス分散器からの鉛直距離が側壁内周面の直径（流動
層の直径）より短くなるような位置に最下段のバッフル
を設ければよいのである。すなわち、第３図の場合にお
いてガス分散板４からの気体供給量が全供給量の５０容
量％以上であれば、最下段のバッフル３４を分散板４か
らの鉛直距離ｚｒ（ａ）が側壁内周面３の直径長さ０１
よりも短い位Ｉｆ（Ｚｒ（ａ）　＜　［）ｌ）に設けれ
ばよい。一方、スパージャ３７からの気体供給量が全供
給量の５０容量％以上であれば、最下段のバッフル３４
をスパージャ３７の気体吹出し面からの鉛直距離Ｚｒ（
ｂ）が側壁内周面３の直径長さＤｔよりも短い位置（Ｚ
ｒ（ｂ）　＜　ＤＬ）に設ければよい。さらに、スパー
ジャ３７の上方に図示されていない他のスパージャがあ
って、ガス分散板４とスパージャ３７との気体供給量の
合計て始めて全供給量の５０容量％以上となる場合には
、スパージャ３７の気体吹出し面からの鉛直距１＃Ｚｒ
（ｂ）が側壁内周面３の直径長さ旧よりも短い位置（Ｚ
ｒ（ｂ）＜旧）に設け、一方、ガス分散板４とスパージ
ャ３７との気体供給量の合；１が全供給量の５０容量％
に満たない場合には、図示しない上方のスパージャの気
体吹出し面からの鉛直距離が側壁内周面３の直径長さＤ
【よりも短い位置に最下段のバッフル３４を設けたほう
が好ましい状態になるわけである。 さらに前記実施例においては、各バッフル３４．３６と
側壁内周面３との間に隙間４９を設けて、これらバッフ
ル３４．３６を側壁内周面３に沿って取付けた。各バッ
フル３４．３６と塔本体２の側壁内周面３との間に隙間
４９を設けた場合と設けない場合では、その気泡径に及
ぼす影響はほとんど変わらない。しかし、観察によれば
バッフルと側壁内周面の間に隙間を設けない場合には、
バッフルの上に粒子の動かないデッドゾーンが形成され
る。このデッドシンは、流動層反応器の場合には副反応
等が生ずるホットスポットになり好ましくない働きをし
、乾燥や熱交換の場合においても好ましくない働きをし
たり無駄な領域となる。側壁内周面とバッフルの間に隙
間を開けた場合には、デッドゾーンは隙間の無い場合に
比べきわめて小さいか、バッフルの形状によっては全く
生じない。 したがって、前述の実施例においては各ｌ（ツフル３４
．３６と側壁内周面３の間に流動層１２を形成する粒子
が自由に流れる程度の隙間４９を設けているわけである
。この隙間の大きさは、流動層を形成する粒子が通過で
きる隙間であればよく、一般的には流動層１２を形成す
る粒子径の１０倍以上または３−１以上が好ましい。し
かし、この隙間をあまり大きく取りすぎると、流動層１
２内で最大流速を持つ側壁内周面３近傍の粒子群の下降
流を、バッフル３４．３６により阻止して、その粒子Ｆ
Ｊの降下流は流動層１２の中心軸近くを流れるように誘
導することが有効にできなくなる。前述したようにこの
隙間寸法は、粒子径、ガス流速や流動層の直径等によっ
て異なるので、実験により好ましい一＝Ｊ法を設定する
のが好ましいが、大きくても側壁内周面の直径または相
当直径の８分の１以下である。 なお、上記実施例においては、ある定常状態になった流
動層１２からその流動層の容積（流動層１２の高さｌ、
ｒ）　、バッフル３４．’３６の水平方向の成分面積の
総和等を上記（２）式ないしく３）式に適用する例を説
明したが、前述したように上記（２）式や（３）式にお
ける右辺の分母と分子に示される流動層の状態は、当然
同じ状態のときのものである。 すなわち、流動層の高さや容積は、下方から導入される
気体の流速によって異なるが、例えば所定の高さごとに
バッフルが設けられている場合には、流動層の容積、す
なわち流動層の高さが増せば、流動層上部界面１４上方
に位置するバッフルが流動層に含まれるようになり、（
２）式や（３）式の関係がそれほど変化しない。したが
って、上記（２）式は、流動層の形成される前の静止粒
