JPS64631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、泥漿、糊泥状材料、粉粒状材料等の
熱風乾燥装置の運転を合理的に制御する方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、泥漿、糊泥状材料、粉粒状材料等（以下
「被乾燥材料」という）を対象とした乾燥装置に
は多くの種類があるが、乾燥製品に対する形状や
品質に関する要求により機種が決定されらる場合
を除くと、装置の小型化という意味では内部に撹
拌羽根を有する撹拌乾燥装置が最もすぐれてお
り、また撹拌は凝集性の強い材料に特に有効であ
る。

撹拌乾燥装置の主要なものとしては、横型筒状
本体内に熱風を送給し、この本体を回転させなが
ら内部の回転撹拌羽根によつて被乾燥材料を打撃
解砕しつつ熱風との直接接触表面積の増大を図る
撹拌熱風乾燥装置と、熱源として蒸気を用い、本
体は回転せず、蒸気の流通する加熱用ジヤケツト
を形成し、さらに内部に蒸気の流通する移送兼撹
拌効果をもつ中空撹拌羽根を備えた間接加熱式撹
拌乾燥装置がある。

後者の間接加熱式撹拌乾燥装置は、熱源に蒸気
を用いる点で特徴があるが、装置機能上は前者の
撹拌熱風乾燥装置と類似しており、制御方式ある
いは手動操作の目安となるのは、出口側における
蒸気あるいはドレンの温度又は圧力である。この
場合、ボイラそのものは、発生する蒸気量に余裕
をもたせることで、利用する蒸気の温度又は圧力
はかなり一定にすることができるから、熱源の変
動は前者の撹拌熱風乾燥装置ほどに影響はない。
しかしながら、材料の変動はやはり受けるし、ボ
イラを間に入れることで一次熱源の利用効率は低
下し、装置費の増大というマイナス面が現われる
ところから、前者の撹拌熱風乾燥装置が多用され
ている。

しかしながら、前者の撹拌熱風乾燥装置の運転
制御は、乾燥排ガス温度を一定とするものである
が、材料の性状変化、冷風のリークなどの外乱に
よつて生じる乾燥排ガスの変動は、重油やガスな
どを熱源とする熱風発生炉の燃料量の調節によつ
てある設定値に保たれ、材料の供給量や熱風量は
経験的に求められた範囲で操作される。この場
合、材料の性状や熱風の条件などが比較的一定で
あるようなときには特に問題はないが、材料の性
状、特に水分に変動があり、他のプロセスから副
次的に発生する廃熱を乾燥熱源とするような場合
には、乾燥装置の性能はこれらの変動に対して従
属的になり、速やかな対応は困難となる。例えば
廃水処理工程で発生する汚泥のように、脱水後の
水分に変動があり、乾燥工程から排出された乾燥
物を焼却し、この燃焼ガスを熱源としているよう
なシステムがそれである。

また、乾燥排ガス温度を一定値（普通200℃程
度）とするための入口熱風温度は最低700℃を必
要とする。これは、この型式の乾燥装置の構造
上、乾燥特性上から必要条件であり、この範囲を
逸脱すると制御不能におちいる。さらに、400〜
500℃という比較的低温の熱源を用いる場合には、
これを使用可能な温度範囲まで高める補助燃焼装
置が必要となり、省エネルギ的見地からみるとは
なはだ不合理である。これも制御方式が乾燥排ガ
ス温度という、被乾燥材料の乾燥状況と直接関係
のない因子を使用しているためである。また、材
料の流れが押し出し流れであるために、材料の水
分は入口から出口にかけて大きな分布をもつてお
り、乾燥排ガス温度の変動に起因する熱風温度の
調節による効果の出るまでに時間的遅れがあり、
乾燥製品の質や量の脈動という問題もある。

