目次
4

巻頭言

オープン・イノベーション時代の知財マネジメントと人材育成
取締役 兼 執行役員 管理本部長

6

牧 虎彦

特集 1

テーラー渦を用いた新型凝集混和槽による薬注率の低減効果について
高尾 大

11

特集 2

高純度 PDCB製造プロセスと溶融精製技術
17

迎 崇博

製品紹介 1

排煙脱硫プロセス23

宮前 祐治

製品紹介 2ベルト型濃縮機27

佐藤 剛

製品紹介 3®

膜による分画・精製プロセス DFシステム
30

立石 泰弘

製品紹介 4

小径粒子 /マイクロカプセル製造技術の紹介
石井 究・BRANDAU Thorsten

36

ティーブレイク 月島茶房

ライフサイクルで考える
38

井川 学

会社概要・編集後記

No.12 2009

CONTENTS
4

Foreword

MAKI Torahiko, Borad Member, Executive officer,
Senior General Manager, Administration Division

6

Paper1

The reduction effect of the coagulant dosage by the new coagulant systemusing Taylor vortex
11

Production process of high purity p-Dichlorobenzene with
TSK’s purification technology
17

MIYAMAE Yuji

Product2

Belt thickener
27

SATO Tsuyoshi

Product3

Membrane purification and fractionation by “DF SystemTM”

表紙の写真

30

MUKAE Takahiro

Product1

Flue Gas Desulfurization process
23

TAKAO Dai

Paper2TATEISHI Yasuhiro

Product4

Microsphere and Microcapsule Production Technology
ISHII Kiwamu / BRANDAU Thorsten

36

Tea Break38

Corporate Profile / Editor’s Note

IGAWA Manabu

1995年に世界遺産へ登録された白川郷・五箇山の合掌造り集落の秋の風景

TSK 技報 2009 no.12

3

巻 頭 言いはブラックボックス化した当社のコア技術入れるべきであり、当社でも上述したようにステムの創造であり、社会的意義のあるビ部分を購入せざる得ない状況を作りだし、幹部への知財の教宣に勉めたい。

ジネスモデルでもある。産業においてもバ

当社は利益を吸い上げるシステムを構築

米国の例からも解るように、日本も何れモ

イオ・エタノール事業は産学連携（海外のし、また改良技術等は当社が掌握すること

ノの生産は新興諸国に任せ、より技術、ソ

大学発の技術）の成果であり、複数企業ので業界内での確固たる地位を築く構想であ

フト指向の産業国家、或いは知財立国 *3をいる。特に汚泥燃料化は、新たな価値とシオープン・イノベーション時代の
知財マネジメントと人材育成協力を得て商業化を実現するといったオーる。当社としては、技術力を強化し、売り物目指すという流れに乗らざる得ない状況でプン・イノベーション方式を取っている。非となる技術及びビジネスモデルを確立し、あり、乗り遅れることは国家の衰退へと繋が

食糧系バイオマスを原料とし、「環境とエネ

当社技術の業界標準化を目指すことが必ると思われる。

ルギー」を実践しており、やはり新たな価値要となる。

を創造するイノベーションである。未だ補助金ビジネスの域は脱していないが、成功をな追い上げは、その低廉な労働コスト、生期待できるビジネスとして発展しつつある。

当社のような技術会社における最大の財産技術の向上により侮れないものとなってお

これらはイノベーションという時代の趨勢を冒頭に技術が財産と記したが、その技術

産は技術であり、技術競争力に基づく差別り、更には知的財産権を軽視した企業倫

実践しており、当社の事業選択は正しい方

は人、個人が保有するものでありその意味

誌「知財管理」5月号、日本ライセンス協化により利益を得、会社の存続、発展が成理の欠如は、当社の重要製品であるチュー

向に向かっていると言える。

では、当社の財産はエンジニアである。私会 機 関 誌「LES JAPAN NEWS」巻 頭

り立っている。その技術を管理保護する手ブ式ドライヤーや吊下式分離機のコピー製

プロ・イノベーション時代（後述）という時は、知財関連の業務に長く携わっているが、

言 7月号にそれぞれ巻頭言を執筆した。巻段である知的財産の意義が、今大きく変わ品を生み出し、当社の競争力を脅かしつつ代認識に基づき、「製品（汚泥燃料化技術、当社におけるエンジニアに対する基本的な頭言への執筆依頼があること自体稀でありつつある。従来の手段に加え、技術を使ある。付加価値の高い特殊な単体機器の廃棄物由来のバイオ・エタノール技術）
・サー

知財の教宣についてはここ7 〜 8 年である

り、名誉なことである。今回はTSK 技報に用し、利用し、させる為のツールとして、また輸出という従来のビジネス・スキームも曲がビス特性（EPCとO&Mの融合、木質系原程度の成果があがったと自負している。
しか10月号ということで、技術という切り口で普防衛および攻撃の方法として、或いは新たり角に来ているのであろうか。

1 はじめに取締役 兼 執行役員
管理本部長

どういう訳か今年になって、巻頭言の執筆依頼が多い。日本知的財産協会

機関料に含まれる5 炭糖の活用）」「ビジネス

し知的財産の進歩は急速であり、プロ・イ

段経営や業務に関連して考えていることをモデル（PFIやDBO、オープン・イノベーショ

ノベーション時代を迎えてエンジニアや営綴ってみた。拙文が皆様の参考となり、また事業戦略、研究開発戦略を支える知財経

境は厳しくなってきており、当社の競争力をン）」「知財マネジメント（後述）」を相互に業幹部に対する高度な知財教育、特に知知財に関する関心を呼び起こすことになれ

営という考え方も提唱されている。

維持し向上させるには、事業の多角化で有機的に結びつける三位一体経営によっ

財マネジメント教育の必要性を感じる。知ば望外の幸せである。

知 的 財 産に関 連してここに来て「イノはなく、環境とエネルギーへの選択と集中て、「市場拡大」と「収益確保」を同時達成

財という独立した分野の教育ではなく、知ベーション」と言う言葉が一般的になりつつを具体的かつ迅速に進めることが必要であする戦略を構築することが必要とされる。

財と事業との関連、知財による研究開発のある。かつては、革新という意味で使用さり、利益の一部をR&Dや新たな設備に投れていたが（例えば「技術革新」）、新しい資し、特定市場への経営資源の集中によ

技術の発明だけではなく、新しいアイデア

る優位性の確保と利益率の向上が肝要とから社会的意義のある新たな価値を創造なる。そのためには、将来の事業内容を展

特に、その戦略の具現化を可能ならしめ1980 年代に日本との貿易戦争で痛手をし、社会的に大きな変化をもたらすビジネス・

望しR&Dを計画的に展開する技術経営力

る知的財産の取り扱いに注意を払うべきで負った米国が、プロ・パテント（特許重視）

組織・社会の幅広い変革を意味するようが求められ、事業戦略、技術戦略（研究開ある。プロ・パテント時代では、パテントに政策を国是として、産業の再興を計り情報になっている。それまでのプロジェクト・業

発戦略）、そしてそれをバックアップする知ハイライトが当たり、R&Dによる技術の創産業で再度世界を席巻し、また2005 年頃

務・システムなどに対して、全く新しい技術

財戦略の三位一体が経営に求められてい

出、即権利化（特許）という直線的な構図

からは、プロ・パテント政 策をプロ・イノ

強化施策を提言し、2005 年にはバルミサーノ・レポーが描かれていたが、プロ・イノベーション時

ベーション（イノベーション重視）政策へと転トを発表し、イノベーションこそ21世紀において成功

代では、「権利化と秘匿化」「公開と条件換し、製品ではなく一段とソフト、システム、付ライセンス」「標準化によるオープンとブ

知財等による市場独占を進めている。このラックボックスによるクローズ」等の使い分け

転換時に米国政府はバルミサーノ・レポー

や考え方を取り入れて新たな価値を生み出ると認識している。

し、社会的に大きな変化を起こすことが今イ
ノベーションと呼ばれている*1。

3 当社でのイノベーション

バックアップ、事業戦略、技術戦略、研究

4 知財マネジメント

開発戦略と連動した知財の動き等を社内に紹介する機会を作る所存である。

2*1 イノベーション（innovation）
の語源は、
ラテン語の
innovare（新たにする）（＝ in（内部へ）＋ novare（変化させる））とされている。内閣府発表のイノベー
ション25を参考とした。
*2 米国政府は、
1985 年にヤング・レポートを発表し、
プ
ロ・パテント政策に重きを置いた米国産業の競争力を収めるための最も重要な要素であるとし、米国が産業競争力を今後も発展し続けるために必要な数々の施策を提言した。ヤング・レ ポートは、
当時HewlettPackard Co.の社長だったJ. A. Young 氏が、
パル
ミサーノ・レ ポートは当時IBM の会長兼CEO のS.

水環境においては、PFIやDBO（デザイなど、知財マネジメントがより重要となる。

ト* を発表し、米国の脅威となるのは、最ン、ビルト、オペレーション）のライフサイク「標準化によるオープン」であるが、当社

早日本ではなく、エイジング・タイガーズと当社の売り上げを見ると、業績が好調な

ル・ビジネスと言うイノベーションにより従来技術を、デファクト・スタンダードとして実質呼ばれるアジアを中心とした中国・インド等

時は海外ビジネスは全体の1/4、産業事業のEPC（エンジニアリング、
プロキュアメント、的な業界標準とすべく、特許等の知財で保の新興諸国であるとし、これらの国々との競*3「知財立国」は、小泉純一郎首相が2002 年に打ちの約半分を占めており、成熟した国内市場

コンストラクション）、O&M（オペレーション

護しその後技術をオープンし、同業他社の争に勝ち米国の発展の為にはイノベーショ出した国家戦略の一つで、知的財産の創出、保護との限界を考慮すると海外市場への進出がとメンテナンス）別々の業務が融合され、ス参入を促す。他社が当社技術を使用するンが重要であり、知財教育が必要であると

当社の興隆には不可欠であることが解る。

トック・ビジネスを蓄積することに成功して上で当社の特許を実施せざるを得ない、或説いている。我が国もより知財教育に力を

2 競争激化への対応

4 TSK 技報 2009 no.12

5 人材育成このようにグローバル競争の中で事業環な利益を得る手段として認識され、更には

牧 虎彦

6 終わりに

一方中国をはじめとするアジア諸国の急速

J.Palmisano 氏がそれぞれ取り纏めた為この通称が使用されている。

活用を、国をあげて取り組む課題として国策にした政策である。現在も国策の一つであり、内閣府の知的財産戦略推進事務局が窓口となっている。

TSK 技報 2009 no.12

5

特集

1

チオン性の解離基を有したものが使われている。その作用は先述した

1 はじめに凝結作用に加えて、微細な凝集物を分子間引力で更に大きな凝集物

テーラー渦を用いた新型凝集混和槽による薬注率の低減効果について
The reduction effect of the coagulant dosage by the new coagulant
system using Taylor vortex

Abstract
In dewatering process of sewage sludge plant, polymeric coagulant has been used widely.
Recently the purchase cost of polymeric coagulant in the total maintenance and operation
cost is increasing due to rising unit cost of coagulant and dosage itself based on sludge composition, so establishing a technology for reducing chemical dosaging rate is one of the mostimportant problems of the sludge treatment process.
From this background, the new coagulation system, which consists of rapid mixing and

下水汚泥の脱水設備における調質技術において、無機凝集剤かを形成させる（架橋）作用を有している。このため、高分子凝集剤によら高分子凝集剤による手法に技術転換が行われて久しい。一方、下る凝集物は数〜十数 mm 程度の粒状（以降、フロックとする。）となり、水処理場を取り巻く環境の変化から少なからずその調質技術も影響

現在主流となったベルトプレスやスクリュープレスと言ったろ過系の脱を受けている。例えば、食生活変化や分流式下水道の普及により流水機や遠心場を利用した遠心脱水機が下水汚泥の脱水工程に適用

入下水中の有機分が上昇するといった外的な因子、そして消化工程できるようになった。

における消化率向上といった内的な因子が複雑に絡み合い、全国的

高分子凝集剤の凝集原理は、前述したように汚泥の電荷を中和すに見ても汚泥の難脱水化そして高分子凝集剤の高薬注率化といっる化学反応と物理的な架橋作用が平衡して行われ、汚泥と凝集剤のた問題が顕在化している。こうした技術的な課題に加え、凝集剤単

物理的な混合条件が両反応共に影響を及ぼしており、脱水機の性能価の上昇も伴い、維持管理費における凝集剤の購入費は増大の一を支配すると言っても過言ではない。

途を辿っている。また、石油製品である凝集剤は温室効果ガス排出

上記のような背景から、汚泥の調質技術においては、凝集剤の選定

係数が高く、地球温暖化対策の観点からも、薬注率低減技術の確技術に加えて、混合・反応条件の最適化においても技術的な課題が立は汚泥処理工程が抱える最も急務な課題の一つと言える。こうしたあると言える。

背景から、筆者は凝集原理を抜本的に見直し、低薬注化の図れる
新型凝集混和槽の開発を行っている。元々、消化汚泥は嫌気消化工程において汚泥粒子の微細化、微生物代謝由来の細胞外代謝物

前述したように汚泥と凝集剤の混合状態（＝物理的な条件）には技（アニオン性ポリマー）の影響により混合生汚泥と比較し薬注率は2

術的な課題があるとしたが、新型凝集混和槽は①急速撹拌部と②造〜 3 倍程度になる。本稿では、薬注率に課題を抱えている消化汚泥

粒部の異なる2 つの凝集・混合機構を組み合わせることで凝集状態に対して、従来型凝集混和槽と新型凝集混和槽を用いて凝集原理の改善を図っている。図 1に凝集機構について示す。

に基づく脱水性能を比較検討した。また、実処理場への適用事例に

TAKAO Dai
水環境事業部
ソリューション技術部

Comparative tests with the existing coagulant system found that the rapid mixing process contributes to decreasing coagulant dosage, and the granulating process contributes
to decreasing moisture content in dewatered sludge, so this synergistic effect of the new
coagulant system can improve the dewatering performance.

急速撹拌部では汚泥と凝集剤を短時間で高速撹拌し、汚泥と凝集剤の接触界面を増加させ、微細なフロックを形成させる。ここでは、凝ついて紹介する。

granulating process, has been developed.

