第一エンジニアリング株式会社 下井洋一 Yoichi Shimoi 
Web PACKING HANDBOOK
本便覧に関しまして、出張プレゼンテーションいたします。
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| §はじめに (Introduction) 無次元、アナロジー(Dimensionless Num, Analogy) 充填物ミラックス 充填材 §1 各産業における吸収／放散／冷却の事例(Absorbing,Stripping and Cooling) 充填物ミラックス §2 物質移動の基本概念(The outline of Mass-transfer) 充填物ミラックス 2.1 HTUとNTU 充填物ミラックス 2.1.1 HTUとNTUの定義および誘導(Definition and Introduction of HTU & NTU) ☆HTUの誘導 2.1.2 二重境膜説に基づくHOGおよびHOL(HOG & HOL based on the double film theory) ◇KLa、HOLの関係式(Relation-ships between KLa and HOL) ◇ガス側支配、液側支配(Gas phase control and Liq phase control) 【例題 1】(Ex.1) 【例題 2】(Ex.2) 【例題 3】(Ex.3) 2.1.3 NOGおよびNOL(NOG & NOL) ☆NOGの求め方(How to get NOG) 2.1.4 最小必要液量、最小必要ガス量(Minimum ruquired Liq and Gas) 【例題 4】(Ex.4) 充填物ミラックス 【例題 5】(Ex.5) ☆最小必要液量(Min Req Liq) 【例題 6】(Ex.6) 〔例題 7】(Ex.7) [例題 8](Ex.8) 【例題9】(Ex.9) [例題10](Ex.10) 2.1.5 HTU,物質移動係数、恩田モデルソフト(Onda model Soft) §3 恩田モデルによる液側物質移動係数の算出(Liq Mass-transfer rate by Onda model) 3-1）ミラックス327ベンゼン放散のHTUOLの作成(HOL of Benzene stripping of Mirax) ◇恩田の式1) (Onda model Liq) ３-２）へンリー定数(Henry's const.) 充填物ミラックス ３-３）NOL計算(calculationof NOL) ◇充分な量のガス量がある場合のNOL 3-4）放散と圧損(Pressure drop of stripping) 充填物ミラックス 3-5）従来の樹脂性規則充填物との比較(Comparison with conventional structured packing) 3-6）ガス逆混合によるHOL補正(Correction of Gas back mixing effect to HOL) 3-7）酸素放散実測値と恩田の式 (Onda model and Oxygen stripping) 3-８）恩田モデルソフト §４ 恩田モデルによるガス側物質移動係数の算出(Gas-phase Mass-transfer Onda model) 4-1）基本式(Basic equations) ◇一般式(General equations) 充填物ミラックス 4-2）恩田モデル2) (Onda model Gas) 4-2-1）濡れ面積（aW）計算式(Equations of wetted area) ○液側物質移動係数（kL）計算式(Equation of Liq phase mass transfer rate) ○ガス側物質移動係数（kG）計算式(Equation of Gas phase mass transfer rate) 4-2-2）抵抗の和の式の補足(Equation of sum of resistances) 4-2-3）ガス側拡散係数：藤田の式３)(Gas diffusion coefficient by Fujita) 4-3）ミラックス327のSO2吸収実験と恩田モデル(Onda model for SO2 absorption) 4-3-1）SO2の空気中におけるガス拡散係数(Gas diffusion coeffi. of SO2 in Air) 4-3-2）ＳＯ２吸収実測値と恩田の式 (Onda model and SO2 absorption) 4-4）ガス吸収と圧力損失データ(Pressure drop data) 4-5応用問題(Example) ◇ SO2のへンリー定数(SO2 Henry's const) 充填物ミラックス 充填材 〔例題1〕ＮａＯＨによるＳＯ２吸収 （β＝∞）(Ex.1) 〔例題2〕Ｍｇ（ＯＨ）２によるＳＯ２吸収（β＝６）(Ex.2) 〔例題3〕水によるＳＯ２吸収（物理吸収）（β＝１）(Ex.3) 〔例題4〕水によるアンモニア吸収（物理吸収）（β＝１）(Ex.4) 4-6）4章のおわりに(Summery of chapter4) 4-7）恩田モデルソフト §５ 不規則充填物と規則充填物 5-1)表面積補正、拡散係数補正 5-2)ミラックス327と不規則充填物Cの比較 5-3)各系のHTU概略値 §１１ 