JPH07121357B2 - 気液接触ユニットおよび気液接触装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メッシュ状の立体編物
を充填物として用いた、排ガスあるいは排液処理用の気
液接触ユニットおよび気液接触装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】気液接触装置は、有害成分や悪臭等を含
む排ガスを液体で洗浄したり、気体中の有用成分を液体
で回収する等の気体処理や、液体中の有害成分を気体中
へ移行させる、あるいは液体中の有用成分を気体中に回
収することによって液体の処理（以下排ガス・排液処理
として総称する）をする等の目的で用いられる装置であ
り、工業的には充填塔方式や多孔板塔方式が多用されて
いる。

【０００３】充填塔方式では、種々の材質で製造された
ラシヒリングや合成樹脂製のテラレット（商品名）等の
比表面積の大きな充填物を用いるが、これらの充填物は
一般的に不規則充填される。このため、気液接触時に
偏流や逸流を生じ易く、圧力損失が増大する、液体に
固形分が混入する系では目詰まりを起こし易い、充填
塔を高くしなければ充分な接触面積が得られない等の問
題があり、また多孔板方式では、目詰まりは起こしにく
いが圧力損失が大きく、排ガス・排液処理効率が低いと
いう問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の従来技
術の問題を解消して、気液接触部の圧力損失が低い、
排ガス・排液を高効率で処理できる、充填高さが低
く装置がコンパクトでメンテナンスも容易である、等の
特徴を有する高性能な気液接触ユニットおよび気液接触
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明者等が鋭意検討した結果、立体編物を充填物と
して使用することによって、従来のラシヒリング等を使
用した場合に比べてはるかに良好な気液接触状態を作り
出せるという知見を得、本発明に至ったものである。す
なわち本発明は、滴下液体と上昇気体を接触させる気液
接触ユニットが、厚さ５〜２０ｍｍ、空隙率８５〜９７
％の立体編物を垂直ないしは略垂直方向、もしくは山
形、谷形、波形状に列設、あるいは折り畳んだものであ
り、必要によりワイヤメッシュ状立体網状体を立体編物
間に介装したものであるところに要旨を有するものであ
る。また、これらの気液接触ユニットを用いた気液接触
装置も本発明の要旨に含まれる。

【０００６】

【作用】以下本発明の気液接触ユニットおよび気液接触
装置を図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明は下記
図面に限定されるものではなく、また便宜上排ガスを洗
浄用液体で処理する工程について説明するが、本発明の
気液接触装置においては、気（液）体中の有用成分を液
（気）体で回収したり、排液を気体で処理することもも
ちろん可能である。

【０００７】図１は本発明による気液接触装置の一例の
断面概略説明図である。気液接触装置本体１は下部に気
体供給用ブロア２を有しており、該ブロア２によって排
ガスが本体１内部の気液接触部３へ送入される。気液接
触部３には接触ユニット４が装填されており、液体供給
管５を経てスプレーノズル６から噴射される洗浄液と、
上記ブロア２によって送入された排ガスが接触ユニット
４内の立体編物上で接触することによって排ガスが浄化
される。浄化されたガスはミストキャッチャー７を通
り、排出孔８より排出される。

【０００８】本発明では気液接触部に充填される充填物
として立体編物を利用した接触ユニットを用いるところ
に大きな特徴を有するが、該立体編物とは平面的な編物
あるいは織物を複数枚積層して厚さ方向にロービング等
の繊維束を配列し、これを多方向の繊維束に組織させる
ことによって得られる立体的な構造を有する繊維製品の
一種である。これら立体繊維構造には多くの考案・発明
が開示されている（例えば、特開昭61-258055 号、同 6
3-270848号、実開昭64-30389号、特開平1-250454号、同
1-292156号公報）。なお上記の立体編物は、複合材料の
中間基材や衣料素材等に使用されるものがほとんどで、
気液接触ユニットとしては用いられていなかった。