さらにまた、撹拌熱風乾燥装置として、内部に
回転撹拌羽根を備えた堅型筒状本体を有し、底部
とその上部の排出口の間に常に被乾燥材料が滞留
するように構成したものがある。かかる装置は、
前記横型の撹拌熱風装置のように材料の流れは押
し出し流れではなく、被乾燥材料の層の上下及び
半径方向の混合が良好に行われ、被乾燥材料の均
質化に都合よく、また層高を所定高さ以上に保つ
ことによつて供給材料の量的、質的変動や熱風条
件の変動に対しても緩衝能力が大きくなり、これ
また材料の均質化に効果があるからである。この
材料の均質化は、湿り過ぎや乾き過ぎを防ぎ、材
料の平均水分や製品の水分を25〜65％の範囲に維
持することを容易にする効果があるから好ましい
が、その運転制御は同様に乾燥排ガス温度を一定
にするものであつて、前述したような欠点を有し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、材料の十分な混合による均質化と検
出すべき因子の変化が速やかにかつ明確に現われ
るような撹拌熱風乾燥装置を利用し、被乾燥材料
を常に安定して、所定範囲の乾燥状態が維持さ
れ、省エネルギ的にも乾燥することができる制御
方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、内部に撹拌装置を備えた堅型筒状本
体を有し、底部とその上部の排出口の間に常に被
乾燥材料が滞留するように構成した撹拌熱風乾燥
装置において、内部に滞留する被乾燥材料の含有
水分の変動に伴つて生ずる被乾燥材料層の物理的
変化を検出し、該変化に応じて被乾燥材料の供給
量を調節することを特徴とする乾燥装置の制御方
法である。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照しながら説明する
と、装置としては、例えば堅型筒状の本体１内に
回転撹拌羽根２が配備され、下部に熱風導入管３
と被乾燥材料供給管４が連なり、また本体１の上
部には排ガスダクト５が連なり、本体１の直径の
約１／３以上の高さに製品排出シユート６が開口し、 気密ダンパ７を介して外部に導かれ、これらは支
持部材８で支持され、回転撹拌羽根２は駆動装置
９によりギヤボツクス１０を介して駆動されるよ
うに構成されている。

しかして、熱風は熱風導入管３から本体１内下
部に導入され、回転する回転撹拌羽根２によつて
解砕されている被乾燥材料供給管４から供給され
た被乾燥材料と直接接触したのち上部の排ガスダ
クト５から排出され、被乾燥材料は本体１内に或
る時間滞留して乾燥製品となり、製品排出シユー
ト６から気密ダンパ７を経て外部に取り出され
る。

被乾燥材料供給管４からの材料の供給は、どの
位置から供給してもよいが、高水分の被乾燥材料
のシヨートパスを防ぐ意味で、底板もしくは側壁
で速やかに滞留材料と混合され易い場所を選ぶの
がよい。また、図示しない供給装置としては、圧
送ポンプから配管にて輸送する型式が望ましい
が、この型式が使用できないときにはスクリユー
フイーダなどでもよい。

製品排出シユート６の本体１での開口部は、底
板から本体１直径の１／３以上の位置が望ましく、 これは滞留量を所定量に確保することによつて滞
留時間を確保し、混合による均質化と材料変動の
吸収に効果があるからである。また、回転撹拌羽
根２は、滞留材料の上下方向の混合がすぐれた型
式が望ましく、水平回転の場合の羽根の傾斜角度
は回転進行方向に下るような形状がよい。

このような装置の運転において、ある水分範囲
内の乾燥製品を得ようとする場合、例えば本体１
内に滞留する被乾燥材料の平均水分の制御範囲は
材料の種類によつて異なるが、25〜65％に保つよ
うにする。これは多くの材料の塑性限界水分がこ
の範囲にあり、この塑性限界付近の材料は粘着性
や流動性が弱まり、または無くなり、乾燥に都合
のよい小粒状に分散することと、微粉をあまり生
じないためである。

そして運転中には、本体１内の被乾燥材料の層
は、層の平均含有水分量によつて各種物理的変化
を生ずる。したがつて、この被乾燥材料層の物理
的変化を適宜検出し、その変化に応じ本体１内に
供給する被乾燥材料の供給量を調節することによ
つて滞留する被乾燥材料の平均水分を所定範囲に
保つようにし、所定水分の乾燥製品を得ることが
できる。

