神

鋼

フ

ウド

ァ

ShinkoIPfaudler

ラーEngineering

Volr29 No･1.通巻104号<化エ横車葉部 30周年特集号>
1985

硬 報
Reports

目次

創立30周年｢記念講演会+抄録
1‑機能性分離膜の現状と将来の展望‑‑‑‑‑I‑･‑‑‑･‑‑‑‑‑‑･･‑･‑‑‑･‑‑･･‑･
7
化工機事業部30年のあゆみ‑‑‑‑･‑‑‑‑‑･‑‑･･‑‑.‑･‑････‑･‑･･‑･‑‑･･･‑‑
最近の焼成技術‑･･.･‑‑‑‑‑･‑‑･‑‑･･‑‑‑‑‑‑･‑‑･‑･･‑‑･‑‑･‑‑‑‑･‑‑･‑‑･‑‑13､叫
表面処理と特性て･･･････････‑････‑‑･･･.････‑･･･････････････････････････‑‑‑‑･･･････････････‑･･･‑･････‑17術‑････‑‑･･････
質.: ･,,:灘L::,技･･･････････.･････‑･･････････････････････‑･･･････････‑････････････22

野弾薬4)琴動‑･･････････‑‑‑･････‑･･･････････‑･････････････････････････‑.････････.‑････････.････････

庄カ歯車り熱応力解析:,<:.@.i.輿/ズルの熟応力解析と本体フランジの熱応力評価>‑････････････‑･‑･･‑･･･:･･

間欠空気揚水簡による貯水鞄の水質改善･:･.･････････････.･･････････････････････････････････････････‑･
蘭欠ばム気重接触痕イt:嚢麗‑‑･‑45
ビt;カ∵ブ社製プレート式熱交換器の堺罫(第二報)･････.･･･‑.････‑････････････‑･･‑･････‑‑･･････50
社内ニュース‑‑@;,･･･････‑･･･.‑････‑････････.･･････56

CONTENTSo

The

Present

arid Futureof Process

Statuso

30.Years'ProgressoRecentoCharacteristicoMixingoVibrationoThermalFiringSeparationof Membrane

Processes.･････,･････‑∴･･････.1

Division･････････‑･････････‑‑･･･‑･･････････‑‑････････････

7

音tTechniques･･‑‑･･････‑･･････て‑‑･･･‑･･･‑･････‑･････････‑･･････‑･･･‑‑‑‑･･‑･･‑･‑‑13

Metal and Glass･･.････････････････.･･････････････････････････,･･････････････17
of Surfa.ce TreatedTechnology････‑････‑‑･‑･‑‑丁･････････∴‑.････････.･････‑‑‑･･‑････････i･･‑‑‑‑･･･‑･･･‑･l･22
of Agitator p･････････,･･････････,････.･･･l･････;･･････････････････‑･････････‑･･･････････.････‑･･････L･･････29
Stress Analysis of Pres苧ure Vessels'<Thermal
andolmprov.ement

theStr,essAnalysis
Stressof

Gla革S‑liked
NozzleEvaluation

oflmpourlded
Achieyed by Use ofFlange>of Main
WAter‑L Results
I

Aero坤qraulic Guns･････‑･:･････.････‑･････‑････‑･･･････‑･･･‑･･･‑‑34(AHG)･･･‑.‑････‑‑‑･･････････∵‑∴･･･‑･:‑‑‑39'.I.‑.

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Prte?sre::ati:.ni'.'.I:.‑.'.
eferLtiicoan,bTpylP&eteBLo!oaficEa!cEaon?;aeI.':.芸5.車
I.'.I.

o.
oProspects
Equipment‑‑‑…‥‑.………‑‑.‑‑‑∴‑‑･･‑･‑･‑･‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑‑･‑････‑‑‑‑‑‑56<表紙写真説明>

漸落県西頚城邸のデナック㈱殿仁納入したモノクロ‑〟
酢酸プラント｡辛ノクワ‑‑ル酢酸ほ農医薬,p染料などのファインケミ申ノレ製革の重要な中間原料である.この装置の鉾カは年間?o,.OQO.:トシ,濁在半数は翰出されているが,秤
来疲日本の帝要草すベ7:帝たすこ,tになるというoTh6∴pbbt6: sho甲th占･甲nOChloroac卓tie acid plant that
∵Dqn*p co..; Ltd ip Nishi Ⅰくubiki‑gutl,
stlPPli6dL.tO
Niiga,ta.恥fecthr?,I :Mo叩Chloroaceticさc･id is honeらf thewepfine ot special che･i申pofmit∴in由ediatez71aterialsJ.for
JandL
ask
由ic血l::.prbdtlCt岳;ugh.
pharmaceuticala由･icultlnal
The
Lplant con;ists of manyth:emicals, dye?ttlff, eec.

glast?eleqilip甲ent and= piping, and the capacity of thisare‑･plaht is: 20,00Otolps pelr year. Half of the products
exportedL, a..d it is estimated that the products are expected
to rheetin Japan inthe
future.
all the derninds

創立30周年｢記念講演会+抄録

機能性分離膜の塊状と将来の展望)

TheSfc)サusPresent

Fu†LlrePr.ospec†s
cnd
Sepc(r{ttion
Pro宅eSSeS

Membrclneof

横浜国立大学工学部教授
大.失
晴.
Prof.

Dr.
Haruhiko

抄録

技術開発本帝

王圧

Ohya

藤

TetsuziThis
papersummarizes
Nationalロniversity
at

a

be

an

glVeS

prlnCiple,
asoneOutlinemarket,exampleEcologicalLife

thelecturethe

30 tll anniversaryofmembraneof future
Supportdeliveredmembrane

System)ofourseparation

structure,membraneby prof.

andDr.

fI. Ohyafoundation.

processes.

problems

areIn

history,
addition,

S･S･(Closed

L･

1984年9月4E],東京商=会議所にて,多数のユ‑ザー
各位を迎えて当社創立30周年記念講演会を開催致しましに近いのだが,｢包む+という動作R:よって空間を=つの部
分に｢分ける+ことにより,Membraneが始まるといえ

た｡膜工学の世界的権威であられます横浜国立大学工学部

る｡サランラップの中のものは,湿気を失わないとか,喚

大矢晴彦教授により,首記演題R:てご講演いただきまし

いが外に漏れないなどの機能があるoつまり何も.通さないた｡･本文はこのご講演内容をまとめたものです｡
1. ま え がきのだが,厳密忙言えば,ある程度は通しているol例えば,
昔余剰米をプラスチックフイ/レムに包んで,琵琶湖の底に

一般VLテクノロジーのブレークスルーが起こって,それが工業的に広く使われるように.なるまでの平均的年数は,貯蔵するアイデアがあった｡しかし,プラスチックフイル

17‑19年と言われている｡それが最も短期間であったもの
は, IC(Integrated
7年セ実用化忙入っ
circuit)で, 5′‑ている.それ紅対して逆浸透法のブレークス/レ‑が起こったのは,1960年であり,今年で24年経過しているが,連夜透法のテイクオフが実際ケこ起きたのは,1970年を少し過ぎ治

of Yokohama
this article,
InE･
separation
proces?es･ ･C･ris also describe血ニ･･

哲

Rondo

■Especially,
described.

彦

ムは(ポ1)エチレンの厚手のものでも),水が中に通りお米が腐ることになるため採用されなかったo
つまり膜材質がどんなものであっても,何かが通る｡例えば,水や電気や電子やイオンなどが通る｡その遣り方が,ある物は通り,
ある物は通らないというよう紅差があり,このような現象
を膜透過とよんでいる｡

たあたりだから,プレ丁クス/t'‑から実用化までのステッ

その場合に■,膜透過の速度が違うものは,｢分離+に使え

プでは,順調な方ではないかと思われる｡食塩製造に用いる事になるo これが基本的な膜分離プロセスが成り立つゆえんである｡このようVL,選択的Rl通るものを,選択透過られている電気透析法に関しても,その期間は22年程であるから,膜法R:も大体この原則が適用されると考えられとよんでいる.選択透過性を示すものの中に,大別して二る｡

つの見方がある.例えば,砂糖水溶液を膜で包む場合に,水が通る膜と砂糖の通る膜とがある｡砂糖が通る場合を透

2.膜

分

離

法

2.1.膜現象(膜と選択透過性)
膜は薄くて二次元的な広がりを持っている｡例えば家庭

析現象,溶媒である水の方が通る場合を浸透現象とよんででなじみ深いア/t'ミ箔,サランラップ,タバコの包み紙のFilmようなものがある｡また英語では,とMeI℃brane

2.2.

とがあるo

成立する｡ただ問題は,｢移動が起きる+ためには,駆動力(driving force)■が必要となる｡わかりやすく言えば,エFilmは,膜が単に｢ある+という感じであり,日本語ではイ箔+に近いものである｡

いる｡

.膜分離法
選択透過性という特殊な膜の現象を使って,膜分離法がそのような箔も,それで物を包むと状況が変わってく

ネルギーを使うということになる｡例えば,蒸留塔を考える.例えば魚占をア)L'ミホイールで包んでオーブンで焼くと,湿気が保たれてうまく焼きあがる｡つまり,ホイr‑ルてみると,蒸留塔は下部で熱を与え,上部で熱を奪うものだが,アルコ‑/I,混合液を入れると,熱エネルギーを与で包む.ことIK=よって,内と外とを｢分ける+という仕事をすることケこなる.基本的には,膜は単純VL存在するとFilmが出てくることに,f3:る｡つまり,熱というエネルギーによ

Vol.

29

No.

1

(1985/3)

えた結果として,下部からは水が,上部からはアルコール

神鋼フ.アウドラー技報

のブレークスルーを成し遂げている｡
第1表
Table

駆動エネ)I/辛‑と浸透現象および透析現象
I

Drivitlg

forcesvs.

osmosisand2.4.膜分離技術の市場
膜市場の規模についてほ,第2表にdialysisl)示す｡. 1970年には,全体で500万￠で

DrivingForcelEnergyJos‑osis(Dialysis
PressureDifference.

DyElamic

CerltrifugalForce

ReverseOsmosis

PiezoDialysis(Ultrafiltratiorl,
Microfiltration)

GasDiffllSion

GasOsmosis
Electric

Ele占troosmosis

Electrodialysis･Concentration
Difference

Chemical

OsmosisDialysis

Tempe;atute

Therm.o‑dynamlP

ThermoOsrrlOSis

ChemicalChemical‑Osrnosisl

PhotocLemical

PhotoDialysis
Phらtor:三0占mo毒i畠::A:･,.

Chemical,Reよction

およそ5億Sくらいであり,年間成長率は約60%となる｡同様の率で成長し(Permeate)

PotentialDifferetlCe

Differenceあったと推定されており,第2表の右端の数字ほ1981年のデータであるが,ていると仮定すれは,本年度の市場規
模は10数億￠と推定される｡
2.5.月莫構造と機能

L層構造と機能にづいて第3表忙示

ThermoDialysis

すo膜は大別すると,膜忙電荷のあるものと,.ないものとに分けられるoが多いと｢ふるい分け+で分離され,孔のない均質な膜では,膜中へ先ず溶ChemicalDialysisって分離がなされたことになるo.∵孔

rlJrを∴･.:㌔.秒速*;‑'p､=高一/I,(Bole)とよはれる部分を拡散して行くこと与えると物が分かれるム=それは何故かという阜,世り争?
自然現象は通常,:腐乱励ぺずれるたゆであぁ｡.rt､ゎ1Li:1うな軒.
軍書.乙雪誓言芸a;ぅ箭.子L干sk

ノ,∫

:.)

現象をェン†ロゼT帝大現象とよんセいをo:?車り碍範が 膜,儀外炉過琴,.精華癖過膜を与み.ろ..それ1に対して荷電膜L増えるとエンT･ロビーは増える?
pそれを元通りの秩序に戻で一番均質な膜は,ソp‑グ電解忙使う嘩であり,これはいす(ェン†ロビーを減らす)ためには,必ずエネ)I,ギp‑がわゆLる｢ドナγ排除+を利用している膜である.

必要となる.水と砂糖の混ざった液はエントロピ‑が増大

膜分離法が現在のスケー/レにまで成長した最大の技術的しているので,それらを分離するにはエネ/レギーが必要なブレークス/レ‑は,のである｡

り発明された｢非対称膜+である.この膜構造は,膜分離に使用される土ネ)I,ギ‑の形態については,第1表に示す.この表は,膜現象と.S区動エネ/レギーとをマ7.

1)

フクスとして表わしたものである｡例えば力学的エネルギー(通常は圧力差を用いるが,遠心力でも可)を使う浸透現象が逆浸透法であり,塩分の方を透過させるものが圧透析法となる｡さら忙電気エネルギーを使うもの忙,･電気浸

1960年匠LoebとSourirajan

中こよ

1[L以下

の厚さのスキン層とよばれる撤密な部分と,それを支持するためのポ‑ラスな部分とから成っている.分離機能町関
してをよ,スキン層のみあれば良ヽくのだが,■ 1p以下という塩

度ケこ薄いものを人間が奴扱うのは,むずかしいため,支持層がついている｡
その他,特徴のある膜構造を持つ膜としては,NtlClepore

透や電気透析があるoまた化学反応の持つエネルギーを便

膜がある.

う化学透析や化学浸透もあるがiこれらほ生体膜の中セ起射線?当たうた部分がラジカp)L'になり,後でその部分を溶

Lとれは膜を作る物質に放射線を照射すると■,放こっている現象である｡例えば,人間の胃の中では,食物かし出すとノし､う方法で製膜するo均一な孔が得られるためが分解されて体の細胞の中紅栄養素としてとりこpまれる精密押通膜と･してよく使用されている｡実用的なものは,が,その時匠は化学反応を使っている｡それが=業的虹使
えるよう忙なるかどうかは,.非常紅興味のあるところであるo 現在の所,実用化されているのは,連夜適法(限外炉過法,精密炉過法を含む),電気透析法,透析法くらいである｡

は可能と考える･.

意新流行のものとしてほ複合膜があげられる｡複合膜の製膜方法は大別すると3通りあるoJ

l番最初の方法は,貢持層をあらかじめ作っておき,後で別に作成した.スキン層を貼り合わせるものセあったo

2.3.膜分野法の歴史2)
最初に現象として発見されたのは,

ポ,リカーボネー†膜であるが,無機膜もこう■して作ること

1748年にNoll6tがぶどう酒の入ったびんに,■動物め皮でふたをして次の中に浸漬した所,水がぴんめ中tこ入らでし草った∴事から始まこの方法で製膜したもの

は,実際WL̲使用すると,接着部分がはがれてしまうという
トラブ/I/が続出したため,

2番目忙界面重合法という方法が考え出された｡その方法でほ∴水溶性モノマーを下部る｡恐らくア′レコrlL,を分離しよう■とした.の寧ろうが,L逆に,抑由嘩チノマ∵を上部Fこ入れて接触させると,界面の部分で膜ができるが,ある一定の厚さまで成長すると,ちに水の方カ滞ったので浸透現象ということ忙なる占■∴ネ叫カモらFick･が拡散の法則を,. Grahamが透析の研究を,･p凄ら はやモ/マ･‑が通れなくなり,ある厚さ.K決̀まってしまうにVan'tL.
11offが浸透圧の研究を行なっf=1.
zsigmondy
が1900年代の初めに･精密炉過膜を,またDqnnanpp忙■よ■りことになる.この種のものは2撞類あり,スキン層と支持層の間にゲル層があるNS‑100やPA‑300と,ゲ/レ層が分配法則が,■ さらに1930年代には,ないNS‑200やPECなどである.

Meyerらにより膜電3番目紅プラズマ重合膜があげられるpo.これは,多孔質の支持体の上で7oラズ位の研究か1姦きれたここれらの研究は特に,バイふ.≠ッ.プなどの生体膜関連で重要な基礎理論といえる｡また1944
年忙 Kolff
が血液透析の最初の実験をしている｡さらにマ重合させ製膜したものである｡
その他,髪の毛くらいの太さの中空糸膜がある｡これは1950‑1960年VLかけて内側が多孔質で外側にチキン層が形成されてし.､るものであ

Loebや

Sourirajan

が逆浸透膜

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29 No.

1(1985/8)

@:)

第2表

る｡

世界め膜分離技術の市場競模

Table

2

Marketin the worlds)

proc阜SSeS

size of membrane
Materials

PassedDriving

Water

alld

Pressure.

Process/Concept

Force

2.6.

Material

MarketSizea

Retained(S niuion/yr)

Microfi

1tration●●F(･c(/●

D issolved

Difference

SPeCies

typically 10etc.).

psi

particle･size･｡.●･:●

ware,.

Material

Suspended/cnD/)OI'OL(S 1)1ellLb)･o7IC

150(silica.bacteria,

Ions and Low̲Concentration

Dissolved

molecular‑

Difference

pendedPLLl所dFeedsb,ealル

Iwlf?1mltt'e.<Dj,,I)5･q/e /eed

る必要がある｡例えば海水から真水を得る事が,逆浸透法の本来の目的であDI'w[)blLIs7DeJ))bJ711Le

Sus･

and

witb

Organics

weight200の壊度匠比例し七浸透圧が上昇し,そ1000(urea. etc.)
Ior)sElectrodialysis

Vo 1tale

All

,

1

typically

Ndnionic

35

andMacro‑mol

iar

ecu

2V/cellpJ‑0(I/化･/a

ることケこなる.･通常それは拡散という現象により戻るのだが,zk中での拡散係数は非常に遅いため,撹搾匠より速

species

pa ir

◎

(》

◎

(ラ

度を速める事が必要となる｡ただ傷つFL!L･(/

ReverseSbLL'1Le

OsmosisWater

tlA2/('rVirtually

Pressure
D ifference

CtHTCL･)I/J･(Ilo

/e?享宇

,

typicallyr,V(I/el･r･･････イ■S(･lnE'/

lOO

au

Sus･

100

pendedandDis･

solvedMaterial

800toのp間を薄くし速い'スピードでミ夜を流すものである.こうすると膜の上面に生.J爪YJll[L･NIZJ'))]bJrlnL'

Water

UltrafiltrationcoPressure

and

Salts

cc,〟,D/i,.

FL･L･dar)a Macromole.

ica Ily

ctユ1es.Variable

lO to

71teJ)Ib/y(JIL･

ps

Gas

Separation

Gasss
Lt,,

F(,L･(I(

Biologicals,Colloids,

Difference,typ,,I(L･,･

100

1を取り除いてくれることになる｡このMembrane･imper‑

回っているo

to

100

10‑15

Gases

meableVaporsandーラン社の平膜モジュール,さら忙電
気透析法で用いられるモジュ‑ルも薄

@

atm

R'((i

例えば連夜透用モジュー

ルと.して代表的な,スパイラル型(別名のり巻き塾)早,DDS杜の円板塾
平膜モS}■ユ‑ル,あるいは,ローヌプ

Co)LCL･JILr＋J/(AH!t,JJL[))‑(me

じる速度勾配カ;,膜面KL̲たまったもの

種類に属するモシュールが最も多く出

cutoffs

Differen?e,

g(lS

50

rriolecularweightiPressure

andVapors

きやすい廟のことだから,撹拝するのにもー工夫が必要となる｡

L
こ一番考え･やすいモジュールとしては;.薄層流塾がある｡これは,膜と膜

psi

LIF

のうち水が通らなくなるということになる.そこで膜面上忙たまった塩を,本流の方‑戻す事が必要になり,そのための工夫が辛ジュールに組み込まれC()JL(:i,)Lh･(I(etoるが,海水から真水を取ると膜面上匠埴が残る.この塩を放っ.ておくと,堤molecular>

あり,その工夫された･ものをモジューる場合,もう一つ重要な事柄を考慮す

Material

Weight取扱いが容易な格好に仕上げる必要がルとよんでいるo膜をモジュール化す

Variablep

cutoffs
Dialysis

モジュール.

膜は薄く'破れる可能性があるため,

層流型である｡
UseofL membranes
release devices atain苧19C!ro4e?i.sestimatedmoreth血L$

100血illion

at

S.10

arlnually.

and irl COntrOlled‑a. Lonsdale

mi11ionSource: H.

次紅,流路が円管状のモジュールと
I/て,I.チエ‑ブラー型があるo̲これは

第3表
Table

チ･ユ丁ブの中を乱流状7諒FL‑させ,その各種の膜の構造と機能
3

Structure

andStructure
PorousUrlCbarged
Me皿bran

･† I

l

e

Non

乱涜のかきまぜ作用を利用して,膜面

ftユnCtion of rnernbrarleS4)
Usage
MicrofMechani1tration

Sieve

.

UltTafiltration↓

Re∇eTSe

OsmosisPorousBarrier(for wrapp■ing)

PorousFiltration

Ul traf iItratiop

withmater･ials andsoltlteS

membranesolvents

SolutionDifftlSion

Sieve

J

and

Filtration＋

Exclusion

Donnan† ･宝fvley,ssies｡sm｡sis

ー塾とよんで区別しているoor

最後に少し変わったモジュ‑ルとして中空糸塑とよはれるものがある｡これは髪の毛くらいの太さの中空糸の外側から内側へ水を透過させるものであるから,膜面上へのたまりが,大きな間琴となる.但し他のモジュ‑/t'型式

cha;g&de‑bra°e
Non

皿m￠前後の細いものを,キャピラリ†

Affinity

Dialysis

匠たまったものを除去しようp2:するものであるo
特むこチューブの内径が1

ism

J藁gn?;?e.yb,:an,ee‑:roarne
PorousElectrolysis

DonnanJ

E芙ChlSionと比較すると,単位体積当りの膜面横が最大であり,コンパク十にまと亘っているととが,大きな特徴である｡

Vol.A 29No.

1 (1985/3)

神鋼プア･ウドラー技報

いる｡その他,アニオン交換膜だけを便?た電気透析装置

3.膜分･離技術

により,オVンジジュースからクエン酸を除去することも可能である｡

3.1.■ 精密辞退法l

人工軌こ最初に便t'れた膜は,セルロイドから作られた

3.4.逆浸透法

こT･ロセ/レロ‑スを材料としたコロジオン膜である.性能があまり良くなく･,実験室レベ)i,での使用に限られてい逆浸透法は最初海水淡水化を目標として登場したもので1952年に原理としての投棄があり, 1960年には膜が

ある｡

たo

その後,Zsigmondyが酢酸セ)I,ロースとニトロセルロ
Sartrius社から発売されースを混ぜたものから膜を作り,あらわれ,

1970年代からは実用化むこ入り,急速忙成長してるよう紅なったo第二次世界大戦後,東国がこの技術を基 いる｡しかしながら当初の目標であった海水淡水化ではな(特K電子工業用の超純水
く,きれいな水を造るプラン†にして細菌兵器対策のため,水中の細菌分析用虹橋密う戸過製造プランll)で広く使用されているo膜を開発し,現在Millipore社がその技術を受け継いでいTexas

struments杜であり,それ以前の複雑なプロセスが大幅

Nucleporeノ膜やCelgard膜のよう匠,製法紅特に簡略化され,逆浸透装置t.仕上げのプロセスだけで良いln‑

る.このように精密炉過膜は水中の細菌の分析には,なくてはならないものとなっているo
その他新しい精密炉過膜として,徴を持つものや,.

･最初にこの分野で逆浸透法を採用したのは,という結果レこなり‑,当然の結果として,超純水製造コスT.
も大幅な低下を見ることとなった｡現在では,半導体製造

GoreJrex膜のよう中こ,水ははじくが蒸気ほ通すといJ5.･性質を利鳳して;･レイ･ン≠一代応用され業の設備投資額の数%が超純水製造7oランllに向けられてる膿も出現したoいずれVLせよ精密炉過膜は,ふるい効果いると推定されている｡それ忙対して中近東での海水淡水によって分けるものであり,最近では滅菌炉過法として食品工業や製薬工業で使われている｡,
3.L2こ 透析法

軒･芸諾･K言,u諾≡三t5冨芸孟孟蒜雷が実用化o)面で先行しているのは,

1861年GraIlamは,人工膜を使って稜々の水溶液の膜
透過英験を行ない,膜を透過したものをクリスタロイド,
透過しなかったものをコロイドと区別した｡その後この透析プロセスは,潰度差だけで物の移動をさせるため,非常に速度の遅いプロセスであり工業化は進まなかったo
し最近医療用の分野での血事変透析として脚光を浴びていMS

Fの方は機械の組

み合せ技術であり(ハード塾),逆浸透法の方はCbe血istryが絡むことや,膜そのものの取扱いがむずかしいため,ソ
フト面の開発に時間が必要となったためである｡しかし近年逆浸透法による大型プランT.が採用されており,今年は46,000m3/日のプラン†が運転を開始した.このような大しかる｡モジュールの型式も以前は,薄層流型(コイル型)が主流であったが,現在はホロファイパー型(中空系塾)ヘ型海水淡水化プラントが逆浸透法で順調V‑稼動するならば,今後海水淡水化プランT･は,なだれを打ってMSFか移行しつつある｡現在は,使い捨てで使用するため,市場も巨大なものとなっており,
1981年の日本国内だけでも教ら逆浸透法‑移行すると考える｡中近東での逆浸透法の市場は,現在1,OQO万m8/日の造水量であるが,.それが全て官億円といわれているo
しかし繰り返し使用可能なものになれは,市場は急激VL縮/J＼することVLなる.その他,米国

連夜透法VL置き替わると仮定し,膜の寿命を3′‑5年とす

では人工透析の使用基準が厳しく,年令制限などz)ミあるた

れば,I)プレ‑大による市場規模は,約1,000‑2,000億円/年と計算される｡よって次の市場としてほ,海水淡水化

め,日本でもやがてそのような規制がなされれは,市場V‑
大きな影響がでるであろう｡それで人工透析は,もはや成長が止まったと考えられ,今後はもう少し違ったものを透

限外炉過勤よ夷鹸窒規模では古くから使われていた｡し6:)
bllIL≡警賢覧芸芙笠,a乞う孟?h

過させるような透析膜が開発されるであろう｡
3.3.電気透析法
電気透析の特許は既をこ1800年代忙現われるのだが,工業的に使える膜がなかったため,であろう｡
3.5.限外炉過法

1950年に至るまで実用化はし,彼が独立してAmicoil社を創設してからである.pしかし実用化の段階で,分離された高分子物質が膜面に付着進まなかった｡しかし第二次世界大戦中むこ開発されたイオ

しゲ/レ層を形成するため性能が嘩下するという′大間琴が蒔

ン交換樹脂を,膜忙し.ようとのアイデア■が1950年に実り,実用化への通が開けたo原理的紅は,アニオン交換膜とカ

こり,その解決方法の開発紅10年くらい要しているoチオン交換膜を交互にならべて,通電すると液中のイオンが移動し,その途中で交換膜の特性VLより∴選択分離がなさ

その手法としては,膜ヤこ付帯写せない方韓と,付着したものを除去する方法の2通り‑がある｡.前者の例としては,コロイ
ド物質が帯びている電荷に反発することを狙った荷電膜がれ,洩度?濃い液と薄い液とができるものであるJo.米国であり,後者の例では,･･･'ポr‑ル洗浄のような物理的除去法･

は薄い液の方忙注目し,脱塩装置として便用されたが,早早,薬品を使うて化学的に洗浄する方法がある｡そのため

本では潰い液の方忙注目し,製塩装置として採用されてし',耐薬品性の強い膜や‑,耐熱性のすぐれた膜などの開発もなるo現奄国内では,年間100万tonくらいの食塩を製造し■てされ,現在実用化忙至って■いるo
3.6.ガス分離いるが,食塩の消費量が急KL.増えるわけではないので,この用途は頭打ちとなり,淡水化の方へ向かわぎZ,を得ない

n4:onsallt杜のPrism‑sf!ParatOrとよはれるH2

分離のだが,国内では･かん水が多くないため,さらむこ別の用途

膜があらわれ,ガス分離膜も急速に進んでいる｡今後の用へ向かう必要がある｡実際には,電気透析法の今後の市場途としてほ,石油の三界回収用の超臨界圧抽出法に使用さは,食品工業分野が有望と思われる｡例えば人工母乳製造

れるCO2プラントでは,牛乳中の灰分を除去するのた広く使われてが考えられている｡

神鋼ファウドラー技報

ガスを純化させることに膜分離を適用すること′これもうまく行けば巨大な市場忙なろ
Vol. 29Nb.

