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付着性微粉粒子の流動化特性
甲斐, 敬美; 井元, 和弘; 高橋, 武重
鹿児島大学工学部研究報告, 32: 113-117
1990-09-29
http://hdl.handle.net/10232/12439
http://ir.kagoshima-u.ac.jp
付着‘性微粉粒子の流動化特‘性
甲斐敬美・井元和弘・高橋武重
ＦＬＵｍＩｚＡＴＩＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＯＦＣＯＨＥＳＩＶＥＦＩＮＥＰＯＷＤＥＲＳ
TakamiKAI,ＫａｚｕｈｉｒｏｌＭＯＴＯ
ａｎｄＴａｋｅｓｈｉｇｅＴＡＫＡＨＡＳＨＩ
ＴｈｅｐｏｗｄｅｒｓｕｓｅｄｉｎａｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄｈavebeenclassifiedintofourgroupsbyGeldart､Thegroup
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wasｂｅｌｏｗｌ５ﾉｕｍ・Itwasfoundfromtherelationshipbetweengasvelocityandfluidizationbehavior
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oftheCpowderwasdominant・TheboundarybetweenthegroupCandApowderswasestimatedfrom
themaximumpointofthebedexpansion．
緒 言
１．実験装置および方法
流動層に使用される粒子はその平均粒子径および粒
実験装置の概略を図１に示す。流動層本体は内径
子密度を基にしてGeldart4)によってＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
54mm，分散板から拡大部までの高さが1200m,の透明ア
クリル樹脂製である。分散板には銅製の多孔質焼結板
の４つのグループに分類されている。これらの粒子で
ｃグループに属する粒子は付着性が強く，良好な流動
を使用した。塔頂部から飛出す粒子は外部サイクロン
化状態が得られないため，その研究も少ない。しかし
によって捕集した。
近年，流動層の応用分野が広がるにともない，ｃ粒子
Ａ粒子については最小流動化速度および最小気泡化
の流動化現象についても注目されるようになっ
速度の測定を行った。これらは流動化ガス速度と圧力
た2,3,5,6,9,10)。本研究においては，Ｃ粒子の流動化状
損失および層高の測定からそれぞれ求めた。Ｃ粒子に
態について調べ，Geldartのマップ4)におけるＡ粒子
ついては流動化ガス速度を変化させて，流動化状態を
との境界について考察を行った。そのため，Ａ粒子に
写真撮影などにより観察した。
ついて最小流動化速度と最小気泡化速度との間におい
実験に使用したＣ粒子の物性を表１に示す。またＡ
て層圧力損失，層高さ，層空隙率を測定し，ｃ粒子に
粒子は図２のGeldartのマップの（○）で示されるよ
ついては流動化状態の流動化ガス速度による変化を調
うに粒子径が30∼80鰹、，粒子密度が600∼2400ｋ９ｍ−３
べた。次にＡ粒子とＣ粒子の混合粒子について同様に
の範囲にある粒子を使用した。またこの図において一
層膨脹特性を調べた。
部のＣ粒子は（●）で示している。
鹿児島大学工学部研究報告第３２号（1990）
１１４
ここで，Ｅｍｆ，Lmfは最小流動化速度における空隙率
２．実験結果および考察
と層高であり，Lmbは最小気泡化速度における層高で
ある。
２．１Ａ粒子の膨張特性
図３はＡグループに属するＡＬ−１粒子についての
気泡流動化域にある層のエマルション相膨張率につ
ガス速度と層高の関係を示す。この粒子の径は55ﾉｕｍ
いては膨張率の差Ｅｅ−Ｅｍｆが次式で示すパラメータ
で密度は770k9ｍ一3である。ガス速度が最小流動化速
Ｎによって整理できることが報告されている7)。そこ
度を越えると層は膨張を始める。層高はあるガス速度
でＥｍｂについてもＥｍｂ−ＥｍｆとパラメータＮとの関
において極大値となり，このあたりのガス速度で気泡
係を図４に示す。
が発生し始める。この時のガス速度を最小気泡化速度
N
＝
､
/
工
宅
(
,
o
p
,
｡
)
/
鰹
Umbとした')。また層高が極大となったときのエマル
(
2
)
ション相の空隙率ｅｍｂを次式によって求めた。
図からわかるようにＥｍｂ−Ｅｍｆは１／Ｎとほぼ比例関
‘銅｡=1-鵠(!−冨卿‘）ｕ’
馬
係にある。しかし100/Ｎの値が３のあたり，つまりＮ
＝30付近では直線から予測される値よりもかなり小さ
な値となる。この粒子は粒子径が36ﾉαｍ，粒子密度が
920k9m-3とＡグループの中では粒子径および密度の
比較的小さい粒子であり，その性質はかなりｃグルー
プの粒子に近いと考えられる。
表１Ｃ粒子の物性
粒子ｄｐい、］ｊｏｂ［k9m 3］
７６
５４３
１．
０・
９
アルミナＡＭ−２１
ⅡｎK
アルミナＡＭ−２７
アルミナＡＭ−２８
ｌト
】ＩＱ↑ｒＩｈｌｌＴｒ
水酸化アルミニウム
炭酸カルシゥム
890
510
850
280
650
0.65
図１実験装置の概略図
Ｌ
ｍ
ｂ
５０００
−０６
−
−
−
手
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･
･
.