子層における次の（４）式とも看做すこともてきる。 ・・・・・・　（４） また例えば、形成されている流動層中のあるレベル以下
の流動層容積（流動層中の所定の高さ以下）において上
記（１）式と（２）武力りｈ見立していれば、流動層の
当該部分番こお（為てこの発明の作用が生じている。従
って、このような観点からも上記（１）式および（２）
武鑑よ、１ム義に解されるものである。 また、上記実施例においては、同１１法のノく・ソフル
３４，３６を円筒状の）Ａ本体２の０１１１壁１１周面
３に沿ってリング状に、かつ水甲番こ上−Ｆ２段に設け
たが、この実施例に限らずこの発■す１の実施様態が種
々存在する。 すなわち、２つのノ（ツフル３４．３６１ｉ必ずしも同
し幅である必要はない。複数段の１ノンク′状バツフル
で異なる幅の）くツフルを川（する場合には、各バッフ
ルが上記（１）式（こおｉｌる）（・ソフルの水平方向
の成分長さの幅を有し、力・つ１ｔバッフル水甲面積が
０．１５〜０．４０／−の範囲番こあればよいのである
。また、）（ツフル３４またｉよ）〈ッフル３６自身に
幅の変化があっても差し支えない。すなわち、同一レベ
ルに設置されるバッフル内においてもバッフル水平方向
の成分長さの幅に変化があっても差し支えない。その場
合は、水ｊｌ’方向の成分長さの幅の・１石均値を上記
（１）式にあてはめればよい。 また、上記実施例の如き円筒形流動層では、粒子下降流
れの最大流速部分が側壁内周面近傍に円環状に存在する
ため、その流れを制御するバッフルの形状は本質的には
リング状（円環状）形状とすることが好ましい。円筒形
以外の流動層でも側壁内周面近傍に粒子下降流が存在す
るため、バッフルは側壁内周面に沿った形状のバッフル
とすることが好ましい。すなわち、この発明に係わるバ
ッフルは、流動層水平断面が円形の場合には円環状とす
るのが好ましく、例えば流動層水平断面すなわち塔本体
が四角形であるならばバッフルの形状も側壁内周面に沿
った四角の環状バッフルであることが望ましく、もし仮
に塔本体の水平断面が三角形の場合にはトライアングル
状の環状バッフルとすることが好ましい。また、塔本体
の側壁以外に、流動層内部にサイクロンのデイプレグや
熱交換器などの垂直面があるならば第１２図の如く当然
その面に沿ってもバッフルをつけても差し支えない。 これら円形以外の流動層や内挿物のある場合にも相当直
径を用いることにより上記（１）式ないしく４）式の適
用を行えばよい。塔本体が円錐状のようなものでは、バ
ッフルの取り付けられる位置の相当直径に基づいてバッ
フルの幅を決めればよい。 なお、流動層では粒子下降流れの最大流速部分が側壁内
周面近傍に環状に存在するため、その流れを制御するバ
ッフルの形状は木質的には環状とすることが好ましいが
、必ずしも同一平面上にバッフルがある必要はなく、第
４図のように環状のバッフル３８．３９．４０を斜に設
けてもよく、さらに第５図の如くバッフル４１を側壁内
周面に沿って螺旋状に設けてた場合や、第６図の如くバ
ッフル４２を互い違いに断続的に取り付けた場合でも、
上方の無限遠点から見たバッフルが環状であればよい。 さらに、上方の無限遠点から見たこの発明に係わるバッ
フルが環状に形成されず多少の欠かき部分があっても、
すなわち、帯状のバッフルであっても、上記（１）式と
（２）式ないしく４）式とを満たすバッフルにあっては
、環状に形成されたバッフルより水平方向の成分長さの
幅が大きく、それだけ気泡ｒＪに影響を与える作用が大
きく、該バッフルのない部分があっても、流動層全体と
して見れば気泡群の分布を均一にしており、この発明の
作用がなされている訳である。要は、上記（１）式と（
２）式ないしく４）式が満足されればよいわけである。 なおその際、上記バッフルのない部分の上下に、他のバ
ッフルが来るように、全体として上記バッフルのない部
分がちらぼるように設けられるのが好ましいのは熱論で