【０００９】本発明における充填物としては、柔軟でか
つ空隙の多い立体構造を持つ編物製品であり後述の厚さ
および空隙率を有するものであればその立体構造や製法
は限定されないが、表面部が空隙の多いメッシュ状にな
っている立体編物等が好ましく利用できる。

【００１０】図２には立体編物の一例として、六角形の
メッシュ構造を有する立体編物のモデル説明図を示し
た。立体編物４１は、ループ網目４５によって平面的に
形成されている六角形の開口部４２を多数有する、２枚
の対峙したメッシュ編物シート４３ａ，ｂ間を連結糸４
４で厚み方向に連結した構造を有するものである。図２
においては、立体編物の六角形開口部４２のＸ方向の長
さがＸに直交する方向より長いものを示したが、開口部
の形状は略円，正方形，長方形等特に限定されない。好
ましい形状は図２のような横長六角形である。立体編物
を列設する、あるいは折り畳む時には、六角形が横長に
なっている方が後述のバブリングがうまく起こるため好
ましい。また特に大きな立体編物を折り畳む時には、六
角形が横長になるように折る方が曲げやすい。

【００１１】立体編物の厚さは連結糸４４によって調整
することができ、本発明においては５〜２０ｍｍとす
る。立体編物の空隙率は、気液接触部を提供する意味か
ら緻密過ぎてもまたあまりに粗過ぎても好ましくなく、
８５〜９７％が最適である。連結糸４４はメッシュのル
ープ毎に連結されていてもよく、いくつかのループをま
とめて一か所で連結されているような構造でもよい。さ
らに連結糸が単なる繊維束の状態でメッシュ編物シート
を引っかけて連結していてもよく、ループ状のような網
目を形成して連結してもよい。

【００１２】立体編物の素材としては、ポリエチレン、
ポリプロピレン等のポリオレフィンや塩化ビニリデン、
ポリエステル、ナイロン、アラミド、炭素繊維等の耐食
性に優れた有機繊維や無機繊維、金属繊維等が好ましく
用いられ、メッシュ素材と連結糸の素材が異なっていて
もよい。

【００１３】上記のような構造の立体編物は、接触ユニ
ットとして気液接触部を提供する。図３には本発明の気
液接触ユニットの一例の斜視図を示した。気液接触部３
は接触ユニット４ａ，４ｂ，４ｃが積層されて構成され
ており、接触ユニット４は立体編物４１がＶ字波形状に
形成され、接触ユニット４ａの山部Ｘと４ｂの山部Ｙが
互いに交差するように積層されているものである。ユニ
ット４ｂと４ｃも同様に積層されている。立体編物をＶ
字波形状に形成するには、逆Ｖ字形の立体編物を多数列
設させるか、または大きな立体編物を折り畳んで波形状
に形成すればよい。山部ＸとＸの間のピッチの長さは、
用いた立体編物の空隙率と関係して圧力損失の決定要因
となるため一義的には決められないが、２０〜６０mm程
度が好ましい。

【００１４】接触ユニット４内に立体編物４１を充填す
る他の方法としては、図４に示すように任意の大きさの
立体編物４１を立てて列設する方法があり、各立体編物
４１間は密着させるか、あるいは各４１間に空間もしく
はスペーサー等を設ける方法を用いることができる。

【００１５】また図５のように立体編物を波形状もしく
はパルス波形状に折り畳み、その空間部分に立体網状体
をスぺーサーとして介装した接触ユニットも好ましく利
用できる。スペーサーとしては、合成樹脂製や他の素材
のワイヤーメッシュ状立体網状体や波板等の他に、従来
法の充填物等を用いることができるが、スぺーサーも気
液接触部となり得る点、および圧力損失を減少させる点
等から立体網状体が好ましく使用される。立体網状体
は、特にその構造や素材等は限定されないが、例えばポ
リプロピレンの様な熱可塑性ポリマーを加熱溶融して曲
線状に押し出すことによってカールさせたワイヤー状の
ものを空隙率が８０〜９８％になるように重ねて接点を
加熱溶着して作成したもの等が利用できる。