.
。
Ｅ
Ｆ〕．
ー
Ｅ
星
、
一
Ｊ
１０００
Ｑ5５
Ｑ
‐ｕｍｆ。。’
Ｑ
５
０
０
Q
５
ｄｐＩＵｍｌ
図２
粒子径と粒子密度による粒子の分類
図３
Ａ粒子の層膨張特性
１ｊ
２
Ｕｆｘ１０３
ｌ
０
ｒｌ
５１０５０１００
ｌ
Ｕ
ｍ
ｂ
ｏ４応
1
０
０
・
卜
甲斐・井元・高橋：付着性微粉粒子の流動化特性
115
ａ）と水酸化アルミニウムが当てはまる。第二のタイ
0.15
プはガス速度を上げると層上部よりクラックが生じて
層全体にチャンネリングを起こす。さらにガス速度を
上げると層の上部が急激に流動化する。このタイプに
はＡＭ−２１とＡＭ−２８（図５−ｂ）が相当する。
流動化の状態が二つのタイプに分れる原因は明かで
010
ー
ないが，表１の粒子物性を参考すると，粒子径はあま
り関係なく，粒子かさ密度が影響していることがわか
ー
る。つまり，かさ密度が小さいと凝集を起こしやすく，
←
Ｅ
ｕ
J
,
ｂ
２
u
ｊ
Ｏ
Ｏ
５
大きくなるとチャンネリングを起こしやすくなると思
われる。図６は炭酸カルシウムの流動化状態を表した
Ｊ、Ｃ
ものであるが，先に述べた二つの流動化状態の中間的
な挙動を示す。このことから炭酸カルシウムのかさ密
度650k9ｍ一3あたりが二つの流動化状態の境界と考え
られる。
０
０
二つの流動化状態は流動化部および未流動化部の高
さを測定することからも判別できる。図７には凝集し
１ ２ ３ ４
やすいＡＭ−２７，図８にはチャンネリングを起こしや
１００/Ｎ（−１
図４
すいＡＭ−２８の層高の変化を示す。凝集しやすい粒
空隙率の差とパラメータＮとの関係
子の場合には流動化部は徐々に下方へ広がっていく
が，チャンネリングを起こしやすい粒子の場合には流
２．２Ｃ粒子の流動化状態
ｃ粒子を流動化させるとその流動化状態が大きく二
つに分けられることがわかった。図５にはその様子を
示す。第一のタイプでは粒子が凝集を起こしやすく，
層下部に大きく凝集した粒子が存在し，上方になるに
したがって凝集体の大きさは小さくなる。凝集体の大
動化部が層上部に突然出現する。またチャンネリング
を起こしやすい粒子の場合には未流動化部および流動
化部の高さが大きく変動している。これはチャンネリ
ングを起こしたり，流動化したり変動しているためで
ある。
きさは大きなもので５∼８mmで，小さなものでも１∼
２mmである。ガス速度を上げていくと層上部より徐々
２．３Ａ−Ｃグループの境界
に流動化していく。このタイプにはＡＭ−２７（図５−
図９はＡ粒子にＣ粒子を混合した粒子の最大膨張率
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X
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FluIdiz叩別
1Ｗ
ingZon
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n
9
Zone
A９ｇｌｏｍｅｒ−
《
Crock
ｏｔｉｏｎ
Chonneling
一
−
Ｕ
ｆ
（ｏ）ＡＭ２７
ｆ
Ｕ
（ｂ）ＡＭ２８
図５Ｃ粒子（アルミナ） の流動化状態のガス速度にともなう遷移
鹿児島大学工学部研究報告第３２号（1990）
116
牌
｡
鐘
:
。
純
蝿
弧
0
.
