（c） （d）
Fig．5−16Concept of bottom cone effect
D ：diameter of cyc1one dust chamber （m）
h ：height ofcyc1one dust chamber （m）
hB ：distance between cyc1one outlet of coarse paれic1e and inlet of blow down pipe （m）
Dp ：Partic1e diameter （m）
Dp25 ：particle diameter at25％partial separation emciency （m）
Dp50 ：particle diameter at50％partial separation e術。iency （m）
Dp75 ：partic1e diameter at75％partia1separation emciency （m）
Dploo：partide diameter at1OO％partial separation efficiency （m）
1（ ：c1assification sharpness index（＝Dp乃／D、、、） （一）
η：collectionefficiencyofcoarseparticles （一）
△η ：PaI11iaI separation e冊。iency （一）
pp ：density of pa11二ic1e （kg／m「）
集塵室における再飛散現象について、集塵室寸法、ブローダウンおよび集塵室円錐を 変化させて実験的に検討した。キな結論は以下の通りである。
（1）集塵室高さの方が集塵室直径よりも分級性能に大きな影響をおよぼす。集塵室
高さは実験を行った範囲では、高いほど集塵室における再飛散を抑制する。（2）集塵室における気流の反転は半径方向には小さく、軸方向には長い縦長の領域
で生、じているものと推察される。（3）ブローダウンを行うことにより分離性能は顕著に向上する。そのブローダウン 量は全風景の15％程度で十分である。
一98一
引用文献
1）Iinoya，K．，T．Fuyuki，Y．Yamada，H．Hisakuni and E．Sue：J．Soc．P（）wder Tcchnol、，
Japan，29，351（1992）
2）Iinoya，K．，T．Fuyuki and Y．Yamada：Prep．of lst European Symp．、Separa−ion of P舳ic1es from Gases，p．377，Numberg，Gem1any（1989）
3）Fuyuki，T．，Y．Yamada and K．Iinoya：J．Soc．Powder Tcchno1．，Japan，30，49（）（1993）
4）Yoshida，H．，T．Saeki，T．Fujioka，T．Ueda and T．Puyuki：Kagaku Kogaku Ronbunshu，
19，476（1993）
一99一
5）Yoshi（la，H．：J．Acr（）sol Research，Japan，7（1993）
6）Yama（1a．Y．、H．Mur釧a and K．linoya：Proceeding of2nd Wor1d Congress Paれicle Techn（）1ogy Part3，Japan，p．48（199（））
7）ル伊谷鋼・、 「新版集塵装置一 Hトリ上業新聞社（1973）
8）粉体11字会編、r粉体に学便覧」 H Fl」」1業新聞社（1986）
9）l1木粉体．l1業技術協会編、 「粉体分級技術マニュアル」 広信社（1990）
m川木粉体．l1業技術協会編、 「微粒子．l1学」 朝倉書店（1994）
11）小川川、 「サイクロン分離一器1」 アース社（1980）
12）肌ルー三郎編、「化学機械の理論と計算（第2版）」産業図書（1975）
■OO一
策6章 スケールアップと分級性能
前章までの結果により、サイクロン木体形状、集塵宇寸法、ブローダウン等に11大を することにより、1リ筒部直径が70mm柱度の小ψのものであればサブミクロン村1手の分 級が可能であることが明らかになった。したがって、この性能を維手、宇したままサイクロ ンの人型化が実現できれば工業的意味は大きい。しかし、これまでの経験ではサイクロ ンを工業的規模までスケールアップすると性能が変化する。
そこで・本章ではサイクロンスケールアップの分離性能への影響を把握し、その性能
