化学工業用充填剤吸収塔の設計要素

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この投稿は最終的に、2017年8月10日20時59分にB0SSによって編集されました。化学工学における吸収塔の設計には、主に2つの要素があります。1つは吸収過程の計算で、もう1つは吸収塔自体の設計です。吸収システムの物質系の性質、吸収される成分の分離純度、操作条件などのパラメータに基づき、吸収過程における物質収支および熱収支の計算を行う。伝質計算によって必要な充填層の高さを決定し、塔装置の構造計算によって塔の直径や高さを定め、液体およびガスの分散器やその他の塔内部品を適切に設計する。一、塔径の計算：粒状充填材の場合、塔径は充填材の直径の8～10倍である必要がある。 優れた設計とは、適切な充填材や塔の直径を選定するだけでなく、塔の運用における経済的要素や安定性の要素も考慮しなければならない。経済的要因とは、選定された塔径が最も低い総運転コストを持つことを指し、このときの塔の運転ガス速度を経済的ガス速度と呼ぶ。 二、塔の高さの計算：吸収過程に必要な充填材の高さは、物性、製品の純度、使用する充填材、塔内の流動状況などの要因によって決まります。通常は、伝質係数や伝質単位の高さを実際に測定する必要があります。理論計算では実測データの回帰式が多用されるため、計算で得られた充填高さには設計上、一定の安全係数を考慮する必要がある。 三、設計条件：まず設計課題を明確にし、原料ガスの処理量および成分を決定する。次に分離要件を定める。すなわち、精製ガス中に含まれるべき分離対象成分の濃度、またはその回収率を示す。塔内溶液に含まれる溶解性成分の濃度、塔の操作温度・圧力、気相・液相が塔に入る際の温度・圧力、そして吸収過程に関するその他の要件、例えば全塔圧損に特別な要求があるか、熱感受性物質が含まれているか、物質系の腐食状況などである。 四、物質収支計算：吸収過程は、混合ガス中の各成分がある溶剤（吸収液）内で持つ溶解度に差があることによって進行する。溶解性のあるガスの溶解度は不活性ガスのそれよりも大きいため、溶解性のあるガスが溶剤に吸収され、これによって混合ガスの分離が達成される。 五、充填剤の選定にあたっては、物質系の性質、分離の難易度、操作条件、物質系の腐食性などの要因を考慮し、充填剤の種類、サイズ、および材質を決定する必要がある。充填材には規則的な充填材を使用することも、バルク充填材を使用することもできる。整流充填材は空隙率が高く、圧力降下が少なく、流量を多く許容するため、気膜制御が難しい分離困難な系に適しています。しかし、散装充填材と比べて価格が高く、製造や設置も面倒です。バルク充填材は吸収分野で広く利用されており、適応性に優れ、価格も安く、製造・設置・清掃も容易です。 整形充填材であれ散装充填材であれ、さまざまな型番やサイズが存在し、各充填材の流体力学的特性、物質移動特性、運転時の負荷許容範囲などには大きな違いがあるため、まず数種類の充填材を候補として選ぶことができる。タワー補修や圧力損失の計算を行い、装置の投資費用および運用費用を見積もり、最適化比較を行って充填材の種類とサイズを決定する。一般的に、吸収プロセスでは液量が非常に多いため、大きなサイズの充填材を使用することが望ましい。 充填材の材質については、吸収過程において金属、プラスチック、セラミックのいずれも使用可能であり、分離対象となる媒体の特性や操作条件に応じて選定するべきである。 金属材質には一般的にステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム、銅、低合金鋼などがあり、プラスチック材質にはポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレンなどがあり、セラミック類には耐酸セラミック、耐アルカリセラミックなどがある。材料は物質の腐食度に応じて選定し、プラスチック素材の場合はその耐熱性も考慮する必要がある。