洗浄塔（ミュースクラバー）

「ミュースクラバー」は静止型混合器（Static Mixer）であり、円筒形の塔本体の内部に高性能の気液接触効率を有する撹拌用混合羽根「ミューミキシングエレメント」を内蔵しております。ミューミキシングエレメントは、右捻り及び左捻りの螺旋状の羽根体です。微細粒子及び化学物質を含有する排ガスは、ミュースクラバーの上部から供給されます。

一方、ポンプにより装置下部タンクから供給された洗浄液は、塔本体の側面に配置された散水管に設置したスプレーノズルを介して塔内に噴射します。この洗浄液は、排ガス中の化学物質と粉塵を吸収しつつ、塔の上部から下部へ落下して下流に配置したタンク内に集まり、再び塔内を循環します。すなわち、塔を通過する排ガスと循環する液体は、内設されたミューミキシングエレメント内を並流で通流する間に、分割、合流、せん断及び右、左方向の螺旋状回転を繰り返しながら、気液は完全に混合、接触されます。

一つ目として、この方式による効果は排ガスからの含有物質の捕捉です。前述のように気液接触効率を増大させ、捕捉を高効率で行います。排ガス中の化学物質は化学的に吸収して、又、不活性物質は物理的に溶解して洗浄液に吸収します。又、排ガス中の粉塵の微細粒子は、装置内を通流する間に凝集や膨潤により粒子成長して粗大化します。更に気液の強い混合で塔内に発生する微細な気泡に捕捉されます。従い、微細粒子は洗浄液に容易に捕捉されるようになり、洗浄液に懸濁します。これらにより、排ガスは清浄化されます。

二つ目は、排ガスからの物質の捕捉を装置内の閉塞なしに行なうことです。これは、排ガスと洗浄液の気液混相流とミューミキシングエレメントの相互の連携による効果です。反応生成物及び粉塵等の付着成長による羽根の表面・裏面や空孔の目詰まり、及び装置壁面での成長を防止します。

三つ目は、排ガス処理の通流時の圧力損失の低減です。これは、ミューミキシングエレメントの構造に基づき圧力損失を小さくする効果です。また、塔本体側面に配置する散水管のスプレーノズルからの循環洗浄液の噴き出しによってエジェクター効果を生じさせて、圧力損失の更なる低減化に貢献しています。

この排ガス処理において、ミュースクラバーには適宜新液が供給されます。これは、気液温度制御のためであり、通常は新液の顕熱、蒸発熱を用いた冷却を行ないます。これに加えて、循環液ラインに熱交換器を設置して外部から冷却、又は加熱を行なう方法もあり、そのプロセスに適すように行ないます。新液投入のもうひとつの目的は、タンク内の循環排液中の捕捉物質の濃度制御のためであり、捕捉物質を含有した排出液をタンクの液レベルを維持しつつ排出します。

図1に示すように、パイプ内周面に螺旋状の右捻り（右旋回）及び左捻り（左旋回）の羽根体を設置して、複数個の右捻り羽根体及び左捻りの羽根体を、空間部を介して交互に配置しています。羽根体は多数の空孔を有しています。排ガスと洗浄液とは並流で、螺旋状に右に捻った羽根体を通流しながら、分割、合流、水平及び垂直方向のせん断作用により、気液の混合接触が行なわれます。そして、空間部で合流し、次に螺旋状に左に捻った羽根体による再分割、せん断作用により混合接触されます。このように、多分割、旋回、合流、反転作用、及び半径方向と軸方向でのせん断作用を連続的に繰り返しながら気液は完全に混合接触されます。

ミュースクラバーを使用して、良好な気液の混合、接触状態を得るポイントは、以下の二点です。

1. 液/ガス比を高くする（ガス流速が一定下）
2. ガス流速を速くする（液/ガス比が一定下）

これを、実験で確認するために、内径72ｍｍの管に小型ミューミキシングエレメントを図2のように配置して、上部から下部方向に水を流すと共に、常温の空気を水と並流で通流するテストを行いました。図3の写真撮影した透明管部分のゾーンは、二つのミューミキンシングエレメント間の空間で空洞です。そこでは、空気と水の混合状態を目視で観察でき、幾つかの条件のテスト結果を示します。まず、空気流速10m/secにおいて水/空気比を70～8ℓ/m3まで変化させました。この時、水/空気比8ℓ/m3まで水が低下すると混合は不良ですが（写真(d)）、それよりも水量の多い70～15ℓ/m3（写真 (a)-(c)）の範囲は、良好です。