ある。 また、上記実施例においては、縦断面が長方形のバッフ
ル３４．３６の例を示したが、バッフルの上面の形状や
鉛直方向の厚さによる粒子群や気泡群の流れに対する有
意差は特になく、要はバッフルの水平方向の成分長さの
幅や水平方向の成分面積の総和が上記所定の値を有して
いればよい。したがって、バッフルの縦断面の形状は、
長方形に限らず、制作上の問題やバッフル上の粒子のデ
ッドゾーンを極力なくすと言った配慮から、第７図に示
すような縦断面が円形のバッフル４３でも、第８図に示
すような縦断面が上に凸の三角形のバッフル４４でもよ
く、構造土壊れないものであればよい。また、バッフル
４３等を中空体とし、その内部に冷却または加熱媒体を
通すようにして熱交換器の機能をも持たせるようにして
もよい。 さらに、第９図（＾）、（１３）に示すように側壁内周
面３に沿って、バッフル４５．４６を同心円状に支持部
材４７上に配置固定し、バッフル４５とバッフル４６と
の間に流動層を形成する粒子が通過できる隙間４８を形
成して、バッフル４５とバッフル４６とてあたかも１つ
のバッフルの様に構成してもよい。このように２つのバ
ッフル間の隙間４８や側壁内周面３とバッフル４５との
間の隙間４９を形成することによって、側壁内周面３の
直径が非常に大きくて必然的に水平成分の幅が大きいバ
ッフルにしなければならないような場合に、バッフル上
にデッドゾーンが形成されるのを防止することができる
。 また、バッフルの支持部材設置ＮＱ所は側壁内周面３か
ら突設させても、他の場所に設けても構わない。さらに
、バッフルと側壁内周面３との間に隙間４９を設けずに
溶接等により直接側壁内同面３に設けてもよいのは熱論
である。以上のように、この発明の主旨にしたがう限り
種々の変更がｉ＋Ｊ能である。 なお、上述した流動層装置は、塔の内部に流動層が形成
される場合を例に挙げて説明したが、流動装置が燃焼装
置あるいは焼成装置の場合には、燃焼炉あるいは焼成炉
等の炉内部に流動層が形成されることになる。本明細書
において使用する“流動層が形成される容器゛という用
語は、塔や炉等を包含するものとして用いている。 次に、比較例とこの発明の実施様態に相当する実験例と
を挙げてさらにこの発明の詳細な説明する。 塔本体が透明なアクリル樹脂製で、外部から流動層高や
側壁近傍が観察できる第１図とほぼ類似形状の実験装置
を用いて実験を行った。塔本体の側壁内周面の直径（流
動層の直径）は４８０　ａｓで、ガス分散板は４０■正
方配列の孔を持つ多孔板（開口比０．３％）を用い、粒
子落下防止のために分散板上に３２５メツシユと　２メ
ツシユのステンレス金網を重ねて固定しである。 流動化粒子は平均粒径１３５μ■の珪砂を用い、空気を
流動化ガスとして空塔基準で０．０９２ｓ／ｓのガス流
速で、流動層高を９３０１−とじた。 気泡の検出は、光透過量の経時変化をそれぞれ測定する
上部検出端と下部検出端とを上下に隔てて設けられた検
出部、光ファイバー　レーザー光源およびフォトトラン
ジスターを用いる光透過法により行なった。測定点は流
動層中心軸上から半径方向に６点とし、高さ方向には分
散板からの高さＺが３３０■■と７３０ｇｍの２点て測
定した。１測定点に対し約１１分間ぶんのデータをデー
タレコーダからＡＤコンバータを介してコンピュータに
送り、気泡流速ｑｂと平均気泡径’ｂｙを求めた。解析
の方法は、上下の検出端の気泡信号の時間差ｔ１と上下
検出端間の距離り、から気泡上昇速度ｕｂ　　（−Ｌ、
／１１）を求め、気泡信号の持続時間ｔ２と気泡上昇進
度Ｌｌｂから気泡の弦長λ（−ｕｂｘｔ２）を求め、気
泡開度ｆ　と平均弦長λから気泡流速ｑｂ　（＝ｆ８Ｘ
λ）を求めた。また平均気泡径ｄｂｖについては、Ｆｌ
ｕｌｄｌｚａｔｌｏｎ　’８５５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの第６３−７４頁（５ｃｉｅｎｃ