1 (1985/3)

うかと考える｡日本では02富化膿の研究が進んでおり,

4.2.

将来の一つの市場と考えられる｡■

21世紀の有人宇宙活動を経済的匠行なうため,スペ‑

4.将来の膜分離応用プJ=セえス･ステーション内で,食糧生産,水再生処理･代謝ガス
処理,緋鯉物処理などを組み合わせた閉鎖環境内における4.1.将来の膜分離技術

完全リサイク)t'システムの研究開発が行なわれようとして逆浸透膜VL関しては,超薄膜化が進み膜材質の選択の暗が広がり,r新しい用途が開けてくると考えられる｡特に有いるo機物水溶液の分離回収の分野での発展が期待される｡通産省の来年度の大型プロジェクトのアクアルネサンスの中で

Life

CELSS
ここで御紹介する(Closed Ecological
Systemの略称)は,米国のNASAに対して日本側のプロポーザルとして提出しているものであSupportCELSSモジュールの概要が理解さ膜が主役と考えられており,これに適当な膿も今後必ず開る｡第1図を見れば,発されるものと確信している.さらにパーベーパレーショれる.このモジュールは,ンなどの熱と膜の絡んだプロセスが実用化に入ってくると思われる｡変わった膜として液体膜とよばれるものがある

宇宙船であり,内部ほ人工的に0.1G‑0.3Gの重力揚が作が,現在は希土類の分離用として盛んに研究されており,マ

太陽光から勲電素子R=より電気エネ/レギ‑を作り,それを使って人間の排継物から肥料を回収し藻を栽培するs,ス

ALgae

I

cultivationequipment

Mo7dfo?7 ng
TV/ VTIf

Rotating

テムである｡1そわ藻はCO2を02に戻すガスリサイクルの役割を果たし,さmanagementWork

nlroller

/av

bench
l

1.a

ll
Sio r[lgeSlo?･a9e

l ▲J

Sho

mal

とすることもできる.第2図P'fL̲は,rec)･cleBl'oreactore彪cte rial

l'OtaLillg

facility

環処理され,横縞水ば廃水処理システ
Enviro7Vnentcoldrol system

CIptical fl'ber

ムへ送られ,そとで尿等の汚水と共にEbmp

限外辞退処理,さらに連夜透処理のFungusSolutioll

cHllivaEor

Filter㌔

calh6

cultivato

級,電気分解を施しガス状のE2と02

lank

を燃焼させ飲料水を得ようとするシス

Pump

,i

G lo uebox

テムである.･塩分の方はどのよう忙処理するのが良いのか検討中であるが,Fllsh breeding

equ砂ment

CIElture solution
supply tank

一応いまの所蒸留操作の後,湿式酸化法による廃棄物処理システムの方へ送C.E.LS.S.モジュール概鶴
Generalviewof C.E.L.S.S.

ることを考えている｡

moduleSolid

22/min㊨ROlSi)il,a

Waste

Urine

lB 1/M.d

Erpiratl'on

12 i/M. d

S7wuJer
Waste
water
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RO
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(3.5 ud)
Nacl,

Urea

ゝ
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[S7wwerj

C>

%

局

Vol･

29

No.

Ch;idation

Nacl,

‑

第2囲

水再生システムフローチャ‑I(日本側提案)

Fig･.'2

Flow

1(1985/3)

1.5qdSJ)1'ralq)

Wetof waterreusesystemOthersOddaiion

‑

t/F
5/

1 j'/batch

Wate7二Wet

0.5 dd

batch

20dM･

lLILlt占r

chartの一つのリサクイクS/ステム

である水再生s/ステムの7ローを示すo先ずジャア丁用水は連夜適法で循

血teク2Sible
bed

I

CELSS

ferme ,dor

10er

@
Fig.

Gas

i Valてt(7nRefrl'gerator

syste桝

ら紅直接人間の食糧ともなり,また小動物のえさとして間接的に人間の食糧〜

coldroller

Sl.mallclean

Gお,'ecycle

第1国

A trlocksystemMo nitoring
TV can2era

Facilityは50m岳の耕作面積を有し,

Dwlt.TI私lefacil劫,co

4m卓×10mLの大きさの一つのPlantation

られるo

ンガンノジュールの最終処理R=利用しようと考えている.

㊨

Cl江一SS1

1/a(by Japan)

神鋼ファウドラー技報

2〃♂

Fl(el

Cell

H2
ElectroO=,

lysITs.ぎゝ責嘗Thermoelectric

Mom

byane

regeneraior

ド‑‑
.

Waste
‑Water
in

DC

‑⊥

｢

14Tasteuh2ter
heat excha7qer

Hollowme

Multiblethermo electn'c

Power

heat

uder

∂αJ

∫ I

Co ndenser

L

i

I
伽duct

TVasteatent

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Hea

fiber
mb71ane

L

;

I

+

water

1‑

第3国
Fig.

第3図は,

水再生s/ステムフロ‑チャ‑
3

Flow

chart

of

water

retlSe

･

イ‑

I‑

釦

I. (NASA提案)(by NASA)

System

NASA側から提案されている水再生システ

む

5.

す

び

ムである.この提案Iでは,サーモ･パ‑ベーパレ‑S'ヨy(Thermo‑Pervaporation)が中心となってS/ステムが構成

膜分離法全般にわたり,原理及び歴史的背景から現在の問題点まで概観したo
さらに将来の動向についても若干言されてし.､る.先ず汚水が系内で回収される熱エネ/レギ一に及したが,本文が膜研究開発に携わっておられる方々の御参考になれは望外の喜びであり,益々膜分離技術の発展をより加温され,Membrane

Evaporatorの部分で多孔質膜を介して真空吸引され,水が蒸気となって膜を透過するも期待するものである｡のである｡

普通の蒸発と異なり,膜を介して蒸発するため細菌やピド/レス類が全く通らず,きれいな水が得られるr.さらK:慕気はコ3'プレッサー紅より再圧縮され,コンデンサ‑部分で凝縮するてとR=なり,その時の凝縮熱は熱交換器で原液を加温することに使われるものであるo
この技術はコンタ〔参考文献〕
γol. 421)大矢晴彦;化学工学,
It
K.
Lonsdale:Membratle
J.
2)
News,
Nov.
3) J. L. Fox: C&E(1978), P. 4弧
Sci.‑, vol. 10(1982),
8(1982), P. 7.

P.

81.

4)木村尚史:物質の分離と分析,上,大木･田中席,現代化学
11,(1979),岩波書店

ミがないという利点を有しており,注射用水や医療用水への応用が期待される｡

軒,I

神鋼ファウドラー技報

Vol. 29No.

1(1985/3)

化エ機事業部310年のあゆみ
30

昭和29‑39年.(1 954‑1

Yecwi'progressofProくe主s pEquipment[)iyis;on964)

米国ファウドラー社との技術提携忙より,聯神戸製鋼所の放球部から独立し,神鋼ファウドラー㈱となった昭和29
年はデフレケこ終始した年であった.その頃の,化学=業界の動向は経済自立政策に基づく基:幹産業の設備近代化,塞業構造の高度化の必要性が叫はれ,有機合成化学工業の振興が焦眉の課題であったため,合成樹脂,合成ゴム,合成織維,医薬品,農薬など各種工業の育成策が次々にとられた.

ール製
ンク

昭和30年,米国ファウドラー杜の技術指導K:よって進められた東洋一を誇る大型1号焼成炉が完成したoそして,その年,当社グラスチ‑/レ機器の高品質,高耐食性が,食@品,医薬,化学エ業界に認められ,製薬会社より大量のグ(写真1)ラスチ‑)I,機器を受注することができた.
この年は,第一次合成樹脂工業育成5カ年計画が決定され,また,東京で開催された第1回国際見本市忙,当社グラスチ‑)I,機器を出品したこともあって,翌年昭和31年VL
は大量のグラスチール製塩化ビニール重合機を受注した｡
また,ピールの大幅な生産増加も行われ,ど‑)I,タンク紅
グラスチールが採用され,大型ピー)i,タンク125基を受注
した｡

(写真2)

化学工業界においては,この頃から本格的な石神化学時
代に突入する｡塩化ピニ■‑ル,ポリエチレン,ポ.)プロピ
レン,ポ1)スチ二レン,合成ゴム,.合成紙維などの生産量が伸び,各種ビターミン,新農薬,'合成調味料などが開発され,技術革新が次々と行われ,昭和31年後半からほ,いわ･ゆる,高度成長の時代VL入る｡この分野忙,.当社の高品質で高耐食性のグラスチール機器ばかりでなく,ステンレス,

ステンレスクラッド,チタン,タンタルなど耐食金属磯器
が反応機,重合機,反応塔,醇槽として,数多く採用され
た.I

静

(写真3)

昭和34年紅はソ連から初めてグラスチT‑ル機器約100基の大量受注忙成功した｡翌昭和35年紅はモスクワ日本産業
見本市Fこグラスチー/I,機器を出品し,その後,昭和44年まで

写真
Photo

3

チタ3/製反応塔3

Titanium

column

昭和33年R:本格的に販売され,昭和36年･には夢の繊維として脚光をあびたボーリブロビレン繊維が登場した,それ‑こ伴って当社も国内および海外からも多くのポリプロピレン重合機を受注した｡
国内では,Jビ‑)i,,清酒の需要が伸び,ど‑ル,清酒業
界各社は活発な生産活動に入った.昭和36年,当社はグラスチ‑)i,製大型ビ‑,)i,タンク7･00基を一括受注したこ一方
清酒の方は,'昭和37′‑38年匠,当社の18,000eクラスの貯酒タンクが数多く採風草れた｡

牢年大量のグラスチール機器を受注し∴10年間で約6,000(写真4).,

基を輸出した｡
織維工業界ではナイロン■vL次いで,ポ.)エステル織維が

pllOtO4

18,000e

昭和38年米国A･
写真,1

製薬会社で清躍す畠当社のブラヌ≠J)レ製反応機

P･hotoI Glasteel reactors
workirlg
Pharmaceuticalplant.
･

Vol.A 29 No.

1(1985/8)

Successfully

ihthe

Gla岳teel SAモくE tahks

0スミス社と鼓術提携し,スミス式薄膜蒸留装置の製造,販売を開始した｡■下部挿入撹拝磯付重合磯を開発し
昭和39年,当社は,た.これは重合磯,･反応機のスケ‑ルアップのニ‑ズに応神鋼フア･ウドラー技報

えるべく,効果的な撹拝,伝熱及び,保守･保全の省力化

塗料業界R:おいても油性塗料から合成樹月旨塗料を中中に生産量が大幅VLイ申ぴ,この年むこ西独のカンツラ‑社より技術導入した恵磁誘導加熱反応装置ほ,ア)I,キッド樹脂を*,bを図?たもので,この種の重合機は各種合成樹月旨製造用(写真5)として,その後,数多く採用された｡とした塗料製造7ウラン一に数多く採用された.

昭和42年,当社の重合機製造技術が評価され二石油学会
より技術進歩賞を受賞した｡
当社は,創立当初から反応機,重合磯の専門メーカ‑を目ぎして撹拝技術FLN着目し,研究を重ねてきたo幾多の研究琴験と多様な製作経験を通じて,大型化のニ‑ズに対応
するベくスケールアッ7o技術を確立した｡その後も引続
普,ガス吸収,伝熱,高粘度撹拝など幅広い範囲匠わたっ
5

写真50,000βグラス
チ丁ル製下部挿

入鑑拝横付軍合P!10tO.
.*% 5.

て研蹟を続けており,特忙重合機,反応機の撹拝について
は,ユ‑ザーより第一人者としての評価を得ている.
この昭和42年,.テレビは一家CEl一台時代が到来した.石
油化学製品を素材とする洗濯機,掃除機,冷蔵庫などの家
電製品や雑貨,包装類が一般家庭忙浸透し,また,マイカ

JL.

50,000e＼､:,.GIA岳teel

pol ymer izer
bottoⅡlーの普及なども重なって,素材としての7oラスチックの特性が改めて注目され,その使用量は飛躍的匠増大したoenterlng

agitator

昭和40,‑4■9年(1 965′‑1 974)
創立10周年を迎えた昭和39年は,東京オリンピック,新幹線開通の年で,その翌年の昭和40年は,不況色が強まり,
倒産企業力ミ続出し,国内景気は極度R:沈滞していたが,当軒,

昭和45年における我国化学工業界は,相次ぐ新技術の採with用と設嘩の大型化R:よって,米国ケこ次ぐ世界第2位の地位を占めるまでに至った.この間,拡大したのは,汎用プラスチック,合成ゴム,合成織維,化学肥料,苛性ソ‑ダ,
メタノ‑)I,,硫酸など,大量生産,大量販売の大型製品が主体であった｡
この昭和45年を肢点として,従来の石油化学を中心とする高度成長の基調は変わり,いわゆる構造不況に入る.昭社はこの年,ソ連から約2,000基のグラスチ‑′t,機器の受注K:成功しl,,国内の受注不振をカバーすることができたo

昭和4:1年ウキは政府の財政績櫨簾もあって,景気は順調紅回復していった.昭和42年には,エチレン新増設基準が年i,規模紅引き上げられ,エチ
産10万一ンから一挙に30万†
レンセンタ‑会社を中心に,一斉に30万T.ンを目指して,
誘導品,■副原料を含む体制を整え,大型設備が次々に増設されていった｡当社はこうした情況の中で石油化学琴界へ
は各種合成樹脂用大型重合機,グラスチ‑ル機器を,合成
繊維業界↑は,ナイ占ン,ポ1)エステル,アク1)ルニ†t)

和46年,公害防止規制が強化され,当社は廃液熱分解装置

を,米国プレンコ杜より技術導入し,昭和48年匠はメッキのクローズドシステム化のためのメッキ液回収装置,空気準浄装置｢エアー･ワッジャー+の開発を行い,贋境汚染防止のニ‑ズに対応したc
昭和46年8月のニクソン･S'ヨツク,円の切り上けご,
年には13年ぶりの:塩ビ不況カルテルK:続く生産調整,輸出

47カ)I,チ/レが実施されたo化学工業界R:おいては,大型製品

ル用重合機,大型コニカル･ドライヤー･ブレンダーを,毎年150‑200基製作,納入した｡
(写真6)

掛

写真

7

■ステンレスクラッ
写真
PIIOtO6
6

29,00deステンレスクラッド鋼製･ド製15m2薄膜

コニカルドライヤー･ブレンダー

蒸留装置

29,000β

Stainlessconical

dryer

clad

Photo

steel

15m2

■blender7stainlessclad steel wiped
film evaporator

昭和4=1年,当社は,ポリエチレン用として,我国最大のス
テンレス･クテッド鋼製80,000e重合機を製作しているo
8

神鋼ファウ･ドヲ‑技報

Vol. 29No.

1(1985/8)

の行き詰り,原料面から,石油化学における未利用留分の規模が活用可能な経済単位R:なってきたことなどで,昭和45

昭和48年の寛一次石油s/ヨツク,

49年春の総需要抑制政

年不況を契機vL多くの化学工業各社は一斉VL̲ファインケミ

貸などによって,いわゆる世顔的同時不軌.減速経済時代

カル分野への進出を始めた｡医琴,農薬,塗料,接着剤,に入る.

香料,触媒,エンジニ711)ング･プラスチックの各分野で作業の合理化やメンテナンスの省力化もー段と強まって新製品の開発,新会社の設立が行われた｡
ファインケミカルの分野においても,当社のグラスチ‑)i,,ステンレス,チタン,カ‑ベンダ‑,ニッケ/レ材による各種プロセス機器が採用され,とりわけ当社の薄膜式蒸いく中で,当社もア7クーサービスを充実さ1せるため,昭和50年,神鋼7アウドラ‑･サービス(秩)を設立し,納入
機器の保守,点検などのアフタrサ‑ビスの強化,巡回サ留装置は,精製,濃縮,脱色,/脱臭,脱ガスなどの振作をービスの実施,メンテナンス∴セミナーの開催などを行い当社のサービス体制を整えた｡

必要とする食品,医薬品,化学工業のプロセスに幅広く採

昭和50年,当社は特にステンレス鋼の表面仕上法とし用されたこ(写真7)昭和45年から54年にいたる10年間でて,米国エレクトログロー杜より電撃研摩技術を導入し,みると約200基の薄膜蒸留装置を納入している｡この間,
グラスチール製薄膜蒸留装置を開発し,10m2クラスのも重合棟,反応磯および各種部品に施工した｡のを西独, BASF社ヘ納入している｡
昭和45年頃から我国化学工業界は,国際化時代を迎える｡技術水準の向上,設備の大型化クこよる国際競争力,より有利な資源立地への指向,発展途上国の要請などを背景

瀞

昭和50‑59年(1975‑1984)

昭和51年に大型重合磯,反応機専用ケこ最新設備を整えた
新大型工場を播磨R:建設したo建設後,
プoヲンt.エンジニア.)ング会社がソ連,ポ‑ランド,:r韓国,ブラジル,イランなど大型の石油化学プラントを成約したのVL伴い,当社の大型重合機の受注が数多く決まり,新工場｢播磨工場+(写真10)

がその威力を発揮した｡
レこ,対外直接投資が急速ケこ増大して,技癖輸出,プラ′t
輸出が全世界的忙拡大していっ･た｡
当社も,印度,台湾,韓国,中国,チェコ,/I,‑マニア,ポ‑ランド,メキシコなどに,ポ1)プロピレン,ポ1)

エチレン,塩化ビニ‑/i,を*,bとする合成樹脂や合成ゴム(写真8)の各種重合磯を活発忙輸出した.

写真8‑メキS'コ向け1写0!OPOe:iテンレスクラッド鋼製重合磯Photo
8 ､120,000e
Stdiplさ昌s七l司d′steel.
p61yぬerizefl･for. Mexico.
また,陀滞日49年vLは,晶,食品など,液体･

写真10

̀国際時物流合理化を見越;し.,イヒ学
Photo160,000Bステンレスクラッド
鋼製重合機
10

160,000e

steel
stain11e寧､占Iad

L液化がス専用タンクj:＋il･ナの技術
polymerjz古rs:

導入を行い,･製造を開始した｡以来現在まセに約3001台の受注を得た｡ (写真9)昭和50年レこ本社工場がASME｢U+スタン7cを二取得したのKL.続いて,昭和52年この播磨工場も同スタンプを取得

し,名実共に当社の品質保証体制が世界的転認められたことになり,国札国外共紅革社製畠忙対する￣大きな信頼を得ることとなった,これを物語る､･bのニとして,昭和56年当社は世界最高度の製作仕様と晶衷管理を要求する米国エクソン社から大型重合機6台の受掛車成功し,同社テキサス州ベイタウン工場に納入したoL

昭和52年に当社は,より高品質,∴高耐食性をもつ,ニューグラス♯3100,メゾンデシ7J‑ズの採用,グランドシ
写真

9

液化ガス用タンクコンテナ

Photo

9･

Type

‑)1,,メカニカ)I/シー)i,･のイ‑ジ‑

IMO‑Ⅴ型
IMO‑V

Talnk

Containerforliquified gas･メンテナンス化,スタンダード品のスT.ック生産システムなどを盛り込んだ,
グラスチ‑ル磯器のニュ‑･ネタンダードについての化
工機セミナーを全国的に実施した.そしIT,昭和58年に

Vol.

29

No.

1

(1985/a)

神鋼ファウドラー技報

属の溶接技術を生かし,昭和57年忙原子力機暑昏=場を本社工場内に建設し,原子力関連機器の製造を開始するとともに,.当社固有の電解研摩技術を生かし,.放射性金属廃棄物を対象･とする電解除染システムの技術開発を進めたo
当社は化学工業界,医薬品,食品業界K=数多くのプロセス機器(撹群,混合,反応,乾燥,蒸留,蒸発,分離など)を納入してきたが,その経験と技術の効果的な組み合
わせによって,プランT.のエンジニア.リ.ングおよび建設を行な?ている｡そり始まりは昭和36年からであり,昭和50

年以後はファインケミカ/Y忙おける.より･精密な化学反応,
高温の反応,高真空の蒸留などを伴うスペシァルティケミ
カルの分野で多くの実績をも.つにいたっているo

写真11(写真13)

20,000JeステンVス製｢SVミキサ⊥+

PI10tOll

20,000β
mixer

stainless steel powder
ttSV MⅨERH

は,より高耐食で,衝撃に強い結晶化グラス｢ヌーセライ†8000+や丁200oCに･耐える庵低温用グラスを発表t/た.
ここ10年間の粉体事業の発展には,

bl'ぎましいもの.Pミあり,エンジニアリング･セラミ.ック,新金属,磁性材料など新素材が続々と登場している｡食品業界,‑一般化学=業界においても,こう.した粉粒体関連の素材の混合,分級,粉砕,造粒,乾燥のニーズが高ま?ている｡

写真13
Photo

モノクロール酢酸プラント
13

Monochloroacetic

acid plant

現在注目を集めているバイオケ･ミカ/レの分野は,有望な当社も粉粒体処理分野忙進出するベく,昭和55年にはオ
ランダ,フリーコ杜との.円錐混合機の技術提携を行い,輿造販売を開始しf='.引き続き,強制撹押型保証ふるい分伊機の技術導入･昭和56年忙ほ.スエ1コ社の瀕動ふるい機,･二顔

未来産業の一つとして,石油業界,層薬品業界,食品業界/当社=も従来の各企業がこそ?七研究開発を進めていJ8.那;.
から苧が咋てい早発酵槽申製件韓術,∴昭承5!嘩の発酵プロ
セス.コンI I‑)(㌢*p.fム,
L7J<jlロIp≠セ?享;L3,.･十の開発
T=

動ミ,I/の輸入販売,昭和58年紅はスイス(Dブリ十車社の･超どを戯言かりに.,∴)1,ヾイオケミネ1レヘの進由め
微粉砕機｢コポ‑′レ･主′L,+の輸入野売を開軌痴休閑連 出したo(写真14).
機器の製品群を整え,新分野の受注拡大を図った.

A(写真ll, 12)また,ステ̀ンレス,ジ′レコニウムなどの高耐食金

写J#141

写真12
phふto 12

超微粉砕機｢コポール･ミル+
Submicron･gritldirlgmi11"JβCPBALL･MILL

100e発酵プロセスパイロブ†プチγ1‑

Photo

14

現在,

21世紀KL‑向って,新エネ)I/ギ‑,新素材,

100eFermentation

ppilot plantA/ヾイオ,エレク1.ロニクスなどが中Jb‑こなって技術革新が胎動しており,当社もこの30年の技術の蓄積をもと匠;さらに新技術開発に挑戦し,こうしたノ＼イテク時代に則した専門

メ‑カ‑としての役割を果してい･きたいと願ってい息｡

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29 No.

1 (I985/3)

近,の.

･最

技･p術

..･焼･p畢I Reくen†FJ'rfng.

T占chni‑d'LJ.eS‑L
化エ機事業部 生産技荷重
桑原晴.彦壬壬ar血iko Euwal1ara

Onth6′,oc占a?ioLnLDlf･■tb占30thof the,armiversary
this is to introduce
firingtechniques'･
ourglass

ourcompany,

1.2.ハンドリング

創立30周年忙あたり,当社のグラスライニングの焼成技術の一端を紹介するofotmding･'J超大型のタンクであるた申,缶体の運救亀pハ3,

Fl]ン

グが困難であり,小廻り◆がきかないゐで前後を別々紅製

1..超大型タンクの焼成技術J

缶,成型し;

通常のグラスライニyグ(以下GILと呼ぷ)は世界最大のGL前に一体化きせる方法をとる.
成

電気炉および1980年に新設した同型の短気炉により焼成さ1.3.焼れるが,これを.超える超大型のぞンクはこの両炉を下ッキ

1.3.1.吊り方法

ング.して,一つの炉K=すること忙よって焼成きれる｡その焼第1国のよう紅変形紅対して比較申強度のある鏡のナッ

成可能な大きさほ第1表牢示す通り4m￠x20mLである｡
炉柳まいずれもセラミックファイバーを使用しているた

机炉匠装入するo吊治具はすベて耐熱鋼を使用しな仕れ

め,レ3'ガ炉と比べ蓄熱が不要であり,昇温スピ‑ドが早ばならない.炉匠装入後,タンクほ宙吊りの状態で焼成す

く小さなタイムラグで正確な温度±ン†ロールができ,均ること中こなる.

クルR部忙落下防止用の治具を付け,焼成角チェーンをか

1.3.2.:力昨焼成

一な焼成が可能な.うえ,省エネ/レギ一重焼成炉でもあるo
1.1.炉のドッ羊.>グ
第1図でわかるよう紅,新設炉は移動可能な構造で;節

軍兵物を加平で焼成するため,タング紅クワミが生じると共に其円度が大き1(変形するおそれが参るo時に貯蔵用

後忙移動できるよう紅なっており,超大型タンクを焼成す

タyクのよう忙常圧使用のものは板厚も薄く,この傾向は著しいoクワミの防止については後述するo
其円度の変形ほタンク内を加る時のみ炉をFッキングさせ一つの炉とするQ
第pl表..炉の能力
1

T&ble

Furnace項

圧して焼成するこ主紅よって防capacity

止する｡即ち,内面は全面GL

目l電気炉)新設炉憎静合体(mrn)

4, 0004, 000

きれているため歪防止用治具はD･4, 000

取付けられない｡したがってタb]

ンク内を血圧するととにより缶壁を支えるユニ‑クな方法を採

(帆)

HまたはL

10, 500

10, 500

20, 000

(ton)

25

25

25

(m3)

130

130

250

用している｡
まずタンクに付いている各ノズ)I,,マンホールを盲忙し,

密閉状鰻すると共に第2由に示

ちすような加圧装置をセッ†するo

この装置は密閉されたタン

小一｢ト.ムニ･‑‑てl,,lふ l;lh

ll

rl

lJl
nLLIJ⊥H[(

L̲̲.....̲̲..

1

｢=±‑｢
I+̲̲̲̲̲̲+‑(:.).L乍ヒ===望TL?:.:.:
I::L':.も､･‑J＼･'･!l:I.‑ちてY･三･:.L;'ミ113;こ:〜L
＋4､■

I:).1

■̲I

I.･l

t■‑･￣ヽ'1■p,.A̲̲･モーこ.J̲〜:･･で.:￣.‑.L'こ･∵ここエーl/I.{tJL(:rこ?･J=.I..i･‑/!.:}J:I.'÷s'･JL{:.f.