【００１６】図４，５に例示した気液接触ユニットは、
図のように該ユニット４同士を直交させて積層してもよ
いが、同じ向きに積層してあってもよい。さらに図４中
の立体編物４１を傾斜するように立設させてもよく、ベ
ルト状の立体編物をとぐろ状に巻いて円形の接触ユニッ
トとしてもよい。吸収効率を上げるために接触ユニット
を高さ方向に積層して多段にする方が好ましいが、あま
り多く積層しても吸収効率が向上しないことがある。

【００１７】図６には図５に示した形状の接触ユニット
における段数と吸収効率の関係を示した。処理ガスはＨ
Ｃｌで処理液体は水である。図６から、接触ユニットが
２〜４段になるとほぼ同程度の吸収効率となり、中でも
３段ユニットが最も吸収効率が良いことがわかる。この
場合の接触ユニットの形態では３段積層が効率が良かっ
たが、接触ユニットの種類（立体編物の列設方法やスぺ
ーサーの有無）や処理ガス・液体の種類に最も適したユ
ニット段数を選択するとよい。

【００１８】本発明による気液接触ユニットにおける実
際の気液接触機構を説明すると、次のとおりとなる。 上方からスプレーノズルで供給される液滴が、垂直も
しくは傾斜されて立設されている立体編物表面のメッシ
ュ層を伝って、メッシュ開口部で液体表面張力による膜
を形成しながら落下する。 下方から気体が、連結糸によって形成されているメッ
シュ層間の空間部あるいはメッシュ開口部を通って上昇
しようとする。 メッシュの開口部で連続的に気泡が形成されては壊れ
る現象、いわゆるバブリング現象が起きる。 立体編物が波形状に充填されている場合は、立体編物
の全斜面部分でバブリング現象が起きている。

【００１９】このような機構で気液接触が行なわれてい
るため、立体編物を気液接触部分に用いると、特にバブ
リング現象の効果で気泡の表面積の分、気体と液体の接
触面積が増加し、しかも連続的に気泡が形成されるので
あるから、飛躍的に接触面積および吸収効率の増大がも
たらされるのである。

【００２０】また本発明においては、下方からの気体が
メッシュ開口部でバブリングするものと、メッシュ層間
の空間部を抜けていくものとに別れるため、気体流速を
大きくしても圧力損失を低く抑えることができると考え
られるが、驚くべきことに、接触ユニットを例えば図５
のような形態の３段積層にした例では吸収効率が９９〜
９９．８％レベルに達しており、メッシュ層間の空間部
やスペーサー間を抜けていく気体も上段の接触ユニット
中で液体と接触していることは確実である。これは立体
編物上で非常に効率的にバブリングが起こり、偏流や逸
流を起こすことなく低圧損で気液接触が進行するためで
あると考えられる。この機能はスぺーサーを介装しても
同様に働く。またスぺーサー上でもバブリングが起こっ
ていることも充分考えられる。

【００２１】さらに、波形状に充填した接触ユニットを
３段使用した場合には、接触ユニット中を通過するガス
風速を平均化する整流効果が確認された。本発明の気液
接触ユニットは上記のように極めて効率的であるので、
接触ユニット１段の高さは３０〜１００ｍｍ、より好ま
しくは５０〜６０ｍｍで充分である。従って接触ユニッ
トを３段仕様とした場合でも、気液接触部はせいぜい１
００〜３００ｍｍ程度となる。本発明によれば上記のよ
うに効率的に気液接触が可能であるので接触ユニット自
体の占有面積をも小さくすることができるので、高さの
点でも底面積の点でも気液接触装置を非常にコンパクト
なものにすることができる。