次に空気流速を半分の5m/secにしました。この時、水/空気比15 ℓ/m3の混合状態は、不良でした（写真(e)）。これに対して、流速10m/secのケースは、同じ水/空気比15 ℓ/m3であっても、写真©のように混合状態は良好でした。これにより、流速が速いと混合が良くなることが分かります。この時、水/空気比15 ℓ/m3の混合状態は、不良でした（写真(e)）。一方、流速が半分の5m/secでも、水/空気比を35ℓ/m3まで高めると、混合状態は再び良くなりました（写真(f)）。これらのテスト結果により、液ガス比、ガス流速はそれぞれ増加すれば気液の混合状態は良好になり、その逆の場合は悪化することを観察できました。

気液混合状態の写真

写真（A)	写真（B)	写真（C)
単位面積通気量：3,500m3/m2h	単位面積通気量：3,500m3/m2h	単位面積通気量：3,500m3/m2h
ガス流速：10m/sec	ガス流速：10m/sec	ガス流速：10m/sec
液ガス比：70ℓ/m3	液ガス比：45ℓ/m3	液ガス比：15ℓ/m3
写真（D)	写真（E)	写真（F)
単位面積通気量：3,500m3/m2h	単位面積通気量：1,800m3/m2h	単位面積通気量：1,800m3/m2h
ガス流速：10m/sec	ガス流速：5 m/sec	ガス流速：5m/sec
液ガス比：8ℓ/m3	液ガス比：35ℓ/m3	液ガス比：15ℓ/m3

図３. 気液混合状態の写真（※液ガス比= 液量(ℓ/h)/ガス量(m3/h))

ミュースクラバーには、排ガスの清浄化、排ガスからの化学物質回収などの使い方があり用途は以下のようです。

1. HCl, Cl2, HF, SOX, NH3, NOX, Hg, DXN’s等を含有する排ガスの処理
2. 四塩化ケイ素、三塩化ケイ素、二塩化ケイ素、フッ化ケイ素、四塩化チタンなどと水の接触で金属酸化物固体を生成する排ガス処理
3. 排ガス中のSiO2, ZnOなどの金属酸化物の除塵
4. アンモニア、トリエチルアミン、硫化水素等の微量の悪臭成分の吸収による脱臭
5. 排ガス中の細菌やウイルス等の生物のオゾンガス等による滅菌、殺菌
6. 排ガスからのNH3, HClなどの化学物質の回収
7. 薬品原体の除塵と回収

次章に5つの設置例を示します。

ミュースクラバーのご照会時には、以下に示す設計条件の開示が必要です。ミュースクラバー適応の適否を判断した上で、プロセス、及び装置仕様の検討を行なうためです。なお、以下はほぼフルの設計条件を示します。必要な検討精度に応じてご開示をいただければと考えています。

1. 1. 1. 処理風量： ( )Nm³/ｈ
      2. ガス温度：運転( )℃、設計( )℃
      3. ガス元圧力：運転( )kPaG、設計( )kPaG
      4. 装置入口圧力：運転( )kPaG、設計( )kPaG
      5. 排ガス含有成分と気体、液体、固体の区別：含有成分a., b., c………について
      6. 排ガス含有成分の濃度：含有成分a., b., c………を、容積%、容積ppm、mg/Nm³など、明確な単位で表す。
      7. 処理後の含有成分濃度：含有成分a., b., c………を、容積ppm、mg/Nm³など、明確な単位で表す。
      8. 許容最大圧力損失：運転( )kPa、設計( )kPa
      9. 設置場所：屋外、屋内の区別
      10. 設置面積：幅、奥行、高さ
      11. 防爆対策：要否の区別
      12. 電源：電圧等
      13. 材質：製作者一任、または指定指定の場合は、