･ミ･:::{さ:■1'･'‑･ニ■･ご‑'こテミごご'･1･･.1/.I/11'I･∴･:
I.Mat･.20.000

l･.ヽ‑I.I,1Newe[ectrL'cflmlaCe

1.ミElectn'cjio71aCe::::.
ヽl

I‑I.I

第1国
Fig.

Vol.

炉の合体
1

Two

29 No.

ftmacecornect

1.(1985/a)

神鋼ファウドラー技報

13

クが加熱されることK=よって高くなる内圧を調整する排気用パイプと内圧藍視用パイプがある.炉R:も同様の配管がされており,タンクを炉に装入後それぞれを接続し,缶内
圧力,炉内温度との関係等につき集中コントロー/レできる
ようVLなっている.
密閉状態のタンクを炉に癖入し加熱を開始すると,ポイ)I,‑シャJL,)i,の法則忙従ってタンクの内圧が上昇し,加圧状態になる.タンク内圧と其円度の関係ほ第3園忙示すようVt̲,焼成中一定の内圧以上に保持すれば,完全に近い其

円度で焼成することができる｡ただし,其円度を廃持するために必要以上の高い内圧をかけることはタンク全体の歪量を増すことVLなり好ましくない.従って其円度を保つためには必要最少限の内圧に止めることが肝要であり,最適

写真1

な内圧はタンクの直径及び使用板厚によって決まり,当社

Photo.

またタンクを
では実験的忙この値を確かめ決定しているo
加圧しながら焼成することはノズル,マンホールの開口部

また,中央部忙支持を増やした3点支持法もあるが3,弓を800oCを超える温度で完全忙シー)I/するこ.とが必要であ8号炉で焼成された大型タンク
I

Large

beer

tank

flred at No.8

furnaceのt,ベ)I/調整が困難であるし,たとえ常温でレベル詞重責

り非常vL困難な問題であるが,これらについても独自の方したとしても温度上昇時の熱膨張等により,このレベ/I,(≡
くるってしま,I/､,部分的vL大きな荷重がかかることにも7:法を開発し,最大600mm申のマンホ‑)I/を持つ3p.5m卓×19mLの超大型タンクをK社,
S社向けに数百本製作し納り危険であるIo

そこでタワミについては焼成毎vL吊位置を180o変えることで許容値内になるよう焼成するo第5園忙焼成温度とj入した実績がある.写真1は超大塾タンクの焼成状況を示したものである｡
1.3.3̲

タワミの防止タンク内への加圧焼成は真円度を保つためには大きな効果を発揮するが,第4図忙示すようにクワミの防止にはあまり効果のないことがわかる｡

ワミの変化量の一例を示す｡
焼成回数が増加すると焼成1回当りのタワミ量が急激むこ減少していくが,これは焼成回数が増加するケまど焼成温Bを下げているためであり,焼成による歪量の温度によるセ
存度の大きさがわかる｡

I
第3園

Flel･1'ble]10Se!

l

I

Y･

Ftt7･)2([Ce2(,(7/I

表

内圧と真円の昏
係

i

芸呈
>
.隻

Fig.

of
internal pressur

Gく
＼ー

∠ノ′

3

Relationi【≒q=1)71cmoI♪7'eSSLL7･e(kg/ cnリーーーーーー‑ androundness

＼占ゝ

i
三

O

第4国
内圧とクワミ￠
関係

o
O

:ミf

.≡

こ.5
早ト＼
i

O
()

o

Fig.

=

L

Relation

盲･ '{
し

L.

＼..̲.

しF]c.rt･b[e.7zoseofinternal.Se ;i.
≡
亡く z=
l

4

Lo

and

pressureJ7'[e7')tutl'''e‑fS'Lre (kg/cnf)一deflection

2.特殊焼成技術
ll,Iml]10[e

第6図は鋼とグラスの熱膨張曲線である｡

To以下ほクラスの圧縮領域である｡
GL製品が加熱されToを超すとグラスの引張領域となるo
この時点で製品の板厚差,付磨部品,焼成用治具の取付および温度の不均一な上昇によりアンバランスな応力カきかかり,グラスにクラックが発生づ
第2囲
Fig.

14

加圧装置
2

Pressuresystemること忙なる.さらに温度が上昇しT2(軟化点)を超すとグラスは流動し始め,クラック部を覆うこと忙なるo

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

29

No.

1

こ巧

(1985/8二

にも,時間的にも特殊な技術を要し,非常なコストア･ツ.=
FLなるoヘヤーラインはGLの厚み,特殊焼成技術以外￠
施=技術によってもカバーできるため,通常の缶体は経覇性を考え,従来通りの焼成方法で十分である.したが‑第5匡l
焼成温度とタワ

･B
b

竜

ミの関係

､旨

Fig･. 5･B

Relationoffiring temp.

q良;Fl',7'Tlg
temp.

(℃)

リブ十がある占1.特殊な形状であるため,これまでGLめ施=が不7:
能であった機器
2.使用条件が非常に赦しい機器
3.

deflectiorl

and

‑‑ー

て,この特殊焼成技術の適用は堺のような場合VL大きな)GLの厚みを極端R:薄くして,卑おかつ耐食性を誘いレベルで保持しなければならない機器

これらの機器R:適用することで,特別の使用条件をク..
ヤーし,省エネルギ‑など時代の要請K1も応えうること2
可能となった｡
例えば次K=あげる各種横着引こ特殊焼成技術を適用し,喜
Steel

(

作を可能としている｡
2.1.

A%
×

第6国
グラスと鋼の熱
膨張曲線

盟

†Gll;

Fig.

To

T2 ‑一｢Oc.TL)

6

GL製WFE

GL製のWFEは,1)

GL後の其円度,真直度およびフランジ面の平行Bを高精度紅保つ

2)グラス厚みを可能な限り薄く均一化し,グラス面弓Tb erma1

expansion.

cふve 16f glass
atld ;teel

ノーピi,ホー)I,転仕上げ考ことが必要となり,上記条件を満足華ゃ声ために特殊尭
硬技術で行うo2二.2. GL製半割jイル;7ヤケット

半郵コイjt,ジャケッ†付dL製反応機は特殊廟成技術Z
絶対条件となる.即ち胴部FL‑ある半割コイル部は二重壁Fi

Firingtem♪.

なっているため,通常の焼成ではその部分が不均一な温B上昇となり,局部的な熱応力が発生してGL施工が非常む;

Tl

困費臣である.また胴部の変形が大きく,満足するGL製占

†To

第丁国
昇温カーブ

Temp.

Fig.

7

Fifirlg
te皿p
→

t¶re

era

Time

が得られないo
特殊焼成技術を採用することにより上記問題点を解チj
し,GLを完全なものとしている｡,
当社では50M3の反応磯まで製作可能であり,1977年;
り製造して,本体板厚の減少,省エネ/レギーといった点｢(写真2)
好評を得ている｡

状態を‑ヤ‑ラインと呼び,冷却後肉眼で筋として見えるものである｡焼成が完了し冷却が開始されると上記の逆の現象vLなり,極端な熱応力の差がある場合,引張領域でグ
ラス紅クラックが残ること紅なるo但ん通常の空冷ではグ
ラスはこの引蛋り応力に耐えるためクラックは発生しない｡

このような熱応力のアンバラγスをなくし,ヘヤーライ
ン,クラックの発生を防止する焼成方法が特殊焼成技術である..即ち,第7図のように引張領域になるToまで普通の焼成を行い,その後軟化点以上になりグラスが流動する温度(Tl)の間を,昇温による不均一な応力のかからない理論的な焼成を行うことで,グラスに不均一な応力が発生するのを防止する.また,冷却忙あたっても不均一な応

力が残らないよう注意することが必要であ右.

･均一な加熱,冷却を行うことは缶体の変形防止にも効果がある.
しカこしToITl間を理想的な焼成を行うため̲には設備的
VoZ.

29

No.

1

(1985/3)

写真2

GL製半割コイルジャケット(右端)Photo･2

flalf pip.e coil jacketed reactor

神鋼ファウドラー技報(Right side)d77‑Lre)･

SW妙e
｢

＼

＼
I/4r

lr

J4PT

Gasket第9囲I

スーパーサイトグラス.
Fig.
Fz'n bable

9

Super

第8国
クライカ‑ロックsite

gl assアジテ‑グー
Fig. 8
Cryo
CT)･O

廿

r∝k

agltatOr
rock

1‑=｢

i*

GgibLor

2.3.グラスの表面処理(特許)1‑ヨーグラスの表面処理とpほグラス表面のNaイオンをAgイ

GL少ipe甘

オンと置換し,大幅に耐食性を向上させる方法であり,漢ヒこの表面処理はグラス面‑のポ.)マ‑付着の防止,洗聴P7･oceSS Puid

生の向上に大いに寄与しているo

第10国

多管式熱交換器

この表面処理も特殊焼成技術を行うことで,はじめて可拒になり･,開発されて以来100基以上の反応機に施工し,Fig.

Multittlbular

2.4.トリータ一口‑ル‑メ‑ロ‑)I/はコロナ放電を利用Lたフイルム処理

こ使用されるもので,当社の特徴である耐食機器以外に便召される製昂である｡

2)従来の覗ガラスは初期クラックが入ると,瞬時紅全したがって満足するロ‑)i,を製作するためには特殊焼死技術が大し､に役立っているoi.部分補修技術
撹拝巽軸頭部や･巽部のGL剥離,ピンホー/レはコンパ
グT･な炉を利用し,局部的なGL施=を行う土とができ

面破壊につながるが,このタイプは初期クラックが発生しても表面のみで,全面破壊紅至り難い
3)ボ)I,t締付荷重は外輪のGL
1)ング忙作用するため,フランジの片締めによる破損が少ない
等があるo なお,組立図を第9園に示す

5o但し実の付根は形状が複雑で熱応力の分布も均一にな

5.3.

らないため現時点ではむつかしい｡

GL製多管式敷交換器

内面GLの多管式熱交換器は第10国に示すよう紅,

(特許)

GL

されたパイプを管板忙取付けた後,管板および管板‑パイ

当社のインサーレヾイブは,パイプ両端のフランジ面付
巨をGL施工した後,インサ‑†を行なっており,インサ

プ接合部をGL施工したものである｡したがってプロセス
流体に対し耐食,耐付着牲が優れているo‑ト焼成中のフランジ部分に特別のエ天をしてフランジ面
たで同時にライニγグが行える構造であり,またフランジ両の密着強度が優れているので,通常のGL製品と同等の重度がある｡この施工法を採用したパイプほ4年の使用案
貢があり,現在まで順調忙使用されているo

i.凄･合
技 術
5･1∴,.クライオロックアジテーター(特許)=L撹拝巽はインベラーを標準としており,

exchanger

1)覗ガラス全体に均一な圧縮応力が加えられていることで,耐圧,耐衝撃性が強い

5o

インサートパイ.jp

heat

water

いガラスをGL製1)ングに溶融はめ込みし,覗ガラス全体に均一で高い圧縮応力を与えた完全蛍イヒガラスである.
主な特徴としてこのGL製ロ‑/レは電気的樽陸を有すると共にロ‑)I,に由りがなく,かつグラス厚みが均一であることが条件とな

L

Cooling

5.2.新型醜窓(スーパーサイトグラス)
新型覗窓(スーパーサイトグラス)は,頚化されていな]io1)マーの付着防止に効果を発揮している.

ト1)

10

I

む

6.

す

び

以上当社の焼成技術を総花的に記載しただけに止まるが,30年忙わたる焼成技術の蓄積とマイコンを使用し製造設備のメカtロ化を果たした新設炉で,今まで製作が困耗であったGL機器を容易に製作可能とし,ユ‑ザ‑のあらゆるニ‑ズV‑応えうる｢技術の神鋼ファウドラ･‑+の一端を紹介した｡

L15とんどのも

Dは軸と巽とほ一体であるo
クライオ､FTッ.クアジテ‑メ‑ほ軸と巽を別々忙GL加工
し1fcものを第8国のように,巽のみを缶体内忙入れyt冷しはわPで組み立てるものであるo
翼の形状は特殊な4=枚ター
ビン翼となっており,全面GL施工となっている｡このよう>i:特殊な構造の撹拝巽をGLで製作するため忙は高度の煉瓦技術と共に,グラスの癖械加工技術が大変重要となるo｢β

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No..

1

(1985/8)

表埠

申

ChcJrC(CIeristic

理Surfc[ceofとTreclfed

特Mel･crl畔G]cfSScJnd

化工機事巣部

製品開発室
高橋:治Hamji. Takaha.shi

This

paper

chemicaloutlinescomposition

thefundamentalcharacteristics
andmechanical

such

as

physicalproperties･

of■electropolisbed

properties

司

steel

stainlesssurfaces.
It

also,

exchanged;

introduces
glass

corrosion

resistanceandphysical

本稿は電解研磨表面の物性,化学成分,機械的性質等のofasilverion

1.2.原理基礎特性を概略する｡

電解研磨は金属面の凹凸を平滑匠する平滑化と光沢化がまた銀イオン女摸したガラス表面の耐食性,物性をも紹介するo瀞

properties

surface.

並行して生起するといわれるが二し･阜の機構の理論化はまだ確立されていない3)4)｡しかし現象として次の事が観察される.一般に第1図の回路において,電圧を漸次上昇させ

ま当宗を芸抽烹学工業,医薬品工業,食品工業等の金属製反応機,貯槽,並びに配管類の内外面ケこ表面処理を施エてゆくと,しだいに陽極からは酸素ガスがまた陰極からは水素ガスが発生する｡これむこともなって流れる電流忙も変している｡表面処理の目的は1)美観の向上
働態化皮膜の形成による耐食性の向上

研磨物や電解液の違いによって変化するので電解特性曲線2)均⊥な不3)内容液の付着性
またほ内容物の除去洗浄性の向上等であり,商品価防止化がみられ第2図のような曲線が得られる｡この曲線は被と呼ばれる.この曲線のABでは電圧の上昇ととも､むこ金属

値を高めること‑こある.採用している表面処理方法としての溶出がおこり,(1)パフ研磨(2)酸洗研磨(3)電解研磨等がある｡一方グラ

えされており,スチ‑ル機器のグラス面の耐水性向上並びに合成観月旨等の製造時,内容物ポ1)マーのグラス面付着防止を目的に特殊

CDでは金属の溶出と不働態化がくりか

DEでは酸素の発生の増加とあいまって金属の溶出がおこる領域である｡これらの領域の中で電解研磨が適しているのはCDであるが,一般に右の方‑ずれて
CDE填まで研磨が可能である.また電解研磨において金表面処理を行なっている｡処理方法として,グラス中のア
ルカリイオンをAgイオンで置換する,いわゆるイオン交
換処理方法を自社で開発し,グラスチ‑ル機器R:採用してAgl'hdori.
LL.=q)t5

いる｡今回はこれらの表面処理の中から,当社の特長であ

＋

Therm

〟

増

o me由r

るステンレス鋼の電解研磨並び匠グラスの表面処理(イオ静ン交換処理)を取り上げる｡ステンレス鋼の電解研磨1)グ
ラスの表面処理2).については本誌でも過去に記述したが,近年の調査結果や明らかになりつつある表面組成の変化等

噂

ELectro [yte

Q

唱

Am

堰

meter

Q

栄

可

8

1′

を追加した｡ここでは処理方法の特長,原理,性能および適用機器等について簡単に紹介する｡
十1.

ステンレス鋼の電解研磨

1.1.

#*&

RectzjTl'er
A

ベ/レT.研磨,パフ研磨等の磯城研磨は金属の被研磨面を

第1国
Fig.

切削または塑性変形させ平滑化や光沢化をはかるのVL対し

C

電解研磨の電気回路
1

Circuit ofelectropolishingて,電解研磨は電解液中で被研磨面を電気化学的方轟により,平滑化と光沢化を同掛こ梅る方法である｡したがって電解研磨の主な長所としては1)細かな凹凸を除く能力がすぐれている2)複雑な形状のものでも比較的容易WL̲研磨

第2国

できる

3)研磨面に加工歪が生じない
4)研磨面に均一な酸化皮膜が生じやすいため耐食性の向上が期待できる
5)

ど

形状によっては量産化も比較的容易である!

電解特性曲線eL)

等を挙げるこ

Fig.
刀

C

D

可

とができるo2)熱処理,加工形状によって研磨紅難易の差が生ずる

3)圧延傷,打ち儲,粂痕等は研磨されにくい

4)ブローホニル,.非金属介在物,微小ワレ等は研磨V‑よって顕在化する

5)ピットが生じやすい

Vol.

No..1

29

(I985/3)

isticof electrolysIS,

これ忙対して短所としてモま1)設備費がかかる

2

Character

Voltageof eleclro[ys&(Ⅴ)

等が挙げられる｡

神鋼ファウドラ十技報

J7

Eleci7101yte

augen

第1表￣

Ⅹ線による残留応力測定

Table

ResultsIof measured

Residual
SurfaceLayertreatment

liquid♯150

29.

Dbb7'butio♯150十E P2)

5♯320♯320＋AC♯320＋E P

電解研磨の機構
3

Mechanism‑〔NOTES〕

of electropolishing

属表帝の平滑化?機構については諸説があるが,次の説が2) Electro

6

ll.8

ー39. 1

6.8

ー63. 51

122.5

polishing

測定結果を第1表に示す.
#150および♯320パフの場合,パ7目WL̲平行な方向で引摂有力で卒る5).

､息3図に示すように陽極面(被研磨物)は

1) Pickling

to

‑19.5

7.5

‑

At 90obuffing

‑43.7

9,6

Meh2l

(kg/mm2)‑40.

♯150＋ACl)

‑10.

Rよy

6

*
of clm'ent

Fig.

stressX

Parallel ill linewith buffingofviscous

第3国

bystressresidual

gas

電解開始まもなく溶解した金属イオンを多量に含む粘性のの残留応力を示し,パフの砥粒が小さくなるFL̲したがいそ

大きな液層でおおわれるo金属表面の凹部は凸部に比べて溶出金属イオンの粘性液から電解液中への拡散速度が遅くの値は小さくなくなる傾向を示す｡またパフ研磨したものをさら甘こ酸洗あるいは電解研磨すると表面層が無応力状態

なり,流れる電流も小さい｡そのため凹部より凸部の溶解速度は速くなり,しだいR=金属表面は平滑化するといわで除去されるため中こ残留応力は減少する.特に電解研磨は表面層を厚く除去するために表面は全て圧縮応力になってれる｡

いる｡これらの残留圧縮応力は応力腐食割れや,疲れ強さ
等に良い影響を与える大きな因子である.

1.3.性能1.3.3.研磨面のぬれ性
固体表面ケこある原子や分子は原子価力あるいは分子価力

1.3.1.研磨面の金属組成変化

ステンレス鋼の表面には100Å以下のきわめて薄い不働態化皮膜が存在する｡
Fe118Cr‑8Ni鋼の場合不働態化が定常状態に達している時はこの不働態化皮膜6)中の･Fe,Cr,が飽和していないから内部の原子や分子に比べて余分のエ

Niの存在形態は次のようにいわれているo

るとエネ/レギーを少しでも小さくするような現象がおこ

FeはFe208あるいはα‑rFeOOHなどのFeと同じ酸化状態(Fe8')にあり, CrはCr20.3のCrと同じ酸化状態(Cr3')にあり,
NiはNi(OH)2中のNiと同じ状態(Ni2')むこある｡かつ不ネ/レギ‑をもっている.それゆえ固体表面に液体が接触する｡この現象が"ぬれ といわれる｡当社でほ電解研磨面が各種液媒体忙対してどのようなぬれ性を持っているかを調査したo

働態化皮膜が酸化物と水酸化物からなる多層皮膜,あるいぬれ性は接触角測定器を用いて,′

グ1)

研磨表面に縮れ

はMOOHで表わされるオキジ酸化物の単層皮膜であるときれている｡また鳥岡,丹羽7)はSロS304ステンレス鋼

セリンおよびスチレンモノマー等を接触させた場合の接触角を第2表に示す.
SUS304とSUS316とではSUSをェメリー研磨した後,硫酸‑リン酸‑グリセリンよりな

304の方が大きな接触角を示す傾向にあるが,いずれの鋼種もパフ研磨に比べて電解研磨の接触角は/トさくなる.こる電解液を用いて電解を行ない研磨面の表面状態を電子回
折により調べて,非晶質酸化皮膜を確認し,その酸化膜ほ鉄に対してCr含有量の多いr‑(FeCr)203であると推定

れらのことが研磨表面にポ.リマーが付着する度合や付着物

第2表
Table

接触角測定結果(測定時の温度28oC)
2

Resultof meastlred

contact(28oC)(Unit‑Degree)

angle

多くなり耐食性をもつ紅いたるとしている｡一方当社でもCorL(act

オージェ電子分光法とイオンスパッタ法を併用し厚さ方向

angle

St】rface

SUSの組成分布を漸定し,316材等で電解研磨面の皮膜
中のCr壊度が増加している事を確認している｡

SUS

treatment

笠

1.3.2.研磨面の残留応力
パフ研磨等の機械的研磨方法は金属表面に塑性変形を加える.ことによって,所期の目的を達するため,表面に残留応

316a(mp写x…劃聖!inelms.tny.I;eer[F￣悪:erlG･yce司msotny:emneer

3.8

115. 5104. 533. 3

3.3

109. 5105. 5

32. 2

2.0

74. 1

68. 2

ll.0

1.9

48. 3

46.0

15. 5

‡320

1.8

112.2

102. 8

43. 3

1.3

90.0

91.5

34.7

1.0

80. 2

75. 7

16. 5

0. 9'

55. 0

52. 5

13.0

0.9

91.6

93. 8

32. 5

0,8

79. 0

78. 1

27. 3

0.8

80. 6

63. 7

13.2

0.8

67. 0

61.7

12.8

0.9

7.0

15.0

糾00＋E
GL

P

tJn&bl8zn8BSur｡

･

SUS

[

#150＋EP

雛oo

ス鋼SロS
304に種々の表面処理を行ない.その表面の残留応力をⅩ線応力測定法により測定した｡
Ⅹ線応力測定法の

304

#150

.#320iEP

力が発生する｡そこで当社ではオ‑ステナイ十系ステンレの回折条件に基づくものでⅩ繰回折により結晶面間隔を測定し,それが無応力状態とどの程度変化〔NOTES〕

1) Unable

tomeastdebeca.use solventstO

1)

difftlSedtooqtlicklyorl

Surfaceof glass.

しているかにより表面に存在する応力(表面から10〃程度

1二3.4.1研磨前後の表面状況
電解研磨は機械研磨忙比べて金属表面の大きな凹凸を除の探さまで存在する応力の平均値)を求めるものである｡

去する効率ケこ劣る.したがって要求される表面仕上を得る
l

18

り､

の除去洗浄に影響を与えるものと考えられる｡

している.すなわち合金中の鉄はより多く電解液中忙溶解
し,表面は鉄含有量が少なく,逆忙クロムやニッケル量が原理はBRAGG

87I

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29

No.

1

(1985/8)

倍長くなる｡このことは1)電解研磨を施した表面層はクロムおよびニッケ/レの環縮が機械研磨表面層に比べて高い2)電解研磨表面層の皮膜は機械研磨の皮膜より撤密である
×1000(SEM)

写真1♯320磯城研磨面
Photo.

1♯320 Mecb皿ical
polish早d surface

等のことが考えられる｡

1.4.2.付着性
金属表面に関するポ1)マー付着の研究は古くから行われている｡たとえば塩化ビニ‑ルポl)マーが重合機内面ケこ付
着する場合の要因として次の事項が挙げられる｡
1)重合機の材質や表面状況
2)モノマ‑や触媒の種類
3)撹錘条件等である｡現在のところ,金属の材質については,系統的な整理は十分匠行われていないが,ポリマー付着の少ない金属として銀,黄銅,モネル,クロム',ニッケル等があり,
逆紅付着しやすいものとして,軟鋼,プラチナ,マグネs/
ウム等がある9)｡また表面状態も重要な因子であり,特■に×1000(S

EM)

2L
写真
電解研磨面
Photo.

JE瀞

2

平滑度の影響が大きいことも知られている.当社で実施し304:に関する
たポl)塩化ビニー)I/の懸濁重合￠濠合SUS
付着テストで.(ま電解研磨は機械研磨仕上よりも付着量が少Electropolisbed

なく,また皮膜除去が容易であった｡一方実用面ではこれ

surface

迄100台以上の納入でこの事実が認められている｡重合機
でのポリマー付着の最大原因は重合機内表面で重合が起こためFL‑電解研磨前K:機械研磨で大きな凹凸を調整することが普通であるoこゐ凹凸を調整した機械研磨面と,これに所定の電解条件を施した時の表面状況を走査型電子顕微鏡で観察した結果の一例を写真1ラスに比べて表面が親油状であるため撹群が聾すぎてモノ2に示す.両者の表面状況に違いがあることがわか考.電解研磨面忙は機械研磨のマ‑滴表面の俸護コロイド膜が破壊されたり,逆R:撹群が弱すぎてモノマ∵が層分離を起こすことによって,塵がモ

砥粒による粂痕は残っているが,ミクロの凹凸が除去されノマーと直接接触しやすい状態C,=なることは好ましくないている｡といわれる9)｡1.4.耐食性

一方当社では,機械研磨ならびVL電解研磨面に対する純
水,グリセリンの滞れ性を接触角測定器で測定し,電解研,

電解研磨表面が耐食性FL̲与える影響について当社の試験磨面の方が機械研磨面より親水性であることを前記のよう結果をもと.K示す.

に把達した.それゆえポリ塩化ビニー/I,き顧濁重合におい1.4.1.応力腐食剤れ
機械研磨ならびに電解研磨を施したS
42%塩化マグネs'ウム溶液中に浸漬し,U

S304の試料を,154oCの沸騰条件下で坪較テネ十を行なった結果を第4図に示す｡電解研磨

感妙ることであり,1)塵がモノマーで滞れる
2)壁面で重合が開始する過程から成り立っている｡またステン,レス鋼はグて,皮膜除去の容易性の点で,電解研磨の方が横根研磨より優れている一因と考えている.
1.5.適用機器類を施した試如よ破壊までの所要時蘭■が機械研磨試料の約4昭和50年より当社製品に電解研磨仕上を適用している主な機器としては,反応磯器,醗酵タンク,注射琴撹拝槽,
As

3()

配管等がある.

'RMec]7,I.nicalPolii/a,1go̲i.70‑giiR‑･･････一Elect7,0‑PolishingA‑△■使用目的としては,

1)缶内洗浄効果の向上2)機械研磨時混入する不純物の除去
3)菌の滞溜減少等が主である｡ ∵方近年原子力関連の機器類の内面または外面に汚染除去,性能向上の目的で電解研磨仕上げが要求されだしてきている｡
r岳 2Q

2.ガラス表面のイオン交換処理

＼
bD
,i

2.1.特長現
亡L)

ガラスにイオン交換性があpることは古くから知られてい(′)

る｡当社ではグラスライニング用ガラスの中に含有されて･10いるナ†リウム(Na十)イオンを銀(Ag十)イオンで置換する方法を開発し採用している｡･イオン交換処理を施工したガ

50100･F)I((cf((]･c･l[‑))(e

第4園
Fig.