維持対策を検討するため、幾何学的に相似でスケールアップした3種類のサイクロンの
性能を詳細に検討した。さらに、小型のサイクロンの性能を維持したままスケー一ルァップを行う方法としてサイクロンを直列に2台並べた2連式サイクロンを提案し、その分離 性能および性能維持対策としての可能性についても検討した。。
6−1 スケールアップ
6一ユー1 限界粒子の理論計算
Rosin−Ramm1er−Inte1mannl）のモデルにより、サイクロンの分離限界粒子径を求めるため、
次の仮定をする。
（1）粒子に作用する流体抗力はストークス則に従う。
（2）サイクロン入口では粒子は均一に分布し、粒子間の相互干渉はない。
（3）分離された粒子の再飛散はない。
（4）気流は入口形状を維持したまま、旋回運動する。
（5）気流速度は一定とする。
粒子に作用する遠心力と抗力とが力学的に一等しいとすると次式が成1ン1する。
3
ρ、半・・ψ、（芳） （ト1）
ここで、D、は粒子径、ρ、は粒子密度、uは気流速度、μは気体の粘度、rはサイクロン内 の粒子の位置、Dはサイクロン円筒部直径、である。
Fig−6−1において、粒子の初期位置が時間t＝Oで半径位置r＝（D／2）一Sにあるものとすると、
∫1、つ．、吋｝
上式を積分すると次式を得る。
ゴ・Bu2t・（号一・）2
一101一
（6−2）
（6−3）
＊、け移動時舳はサイクロン内での村r・旋1口1教をNとすると、次式で近似される・
一＝コ111）N （6−4）
u
時固t後に粒r・はサイクロン外雌r＝D／2に達し、気流より分離されるとすると、分離さ れる粒ゴ作は次式で表される。
∫（ノ）一∫）μ （6−5）
∫）＝3
ρ πρ、∫）ノ〉・
蚊も分離しやすい村〔よ流人する位樟二が最も外側の位置s＝Oに存在する粒子であり、
最も分離し鮒い村ゴつまり限界粒戸件はs＝bに存在する粒子である。したがって、限界
村r・俸はs＝bをEq．（6−4）に代人した次人で表される。
わ（∫）一わ）μ （6−6）
∫） ＝3
ρけ 兀ρ、！舳1
1二式でbはDの閑傲である。したがって、粒ゴ密度およびサイクロン直径が一定ならば、
限界村∫・径は人11風速uの ド方根に逆比例して小さくなり、粒子密度および気流速度が
・足ならば限界粒手作はサイクロン直径Dの平方根に比例して大きくなることになる。
いま50％分離従D、、、、をs＝b／2から流人した粒一rとするとD、。。は次式で表される。
多（・一多）1 （ト7）
7） ＝3
ρ『n πρ、！w・
Tab1e6−1にEq．（6−7）により算出した「リ筒部直径72mmの基本型サイクロンの50％分離径 と前章までの実験により得られた50％分離径D声。を示す。計算は粒子密度2700kg／m3およ び29（℃kg／m3、サイクロン人口幅b＝17mm、サイクロン内での粒子旋回数Nは5章の結果か
らN＝5とし、人口風速20m／s，30m／sにおける50％分離径を求めた。
Tab1e6■ Classification cut size Dp50 Cyclone diameter
@ （mm） … 一 一 一 一 」 一
Paれicle（iensity
@ 3
@ （kg／m）
lnlct ve1ocity
@ （m／S）
D。。。、創．
iμm）
D。。・。、。．
iμm）
20 1．20 0．47
2700
30 0．98 O．41
72
20 1．15 0，74
2900
30 0．94 0．70
Fig．6−2に粒子密度27（川kg／m3におけるサイクロン直径とE（1．（6−7）により求めた50％分離 径の関係を示す。限界粒ゴ・従と同様、50％分離I径もサイクロン直径の平一方根に比例して I大きくなることがわかる。また、この理論によれば25％分離径および75％分離径もサイ
クロン直径の平方根に比例して大きくなることになる。50％分離径と同様の計算により 一102一
25％分離径および75％分離作を求め、分級精度指数Kを求めるとK＝（）．62となり、これは サイクロン直件にかかわらず・足となる．、
（昌
き
さ 色
。
b
b
一ノu
D
Fig．6−1Rosin−Rammler now mode1
101
100
1011
1nlet Ve10City
20m／s
・・・・・…一 R0m／s
Partic1e density 2700kg／m3
101 102 103
Cyc1one diameter D （mm）