高尾 大

2.2 新型凝集混和槽の凝集機構について

集剤の反応率を向上させ、凝集剤の高分子鎖中のカチオン性解離基

2 基本構造と凝集機構についてと汚泥粒子表面のアニオン性解離基の荷電中和反応を促進することで薬注率を低減することを目的としている。

2.1 下水汚泥の脱水工程と凝集技術について

造粒部では内筒回転数、内外筒間の距離（以降、ギャップ）を制御

通常、下水汚泥はコロイド粒子であり、マイナス電荷を帯びて分散することで内外筒間にテーラー渦を形成し、その渦中で微細フロック同安定状態にある。この状態では汚泥粒子表面は水和層を有し、このま士の衝突作用と効率的なせん断作用を加えることで、フロックの造粒、Applying this system to the operating belt press filter of actual sewage sludge plant can

までは固液分離を行うことは困難とされている。こうした汚泥粒子に対緻密化を図っている。テーラー渦はA）半径方向の渦とB）鉛直方向に

achieve lower coagulant dosage (as much as 25-30% reduction) than the existing system.

して、プラス電荷を帯びたカチオンやカチオン性の解離基が添加され混合を伴わない円周方向の流れから構成され、その特異性に着眼しThis reduction corresponds to annual cost reduction of coagulant from 1,000,000 yen to

ると、汚泥粒子のマイナス電荷が中和され、微細な凝集物を形成（凝た重合、晶析装置への応用研究 1）や渦自体の挙動解析 2）の対象とし6,000,000 yen per one dewatering machine (new coagulant system).

結作用）
し、固液分離性が向上する。我が国の下水汚泥脱水機の先て研究がなされている。A）半径方向の渦は渦内のフロック表面に均駆けである真空脱水機や加圧脱水機は上述した凝結状態で脱水工一な方向からせん断力を付加し、フロック内部から間隙水を排水する程を行っていた。

ことでフロックの緻密化を促進する。更にB）鉛直方向に混合を伴わな

下水汚泥の脱水工程において高分子凝集剤が広く用いられている。昨今、凝集剤価格の上昇や汚泥性状の変化による凝集剤添加率の上昇により、維持管理費における凝集剤購入費は増加しており、薬注率低減技術の確立は汚泥処理工程が抱える最も重要な課題の 1つといえる。こうした背景から、我々は急速攪拌部と造粒部から構成される新型凝集混和槽を開発した。

一方、高分子凝集剤は数百万程度の分子量を有する高分子鎖の中にイオン性の解離基を有したものを指し、一般的に下水汚泥ではカい円周方向の流れにより反応槽をプラグフロー化することで常に凝集状態が均一なフロックを排出し、脱水機へ供給することができる。

既存のシステムとの比較実験から、急速攪拌部は薬注率の低減効果にそして、造粒部は含水率の低減効果に寄与していることが実証された。新型凝集混和槽は前記の相乗的な効果により脱水性能を改善している。
また、実際の処理場で稼働するベルトプレス脱水機に新型凝集混和槽を適用した場合、新型凝集混和槽は既存の薬注率に対して30％を低減できる傾向が認められた。この効果は、脱水機（＝凝集混
和和槽）1 台当たりの年間の薬品費において、1,000 〜 6,000 千円の低減に相当する。
キーワード：脱水、凝集、急速攪拌、造粒、薬注率低減
Keyword ：Dewatering, Rapid mixing, Granulation, Decreasing, Coagulant dosage

図 1 新型凝集混和槽内部構造と凝集原理
Fig.1 The inner structure of the new coagulation system and coagulation mechanism

6 TSK 技報 2009 no.12

TSK 技報 2009 no.12

7

The reduction effect of the coagulant dosage by the new coagulant system using Taylor vortex

特集 1 テーラー渦を用いた新型凝集混和槽による薬注率の低減効果について

2.3 基本構造

4.2 試験結果について

4 実証試験

図 2に新型凝集混和槽の外観写真を示す。本凝集混和槽は①急（1）A 処理場

4.1 試験方法について

速撹拌部と②造粒部より構成されている。
急速撹拌部には高速回転するミキサーとその駆動機が設置され、

表２及び図７にA 処理場における調査条件及び結果を示す。脱水

図 6に試験フローを示す。下水処理場で実際に稼働するベルトプレ可能薬注率については既設混和槽 1.3％に対して新型では0.9％、最ス脱水機の既設凝集混和槽（以降、既設混和槽）と新型凝集混和槽

適薬注率については既設 1.4％に対して新型では1.0％であり、何れの造粒部は同心に配置された円錐台形の外筒と回転する内筒より構成

は、汚泥及び薬品ラインを共通とし、バルブ操作のみで切替可能なフ運転条件においても薬注率 30％程度の低減効果が認められた。なお、されている。また、内筒はスラスト方向に可動し、ギャップを任意に調ローとした。

脱水可能薬注率とは、ろ布端部からの漏泥（サイドリーク）が生じない

汚泥と凝集剤の注入口及び凝集汚泥排出口が設置されている。

整できる構造となっている。

また、脱水性能の評価については、実際の運用状況と合わせて汚

基本的な汚泥のフローは図 2 右側の汚泥投入部より投入された汚泥は凝集剤と混合され、続く造粒部の下方へ導入される。造粒部では内外筒間のギャップで造粒作用が促進し、機器上方の凝集汚泥配管

薬注率とした。

泥流量負荷を固定条件とし、薬注率（＝薬液量）のみを変動させ、各図3 調査概略フロー
Fig.3 Flowchart of test

凝集混和槽における薬注率の影響を評価した。

（2）B 処理場
表 3 及び図 8にB 処理場における調査条件及び結果を示す。A 処

より排出され、脱水機へ投入される。

理場と同様の傾向が認められ、脱水可能及び最適薬注率何れの運転条件においても薬注率 25％程度の低減効果が認められた。また、新型ではフロックのろ過性が向上し重力ろ過ゾーンでのサイドリークが抑えられることから、ろ布走行速度を低減させろ過時間を延長して運転することが可能であり、到達する含水率自体の低減の可能性も示唆されている。

図6 調査概略フロー
Fig.6 Flowchart of test

表 2 A 処理場における調査条件
Table2 The test condition A center

図 2 新型凝集混和槽外観
Fig.2 External view of the new coagulation system

表 3 B 処理場における調査条件
Table3 The test condition B center

図 4 脱水性能における凝集原理の影響
Fig.4 The inﬂuence of coagulation mechanism in the dewatering performance

3 基礎試験
3.1 試験方法

表１ 脱水性能における凝集原理の影響
Table1 The inﬂuence of the coagulation mechanism on the dewatering mechanism

新凝集混和槽の原理的な優位性を検証するため、同一の汚泥、脱水機を用いて以下の3 体系の脱水性能を比較検討した。図 3に調査
フローを示す。
①新型凝集混和槽：急速撹拌部＋造粒部フロー（図中、A 線）

1）繊維状物 100Me 網上2）サイドリークを生じない運転可能薬注率

注）②急速撹拌部＋既存凝集混和槽 ：急速撹拌部＋既存凝集混和槽

1）繊維状物100Me 網上2）サイドリークを生じない運転可能薬注率のフロー（図中、B 線）
③既存凝集混和槽注）：既存凝集混和槽のみ（図中、C 線）
注）既存凝集混和槽は当社製であり、下部に汚泥と凝集剤注入口、上部にフロック排出口を有した円筒形容器に撹拌パドルを付加した構造である。

1）繊維状物 100Me 網上
2）処理量は、二重円筒加圧脱水機の性能表記に基づき、単位ろ過面積辺りの固形物処理量で表記

3.2 試験結果及び考察
図 4 及び表 1に試験結果を示す。
新型凝集混和槽は特に低薬注領域において含水率の低減効果が顕著に認められる。また、急速撹拌＋既存凝集混和槽は新型凝集混和槽同様、低薬注側から脱水可能領域となる一方、到達含水率については新型以下の性能であった。上記の結果より、新凝集混和槽の凝集原理の優位性は図 5のような機構により、既存凝集混和槽に対して高性能化が図られていると考えられる。

8 TSK 技報 2009 no.12

図 5 脱水性能における凝集原理の影響
Fig.5 The inﬂuence of the coagulation mechanism on the dewatering perfornce

図 7 A 処理場における調査結果
Fig.7 Test data of Treatment Plant-A

図 8 B 処理場における調査結果
Fig.8 Test data of Treatment Plant-B

TSK 技報 2009 no.12

9

特集 1 テーラー渦を用いた新型凝集混和槽による薬注率の低減効果について特集
5

新型凝集混和槽の導入による薬品費低減効果について2

表 4 薬品費低減効果における試算条件
Table4 The calculation condition in the eﬀect of the purchase cost of thecoagulation

高純度 PDCB 製造プロセスと溶融精製技術

表 4 及び図 9に、10,000 〜 500,000m3/日の流入規模を持つモデル
処理場において、新型凝集混和槽による薬品費低減効果の試算結果

Production process of high purity p-Dichlorobenzene with TSK’s
purification technologyを示す。薬品費の低減額は処理場規模に比例するが、脱水機一台当りの低減効果は脱水機の稼働状況に依存し、小〜中規模処理場で多く認められる8h/日、5日/ 週稼働では年間 1,200 千円に対し、大規模処理場での20h/日、7日/ 週稼働では年間 4,300 千円の低減効果と
なった。

6 まとめ

Abstract
Production capacity of polyphenylene sulfide (PPS) polymer is increasing for applications in auto-

実際の処理場で稼働する脱水機に新型凝集混和槽を導入すること

mobiles and electro devices in place of using thermosetting resins in recent years.Based on this, theで既存凝集混和槽と比較し、25 〜 30％の薬注率の低減効果が認め

demand for p-Dichlorobenzene (PDCB)is expected to increase as raw material for PPS polymer.

られた。また、この効果を薬品費に換算した場合、脱水機一台当り年間 1,200 千円（8h/日、5日/ 週稼働時）〜4,300 千円（20h/日、7日/ 週

Tsukishima Kikai Co., Ltd.(TSK) has installation records of TSK 4C (4C Counter Current Cooling稼働時）の低減に相当する。3.2（2）で紹介したB 処理場の事例ではCrystallization & Purification) system for PDCB production process based on crystallization, melting

含水率の低減による汚泥処分費の低減の可能性も示唆されたが、今and refining technologies.The 4C system obtains ultra high purity of more than 99.99% PDCB by coun-

後の技術課題として検討していきたい。新規設備はもちろんであるが、tercurrent contacting of crystals and mother liquor followed by countercurrent washing of crystals with

脱水機稼働率の高い処理場においては近年需要の高まる設備の長

迎 崇博

寿命化といった視点においても投資回収が充分可能な効果が得られる

MUKAE Takahiro
産業事業本部
プラント計画部
プロセスグループ
グループリーダーと言える。
今後は、新型凝集混和槽の長期運転の安定性及び維持管理性を評価し、凝集剤費低減による維持管理費削減に貢献していきたい。

molten pure product.
The 4C system is more economical compared with conventional distillation processes.In case of
PDCB/ODCB (o-Dichlorobenzene) separation, steam consumption of the 4C system is less than 1/30,
and quantity of cooling heat is less than 1/100 compared with conventional distillation processes.
TSK entered into a contract with Nippon Light Metal Co., Ltd.(NLM), one of the leading PDCB

参考文献
1）河合ら、
テーラ渦の撹はん･ 混合への可能性に対する可視化実験、
化学工学会関東
支部大会研究発表講演要旨集、Vol.1998, No.Muroran, Page33（1998）
2）上田ら、
テーラー渦下における難溶性物質の反応晶析、
カオス工学研究報告書 平

図 9 モデル処理場における薬品費低減効果試算
Fig.9 Eﬀect of coagulation cost reduction in model treatment plant

suppliers in Japan, for technical assistance on PDCB production technology such as operation, maintenance, and technical know-how based on their many years of experience.
Furthermore, TSK is developing a new fixed-bed catalyst to reduce the running cost, and new PPS
process of the subsequent stage with a target to build PDCB-PPS chain process.

成10 年、
Page60-64

近年自動車や電子材料の分野で、従来の熱硬化性樹脂の代替としてポリフェニレンサルファイド（PPS）の使用量が増加してきている。それに伴って、PPSの原料となるパラジクロロベンゼン（PDCB）の需要も増加するものと見込まれる。
月島機械では、PDCB プロセスにおいて晶析、溶融精製技術をベースとしたTSK

4C （4C：Counter Current

Cooling Crystallization & Puriﬁcation）
システムによる99.99％の高純度 PDCB 精製設備の納入実績がある。
TSK

4C システムは、従来の蒸留プロセスと比べより経済的である。PDCBとODCB（オルソジクロロベンゼ

ン）の分離において、TSK

4C システムは従来の蒸留プロセスと比べてスチーム消費量が約 1/30、冷却水量は約1/100となる。
月島機械は、国内の有力なPDCB サプライヤーであった日本軽金属（株）
殿と技術供与契約を締結した。長年のプ
ラントオペレーションの経験に基づいた、運転、メンテナンスに関するノウハウ、技術情報を同社より譲り受けた。
更に、経済性向上を目的とした固定床触媒の開発、後段の PPS プロセスの開発にも取り組み、PDCB-PPS の
チェーンプロセスを構築することを目指している。
キーワード：パラジクロロベンゼン（PDCB）、晶析、溶融精製、4Cシステム、塩素化反応、ポリフェニレンサルファイド（PPS）
Keyword ：P-Dichlorobenzene(PDCB), Crystallization, Melt puriﬁcation, 4C (Counter Current Cooling
Crystallization & Puriﬁcation) System, Chloridization, Polyphenylene sulﬁde (PPS)

10 TSK 技報 2009 no.12

TSK 技報 2009 no.12

11

特集 2

Production process of high purity p-Dichlorobenzene with TSK’s purification technology

高純度 PDCB製造プロセスと溶融精製技術

1 はじめにベンゼンの塩素パラ置換体であるパラジクロロベンゼン（PDCB）

が、概ねPDCBは50 〜 75%、ODCBは25 〜 50%程度、MDCBは02.2 項のビーカーテストにも用いたが、従来法の代表的な触媒の一つ

エンジニアリングプラスチック）の一つであるポリフェニレンサルファイ
ド（PPS）の原料として多く用いられるようになった。

以下にPDCB プロセスの各工程の詳細について説明する。

〜 5%程度となっている。更に塩素を反応させると、TCB（トリクロロベ

として塩化第二鉄が挙げられる。これは、助触媒として硫黄と組み合

ンゼン）、テトラクロロベンゼン等が生成する。

わせることにより、パラ選択率も75％程度が得られ、性能、経済性の両面で優れている。しかしながら、ベンゼン中に直接溶解して使用する

脱水処理したベンゼン、触媒および蒸留工程からリサイクルされる

2.2 塩素化度と反応生成物

ボディーフィードのため、ハンドリングや溶解作業が煩雑となり、更に蒸MCBを撹拌機付き反応槽に供給する。反応槽は二基直列で設置し、は、これまで防虫剤、消臭剤、合成染料などの用途に多く用いられてきた。近年はこれらの需要は横這い傾向にあるが、高機能樹脂（スーパー