ｅｒ’ｒｃｓｓ社出版）に記載されている気泡の弦長λ
の分布から気泡径分布を対数正規分布として求めて平均
気泡径ｄｂｖを算出する方法によった。 なお、気泡弦長λは、検出端を横切る気泡の縦長さで、
気泡の中心が検出端を横切るとき気泡径と等しくなるも
のである。気泡流速ｑｂは、流動層内のある位置で気泡
として流れる単位時間単位水平面積当りのガス量である
。 また、気泡の流れの煽りと平均気泡径ｄｂｖとの関係を
調べるために、下方から上昇する気泡量の半分が流れて
いる流動層中心側の流動層水平断面積と全流動層水平断
面積との比を表す（「ｈ５ｏ／Ｒ）２を下記の方法によ
り求めた。 すなわち、まず流動層中心軸側と側壁内周面側を流れる
気泡量が等しくなる流動層中心軸からの距離ｒ　　を求
めるために、流動層中心軸からの距Ｍｒより内側（流動
層中心軸側）を流れる＃１１位時間当りの気泡”　Ｑ　
＋　ｓ　（’　）と１紀距離ｒより外側（側壁内周面側
）を流れる中位時間当りの気泡量Ｑ　　（ｒ）を表す下
記（５）式と（６）式と、上記流動層中心軸側と側壁内
周面側を流れる気泡量が等しくなる流動層中心軸がらの
距Ｍｒ　　　で表す流動層中心軸側の気泡量と側壁内周
面側の気泡量との関係式である下記（７ン式とから、下
記（８）式を導き出し、この（８）式に各ａｐ１定点の
気泡流速ｑ、がら内外挿して得られる流動層中心軸から
の距離ｒの関数である気泡流速ｑ６（ｒ）とその平均値
である−　　ｏ、５　ｆＱ　Ｉｓ”ｂ５０　）　＋　Ｑ
ｏＳ（ｒｂ５ｏ）　１・・・・・・　（７） ’ｂ５０ ｆｑ　（「）＋＋２πｒｄｒ −Ｊ’ｑ　　（ｒ）・２πｒｄｒ ｂ ’ｂ５０ 一〇、５　・ｑ　・πＲ２ ただし、 Ｒ：流動層の半径［ｍｌ ｑｂ＝平均気泡流速［ｍ／ｓｌ なお、この（ｒ　　　／Ｒ）２が０．５より著しく小さ
い場合は、気泡の流れは流動層中心軸側に偏って流れて
いることを示し、０．５より著しく大きい場合には側壁
内周面側に偏って流れていることを示している。 ａ、バッフルに関する条件 （なおバッフルを設けたときのバッフルと側壁内周面と
の隙間はいずれも４Ｉｌｌとした。）比較例１：バッフ
ルを有さない流動層 実験例１：幅ｌＯ■■のリング状バッフルをガス分散板
からの高さ３００■−と７００ｍ５の２段に設置した流
動層 （Ｖｒ／ＤＬ−０，０２１゜ 比バッフル水平面積□ＡｒＸＮｒ／ＡＩ／Ｌ（＝０．１
７２＞実験例２：幅２０ｍ５のリング状バッフルをガス
分散板からの高さ３００■霧と７００１−の２段に設置
した流動層 （Ｖｒ／Ｄｉ−０，０４２゜ 比バッフル水平面積・＾ｒＸＮｒ／＾ｔ／Ｌｌ＝０．３
３８）実験例３：幅５■−のリング状バッフルをガス分
散板からの高さ１００５ｇ〜９００■■に２００−間隔
で５段に設置した流動層 （Ｖｒ／Ｄｉ−０，０１０゜ 比バッフル水平面積・＾＋ｘＮｒ／＾ｔ／Ｌ（＝０．２
１５）比較例２：幅ｌＯ■■のリング状バッフルをガス
分散板からの高さｌ００ｇｇ〜９００ｇ−に２００−間
隔で５段に設置した流動層 （Ｖｒ／Ｄｉ−０，０２１゜ 比バーｔ　フル水平面積＝ＡＩＸＮｆ／ＡＩ／Ｌｆ＝０
．４３０）なお、Ｖ「はバッフル幅、Ｄｔは塔内径、＾
「はバッフルの水平面積、Ｎ「はバッフル段数、Ａｔは
堝断面積、Ｉ、ｒは流動層高である。 比較例１ 実験例１ 実験例２ 実験例３ 比較例２ なし １０ｍ１×２ ２０ｍ−×２ ５ｓＸ５ ０５ｍＸ５ バッフル条件 比較例１：　なし 実験例１：１０−一×２ 実験例２：２０■霞×２ 実験例３：５ｓｓｘ５ 比較例２　：　Ｉ（ＩｇｖＸ　５ ７５．６−−　　　　　目３２．ｌ５−５５．９−■　
　　　　８２．７−− ５８．９麟１　　　　　７６．７ｍ１ ５Ｂ、４１１　　　　　　９０．４１−９０．３ｓｓ　
　　　　　１３１．Ｉ＋ｕ＋（ｒ　　　／Ｒ）２　［−