Vol.

10.0001.000

29■(測定値は3 ‑5点の平均)
Curve of stress‑fracture timeNo.

1

(1985/3)

1)耐水性が著しく向上 2)ポ.)マー付着
3)機械的ならびに熱的特性は変化しない等であり,短所としてほイオン交換層が薄いことである｡(】tlin)ISUS304材におけ.る卑荷応力‑破断時間曲線
4,ラス面の特長は1防止の効果が向上
2.2.原理通常のケイ酸塩ガラスを構成している正負イオンの結合を考えpると各イ*,yのイオンポテンシャ/レ1O)から021に対神鋼ファウドラー技報19

する陽イオンの結合エネ./レギーはS4＋の10.0,
2.0に対して,Ca2＋の,Na'は1.0と小さく,ガラ女中の網目形成イ
ヽ

オンおよび2価以上の陽イオンは構造中で一定の位置に固定されているが,,Na十だけは02￣との結合が弱くガラスが固化した状態においても熱振動によって一つの空孔から他>･●5の空孔へと容易に移動を行なっている.そのためガラスを高温でAgの塩類と接しておくとガラス中にAgが拡散し

第7図

q)

一

て着色することが知られている｡

処理後のガラス
表面層のNaの嘩/○○Ag■の塩類と粘土とを混

′

点分析

ノ■

′

ぜた泥衆状ペース†をガラス表面K塗布し,高温熱処理し

′

▲

Fig.7

てガラス表面を着色する方法に利用されているoこ?現象
は次式VL‑示す交換現象でありAgイオンはガラス構造を大きく変えることなく,
Naイオンと容易に置換することが認められている｡

Na♯(g)

1

Restllt of100( JL )

Thickness＋ Ag十(S)EPMA'(Na)

400

300

200

‑Na＋(S)＋Ag＋(g)(g:ガラス,
ら:溶融塩)そしてこのAgイオンがNaイオ
Na･の酎位数6,イオン半径ンと蓉易に交換できるのは,o･97Å紅対してAg･の固位数6,イオン半径0.97Åと電

荷ならぴ紅イオン半鐘が等t/く,かつ醗位数々ミ等しいこと
怠･によってし＼るo当社めライニン〆ガヲス組成紅はイオン交'%
換促進成分が含まれて申り,また金属イオン主ガラスヰゐ
Le:

第8園

軒
芸慧慧oA;'芸孟

60 JL

〜

■F･･‑････‑･→

分析

ア!L'カ1)イオンとq)交換は温度が高いほど活発に進み,
200oC以上ではガラス内部のア/レカ1)イオンは熟達動がはげしく第5図11)のようにガラス表面に移動しAgイオンとFig., S

Re岳ult Jof
EPMAの置換が容易に行われる｡一方■このAg‑Naイオン交換

ガラ女表面とその反対側のガラス内部では電子密度匠偏重が生ずるム

Ag＋一1/%Ag望＋＋･t/2Agoすなわち第6囲のよう

0.6

550'c

ぶ 名

soo℃

､､一

東

ガラス表面のNaBO濃度

塁 ぎ 0.4
e

Q

長遥
湧

450'c

Fig.

5

Relatiotl

0.2

2

of glass(hr)を示すと考えられるo一方イオン交換疲術としてほAgのてペースト状とするo
これをガラス表面R:塗布し乾燥後,高温で処理する方法を採用している｡
2.3.̲ 性能
ガラス表面のAg‑Naイオン交換を確認するためにEP
MAによる表面層のNa点分析とAgの線分析を行なった
結果を第7,Of Na20and heatconcentration
treatment
Temp･Time

4
Tz'〃TeのAg原子のようになる｡すなわちNaイオンとイオン交換したAgイオンはガラス表面ではAg金属としての働き

び,これ忙脱ア)i,カ1)作用のある酸化クロムと水とを加え

第5囲
加熱処理温度･時間と

‑〜

･ji

(jL)

塩類でAg含有量が高く,イオン交換量の多いものを選

R:ガラス表面ではAgイオンの左半分は021の影響をう汁,あたかもAg2＋のようになり右半分はあたかも中性

宇ミ

Thickness

Surface

忙中いてガラス中‑入ったAgイオンは0イオンの場の影
響で電子分布密度VL変化がおこるo
その結果次式のようR:(Ag)

8図忙示すo

イオン交換前のNaゐ点分析結果はかなりばらついているが処理後の表面層の脱アルカリ

薮1)の状況を知ることができる｡‑一方Agの拡散状態はNa分布と対照的‑こ表面が密で内部紅向かって減少しており,これらの図からこの処理忙よるAg‑Naイオンの相互置換の様
子を知ることができる｡

siJL＋

si4＋

O

2.4.耐食性
ガラス表面をAg‑Naイオン交換処理したガラス表面の

○

β

第3表

A9＋

Table

re;istanceof treated(Unit‥mm/も)

andrnm/Yr)treated

not

glass

SpecimenGlassA.GlassB≠ondition＼Leeo:上e｡ItreatedEeoatt

第6園
ガラス表面におけるAgヰの
分極

○

Fig.

(∋

Ag2十

20

1Corrosion
surfaces.

0

sa'4＋

表面処理前後pガチスの耐食性(単位:3Ag＋polariz∂tion

Ago

20%HCe,B.P(V.P)

glass

on

surface

0.091

0.011

0.396

0.012

0.068

0.193

0.074

.0.109
0.023

0.010

30%tI2SO4,B.P(L.P)

0.069

0.052

70%■H3PO4,B.P一(LP)■

0.268

0.186

1NNaOH,80oC(L,P)

0.336

0.343

20%HNP3,B･P(VIP)

6treated

H乞0,B.P(V.P)

神鋼7アウtfLラ‑技報.0.726Vol. 29

No.

I

0.719

(1985/8)

第4表

重合液組成および重合条件
4･T8bleCompositionand

Polyme･

VC

:

Water

Speed

rlZatlOn,

PVC

polymprization(PVA) /VC
(%)

0.5

PVA

第5表
Table

5

Con° itionof polypmerlZatlOn

Degree

:

0.5

2.0

ク

//

0.5

O.早

ク

A/

2,000

saponification■

Resultof adhesiorl

PVC

〜
Type

of

Glass

B

Glass

B‑1 (Treated)lining glass

Of treatedglasswith

Test

効果あり,. Glass
Glass

B‑1,

Glass

A‑1

Glass

A

Glass

B‑1

Glass

A

88

撃強度.

̲1亀
12

‑{i

後の差はみいだすことはできなか

result,った｡

B,気液界面に厚く強く付着2.7.適用機器類

約10年繭よりPVCの懸濁なら
乳イヒ重合機のガラス面に表面処理を実施してから今日まで重合機,

B‑1,は付着せす
Glass

効果あり,
Glass

B,気液界面に広く強く付着撹群巽等KL.処理しユーザー各位紅提供させていただいている｡一方

B‑1,はほとんど付着せす
Glass

効果あり,

近年はステンレス製重合機や冷却Aは重合11固より付着傾向,

管にも.グラスライ主ングし,さらにイオンL.交換処理を施し,ポ･リ

界面付近プロヲク状,液面下膜状付着(Treated)

Glass

28

Glass All(Treated)
Glass

A‑1,部分附こ膜状付着,両者付着力差大効果あり,(Treated)

B‑1 (Treated)

マー付着防止ならびにスケール除去洗浄の向上を目的に使用していA,重合11固より付着,界面

ただくケ‑スが増加してきてい

B‑1,重合24回より部分釘付着,付着力JJ＼

効果あり,
23

Glass

付近ブロック状,液面下膜状付着大Glass2)高降伏点鋼をベースメ

Glass甲,気液界面に広く固く付着 びに乳化重合機,またはABSの

効果あり,
Glass

A

のよう忙変化するかを処理前後の試料について,.1)落下球R=よる衝

Ji7■部分的に付着ー 除去容易

〟

Glass

外の機械的ならV:むこ熱的特性がど′グl;;oz:a:teToenl
10

//

400

,%

メ)t'としての引受巨強度および曲げ
強度 3)携り強度
4)耐熱衝撃強度等のテストを行ったが,処理前

表面処理グラスライニングの付着試験結果
test

value

イオン交換処理後のガラスに関する耐食性,ポリマー付着性,以(∫.p.也)7

55′‑60speed.

.

(Hr)

2.5

of polymerization

2.6.その他の特性

agltation

Time

ture

(oC)

蓋i壬……二…
Remark

致している｡

Speedofof
add iもion
add ition Tempera(BPO) /VC(%)

(Ratio)con° iti()nして銀が有効であることとよく一

conditionplof

る｡

Glass､A,重合12回より付着,液面

3.

全面にわたってブロック状,膜状付着,付着力
大,付着順序Glass

A>GIass

B‑1

A‑1≧Glassむ

びす

本稿Fl̲おいて,金属製重合機器
類の表面処理技術の中から■,電解研磨と,グラスライニyグ機器の耐食性を知ることは,ガラス表面KL‑均一なAgイオンが形成されているか否かを確認するため紅重要であるo

そこでガラス表面のイオン交換処理K:ついて,主としで隆能ならびにポ1)マー付着防止等を述べてみた.当社では物体表面処理条件を変えた各稜試料紅つい七耐水テストを行なっに関する分析機器の発達忙ともない両者のデ‑クを補充しその結果ほ試料ごとに程度の差はあるがいずれも処理てゆくとともV‑,新し.い表面処理の検討を進めているoたo

前R:比べて相当の改善がみられ,できたo

J処理数果の有効性が確認
また純永以外の各種の酸およびアノレカt)紅ついて

ユ‑ザ‑各位が重合磯類の表面処理紅ついて選定される際の参考紅なれは幸いであるLo=:

もテストを行なった.第3表はこれらのうち重合機用ガラ
スA,

Bについて処理前後の耐食性姥較を示したものである.この表から耐水性の著しい改善以外に耐酸性匠も若干〔参考文献〕の効果があることを知ることができる.しかし耐アルカリ性には全く効果がないこともわかる.

1) 神鋼ファウドラ‑･ニュ‑スVol.

19

神鋼ファウドヲ‑･ニュ‑スVol･
2) 神鋼ファウドラー･ニュースVoll･

20 No

3,. 4

17No.

3

2.5.付着防止性

イオン交換処理がポ1)マー付帯防止忙有効であるか否かを確認するため紅,当社でi羊公知の処方をもと紅,ポ1)堤化ビニー)i,の輝濁重合テストを行なったo.重合剛ま市販のvCモノマー,蒸留水,.BPO(過酸化ベンゾイル),
A (ポ1)ピテルアルコ‑〟)を用い第4表忙示す重合液組

PV成と重合条件のもとで実験室規模でテ子Tを行な?たo第No

4
紬鋼ファウドラー･ニュ‑スLVol･:L.I7>No.

3) 永山.･日本金属学会会報12
4)(197声)

河原:電気学会論文琴97巻11骨.桁和52‑ll5) J, FDMADSJ, ELECT車oDEP.TECE SOC,:

177) 島圃,丹羽‑･日本金属学会誌VolT
8) 安井ほか:化学工学第7回(1963)

9) 北村:ポリマー付着について(信越化学工業)
10) F.G,No.

1 (1985/･3.)(1952)

秋季要旨集(1973)

イオン交換処理はこのよう.f3:テスT･条件下ではポ1)マ‑付
着防止転有効であることがわかった.このことは前記のVol. 2928

杉本ほか:日本金属学会誌Vol.38 (1973)
6)■5表VL表面処理グラス■の付着テスト結果を示す.ガラスのpvcポリ￣マ一重合紅おいてポリマー付着の少ない金属と

1

ll)

G二

SrnithPhysical:Korまni,i : Surface

Geochemistry,
Properties

1

Akad占miai

神鋼ラァゥドラー.技報

Kiad6

Ad.dison･wesleyofSilicatel Glass(1963)
P81

Budapest(1963)

2I

■拝

撹

柿

技I
Technolo由y

AAixing

化工機事業部 技術部 化工枚設計課
華道
岡本
Okamoto･ ■Yukimicbi
Althougha

mi申ng vesselof operationsl.I
methodthisIn ■sb,. theisamixingof various

chemical

lpaper,■ themlXlngrather simple equ阜pment,it is used for a variety
be defin占d as antechnology
englneering
could

processes

technology

using
mixin写VeSSels･
is outlined
intothroughitsclassification
basic characteristics,
operational
characteris‑

threethat is, flow andcategories,
to chemical
tics, and ･application
processes.
areoperations
also.represented.

Some

our

of

on

researches

mlXlng第1表
反応系の一例鑑桝曹峠埠琴曲簡単な装置であるや.i,それを用いる換作は多様にわたるoそれ故,撹粋技術を,投拝槽を用いる化

Table

I

An

exampleof chemical

reaction

systemReact ion
学7opロ車ネ￠土学手法であると考えることができ■よう占

本稿では,撹拝技術を流動および基礎特性,操作特性,

るo

､

BTD

A

:

/ reactant

B:reactant(organic liquid, slightly soltlble to water)
(gas)

C

:

catalyst(soluble in water,D:

prodtlCt (soluble in water,

また,撹拝に関する当社の研究内容の一部を紹介させていただく｡

1.撹拝技術の位置付け･撹梓槽の計画から設計,製作,運転に至るまでの工程は複雑であり,数多くの技術が介在する｡撹拝技術は,この間の前半において主要な役割をはたす技術であり,製作さ

()､

A＋

そして化学プロセス‑の応用技術の3種に分類して概説す＋ AH(exothermic)

.

Note
･

･

れる装置VL必要な機能と性能を判断し,それを実現するた

Reactionin water

CotltinlユOuS Vessel
ratureandinsollユble toliquid A)

insoluble

toliquid A)

underconstantphase.
type

reactor,tempe･

pressure.

めの基本的な設計を行う段階忙対応する技術であるo
今,第1表に示す反応系忙おいて,製品Dを得ることが2.撹拝技術の分類と現状目的である槽型の連続反応器を考える｡この反応器に必要な機能古事,液Aを水相に分散する鞭液療触,ガスBを水相

第2表紅撹粋技術の分類を示すo
ここでは機械力学的な
動荷重や振動の特性を除外し,化学プロセスとしての機能忙分散する気液接触,反応熱除去の伝熱,そして円滑な連続操作を可能とする混合の4機能である.各機能に必要なに関係する技術を分類しているo本表FL示す通り,蛇群技術k.,流動および基礎特性,操作特性,そして化学プロセ

性能値は反応速度,各物性,物質収支,熱収支ケこより決定スへの応用技術の3項から成る｡流動特性と操作特性は,本来,不可分であり,操作特性は流動特性の一断面を反映される｡この段階がプロセス計画と呼ばれる｡
続いて, Lこれらの要求性能を実現しうる撹拝槽の形状と撹拝仕様を決定する.液液接触,気液接触忙対しては物質

言烹冨警去孟孟三宝b91,o三Z三芳

移動の容量係数kLaを,伝熱に対しては伝熱係数と伝熱量レこ依存する｡応用技術は,面積の横UAを,混合に対しては液液系の分離防止限･これを展開する一般的なステ

ブプ紅分けて示す.このステップの前半ははとんどの化学罪,ガス吹攻防止限界,供給液の滞留時間と循環時間の比.

装置に共通する｡テスT.

Oresia/eci,を目安として撹拝槽の主要な寸法と鍔辞任様を決定する｡この段階が基本設計と呼ばれる｡.
上記の説明の中で,プロセス計画と基本設計は無関係VL

ことR:なるoつまり,･‑流動特性や振作特性に関する知見は道具であり,応用技術はこの道具を使いこなす方法紅あた

見えるが,プロセスの効率という要請がある以上,プロ̀セス計画の磨階で撹拝槽の能力とナロセiめ効率の関係が未･デr‑タの解析以降では,流動特性や換作特性の知見を馬区任して,より適した装置をめざす

るo以下,主要な項目VLついて説明する.
2.1..流動および基礎特性検討で放置されることはありえない｡むしろ,'p具体性めあJ撹拝槽内の流動は層流と乱流に分けられ,この間忙遷移'域がある.すべての贋群特性はこれらq)各領域忙応じて表るプt=.セ子を計画し,その技術評価を行う車めR:L‑Lタ羊,反応系と撹梓槽の能力忙関する広範な知識が必要忙なや.もち示されるべきであるが,現状で㌢ま遷移域の扱いが明確でなろん,既設のプロセスを解析し,改良の可能性を検討する

場合㌢こも,同様のこ.とがいえる｡
このように,撹拝技術を"撹搾槽を使用するプロセスの工学手法 であると位置付けるなら,撹拝技術が撹拝槽のユーザーVLとっても有用な知識であることがおわかりいた
だけよう｡
22

い場合が多い｡‑ 流動および基礎特性の中では動力特性が最も重要である･｡これは,設備動力を決定するという本来の目的のため
でほなくま 動力特性が流動状態を反映する鋭敏な指標となるためであるo
戊群動力に関しては永田ら1,3)の著名な動力式がある｡この式の利点は,理論的背景の撤密さ,適用

神鋼ファウドラー技報

vol. 29 No.

1(1985/3)

第2表
Table

撹拝技術の分類
2

Classificationの報告があり,永田･西川3)の一連の研究は適用範囲が広technologyof mixing

い｡.
固液系の鑑拝では,浮遊化限界(off‑bottom),均一化
MixingTechnology

限界,流動化限界の各特性が重要である｡浮遊化限界は堆積した粒子がなくなる状態を,均一化限界は槽内の粒子濃Flowand Basic
C土IaraCteristies

1.

i) Flow･Pattern1aminar

2.

Operational
CllaraCter isticsi) Mixingand･ii) Featpo∇ernumber,iii) Pllmping
floⅦ･ number･

equivalent
rate

⑳

･

turbulent

･

bead

･

v) Baffle Effectvil Othersなる場合があるの‑こ対し,液液系では分離防止限界と均一化限界の撹拝速度KL̲10%程度の差しかなく,事実上は同じ

･

beat

balanceSIOn･

transfer

fluidization

･

test

mass

iii) Basic

Disper･mixing

size

kLa

I

･

･

･

v) Design

Checktransfer,

mass∀) Gasof

Effic ienc ies

droplet

point

power

は吸引限界を基準とする相関式8)がある.

transfer,

なお,固液系,液液系でも溶解速度や抽出速度が主要な因子となる場合は,気液系と同様kLaを基準VL考える必

decrease

要がある｡
以上で撹搾槽の主要な特性を説明し終えたが,公表されvi) Others

範囲の広さ,および豊富なデ‑タにあるo使用上の注意と

珍

V‑ついて

力による相関式7)が,液面からの吸引V‑よるkLa

旦望･てほ液面からの吸引VL頼る場合もある.それぞれの操作下
限は吹抜限界と吸引限界VLあたる.この操作はほとんどの
場合にガス吸収を目的とするため,実際の撹群条件はガスが望ましい.ガス吹込のkLaについては通気練達と撹搾動

asplration polnt
gas bold‑up
mass

気液系撹拝R:はガス吹込と液面からの吸引vLよる2方式があり,通常はガス吹込が用いられるが,プロセス忙よっ

吸収速度KL̲関する性能値kLaを基準と′して決定すること

I

Dispersion

flooding

固液系,液液系の上記の特性については,永田ら3),大Tweitering5),
Skellandら6)の報告を参照された

山ら4),
い｡

vesselutil ities

SIOn

･

Designdispe一‑ iv) Evaltlation

uniformと見なせる｡

rate

data

transfer

Slob

･

･

｡

suspen‑iv) Liquid･がある｡軽液重液の分離防止限界と均一化限界である｡固液系では浮遊化限界と均一化限界が撹拝速度で2倍程度異balanceuniform･‑についても同様の特性があると考えてよい｡
相互忙不溶の液液系党拝.v‑ついても固液系と類似の特性

reaction kinetics

･

shear

data

property

関する特性であるが,浮上性のスラ1)

mass

off̲bottom(1aminar)Re‑ofqllired Performa‑internals

｡

shear

化する状態を表す｡これちはいずれも沈降性のスラ1)一にii) Decisioniii) Solid Suspensioniv) Shearは巽が完全R:埋没するような沈降粒子層がやや膨張し流動

to

nCe

coil or･

度がほほ一様になる状態を表し,前者は国分操作での,級者は連続操作での撹群条件選定の目安とな.るo流動化限界(see left)

Transferjacket･toOperations

time

d istribution

circulation

･

time

residence･ii) Power･i) Analysis

mlXlng･

en ttl,1rbul

3. Application
Processes

しては層流域で巽と槽またはバッフ/I,とのク7)アランスR:
留意すること,乱流域で巽枚数,バッフル効果,液深,巽
位置の影響に関する適切な補正を考慮することの2点である｡

た報告のみを頼りにこれらの特性を算出する際,障害となる問題は少なくない｡例えば,装置形状や物性の影響が表示されていないとか,流動上遷移域に入っても推定可能かとか,さらには,必要な特性に関する報告自体がないという事態もあり'ぅる.このような場合忙有効な方法は,その特性を支配する現象と流動状態の関係を考えることであ吐出特性に関しては種々のデ‑タが発表されているが,るoこの関係から求める特直の申開式が直ちV‑規定できる

これを統一して表現することは難しいようである｡
努断特性VLつし.1ては幾つかの定義がある｡よく用いられ場合もあり,あるいは,類似の現象ケこおいて他の特性と撹る特性は,層流時VL̲非ニュートン流体での動力を算出する
際の装置定数として規定される平均勢断速度と,乱流時VLとも可能である｡実際,混合時間,伝熱係数および溶解,
抽出,ガス吸収などの物質移動中こ関する操作特性の相開式

群条件の関係が明確にされているなら,それを利用するこ巽近傍の撹拝状態を表現する舌L流勇断速度頭である｡後者は上記P観点から一般化されたものが多いo1このような方は過剰髭拝を防止する必要のある操作,例えば,･担持触媒やラテックスの撹拝で有効な指標となる｡
2.2.操作特性
混合時間それ自体が重要である操作は希であり,例えば粘度比がきわめて大きい2液の混合のような特殊な操作に限られるoむしろ混合時間の相対的な変化によって操作法はテスト･デ‑クの解析忙も有効である.
2.3.プロセスへの応用
前章に示した反応例を再び扱うことVLし,ここでは実機での反応実績がないという前提をとる｡既FL‑反応プロセスを各琴作忙分解する手順は前章に示したo
ビIカ‑スケー)i,での実験忙より反応速度上の特性が解Bの2次の合成反応と製品Dや装置の問題点を評価する場合が多い.乱流時.o混合時間

明され,この反応が原料A,の推定にほ山本2)の研究が役立つ.
伝熱特性紅関しては,その実用面での必要度から,多くの1次の分解反応から成る平衡反応であ?たとするo〔B〕*,反応速度定数kl,
Bの水相ヘの飽和溶解度〔A〕*,

Vol.

29

No.

1

(1985/8)

神鋼ファウドヲ‑技報

A,

28

第3表

反応プロセスの解析

Table

3

Rate

analysis of reaction

1･' Reaction

in water

rate

2.0

process

phase
1

た2

A＋B言==±DEm

た1⊂Bトkl(D⊃普‑k2CA〕
Mass

2.

transfer

Operational

kL
kL

aaL⊂B⊃*‑⊂B〕)

act

7,equirled〜‑I‑‑‑CLl

言S
Q

characteristic宇A(agitating conditions,func.

of feedrelatedA

rates

feed rate

properties.

̲lS
も〉alld water)(agitatirlgCOnditions,Overal.I reactiorl rateMassbalance equations

related

ユ.0

I

A
栄

aLL

Point

I

＼
＼

､

ヽ

O.5

kB⊂A〕⊂B⊃十kl(D⊃

‑

∠聖竺ー

‑‑:
＼

‑恩‑o
kL

[e]･all.'reqLLiredG

properties,

be sol▼ed

to

/

I

B)

of gas普‑如kI･ (⊂A⊃*‑〔AD)
普‑￠w

kL

､

range

ratio

4.

ヽ､Ii

Oz,e7･a bleaLL(〔A〕*‑〔A〕)

kL aLL‑func.
hL aGEL‑

ヽ
ヽ
1.5

rate

普‑ ￠w
普‑￠w
3･

ilo12
ulsljTl‑ca/＼<ilooding＼aaL〔B〕*‑〔B〕)‑k2⊂A〕〔B〕＋kl〔D].

り､:

ーー

̲J型̲=oeresid0.5

i.0

普‑k2〔A⊃〔Bトム1〔D]‑盈‑o

1.5

2.0

Vessel did.

Sollltion

4.0〔D〕‑func. (〔A〕林,〔B〕*,kl, kB, ereSid, ￠w kLaLL,￣4･w
kL
5.

Heat
Q

6.

enthalpy‑Effluenceenthalpy‑驚慧･AH･FeedNote1) PreventI.

e,esid,requiredkLaLL,
kLaGんUA:

decidedliqtlid Afrom

short

heat

transferpassing

area,

capacity coefficient of‑Q : heat, i: time, AT:transter

第1国

分散の可能操作域と設計点

Fig･. 1

Operable

range

and

designpoint

for dispersions

第3表は上記の関係を反応工学の手法によって表現した
above

ある運転条件で反応させれは,生産量(製品濃度〔D〕)がem111sification,

tipper

どれだけになるかを承める方向で解かれているが,実際にis givenは所定の反応を遂行するのに必要な反応容積(e,esia),蛋置性能(kL aLL, kL aGL, U4)および供給速度の相互関係を

of water

phase

feed

表すo

Nomenclatt∬e
A:

0.3

例である.この解析の流れほ,滞留時間e,esiaの反応器を

limit of k}.aLL

4) No

0.5

Vessel height

dispersion2) Uniformof liquid A3) No flooding of gas B
7.

1,0

aGL)

balance=UAAT
Perfomace

2,0

A: reaction

rate

kLa

constant,:transfer, AH:
reaction heat,
U: heattemperature
difference,mass:
Ⅴ: effective reactor
coefficient,vol1皿e,如′fraction Of water:meanerosiaphase,
residencevoll皿etime, ⊂ ⊃: concerltration,
1iquid, LL : liquid‑liquid⊂ コ*: solubility,

gaS‑

GL:

この解析により上記の反応の律遠因子が,反応;落雷･K芸言芝墓誌芸芸冨芸芸告芸なる.さらにべンチ･テストとの照合,計画プロセスの操

作性や経済性の評価を通じて反応プロセスの仕様一反応
容積,供給量,各要酔性能値‑が固められる｡.
次いで反応器の基本設計が行われる.要求仕様から各操.
作の難易を判断し,撹押槽の形式を絞る｡例えば,通気量k2の温度特性から収率を考慮した反応温度と圧力が設定される｡.