3.2 各工程2.1 項で述べたとおり、ベンゼンと塩素を反応させると、製品となる
PDCB 以外のベンゼン塩素化物が生成する。そこで塩素化度（ベン3.2.1 反応工程

留工程で反応液から使用済みの触媒を分離する必要が生じる。また、塩素化度が二基トータルで2になるように塩素ガスを吹き込んでPDCB

触媒の再利用が出来ない欠点もある。

を塩素化する。反応熱はジャケット及び槽内部に設置したコイルで間接冷却にて除熱する。副生する塩酸ガスは焼却炉に送り、燃焼させてPPSはベンゼン環と硫黄原子の単純な繰り返しからなる結晶性ポリ

ゼンと反応によって消費された塩素分子のモル数の比）と反応生成

そこで、さらなる選択率の向上と、工程の簡素化、触媒再生化を目マーで、融点は約 280℃であり、耐熱性、耐薬品性、耐剛性に優れた物の関係を調べるため、ビーカースケールでバッチ操作の反応実験を指して、固定床触媒の開発（特許出願中）についても既に取り組んでい有機物を除去し、水に吸収させて塩酸として回収する。

難燃性樹脂である。これらの特徴を生かし、金属や熱硬化性樹脂の行った。ベンゼン中に塩素ガスを吹き込み、触媒は塩化第二鉄、硫黄る。詳細はまだ開発途上のため別の機会に報告するが、前述の塩化

3.2.2 蒸留工程

代替として、自動車、電気・電子部品などの分野で需要が伸びていを用いた。

第二鉄と硫黄を組み合わせた触媒に比べて、パラ選択率が数％程度

1）

る 。PPS の需要増加に伴い、原料であるPDCBも今後需要増が予想される。

実験結果を図 1に示す。横軸は塩素化度を、縦軸は各反応生成物

触媒が含まれている。反応液を蒸留で処理することにより、DCBとその向上する見込みである。

他の物質を分離する。まず、触媒分離塔で触媒をカットし、次のMCBの重量割合を表している。

月島 機 械では、PDCB プロセスにおいて得 意 技 術である晶 析、溶 融 精 製 技 術をベースとした「TSK

4C システム（4C：Counter

実験結果では、塩素化度１付近ではMCB、塩素化度 2 付近では反応液中には主として、MCB、PDCB、ODCB、MDCB、TCB 及び塔でMCBを分離し、留出するMCBは反応工程へリサイクルする。最3 プロセス概要

PDCBの重量％が最大となった。また、原料のベンゼンは塩素化度 1.5

後にTCB 塔でTCBを除去し、DCBは精製工程に送られる。

3.1 ブロックフロー、プロセスフロー

Current Cooling Crystallization & Puriﬁcation）」による99.99％の付近で完全に消費された。塩素化度が 2を超えると、TCB、テトラクロ

高純度 PDCB 精製設備の納入実績がある。

ロベンゼンが生成し、DCBの重量比は低下した。パラ選択率に関して

原料、製品、副製品の流れと基本的な設備構成を図 2に、PDCB

蒸留工程からのDCB 溶液を、晶析、溶融精製及び蒸留操作によまた、国内の有力なPDCB サプライヤーであった日本軽金属（株）

も、塩素化度２付近で最大値約 76％程度となった。これより、塩素がベ

製造プロセスの概略フローを図 3にそれぞれ示した。PDCB 以外の

りPDCBとODCBを分離（P/O 分離）、精製して回収する。PDCBの殿と2009 年 4月に技術供与契約を締結した。経済性向上の核となる

ンゼンに付加する反応は、まず MCBが生成し、逐次 DCB、TCBが生副成物については、MCBは系内にリサイクルし、ODCBは蒸留、晶析

純度は、精製塔出口では99.99%以上、ODCBはＰ/Ｏ分離塔出口で反応工程をはじめ、長年のプラントオペレーションの経験に基づいた、成することが分かった。TCBの生成を抑制するためには、塩素化度をにより分離して、副製品として回収する。その他のものは、廃棄物とし99.8％以上の実績がある。

運転、メンテナンスに関するノウハウ、技術情報を同社より譲り受け

2 程度に制御することが重要となる。

て系外へ排出する。

3.2.3 精製工程
（TSK

4C システム）た。この技術供与により、過去の実績と融合させ、経済性が高く高品
質な製品を、継続した安定操業下で製造できるPDCB プラントが設

2.3 触媒

計可能となった。また排水処理、廃液・排ガス燃焼技術を組み合わ

PDCBの塩素化反応に用いられる触媒は、基本的には、ベンゼンのせることにより、プロセス内で発生する廃棄物を処理・無害化するこ

転化率を上げるための主触媒と、DCBのパラ選択率を上げるための助触媒を組み合わせて使用する。主触媒としては鉄、アルミ、錫、アンともできる。
以上より、環境、省 エネに配慮したPDCB プロセスをワンストップ
で供給できる体制を構築した。更に、経済性向上を目的とした固定床触媒の開発、後段のPPS プロセスの開発にも取り組み、PDCB-PPSのチェーンプロセスを構築して販売展開することを目指している。
本稿では、PDCB プロセスの概要説明と、高純度化のキーとなる連
続溶融精製技術「TSK

チモンの塩化物等、助触媒としては硫黄、アンチモン等が特許、文献等で報告されている。
実験室レベルでは高選択率を得られる場合もあるが、工業的に採用可能か否かは、パイロット規模の長期間実験で触媒性能の安定性、

図 2 PDCB プロセスブロックフロー
Fig.2 Block ﬂow of PDCB production process

製品品質への悪影響の有無等を調査する必要がある。

4C システム」について紹介する。

2 PDCB 生成反応の基本2.1 塩素化反応
PDCBはベンゼン（Bz）と塩素を原料とし、触媒を添加して発熱反応で合成される。この塩素化反応を促進させるためには、反応器内で発生する反応熱を除熱する必要がある。主たる反応経路は、まず反応式１で示した通り、ベンゼンに塩素原子が１個付加したモノクロロベン
ゼン（MCB）と塩酸が生成する。次に、反応式 2で示した通り、MCBに更に塩素原子が１個付加したジクロロベンゼン（DCB）と塩酸が１分子生成する。
→

MCB＋HCl＋31 kcal/mol

反応式 1

Bz＋Cl2反応式 2MCB＋Cl2 →DCB＋HCl＋29 〜 30 kcal/mol

DCB にはオルソジクロロベンゼン（ODCB）、メタジクロロベ
ンゼン（MDCB）、PDCBの３種の異性体が存在し、各選択率（DCB
中に占める各異性体の割合）は使用する触媒によって多少変動する

12 TSK 技報 2009 no.12

図１ 塩素化度と反応生成物の関係
Fig.1 Relationship between chloridization ratio and composition of the test result

図 3 PDCB 製造プロセス フローシート
Fig.3 Process ﬂow diagram of PDCB production plant

TSK 技報 2009 no.12

13

特集 2

Production process of high purity p-Dichlorobenzene with TSK’s purification technology

高純度 PDCB製造プロセスと溶融精製技術

DCB 溶液は、操作温度の異なる二基の掻取型晶出機で、間接冷製造プロセスでは、一系列あたり二基の掻取型晶出機と精製塔で構成

却晶析にてPDCBが結晶化される。PDCBスラリーは精製塔に送られ、される。一系列での生産量は、およそ25,000T/Y 程度まで対応できる。

PDCB 結晶が溶融精製によって高純度化され、製品として抜き出される。
「TSK

4C システム」の詳細については４項で述べる。

4.1 フロー
フィード液はNo.1 掻取型晶出機に供給され一部のPDCB が結晶化

3.2.4 P/O 分離工程の晶出機で、冷却面に付着した結晶を強制的にスクレパーで掻き取っ

二成分系の混合物を例として、模式的に共晶体と固溶体の相平衡て、伝熱係数の低下を防ぐことにより、長期間安定した運転が可能とな曲線を図 7に示した。共晶体系は、一定の温度条件下では理論的にる。スクレパーは、スプリングで壁面に対して、一定の摩擦力を保つよは目的成分のみが析出する。一方、固溶体系では両方の成分が析出

うに押しつけてある。
（図 6）するため、高純度の製品を得るためには目的の結晶を取り出し、再溶

インペラー、
ドラフトチューブ、及びスクレパーは一体構造となっており、解、再結晶の操作が複数回必要となる。2）

精製工程のコールドエンド（低温側）掻取型晶出機より送られてくされる。No.1 掻取型晶出機の清澄液はNo.2 掻取型晶出機に供給さ駆動軸を中心とした同心円上に取り付けられ、一体で回転する。インるPDCB、ODCB が混合した晶析残さから、蒸留操作により高純度

れ、更に低温まで冷却されてより多くのPDCB 結晶を回収する。No.1

ペラーは、撹拌効率の良いダブルプロペラー（DP）型を採用している。

度 100％のPDCBが晶析可能となる。

PDCB/ODCB 混合溶液の晶析は、共晶体系に属し、理論的に純のODCB が精製され、副製品として抜き出される。蒸留の留出分は掻取型晶出機のスラリーは液体サイクロンで濃縮された後、精製塔にDP 型インペラーは、
ドラフトチューブ内外で逆（上下）方向に流れを生

4.3.2 洗浄効果

PDCBが濃縮され、精製工程の晶出機フィードにリサイクルされる。

送られる。No.1 掻取型晶出機から送られた結晶は、精製塔内を重力じさせるような羽根角度で取り付けてあり、低回転で大循環量を得られ

しかしながら実際の晶析操作では、結晶成長時に結晶周囲の不純沈降し、塔底部で結晶ベッドを形成する。結晶ベッドは、精製塔のメルる。DP 型インペラーにより機内の液循環を完全混合に近い状態として、物成分を含んだ母液を、結晶内部に取り込んでしまう。また、単純に固ター（ベースヒーター）で加熱され、溶融して還流液となる。塔内を沈機内の結晶に均一に過飽和を与え、粒径の揃った結晶が生産できる。

液分離操作をしただけでは、周囲に付着した母液も完全に除去するこ

ク状に固化されて製品として出荷される。固化せずに液で出荷する

降する結晶は底部から上昇してくる還流液と接触することにより洗浄さまた、機内の液循環が良好なため機内スラリー温度も均一となり、部とが出来ないため、高純度の製品を得ることが難しい。

ケースもある。

れ、より純度を高めながら底部へと沈降する。結晶ベッド溶融液の一部

分的な冷却による結晶塊の付着が起こりにくくなっている。

「TSK

は高純度の製品として抜き出される。

4.2.2 精製塔

製塔で向流洗浄、発汗現象により精製するため、上記の課題を解決し、3.2.5 フレーカー工程
精製されたPDCB 溶融液は、ドラムフレーカーにて冷却され、フレー

精製塔は、塔全高にわたるシャフトに水平スポークを取り付けた撹拌

4 TSK ４C システム詳細「TSK 4C システム」は、晶折と溶融精製を組み合わせ、固液平衡を利用して精製操作を行う。システムの概略図を図 4に示した。PDCB

4C システム」では、掻取型晶出機で晶析した結晶を、精高純度の製品を生産することが可能である。精製塔内での溶融洗浄

4.2 構成機器

機と、下部にはメルター（ベースヒーター）を装備している。撹拌機は、機構を模式的に図 4に示した。

4.2.1 掻取型晶出機

水平スポークによって結晶 ベッドをマイルドにほぐし、還流液を均一に（1）洗浄効果

掻取型晶出機の概略図を図 5に示した。ジャケット付き間接冷却型

分散させて精製効率を高く保つ。スポーク、シャフトは内部に温水を通掻取型晶出機で晶析された結晶は、精製塔内部を重力沈降し底部水できる構造としてあり、結晶の付着を低減する。下部のメルターは、で結晶ベッドを形成する。結晶ベッドは、精製塔底部に設置されたメル

キャンドル状の二重管タイプであり、温水により間接加熱して結晶 ベッターで加熱され、溶融して還流液となる。精製塔内で沈降した結晶はドを溶融させる。温水による入熱量をコントロールして、還流比を可変

底部から上昇してくる還流液と向流接触することにより、母液の置換洗出来る。メルターの根元部分はワイヤースクリーンが挿入され、溶融し浄、及び不純物の拡散効果により純度が高められる。

た液のみが通過し製品ラインへ抜き出される。

（2）発汗効果

4.3 溶融精製のメカニズム

同一の温度になる。結晶がこの融点付近で数時間保持されると、発汗4.3.1 固溶体と共晶体現象により更に精製効果が高まる。

結晶 ベッドの下部付近は、精製が進むと製品純物質の融点とほぼ晶析操作は一種の精製操作であり、複数の成分が含まれている原図 4「TSK 4C システム」概要図
Fig.4 Schematic drawing of TSK 4C SYSTEM

図 5 掻取型晶出機 概略図
Fig.5 Drawing of scrapper type crystallizer

14 TSK 技報 2009 no.12

図 6 スクレパー
Fig.6 Crystallizer scrappers

結晶が高純度の溶融液によって長時間加温される事により、内部に液から目的物を結晶化して純度を高め、他の成分と分離するものであ取り込まれた不純物は結晶純品よりも融点が低いため溶融する。溶融る。従って、目的物のみが結晶化する条件が成立するかどうかが重要

状態の不純物は、時間経過と共に結晶内を表面方向へ移動して、やとなる。一定の条件下で、目的物質のみが結晶化するものを共晶体、がて結晶表面に達して溶融（還流）液側へ拡散する。このように、結晶

複数の物質が結晶化するものを固溶体とよび、化学物質はこのどちらがあたかも汗をかいて不純物を結晶外へ放出する様を、発汗現象とかに分類される。

呼ぶ。

図 7 相平衡曲線
Fig.7 Phase equilibrium curve of simple eutectic system and solid solution system

TSK 技報 2009 no.12

15

特集 2

高純度 PDCB製造プロセスと溶融精製技術

高純度化の為には、上記（1）、（2）の効果を最大限に発揮させること

場に目を移しても、従来の日本、欧米から、アジア、特に中国へと主戦が重要である。そのためには、精製塔内で結晶 ベッドの過度な圧密を場がシフトしたことと相まって、顧客への新たなアプローチ手法が必要避け、還流液を効率よく分散させる必要がある。還流比は、物性や目となってきている。

的製品純度等により、物質毎に最適な数値を実績値やテスト結果などを参考にして決定している。

これからはPDCBの精製工程にとどまらず、当社の強みである環境

製品紹介

1
排煙脱硫プロセス

保全技術と化学プロセス技術を融合させ、環境に優しい経済的なトー
タルプロセスとして顧客に提供していきたい。

4.4 経済性の比較

Flue Gas Desulfurization process

蒸留と溶融精製の経済性を比較するためエネルギーコストに着目す
ると、蒸留操作では気液の相変化に必要な蒸発潜熱分の加熱、冷却に要する熱媒、冷媒がその大部分を占める。一方、溶融精製では、晶析操作における溶液（顕熱分）の冷却と結晶化熱の除熱、及び精製塔
での結晶ベット加熱溶融に必要な熱媒、冷媒がこれに相当する。

Abstract

一般的に、有機物においては結晶化熱（溶融熱）は蒸発潜熱の約1/3 程度となっており、顕熱も蒸発潜熱に比べてきわめて小さいため、

Tsukishima Kikai Co., Ltd. (TSK) has been engaged in treating especially toxic gases

晶析の方が経済性が高いと言える。3）that are difficult to handle with Flue Gas Desulfurization (FGD) since 1963, and has pro-PDCBについても、蒸発潜熱は約 297kJ/kg、融解熱は約 123kJ/

vided over 100 plants up to now with its technologies of Gypsum Process, MgSO4 Process,kgであり、融解熱は蒸発潜熱の約 40%程度となっている。またPDCB、Na2SO3 Recovery Process, Na2SO4 Recovery Process and other processes. This paper intro-

ODCB、MDCBの沸点はそれぞれ 173℃〜 180℃と近接しているため、duces the outline of the current FGD process of TSK.