被乾燥材料層の水分量による物理的変化を検出
するには、次のように多くの方法がある。

まず、被乾燥材料層の平均含有水分を、それに
近い層表面の材料水分として直接測定することが
できる。この場合、赤外線を層表面に当て、表面
による吸収の度合によつて水分を高めることがで
きるが、制御に用いるためには精度の高い２色赤
外線水分計１１を本体１内上部の層表面に対向す
る位置に設けるとよい。これは赤外線の中でも水
分に吸収され易い波長と、されにくい波長の２種
類の赤外線を発してそのエネルギ量を比較し、演
算によつて水分量を求めるもので、材料の凹凸や
ダストなどの外乱を受けにくい特長をもつ。

被乾燥材料層の水分は、層内に静電容量測定セ
ンサ１２を挿入してその静電容量を測定すること
によつても求めることができる。これは層の静電
容量が水分の増加に伴つて増加し、減少に伴つて
減少するという性質を利用したものである。

また、各種装置表面からの放熱量の測定などに
用いられる熱流量計を用いても被乾燥材料層水分
の挙動を検出することができる。つまり、層水分
が上昇すると、熱風と材料の熱交換量（蒸発量）
が増大し、装置壁面を通して外部へ放散される熱
量は減少し、層水分が低下するとこの逆になる性
質を利用している。この場合、熱流量計センサ１
３は、本体１側壁の被乾燥材料層に接する高さ位
置の外表面に貼り付け、熱流量の変動によつて層
の平均水分変動を検出するもので、熱流量計セン
サ１３の貼り付け方としては、その部分の本体１
側壁板材と周囲の板材との間を熱伝導率の小さい
材料をもつて熱的に絶縁することが望ましい。こ
れは熱流量計に入る熱のうち周囲の鉄板を伝導し
て入る熱を極力無くし、内部の材料と熱風とから
伝わる熱の挙動を精度よく求めるためである。

被乾燥材料層の水分量による物理的変化は層の
高さによつて求めることもできる。層高は、層の
平均含有水分量によつて変化し、水分が高まると
全体的に重量が増加して圧密される結果、層高は
低下し、乾燥によつて水分が減少すると軽くな
り、熱風や撹拌効果によつて層は膨張する。この
層高変化を検出するには、超音波レベル計を設
け、超音波を発信して層表面に当て、反射波の戻
るまでの時間から距離すなわち層高の変動を検出
したり、先端に羽根のついた軸を一定速度で回転
させて羽根に触れる材料の有無又は多少の度合を
軸トルクとして測定することで検出する回転羽根
式レベル計１４、周囲にある材料の量による静電
容量の変化でレベルの変動を検出する静電容量式
レベル計、相対する一対の発光部、受光部からな
り発光部から受光部への入射光の有無又は多少に
よりレベルを検出する光電管式レベル計１５など
の工業用として実用化されている計測器を使用し
て検出することができる。

また、被乾燥材料層は回転撹拌装置２をほぼ水
平に回転するように設置したときには旋回運動を
行つているが、新たに被乾燥材料の供給を行うこ
とによつて層の水分が上昇すると、粘着性などの
増大に起因する材料粒子同士の摩擦力が増大し、
層の旋回運動には抵抗が発生し、旋回速度が低下
する。したがつて、この旋回速度と水分の相関性
を利用し、旋回運動速度を検出して被乾燥材料層
の水分量による物理的変化を求めることができ
る。旋回運動速度は、層表面に自由回転する羽根
を挿入してその回転数から測定できるが、非接触
式としては層表面に光を当てて凹凸のある層表面
からの反射光の周期的変動を測定して速度を求め
る光反射式回転速度計も有効である。