【００２２】さらに、接触ユニットを構成する立体編物
やスペーサーが軽量であるので、接触ユニットをハウジ
ングに入れてカートリッジ式にしておけばメンテナンス
も容易である。ハウジングの素材は、該立体編物が繊維
製で非常に軽量であるため、特別な機械的強度は必要な
く、耐食性のよい素材であれば特に限定されない。ハウ
ジングの形態も、ユニットの形態に応じて適宜選択され
る。

【００２３】

【実施例】以下に実施例を挙げて具体的に説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。実施例１ 厚さ 6.5ｍｍ、空隙率90％のポリエステル製立体編物を
図３のようなＶ字波形状に充填した３段の接触ユニット
を有する気液接触装置を作製した。ここで、接触ユニッ
ト１段の高さは50ｍｍ、ピッチ（隣接する山部間の距
離）は20ｍｍとした。またユニットのハウジングの素材
にはポリ塩化ビニルを使用した。ハウジングも含めた接
触ユニット底面積は0.0576ｍ² である。上記の気液接触
装置を用いて、ＮＨ₃ ガスのＨ₂ ＳＯ₄ による洗浄実験
とＨＣｌガスの水による洗浄実験を行なった。処理条件
と吸収効率の測定結果を表１に併せて示す。ガス濃度
は、検知管法による簡易測定で求めた。

【００２４】実施例２〜３および比較例１〜２ 図７に実施例２〜３および比較例１〜２の接触ユニット
断面該略図を示す。実施例２は高さ50ｍｍの立体編物を
垂直に列設した上に２枚の立体編物を水平に積層したも
のでユニット高は65ｍｍである。実施例３は立体編物を
高さ 100ｍｍになるようにＶ字波形状に列設した上に１
枚立体編物を水平に積層したもので、ユニット高は 10
7.5ｍｍである。比較例１は、ワイヤーメッシュと開口
率 9.7％の多孔板を図７のように組み合わせたもので接
触ユニットの高さは50ｍｍである。比較例２は実施例１
に用いたものと同じ立体編物を水平に６枚積層したもの
で、ユニット高は40ｍｍであった。

【００２５】各実施例、比較例とも図７中に示した接触
ユニット１段のみにて、アンモニアガス（ＮＨ₃ ）の硫
酸（Ｈ₂ ＳＯ₄ ）による洗浄実験を行ない、ガス速度を
変化させた時の吸収効率及び圧力損失の測定結果を表１
に併記した。また圧力損失の結果を図８に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１および図８の結果から、本発明による
立体編物充填タイプの接触ユニットを３段用いた場合、
ガス速度が大きくなっても極めて低い圧力損失しか示さ
ず、しかも非常に高い吸収効率を示すことがわかる。従
来法である比較例１は圧力損失が大きく、立体編物を水
平に使用した比較例２は、圧力損失は比較的小さいが吸
収効率が従来例より劣ることが明らかとなった。立体編
物を垂直に設けた実施例２は、吸収効率はかなり高いが
圧力損失が少し悪いこと、Ｖ字波形を１段しか設けない
実施例３は、圧力損失が小さいが吸収効率が劣ることが
わかった。

【００２８】実施例４〜８ 実施例１に用いた立体編物を図５のように波形状に折り
畳んでポリプロピレン製立体網状体（見掛け厚さ15ｍ
ｍ，空隙率95〜96％）を介装した接触ユニットを作成し
た。接触ユニット１段の高さは50ｍｍ、波形のピッチは
37ｍｍとした。接触ユニット３段を各々直交するように
積層し、ポリ塩化ビニル製の 230ｍｍ× 230ｍｍ× 160
ｍｍのハウジングに入れ、このハウジング８個を縦２個
×横４個の並列にならべて、図１に示したような気液接
触装置に実際に組みこんだ。ハウジングの底面積は0.40
48ｍ² である。この装置で表２に示す処理気体および液
体を用いて種々の条件での気液接触処理実験を行なっ
た。処理条件および吸収効率測定結果を表２に併記し
た。なお、ガス濃度は以下の方法で分析した精密測定値
である。