蒸留操作によって分離精製する場合は大きな還流比が必要となり多大なエネルギーを要し、製品純度も溶融精製ほど上がらない。
一例として、「TSK

月島機械は 1963 年から排煙脱硫ビジネスに取り組み始め、石灰石膏法・水マグ法・亜硫曹回収法・

4C システム」の替わりに蒸留塔で10,000トンのPDCBを精製した場合のシミュレーションを試みた。蒸留の場合、理図 8 設備外観
Fig.8 Photo of PDCB production plant

論段数 28 段、198 段、98 段の蒸留塔を三基直列に設置し、一、二塔の還流比を150、三塔目の還流比を100としても、三塔目留出のPDCB
製品純度は98.8%程度までしか上がらない。このとき加熱に必要な蒸気量は約 304トン /h、コンデンサーの冷却負荷は約 607MJ/hとなる。
一方、「TSK ４C システム」では、精製塔の必要蒸気量が約 9トン/h、晶析槽の冷却負荷は約 6 MJ/hとなり、単純な熱量比較となるが、蒸気量で約 1/30、冷却負荷で約 1/100 以下となる。また精製塔出口
製品純度は99.99%以上が得られる。「TSK

4Ｃシステム」では低温冷媒を使うこと、及び掻取型晶出機撹拌機の動力を要することを考慮

宮前 祐治
MIYAMAE Yuji
産業事業本部
プラント計画部
環境プロセスグループ

芒硝回収法およびその他のプロセスで、100 以上のプラントを現在までに納入している。
本投稿では、月島機械が保有している排煙脱硫プロセスの概要を紹介する。
キーワード：排煙脱硫、吸収塔、高濃度 SO2 ガス、石灰石膏法、海水法
Keyword：Flue gas desulfurization, Scrubber, High concentration SO2 gas, Gypsum process, Seawater process

参考文献
1）産業総合研究所、詳細リスク評価書

р- ジクロロベンゼンNEDO 報告書版、Version 0.3.1、pp14 〜pp17（2005）
2）中丸和登、若山順司、溶融精製技術の特徴、
月島機械

百年の技術、

pp87-pp89（2005）3）神 戸 達 哉、溶 融 晶 析 精 製 装 置、産 業 機 械、No.699、Ｄｅｃ 2008、
pp19-pp21（2008）

しても、経済性、品質の面で圧倒的に優位に立つことは明らかである。

4.5 4C システム特徴のまとめ「TSK

4C システム」を採用したPDCB 製造プロセスは以下の特徴を有する。
・晶析と溶融精製の組み合わせが可能にした99.99wt%以上の製品
純度

1 はじめにに、その特長と展望について記載する。

日本では、1960 年代から有害ガス、特に亜硫酸ガスに対する処理の必要性が論じられ、規制の強化と共に官民問わず亜硫酸ガスの処

・蒸留との比較における優れた経済性

理設備を設置する事が義務付けられた。その結果、現在までに殆んど・長年のオペレーション・メンテナンスノウハウを盛り込んだ設備設計の亜硫酸ガス発生源には何らかの処理設備が設置されている。

5 おわりにいるところである。本書において排煙脱硫設備の技術紹介を行うととも

2 月島機械の排煙脱硫技術
排煙脱硫の方式は大別して乾式法、半乾式法、湿式法に分けられ

月島機械では、1960 年代から有害ガス処理に取り組み始め、製紙る。月島機械では、半乾式法の中の苛性ソーダ噴霧法、さらに湿式法会社を中心に1960 年代後半から1970 年代半ばにかけて50 件以上

では、石灰石膏法・亜硫曹法・芒硝法・水マグ法・海水法の技術をの排煙脱硫設備を納入している。また、1970 年代後半から2000 年有している。

「TSK ４C システム」のPDCB プロセスへの納入実績は比較的代前半においては、年間 1 〜 3 基の納入実績があり、さらに2005 年

また、製鉄・製錬・ガラス・製紙・化学・石油化学等の各工場に古いものであるが、日本軽金属（株）殿からの技術供与、新触媒及びからは富士化水工業株式会社殿から「海水法排煙脱硫技術」を技術納入実績を有しており、特に高温ガス、ガス量および SO2 量変動の激後段のPPS プロセスの開発など、新たな展開を始動させた。

導入し、現在に至っている。

最近は省エネルギー、低炭素社会、環境への配慮など、時代と共

現在は、世界的な環境保全志向（環境規制強化）や中東・南米等に技術に求められる要求は高度化してきている。PDCB プラントの市

での発電所建設計画の増大に伴い、排煙脱硫事業の拡大を図って

16 TSK 技報 2009 no.12

しいガス、SO2 濃度の高いガスのような一般的には扱いにくいガスに対して多くの知見を有している。

TSK 技報 2009 no.12

17

製品紹介 1

排煙脱硫プロセス

Flue Gas Desulfurization process

4 各脱硫プロセスの特長
4.1 石灰石膏法（1）吸収剤であるCaCO3 は、他のアルカリに比べて安価であり、低ラ
ンニングコストである。また、ガス量が多い場合やSO2 濃度が高い場合に有効である。
（2）吸収液中にギ酸を添加することが、他社にはない特長である。ギ（Ca
酸添加によるSO2 の吸収は主に溶解度の高いギ酸カルシウム
によって行われ、以下のメリットを享受できる。
（COOH）
2）（L/G）比が小さいため、電力費が少な① SO2 吸収に必要な液ガスくて済む。
②低 pH 領域
（4.2 〜 5.2）でも高い吸収効率の保持が可能である③溶液ベース（ギ酸カルシウム）の吸収であるため、ガス量、SO2 濃度の負荷変動に対しても安定した運転が可能である（図 4 参照）。
④低 pH 領域
（4.2 〜 5.2）での運転のため、CaCO3 の過剰率は低くなる。このため、CaCO3 の利用効率が高くなる。また、生成石
膏の純度も高くなる。
⑤低 pH 領域（4.2 〜 5.2）での運転は、亜硫酸カルシウムから石膏への酸化反応がスムーズになされるpH 領域であり、吸収塔内で容易に石膏へ酸化されるので強制的酸化槽は不要であり、強制的酸化のための硫酸を必要としない。
⑥低 pH 領域
（4.2 〜 5.2）での運転のため、スケーリングの原因である亜硫酸カルシウムが存在し難いこと、酸化が塔内で行われ、
図 2 石灰石膏法設備
Fig.2 Photo of desulfurization plant (Gypsum process)

殆んどが石膏スラリーとして存在し、石膏の種晶が塔内に多量に存在することにより、吸収塔壁面及びエリミネーターへのスケー
リングが殆どない（図 5 参照）。

図 1 各脱硫方式
Fig.1 Type of ﬂue gas desulfurization process

3 脱硫プロセスの選定基準
3.1 脱硫性能
脱硫率 80%を境に半乾式と湿式を分岐する。つまり80%以上は湿式、80%以下は半乾式となる。

で安価なアルカリ剤が入手可能な場合には、そのアルカリ剤をベースにした方式を選択する事がある。
一般的な単価は、NaOH ≫ Mg
（OH）2 ＞ CaCO3 となる。
よってNaOHを使用したプロセス（半乾式、亜硫曹、芒硝法）
は、副生品に利用価値がなければ設備化することは少ない。

日本国内・東アジア・欧米では、殆どの場合 95％以上の脱硫率が要求されるため、湿式法の採用が多くなる。

3.4 処理ガス規模
ガス量とSO2 濃度の両方が関わるため慎重に選定することになる

3.2 副生品
副生品を自家消費できるという事から、ガラス会社では芒硝法、製が、SO2 濃度としては概ね500ppmを境にして、その値より大きければ石膏法、小さければ水マグ法を選択することが多い。

紙会社では亜硫曹法が選ばれる事が多い。更に、化学会社では商品

但し、工場が内陸にあったり、海の近くにあっても閉鎖湾のようなとこを販売する目的で、亜硫曹溶液ではなく結晶として回収したケースもあろでは、排水中の塩自体は無害化されていても、大量の塩は生態系にる。また、石膏の販売先（セメントメーカー・石膏ボードメーカー）を確

影響を与える事から、水マグ法は採用されない。

保できる場合、石灰石膏法を選択する。

3.5 立地と工場インフラ
3.3 吸収剤入手性
工場内あるいは自社でアルカリ剤を生産している場合や隣接事業所

18 TSK 技報 2009 no.12

火力発電所のように海が近く、多量の海水取水をしている事業所の図 3 石灰石膏法プロセス
Fig.3. Schematic ﬂow of desulfurization process (Gypsum process)

場合は、海水法も有力な選択候補として検討される。

TSK 技報 2009 no.12

19

製品紹介 1

排煙脱硫プロセス

Flue Gas Desulfurization process

4.4 水マグ法

4.6 海水法（1）設備構成が簡単であり（吸収塔および吸収塔付帯設備のみ）、ま（1）M ORETANA（漏れ棚）と呼ばれるプレート3 〜 5 段を吸収塔内

た吸収塔の圧損が 590 Pa 以下であるため低消費電力となる。
（2）吸収塔が上下二段になっているため、SO2 の吸収効率が高く、またガス量および SO2 濃度の急激な変動にも瞬時に対応可能である。

®

®

に設置し、MORETANA 上に滞留・流下する海水とSO2 含有ガスの接触を効率的におこなうので吸収効率が高い。
®

（2）海水中に含まれる海草・貝殻等の異物をMORETANA により捕®

捉が可能である。また、MORETANA 上は海水が流動状態になっ®

4.5 半乾式法ているため、異物も流動状態となり、MORETANA の孔を閉塞さ（1）液処理設備が不要なので設備構成機器点数が少なく低設備費とせることはない。これにより充填塔式 に比べ、異物による吸収効なる。

率の低下がなく、また長期間の連続運転が可能である。

（2）断熱冷却温度よりかなり高い温度での吸収操作となり、NaOH 供
給に伴い供給される水は全て蒸発してしまうため、排水が発生しない。よって排水処理設備が不要である。

（3）
吸収剤は海水のみであり、アルカリ薬剤は不要である。このため低ランニングコストとなる。
（4）
設備構成が吸収塔・海水供給ポンプ・曝気槽のみの単純構成であるため、極めてトラブルが少なく、運転・メンテナンスが容易である。
（5）副生品の発生がなく、吸収液は曝気槽にてpH，
COD，
DO 調整

図 4 ギ酸添加による吸収効率と出口 SO2 濃度変動の変化
Fig.4 SO2 removal eﬃciency under formic acid addition

後、海に放流可能である。

図 7 海水法用吸収塔概略図
Fig.7 Schematic view of Moretana® tower for seawater ﬂue gas desulfurization process

図 5 pH 値による各イオンの存在比
Fig.5 Ratio of SO3 ion.

4.2 亜硫曹法

図 6 亜硫曹法設備
Fig.6 Photo of desulfurization plant (Sodium sulﬁte process)（3）スチームを殆んど使用しないMVR システム（Mechanical Vapor（1）製紙・パルプ工場では、副生品としての亜硫曹が自家消費可能であ

Recompression System）
を採用し、また電力消費量が最小となる（例：パルプ製造方法が SCP 法（セミケミカルパルプ法）の場合）。

る様な圧縮比を選定しているため、低ランニングコストとなる。さら（2）設備構成が簡単であり（吸収塔および吸収塔付帯設備のみ）、また吸収塔の圧損が 590 Pa 以下であるため低消費電力となる。
（3）吸収塔での適切な液 / ガス（L/G）比の選定と酸化抑制剤の使用により、不純物としての芒硝の生成を抑制し、亜硫曹の純度を高くすることが可能である。

に負荷が低い時にはインレットガイドベーンにより更に電力消費量を節約できる。
（4）結晶缶・加熱器でのスケーリングは、月島機械が保有する晶析技術から適正な運転条件を選定する事により最小にできる。
（5）母液のパージを適切におこない不純物の蓄積を防ぐことで、芒硝純度は高く保持できる。

4.3 芒硝法（回収法）（1）
ガラス工場では、副産物としての芒硝が自家消費可能である（ガラ
ス原料として再利用）
。
またガ
（2）
吸収塔が上下二段になっているため、SO2 の吸収効率が高く、ス量および SO2 濃度の急激な変動にも瞬時に対応可能である。

20 TSK 技報 2009 no.12（6）結晶缶下部の分級脚に母液を供給する事で生成結晶を分級し、比較的大きい結晶を抜き出すと共に、常に流動状態の所からスラリーを抜き出すため、閉塞等のトラブルがない。
図 8 海水法プロセス
Fig.8 Schematic ﬂow of desulfurization process (Seawater process)

TSK 技報 2009 no.12

21

製品紹介 1

排煙脱硫プロセス

製品紹介

各プロセスのコスト比較表を表 1に示す。

2

表 1 脱硫プロセスコスト比較表
Table1 Comparison of Desulfurization Proces

ベルト型濃縮機
Belt thickener

Abstract
The belt thickener is a thickening unit using polymeric coagulant for efficiently treating sludge generated at sewage treatment plants. The configuration of the belt thickener issimple featuring filtration using a filter cloth, enabling overhaul with ease, low power consumption, low amount of carbon dioxide, and low lifecycle cost.
Result of trial calculation using the belt thickener and the screw decanter is introduced.
Model cases of this belt thickener and a conventional screw decanter are compared, whichshow reductions in CO2 emission at half that of a screw decanter, and life cycle cost of the

佐藤 剛
SATO Tsuyoshi
水環境事業本部
ソリューション技術部
下水グループ

5 今後の展望用した蒸気の冷却用として多量の海水を汲み上げている。ボイラー排5.1 石灰石膏法による高濃度 SO2 脱硫プロセス

ガス量も一般工業に使用されるボイラー排ガス量に比べると非常に多高濃度のSO2（1vol% -D.B. 以上）を含有するガスの処理方法としては、旧来から硫酸法が適用されてきた。

台湾・中国・南米等で海水法脱硫プロセスの採用が増えている（日本では、石灰石膏法が殆どである）。今後も中東・インド・東南アジア・

脱硫プロセスとして製錬所・製鉄所にて採用されている。また、途上

南米等での多くの採用が考えられる。

国でのこれからの排ガス規制（SOx・NOx・ダイオキシン等）
強化を考
セスの一つとして考えられていくと思われる。

6 まとめ

ベルト型濃縮機は、下水処理場で発生する汚泥を対象に高分子凝集剤を使用し、樹脂 ベルトでろ過をおこなうシンプルな構造の濃縮機で、低動力・省エネルギー化、CO2 排出量削減、ライフサイクルコ
スト低減を達成した機器である。従来の機械濃縮機である遠心濃縮機とのモデルケースの比較において、キーワード：下水汚泥、濃縮、ベルト型濃縮機、ライフサイクルコスト、省エネルギー
Keyword：Sewage sludge, Thickening, Belt thickener, Lifecycle cost, Energy saving

で処理すると莫大なコストがかかることになる。これらの理由より、中東・

しかし、硫酸生産量のだぶつき等から、ここ数年、他の方式でのガス

belt thickener and result of comparative study of belt thickener and screw decanter.