Fig．6−2Re1ation between cyclone diameter and theoretical cut size −l03一
6川ユー2 一夫培交装置および方〜上
前作まで検討してきたド」筒部｛1件72mmの全円周渦巻入口式サイクロンを基本とし、
｛1件に付する各都分の比をほぼ一定とし、実験室一規模から実用規模までスケールアップ した、，サイクロンはH」筒部直作72mm，154mm，343mmの3種類を用い、その分離性能を
調べた。
ドig．6−3に 友験に用いたサイクロン、Table6−2にサイクロン各部分の寸法および直径に 対する寸法比を示す。ここで、出口管挿人一長さは3章より分離性能に影響を与えること
が州らかになっているので、冊1管挿入長さを変えて実験を行った。また、サイクロン
柵粉川11には集塵室川鎌を、設置した。
集塵牢は 大プラントでは、ロータリーバルブが用いられる場合も多いが、ロータリー バルブからの空気の漏れが性能に影響を与える可能性があるので、ここでは集塵室も円 柱状の密封系で同様にスケールアップを行った。
リニ験挫1冊は前章までと同様であるが、粉塵濃度を一定とするため、スケールアップに ともない処理粉体最も上I舳1させる必要．卜、粉体供給フィダー、分散器、バグフィルター は人側のものをイ史川した。Table6−3に装置構成機器の仕様を示す。直径72mmおよび
154mmでは各構成機器は実験室レベルの能力で十分であるが、直径343mmでは各構成機
器と宅） 火プラントレベルになる。サイクロンを大型化することにより実験が難しくなり、それにともない実験精度の問題も生じてくる。
実験は人r1風速20m／s，30m／s、ブローダウンO％，15％で変化させた。供試粉体には炭酸 カルシウム11SNo．17を使用したが、直径343㎜サイクロンに関しては、炭酸カルシウム NS＃400を使用した実験も行った。いずれも粉塵濃度は7〜1og／m3とした。粒度分布測定
にはレ」ザー回折法であるMicrotracSPAと重力沈降法であるSedigraph5000の2種類を使 用した。Tab1e6−4に実験条件を示す。
外＼
紗
寸
寸 ＼
≧ 刀 、い が
x〜 P
冬、
φd
d I 1
1 1 一
コ
I I
L＿・
D
＝
φd、
し
φd日。
寸
φDh
Fig．6−3Dimension of cyc1onc
Tab1e6−2 Dimension ofcyc1ones
一
D
a b 斗 d、 D。（mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm）
72 37 17 31 40 1似〕
（MD） （O．51） （O．24） （0，43） （0．56） （1．39）
154 81 39 59 85 180
（〃D） （0．53） （0．25） （0．38） （0，55） （1．17）
一 ■ 一 〇 1
343 194 92 158 184 800
（〃D） （O．57） （0．27） （O．46） （O．54） （2．33）
一 L ⊥
Z。
（Iηn1）
2しX〕
（2．78）
250
（1．62）
1π）O
（3．21）
D
L H 1、、 RI R。 d−x・（mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm） （mm）
110 200 60 50 40 40
72
（1．53） （2．78） （0．83） （0．69） （0．56） （O．56）
235 430 200 l l l 90 85
154
（1．53） （2．79） （1．30） （O．72） （0158） （O．55）
一
550 l lOO 300 250 200 184
343
（1．60） （3．21） （0．87） （0．73） （O．58） （O．54）
一104一 一105一
Tab1c6−3 Specincation（）fexperimental apparatus
ト・し1・…1㎜・1・1
㌻㌧∵∵
川一。r fi1tr汕i（〕n1m㎝
Cyclonc（iiaIηctc−
Powdc『
in1ClVClO（li1y
B1（lw d（iwn ratio
lPar−icIe c（〕nccn−ra−10n
一 一 一 一 一 一 一 」 一
鼈黶i。∴。）「 ・・ 』 1 − I
154 343
200 200 3（刈O
200
?止 ⊥ 一 一 皿 … 化
200 3000
1．2 5．0 30