各種ＨＴＵデータ(Various kinds of HTU Data) １１.1） 物理吸収のHTU(Physical Absorption) 11.1.1)NH3吸収 11.1.2)BTX吸収 11.1.3)H2O吸収（乾燥）（H2O Absorption, Drying) 11.1.4)CO2吸収 11.1.5)HCN吸収 11.1.6)HF吸収 11.1.7)メタノール、エタノール、アセトンなど水溶性溶剤の吸収(Water Soluble Solvent) 11.1.7.2)拡散係数とＨＴＵ(Diffusion coefficient & HTU) 11.1.8)NOX吸収 11.1.9)H2S吸収 11.1.10)SO2水吸収 11.1.11)SO3吸収 11.1.12)Cl2水吸収 11.1.13)HCl吸収 １1.2） 化学吸収のHTU(Chemical Absorption) 11.2.1)SO2化学吸収 11.2.2)H2S化学吸収 11.2.3)CO2化学吸収 11.2.4)CO2アミン吸収 11.2.5Cl2化学吸収 11.2.6)NH3化学吸収 11.2.7)Na2Sの酸化 11.2.8)ホスゲン化学吸収(Hosgen) 11.2.9)悪臭物質化学吸収(Odour gas) １1.3） 物理放散のHTU(Physical Desorption) 11.3.1)トリクロルエチレン等の放散(Tri-ChloroEthylene) 11.3.2)CO2放散 11.3.3)O2放散 １1.4） 化学放散のHTU(Chemical Desorption) 11.4.1)固定NH3放散(Fixed NH3) 11.4.2)固定H2S、MM、DMS、DMDSの放散 11.4.3)固定I2放散 §６ エンタルピ移動（クーリングタワー、ガス冷却塔）(Enthalpy transfer) 充填物ミラックス ６-1）6章のはじめに(Preface) ６-2）KaV/L、Me数、HTU、NTUの相関(Relations between KaV/L,Me-number,HTU,NTU) ６-3）KaV/L、NTUの計算例(Example KaV/L and NTU) 〔例題１〕 ６-4）ミラックスC−312のシミュレーション計算(Simulation of cooling tower data) 〔例題２〕 ６-5）ガス冷却塔への応用(Application for Gas cooler) 〔例題３〕 ◇６章に関する資料 ６-6）計算チャート(calculationchart) 充填物ミラックス ６-7）冷水塔図面(Cooling tower) ６-８）エンタルピ資料（化学工学便覧、丸善出版、１９５８） §７ 解離を伴う気液平衡(Equiribrium accomnying dissociation) 充填物ミラックス 7-1）分圧の求め方の手順(Procedure to get partial pressure) 7-2)SO2ガス−NaOH水溶液系(SO2-NaOH aq. sol.) 【例題 1】(Ex.1) 充填物ミラックス 7-3)CO2ガス−NaOH水溶液系(CO2-NaOH aq. sol.) 【例題 2】(Ex.2) 充填物ミラックス 7-4)H2Sガス−NaOH水溶液系(H2S-NaOH aq. sol.) 【例題3】(Ex.3) 7-5)Cl2−水系(Cl2-water) 7-6)NH3−水系(NH3-water) 7-7)ジョンストンの式の誘導(Introduction of Jhonson's eq.) 7-8)マグネシウム法脱硫のpHとSO2分圧計算(SO2 in Mg. Desulfulization) 7-9)Cl2ガス−NaOH水溶液系(Cl2-NaOH aq. sol.) 7-10)H2S−NH3−CO2水溶液系(H2S−NH3−CO2 ) 充填物ミラックス 7-10-1)具体的な条件による計算(Caliculation) 7-10-2)コンピューターによる計算結果(Cliculation by computor) 7-10-3) グラフ(Graph) 充填物ミラックス §８ 恩田モデルソフトの使い方
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本便覧に関しまして、出張プレゼンテーションいたします。*
 図１-１ アナロジー |
 図１-２ 化学吸収 |
 図１-３ 化学放散 |
| キーワード： 充填物便覧、 充填物、 物質移動、 エンタルピ移動、 ガス吸収、 ガス放散、 アナロジー（相似則）、 推進力、 ｘ−ｙ線図、 ｈ-ｔ線図、 Δｙ（ガス側基準推進力）、 Δｘ（液側基準推進力）、 平衡線、 操作線、 液ガス比（L/G)、 無次元数、 レイノルズ数、 シュミット数、 シャーウッド数、 メルケル数、フルード数、 恩田モデル Key words： Mass transfer、 Enthalpy transfer、 Gas absorption、 Gas desorption(Stripping)、 Analogy、 Driving force、 (ｘ−ｙ)Chart, (ｈ-ｔ)Chart、 Δｙ（Gas phase Driving force）、 Δｘ（Liquid phase Driving force）、 Equiribrium line, Opelating line、 Gas Liq Ratio（L/G)、 Dimensionless number、 Reynolds number、 Scdmit number、 Sherwood number、 Merkel number, Froude Number, Onda model 充填塔は物質移動、エンタルピ移動操作共に用いられる。 