ライフサイクルコストを1/4に、CO2 排出量を半分に減少させる試算結果を紹介する。

、これを市販のアルカリ吸収剤
く（100 万 Nm3/h 〜 300 万 Nm3/h）

処理プロセスが検討されてきた。その中で、石灰石膏法も高濃度 SO2

えると、高濃度 SO2 脱硫プロセスは今後も排ガス処理の重要なプロ

技術士（上下水道部門）

belt thickener at a quarter that of a screw decanter. This report describes the overview of the

1 はじめに下水道施設において、近年、低コスト、省エネルギーかつシンプル
な汚泥濃縮機として注目されているベルト型濃縮機を紹介する。

月島機械の高濃度 SO2 脱硫プロセスは、通常の石灰石膏法プロセ

月島機械の排煙脱硫技術は、あらゆる業種・ガス条件に合わせて最スと基本的に変わりはない。しかし、吸収効率最大化のためにL/G（液

適なプロセスを選定できるだけのアプリケーションと知見を有しており、ベルト型濃縮機は、下水処理の過程で発生する汚泥の濃縮に用い/ ガス比）およびギ酸添加量の最適化をおこない、またシミュレーション

今後の業界動向に連動した排煙脱硫技術への取り組みが可能である。

られる機械である。図 1の下水処理フローに示す通り、微生物を主体

によるガス流れの均一化を図っている。またガス中 SO2 濃度が高いこと

その中でも特に、1vol%を越える高濃度 SO2 ガス処理が必要な場合、とした濃縮の難しい余剰汚泥の処理に主に適用される。従来の汚泥によるスケーリング傾向の増大に対応するため、吸収塔インターナル

また海外の発電所用排煙脱硫設備として真水を多量に使用できない

濃縮方式は、重力濃縮が一般に用いられてきたが、有機分の割合が形状、スプレー配置、およびギ酸添加量の最適化をおこなっている。

場合への対応を注力的に取り組んでいる。

増加するなど汚泥性状に変化がみられるようになり、分離濃縮（初沈汚

5.2 海水法プロセス

たプロセスのブラッシュアップを図り、脱硫性能・副生品品質・イニシャ

従来、機械濃縮法の主流は遠心濃縮機であったが、地球温暖化防ルコスト・ランニングコスト等の満足度を更に上げるように継続したプ止対策や公共事業費の削減を背景に、消費電力やコスト面について

ロセス検討を実施していく所存である。

改善を求める自治体の声が多い。特に省エネルギー化、CO2 排出量

また、保有アプリケーションについては、過去の知見・経験を踏まえ途上国における電力事情は、先進国のそれと比べるとまだまだ電力が足りない状況にある。よって、現在も、発電所建設は増加の一途である。また、発電燃料としては、石炭・重油・ガス等があるが、燃料費の安さからか質の悪い（S 分の多い）石炭・重油の使用が多く検討されている。発電所の立地としては、海岸付近が多く、発電タービンに使

22 TSK 技報 2009 no.12

泥は重力濃縮、余剰汚泥は機械濃縮）が採用されるようになった。

の削減、ライフサイクルコスト（LCC）の低減が求められている。
本稿では、ベルト型濃縮機の特長について概説すると共に、ベルト型濃縮機と遠心濃縮機のLCC 比較、CO2 排出量の比較を記す。

図 1 下水処理場フローシート
Fig.1 Flow sheet of sewage treatment plant

TSK 技報 2009 no.12

23

製品紹介 2ベルト型濃縮機

Belt thickener

2 設備フロー・概要

c；汚泥と薬品の混合液を凝集混和槽で適正な凝集フロックに形成し、濃度 4%以上、分離液 SS 回収率 95%以上としている。濃縮機本体

汚泥は濃縮が進行すると、ベルト上に濃縮汚泥層が形成され水がは、凝集フロック形成用凝集混和槽、ベルト洗浄に用いる洗浄水ポン

抜けにくくなるため、濃縮の進行に時間を要する。濃縮を効率良く行う

d；ベルト上で、凝集汚泥中の遊離水と分離され、汚泥を濃縮する。

プ等の補機をユニット化している。⑲ベルトは⑨ドライブロール、⑬ア

ため、濃縮促進装置として⑧シケインが設けられている
（図 6）
。⑧シケ

を以下に補足する。

e；分離液
（遊離水）
は、場内排水管へ排水する。

ライニングロール、⑮テンションロールの3 本のロールと、④ガイドロー

インをベルトと接触するように配置し、ベルト上の濃縮汚泥をすき返し

a；給泥ポンプで、汚泥を凝集混和槽へ供給する。（汚泥濃度は余剰

f ；ユーティリティとして、蛇行修正用の圧縮空気、ベルト洗浄用の処

ラーで保持され、走行している。そのベルト上に凝集フロックを投入すて、ベルト表面を更新することで濃縮を促進させる。このシケインは複ベルト型濃縮機へ供給する。

ベルト型濃縮設備のフローシートを図 2に示すと共に、図中のa 〜 f

汚泥の場合、0.6%前後）
b；薬品溶解タンクで高分子凝集剤を0.2％に溶解し、その溶解液を薬品ポンプで汚泥配管中に注入する。

理水を使用する。

ることでベルト上に濃縮汚泥が残り、清澄な分離液はベルトを通過し数列千鳥状に配置し、効果的に濃縮できるよう調整を行う。⑦プレスス

ベルト型濃縮機の外観写真を図 3に、構造図を図 4に示す。このて本体下部より排出される（図 5）。ベルト上の濃縮汚泥は⑩スクレー

トリップは汚泥を滞留させ遊離水の分離を促し、さらに濃縮を促進する

パーにて掻き取られ、排出される。ベルトは⑪⑫ベルト洗浄管で洗浄さ機構である。

濃縮機の標準性能は、高分子凝集剤添加率 0.3%程度、濃縮汚泥

れた後、再び流入シュートに向かう。アライニングロールを有するのは40m3/h 以上の機種のみで、小型機はベルト端部をガイドで保持し、ベルトの蛇行を防止する。

3 特長
ベルト型濃縮機は以下の特長を有している。
・汚泥処理の効率化
重力濃縮から機械濃縮に変更することで、濃縮汚泥濃度が上昇する。消化槽を有する場合、高濃度消化の採用により消化槽の運用を効率化することができ、バイオガス（メタンガス）
利用の促進につながる。
消化設備を有しない場合でも、汚泥の高濃度化で脱水汚泥水分の低減、脱水機運転時間の削減、脱水汚泥量の減少等が期待でき、運用コスト、処分費の削減が期待できる。また、難濃縮汚泥でも安定した濃縮性能を発揮できるので、濃縮設備からの返流水質が改善され循
環汚泥量が減少し、水処理への負荷が適正化される。
・シンプルな構造、低動力（省エネルギー）

図 3 外観写真（40m3/h）Fig.3 Photo of belt thickener (40 m3/h)

図 2 ベルト型濃縮設備フローシート
Fig.2 Flow sheet of belt thickener

軽量な樹脂ベルトをドライブロールで3 〜 20m/minで回転させるだけのシンプルな構造のため、低動力である。そのため濃縮に必要な動力はわずかで、CO2 排出量の削減に寄与する。
濃縮原理及び機械の構造が単純であるため、複雑な運転調整は不要である。調整因子としては、①薬品注入率、② ベルトスピード、③
図 5 分離液排出状況写真
Fig.5 Photo of ﬁltrate water discharge

凝集混和槽撹拌機回転数、④シケイン、プレスストリップ調整、の 4点である。
・豊富なラインナップ
ベルト型濃縮機は、10m3/hから150m3/hまでラインナップしており、処理場の規模に合わせて、適切なサイズの濃縮機が選択可能である。
・補修が容易軽量な樹脂 ベルトを使用しているため、定期的なベルト交換作業は
3 時間程度で可能である。軸受の交換等オーバーホールにおいても、1〜 2日の整備時間で対応可能なため、遠心濃縮機のように必ずしも予備機を設ける必要はない。
・汚泥特性や運用特性にあった樹脂ベルトの選定
ベルト型濃縮機で使用する樹脂ベルトは種類
（織り方、
線径、
材質等）
が豊富で、汚泥性状に合わせて最適なベルトを選択することができる。

図 6 シケイン写真
Fig.6 Photo of chicanes
図 4 ベルト型濃縮機本体断面
Fig.4 Cross-sectional diagram of belt thickener

24 TSK 技報 2009 no.12

4 遠心濃縮機との比較
一般的な機械濃縮機として普及している遠心濃縮機と、LCC、CO2

TSK 技報 2009 no.12

25

製品紹介 2ベルト型濃縮機

表 1 機械濃縮設備比較条件
Table1 Conditions of Comparing Screw Decanter and Belt Thickener

表 2 機械濃縮機比較結果
Table2 Result of Comparison between Screw Decanter and Belt Thickener

製品紹介

3

®

膜による分画・精製プロセス DF システム
Membrane purification and fractionation by “DF SystemTM”

Abstract
排出量の比較を行った。比較の条件を表 1に示す。一般的な余剰汚“DF SystemTM” is a membrane process newly developed by Tsukishima Kankyo Engineering Ltd.

泥の機械濃縮機として、40m /h 機×2 台を対象とした。ベルト型濃縮“DF SystemTM” combines the applications of diafiltration, permeation control, and/or countercurrent

機は前述のとおり現地整備を短時間で実施することが可能なため、予

multistage technology for membrane purification or fractionation of chemical and bio-products.

3

備機なしの2 台とし、遠心濃縮機は工場持ち帰り整備の時間を考慮しTransmittance of dimer-trimer-tetramer in a mixed solution of a certain type of oligomer obtainedて予備機 1 台を含む3 台として比較検討をおこなった。

from testing of AFC-30 nanofiltration tubular membranes by the authors is plotted on the graph,

遠心濃縮機は無薬注で濃縮可能だが、薬品を使用するベルト型濃describing the relationship between transmittance of these matters. The relationship of the same type

縮機の方は、SS 回収率を95％と高く設定できる。濃縮汚泥濃度はい

can be applied effectively by DF SystemTM.

ずれも4%である。

立石 泰弘

An example of reducing dimer and trimer from above-mentioned oligomer mixture of dimer, trimer

TATEISHI Yasuhiro

4.1 ライフサイクルコスト（LCC）

月島環境エンジニアリング株式会社
プロポーザル本部
開発研究部

各濃縮設備一式の減価償却費、ランニングコストの合計である、

and tetramer, etc. is introduced, as well as an example of multi-stage countercurrent technology using
one membrane unit for fractionation between trimer and pentamer from a different type of oligomer

LCCを算出した。その結果を表 2、および図 7に示す。遠心濃縮設備

mixture is introduced. For these examples, the tubular membranes and B1 membrane module, manu-

を100%とした場合、ベルト型濃縮設備は25%となった。遠心濃縮機

factured by ITT PCI Membranes Ltd., are applied and they are introduced.

は機器購入のイニシャルコスト、および定期的な工場持ち帰り整備費がかかるため、減価償却費、ランニングコスト共に高くなる。ベルト型

化学・バイオ生産物の膜精製をダイアフィルトレーション法、透過率の制御、多段向流法を組み合わせて実施する月
島環境エンジニアリング（株）のＤＦシステム®を紹介する。

濃縮機は薬品代を必要とするが、整備費や電力費は安価であり、LCC

著者らのナノフィルトレーション膜ＡＦＣ３０による実験から得た、ある種のオリゴマー混合水溶液中での二量体、三量で比較するとそのメリットが明確になる。

4.2 CO2 排出量体、四量体の透過率について図示し、それらの物質の透過率間の関係について述べた。同種の関係は DFシステム® で
図 7 ライフサイクルコスト比較
Fig.7 Comparison of life cycle cost

有効に利用する。
上述の二量体、三量体、四量体などのオリゴマー混合物から、二量体、三量体を低減した例と、別種のオリゴマー混

各濃縮設備が使用する電力量より、CO2 排出量を算出した。その結合物からの三量体、五量体間の分画を膜装置１機でおこなう多段段向流法の例を示した。また上記の分離で使用した果を表 2、および図 8に示す。ベルト型濃縮機の使用電力量は遠心

ITT PCI Membranes Ltd.の管状膜および B1モジュールについて述べた。

濃縮機の50%の試算結果となり、CO2 排出量も50%に半減した。

5

キーワード：膜、ナノフィルトレーション、分離、精製、分画、ダイアフィルトレーション
Keyword：Membrane, Nanoﬁltration, Separation, Puriﬁcation, Fractionation, Diaﬁltration

納入実績

1 はじめにベルト型濃縮機は平成 19 年度より20m3/h 機から60m3/h 機まで、
8 処理場 13 台を受注・納入している。その多くは余剰汚泥を対象としいる。

ベルト型濃縮機は、地球温暖化防止のためのCO2 削減やLCC 低
図 8 CO2 排出量の比較
Fig.8 Comparison of CO2 discharge quantity.