次紅,反応条件が規定されたとすれば,反応速度と生産が多く比較的高いガス吸収性離の要求に着目してタービン
責と板バッフルの組み合わせとする｡槽径と槽高の比を変えて各分散性能と撹粋動力の関係を求めると,第1囲のよ量から物質収支が組め同時VL̲反応容積が決まるo一連綬換作

うな換作可能域と設計点を得るo各分散性能の推定誤差,の定常反応系ではAの溶解速度とBの吸収速度は反速速度

他の要求性能,換作の柔軟性,製作上の検討などを考慮し忙等しいから,反応条件におけるA,

梅のkLaキLとガス分散におけるBの吸収操作のkLaGLがて,必要なら,槽径と槽高,鏡拝動力の選定値を変更する｡こうして決められた製作仕壊案忙ついて,再度,各操作特性を求め操作上の問題がないことを確認する｡さら匠

決まる｡これらの装置性能は,撹群条件だけでなく,溶解反応器まわりを含むプロセス全体の劾率を評価し,改善のでは液Aの存在比,ガス吸収ではガスBの供給量にも依存

余地の有無を確認する｡

Bの水相壊度〔A〕,〔B〕と飽和溶解度の差から,液液分散忙お叶.るAの溶解操

以上がプロセスへの応用の概略である｡現実の反応は必する｡したがって,実際の操作条件は液AやガスBの循環利用に対する経済評価をも含めて決定される｡
B4

ずしも上記の例のように解析できるわけでほない.先の例
l

神鋼ファウドラー技報

Vol. 29No,

1(1985/8)

で本当に必要なことは,第1図のような操作可能域が存在す声というイメ‑ジを描くことであ.り,この操作可能域の

with

q)

Q]

1

中の操作により適した設計点を決める上で重要な因子が何scra?er‑････‑

‑

‑‑･･

‑･i

‑･

‑･･････‑

であるかを判断すること∴ごある｡'それが判断できれは,本当に必要な情報を適切な契験紅よって確認することも可能

･e

瓦

by

である.要はボイン†となる操作について,設計しようとする装置が必要かつ充分な機能を持つことを確かめれはよ

宅(Na9ahz et. at.3)

Heat

̲■‑

blanSfer
ribbon＼いのである｡もちろん,この間,絶えず推定という作業が入るので,推定誤差を正当に評価し,その範囲内の性能変も〉動忙対応可能な柔軟性を持たせることも必要になる.

喝
Power

君

なお,先の例を詳細に検討すれば,プロセス計画と反応o器の設計を切り離して扱うことが不合簸であることVL気付

Ribbon● Screw

かれるほずである｡これは,第3表で総括の反応速度を扱10‑25った式が装置性能項を含む点によって端的匠示されるoつ
まり,装置性能が決まらなけれは運転条件が決定できない

Fig.

2

件,装置条件は同時に決定されるはずであり,かつ,無限

幹

10￣l

Effectsof impeller.wall

cleiraTICe On

power

and

heat

transfer＼＼
冨琵豊富霊芝?L冨?､≡慧芸是志孟芝芸忘雲量;票芸霊芝慧I./m'th.
100

′r

l

Rib bowヽJる｡このような手法による決定が最適化設計と呼ばれる｡

本章では流動および基礎特性と操作特性に関する実験研;%Tnl,eJ:‑‑ttF;:i:':＼､‑虹̲〜̲̲̲̲

tu

究の内容を主として紹介する｡

.薫10
&
〜

一tヽl

喜

3.1.流動および基嘩特性
1)高粘度翼のクリアランス
高粘度液の撹拝では巽と塵のクリアランスの小さな巽を使用することが多い｡第2囲は‑リカル･

＼

くら
買

3.当社研究内容の紹介

1＼､l)ボン巽とスク

1)ユ‑異について動力定数(Np･Re)とクT)アランスの関係を調べた結果であるoク1)アランスがある値以下FLNなると

＼

/｢

ヽ

∫

確･､＼ミ

動力畢数の増加がなくなる｡永田ら3)の伝熱実験の結果も号lo＼ゝ

比較してあるが,スクレーパーの有無による差異から伝熱

で凸

‑

＼

トQ

＼

S

についても同じ懐向があると考えられる.

顎栄2)遷移域の撹拝層沫用あるいは乱流用の巽カ亨遷移域での撹拝紅対しどの

夢

5

動力および伝熱に対する巽と壁のクT)アランスの影響

第2図ということ匠なる.見方を変えれば,反応条件,運転条

2

Vessel did. (‑∫/clearance

恵

‑そoj'

ヽー

†

1

こ
ー

局

ーー

慧芸霊芸這霊芝宅課wfa認諾,孟Ti'設冨慧;巽, )i,‑プ襲(ゲー†巽の変形),ファウドラー巽中こついて,動力数Npと混合時間nOを測定した結果である.

10
ne

第3国

い｡本図の中ではゲー†襲の一種であるループ繋が遷移域

Fig.

での撹搾に比較的適する｡

102
Reが急激忙変化する.Re域での操作は難しいと考えた方がよ

Baj3J7es

10'l

103

(‑]

遷移域の動力数と混合時間
3

Po町er

tlumberandmixingtime

in transition

regionを判断する目安として,動力と液深の関係を繭ベる方法が

3)盲L流翼の動力･吐出特性比較
乱流撹掛こは多様な鑑群巽が用いられるo

一‑‑㌔

き

ある｡液深の増加による顕著な動力増大が認められる間は‑これらの巽を使いわける上で基本になる特性は動力数と吐出流量係数の比Np/Ngである.第4図は種々の乱流巽ケこついてNp/Nq

Lの相互関係を調べた結果であるo債斜巽や後埠巽は撹群動

■動力増大債向が極端バップルを追加して差し支えないが,R:弱まる時点でのバッフル追加は混合に悪影響を及ぼすo
上記の方法は間接的ケこ液面近辺の撹押流動の強さを判断していること紅なる｡当社の多段翼ゐ動力推算式はこの考力を吐出循環動力として利用する効率を高めるのに有効でえ方を応用したも.のである｡多段巽撹群での補助翼の動力ある.ただし,これが実際の操作の動力効率向上紅結び付

はその巽が単独で消費する動力とは大幅に異なる場合が多い.両者の動力の比を動力有効度trとする｡次Fこ,着目す

くか否かは,既報9)に示したように別途検討を要するo4)バッフル効果と多段翼の動力推定

乱洗撹群での流動はバッ7ルの存在に対し敏感であ為oバッ.フ/t'白餅こ流れを制御する機能があり操附こよってほ過剰なバップ)l,が有害R:なることもある.バッフ)I,の過剰Vol. ･29 No.

1(1985/8)

る補助翼による撹押流動の強さと主巽紅よる髭押流動の強さとの比を∂とすると,第5園紅示すよう忙,
rと∂の闇

vL強い相関があるoこの相関関係を図の曲線で近似すれば∂からrが推定できるo

神鋼フ･7ウドラ‑技報∂は個々の巽の動力と液深の関係
25Reh,eat

angle

[deg)

60

2.0

30

Settled slur7ツIayer＋ RetreatedDiscturbine＼1.0/

fucked0/0.5
Curved■■･ヽlllirbiプ7e

し･‑J

ぎ

disc.
l､｢

7y:
Sluu,igl‑zlead,e,

§

3

＼
ヽ一ミ.

く

2

Brt･Emagill
Al･ial

Water

bJ)

#d

0.

lミ
q)

el

/￣￣

Pow

impellerQ

盲P?･opeller

￣1:

/

;ミ

I,addle

o･

/

拐

/

0.0

60

/

90

第4図
Fig･

a77gle[deg}･Np/Nqof various

Chat,ge 60 Z
Slur7y 20uol

0.02

各種乱流翼のNp/Nq4

第6国
高濃度スラ1)

/

.30
PiEch

第5図
補助襲の動力有効度と撹押流動

l
し･､

〉ヽ

.i

の強さの比との
相関

.ミ
■§
●
●

畠

氏

Fig.

●

5

●

Correlation

●
●
●

of

power

availabi‑lity and agita･

1

2

5

L4gzIIab171g enel.gy

10
l･ah'o.

20
6

(‑)

100

‑

の流動化トルクFig.

6

torqtle

100

I 200

tlng

500

high‑

Of

c.ncentrati.n
Slurryspeed (1U M]

伴ない,沈降粒子層,流動層,そして流体としての挙動を示す｡第6図は,流動化の前後での撹拝速度と抜群ト/レクの関係を測定した結果であり,明瞭なヒステ1)ジスが認められるo流動化という現象については,液体の撹拝と粉体の撹拝11)を重ね合わすことVt̲より定量的な説明が可能になるが,ヒステ1)ジスの下限を予想することは難しいようである｡

自由沈降が生じる通常の懸濁系で留意すべき点は連続操

energyratio

作である｡特忙,沈降速度が5cm/sec以上の粒子を均一vLによって決まるので,個々の巽の動力特性がわかりさえす
れは,多段巽撹拝での動力が実用的な精度で推定できる｡

懸濁することは事実上困難であり,粒子の滞留時間が液の

詳細は既報10)を参照されたい｡

よいo

それと異なる,すなわち,容積効率が異なると考えた方が3.2.操作特性
1)伝熟

この間題紅関する定量的な扱いは一部既報12)に報告

差芸oa三冨霊芝,o霊誓琵琶笠遠雷

伝熱は最も一般的な操作であり,鑑拝伝熱の能力推定を

3)液液系必要とする場合が少なくないo一方,この推定には非常に相互VL不溶な液体を混合する場合,少なくとも軽ラ夜が液

煩維な手順がいる｡装置形状の影響をより適確FL̲評価しようとすれば,それに応じて算出過程がより複雑VL̲なるo
れを円滑vL運ぶためKL̲汎用の撹群伝熱プログラムを作成し表面K=分離層を形成する事態を防止することが望ましいoこ

第7国は種々の形状の撹拝機忙ついてこの条件を調べたものであり,縦軸の混合度がQ.95に達した時,軽液分離層がた｡このプログラムは通常の縦型円筒槽であれは当社で製作したはとんどの髭搾槽に適用可能であり,ジャケッT.,消滅する｡軽茨分離防止の動力低減にはトルクの大きい巽

コイル,伝熱管バッフルの総括伝熱係数が計算できる｡現

ルアップ基準は,動力車流速の複合形となる｡これは,モや多段巽が有効である｡なお,軽液分離防止条件のスケー

在このプpグラムは電算機での試用段階むこ入っている.そ

デ/レ解析忙よって導出することが可能であり,また,運転の出力例を第4表に示す｡
2)固渡系

結果もそれを裏付けている｡単位液量当りの動力を基準と

スラ1)‑の流動状態はその摸度と粒径Fこよって大幅忙変化する｡通常の懸濁撹件の概念は,粒子の自由沈降が生じ得る比較的スラリー操度の低い範囲を対象とする｡微粉のする従来のスケ‑ルアップ基準は,軽液分離の防止という観点ではやや安全側R=あるo
4)気液系

高壊度スラリ‑では顔塑性流体としての挙動が見られる.

通気髭搾WL̲も実用操作域という概念が成立する.撹拝強
度上のそめ下限は吹払点であり,上限はガス･ホールドア

この場合の扱いは層流域や遷移填での撹拝に準じる.一方粒径が比較的大きい高湊度スラリ‑は,撹搾速度を増すFL̲

下特性およびガス吸収性能線図に現われ,通気係数,フ)L'

26

り':

Fluidization

Impeller
■､ヽ

lヽ

%

turbulerlt impellers
0.01
50

q

＼

ップの飽和状態として現われる｡吹抜点は通気時の動力低

神鋼ファウドラ‑技報

Vol. 29No.

1(1985/3)

第4表

伝熱計算プログラムの出力

Table

4

OVER

ALL

(E.

0tltput

0.

or

Of heat

HEAT

transfercomputation
COEFFICIENT

TRANSFERNo.)

OF

AGITATEDVESSELDAT･E(SKELTON〉

I.D.

くJ)

4.65

LIQUⅡ)DEPT吉BAFFLEWIDTE[,WALL

TfIICENESS

w/D
SUS

SPIRAL⑳

JACIくETI. D.

BAFFLE

PITCH

づ

SIDE

〔m8/hr〕

350.[m 3 /hr]

⊂m〕

5

⊂m⊃
⊂m〕

.002
1

〔WAYS〕COm)

TYPE

VERTICAL

AREA

149

BAFFLE

Cm2]

TUBE

0. D.

TUBE

TfIICK.

.2163
SUS304
;

Coms

10

FLOW

PATHS

2

[WAYS]TUBE

LENGTH22⊂m/coil〕

No,

200

GAP

[m2]

4.85
.

PATHS

(INTERNAL

Com

[m]

BAFFLE

IOO

FLOW

SIDE

05

〈JACKET〉

BAFFLE̲WALL

JACKET

[rn]
〔‑〕

･13
304. 003＋SM50B̲

AREA

RATE)

亡m〕

6.7

TYPE

(FLOW

1. 30

くVESSEL)●EXAMPLE

⊂こ

1985.

OF

⊂m〕
⊂m〕

.0082

くAGITATOR)SPEED

ROTATING

60

TYPE

FLAT

SPAN

〔ム〕

No.

OF

BLADES

BLADE

a

[RPM]

ⅥⅦ)TE

〔m⊃

PF.

'
TロRBINE

TURBINE

2.6

2

2

3

6

6

.4

⊂deg〕

90

.4
45

.4

PITCE
RETREAT

〔deg〕

50

0

0

3.2

5.2

IMP.

HETGHT(FLUID

Cn]

.4

45

PROPERTIES)TANKJACKET

:

COIL

TEMP.

P EASE

[oC]

( ‑]

DENS.

VIS.

SPEC.

[kg/m8]〔cP〕〔kcal/kg･oC〕〔kcaI/m･br･ oCコ

.5

.6

.15

.696

.997

.533

,696

.997

.533

80

LIQ.

6 50

35

LIQ.

994

35

LIQ.

994

HEAT

HEAT

CONl)UCT(RESULTS)SIDE

JACI(ETTANKLIQUⅡ)

FmM

:

TAN【(

LIQUID

SCALE

:

TANK

or

TUBE

WA⊥L:

H.

T.

MEDIA

SCALE

E.

T.

MEDIA

FmM

:

OVER･ALLロFLUⅡ)

VELOCITYLOSS･PRESSURE

Vol.

29

No.

1

(1985/3)

hji ‑1010
hjis
‑‑

COm

SIDE

bco

=1450

bcos

=

[kcal/m2!hr･ oCj[kcal/m2 ･hr oC]･‑bjw.‑740

bclV =1710〔kcal/rna･もr oC〕

hjos ‑2500

bcis =2500〔kcal/血2心･oc〕

bjo ‑2390

bci

=3660

oc⊃
〔k｡al/m査･hi･

Uj

‑317

Uc

=494

〔kcal/rn2･hr

‑.895

Vc

:

Vj

:

』Pj ‑.241=1.55』Pc 千.458

神鋼ファウドラー技報

･

･

oC〕

〔m/sec〕.
2〔Eg/cm 〕

27

1.0
1.00

rF,;:kWp軒
I;

ト･･｢

V

トヽ

I
LLLLL.J

Se

0･75

【ヾ

O･50

a:

∫
I

局

‑

1

㌧

I

o

4･BLadePaddle＋4Plate＋20.25

baRles

∫
//

△

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'B

/J

口4‑Blade
Two

▲

0.2

4‑blade◆ Main&1)addles

0
0.15

//

//

Pitched paddle.＋＋2

2PlaEeba8les//′′＋ 4Snger

J,/at(dle7･S

snwller

i

0.10

≦

baD7es

ミ
シ■

0.0

七

C

0
0.5

1.0

1.5

･

Impeller

2.5

2.0

power

3,0
0

(kW/m･)

第8図

DIsPe7･Se
75

pLl‑I

第7園

各種の撹拝磯による液液分散

200′‑ 250 cPのT7･anSif

粘度でのガス分

Ill..llFig･

7

Liquid‑Liquid

dispersion

byseveralagitator systems

Flood

50

q3

散

.〜

Fig.

25｡

イド数,動力低下率中こよって表現されるoそして,ガス吸qx'隆能が撹拝動力Pv〔kW/m8〕と通気線速uga.y〔cm/sec〕

>o

Fこよって
kLa

Cx=

PvqugasP

8
dispersion

Gas
1

2

lm?elle,Power.

4

3

Pg/V

5

at theviscqsity200‑250cP[kW/.d)α,.a‑const･と単純vL表示しうるのは実用操作域の内部のみである.詳細ほ既報13)を参照されたい｡
中粘度域(100‑1,000cP)での通気鑑搾はその取り扱いがると説萌したo この観点に立ては,すべての操作特性は流動特性によって表現されるほずであり,装置形状や物性の比較的難しい｡吹抜を防止する撹拝動力が増大すると同時影響も包括して表現されるはずである｡現在まで,多くの4党搾を真方々が上記の方向での体系化を試みられている.

に,ガス･ホ‑ルドアップが飽和する程に撹押してもガス吸収性能の大幅な増大は望めない｡第8図にその様子をの意味で制御するために,我々もこのような体系化を前進させたいと考えている｡

示す｡本図ほ200‑250cPの液を通気撹拝し,動力低下特性(Pg/Po),ガス･ホー/レドアップ,
kLaを測定した結果である｡

1.8kW/m8以下の動力では局所的な吹扱がある.

一方,ガス･ホ‑)I,ドアップが飽和に漸近する5kW/m8の髭拝でもkLaは1.8kW/m8時の1.
5倍でしかない｡
すび
4.む
以上,撹拝技術の位置付け,分類と現状,研究内容の紹介を説明し,前半ではプロセスとして捕えることの重要性,後半では装置としての特性を主として取り上げた｡
撹拝槽は0.05

kW/m3から10

kW/m8の動力を液K:伝え

混合を促進する比較的単純な装置である｡大半の操作は難
しく考えずとも無難にこなすことができるd撹拝技術は化学工学の一分野であり,机上で個々のプロ
セスに適用すれは不確実さが生じることは避け得ないo工学的な技術の進歩によってのみこの不確実さを除くことは難しい｡その不確実さを評価し適切な対策を講じることが要求される｡これもまた実用的な技術である｡現実の問題
忙直面された時,不確実さ‑の対応ということも忘れないでいただきたい｡
引用文献

る｡そして,そのためR=こそ投弾技術があると考える｡現
実の撹枠操作には二つの典型がある｡一つは,標準的な装2)3)

技術は,主に後者の要請から発展してきた背景を持つ1が,むしろ,標準的な装置をプロムス忙応じて柔軟に使い分けることKTt,技術の利用価値があるoこの意味でプロit:スとして捕えることの重要性を指摘させていただいた｡),l.Lu本一天:学位論文,撹拝槽内の沌動状態に関する研免(1961),京都大学
S. Nagata:
Mixing,(1975), K6dansha,
p. 1,85,99,249,3414)大山･遠藤:化学工学,
T.

5)

20巻(1956),

N.

Tweitering:

Chem,

Eng･

･p･666
Sci･, Vol.

H.

P. Skelland

et.

al.:

IEC

ProcessJ.

Chem.

8 (1958),･p1

244

置を使ってプロセスを組む方向であり,他方は,特殊な専用の装置を使ってプロセスを組む方向である.当社の撹拝(1957),冒

1)永田退治:新化学工学講座,撹拝機の所要動*.,刊工業新聞社しかし,その換作の難易を判断し適正VL使うことは,また別の問題であ

A.

6)
17

7)

Des.

Dev.,

Vol･

(1978), p. 56, 473
M.

Nishikawa

et.

al.:

Eng.

(1981), p. 219
8) L. L. Van Dierend占nch et, al. : Chem.
pengamon,

p.

205

(This

literature

Japan,

React.

Vol1

14

Symp･,(1968),
detailby

3号(1984), p･13
24巻, 1骨(1980),

p･1

is quotedin

Nagata3) )装置の特性,すなわち,流動特性や操作特轡ま撹群槽を選定する際の重要な目安になる.この方面の情報は,今後ますます細分化することが予想される｡一方,現状の操作特性KL̲関する知見は,多くの場合,装置形状や物性への依存性が充分には表現されてない.ユーザー各位が必要な操

9)岡本=神鋼ファウドラー技報,

28巻,

10)平井:神鋼ファウドラー･ニュース,27巻,ll)平井:神鋼ファウドラー技報,12)平井‥同上26巻,
1.早(1983), p･7

13)岡卒:同上26巻, 3号(1982),

2号(1983),

p･25

29

(1985/3)

p･8

作特性を算出される際に悩まれるのもこの点であろうと思われる｡先に,操作特性ほ流動特性を反映する一断面であ28)‑ノ

神鋼ファウドラー技報

Vol.

No.

1

撹

拝

翼

振

の

Vihrclt'ron

動Agitc]Torof

化工織事美都

技術部

設計企画課

本

正

榎
T∂dasbi

Tbevibration

of

kinds

of
This

damagestopaper

describes

and

the

examplesofinliquid.

bafflesandagitators
the reactors.

thefactors

resonanceofphenomena.

main

and

parts

on

occuring

vibra,tions
etc.,

the

are

Ⅵ7bicbdiscusses

of

these
the

reactors,agitators

singtllarities

give

and
of

Enomotovariousbaffles
vibration

塩群槽の主要部分を構成する撹拝巽およぴバッフ/レの振動は,撹拝槽各部vL種々のダメ‑ジを与える.本稿では,
撹搾機およびパップ)i,の振動発生に関与する要因セこついて
Reducer

説明し,また,共振現象等の異常振動の測定例から,液中忙おける振動の特異性を解説した.
ま

1.

え

が

CoILPlillgき撹群機は撹拝槽の主要部分を構成し,撹群巽とバツア}t,の組合せにより種々の至琵拝振作が可能である.
撹拝巽の取付は,下記2形態が大部分を占める｡

Moio)･

Bea) 7'ng
A4ecTlanicalseat1)撹拝槽の上部より撹群巽を槽内に痕付けた形態(以下上部撹拝という)
2)撹拝槽の下部より撹拝琴を槽内R=取付けた形態(以下下部撹拝という)＼
荊Inger bah7e

取付形態の大部分をしめる上部投弾巽早ま,軸受部から巽までの臣巨離が長いオーバ‑ハγグ塑であり,一般的に振動の発生しやすい形態である.それ紅反し,下部抜群巽は缶体の塵溝部ノズ)I,より軸を挿入し,先端vL撹拝巽を取付けた形態で,軸受部からのオーバ‑‑イ＼ングが短いため,軸振れの問題が発生することは少ないo
もし,撹拝襲の振動が過大である場合むこほ,

P/azLdlerち･be(7gltator

L下言己の不具合が生じる｡
)
1

)

ii )

メカニカ)I,シ‑)I/よりの油洩れおよび損傷
軸受部の損傷
減速機架台部および告体全体の摂動

iv)鑑拝軸の疲労破壊
撹搾という操作上,多少の振動は避けられないが,共振現象等の異常な振動を防止するよう,細心の注意をはらっている｡しかし,最近では撹拝襲およびバッフルの形状は多種,多様化しており,振動の予知が難しい場合がある｡
なお,投弾磯の振動R=関しては,既報｢グラスライ‑3,
グ製大型艦搾巽の軸振れVLついて+
1)に述べているので参

第1囲
Fig.

標準型反応機1Standard

type

reactor

照願いたい｡

2.撹拝翼の振動発生の要因が設置されている｡この撹枠操作に欠くことのできないバ

第1図に当社の標準的なグラスライニング製反応磯を示

ッフ/レの存在が,撹拝翼の振動の1つの要因となる｡
j党群翼を液中で運転する時,塩辞される液体はバッブ}t/

すo周知のように,.鑑拝翼は,缶上部の軸受で,ラジァ/レならびにスラスト方向の荷重を支持される構造であるo
た,缶内には種々の目的の撹拝操作を行うためのバッフル
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

まに衝突し,不規則な流れを繰り返し,その流体力が主として抜群巽に作用し,励握力となる｡当社では,この変動す

神鋼ファウドラー技報

25

2.0

￣ヽ

I

第2図
≒ユ.0

変動横荷重係数
α

Fig.

A

2

Fluctuating
lateral load

0.5
100

120

140

SIwP

160

180

第3図
α

coefficient

鑑梓実のモデル
化

(rpm)

speed

Fig.

るラジアル方向の流体力を撹押葉忙作用する変動横荷重と称し,従来よりの実験データの蓄積から,鑑群卜/レクヘ一

3

Model

桝

of

agltatOr

義的に関係付けて数式化し,振動検討およぴ撹搾軸強度の基礎デ‑タとして用いている｡以下,'変動境荷重および,

これを支酉己する各要因について簡単K:説明を加える｡

ろため忙は動バランスの大/j＼を問題にすべきであるが,戟

2.1.変動積荷重'々カ亨帝政う回転数範囲紘通常10‑200rpmであるため,

いま,撹拝巽スパンをdとし,巽枚数をn,所要撹押下
l枚の翼紅作用する淀体の抗力を,.スパ)I/クをTとおくoンdの巽先端の接線方向に作用する一つの抗力Riで代表させること配すれば,

T‑n･R･i

(2)

n

Fd

→

n‑→

変動成分を』Riとおけ
n

→

(3)

I.ERi ]‑l.=Rim＋∑ARil

‑

l=1

1=1

撹拝巽の不釣合転関しては,静バランスをとることで十分ii)形状のアンバランス

(1)

‑蓋丘i書
いまRiの平均値をRとおけは,

遠心力甲大草草時務体力に比較して小さいoしたがって,
である.I

･

一方, Riの平均値成分をRim,
は,変動横荷重Fdは心力)が存在する.本来は,戊拝巽の振動を短小紅おさえ

i=1′製造公差として発生する各々の翼長,取付角度等の相違
は,振動上の問題となることは少ない｡

3.撹拝翼の振動
3.1.固有振動数
撹押葉の振動問題を論ずる場合紅,現象として現れている振動が何らかの強制振動源との共振現象であるか,あるいは,通常のランダムな流体力忙よる強制振動であるかを明確紅することが大切であるo
固有転勤数を知る必要がある｡

しかる￠こ

芸R7m =o

(4)

i‑1

ゆえ中こ

一般紅, L撹搾翼の振動を粘性減衰力が作用する‑自由度
系の振動とみなすと,系の固有振動数は次式で表わされ
る｡2)

n

Fd‑

→

(5)

)∑ARiJ

l‑1

投弾トルクTと変動横荷重Fdの上記のような関係か

Hz

Fd
ct'=

ここで

Fd

(6)

‑i｢=で〒7i詔

k

:バネ定数

kg/cm

m

:質量

kg･s2/cm( :粘性減衰係数比

2T
‑

(8)

f‑去v/吾･v‡二Fら,

Fd

このためには,茂拝巽の

(7)

α･一石訂

ここで

cL･:積荷重係数L
積荷重係数αほ撹拝翼の種類,バッフル条件およぴ,回

一般FL,物体の液体中の固有振動数は空気中vLおける値より低下するo その原因は下記2点であるo1)見かけ上の質量増加
液体中で物体が振動する場合紅は,物体中こ近接する液体

転数紅依存するo第2図R=,回転数と横荷重係数の関係をも共R=振動させなくてはならないため,連動エネ/レギ‑を示したo

余分KL..j2:>要とし,見かけ上質量が増加したかのごとき現状である｡

象を示す.この見かけの質量vL関しては1,.円板に対する
LambおよぴMac‑Lacblanの式3)が知られている｡･また,横荷重係数は,まだ,解析K:よって算出するに至っておらず,実験的手投忙よらぎるを得ないのが現

2. 1.紅示した,.茂拝翼に作用する変動横荷重は鑑拝振作

上必然的に発生する強制的な外力であるが,それ以外KL.,

e

(9).