］ 高さ３３０■−高さ７３０ｇ＠ ０．３４８　　　　０．１４０ ０．６１０　　　　０．４１７ ０．６３９　　　　０．３５０ ０．６０５　　　　０．４１１１ ０．７１４　　　　０．５１３９ 上記実験結果を基に上記平均気泡径ｄゎ、と上記（ｒ　
　　／Ｒ）２との関係を示すと第１０図のようになる。 この実験結果および第・１０図から幅ｌＯ〜２０−一の
バッフルを２段設置することで平均気泡径がかなり小さ
く維持できることがわかる。また、幅５−のバッフルを
５段設置することで平均気泡径がかなり小さく維持でき
るが、幅■■■のバッフルを５段設置した場合には平均
気泡径を小さく維持する効果がないことがわかる。すな
わち、第１０図から比較例１では流動層中心軸方向に気
泡が集り、比較例２では俗本体の側壁内周面側に気泡が
集りすぎたために気泡径が大きくなったことがわかり、
この発明に係わる比バッフル水平面Ｎ（１，１５〜［１
，４０／　ｍ　Ｊ：　Ｑ　！Ｓ性のあることが明らかで
ある。 【発明の効果］ この発明によれば、流動層が形成される容器の側壁内周
面に沿って、流動層を形成する粒子が通過できる隙間を
介してもしくは隙間を介することなくバッフルを設け、
かつ、上記バッフルの水平方向の成分長さの幅を該バッ
フルが設けられる容器側壁内周面の直径または相当直径
の（１，（ｌ［）５〜０．１倍とすると共に、比バッフ
ル水平面積を０．１５〜０．４０／　ｍの範囲にしたか
ら、上記流動層内を上昇する気泡ｒＪの平均径を比較的
小さいままに維持することができる。 また、この発明において設けるバッフルは、従来の通常
５０％以下の開孔率と言われている多孔板形バッフルに
比べて著しくその開口率が大きく、水平面積の小さいバ
ッフルを設ければよい。従ってバッフル自身のコストが
小さく、また、気泡ｒＪや粒子群に対する抵抗（圧力損
失）もきわめて小さくなる。さらに、その抵抗が小さい
ため、バッフルの直下に気・固接触に関すしない気体の
層が生ずることがないので、これに起因する流動層全体
の高さが増大することがなく、予め流動層の塔本体の高
さを高くしておく必要がない。さらにまた、塔内メンテ
ナンスの際には、バッフルを取外さなくとも点検てきる
。 また、流動層内の粒子群の一部下降流は流れる位置を制
御されるが、気泡群の流れを本質的には阻害していない
ので、気泡群が持ち上げる粒子の量は変わらず、したが
って、下降する粒子量も変わらないので、伝熱特性など
の粒子の運動が支配的な温度均一性などの流動層の特質
は阻害されることはない。 しかも、流動層内の気泡分布を均一とし、隣接する気泡
との合体確率が減少して、気泡？！Ｔはその径の増大を
阻止させられる。その結果、気泡径を比較的小さなまま
に維持てきるので、気泡群と粒子群の気・固接触面積を
減少させることかなく、また気泡が大きくなって気泡」
上昇速度が上がるのを抑えるから、気泡の滞留時間を減
少させることもなく、流動層の気・固接触の良好な流動
状態を実現することができる。 なお、上述したこの発明の効果は、流動層全体に限った
ことではなく、形成されている流動層中のある部分にの
みこの発明がなされている場合においても、当該部分に
おいてこの発明の作用およびそれに伴う効果が発現する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す流動層装置の縦断面
図；第２図はバッフルの設置状態を示するものであって
、第２図（Ａ）は第２図（ｎ）の＾−Ａ線に沿う断面図
、第２図（ロンは第２図（Ａ）のｎ−Ｂ線に沿う断面図
；第３図はこの発明の別な実施例を示す流動層装置の部
分縦断面図；第４図はバッフルを斜めに設置した状態を
示す説明図；第５図はバッフルを螺旋状に設置した状態
を示す説明図；第６図は欠かき部分のあるバッフルを設
置した状態を示す説明図、第７図は縦断面が円形のバッ
フルを示す説明図、第８図は縦断面が三角形のバッフル
を示す説明図、第９図は同心円状に２つのバッフルを設