2.1 ダイアフィルトレーションにおける着目物質濃度の変化®

ている。化学反応で得た水溶性高分子などの狭い分子量領域を境に

DF システム は、膜分離によるダイアフィルトレーションを基本としした分画や精製が、生産物の機能性発現や安全性確保の観点からている。ダイアフィルトレーションは、膜精製方法の形態のひとつで、重視されつつある。本稿では月島環境エンジニアリング
（株）
が手がけ

溶液やスラリーの対象液に洗浄液を添加し、並行してそれらの混合物

®

おわりに

減に有効な機械である。今後は、納入機の運転状況やお客様からいた®

化学やバイオプロセス生産物を、膜分離により精製する要求が高まっているが、消化洗浄汚泥や混合汚泥（集約処理等）向けにも納入して

6

2 ダイアフィルトレーションとDF システムている、DF システム を用いた膜分離の一端を紹介するとともに、そこからの透過液の取り出しをおこない残液（非透過液）を残す精製手法でで採用しているITT PCI Membranes Ltd.（PCI 社）の膜や膜モジューある。
（図 1ダイアフィルトレーション装置の概念図を参照されたい。）

ルを紹介する。

バッチ操作によるダイアフィルトレーション実行過程での着目物質濃だいた要望事項（使い勝手や構造等）を反映し、より高性能で維持管度の変化は、処理中に液量や透過率が変わらないと仮定すると、以理性に優れた機械へと改良を重ねていきたい。

下の関係式で表現できる。

26 TSK 技報 2009 no.12

TSK 技報 2009 no.12

27

製品紹介 3®

膜による分画・精製プロセス DF システム

Ci / Ci0 ＝−exp（ki×P/V）（1）

Membrane purification and fractionation by “DF SystemTM”

kGi ＝CpGi / CbGi（−）：物質 Giの透過率（−）＜装置の概要＞（g/kg 溶液）Ci : 残液中の着目物質 iの濃度（g/kg）
CpGi : 透過液の着目物質の1 物質濃度

この分離において用いた装置の基本は図 1と同様である。 分離目的

（g/kg 溶液）
Ci0 : 開始液中の着目物質ｉの濃度（g/kg）、
CbGi : モジュールへの供給液の同物質濃度にあわせた透過率維持のために、精製段階に応じた運転条件制御と（−）
ki : 着目物質ｉの透過率

ここでGiは、G2：二量体、G3：三量体、G4：四量体である。

精製進行管理を行い、高度な精製を実現した。

P : ダイアフィルトレーション開始後の抜き出した透過液量（kg）
V : 処理対象液量（kg）

図 2に示した各プロットのデータの運転条件は同一ではなく、濃度、圧力などが異なっており、取得時期も異なっているが、着目する物質の透過率間には、明確な関連があり、分離目的に合わせた透過率のここで用いている透過率について、ナノフィルトレーション膜やＵＦ膜に（=1−Cp Gi / Cb Gi）
を
よる着目物質の分離性能は、見かけの阻止率 Rapp
用いることが多いが、ここでは透過液中着目物質濃度 Cpi の供給液同物質濃度 Cbiに対する比である透過率 ki を用いた。

で表せることを示している。

ダイアフィルトレーションでは、複数の着目物質の透過しやすさの違い、すなわち透過率の違いを分離に利用する。たとえば菌体と塩の水

別の水溶性高分子混合物の水溶液を、高分子側と低分子側に分離する、ダイアフィルトレーションと多段向流法をあわせて使用する例

注 1）
透過率は供給液と透過液の水分を除いた濃縮サンプルに加えた内部標準物質に対するガスク
ロ分析での面積比から求めている。
注 2）
図 2で示した破線は、それらのデータを基に想定した以下の式から計算したプロットである。
1 / k Gi ＝1＋J×（1/ BGi）
J : フラックス（kg/m2/ 時）、BGi : 試算用に想定した係数を示す。
＜分離対象物＞
分離対象物質は三量体、四量体、五量体を含む水溶性高分子水溶液で、残液への五量体以上の確保と三量体以下の低減、透過液へ®

2.4 DF システム による膜精製（例 1）
ダイアフィルトレーションを用いて類似の透過性をもつ物質を分離する
場合、着目物質の純度、収率の向上などの多くの課題があり、適用す

2.2 膜分離での透過しやすさ®

2.5 DF システム による膜精製（例 2）

維持管理に利用できる。

式（1）は、着目物質ｉの処理前後の濃度の比 Ci / Ci0 が、透過液量の処理液量に対する比 P/Vに対して、透過率 kiを用いて、指数関係

表 1 高圧力用 B1モジュールと平行流用 A19モジュール
Table1 High Pressure B1 Module and Parallel Flow A19 Moduleの三量体以下の回収と五量体の低減を行った。（分子量 200 程度での分画）
離膜表面機能を維持する管状膜と、PO 膜、ナノフィルトレーション膜、＜分離装置＞®

る膜の選定、運転条件の選択、運転管理方法の確立それらの最適化

月島環境エンジニアリング 時間差的多段向流を用いたDFシステムなどのハードルを越える必要がある。以下はそれら結果の例である。

＜適用分離膜＞＜分離対象物＞

PCI 社製

AFC30

UF 膜全般をカバーする多種多様な管状膜と管状膜モジュールにある。
表１にPCI 社の高圧用 B1モジュールとPVdF 膜用 A19モジュー

AFC80

ルの管 状 膜モジュールを示した。PCI 社の高 圧 用 B1モジュール
は、RO 膜、ナノフィルトレーション膜、UF 膜に広く用いることができ、溶液のスラリーでは、対象のスラリー中の菌体は透過せずに、溶液と種々の分子量の水溶性高分子の混合水溶液について、三量体以下＜運転条件＞

同じ塩濃度の透過液が透過するフィルターを使うと、水を加えて順次透の低減と四量体以上の残液への確保を意図した分離を行った。分子

運転圧力45bar 以下、運転温度 55℃以下、運転時の水溶性高分子

63bar,80℃に耐える管状膜用モジュールで、1モジュール内に18 本

過液を取り出すことで対象のスラリー中の塩濃度がさげた菌体スラリー

量 200 以下の不純物除去が課題である。

濃度 25wt%程度のステンレス製鞘管を用い、管状膜を直列 1 流路とするシングルフローができる。着目物質間の透過性が類似の場合に、透過率の差を利用＜分離装置＞＜分離結果＞

を含めて3 種類のフローパターンのB1モジュールがある。この他、分

月島環境エンジニアリング DF システム

三量体含有量を約 1/10に低減した五量体を中心とする残液と、五量

画分子量 2 万、10 万、20 万のPVdF 膜用で、最高仕様圧力7bar、＜適応する分離膜の選択＞

体含有量を約 1/10に低減した三量体を中心とする透過液をそれぞれ

19 本の管状膜を一束にまとめた形態のA19モジュール、37 本の管状

着目物質の透過率、膜表面の洗浄性の良さ、安定運転可能な操作得た。
（乾燥体の含有量に基く）

膜を1 束にまとめたA37モジュールなどがある。

して、着目物質を精製したい。

2.3 透過率の変化の例
透過率は、着目物質の種類、共存物質、さらに膜の状態や経緯な®

圧力や運転温度などから、PCI 社製

どの複雑な影響を受ける。そこで膜分離において着目物質の透過性を＜運転条件＞

分離にあわせて維持・調整することを著者らは重視した。

AFC30を選択した。

®

＜DF システム 多段向流の概要＞
図 3に、用いた装置の概念図を示す。この精製装置には、AFC30と運転圧力45bar 以下、運転温度 55℃以下、水溶性高分子の運転濃AFC80の2 種類のナノフィルトレーション膜を搭載した膜装置が 1 基

図 2に、PCI 社管状ナノフィルトレーション膜 AFC30を用いて、ある水

度 25wt%程度あり、この一基の膜装置を用いて多段向流操作を実現する。 分離対

溶性オリゴマーの水溶液混合物で得られた二量体、三量体、四量体の＜分離結果＞

象液の供給に対応するサイクルを繰り返し、そのサイクルの各段で得透過率を三量体の透過率を横軸としてプロットした例を示す。各プロット

水分を除いた残液中の、着目物質の含有率の開始時の含有率に対た透過液を次サイクル前段の洗浄液として使用する時間差的多段向の操作条件は異なるが、三量体の透過性と二量体や四量体の透過性

する残存比（開始時は1.0）について、対処理開始時液量 6.3 倍の透流プロセスを用いる。

の関係、各物質相互の透過性の関係が図 2に現れている。注 1）注 2）

月島環境エンジニアリングはITT PCI Membranes Ltd 製品を日本で販売している。

4 おわり
これまで分子量が近い水溶性物質同士の分離は、充填剤への親和性の違いを利用したクロマトグラフ分離があり、分離対象物質の気化を用いる分離の例がある。一方ナノフィルトレーション膜等の分離膜の過液を得たところで、着目した各物質で、二量体残存比 0.0となり、透過性の違いを利用した分離は、特別な薬剤を使わずに分離すること、三量体は0.26まで削減できた。

液相で行う省エネルギー型の分離あること、液相にかけた圧力を推進力にすることなどの特徴がある。今回紹介した月島環境エンジニアリン®

グで開発したDF システム は、物質同士の透過性の違いのに利用し、分離プロセスでの簡潔な多段向流プロセス化や分離対象物質の透過性の制御を用いて、汎用な溶離液など特別な薬剤を用いない省エネ
ルギータイプの分離プロセスを実現した。
®

DF システム と管状ナノフィルトレーション膜を用いて、分子量が近図 3 多段向流型 DF システム装置概念図
Fig.3 Plant concept of countercurrent type DF system

接している水溶性物質同士の効率的な分離を実現することが出きた。
月島環境エンジニアリングは、すでに水溶性高分子水溶液の膜分離
商用機の稼動に成功しており、今後分離対象を広げる予定である。

3 ITT PCI Membranes Ltdの管状膜
ITT PCI Membranes Ltd.は、米国 ITT Industryの水処理部門に
図 1 ダイアフィルトレーションの装置概要
Fig.1 Plant concept diaﬁltration

28 TSK 技報 2009 no.12

図 2 成分間の透過率関係列
Fig.2 Typical relation between transmittance of substances

属する。その技術の大きな特徴は強いクロスフローを確保することで分

参考文献
特開2008-229559 、特許3694871

TSK 技報 2009 no.12

29

製品紹介

医薬品に要求される再現性の高い徐放性についても非常に高い精度で制御することが可能である。

4

本稿で紹介する「小径粒子製造技術」は、振動ノズルからの振動

小径粒子／マイクロカプセル製造技術の紹介
Microsphere and Microcapsule Production Technology

本装置、ならびに本装置にて製造される粒子は、主に下記のようなSince the handling of many functional fine-grained materials in its pure form has many problems,

特性を有する。

monodisperse –microparticlulation and microencapsulation are used to have better properties in the prod-

・50 〜 6,000μmの粒子が任意に製造可能

uct. With the patented BRACE-Processes it is possible to encapsulate a very wide range of materials in

・高い真球度、高い単分散性（dmax/dmin = 1.01 〜 1.1）

monodisperse Microspheres or Microcapsules in a diameter range of 50-6000 μm with a very narrow size

・微粉が発生しない、粒子の摩耗性がないことによるダストフリーな

distribution. The Microsphere Units from BRACE can be customer tailored to the materials and all neces-

ISHII Kiwamu

高い技術である。

2 技術概要Abstract

石井 究

滴下方式によりあらゆる原料から単分散性の高い真球粒子を製造する
ことができる、現在要求される微粒子の製造技術に見合った独自性の作業環境

sary specifications as FDA, GMP/GLP, EX, CIP, and WIP etc. The throughput of the BRACE Microsphere

・流動性の高い粒子、多孔性粒子、比表面積の大きい粒子、柔Units ranges between 10 ml/h (small laboratory scale) up to over 10,000 l/h (production scale) while the

軟性のある粒子、硬度の高い粒子など種々の特性を有する機能

production cost are very low, especially if compared directly to competitive processes as spray-drying or性粒子が製造可能

図 3 滴下造粒 ブロックフロー
Fig.3 Block ﬂow diagram of drip casting system

・薬効成分や微生物、酵素などを内包した粒子（カプセル）が製造

fluidized bed coating.

可能

産業事業本部
産業プラント計画部

機能性微粒子をそのままの形状で取り扱うにあたっては数多くの問題が伴うため、その製品特性をよりよく発現させるた・多成分を内包した被覆 / 非被覆触媒（マトリクス触媒）が製造可能

媒、フィルターメディアとして用いられる。また、耐摩耗性のある効率的め、単分散微粒子化やマイクロカプセル化がしばしば用いられる。本稿で紹介する BRACEプロセスによれば、あらゆ

な粉砕メディアとしては、アルミナやジルコニア、ハフニアなどの焼結る物質に対して 50 〜 6,000μmの範囲で非常に単分散な微粒子やマイクロカプ セ ルを製造することが可能である。

体粒子が用いられる。

BRACE 社製・小径粒子製造装置は適用物質に応じた構成が可能であり、FDA 、GMP/GLP 、耐圧防爆、CIP 、WIPな

一方、無機物質、有機物質、合金や樹脂などの溶融液から製造さどへの対応も可能である。生産量としてはラボスケールの 10ml/hから商業規模の 10,000l/hまで対応可能であり、噴れる粒子は、投薬剤、配分制御、コンパウンド、着色剤、耐光性材

霧造粒や流動層コーティングなどと比較した場合、製造コストを大幅に低減することができる。

料などとして用いられている。

キーワード：小径粒子、マイクロカプセル、マイクロカプセル化、医薬品、食品、触媒、粉砕メディア、生体組織封入、徐放性制御、化粧品、
農薬、単分散、ポリスチレン、アルギン酸、寒天、ゼラチン、コンビナトリアル合成（組合せ合成）、触媒担体、ボーンセメント
Keyword：Microspheres, Microcapsules, Microencapsulation, Pharmaceuticals, Food, Catalysts, Grinding Balls, Cell
Encapsulation, Controlled Release, Cosmetics, Agricultural, Monodisperse, Polystyrene, Alginate, Agar-Agar, Gelatine,
Combinatorial Synthesis, Catalyst Carriers, Bone Cement

マイクロカプセル製造の適用事例としては、例えば活性物質が含浸
あるいは包含された被覆 / 非被覆粒子は種々の医薬品や化粧品に用いられており、溶解性薬品を内包した微粒子は農業や食品、医薬品、化粧品などに用いられている。

BRANDAU Thorsten

懸濁物から微粒子を製造した事例としては、生物工学分野においてBRACE Gmblt
President

酵素や微生物を粒子中に内包させた事例がある。

1 はじめに本装置を設計・製造するにあたっては、ユーザーの要求に基づき種々
図 2 振動滴下の様子
Fig.2 Droplets from nozzles/multi-nozzle plate

流動性のある粉体や粒体は各種工業プロセスにおいて幅広く用いられている。

の構成にて設計可能である。 装置の材質もその使用条件（腐食性、高温仕様、コンタミ防止など）により、ステンレス鋼やガラス、樹脂、石英、
グラファイトなど種々の材料を選定可能である。