‑k(pw/pn)(a/h)‑ここで振動源として作用するファクク‑は以下のとおりであるoi)撹拝翼の不釣合量

一般匠回転体K:ほ静的不釣合(重力)と動的不釣合(逮30kg･s2/cm

m=mol/拓2.2.その他の要因

神鋼ファウドラー技報

⇒m
mo

pw

:みかけの質量kg･s乏/cm:非減衰系での質量:流体の密度kg･s2/cm
kg/cm3
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

第1表

粘性減衰係数比

Table

1

Test

Ratio

of viscous

･

Ⅶater

第2表

coefficient

∈

l

l

conditi｡rl1n

damping;､/1‑∈20.00266

0. 99999

0. 01554

0. 99976

グラスライニング製党拝賀の固有振動数

Table

2

Natural

Freq.

of GL

LL‑i
q

algltatOra
Nc/Nc
iNaきcw/aii:)req･l.%ooin air100%

Ncl171. 593

2,000etNc2147. 079//

4,000Jy

Nc3

143. 578//

8,000//

Nc4

140. 276

ク

12,000//Nc5138. 075

Measuredval□eLiquidq)
コvolumed>'て)C)

in water

Nco185. 0vallle･Calculating

q

I.一

っ
の

d
q)

∑

3

p皿:彼の密度a:板の半径Ti)77ekg/cm3第4図

鑑才筆真の振動波形

Fig

0sci11ation

cm

h

4

cm
:彼の厚さ
k
:振動モ‑ドK:よる係数a,
したがって,
也,およびk値を撹拝巽の代表値に当てはめれば,撹辞機系VL適用できると考えられるo2)粘性減衰係数比E(8)式に示すよう書こ,液体中の固有振動数低下の要因の

of

5

(sec)

the agitator

10,000F

一つとして,粘性減衰係数比∈の影響がある.第1表は板状物体を使用しての粘性減衰係数比の測定結果であるo襲より,気中,液中とも∈≪1,

4v'丁不幸1となり

i Reactor

P/az(dler agihzlor
1 ‑Fi)7ger baj7leShaft speed 120rbm
NatI(7･al jreg.
21 0 cb7ル

p%
a

､･聖

fd

(10)

≒去ノ吾
すなわち幕占性減衰の影響は無視できる｡

a
=⊃

ミ

以上より,液中の撹拝賀の固有振動数の減少は,見かけの質量の影響が大きいと考えられる｡第2表は,グラスラ
イ=ング製撹拝翼の気申および液中V‑おける固有摂動数の測定結果であるo表より,液量の増加v‑したがい,固有振動数が減少することがわかる｡
3.2.撹拝翼の振動波形

撹群巽の振動は大別して,ほりとしての横塀動とねじり

0

120

2riO

360

L18O

振動の2種の振動パタ‑ンが存在する.一般的にはねじりの固有振動数は横振動の固有振動数より高いため,問題となるのは横振動であることが多い｡以下撹拝巽の横振動の基本的振動波形t,TLついて説明する｡
3.2.1.定常振動波形
第4図は10,000e,ファウドラー,

7インガ‑バッフ)I,1

本付反応磯での撹拝翼の振動測定波形である｡また,第5
国ほその周波数分析結果であるo

なお,このた群発の液中の固有振動数は210cpmである｡この場合の卓越した周波数成分は回転数成分120cpmであり,固有振動数成分

500F)･eqz(e7ZC)I

第5図
Fig･

620

740

860

980

of theagitator

1200｢Cjり71)

鑑拝実の振動の周波数分析
5Spectrum

analysisof osciuationの周波数成分が顕著に現われる可能性があるoi)固有振動数成分ii)巽枚数×/ヾッフル本数(バッフルが撹拝襲近傍にあるとき)
3･.2.2.共振210cpmは特に顕著にほ現われていない｡このように,回転数成分,回転数×バップ]t,本数等の強制振動周波葬
成分が撹拝実の固有振動数と一致した場合には共振現象か

髭拝襲の定常振動はランダム紅振幅が変化し,卓越周波数発生する｡空気中に置かれた回転軸等では,系の横振動CC成分II羊回転数成分であることが多いo上記は非常VL一般的

固有摂動数が軸の回転数Fl一一致JLた場合V‑は激しい振動をな振動ノ.ミグーンを示したがバッ7)I,条件等によっては以下 生じることが知られている｡
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

神鋼ファウドラー技報

3二

0.3

冨)in wateヲ

i Reac由r

15.000
ー■＼

喜.!:桓

;‡

:≡

i. airHal[dler aglfator
1‑D
bable

O13

i

信
./･'寧
S

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レ}

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●

●

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/●
‑0

/0

吉=･./̲:,EiOo./.425oO!g/
‑a

120

ユ40

Shajt sbeed

160

5,000

180

(ゆ71)

Resonance

curve

7

Extraordinary

vibration

G㌻‑‑一

6､‑

atthe

low

level conterlt

VOllJme打‑‑̲チ+

of agitator

こ二筋ー齢

荏レ一

しかしながら,撹拝賀はミ夜中で使用されているため,ちし共振現象を生じても,空気中紅おけるほど振幅は増大しないo第6囲にその1例を示す.ただし,第2衰v‑示した
ように,液中と気中では固有振動数が異なる.
I.滅
液 運 転

第8図
Fig.

カルマン渦
8

Karmanvortex1)周期的な流出渦(,c伴う励握力(カ)i,マン渦)

3. 2. 2.項で述べた共振現象の他の異常振動として,滅液

空転時の振動がある｡減液運転とほ下記の条件をいう｡
1)排液運転撹拝翼を回転しながら完全排永するとき｡

2)流れの変動に伴う周期的な励振カ(回転数×鑑群巽
枚数)
となる｡

また,撹拝巽の固有振動数で述べたと同様に,バップルの固有振動数も準中における見かけの質量の影響で,気中2)注液運転撹拝巽を空転しながら槽内へ液を注入するとき｡
3)

15,000(I)

域夜道転時の異常振動

第7圏
Fig.

第6国】党拝賀の共技曲線
Fig･1 6

10,000

CoIJie12t VOtu71‑eにおける値より低下し,バッフ)I,の形状からもわかるように2方向の固有振動数を持っている｡
5.1.カルマン渦との共振‑′l＼液量での運転音夜量が少なく, 】党押葉が永面から見え隠れする状態V‑なると,鹿拝繋が水面を叩き,衝撃的なカが発生し,大きなレイノルズ数Reが300<Re<3×105の範囲では一様な流れVL置かれた柱状物体の後流VLは周期的レこ交番渦が洗出

蕨動が発生するoし4),これは,か?マン渦阜呼ばれている(第8図)o洞の第7国は,15,000e氏拝槽での実験廟であるo横軸忙液量(e),縦軸ケこ軸封部の上部で測定した軸顕れ値を示した.
液量の減少につれて軸操れが減少するが,'液披きの途中
こ約1,000e)忙上記の現象が生じ軸振れが急激忙増加するo

発生周波数は次式で表わされる｡
f, ‑St(Hz)･U/D
ここでSも:スllロノ＼)I,数U:一様流の流速
D:代表長さ(円柱の直径)

頭からわかるように,回転数が高いほどこの僚向が顕著K1
現われている｡

n/sm

このカルマン渦の周期的変動力が流れの直角方向に作用

したがって,減液運転は避けるベきであり,これを怠ると撹搾軸あるいほメカ=カ)I,シールの破損等の事故に発展するため注意を要する｡

し,この周波数と物体の固有振動数が一致した場合には共振現象を生じることが知られている｡この現象は,告の半径方向の振動に顕著忙現われるo
周知のように,カ)I,マン渦は流れの方向むこ対称な物体か

5.バップルの振動
塩拝槽において,撹禅巽と共に主要因子を構成するバップ)I,の振動についても簡単に紹介するoバッフ)I,が流体から受ける励摂力を大別すると
82〔‑〕

ら発生し易い｡一方,バッフ)I,は,第1囲匠示すよう忙非対称形状が多いため,軸方向に一様なカ)I,マン渦は発生しにくいと考えられるo

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

29

No.

T

(1985/8)

姪ど強くなるoすなわち,バッフ)I/角度が大きく,また発
Numbe7･
blade
Nx31

F7

o,

れるo

.Ⅳ=
150ゆm

7,5 HzTとパップルが接近するほどバッフ/レが受ける励振力は大きくなるo したがって,この振動は缶の周方向忙顕著に現わ

Of agiねtor

11･38

Hz

: Nalu7･al

その一例を第9図VL̲示す｡

第9図a)は,撹搾巽とバッフルが接近した場合でありb)は,離れた場合q)バッフ}t,の振動の周波数分析結果でI)･eq.

晦ある｡.
,a)囲では,パップルの(周方向)固有振動数成分(約11.
4Hz) v‑加えて,撹拝巽がバッ7ルを通過する周波数成分(150 × 3/60‑7.5Hz)が卓越した周波数成分として現われているが,

a)鑑拝翼とバッフ)I,が接近した暴合
Neattheagitatorち)国では,固有振動数のみが現われている｡したがって,特別な理由によって痩搾巽とバッフ)I,を接近させる必要がある場合紅は,撹拝賀がバッフ)I,を通過する周波数成分との共振を生じないよう設計時忙注意を要する.
すぴ
6. む
以上,撹拝槽の主要メ,ンパ‑である撹群巽の,振動問題忙

ll.5

っいて,当社の長年の実験デr‑3Fを基紅記述した.抜粋異におけるような,淀体紅起因する振動問題は,まだ未知の分野が多く,種々の手法を用いて流れ場の解析が試みられ

魁Hzているが,その解明は実験的手投紅よらぎるを得ないのが現状である｡b)撹拝賀とパブフルが離れた場合
Far

第9国
Fig.

from

the

agitator

である一｡

バブフ/レの振動の周波数分析
9Spectrum

analysisof oscillationofthe baffle

参考文献

1)ファウドラ‑･ニュースVol1

5.2.撹拝軸回転数×翼枚数との共振

2)亘理:機械振動(1975),丸善,

バッフルを巽が通過する周波数は(撹搾軸回転数×巽枚数)として現われるがこの傾向は,バップル効果が大きい

Vol. 29No.

1(1985/3)

反応轡メ‑カーとして,この塀動問題は機器廃全の帝からも重要なテーマであ.り,今後とも初野を続けL7:いく所存

3)機械工学便覧,改訂第6版,
4)田島;日本機械学会論文集(C窮),神鋼ファウドラー技報

10, No･4,(1965),

p･1

p.82(1977)(1977),日本摸械学会編p.8‑49
48巻, 425号(1982)

3β

力

厚
<G

容

器

の

熱

力

応

解

析

L製ノズ)Lの熱応力解析と̀本体フラン.ジの熱応力評価>
I

Thermc(fstress<Therrr'ql

ofstress.Artdys.'sofStressThe

qJld

AM[Jysis

EvdtlC(f]'on

PrleSSUre

Vessels

6[耶S･JhedNo王ZJeA4q言nof

FJonge>化工機事菜部松

製品開発室
井

Tamotsu

This

paper

FiniteElement

describes

thetransientthermalstressanalysisoutlet nozzle
and theof glass‑lined
for mai工1 flange
built in accordance
evaluationof autoclave
ASME
Boiler and Pressure
VesselCode
Sec, ⅤⅠⅠIDiy. 2.
Method

有限要素法を用いたグラスライニング製反応機の液出し
ASME

Code

ノズルの非定常熱応力解析,および
2に基づくオーtlクレ‑ブの本体フランジの熱保Matstliusing
stresswi仙あらかじめ判断し,定常温度分布解析あるいはマクロ的なSec.

温度条件の設定で十分VL安全性が評価できる場合には労力

ⅤⅠⅠIDiv.

ぁかかる非定常温度分布解析の必要ほない｡しかし,より応力評価を紹介する｡

厳密な評価が必要な場合には非定常解析を行い,時間パラ

ま

1.

え

が

メータの温度分布を求めて評価すべき部材の熱応力が最大になると予想される温度条件を選択し,そのデ‑ク紅基づき

圧力容器を設計する紅あたって,圧力荷重だけが支配的

いて熱痕力を算定しなけれはならない｡

であるならば法規R:従った形状で設計する範囲VLおいて,膜部の板厚計算で代表される法規計算で十分に安全性が保証される｡しかし,加熱,冷却過程を含み,その仕様が厳S[(I)･L

しくなる紅つれて,熱応力の検討が必要となる｡'17IeJII](Il/'J(((//'JIg

また,グラスライニング(GL)製反応機の場合は熱に/I(･J1.
c()JL(//l[(lollLk,.wk,J=/)L･C.

よるGL破損の問題があり,許容温度条件を定めるうえで熱応力を求めることは重要である｡'(/ILL)I)JI((I.L.L/rc.qi.
FEj14

一般に熱応力が問題となるのは,シーラー,ダイア7ラム,ノズ)I/等とシェルとの接合部といった構造不連続部であり,簡易計算式が適用できない場合が多く有限要素法(FEM)
R=よる解析が有力な手段となるoC(Jll[[)ill(I()/11['//I
S/J･(･.T.I.<(･S了†/rf〃ノJ///

GL製反応磯の液出し用底ノズルにおける,加熱時の応力を求める非定常解析と,オートクレ‑ブの本体フラシジに対する,
Vessel

ASME

Code

Sec.

Code

(ASME

ⅤⅠⅠIDiy.

Boiler//J[(I/lh./‑.T.･

且血(IdE'u.if

本稿では,PressureL‖TEI(.I,f)I[Lt11･//〝〝1ヾ

!V()

Ll/I((I).sよ

l'(:S

and

S/rL･.i>･

2) R:従った熱応)?
eEYt(I(((lip

NO

OIL

力評価VL̲ついて述べる｡

2.熱応力解析の手順

EJL(I
) 'ES

解析手順の概略フローを第1図に示すo設計仕様から熱荷重条件を検討し,考慮すべき領域と荷重条件を設定して7ylL･J'lJ]W/(I/I((/.1>./I.〜.
a)1

FEM解析モデルを作成し温度分布解析を行い,次Fこ,堤(T

I/‑((l[LWTL･Jl[

A(JJI'.i

度分布解析の結果に基づき熱応力を求め評伸するのが概略手順である｡従って,熱応力解析ではそのベースとなる塩度条件をいかに適切忙求めるかが重要紅なるo
温度分布解析ほ定常解析と非定常解析に大別され,,.対象TeJ))ln･)raIIIJ'LJ//ふ//.ib/(I(a/I.
(/((I(I

条件によっ七選別される｡
一般忙圧力容器では,熱応力を生じさせる温度条件として主として下記の項目が考えられる｡

3.

2)

シェルFL‑沿った方向の温度勾配
3)接合部材間の熱膨張差
どの条件が支配的匠なるかを,使用条件

第1図
Fig.

1)板厚方向の温度勾酉己(加熱,冷却の温度時間曲線)および圧力容器の形状,構造,材料等から朗

71‑

解析手順のフロ･‑チャ‑ト
1

Analysisprocedure

flowchart.GL製反応機.の液出･し用底ノズルの熱応力解析
本例は,ジャケッ十付GL製反応機(第2図)の液出し

用度ノズル周辺において,第3図で示す運転条件のうち加神鋼ファウドラー技報

Vol.

29 No.

1(1985/8)l∋1熱時の過渡状態(a)に発生する熱応力を非定常温度分布解析

膜係数は図中に示すoに基づいて算定したものである.
3. 1非定常温度分布解析

こ.のような設定条件で求めた温度分布から,熟応力が最大となる温度条件を求めることができる｡第6図は,温度第4図.に解析モデ/i,の形状,大きさおよびメッシュ分嘗IJ 分布の計算結果の顛価ライン位置を示すものであり,ライを示す｡着眼点.のノズルコーナー部は比較的細かく分割
し,他の部分は粗い分割を行ったo

また内面の薄い一層

はグラスライニング層である｡第5図は,解析条件を示す.斜線で示す領域がジャケット部で,スチームが送入される部分であるo

スチーム温度と大気温度ほ,それぞれ

170oCと20oC一定と設定した｡また,内容物温度は加熱されて時間とともR:上昇するわけであるが,今回は過渡状態

ン1はノズ)t'コーナー部の板厚方向の温度勾配を,またラインA‑DはシェルQこ沿った方向の温度勾配を検討するために選定した位置である.ライン1およびラインAIDFこ
おける温度分布時間履歴線図を,それぞれ第7,8図に示すo これらの線図から,次のことがわかるo1)シェルに沿った方向の温度勾配は,約2.2分後に最大となり,ノズ/I,コーナー部とジャケット境界面の平均温での熱応力算定が主眼であること,およぴ安全側の計算値を与え,るという点で40oC一定とした.解析で用いた各境

度差で約90oCとなる
2)シェル板厚方向の温度勾酉己は,ノズルコ‑ナ一部において姪とんどゼロである￡

DTiye･

rR

15o

1560R

Z

CL

妙

71h//s =L51n爪

Seal

旨

E) E)

22

37D〆

rLLl

Jacke[ed area

A4a?lhole

第4園

解析モデルの形状と大きさ

Fig.

4

Geometryofi/le/I
Baj)jleananalyticalmodel

te711L)･
co 】1feyLtS
40.C
1c
.,

71C,

JGChe[

Agitator

L(節

g

A

第2図

GL製反応機Fig.写Glass‑lined

InitzIL71temZ).

A)‑‑‑10.000
ha=
1.000
10
hc=

40℃

used

MARCl)

type

81tlOde axi‑symtnetric
263

Total

nodes

928

第5図

:';e‑‑aエI;e̲;̲pt･
Fih抄CoeHl'cienEtransfertemp.

elements

Fig.
Ste(i/)lJlmbienE

Total

reactor(Coがt･)
17UC
Ii,1‑̲

fLaa=2qC(tCo,ut.)]

Element
OLdlet lWZZle

area

A dzla bafic

ProgramnAdiabah‑cof keat{Kcal/mthr.c}qtladrilateral(Element L42)

温度分布解析の境界条件
5

Thermalboundary

conditions

Lemb望171D℃
Ar

.U

′

＼ー

rllElllll′一へヽ̲̲̲̲̲̲̲̲/A

BRJぅぅJJ+
IHrrrlllll

･＼

賢120

Jacke

S3

Ua

A

冒

c･cLillel

宝l
a

4.j

D'D

2
Tf〃1e

(hr)

第岳･臥運転条件
Fig.

Vol.

3

29

0peratingNo.

cdnditiorl

1 (1985/3)

第6囲p

温度分布の評価ライン

Fig.

Temperatur;

6

神鋼ファウドヲ‑技報

evaluation

line

Bb‑

170

NozzleNozz/e

Head

(,ck

rR

leo
150

‑

14'0

‑‑‑

SIEellLemLI.
GL

‑

Z

gl

ielnP.

β

130

￣ヽ

O
し

120
110

蛋

loo

i

Lo7堵itudinal

…ei
LfLlt

A

Hoop

90

Radial

80

ま

貞

70

stress

IStreSSstd)less

γ

60
50

第1(】園

応力評価ライン40

Fig.

Stress

C(C')

β (βフ

D(D)

10

Nozzlecorner

LocaLL'0泣

line
Jacketeda̲1'ea

Head

30

?

第1国

classification

40

加熱時におけるジェルに沿った車均温箆の時間履歴線図‑o'ii(Inside)‑‑‑o'lo(Ou由='de)‑,‑qli(IllStde)‑.･‑a.lo(OzLtSide)

∈

Fig.

7

temp.

Time･meanof shell when

curveheated

■■＼

20

ebO
(′)

50

‑ーー‑も､

10

志栄
Q

T‑4.B5Jnl'11

%

帆̲̲̲

I

o

̲二ゝl̲

Q
tJ

二ニフ‑･くニー′一‑‑一一‑一

顎

110

ぷ

̲一一一ー

ヽ

′一
ー●■‑1一･一■一IP一一

ヽー‑l'‑

u)

‑20

7L

ど

LINE
.1

賀 45

‑30

7;
Locatlo72

豆T芳2,2)1)ulnミ≡F:■一‑‑‑‑■■■.̲...

第11因

加熱時(170oCスチーム)2.21min後の応力分布図

Fig.

Stressll

distrib'ution

along

the

shell

when

heated(After 2.21rnin.)T芦).4717utli
I一￣■■■■￣■￣■■￣･l■hdlhllcolldlil'0)240

25
BasemeLGl

GL

S[lell oa血1'de

第8園
Fig.

S/zelL ilh･ide

20

ライン1における温度分布の時間履歴緑園(加熱時)aTin‑e･temp.

(when

distribution

ctlrVein Line1

heated)
?

qt

Eq

ヽヽ

蛋

bJ)
＼.̲.

k'‑
L14t

o･Z

ら

zrR

.盟
白こ
ら)
i:
C)

さ

ThermalThermalobtained氏

conditions
load z's due
by Thermal

Q
q

lo

Temperature

distributiona;巴

暮r､‑̲■‑■一灯‑‑一一打一一■'ぺ

玩

ana13]Sis.

l.2

￠■r.

￣〇

Programused

MARC

Elementtype

8･nodeaxi‑symmetricqtladrilateral(Element
28)

Totalelernents

263

Totalnodes

928

第9園

熱応力解析の境界条件

Fig.

‑10

Boundary

conditiorlSS/,e[l i,7S,.deo (sideSII,1e5l

第12囲
9

GL

Bcsente[alfor thermal

Fig.
stress

従って,熱応力を生じさせる要因としては,

12

analysis

ライン1における応力分布図(加熱2.21min後)
inLTNE
1 (After 2.2miElStress distribtltion
heat iロg‑up)

った方向ゐ温度勾配による曲げが支配的であると考えられて行ったo 第9図は,塵界条件を,第10図は応力評価ラインを示すo計算値は,第10図に示すZR座標系(全体座る｡標系)で求まるが,各位置での応力値を比較するには,

3. 2

S'干ルに沿熟応力(歪)解析

C,座模系(局所座標系)をこ変換する必要があるo第11囲およ温度分布解析の結果より,加熱時の過渡状態VLおいてノ

び第12園の計算値は,ズルコーナー部R=生じる熱応力が最大となるのは,約2.2分後の温度条件であると想定できる｡(ただし,より厳密な

長芋方向,のは周方向,最大条件を求めるには,さらにズ‑ミング解析の必要があ

値をプロットしたもので,この図から最大応力はノズルコ

る｡)従って,熱応力解析は約2.2分後の温度算定値を用いーナー部の内面乾生じ,周方向の引蛋り応力であることが86

ater座標系VL変換した値であり,のは

qfは板厚(半径)方向の応力成分値であるo第11図は,シェルに沿った方向に各応力成分

神鋼ファウドラー技報

I(ol. 29

Nq.

1

(1985/8)

しなけれはならないし,評価断面を正しく轟択することが必要である｡応力分類は,応力の生じる位置∴原因;.応力に示す)とする.第12国は,ライン1pにおける応力分布をのタイ7oによって,示す｡今回のFEM解析での計算値ほぉウス債分点で求め⊥般1‑次膜応力Pm,局部一次供応力
PL･局部一次膜＋曲呼応カPL＋Pb･.一次＋±次応力PL＋.
られているので,内外革め値は外挿によって求めな叶れはわかる｡この最大応力の発生する位置をライン1(第10図ならない.oこの結果,シ'=ル(母材)における最大熱応力

Pb＋Q,合計応力(ピークを含む)?i十pP?:,＋Q＋,Fに分類さはGL境界面に生じ約22kg/血m2,

れ,それぞれASME

GL層では約10kg/

づいて評価される.実際FLは,評価断面の選定は,等応力mm2でともケこ周方向の引張り応力となるo

線図あるいは応力分布図を用いて行ってい■る｡
劉p5囲および第16国は,熱応力と内圧応力の分布図でち

一般に応力によってGLが破損するのは,母材が降伏し,それQこよってGLに多大なカが作用して応力(歪)が許容値を越える場合と,母材の降伏以前紅GLに生じる応り,これらの図より評価断面として時,熱応力が最大とな力(歪)が,許容値を越える場合が考えられる.どち.e,になるかはGLの残留圧縮応力(歪)R:よる.計算結果FL̲よれ
は,母材の応力値(22kg/mm2)ほ許容値内FL̲あり降伏

るSCLlと内圧応力が最大となるSCL2を選択すればよ

いと考えられる.これらの位置は,革14図で示すようFL̲構
造不連続部であり二次応力の増大が予想される領域であASME

Code忙よは生じない｡また当社の実験値ではGLの残留圧縮応力は約20kg/mm2であり,GpL忙生じる応力は10‑2Q‑Ilo

るo SCLlとSCL2(kg/mm2)と圧縮R:なり許容値内にあるこpとがわかる.

て二次応力として分類される｡縫って,一次＋二次応力
PL＋Pb＋Q≦3
S羊nが安全性の判売基準となる｡
smは設計応力強さ(Design
Stress ∫ntensity Value)

熱条件下ではGL破損は生じないと考えられる｡

4.オートクレーブの熟応力評価
ASME

Code

vL生じる応力は,ると,.その分布中年おける非線形成分(ピーク成分)を除い

従って,他の荷重因子との組み合わせがない限り,今回の紗

Codeで規定された応力制限値‑こ基と呼ばれ,材料の降伏応力の%または引張強さのy3のいずに基づく熱応力評価の一例とし,I,オ‑

れか小さいほうの値を選んで規定される｡

トクレ‑ブ匠内圧荷重と定常熱荷重が作用する場合の本体

一次＋二次応力PL＋Pb＋Qは,考慮している荷重サイ
ク/i,紅おける応力強さ(Stress lntensity)の変動範囲,

フランジの応力評価を紹介する｡
解析モデルと荷重条件を第13国に示す.熱荷重は5/エ)I,‑フランジ部忙250′‑400oCの線形分布として与えたo第
ASME
Code
14図の応力評価ラインは,に従って応力分類を行う断面位置を示すものである｡
FEMを用いて計算
ASME
Code
を適
した結果は合計応力で出てくるので,

Snとして下式で定義される｡
Sn‑Max〈(S12)R;(声81)R†(S2占)ら,(Sij)が= (Sij)m&Ⅹ‑(Sij)mln.
Sl.忠‑0･1 ･‑62S28〒q2‑q3用するためVLは合計応力を⊥次, ■二次,ど‑ク応力に分類

S31‑q8‑ql

250 oC

ここで,ql,0･2,q8‑主応力

250 oC

T//le7･malconditions
400 ‑250oC
Lineara?,adient

SCL

@

SCL

丁蒜ゐ堵a7Lea
400 ℃

Znteクmal pressure■■一･‑‑一o't.

a
30 A‑g/crn2

O'r♂J : L ongitudinal､(

S Tess

第13国
Olr

境界条件杏よび荷重条件
Fig.

atlalysis

1(1985/早)o･tJ:

adialstress
ooPstreSS

第14図
応力評価ライン(SC
L)の位置

and

condition.for

29 No.

:

13

Boundary

Vol.

o･l

I

loading

Fig.

stieisStress･

神鋼ファウドラー技報

14classification

line

87

第1表
Table

･10

一次＋二次応力の評価例

1

ExampleLoading

condition,:

o'tt

‑･‑

stressof primary･plus･secondaryloadpressure＋血ermal‑‑‑qto‑･‑♂J∠
I･･‑0'loevaluation■
kg/mm2

Unit:

,.