置した状態を示すものであって、第９図（＾）は第９図
（Ｂ）の＾−＾線に沿う断面図、第９図（１１）は第９
図（＾）のＢ−Ｂ線に沿う断面図；第１０図は１′均気
泡径ｄ　と（ｒ　　　／Ｒ）２との関係を示すグｂｖ　
　　　　　　ｈ５０ ラフ；第１１図は従来のバッフル付き流動層装置の縦断
面図；第１２図はバッフル付きの別形式の流動層装置の
部分斜視図；第１８図（＾）（Ｂ）は従来のバッフル付
き流動層装置におけるバッフル設置状態を示す説明図。 １・・・流動層装置、　２・・塔本体（８器）、３・・
・側壁内周面、　４・・・ガス分散板１２・・・流動層
、 ３４．３６．３８，３９，４０，４１．４２゜４３．４
４．４５および４６・・バッフル、４８および４９−隙
間。 特許出願人　　株式会社　新潟鉄工所 式　　理　　人　　　　　　　尾　　股　　行　　雄Ｗ
２ ＦｇＪ（Ａ） 第 図 （Ｂ） 第 図 第４図 第５図 第 図 第１０図 ０．５ （ｒｂｓｏ／Ｒ）２［−］ 第７図 第 図 ＠９ 図 （Ｂ） 酊１１図 笛１３図 （Ａ） 第１３図ＣＢ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動層が形成される容器の側壁内周面に沿って、流
   動層を形成する粒子が通過できる隙間を介してもしくは
   隙間を介することなくバッフルを設け、かつ、上記バッ
   フルの水平方向の成分長さの幅を該バッフルが設けられ
   る容器側壁内周面の直径または相当直径の０．００５〜
   ０．１倍とすると共に、下記の定義 比バッフル水平面積＝（流動層内のバッフルの水平方向
   の成分面積の総和）／（流動層の容積）による比バッフ
   ル水平面積を０．１５〜０．４０／ｍの範囲にすること
   によって、上記流動層内を上昇する気泡群の平均径を比
   較的小さいままに維持することを特徴とする気固系流動
   層内の気泡制御方法。 ２、前記バッフルを前記容器側壁内周面に沿って環状に
   一段または多段に設けると共に、最下段のバッフルを前
   記流動層の底部に設けた主たるガス分散器から該最下段
   バッフルまでの鉛直距離が該容器側壁内周面の直径また
   は相当直径より短くなる位置に設けることを特徴とする
   請求項１記載の気固系流動層内の気泡制御方法。 ３、前記隙間は、３ｍｍ以上で、かつ、該バッフルが設
   けられる容器側壁内周面の直径または相当直径の８分の
   １以下の隙間であることを特徴とする請求項１または請
   求項２記載の気固系流動層内の気泡制御方法。 ４、流動層が形成される容器の側壁内周面に沿ってバッ
   フルを設けてなる気固系流動層装置において、上記バッ
   フルは流動層を形成する粒子が通過できる隙間を介して
   もしくは隙間を介することなく前記容器側壁内周面に沿
   って設けられており、上記バッフルの水平方向の成分長
   さの幅が、該バッフルが設けられる容器側壁内周面の直
   径または相当直径の０．００５〜０．１倍であると共に
   、下記の定義 比バッフル水平面積＝（流動層内のバッフルの水平方向
   の成分面積の総和）／（流動層の容積）による比バッフ
   ル水平面積が０．１５〜０．４０／ｍの範囲であること
   を特徴とする気固系流動層装置。 ５、前記バッフルを前記側壁内周面に沿って環状に一段
   または多段に設けると共に、最下段のバッフルを前記流
   動層の底部に設けた主たるガス分散器から該最下段バッ
   フルまでの鉛直距離が該容器側壁内周面の直径または相
   当直径より短くなる位置に設けたことを特徴とする請求
   項４記載の気固系流動層装置。 ６、前記隙間は、３ｍｍ以上で、かつ、該バッフルが設
   けられる容器側壁内周面の直径または相当直径の８分の
   １以下の隙間であることを特徴とする請求項４または請
   求項５記載の気固系流動層装置。