目的成分の液は振動ノズルに供給され、そこで均質な液滴として滴また、CIP、WIP ※ 1）などのオプション仕様、FDA ※ 2）、GMP/GLP ※ 3）、を多く含む場合は、凝集やブリッジの要因となり、効率的な製品製造

下される（図 2 参照）。滴下された液は自己の表面張力により球形を形

耐圧防爆仕様などへの対応も可能であり、医薬品や食品、化学品やの妨げになる。また、異形粒子は損耗しやすいため製品歩留まりも低成し、気中もしくは液中において冷却・乾燥・反応などの方法により核燃料などの製造基準に準拠可能である。装置のサイズは時間数グラ

短時間で固化される。供給される液に特に制約はなく、供給液と固化

ムのラボスケールユニッ
トから時間 10トンの商業スケールまでデザイン可工程、次工程の処理などの適切な組合せにより、融液、溶液、エマ能であり、生産量や装置価格は粒子径や固化方法などにより決定され

しかしながら、例えばその粉粒体の粒度分布が広く、異形粒子など下しがちである。 特に医薬品分野においては、その計量精度や成分
含有量、薬効発現に高い再現性が要求されるが、粒度分布や粒子形状にバラツキがある場合は所定の成形・計量精度が得られなかった

スプレー造粒Spraying

液中分散造粒Dispersion in Liquid

滴下造粒Drip Casting

図 1 スプレードライ、液中分散、滴下造粒 比較写真
Fig.1 Comparison of spray-drying, dispersion in liquid, and drip casting

り、効果発現の再現性を満たすことができない場合がある。

ルション、ゾル、懸濁液などからもあらゆる種類の真球粒子を得ることる。製造コストなどの面でもスプレードライヤーや流動層造粒機等と比較ができる（図 3 参照）。

しても高い優位性を有している技術である。

粉粒体を扱う限り、凝集や不均質配合、原料歩留まりの悪さや成しかしながら、そのハンドリングする粒体が小径で真球度が高く、単例えば高機能セラミックスの製造工程である熱間等方圧プレスに使形効率の悪さなどの諸問題はつきものであるが、現在の高機能材料

分散性の高いものであれば、これらの問題のほとんどを回避することが用される金属酸化物（Al2O3、ZrO2、HfO2、TiO2、CeO4、SiO2、その分野における粉粒体特性や原料歩留まり、プロセス効率などに対するできる。また、こうした粒径が均一な真球粒子は流動性が高く、摩擦他合金酸化物）粒子の製造にも本装置が用いられており、煆焼（かしょ厳しい要求水準は、非常に高度化された工業生産プロセスをもってしによる損耗がないため、作業環境においてダストが発生することもないう）工程の条件を適切に設定することで、微粒子の細孔や表面積を厳ても充足することが難しくなってきている。

（図 1 参照）。さらには、電子材料に要求される厳しい計量精度や、密に調整することができる。これらの粒子は優れた触媒担体や均質触30 TSK 技報 2009 no.12
no.11※ 1 定置洗浄 / 清掃：Clean-in-Place/Wash-in-Place※ 2 Food and Drug Administration of the United States Department of Health andHuman Service：全米食品医薬品局、FDA 認証製品は一応の安全性・製品適格性が認められたことを意味する。
※ 3 Good Manufacturing Practice / Good Laboratory Practice：製造設備および試験所における医薬品及び医薬部外品の製造管理及び品質管理の基準。

TSK 技報 2009 no.11
no.12

31

製品紹介 4

小径粒子／マイクロカプセル製造装置の紹介

Microsphere and Microcapsule Production Technology

3 装置・プロセスの概要

こと、②粘度が 10,000mPa・s 以下であること、③エマルションや懸あるが、200mPa・s 程度のものでも適用可能である。原料の特性に濁液の場合は分散安定性が良いこと、④固形分を含む液を供給するとよっては10,000mPa・s 程度のものでも適用可能ではあるが、製造

3.1 小径粒子製造装置の概要

きは固形分の粒径がノズル径の1/4 以下であることなどである。固化

可能粒径と粘度には大きな相関があり、基本的に物質の粘度が高くなした粒子の形状を維持するためには形成された液滴の表面固化速度

れば製造される粒子径は大きくなる。

以下に本技術による小径粒子製造装置の概要を示す（図 4 参照）。

が速い物質であることが好ましい。
これまでに製造実績のある物質はここには記載しきれないが、以下に代表的な物質名を挙げる。
アルギン酸、ゼラチン、寒天、硫酸セルロース、脂肪酸類、熱可

溶融プロセスにおける操作温度は主に物質の性状によって決定される。本装置においては1,450℃という高い溶融温度において高純度シ
リコンの造粒を行う装置を納入した実績がある。

液体封入カプセル
Microcapsule cell withsolution as core

スラリー封入カプセル
Microcapsule cell withsuspension as core

3.2.3ゾル - ゲルプロセス

塑性樹脂、金属酸化物（Si-、Al-、Ti-、Zr-、Hf-、Ce-、In-、Y-、その他

溶液中の金属イオンが難溶解性の酸化物を形成する金属種である

合金酸化物）、各種ゾル、ポリエチレンイミン、ポリエーテルサルフォン、場合、この金属酸化物はアルカリ添加による中和処理により溶液から

PEG、PVA、PMA、PMMA、ポリアミド、ポリスチレン etc.

析出させることができる。この析出反応においては金属酸化物の前駆3.2 本装置を用いた微粒子製造プロセスが増加し流動性を失うため、このプロセスはゾルからゲルを形成する「ゾ

マトリックス粒子
Microsphere with matrix
encapsulated activeagent

図 5 カプセルの種類
Fig.5 Schematic drawing of microcapsules

体として金属水酸化物が形成される。 反応と同時にこの溶液の粘度
本装置は一旦液状にしたのち、何らかの方法で再度固化できる物
質であればほとんどの物質に適用できる。

ル - ゲルプロセス」と呼ばれる。
ゾル - ゲルプロセスは、石油化学触媒用のアルミナ形成など、高純原料を液状にしたのち固体粒子を得る方法としては、例えば適切な度の金属酸化物粒子を製造するときなどは特に有効なプロセスである。

溶媒に溶解させる、あるいは固形分を分散媒に分散させ、熱的あるいまた、粒子形成のためのバインダーを必要としないため、高い比表面は化学的方法により固化させる方法（バインダープロセス）、原料を加積を有する非常に高純度な微粒子を製造することができる。

熱するなどして溶融させ、冷却により固化させる方法（溶融プロセス）、

従って、ゾル - ゲルプロセスは触媒や触媒担体、核燃料用粒子

ゾル状態（流動性のあるコロイド）からゲル（流動性を失ったコロイド）を形成など、不純物の混入が忌避される製品の製造に最適なプロセス

得る方法（ゾル−ゲルプロセス）などが挙げられる。

である。

また、本装置ではマイクロカプセルを製造することも可能であり、そ図 4 振動滴下装置 概要図
Fig.4 Schematic illustration of drip casting systemの製造方法においては上記の方法を組み合わせて用いることもある。

3.3 マイクロカプセル製造プロセス

3.2.1 バインダープロセス

3.3.1 マイクロカプセルの種類とその用途

一般的に本装置で用いられる真球粒子成型法の一つに、バインダー

大気中で化学的に不安定性な物質や、生体への影響が強い物質を用いて目的成分である無機 / 有機物質の微細粒子を凝集させる「バの微粉の曝露防止、非常に高価な物質や高い計量精度が求められるインダープロセス」
がある。

物質の歩留まり向上などの要求を満たそうとした場合、設備を構成する

まず供給液はフィードバッファータンク
［3］から振動ノズル［2］に供給

例えばジルコニア、ハフニア、シリカ、アルミナなどの無機酸化物

され、そこで均質な液滴が形成される。 単分散性の高い液滴を形成の粒子を得るときなどにこのバインダープロセスが用いられる。バインするためには、供給液が安定した層流状態でノズルに供給されることダーとしてはアルギン酸、ゼラチン、寒天などの有機物質や、シリカゾ

しかしながら、これらの諸問題は、本装置により活性物質を内包したが重要である。滴下された液滴は自己の表面張力により球形を形成し、ルなどの無機物質が用いられる。これらのバインダーは約 300℃程度

単分散マイクロカプセルを製造することで、そのほとんどを解消すること

落下中にそれぞれの物性に応じて、冷却・乾燥・反応等の手法によの除滓工程において除去されるため、残存不純物がほとんどなく、あらができる。

り固化される。

ゆる物質に対して適用できる非常にシンプルなプロセスである。原料を一般的に「マイクロカプセル化」とは、少なくとも一種類以上の成分

図 6 シングルノズルと2 流体ノズル
Fig.6. Schematic drawing of nozzle for microsphere and microcapsule

上でそれに応じた高価な機器や大掛かりな付帯設備が必要となるなど、その製造プロセスには種々の問題がつきものである。

速度論的に制御される。これに対してコア−シェルカプセルの場合は、経時的なシェルの溶解、あるいは外力によるシェルの崩壊により内包成分が一挙に放出される。
本装置においてマイクロカプセルを製造する場合は、同心円状に配列された特殊な2 流体ノズル（Fig. 6）が用いられる。この2 流体ノズ

供給液の恒温制御が必要な場合にはノズルヘッドの部分にヒーティ変えることで、例えば触媒、触媒担体、食品添加物や化粧品、高密（活性薬剤など）
を、他成分の中に内包させる事を指す。 活性薬剤は

ルを用いることで、単一粒子の製造に用いられる「バインダープロセス」

ングチャンバー［6］を設置することができる。また、液滴の形成状態を度が要求される研磨剤用粒子など、多様な小径粒子を製造することがほとんどの場合、難溶解性や高い活性、安定性の低さなどの理由に「溶融プロセス」「ゾル - ゲルプロセス」などを、そのままマイクロカプ

視認するために、
ストロボランプ［7］や遠隔操作可能な高速度カメラ
［8］

できる。

より、物質をそのまま利用することには適さない。しかしながら、徐放セルの製造にも適用することができる。

を設置することができる。装置を制御する操作盤［1］
は既存のコントロー
ルシステムに統合することも可能である。
振動ノズルの振幅および周波数は制御回路により制御され、液滴径に応じて適宜設定することができる。
装置の設置面積は1 〜 2m 四方と非常にコンパクトであり、液供給

バインダープロセスは他にも医薬品用途での生物細胞のカプセル化

性制御手法などにより特性発現をコントロールすれば、活性薬剤の効や、食品・化粧品をはじめとする消費材用途としての香料・香水の封能を最大限に引き出すことが可能である。 徐放性制御の手法として、る物質に対して活性が低く、安定性の高い物質が選択される。一方、入粒子の製造などにも用いることができる。

実践的には「マトリクス粒子化」、「コア - シェルカプセル化」などの手法

シェルとなる物質は溶液としてハンドリングできるものや溶融可能なもBRACE 社においては、これらセラミック粒子や触媒担体、化粧品
用粒子などの受託製造実績も豊富であり、顧客と協働して粒子製造が挙げられる（図 5）。
本技術はいずれの手法にも適用可能であり、多岐にわたる活性薬

カプセル内部のコア（核）となる物質は、外部のシェル（外殻）となの、ゾル 状のもの、あるいはそれらの組合せが取りうるものが選択される。

も0.1 〜 0.2MPaＧと非常に低い圧力で供給されるため、スプレー方のための新たな製法開発なども手掛けている。

剤の独自な配合や製造プロセスに対応可能である。本技術により製

シェルの固化方法は単一粒子の場合と同じであるが、コアについ式などほかの粒子製造プロセスと比較して非常に省エネルギー・低騒

3.2.2 溶融プロセス

造されるマイクロカプセルは真球度が高く、粒度分布の揃った非常にては物性に応じて固体、液体いずれの形状も取ることができる。 図音の製造方式である。
また、基本的にメンテナンスもほとんど必要とせず、設備運転上の溶融プロセスによる微粒子製造は原料の温度による固 - 液相変化を利用する手法である。したがって、溶融プロセスは操作温度域で熱分均質性の高いカプセルである。
粒子に多成分を包含させた「マトリクス粒子」と「コア−シェルカプセ

省人化を図ることができる。オプション仕様として完全自動運転や遠隔解や熱変性を起こさない、安定溶融状態を得ることができる物質にの監視システムも付帯させることが可能である。

み適用できるものである。加えて、溶融状態における粘度が装置に適マトリクス粒子による徐放性制御は通常内包成分の拡散速度をコ用できるほど充分低い必要がある。粘度は10mPa・s 程度が最適でントロールするものであり、その拡散速度は粒子径の調整により拡散本装置を適用する上での留意事項は、①原料を液状で供給できる

32 TSK 技報 2009 no.12

ル」の主たる違いはその内包成分の放出特性にある。

7 にコア - シェル型カプセル粒子製造の様子とカプセル粒子の写真を示す。
カプセル化される物質の一例としては、食品や繊維、建築材料などに用いられる香料や抗アレルギー性物質、硬化剤などの相変化物質などが挙げられる。

TSK 技報 2009 no.12

33

製品紹介 4

小径粒子／マイクロカプセル製造装置の紹介

Microsphere and Microcapsule Production Technology

その他の分野では、例えば食品工業分野において、香味成分の効能を持続させる事などを目的としてカプセル化手法が用いられる。また、本技術によれば、触媒担体中に触媒成分が均質に分散した触媒を一つの工程で製造することができ、得られた触媒粒子は非常に高い比表面積を有している。
3.3.3 コア - シェルカプセル
一般的にマイクロカプセルと呼ばれるのは、固体のシェルを有する真化粧品用脂肪酸類粒子
Cosmetics Wax

香油内包寒天粒子
Agar-Agar with Oil

球粒子、すなわちコア - シェルカプセルである。

コンビナトリアル合成用
樹脂粒子
polymer beads for
combinatorial synthesis

マイクロカプセルは、例えばチューインガムに特別な香味（ミントフレーバーなど）を付与する場合や、高温耐性を有し、洗浄しても何年間もSpherisator S（デスクトップユニット）
Spherisator S (Desktop Unit)

機能が落ちない事が求められる抗アレルギー性製品などにも用いられている。 本技術によれば、シェルの欠損が無い、完全なコア - シェルカ
プセルをひとつの工程で製造することが可能である。
本技術において、シェル材として選定できる物質は非常に多岐にわ
図 7 カプセル滴下の様子とカプセル
Fig.7 Encapsulation and produced microcapsules