6
ー
BubbIe
Ｅ
ＯＯＯＯＯＯｏＯｏｃ
△△
←
Ｊ
Ｏ
４
Chonnel
Aｇ９Ｉｏｍｅｒ−
ｏｔｉｏｎ
0２
０ ０ ． ２ ０ ． ４
ＵｆＩｍｓ−１１
図６Ｃ粒子（炭酸カルシウム）の流動化状態
アルミナＡＭ２７の流動層高のガス速度による変化
図７
一
×
２
己
１
．
２
︵１︶ｚ、○○↑
0.4
←
ー」
４
へ﹄﹃と
Ｅ
一
／／／、．
／︲
１
．
３
一
／弐
・萩。／／ｒ
一〆
0.8
１
０
０ ０ ． ２ ０ ． ４
Ｕｆ［ｍｓ−１１
図８
アルミナＡＭ２８の流動層高のガス速度による変化
1
.
1
０
０ ０ ． ２ ０ ． ４
ＣｏｎｔｅｎｔｏｆＣＰｏⅣder{−１
αmaxとパラメータ１００/Ｎに対するＣ粒子の混合割合
を表したものである。αmaxは次式で求めた。
αmax＝Lmb/Ｌｍｆ
(
3
)
図９Ａ，Ｃ混合粒子の最大膨張率とＣ粒子含有
割合との関係
スを空気とした場合に，Geldartのマップ4)に加えた。
図２の破線がその境界である。Geldartによって経験
ここではＡ粒子としてAL-1，Ｃ粒子としてＡＭ−２８
的に引かれた境界（図２の実線）とほぼ一致している
を用いた。この図が示すようにＣ粒子の含有量が10か
ことがわかる。
ら15％にかけてamaxは極大値をとり，それ以上では
Ｃ粒子の含有量が増えるに従ってａｍａｘは小さくな
３．結言
る。これは図２が示す結果と本質的には同じ結果であ
Geldart4)のＣグループに相当する粒子の流動化状
る。この図から100/Ｎの値として2.5がＡグループと
態は粒子かさ密度によって二つに分類されることがわ
Ｃグループの境界と考えると式(2)より
かった｡かさ密度が小さな粒子は凝集を起こしやすく，
かさ密度が大きな粒子ではチャンネリングを起こしや
､
/
司
亮
(
p
p
p
)
/
鰹
＝
4
０
(
4
)
すい。
Ａ，Ｃ粒子の混合粒子の層膨張特性からＡ，Ｃグルー
の関係が得られる。この関係を常温，常圧で流動化ガ
プの境界を求め，次式で表すことができた。
甲斐・井元・高橋：付着性微粉粒子の流動化特性
､
/
零
面
(
p
p
p
)
／
似
＝
4
０
(
4
)
引用文献
1）Abrahamsen,Ａ・RandDGeldart:PowderTech-
使用記号
dｐ＝Harmonicdiameterofparticle
９＝Accererationduetogravity
Ｌｆ＝Heightoffluidizedbed
1
１
７
I
m
｝
ImS-21
Iml
Lmb＝BedheightatminimumbubblingvelＯｃｉｔｙＩｍｌ
Ｌｍｆ＝BedheightatminimumfluidizatiOｎｖｅｌＯｃｉｔｙ
no1．，２６，３５（1980)．
2）Chaouki,』.,Ｃ・Chavarie,Ｄ・ＫｌｖａｎａａｎｄＧＰａ‐
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ｍ
ｌ
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αmax＝Lmb/Ｌｍｆ
Ｉ
−
ｌ
Ｅｍｂ＝BedvoidageatminimumbubblingvelｏｃｉｔｙＩ−ｌ
Ｅｍｂ＝BedvoidageatminimumfluidizatiOnvelOcity
｛
−
１
解＝Viscosityoffluidizinggas
ＩＤ＝Densityoffluidizinggas
ｐｂ＝Ｂｕｌｋｄｅｎｓｉｔｙｏｆｂｅｄ
lop＝Apparentdensityofparticle
｛
Ｐ
ａ
ｓ
｝
｛
ｋ
９
ｍ
−
３
１
Ｉ
ｋ
９
ｍ
−
３
｝
I
k
9
m
−
３
１
１
４
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6）Iyer,Ｓ・ＲａｎｄＬ.Ｔ,Drzal:PowderTecno1.,57,
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Japan２０，２８２(1987)．
8）Morooka,Ｓ,,MNishinakaandY・Kato:Kagaku
KOgaku，３７，４８５(1973)．
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Ｊ・ChemEng,Japan，２１，４１(1988)．
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