   材質PVC, FRP, SUS, チタン、他を下記各部位で指定ください。塔本体、ミキシングエレメント、循環液槽、液配管、ガス配管、循環液ポンプ、排風機、フランジ、ガスケット、ボルト・ナット、架台・共通ベース

   1. 予備品：ミキシングエレメント、スプレーノズル、ガスケット、ボルト・ナット
   2. 運転状況：運転時間　hr/day、バッチ・連続の区別
   3. 投入新液：物質名、温度、圧力、溶解物質濃度、PH、比重、粘度
   4. 排出液：物質名、温度、溶解物質濃度
   5. 既存情報の活用：現有設備のフローシート、現有設備の問題点、テストデータの開示
   6. ユーティリティ条件：排ガス処理に必要とするユーティリティ情報の開示

ミュースクラバーと従来スクラバーとの気・液接触機構の比較

	型	気液接触状態
●ジェットスクラバー ●ベンチュリースクラバー	液分散型
●充填塔	液分散型
●スプレー塔	液分散型
●多孔板塔 ●棚段塔	ガス分散型
●ミュースクラバー	液・ガス分散型

図4-1. 気液接触状態の模式図

	並流／向流	移相タイプ	気液接触の模式図
●ジェットスクラバー ●ベンチュリースクラバー	並流	気ー液接触
●充填塔 ●スプレー塔	向流	気ー液接触
●多孔板塔 ●棚段塔	向流	気ー液接触
●ミュースクラバー	並流	気ー液接触・混合

図4-2. 気相→液相への物質移動の模式図

各種スクラバーとミュースクラバーとの性能比較

	ジェットスクラバー	充填塔	ミュースクラバー
概略図
除去効率（%）	99-99.5%	90-99	90-99.999
処理濃度	数100ppm-数%	数100ppm-数%	数10ppm-100%
風量	小風量に適している （10－200ℓ/min）	大風量に適している （1-100m3/min）	あらゆる風量に適している （1-13,000m3/min）
スケールの目詰まり	なし	吸収液濃度により大	なし
圧力損失（KPa）	3-5	0.2-1	2-20
風量の変化の除去効率に対する影響	小（ハイパスラインにより容量調節可）	小	小
空塔速度（m/sec）	スロート部流速 30	0.3-2	2-20
液･ガス比（ℓ/m3）	1,000-3,000	0.5-5	0.2-500
特長	・除去効率が高い ・ダスト混入しても目詰まりがない ・液を高圧でノズルから噴霧させるため、スロート部で強制的な気液混合状態になる	・圧力損失が小さい ・循環液量が少ない	・除去効率が高い ・ダスト混入しても目詰まりがない ・フラッディング現象は起きない ・ガス冷却、ガス吸収、除塵の同時処理に適する高性能の静止型混合羽根のミューミキシングエレメントを内蔵

 

	多孔塔／棚段塔	スプレー塔	ミュースクラバー
概略図
除去効率（%）	99-99.5%	60	90-99.999
処理濃度	数100ppm-数%	数100ppm-数%	数10ppm-100%
風量	大風量に適している （数m3/min-数100m3/min）	大風量に適している （数m3/min-数100m3/min）	あらゆる風量に適している （1-13,000m3/min）
スケールの目詰まり	小	小	なし
圧力損失（KPa）	3-5	0.2-1	0.5-3
風量の変化の除去効率に対する影響	大	大	小
空塔速度（m/sec）	1-3	0.2-1	2-20
液･ガス比（ℓ/m3）	1-3	0.2-1.5	0.2-500
特長	・構造が簡単である ・充填塔と比較して通常高性能	・構造が簡単である ・一般に吸収装置の前段に使用される	・除去効率が高い ・ダスト混入しても目詰まりがない ・フラッディング現象は起きない ・ガス冷却、ガス吸収、除塵の同時処理に適する高性能の静止型混合羽根のミューミキシングエレメントを内蔵