たり、ほとんどのゲル化機構を適用することができる。一般的によく用いられるシェル材としては、アルギン酸、寒天、ゼラチンなどの水溶性

医薬品内包カプセル
Pharmaceuticalencapsulated in wax

触媒担体無機粒子
Inorganic Microspheresas catalyst carriers

はんだボールSolder Ball

図 9 各種粒子の写真
Fig.9 Photos of microspheres

コロイドのみならず、アラビアゴム、
ラテックス、ポリメタクリル酸（PMA）、
ポリエーテルサルフォン（PES）、各種脂肪酸類など、数多くの物質が選定されている。コア材は製造手法に応じて親水性や疎水性を有している必要がある。また、より厳密に徐放性を制御するために、カプセル化の後に、表面被覆や重合、架橋重合などが用いられることもある。

6 最後に
昨今の小型化・高機能化・低環境負荷をターゲットとした技術開発

4 適用事例
図 8 徐放特性
Fig.8 Realease proﬁles of diﬀerent types of microsphere and microcapsules

製造されたマイクロカプセルは高い物質安定性を示し、内包物質に優れた遅効特性を付与することができる。例えば、カプセルに圧力を物質については、カプセル化することで内包物の徐放性を付与することができる（Fig. 8 参照）。
さらには相変化物質などのように不安定な物質に対しても、カプセル

しかしながら、
例えば「ナノ粉体はナノのままではハンドリングできない」、

化粧品、食品工業などの分野で幅広く用いられている。例えば高温耐「高活性材料がハンドリング中に失活する」、「材料の活性が強いがた性を有し、2 年以上効能が持続する抗アレルギー性製品や、ガム・クッ

めに、目的部位以外の箇所への影響が大きい」など、いつの時代にもキー・加工食品・タバコなどに用いられるフレーバーカプセル、シャン

見られるように先駆的な材料開発と既存の工業的手法の間には多くのパン製造などの食品分野、鎮痛剤や骨セメントなどの医薬品、空気清葛藤が生じている。

浄フィルターや石油化学プロセスに用いられる触媒、スキンケア商品・

本稿で紹介した「小径粒子製造技術」は、その起源は30 年以上前

シャワージェル・シャンプーなどの化粧品など、その用途は多岐にわたっに遡る技術であるが、その時代の要望に応じた改良・開発を重ね続け、ている（Fig.9）。

その時代の最先端技術と融合しながら、今なお進化発展を続けている技術であり、例えば「ナノ粉体の活性を維持したまま、ミクロンオーダー

5 装置のラインナップ
本装置は、ノズル部分を交換するだけで生産量や粒径、単一粒子製造やマイクロカプセル製造など、幅広いアプリケーションに対応可能

化することで使用上の安定性を付与することができる。

であり、昨今要求の高い1ラインでの多品種切り替え生産にも非常に

3.3.2 マトリクス粒子

適用性の高い装置となっている。

本技術で製造されるマトリクス粒子は目的成分が内部に均質分散さ

一方、装置の型式についても1ml/h 規模から1L/hrまで生産可能

れた真球度の高い微粒子である。この粒子には内包された目的成分

な簡易卓上テスト機・Spherisator S や、溶融プロセスにも対応しを所定の時間で放出するという特性を付与することができる。この徐放小規模生産機としても使用可能な小型ラボユニット・Spherisator M

性制御は、シェル材の選定と粒径の制御を適切に行うことで任意に調（〜 10L/h）、CIP/WIP にも対応可能なベンチユニットであり小型

整することが可能である。徐放性粒子を製造するために最適な分散媒の生産機としても使用可能なSpherisator L（〜 100L/h）、大量生体としては、例えば脂肪酸類、水溶性コロイドやその他の有機・無機産が可能でありパイロット機としても使用可能なSpherisator XL（〜

材料を用いることができる。例えば脂肪酸をシェル材として内包物の保500L/h）など、豊富なラインナップを取りそろえている（Fig.10）。最存性を向上させた徐放性粒子は、化粧品や医薬品などの分野で利用

大で10,000L/h の設備一式をフルターンキーで納入した実績も有しされることが多い。

ている。

34 TSK 技報 2009 no.12

Spherisator M（ラボユニット）
Spherisator M (Lab. Unit)

ましい発展を見せている。

本技術で製造された微粒子やマイクロカプセルは化学、医薬品、かけたり、シェルを溶解させることで内包物を一挙に放散することができる。一方、抗アレルギー性物質などのように長期の効能が求められる競争の中で、ナノ材料をはじめとして様々な高機能材料の開発が目覚の粒子としてハンドリングできる」、「長期間活性を保持し、目的部位でその機能を発現できる」など、先端材料の実用化を図る上で多くの可能性を秘めた技術である。
本技術が現在の先端材料開発と従来の工業生産技術を結ぶ橋梁のひとつとなることを期してここに紹介させていただく。

図 10 Spherisator シリーズとコマーシャルプラント
Fig.10 Spherisator units and commercial plant

TSK 技報 2009 no.12

35

ティーブレイク

土地の転用で発生する温室効果ガスを計算に入れたらどうなるのでしょうか？

ライフサイクルで考える

水環境事業本部 事業推進室 井川 学

私たちは日々の生活において「ライフサイクルで考える」

バイオ燃料の温室効果ガス放出量について、燃料としことを求められております。会社では供給者として、自社のて利用されるまで（栽培〜加工〜輸送）の放出量を表1に商品がライフサイクルで考えた場合にお客様にどのような示します。

メリットを提供できるのかが常に問われます。
また家庭では「広い視野」が大事なことはわかるものの、実際に行なうことは容易ではありません。簡単な解決方法はありませ森林や草地は大気中の炭素を効率的に取り込む機能をんが、効果的な方法の一つとして「一般的に事実とされ既に有しています。それらを資源作物用の畑に転用した場る考え方を疑ってみる」というものがあります。バイオ燃料

合、転用前よりも炭素の固定化能力が落ちてしまいます。
その事例では、「新エネルギーの利用＝温室効果ガス削減

れを反映した計算結果を表2に示します。

効果あり」という既成事実を疑うことで「土地転用で発生

表2 土地転用分を含むバイオ燃料の温室効果ガス放出量2）する温室効果ガス」という異なる視点を見出しています。

まとめ

表1 バイオ燃料の各原料毎の温室効果ガス放出量1）

消費者として、
テレビ等の家電製品を購入する際に価格・

私たちがライフサイクルで考えて出した答えも、電気代さらにCO2排出量などを検討材料として総合的に

実は間違っている可能性があります。私たちのまわ考えます。

りには情報が溢れており、何度も同じ情報に触れてこのように日々の生活において、意識的にあるいは無意

注）単位は燃料1MJ当たりの二酸化炭素排出量に換算（ｇ）

識に「ライフサイクルで考える」
ことを行っていますが、本当に正しい判断ができているのでしょうか。私たちは、しばしばもなく正しいものと判断しがちです。

原料はキャッサバを想定いがちです。私たちが、
ライフサイクルで考えて正し

輸送は「東南アジア〜日本」を想定

い答えを出すためには、固定観念を疑うなど視野を森林を伐採し、資源作物用の畑に転用した場合、バイオ

インターネットや新聞等のマスメディアの情報を何の疑い
注）単位は燃料１MJ当たりの二酸化炭素排出量に換算（ｇ）
１MJは少し大きめのお茶碗1杯分のご飯くらいのカロリー(約239kcal)に相当

いるといつのまにかそれらが固定概念となってしま

広げる工夫が必要といえるでしょう。

燃料はガソリンよりも多くの温室効果ガスを放出することに輸送は「燃料の製造箇所〜EU地域」を想定なります。なおヨーロッパでは、ここで紹介した土地利用の■補足することは既に広く知られた考え方となっています。
しかしどの原料から製造されたバイオ燃料も、各段階の合計

変化による温室効果ガス放出量の算定について2009年

既に存在する田畑から収穫した資源を燃料にすれば効果はあります。
しかし食料

本当に新エネルギーの利用を増やせば、必ず温室効果ガ

値がガソリンの温室効果ガス放出量を下回っていることをスの放出量は減るのでしょうか。具体的な例として自動車

示しています。ライフサイクルで考えた場合にガソリンをでこのように狭い視野でライフサイクルを考えると誤った答用燃料として利用するバイオ燃料とガソリンの温室効果ガ

きるだけバイオ燃料に置き換えていくほうが、地球温暖化

えを出す危険性があります。広い視野で考えることで「土地

ス放出量の事例をご紹介します。

対策のために良いということになります。

転用で発生するCO2」という視点に気づくことができます。

新エネルギーの利用が温室効果ガス削減に大きく貢献

しかしここでライフサイクルを広い視野で考えることが必要となります。
ここまでの計算は「すでに存在する」畑を前末までにガイドラインを策定する予定となっております。

バイオ燃料は、温室効果ガス放出量の削減に効果がないわけではありません。
不足で苦しんでいる国が存在する中で、食べ物を燃料に使用するという新たな問
題もまた生じてしまいます。
これらの解決策としては（既に実用化されていますが）、セルロースからエタノールを作る技術が有力といえるでしょう。セルロース
は、植物の根や茎・廃木材などに含まれています。
これまでは捨てられてたものでセルロースを利用すれば、土地の転用や食料問題などに関らず温室効果ガス放出
量のが可能となります。
参考文献

不透明な時代を見抜く「統計思考力」神永正博
1),2)日本版バイオ燃料持続可能性基準の策定に向けて バイオ燃料持続可能性研究会

提にしています。バイオ燃料向けの需要が大きくなった場
合に、農家は他の用途に利用されていた農地や、農地として使われていない森林を小麦やサトウキビなどの資源作
物用の畑に変えようとするはずです。

36 TSK 技報 2009 no.12

TSK 技報 2009 no.12

37

会社概要
名称

月島機械株式会社

設立

大正６年５月（TSUKISHIMA KIKAI CO.,LTD.）

資本金

６６億４６８０万円

取締役社長 山田 和彦

従業員数

604名（平成21年3月末現在）

創業

売上高

475億円
（平成21年3月期）

明治３８年８月

札幌

事業所

TAIWAN

Hanoi

本社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

東京支社〒104-0051東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6541〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354（研究所）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661

FAX.03-5560-6593

大阪支社〒541-0045 大阪市中央区道修町2-6-6（塩野日生ビル）TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西1-1-2（SE山京ビル）TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

仙台支店〒980-0014 仙台市青葉区本町1-11-2（SK小田急ビル）
TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

横浜支店〒231-0015 横浜市中区尾上町4-47（リスト関内ビル）
TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒045-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

広島支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

福岡支店〒810-0062 福岡市中央区荒戸2-1-5（大濠公園ビル）TEL.092-741-5736 FAX.092-761-4806

和歌山営業所〒640-8343 和歌山市吉田432（シティビル太田）
TEL.073-427-6085 FAX.073-427-6085

沖縄営業所

市川事業所（工場）（環境プロセス
開発センター）

MumbaiTHAILANDMALAYSIASINGAPORE〒272-0011 千葉県市川市高谷新町6-4
TEL.047-328-8761 FAX.047-328-8789
Jakarta〈海外〉
TSKジャカルタ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Jakarta Representative Oﬃce
Sequis Plaza 22nd Fl.Suite 2203 JI. Jend. Sudirman Kav. 25 Jakaruta Selatan
12920
TEL: +62-21-526-7732/7734 FAX: ＋62-21-526-7790

仙台

TSKハノイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Hanoi Representative Oﬃce(THO)
Unit 202,V-Tower, 649 Kim Ma Street,Ba Dinh District,Hanoi
TEL: ＋84-4-7669965,7,8 FAX: ＋84-4-7669969
TSKムンバイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Mumbai Liaison Oﬃce
8,Krishna Kunj 1st ﬂoor above HDFC Bank Near Fly over Bhayandar(W)Thane-401 104
TEL: ＋91-22-2815-2784 FAX: ＋91-22-2815-2785

東京
名古屋
沖縄
広島
福岡

市川

横浜

大阪
和歌山

〒901-2131 沖縄県浦添市牧港1-5-12
TEL.098-874-5793 FAX.098-874-5793

連結会社及び主な関連会社※月島テクノメンテサービス（株） 〒104-0052 東京都中央区月島4-8-14
TEL.03-3533-6272 FAX.03-3533-2588※月島テクノマシナリー（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354

月島テクノソリューション
（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12（市川事業所）
TEL.047-701-0221 FAX.047-397-6201※月島環境エンジニアリング（株） 〒104-0033 東京都中央区新川2-12-15（パトライトビル）
TEL.03-6386-3964 FAX.03-3537-8764※サンエコサーマル（株）〒322-0017 栃木県鹿沼市下石川737-55
TEL.0289-72-0371 FAX.0289-72-0381※寒川ウォーターサービス（株）〒253-0106 神奈川県高座郡寒川町宮山4058-6（事業所）
TEL.0467-72-0862 FAX.0467-72-0863※連結子会社〈海外関連会社〉
月島エンジニアリングシンガポール（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING SINGAPORE PTE. LTD. ≪TES≫
月島エンジニアリングマレーシア（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING MALAYSIA SDN. BHD. ≪TEM≫
SUITE16, 04-05, 16th Floor, Wisma Mca,
163 Jalan Ampang, 50450 Kuala Lumpur, Malaysia
TEL. +60-3-2162-8679 FAX. +60-3-2162-8377

編集後記

TSKエンジニアリングタイランド（株）
TSK ENGINEERING (THAILAND) CO., LTD. ≪TET≫
United Center Building 14th Floor, Room1404,
323 Silom Road, Bangrak, Bangkok 10500, Thailand
TEL. +66-2-231-1726〜30 FAX. +66-2-231-1731
TSKエンジニアリング台湾（株）
TSK ENGINEERING TAIWAN CO., LTD. ≪TETA≫
6th Floor, No.24, Min Sheng, W.Road, Taipei, Taiwan R.O.C.
TEL. +886-2-2523-6975〜6 FAX. +886-2-2521-1429

Editor's Note
TSK技報 NO.12 2009
年2回（4月・10月）発刊
問い合わせ先：giho@tsk-g.co.jp

近藤 洋正

編集委員

世間では政権交代。今年は冷夏であり、やはり地球規模の変化の進行でしょうか。月島機械の今年度は新中期経

発行：月島機械株式会社 技報編集委員会
総 責 任 者：西田 克範
編集委員長：吉越 昭雄

営計画への助走期間と位置付けられており、「 環境」と「エネルギー」
を事業展開のキーワードとしながら、産業基盤

編 集 委 員：高橋 正純を支える企業として軸足を整え、世界と自社を見ながら月島機械固有の技術を生み出し、
ブラッシュアップしていかね

佐藤 教子

小野 基巳

佐藤

加藤 善二

ばならないと感じております。今後の継続的な技報の発刊が、
月島機械技術史につなげていければ幸いです。

剛

近藤 洋正

荒井

健

千代島 有里山口 彩子
09102000GMW

38 TSK 技報 2009 no.12