物質移動とはガス吸収／放散操作であり、エンタルピ移動とは液冷却／ガス冷却操作であり、これらの操作はアナロジーとして共通の概念でまとめることができる。 移動現象には自然界で幾つものアナロジー（相似則）が見られる。 移動量は面積と推進力の掛け算である。 例えば水が流れる（移動する）場合の推進力は落差（右図）であり、電気はボルトを推進力として流れ、物質移動の場合はガス（液）側濃度差、エンタルピ移動の場合はガスエンタルピ差が推進力となる。 物質移動の場合にはｘ−ｙ線図を用い、エンタルピ移動の場合にはｈ-ｔ線図を用いるが、推進力は線図上では操作線と平衡線の垂直（水平）方向の差で表せる。 ここで操作線とは物質収支線であり、吸収の場合ガスが液に渡した被吸収ガスと液が受け取った被吸収ガスが同一量であるから、L/G=dy/dxとなり、操作線の傾きはL/G（液ガス比）を表す。 平衡線から操作線を引き算した値が推進力である。(図1-1） 物質移動には必ず気液平衡が関与し、平衡状態になるようにガスは吸収したり、放散したりするが、ｘ-ｙ線図において、垂直方向の差がΔｙ（ガス側基準推進力）、水平方向の差がΔｘ（液側基準推進力）である。 別の例として熱移動（伝熱）の場合は推進力として温度差を用い、熱交換器の設計ならそれでよいが、充填塔の場合は水の蒸発・凝縮を伴うから、熱と蒸気量とのエンタルピの和を用いることになる。（６章参照) エンタルピ移動の場合は垂直方向Δｈのみを使う。平衡線の上に操作線がある場合は、吸収またはガス冷却であり、下にある場合は放散または液冷却である。（図1-1） 混乱したら次のように考えれば良い。 吸収の場合は化学吸収が多く、分圧ゼロ（例えば化成ソーダ水溶液中のＳＯ２分圧)となり、平衡線はｘ軸に一致する。当然操作線は上に来る。ガス冷却は水が凝縮するから、吸収と同じである。（図１-２） 一方放散の場合、加温したり、減圧にしたり、薬品を加えたりして、ガスの溶解度を下げる。即ち平衡線はｙ軸に一致するように運転する。従って操作線は下にくる。水冷却は水分の蒸発があるから放散である。（図１-３） 無次元数はどんな単位でもつかえる基本的な物理量であり、化学工学では無次元数を多く用いる。 密度の単位は例えばKg/m3であるが、これを常温、常圧の空気の密度ρＧ＝1.2Ｋｇ/ｍ3で割ると、Φ＝√〔（ρG（Kg/m3）/1.2（Kg/m3)〕であり、次元を持たない。密度がlb/ft3でも無次元であればΦ値は同じである。 充填塔では空気を扱う場合が多く、多くの場合Φ＝１である。圧力損失計算に用いるガスの運動エネルギーを加味するが、Φ＝１であればＧ/Φ＝Ｇ、ｕΦ＝ｕと便利になる。（その点蒸留は扱うガス密度の範囲が広く、Ｆファクタ-を用いる。Ｆ＝ρｕ＾（0.5）） 代表的な無次元数として、イノルズ数（Re:乱れ）、シュミット数（Sc:拡散速度）、シャーウッド数（Sh:物質移動係数）、メルケル数（Me：エンタルピ移動）、フルード数（Fr：流れ方）などがある。 各種物質移動モデル、例えば本便覧で扱う、恩田モデルも無次元数群で構成されている。 |
 平衡状態になるように 吸収および放散が起こる  |
| 各産業ではどのような吸収操作、放散操作が実際に行われているのか、表１に各産業における吸収／放散／冷却を一覧表にしてまとめた。 物理吸収の例としてはＨＣｌやＮＨ３やＣＯ２などの水吸収があげられる。 化学吸収としては高度成長期においては排煙脱硫が化学吸収の主力市場であったが、現在では中国、例えば重慶に問題が移行している。 また我が国においても石炭火力発電が見直されており、排煙脱硫技術は古くて新しい技術といえる。 最新分野としては地球温暖化防止技術、即ちCO2吸収がある。炭酸ガス（CO2)の吸収に関して、アミンが最も普及した吸収液である。 これも化学吸収の一例である。 充填塔は吸収操作とともに発展してきた操作であるが、発がん性有機物の廃水からの物理放散も着目されている技術である。 すなわち、トリクレン、４塩化炭素などを廃水または飲料水からの空気または、水蒸気で放散する操作があげられる。 化学放散とは便宜的に排水処理の目的で、ｐH調整して固定塩を遊離させ、空気で放散除去する操作を指した造語である。 固定H2Sやメチルメルカプタン（MM）などの酸性物質を放散させる場合は、硫酸などを添加してｐHを低くして、H2S ⇔ SH−＋H+ の平衡を左にずらしてH2Sを遊離させる。 パルプ工業において、木釜や蒸発缶から発生する凝縮水には多量の硫黄化合物が含まれ、悪臭を放つため臭気排水と呼ばれる。 固定アンモニアのような塩基性物質を放散させる場合は、苛性ソーダなどを添加してｐHを高くして NH3＋H2O ⇔ NH4＋＋OH―の平衡を左にずらしてNH3を遊離させる。 冷却といえばクーリングタワーを思い出すが、その逆操作である、ガス冷却も重要である。 本文ではエンタルピ移動を伴う場合をガス冷却と呼び、断熱操作である場合（エンタルピ移動を伴わない場合）をクエンチングまたは急冷と呼ぶ。  |