さらに、被乾燥材料層水分は、層全体重量との
間に相関関係がある。すなわち、水分の上昇によ
り重量は増加し、水分の減少により重量も減少す
る。したがつて被乾燥材料層の水分量による物理
的変化を層の重量変化によつて知ることができ
る。この変化は装置全体を計重計１６に載置して
測定できるが、構造的に可能ならば本体１のみの
重量を測定する方が精度はよい。また、荷重の変
動に伴つて受ける支持部材８の応力に起因するひ
ずみをひずみゲージ１７で測定することによつて
も重量変化を検出することができる。

さらにまた、被乾燥材料層の水分増加は、前述
したように材料間の摩擦力の増加になり、回転撹
拌羽根２の撹拌軸のトルクの増加ともなるから、
その軸トルクを、トルク検出機１８によつて検出
し、層の水分状況を知ることができる。

以上の被乾燥材料層の含有水分変動による物理
的変化の測定又は検出は、絶対値として求める必
要はなく、使用する乾燥装置と被乾燥材料の特性
に応じて実験的に求めた相対値でよい。

また、以上の各検出法は、単独で用いても制御
可能であるが、より大きな外乱に対応するため、
あるいはより高い制御精度が必要な場合には、こ
れらのうち適宜複数の検出法を選び又は回転撹拌
装置の軸トルク検出と組み合わせ、それぞれの検
出法の欠点を補完し合うことにより対応すること
ができる。

このようにして検出された被乾燥材料層の物理
変化の諸量により調節される被乾燥材料の供給量
は、間に演算機構を組み込んで比例、積分、微分
動作を行わしめて供給装置の回転数を制御する方
法が最もよいが、供給装置又は供給バルブの単な
るオン・オフ操作の簡単なものでもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、乾燥装置内部の材
料の乾燥度合を材料層の物理的変化として直接、
間接に検出し、それによつて材料の供給量を調節
するものであるから、材料供給の過多、過少がな
く常に熱収支的バランスが保たれ、熱源及び材料
の質的、量的変動に対応する能力が大きく、安定
して所定範囲の乾燥状態が維持され、特に多くの
熱エネルギを必要とする乾燥装置の制御方法とし
て省エネルギにも多大な効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す装置の一部縦断
面図である。 １……本体、２……回転撹拌羽根、３……熱風
導入管、４……被乾燥材料供給管、５……排ガス
ダクト、６……製品排出シユート、７……気密ダ
ンパ、８……支持部材、９………駆動装置、１０
……ギヤボツクス、１１……２色赤外線水分計、
１２……静電容量測定センサ、１３……熱流量計
センサ、１４……回転羽根式レベル計、１５……
光電管式レベル計、１６……計重計、１７……ひ
ずみ計、１８……トルク検出機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に撹拌装置を備えた堅型筒状本体を有
   し、底部とその上部の排出口の間に常に被乾燥材
   料が滞留するように構成した撹拌熱風乾燥装置に
   おいて、内部に滞留する被乾燥材料の含有水分の
   変動に伴つて生ずる被乾燥材料層の物理的変化を
   検出し、該変化に応じて被乾燥材料の供給量を調
   節することを特徴とする乾燥装置の制御方法。 ２ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記被乾燥材料層の平均含有水分を検出す
   るものである特許請求の範囲第１項記載の乾燥装
   置の制御方法。 ３ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記被乾燥材料層の高さを検出するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の乾燥装置の制御
   方法。 ４ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記撹拌装置が水平回転する場合の前記被
   乾燥材料層の旋回運動速度を検出するものである
   特許請求の範囲第１項記載の乾燥装置の制御方
   法。 ５ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記被乾燥材料層の重量を検出するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の乾燥装置の制御
   方法。 ６ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記回転撹拌装置の軸トルクを検出するも
   のである特許請求の範囲第１項記載の乾燥装置の
   制御方法。 ７ 前記被乾燥材料層の物理的変化を検出するに
   当り、前記被乾燥材料層の平均含有水分、高さ、
   旋回運動速度、重量及び前記水平回転撹拌装置の
   軸トルクの内の複数を検出するものである特許請
   求の範囲第１項記載の乾燥装置の制御方法。