モ
【≡

Stress

Lqad

ing
ion
combihatcomponents

Long.
Sl･

Pressure

We ight.

.Circnm.
St

evaluation
OtltSide

1.67
0. 00
31.8.85こ55･Weight ･･ ･Thermal
Tbta 1
TbermalTotAlof stress
SCLl

hside

Pres叩reRad iaISr､ヽ

Location.5200
0.

･一ー̲‑=‑･L<ご/

.:i7)

隻

S
ミ･

‑.12

⊥;21
.05

‑1.73
85
11.

a
Q
U

1

望･

SCL

2

第16国
内圧応力分布図

0. 00

'2〜.
88

2. 20

0. 00

0. 00

83

53

‑5.

‑.

05

SCL

‑.01
諒…芸phrte
00
Thermal200

100

stressdistribution

Disla1･lCe fron乙/Eeatl'ngf11･ea (m)

‑1J21
‑.95L

p

16

Pressure

10

.26
0. 00

0.

1

Fig.

‑3.33

‑‑.09
‑..10

<:.

＼.

0

G5

‑.26′
∴0.■00･‑2.

Tot.a I

12

‑4.

,.

shia:ir
l

64

14.

1

Piessure
WeightTllermal
Total

1

ぎ

?
l≡

Principal

＼
bL)

L

stressesSI
S2
S3

Tota 1
Tota I
Tota 1

5. 55

=

‑1.50

‑.21
.05

1
'j/I

o

‑4.

47

‑3‑

33

ら

袷

ど

StressintensltleS

弱
Total

S‑PL＋Pb＋Q

5. 76

Allowable
stress(39m) ‑27.00
Ratio
of stress intensity to allowable〔S/3Sm〕

2. 96

Thermalstress21

in SCLstress1

25 (mm)

'10

.

,

ll
￣ヽ

10

1≡
≡;
＼

第1T国
広力分頬緑園の
例

bD
A
＼̲..

･‑･qii‑‑‑qio
‑0･li
o'lo
‑I

O

ei?

ら

‑‑I‑

モ
l≡

/

､ヽ

bL)

Fig.

87

i

ち

＼..̲

喜

一′･一一一‑■､oof stress

′

.盟

17

Examplesどclassification

Qi

Pressurein SCLstress2

12 (mm)C>U(シ‑ラー,ダイア7ラム,伸嘩継手,等)が効果的であ

均

巴

萌
SCL

2

SC乙1

第15囲
熟応力分布図Fig.

15

Tbermal100
DislalWej)･om heating

200
area

stressdistribution

慮し,バランスのとれた構準設計が必要である｡
従来の手計算や実績,実験値ケこ基づく検討では,十分対･処できなかったものについても,現在では有限要素法(F(mm)

また,ピーク成分を除く二次曲げ応力は,第17図に示す
よう忙実際の分布と同じ正味曲げ羊‑メン†をもった相当
線形応力分布紅よって求めることができる｡
このようにして評価を行なった結果の1‑例を第1表Fc̲示
す｡

5.む.す

孟芸;芸歪雷雲芸雷bL三笠芸三雲び

以上GL製反応機の底ノズ/i,とオーT･クレープを例にとって,熱応力解析および応力評価の概要むこついて紹介しEM)をはじめとする有力な解析手法が開発されているので,より安全忙,より経済的に圧力容器の設計を行うことができる.当社においても,コンピュータ･グラフィッ
ク･システムの充実K:よって, FEM解析匠つきものであったデ‑タ作成と後処理といった時間のかかる作業が簡略化され,比較的容易にまた安価忙処理できるようになってきており,見積設計およびオ‑ダT設計WL̲おいて今後の清･用が期待される｡〔参考文献〕
1)たo一般忙圧力荷重紅対しては,剛性の増加(例えば,板厚の増加,

I)ブ構造)が歪(応力)の減少忙効果的といえるが,熱応力は変痘制御型の応力であるので剛性の増加は逆効果であることが多く,また板厚の増加は温度勾配の増大R:もつながることになりいちがいに安全側とほいえな
い.熱応力に対しては,フレキジビl)ティKL̲富んだ構造
ββ2)General.MARC･CDC
Program;User
ASME

PurposeFiniteElernerlt

Analysis

See.

Diy.

ManualBoilerandPressure

Vessel

Code

VIr[

2

3)安藤良夫･岡林邦夫著｢原子力プラントの構造設計+東戻大

学出版声
4)

W.

C.

accordingKroenke;to

ASMEClassification
Sec.

ⅠⅡStressof Finite
Categories

Element

Stress5)神鋼ファウドヲ‑㈱;報告香(未発表)

神鋼ファウドラー技報

vol. 29No.

1(1985/3)

間欠空気揚水簡による貯水池の水質改善
JmproyemenT
by

Use

of

,mpounded

Wc(TerAero‑Hydrc[uric

of

6uns

Results

AcMeyed(AHG)
環境装置事業部

Today,

theAero‑Hydraulichas

reservoir

This

paper

AHG

that

attracted

Gun

Shinko‑Pfaudler

improvement

has

installed

近年,富栄養化のために水質の悪化した貯水池の水質改善装置として間欠空気揚水筒が注目を集めている｡
本稿では,このほど当社が間欠空気揚水筒を設置した兵庫県鴨川ダムにおける水質改善結果について報告する｡
､l

1.ま

え

が

eutrophicationL

controlof丸

YlltakaIshimaru

豊

impoundinganattention.

thepresents

for

技術部技術課石き

一般に貯水池では,夏期になると水域に温度躍層が発生し,上下の水の対流･混合が妨げられると,貯水が停滞し表層では植物プランクトンが大量増殖する｡また底層では,

water

of

qualitydamat Kamogawa

achievedbyin flyogo

Prefecture.

use

of

2.鴨川ダムの概要
鴨川ダムは,兵庫県加東郡東条町と社町の一部に位置し東条湖とも呼ばれ,清水東条湖県立自然公園の中核として県民の憩いの場として親しまれている｡ダム建設ほ,加古
川左岸の旧11カ町村の農業用水供給の目的のため農林省(当時)を施工主体とした国営事業であり昭和26年,有効
貯水量8, 380,380m3直線重力式コンクリート堰堤の鴨川ダ表層から沈殿してくる植物プランクトンが分解のために酸ムが完成した.さらレこ計画用水量確保のために,東条町松沢に安政池(貯水量558,630m3),小野市船木に船木池(貯素を消費することから還元状態となり,秩,マンガン,ア

水量1, 615, 970m3)の補助貯水池が新設され導水路で結ば

ンモ=ア性窒素などとともに栄養塩が溶出してくる｡これが貯水池の循環期になると,自然対流により水域全体に拡散するoこれらの現象のくり返しにより貯水池は,急速に富栄養化し水質悪化による諸問題が発生することになる｡(第1図参照)そこで,これら貯水池･湖沼等の閉鋲性水城の水質改善装置として最近,間欠空気揚水筒が注目を集めている｡

K(I〃l() T!11L,

河川名1諜古川溺･楓rL支謂

芸ムの名霊室空席諾加害都芸珊鮪i

塁【

同装置は,小さなェネ/i,ギ‑で水域全体に対流混合を起102.

こし,成層期の温度歴層を破壊または,形成を防止し有害物質の溶出を抑制する一方,水面近くの受光層に繁殖する
しl

∧￣

C)

Om

植物プランクトンを受光層下の中･底層部‑送り込むこと

堤で大量増殖を抑えることができる画期的なものであり,既堤に各地の貯水池などで採用され,大きな成果をあげつつあ

顎

体

現:

貯

水

量i(驚最良塁B8思…去監;る｡

48,434m8

計画満水位標高

そこで本稿では,このたび農業用水を主とした多目的ダムである兵庫県鴨川ダムに設置した間欠空気揚水筒による水質改善結果について報告する｡

清

地

水

142.OTn

積5⊥i.3ha計画朗水位モ崇高
余

裕

143.

筒

Om

l.Om

(テン蛋言;1',‑去喜Pn5
余水吐構造i
流域地積l頂葺 ぷ主昌詑

カヒ央のヲ芭(ヒロ7)池のfy‑J塞

AJIG
● I‑3
AEG
● 4‑‑60 SL 1‑St.
C St. 4‑SL

NOV.

1983

AUG,ユ9B4
3

S.1mpZe

6 Sarr'p】e

site

1983

site

1984

第1図
Fig･

Vol.

1

29

sf

ンカーンの

l
硫化/J(女グ)Ffli

赫水の発iE

Mechanism

Fig･

No.

1

(1985/3)

waterpollution

77 I
Il'(I))I()g(IIl ･a (/(/(､n7JZ/))￣〔.(A.I)㍗lLn比ヾC

,,i

∩

,Tm()

S(､′Jl(,第2園

impounded

.ill7

(':

儒敗Ij!‑の7L'E

貯水池における水質悪化のメカニズム
of

/
.ヾ/.

sLtも

水域の;Lil栄養化

性拘ir言u)
1

:了

､し‑/.

鴨川ダムの概要2

神鋼ファウドラー技報

0t,tlineof Kamogawa

dam

89

第1表

間欠空気揚水簡設備仕様

Table

1

Specificationof Aero‑Hydraulic

Gun

Equipment(AHG)
Designation

l

AHG

】
Dime?ion ￠420×9050βlMat｡rl｡1 PVC

i Q,ty! DelivaTey

specification

間欠空気揚水簡

Photo.

1

Aero‑吉ydraulicpackaged

Gun

Motor

9kW

:

1.逆サイホン室にコンプレッサーで圧縮空気を送

1(No.

1

Reinforced

動作説明

screw

1.2

:

1)

1983

m3/mirl.
Press. : 8.5 kgf/cm2G

Compressor

写真1:

Capacity

NOV.

1983
2,?)
3(No. 4, Au16T I
19型̲
̲.巨し9̲)NOV.

:

Type

1,

3(No.

:

AUG.

(No. 2)1984

concrete

structure

Compressor
house

Dimension

:

Area:

iNOV･ 1983

3,000mmx4

ゝ

,000mm

12m2

る｡
2.

EE縮空気が逆サイホン
室内の水面を押し下げ
る｡

1t

/

r

/I//I/lg//!bL･1[′ jL,iP[kク′Co))ゆて■S.ヾrJ(EEL )(71E′∴くe

Cl'nl'L/'',r.巾[IO71

第3囲
Fig.

3.水面が噴気管下端に達すると,逆サイホン室の空気が一気に揚水簡内に
噴出する｡
4.空気塊
が,揚水筒内を上昇する ピストン作用で吸水孔か ら底層の水を‑気に吸+二 げる｡

第2表

0peration

principleof Aero‑Hydraulic

Itern of water

2)

(AEG)

れている｡また今日では,農業用水のみならず近隣の+＼野

andmethod

分

析

法

方

I,

ガラス竃極法ウインクラ‑･アジ化ナトリウム変法

3)溶存酸素電気伝導率l
̲軍室̲堅撃墜軍

溶解性鉄

と芸‑

7)アンモニア性窒素

インドフェノール法8)仝窒素

紫外吸光光度法

9)of analysis

ガラス製棒状温度計

pE

溶解性マンガンGun

quality

l

目

温

1)水

間欠空気揚水筒の動作説明
3

2

調査水質項

5.噴き上げられた水と空
気は,水面にぶつかり,
水平方向に拡散する｡:1l'r /,i/,e,

調査水質項目と分析方法

Table

酸性過マンガン酸カリウム法

coo

市,社町,滝野町の上水道の水源としても重要な貯水池である｡しかしここ数年,植物プランクトンによると思われる異臭昧の発生や水質の悪化により船木池を水源とする浄水場においてもー時期,活性炭処理を余儀なくされていた｡(第2図参照)3.間欠空気揚水簡装置の概要
3.1.間欠空気揚水筒の動作原理
間欠空気揚水筒(以下揚水筒と略す)は,のJ. G.

1961年に英国
Bryanによって考案されたが,わが国においてもt

その後稜々の改良が加えられ,現在20数カ所に揚水筒が設置されている｡
揚水筒の特長は,極めて′トさな動力で,多大の効果を発揮することFL̲あるoすなわち,本体下部の空気室に,コン

写真

2Photo.

2/くッケ‑ジ型スク1)ユーコンプvッサー
Packagedscrew
compressor

質調

プレッサーから圧縮空気を送り,逆サイホン作用により,揚水筒内に,ピストン状の空気塊を間欠的に上昇させる.

4.水

これをくり返すことから,強固な温度歴屈も破壊され,水域全体に大きな対流,混合を起すことができる｡(第3図

設置前後の二水質調査を行なった｡

揚水筒設置による効果測定および影響範囲の確認のため
4.1.調査地点(第2図参照)

参照)

St.

1/‑3

:

3.2.装置の主要諸元

St.

4/‑6

:

納入した装置の仕様,設置位置は,第1表,第2図のとコンプレッサーは,揚水筒3基に1台の割合で設置し,騒音,省エネの点からパッケージ型スクリューコンプレッ
また送気ホ‑スは,湖面を観光用の遊覧サーを採用したo
船が航行するため特殊き替水ホースを使用し貯水池内の揚水

40

1983年度調査地点
1984年度調査地点

4.2.調査時期おりである｡

筒に連結した.

査

1, No.2,
1983年度(揚水筒3基設置No.
第1回1983年9月19日(揚水筒運転前)

No.

3)

第2回1983年11月8日(揚水筒運転後1週間)
第3回1983年12月13日(揚水筒運転後1カ月)
1984年度(揚水簡3基増設No.4,
第1回1984年7月30日(揚水筒3基運転)

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

No.5,

29

No.6)

No.

1

(1985/3)

第2回1984年9月7日(揚水筒6
TL'771/,Cm/1,,JC (℃)

基運転後1カ月)

1

ご0

:3̲

TL7jl/,L'r(]!

コIT;

10
1言
し‑‑‑‑‑‑‑+r一一‑‑‑‑‑→‑.70

4.3.調査水質項目と分析方法
第2表のとおりである｡

ハリ21I

TL･Dl♪c7･GfIIJ16
('c)

'E

10

3り

]:1

20

211

‑‑T

:iO
｢

i

i

5.調査結果と考察

1〔)

温
5.1.水
第4図に示すように1983年度の結果

むこおいて揚水筒設置前の9月には,は

ヱ15

ヱ15

ユ5

戸

喜20oチノミコ(J呈コOo‑‑‑や19/57･:T'.

レ′

戻

25

T''i

子亨

B/1'ulこD‑一‑‑Cユ3/LLILl.

】

;i

l

っきりとした温度躍層の存在が確認できる.しかし揚水筒運転後1週間目に

A‑‑‑止

25

30

手鼻
七

おいて躍層ほ,水深15/‑20mに移行するとともに,温度差は緩和され1カ月

St. 1

St. 2

後には躍層はなくなった｡この時点で第4図1983年度水温変化

揚水筒の効果は,断言できなかったが,

Fig･

4

Reservoir

Time･Depth

Temperature

St. 3

variation,

1983

第5国に示すように1984年度の結果において前回の同時期に見られたような強大な温度躍層はなく湖底までかなり

TL',
1O

5.2.

ユ
≡

+i

…葺
%〜

‑

にもかなり高い歴層が形成されており,
昨年度の揚水筒の効果は継続していな

St. 4

第5園

いo

しかし揚水筒運転後には,ほぼ中性(pH≒7)に抑えられ前年度の運

Fig.

St. 5

1984年度水温変化
5

Reservoir

転後と同じような結果(第6図)が得

Time･Depth

Temperature

8.r)
【

4′/

1984

S,n

ヰも
T今
冬与

ト)

i

∫./

言

1!

…ヨ三

て≡

i.官

=､

ンクTlンの増殖が行なわれていると思われる｡また揚水筒によって底層からし=上昇する栄養塩もこの増殖を助長した…1

1 〔J/5[･̲I‑1

13/LJELt.

1

人

I.

一時的にpHが低下するものの,長期間には,さらにそれを上回る植物プラ

S/Ivr()Iこ

ゝ

L￣･I
St, 1

と考えられる｡

St. 2

St. 3

第6園1983年度pli変化

5.3.溶存酸素
溶存酸素は,その推移およびグラフ

6

Fig.

Reservoir

形状が,水温の場合とよく似た傾向をTime･DepthpH

variation,

1J[((第8国,第9国)

(
r'

1983

♪i(

7,U

｢

Tん̀て

U

i:'F

ノ

ここでも揚水簡設置効果は顕著であるが,第9園において1984年度の揚水

5

)

10

…三E

三]

ミ

≡

ー

?

されたためと考えられる｡
湖底付近においては,運転後も上層

第7国1984年匿pH変化に比して酸素量が少ないが,これは湖

Fig.

St. 4

7

Reservoir

､ヽ

St. 5

Time･Depth

神鋼ファウドラー技報

pE

variation,

/
15

/
I

喜2U

＼

……巨

揚水簡の増設により一段と水域全体に混合塩拝され,その分解に酸素が消費(1985/3)

variation,

々

貫

1

7/Sid.1L'.

St. 6

｢

￣￣ー

層のpHの低い水塊が表層へ移動し,Vol. 29 No.

ーー→

>[/
7.

l￣￣￣yーナ了￣￣

一般に植物ブランク†ンの炭酸同化作
用により上昇するが,揚水筒により底因としては,表層近くで大量に発生していたと思われる植物ブランクナンが,ir｡‑‑‑‑‑‑‑‑‑一:礼/Jr/i/,/∫

られている｡理由として表層のpHは,筒増設後1カ月目の溶存酸素が,増設前より全体的に低下している｡この原

!fI

5卜

については,第7図に示すよう
4, 5, 6)運転前に1984年度揚水筒(No.

示すことが判る｡

り￣

o｢‑ll

pH

､l

L)り

?

ミ･)
%

pⅡ

11T)

｡L

配が,各調査地点で得られている｡このことから揚水簡の効果は顕著かつ広範匪けこわたっているといえるo'j'u)llw)'LtfL[TL'(pC)
1 ()り｢‑‑斗づ+

水温が高く,しかも緩やかな温度勾､l/NIL‑(7/,,,･C
(oc)

1:)

l

.→こ叫′./(;り■‑.･‑

7/.＼7JP.

l);‑)

31r

:iT)

St. 6

1984

41

I)0

＋
f
∫

与

言15

S

ち

号I2〔)

ら

古

2C

1

ら

r)

25

I

+

3()

むこより供給される酸素を相当消費して5.4.電気伝導率
第11図に示すよう忙伝導率は,上下

lUt[

き言…し
皇;:.t

言15

l

‑

‑‑一十･

いるためと考えられる｡

i

ち

3口

底FL沈でんする還元性物質が依然循環(,)7ギノl)[+I‑‑r1

しll○‑‑‑‑･･･一･←‑･･‑‑̀

層にわたりほぼ一定の数値が得られてr:)/.㌧ノJ

L>‑‑△

i/.＼￣(̲り+.;//)l･i:.

おり,広範囲にわたって水の循環が行
なわれ,かつ底層‑の酸素供給によりイオン性物質の溶出量が減少したものと考えられる｡

St.

St. 1

St.

2

5.5.溶解性鉄
第12国に示すように,湖底での溶解3性鉄は,揚水簡の運転後かなり低下し

第8図1983年皮溶存酸素量の変化
Fig.

8

Reservoir

DO

Time‑Depth

variation,
J)()

Tn

(),Ijl/I)

1983(lil.L･/I)

1)()

n

り｢

1984年度の増設後も多少の増加はある
ものの1mg/β以下に抑えられている｡(7ノ7,a//)

これも5.4項と同じく底層‑の酸素供給により溶解性鉄が酸化されるためで￣￣￣￣￣

ある｡このような酸化,溶出抑制効果

ll)は以下の溶解性マンガン,アンモニア
性窒素,CODについても認められる｡

1.I)

二≡
ち

tpLt>

卓

モ

2n

一

5.6.溶解性マンガン25

第13図に示すように,溶解性鉄とほ:二=‑1'L/:,..:I;,.r30

ぼ同様の変化が認められた｡特に溶解35性マンガンは,浄水処理においても除去し【′こくい物質の1つであり水源での低下は,本貯水池を水源とする浄水場

St. 6

St. 5

st. 4

にとって有益である｡
5.7.アン毛=ア性窒素

第g園1984年皮溶存酸素量の変化
Fig.

9Reservoir

DO

Time･Depth

1984

variation,
L､,),/7(,㌔

l･

l川

F()

･.

T:1

L.汁
(二 今

I

l =1

lユ‑￣￣‑

:.1｢汗

r

l

:,b争

第14図に示すように,∫･Ll/■,, L'.7.し)(/Lヾ/･･IJニ丁りl

1コり･‑･■ト;｢￣￣L )ベかなり低い値に抑えられ改善されて1コl

三■いる｡アンモニア性窒素は,浄水処理

＼

洲

i f'干

㌔

α‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑4

1!l

ヾFr.

J}‑‑‑‑△

べ/.＼=L〇､･･‑+

l:1/I)/･

三い‑の経済性に大きく関与する｡すなわち
その存在【′こより多量の塩素が消費されるためであるo
またその結果Tl l)ハロ
メタン生成を助長するといった問題をもっており水源における低下は,その抜本的対篤といってもよい｡
本貯水池を水源とする浄水場におけ

St. 3

St. 2

St. 1

第10園

1 983年度電気伝導率の変化

Fig.

Reservoir

10

1983年度に比｢￣･･.ヾ.･′二㌢JりConductivity

Time‑Depth

variation,

る塩素消費量が例年より2‑30%減少したとの報告を聞いている｡

1983

5.8.全窒素
全窒素は,窒素ガスを除く窒素化合

∫:■
｢三 I
l

I

く̲

111ト

†
I

I
1

1

‥

喜ニ[

St. 4

I‑･￣‑I‑

St.

St. 5

42

ll

Reservoir

Time‑DepthCotlductivity

variation,

7/ill‑P.

6

第11国1984年圧電気伝導率の変化
Fig.

:jO/7[:I,ア1984

神鋼ファウドラ‑技報

写真3

揚水簡の運転状況

Photo.

30peratingVol.

conditions

29

No.

1

of AHG(1985/3)

A,

4.0

Ilo

a

3.D

ど

＼

㍗
≧
(i

ニ芝ニ〕

St,

2･0

式

./

0,5

叶望ま･‑‑‑‑‑￣○＼ヽヽSl･3

ク′一

第12囲

＼
6

/.SI1
Sf. 4

SL5

￣‑‑‑‑‑‑一寸

0 +‑⊥1 9/5EP.

ヶー/

湖底での溶解性1

1.0

8/∧r()t'.

7/ SEP,

鉄量の変化
Fig.

0 L⊥･
19/SEP.

12

Variation

8/NO

V.

7/SEP.

1983

in Fe

1984

concentration
of
botbm

reservoir

1983∫

M7Lddle
?

1.0

＼
∈

,A

5J.･?′

‑

51i.1

CL､

玩

:> /･ノヽ＼

2,0

SE.1

￣￣･‑○

■=岩

￣○

0J)

＼
＼

St. 3

鳶

St.6

E1

第13図
湖底での溶解性St.4

1.〔1マンガン量の変化
Fig.

ユ9/5EP.

8/NO

l′二

7/SEP,

1983

198･i

13

19/SEP.

Variationinconcentrat

ion

蒜)

S/∧･'OF;

30/JUIJ Y

19Lq3

Mn

of reservoir
bottom

7/SEI'.
1984

3.0
Bottom

ヱ

第15図

2.0

O+I̲

こ2.()

≒
F1

I

･

St.2 /I

＼

＼

57.3

､､も

T･N

i 9/.SEP.

8/

() r

】3/ I)EC.

19Lq3

E3()/JL[L l'1i9/ SEP.

in

7/SEP,1 〜)S.】

13/DEC

7/SEP,

surface, middle
and bottom

concentration

し,植物プランクトンの生産性が高まったことが考えられ

reservoir

る｡とは難しいが,一般的には,この量が少ない方が水質は良好と考えられる.第15図に示すように,揚水筒運転前にく
らべ湖底の全窒素量はかなり低下しているが,表層では逆に増加している｡

ofbottomCOD

CODの変化は,第16囲のごとく大きな変化はないが,湖底では低下しており底層まで酸素が供給され,好気的状態に変化したことを裏づけている｡
5.10.植物プランクトン
今回,生物類の調査は実施していないが,鴨川ダムの補この原因としては,生物の残骸を含む窒素化合物が,堤水筒によって底層から表層‑移動したか,栄養塩が上昇
1

I/.

1 983

5.9.

No.

8/N()

NH31N

物の総量であり,この数値からそのまま水質を判定するこ

29

inconcentra.

tion of reservoir

14

Variation

㌔

L⊥

15

Variation

ニア性窒素量の
変化
Fig.

Vol.

Fig.

＼

1.O

第14図
湖底でのアンモp‑‑‑‑‑‑‑‑一‑一1‑JqL

0

､4

･‑へ

‑

/

/a

表層･中層･湖底の全窒素量の
変化

＼

･ーーー

J

S[,3

(1985/3)

助貯水池である船木池を水源とする′J､野市の水道部が行なっている分析をもとにその植物ブランクT‑ン(Synedra)の神鋼ファウドラ‑技報

43

第3表
Table

Su TIP(I(‑i,

農業用氷水質基準
3

Waterqualitystandards

for agricultural

irrigationsl

項目

水質基準値tl項目;水質基準値

＼

it)

1

≡

COD

31‑

6ppm以下100ppm以下とl亜銅鉛L:二三2p,::呂芸
1ppm以下l らSS:ミ:こLL?i'3'‑｡

'̲),(
)

全窒素

■､･ヽ

溶存酸素

1 :i/I)I.:C.

変化を第17園に示すo

汁‑‑‑‑⊥:帆//JjL lー

7/上どZ',

轡伝導率弓300/LS'

5ppm以上;】.00 +‑‑ +
19/.blEP.

lヒ素0.05ppm以下

6.0‑7.5

pH

1

揚水筒の設置による生数は著しく減少している｡

19.SI

Syredraの発

1982年および1983年に実施した臭気除去のための粉末活性炭の注入は1984年は行なっていない｡
Middle5.ll.農業用水水質基準との対比
揚水筒運転前は,表層のpH,底層の全窒素などで農林水産省の農業用水水質基準(第3表)を満たしていなかっq
O
i)

たが,運転後には底層までほほ基準値を満足する｡底層部

J芸

,
.ヾ′.

:.(I

S!. 5

ー

の溶存酸素がまだ基準値に達していないが,引き続き湯水簡の運転を行なうことにより徐々に上昇するものと考えら

l○■･■･▲

I■■■■JLd

Sf. 6

一

れる｡

1.0

む

6.

OL･⊥
19/SEP.

7′SEP'

198:'

1:3 }EC'L30′′L'LY198i
OV'

す

ぴ

以上,揚水簡の運転による貯水池の水質改善の一例を紹介したが,今後は物理的,生物学的な観点のデ‑タの蓄積も行ない貯水池におけるより効果的な揚水筒設置指針の確立をはかりたいと考える｡
終りに,本装置の建設,運転に際し多大な協力をいただ

Bottom

第16国

10･O

?