【００２９】ＨＣｌ：ＪＩＳ Ｋ０１０７のチオシアン
酸第二水銀法を用いて行なった。 ＮＨ₃ ：ＪＩＳ Ｋ００９９のインドフェノール法を用
いて行なった。 ＳＯ₂ ：ＪＩＳ Ｋ０１０３の沈殿滴定法を用いて行な
った。 ＨＦ ：ＪＩＳ Ｋ０１０５のランタン−アリザリンコ
ンプレクソン吸光光度法を用いて行なった。 Ｈ₂ Ｓ：ＪＩＳ Ｋ０１０８のメチレンブルー吸光光度
法を用いて行なった。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２より明らかな様に、種々の処理ガスお
よび洗浄液の組み合わせにおいて、スケールアップした
場合でも９６〜９９．８％もの高吸収効率を示すことが
わかる。また、圧力損失も低く抑えることが可能である
ことが明らかとなった。

【００３２】

【発明の効果】本発明の気液接触ユニットは、繊維製の
立体編物を垂直ないしは略垂直方向、好ましくは山形、
谷形または波形状に充填した接触ユニットからなる気液
接触部を有しており、該立体編物上で偏流や逸流を起こ
すことなく非常に効率的にバブリングによる気液接触を
行なうことができる。このため、排ガス処理工程でガス
速度を増大させても、極めて低い圧力損失しか示さず、
しかも非常に高い吸収効率を示すものである。また接触
ユニットが軽量かつ小さいため充填塔をコンパクトにす
ることができ、メンテナンスも容易にできるようになっ
た。この気液接触ユニットは、有害成分や悪臭等を含む
排ガスを液体で洗浄する排ガス処理の他に、気体中の有
用成分を液体で回収する用途や、液体中の有害成分を気
体中へ移行させる排液処理、ならびに液体中の有用成分
を液体で回収する用途にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気液接触装置の断面概略図であ
る。

【図２】立体編物のモデル説明図である。

【図３】本発明によるＶ字形の気液接触ユニットを３段
積層した時の斜視概略説明図である。

【図４】本発明による立設型気液接触ユニットを３段積
層した時の斜視概略説明図である。

【図５】本発明による立体網状体を介装した気液接触ユ
ニットを３段積層した時の斜視概略説明図である。

【図６】接触ユニットの積層段数と吸収効率の関係を示
すグラフである。

【図７】実施例２，３および比較例１，２の接触ユニッ
トの断面概略図である。

【図８】実施例１〜４および比較例１，２の気液接触装
置の圧力損失測定結果である。

【符号の説明】

１ 気液接触装置 ２ 気体供給用ブロア ３ 気液接触部 ４a,b,c 接触ユニット ５ 液体供給管 ６ スプレーノズル ７ ミストキャッチャー ８ 排出孔 ４１ 立体編物 ４２ 開口部 ４３a,b メッシュ編物シート ４４ 連結糸 ４５ ループ網目 ４６ ワイヤメッシュ状立体網状体

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−79801（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−45333（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−57165（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 滴下液体と上昇気体を接触させる気液接
   触ユニットが、厚さ５〜２０ｍｍ、空隙率８５〜９７％
   の立体編物から成り、該立体編物が垂直ないしは略垂直
   方向に多数列設されたものであることを特徴とする気液
   接触ユニット。
2. 【請求項２】 立体編物が山型、谷型または波形状に列
   設、あるいは折り畳まれたものである請求項１に記載の
   気液接触ユニット。
3. 【請求項３】 立体編物の間に粗目のワイヤメッシュ状
   立体網状体が介装されたものである請求項１または２に
   記載の気液接触ユニット。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の気液接
   触ユニットを単層または高さ方向に積層して用いること
   を特徴とする気液接触装置。