いた東播土地改良区の関係各位,ならびに本報の作成にあ

表層･中層･潤底のCODの変C)(こ)Uたり資料提供,助言いただいた小野市,社町,滝野町の各
水道関係者およびシステム科学コンサルタンツ㈱の諸氏に

化
Fig.

･
こぞ/%3･

5,0

16

対し,深く感謝の意を表する次第である｡‑

Variation

≡
ご‑二三…

COD

in

concen‑trationOL⊥
ユ9/.t'1EP.

7′SEPl19883/

OV'〔参考文献〕ofSur‑

reSerV10r

face, middle
and bottom

13/DEC.130/′UIJYr)84

佐藤晃一:水道協会雑誌｢間欠式空気揚水簡による貯水の水質改善+,第567号(1981)
P13‑23

A,
403
BOD

口

200
Tg

言
L二

宇て､
害鳥
トこ亡;≡

L=S,a

き

蛋
loo
ATIGJVO.1‑a

Ti71u:･W10.

71引91】0111J12
198】

tAfloG}eJ}:2i,‑L1121314hI)l引71日】†)ll()11111'2 1E213Id1516‑718L亡=10111112
]9812
19S3

f')本宿性炭注入串
PDWde71PdacLiL)a!edlO(:']rb(,7Hlo‑wjlEL'‑,,

44

//I()

i

1事213F4事51617[sF911rJl
19糾L

L
神鋼ファウドラー技報

第17図

船木他における植物プランクト

Fig.

Variationin Phytoplankton

centration

in

ンの変化

17

Vol.

Funakiike

29

No.

con‑

reservoir

1(1985/3)

欠

間

ば

気 型

っ

Inllerm;T†ent

Aerc]Iion

接 触 酸

化 装 置

●

Type

BiologJCC‑I

ConI耶110r

技術開発本部村

越Hidehiko

Recently

wehavedeveloped

theintermittent

jointly with

Kaiyo

Industry

CO.,

Ltd.

This
is

equlpment

suitableforTheintermittent

witht光ttercontactor.
This
paper
of

∫

test

is capable
removlng
of efficiently
treating
raw
contaminatedwater

introduces

has

type

aerationtreatment

effectthan

theoutlineofammonia,
for water
toprovedbethe continuous
the

odor,

algae, etc.
system.

more

equipment

andcontactor

supplyenergytype

andefficientofbiologicaltreatment

res山taeration彦

plant.

このたび,当社は海洋工業㈱と共同で間欠ばっ気型接触
酸化装置を開発した｡本装置はアンモニア,臭気,藻棟等たものである｡ノ＼チの巣状に集めた多数のチューブ(ハニをよく除去しており,汚濁した上水道の原水対策に適してカム)内面に生物膜を形成し,これに原水を繰り返し接触

いる○

させて浄化させる方法である｡原水中の有機物質や藻類は十分な酸素供給のもとで,このチューブ壁面に付着した微

又,間欠式は連続式より省エネ型であり,処理効果もすぐれていることがわかった｡
本稿では,装置の概要と処理実験を行なった結果の概要を紹介する｡

ま1.

目し,長大な川の流れによる処理の効果をコンパクト化し生物群と接触通過する際に吸着,酸化

え

が

き

分解される｡

装置の構成

2.2

本装置は第1国に示すように,処理槽,はっ気磯(間欠最近おいしい水遣りがよく話題になっている｡これは水空気揚水筒),充填材(ノ＼ニカム)より構成される｡水槽内

道水に異臭味の発生が頻繁に認められるようになったことにハニカムを水没させて設置し,中心部に間欠空気揚水簡と水槽下部こ空気逆洗装置を設備したものである｡この間

辛,有機塩素化合物の検出が認められ,その毒性が問題となったためで,上水道の水源対策や浄水施設の処理フローの改善が叫はれるようになってきた｡
わが国では,これまで河川や湖沼から清浄な水を安易に得ることができたが,工業の発展と人口の都市集中化が進んだところでは水質汚濁や富栄養化が著しく進行し,そのため湖沼では藻類が繁殖し,これが水の味を変質させた
り,有機塩素化合物の前駆物質を生成させる原因となって

J

l光en
does

typebiologicalaeration

英Murakoshi

欠空気揚水筒は円筒下部より間欠的に空気泡を噴出させて槽底の水を揚水して表面に拡散させ,慣性力を働かせて脈動しながら順次槽内を循環させるo2月さ式水流変更板は円
筒内を空気泡と共に上昇した水をノ＼ニカム表面に均等分散させる働きをしている｡原水への敢素供給は,空気吹込み
後さらにこの2段水流変更板に衝突し,飛散と表面拡散により空気を巻き込んで,効率よく行われる｡ブロワーの風いる｡④

Inj7ue nt

また上水道源水中にアンモニアが増加するため,これのEj77u e nt

処理に塩素をより多く使用し,いやな臭いを出し味を落す｡そこで極力塩素を減らすことが要求されている｡
悪化した原水対第には従来の薬品沈殿炉過に加えて活性炭がよく採用されるが,経済性に問題がある｡一方浄水処①

理は大量の水処理であり,省資源,省エネ)i,ギ‑性が求め
られる｡

⑤

②

薬品を使用せずに自然の浄化作用を利用した生物処理が㊨脚光をあびるにいたっている｡上水道における生物処理はアンモニア,藻類,臭気を除去対象指標としているが,なム法の特長をさらに発展させた間欠はっ気型接触酸化装置を開発した｡その概要説明と,湖沼の水について実験を行

Double理第1図

間欠はっ気塾接触酸化装置の原理は河川の浄化作用に着
Vol.

29

No.

1

(1985/3)④充填材(ハニカム)
Filler④2段式水流変更板

2.装置の概要
原

③
①処理槽
Basin

った結果を報告する｡
2.1

ノり

⑦

かでもノ､ニカム法が優れていると言われる｡今回,ハ=カ

Fig･

guide

PL

㊥逆洗装置
Back

①気泡

wash

㊥間欠空気揚水簡

Bubble

Draft

tube

equ lpmen

t

⑦空気室
Air

chamber

間欠ばっ気型接触酸化装置
I

神鋼プア■ゥドラ‑技報Intermittent

aerationtype

biological contactor

45

実験装置の仕様

第1表
Table

I

plant design

Pilot

㌔ 間

処理方式

欠

式

specification

処

連続式処理

理l.

志芸
器一芸トi‑よ石器盲㌃‑‑ii
亘互幸二[=
4‑3

充

填

×

3槽

4m3×1槽同材lハニカム13m/mセル

2.5m3

2･5m3×3槽

充填容量l

同

ばっ気装置l簡径200mm中×2750mm

㌔

ブロワ‑

写真1運転状況
Photo.

I

Operatingconditions×1槽
左o.4m3/分×0.75kWxO.45kg/cm2(2)従来の連続式処理はノ＼ニカム内の循環流速が不均一量を制御することにより,間欠ばっ気の間隔,槽内水の循/､ニ

環量(ノ＼ニカム内下向流速)を決めることができる｡
ヵムは一定容積当り接触面積が大きくとれ,循環時における接角虫抵抗が少ない特色がある｡なお,写真1に運転の状況を示した｡

連続式処埋との比較

2.3

左連続式処理は原水へ連続してばっ気することにより,酸となり易く,ノ＼ニカム全体での処理が困難であるo一方本処理装置は2段式水流変更板により均等分散が得られるた
めノ､ニカム全体で有効に処理ができる｡(3)従来の連続式処理は,水の浄化の度合によりノ＼ニカ
ムの壁面忙付着した生物膜が肥大化し,日詰り閉塞を起す
ため逆洗装置を取り付け定期的に空気を送り強制的に逆洗剥離が必要であるが,本処理装置ではノ＼ニカム内を循環す

一る脈動効果が適度なショックとなり生物膜の剥離を促進さ

素供給と循環を行わせる方式であるoこれに対し間欠ばっせるため逆洗の頻度が少なく,目詰りが起りにくい利点が気は次のような相違点があるoある｡(1)従来の連続式処理FL比べて,同一はっ気風量KL‑対し

3.実験装置の概要

揚水量が多くその分ノ＼ニカム内の下向流速が速くなり処理効果が優れているoまた同一風量V‑対し揚水量が多いこと

実験装置のフロシー†を第2図に示す｡本実験ではノ､ニ
1槽を連
3槽を間欠式処理,
ヵム接触酸化槽を4槽使い,は省エネルギーとなる｡

Bloれt,rLlji pump

′

ヽ

′

ヽ

也

@asl'n)Lakeー( Grit c71a 7nber)(Inteymittent

ti少e)

Ej7l(Lent/ヽ￣

basi71)｢Li'[7((Ice

第2国
Fig.

46

rC()ntl'nlLOuS妙e)

実験装置のフロシ‑ト
2Flowdiagramof pilot plant

神鋼ファウドラ‑技報

vol.

29

No.

1

(1985/3)

第2表
Tab)e

実験条件
2

0peratingparameters(22arz3諾?lr
23?60留)

￣＼
くJ

阜

項

;=

type

Intermittent

＼ヽ̲メ

(リ

3.6m8/h,槽

空室重要二l

0.47‑1.4m8/m3,

留

時

0.8

ぶ
くこ､

ばっ気風量l滞ー王こ

3. 5m3/h竺̲̲撃̲̲里̲早̲
l

間!

‑i:三

≡

pt3

h

.=

i,vP(I

nfinuous

0A

三･
■㌣

1′‑3b

(〇

望
0

2.0()0

20

10
Time

Znter7mlttent

type

第4図

･≡

￣
＼

Fig.

1.5()0(sec)

ばっ気筒内流速変化
4Velocitydraft tube

in

curve

Continuousわやe

くゝ〉

,i
&℃
ミJ

し)(〕
0

(Aeration: 3.6Tn8/h )

諒10

(J

＼ヽ‑

繋･

(Diameter 2007n初〆)

.ご
q

500

第3国
ばっ気風量と揚
水量

J毒

Fig･3
20

60

80

AL,7･(Th'on ( A40/ min)

1 00

Intermittent

盲

8

茎
竜

ヽTh

第5図
水量負荷とアン
モニア性窒素の
除去率

0.5

･

Hydraltlic

プにより,ポンプアップしそれぞれの処理槽へ供給され1.0

loading

1,5

Fig.

5

NH4‑N
(m8＼m3 ･h)

1removaある事を示すo また,脈動効果は処理における生物膜の剥離を促進させる役割をはたすことになる｡

第1表に実験装置の仕様を示す｡槽容積,使用した充頃

次に間欠式と連続式の処理効果を比較した｡第5図に水材,揚水濁(はっ気筒)の形状は全て同一とし,空気の噴量負荷とアンモニア性窒素除去の関係を示す｡結果は間欠出の方法を間欠式と連続式に相違させた.ブロワーから送式が優れている｡このことは同一はっ気風量に対し揚水量られた空気ははっ気機を通じて水中に酸素を供給すると共に槽内水の循環の動力となる｡

4.実験条件と方法

1

t)･pe

導

続式処理の2種を行った｡原水は湖沼から取水し原水ポンる｡間欠式処理では第1槽の処理水が第2槽,第3槽と順次処理され流出する｡連続式は第1槽の処理で流出する｡

Continuous

4$

pumpingrate

typeが多く,充填材を流れる下向流速が速くなり,生物膜と接触する回数が多くなるため,除去率が良くなっている｡
5.2

実験は,間欠式と連続式の比較のため,ばっ気機性能と,間欠式の処理効果
第6,8,12図に水質の径日変化を示す｡実験は6月から11アンモニア性窒素の処理効果を調/i,次いで第2表に示す
実験条件で比較的長期間にわたり,間欠式の処理効果を詞月まで行った｡水温は原水および第1槽から第3槽までのベた｡本実験の場合,原水中の溶存酸素潰度は鮭挿口状態に処理水共ほとんど変らず,

6月から10月まで20oC以上ああるので,撹拝に必要な空気量として3.6m3/hに設定した.

り11月に入り平均して10oCまで低下した｡実験に当り
新しい充填材を使用したため,通水後1か月程生物摸の付

実験中の分析項目はアンモニア性窒素,臭気珠度,藻類と着形成を待った｡生物膜は次第に形成され処理効果が表わ

し,三栄水条件は原水およぴ間欠式での各槽の処理水を同時れた｡実験期間中の原水アンモニア性窒素の壊度は0.65かに行なった｡又,連続式と間欠式の比較はアンモニア性窒素

ら0.07mg/e,平均して0.29mg/eであり,第1槽処理水はのみとし,原水および間欠式第1槽と連続式槽の処理水に平均0. 12mg/ど,第2槽は0.09て行なった｡分析法は上水試験方法に基いて行なった｡逆洗排泥は,間欠式と連続式の比較実験では同一条件で行った｡

であり,処理水は第1槽は30,第2槽19,第3槽15であっ

5.実験の結果と考察

Ⅱ1g/ど,第3槽は0.07mg/磨であった｡原水の臭気壊度は299から22まで,平均して84

5.1ぱっ気概性能の比較た｡藻類は原水の個体数が4,000個から108,500個まであり,処理水は第1槽が200個から19,900個,第2槽が190

間欠式ばっ機と連続式はっ気機の性能比較するため揚水個から8,500個第3槽が70個から7,500個まであった｡

筒内の流速を測定し,揚水量を求めた｡第3図にばっ気風
量と揚水量の関係を示すo
これから分かるようにばっ気風
量が一定以上になると間欠式の揚水量が多くなり,連続式
より揚水効率が優れている｡次に第4図に揚水筒内の流速分布を示す｡間欠式は一定のサイクルで流速に変化があり,脈動効果が見られるが,連続式では一定の流速である｡連続式VL比べ揚水量が多いことは間欠式が省エネ型で
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

5.3

アンモニア性窒素の除去
生物膜処理はアンモニア性窒素をよく硝化することが知られている.

NH4'＋3/202‑NO2￣＋H20＋2H十NO2￣＋ I//202‑‑,NO3￣

アンモニア性窒素の硝化にはpH,水量負荷(滞留時間),
必要空気量(充填物の下向流速に影響)に関係するが,本実験では第6図に示す通り原水のアンモニア性窒素のi濃度

神鋼ファウドラ‑技報47

Znj7uent

‑

‑‑‑‑

Final
ej3#uent
Removal

‑‑

‑‑

‑

1.0
中

＼＼･>･,v

ヽ･､
bD

/･1tv
^tJ

E

S

o.5

100京

r'‑･へ＼^･J｢･ノへ･∨

毒

C3

i

50

ーー

%

､

て∋

崇

Q]
､′′へ

第6図
Fig.

6

A

July

JILn.

U

Oct.

No

IOO

200

u･

AcllL,ated

第18園

活性炭注入量と臭気濃!蔓

N甘LN

Fig.

Activated

observations(Aeration : 3.6m3/ h)

10

feed

carbonfeedcarbonアンモニア性窒素

100

i

Sep.

ug･

vs.

(mg/A)

odor

S:

tis

10
第11図

E:

80

Ls
a

茸
第7国

≡
くゝ〉

こく

≧

Znjluent NH4‑N40

襲アンモニア性窒素除去率(mg/ E )〜0.5‑▲‑‑‑‑▲‑

o.2

Fig.

ミ 5
(⊃

Fig.ll10
Odor

Hydradic

biologicalcontactor

1(〕0.()0()‑‑‑

Jnj7uent

‑

5()0

1‑‑

Final

‑‑

I

Filtrationload ing(m3/m3･ h)loadingbyofeffeciency
odor by20

vs.

bydraul ic
1.5.

Removal

NH4‑N

1.0

よる臭気除去効果

7

Removal0.5

凝集沈殿妻戸過に

/｡‑｡/

息

C)

bLj774ent‑Ft'nalefj71(a)/lt

モJ∈

eRllient>

10.000

㌔‑

へ

1ミ〉

%

.き
℃

ド

'盲

100

も

1.000

Jこ)

こ)
I3

レJ:I

JI
ll

⊂)

I‑‑r
1
′

､､‑‑^ttttv･!･･J
■

ttll.

ト
,3

l

<
∫

5

′

>

第8囲
1り

臭気濃度

ll

V

Fig.

8

Fig.

observat
Jun.

July

Aztg.

Sep.

nct.

i on

40

Fig.

9

0dor
10

20

･4()

InjlzLent Odor

60

80

No

of

each

basinsof LlaCh basins

1

12

Total

numberofalgae

欠式処理槽の流入と流出水(処理水)ごとに臭気濃度を示した｡原水臭気洩度が60の時は,第1槽,第2槽,第3槽
20, 15となり,臭気物質の処理水はそれぞれ平均して30,が良く除去されることがわかる｡一般的に臭気i柴度を低下させるために活性炭がよく用いられるが,一例としてジャは大きく変動したが第3槽処理水の平均除去率は73.

4%と良好であった｡
第7園に水量負荷とアンモニア性窒素除去率の関係を示

ーテストによる活性炭注入と臭気漬度の関係を第10園に示す｡これから分るように臭気濃度を低下させるためには,活性炭の注入量が増大し,経済的に限度がある｡そこで活すo原水深度が0.5mg/e,

性炭を削減するために間欠式接触酸化処理に期待がもたれ0.2mg/eの場合についての関係を示した｡この図から分るようにアンモニア性窒素の除去
48

I

実験期間中の臭気濃度は第8国に示したが,第9図は間各槽処理水の臭
気濃度

1n

Oct.

荷の設定が必要となる｡
5.4
臭気の除去
第9園

昏20

S(,i).

程,除去率は向上するので,目標とする処理水に合せて負

basin'irst basin

篭 30

ll I (Ll.

率は水量負荷と原水i濃度によって大きく影響される｡水量
負荷が′トさくなる程,又同じ負荷条件でも原水i柴度が高い

basin
ond

Jl(ly

s

Nou.

50
ら.

J7( .

第12匪l藻類の総数

0dor

Q

I1･,.J･.

､､J,･･^J‑･.I
:

10

竜

10()

る｡第11図は間欠式処理水を凝集沈澱炉過(今回ジャーテス

神鋼ファウドラ‑技報Vol.

29 No.

1(1985/3)

A

第3表

100

L=‑;t:〜:ズー‑ '｢/′こヽ･̲'I:こ

90

＼
i:I

80
≧ミ 70

藻類総数の除去率

Table

3

Total

numberof algae

removed】8月‑10月(%)
左表哀有＼̲̲̲l7月‑11月(%)i(平均)

盲 60
慧 50

第1槽!

27.4‑99.6巳(78.6)

第45.2‑99.6

2

槽+

1

(86.7)

Q

第

ゝ

40

3

槽i

1

50.0‑99.6

First basin
Second basin
Third basin

〜% 30
可

(91.5)

ai

Final

￣】

83. 2‑89.

8

91. 0′‑95.

396,

2′‑′96.9(ガ7uent algae

20
100

10
0

Jtm.

A ug.

July

Sep.

Not

Oct,

80

第13図

藻類の除去率

塗

Fig.

Algae

層

13

removal60

劫cilla riophyceaeQSーーー･‑一･‑

Ci)

c<

40

‑‑‑

7L･‑‑

Ch lorophyceae

Cyanopわ,cede

1 00.000l

20

Av･nt1

/

SeP.

第15図

種類BIJ藻類の除去率

㌔

Fig.

Algae

∫

10.000

Aug.

July

t

15

Oct.

Nou.

removalt

間中の藻類総数は第12図に示した通りである.藻類は季節

/

Qこ)

A
e5

や環境によってその繁殖する種類は異なるが,期間中,原＼q+)

盲1･000tt,￠

盲

水の藻類総数は大きな変動をしていない｡第13園,第3表/ttに各槽ごとの除去率を示す｡除去効果は夏期水温の高い時
l[.,1I.l･‑II∫宅ヽ､ JLI

り■

期に高い除去率を示しており,実験期間の平均でも第1槽,第2槽,第3槽の除去率は70%以上,
80%以上

‑rt

lノ

85%

以上の良好な値を示している.次に第14園に原水中の代表
BICillanloph̲vceae

‑

‑

100

‑

C:yt2nOPkyceae￣ー￣

的な藻類について種類別個体数を示す｡期間中平均して,藍藻類と珪藻類が圧倒的に多く,緑藻類が非常に少ない｡

iir

Chlorophyceae

1￣‑

ii
.･T
lV

季節的には夏から秋にかけて藍藻類はMicrocystisと軟かCyclotella
ら冬にかけて珪藻類はの異常発生が見られた｡またこのような原水に対して,第15図に種類別藻類

l

y'

Jun.

July

dug.

第14因

原水中の種類別藻類数

Fig･

Number14of algae

Sep.

の除去率を示した｡これらの結果を見ると,一般的にかび臭の源と言われている藍藻類の除去効果が最も優れ,期間平均して第3槽での除去率ほ96%以上と高い値を示している｡それに比べ珪藻,緑藻は若干劣っているが全般的

Oct.

NoL'.

itlinfluentに高い除去率を示している｡この様に間欠式処理は優れた藻類の除去効果を発揮するので,浄水処理工程における前処理設備に有効である｡

トによる処理に替えた)後の臭気蹟度を示した.原水の臭気濃度を低減させるには,第9,11図の関係を使い,原水

6.

の臭気洩度と処理水(凝集沈殿炉過後)の目標臭気濃度に合せて間欠式処理の負荷を決めることができる｡本実験ででは薬荘,オゾン,活性炭処理等水質改善に大きな努力がは原水臭気濃度が50の場合,間欠式処理の第3槽で約10程にも安く,取り扱い易い浄水設備が望まれる.生物膜処理度まで低減させ,凝集沈殿炉過工程で,においても‑ニカム法,回転円板法,流動床法等があるが7から8程度まで低下させることが可能である｡
5.5≡藁類の除去藻類を含む原水は浄水工程において砂炉過継続時間を短縮するだけでなく,水に臭味を付ける原因となる｡実験期
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

むすぴ

水道水源の水質汚濁に対しては貯水池のはっ気

浄水場

はらわれているが,水道水の安全性を確保しながら経済的,このたび間欠ばっ気型接触酸化装置の実験結果ではアン
モニア,臭気,藻類共よく除去されていた｡本装置は従来のノ､ニカム法をさらに発展させたものと確信しており,今後のおいしい水遣りに役立つものと期待している.

神鋼ファウドラ‑技報49

ピッカーブ社製プレート式熱交換帯の概要(第二撃)presentotiqn

Vicc';b P[crfe

of

Heq†

(ⅠⅠ)

Exchclnger

冷却塔生産部技術課

岩崎Akihiko

八

has

by

vicarbstartedworld‑famous
Tbe
first installment'descriptive
Tbis

of
was

of

account

the

paper

of

the

dismantlingandassemblydescriptionofinstallment

secondof plate

beat

the

え

describes
exstructure

and

the

subjects

installationofc血anger.

T.の移動が容易VL行えるように寵慮されていますo†式熱交換器の販売を開始しましたo第がtheory,ofsubjects‑

T.を定位菅R:保持しますo上･下部ガイド/i‑はプレ‑部ガイドバ‑とIF部ガイドバーはプレー†を正確R:琴列し†式熱交換器の据付･分解･組立水圧試験方法を詳説します｡
まmanufactured

product.

一報ではプレ‑十式熱交換器の性能忙関する基本理論,樵
造の説明をしました.本稿では第三報としてプレ‑1.

excllanger

ます｡･タイロッドほPHEの全周忙等間隔紅付いており,固定フレームと移動フレーム間のプレートを締付けます｡油きプ1/‑ト式熱交換器は波状の1)ブをもつ伝熱プレートを

ガスケッtを介して重ね合わせ,ケレーll間交互に流体を圧ジャッキを利用することV‑より,迅速忙PHEの組立が可能です｡
2.1.2.符号説明接続ノズ)I,部には文字と数字が各1文字マーキングして通して熱交換を行うもので,その構造上の取扱いの容易さ,熱交換性のよさおよび経済性の点等大きな利点があり
広範餌VL使用され,ピッカ‑ブ杜はこの分野で世界有数のあり,

実績を誇っています｡本稿はこのピッカーブ社プレート式

す｡

熱交換暑旨の据付･分解･組立･水圧試験方法について説明

2.2.プレ‑‑ト及びガスケットのマーキング(第3図)

します｡

Fは固定フレーム用,(第2園)･まず固定フレームにガスケッ下付きのプレー†を碑付(サします｡

2.1.

フレーム(各部名称は第1報参照下さい)
2.1.1.構成部品

NとSがマーキングされていま･プレー†の上下には,･固定フレームと移動フレームは強固な厚鋼板製であります｡

す｡
二プレー†は固定フレームから移動フレrムの順序でプ
レート上部裏面にナンバリングされています｡･上部ガイドバ‑は固定フレ‑ムとガイドバ‑サポート†を支持し,かつ洗浄と再組立の際プレ上にあり,プレ‑(ローラー)･通常第1番目のプレーT･はNを上にして取付け,次のプレーTlはSを上忙,その次はNという順となります｡

Er‑pl,Suspensionrail

トの4つの開口部を隔離し,且Fiェedfra''iel

IMobilFralneF(固定フレーム)lI(移動フレーム)

つ固定フレームとそのプレー†との水封を目的としています｡
この空間R:ほ流体は掠れません｡｢子吉て話｢
1乙e70(p,;;esh宗完荒E･L･((タイロッド)
rr:ヒ:::::::::::::::ヨ

LG･

一ute

i(下面所

rq

50

ガスケットの配置

4つ･最初のプレ‑十VLは,
Isupportfootr の区画のある,特殊ガスケブト(ガイドパーサポート)せ取付けますが,これはプv‑

co('5買F州

ll以外紅は標･最初のプレ‑
準ガスケッ†を使用します｡ガ
スケッTには裏表】慣次プレ‑の配列番号順にのり付けしま

ll

‑)す｡
･通常,下記の規則に従って

フレーム

1

2.2.2.

(上部ガイドバー)

ItL声=去Fig.

Mほ移動フレーム用でありま

2.2.1.重ね万の手嶋

2.概要一手順一符号説明

第1図

健

Yagi

France.

当社はこのたび世界的な製造実演を誇るフランス･ピッ
カーブ社製プレ‑beatof plate

marketing彦

木Takeshi

Shinko‑Pfa･udler層
Iwasaki

下さい｡

Frame

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29 No.

1(1985/3)

**
FI

F2

F4

F3

令 令
M2

M4

M3

**

令

Fz'xed jTl･ame

Mobil

固定フレームの前面から見た場

A

frame

移動フV‑ムの後側から見た場

anMarking

observerin front of the exchanger
facirlg the fixed frameseenbehind血ebyanexchanger
frame

the mobil

observerfacingS

S

S

lfirst plate4

第2国

corner

even

plate

odd

standard

portalplate

standard(撃警警官の標準)(苧繁華苧の標準)(管,1濫品詣右)

2

第4図@
Fig･.

WihleSS

Fig.

5

奇数用共に全く同った形状のプレートーこなりますo3∴

キングしてあるN,

cl'rcILlalio71

j7uid

Sとを合わせるこ
と｡
Note:

N
marks
and
SindicatedonthegasketcorrespondN
marksof the plate.
the

and

第3図
Fig.

フレームの組立･上部ガイドバーと下部ガイドバーを使って固定フt/‑ムとガイドパーサポートを組立てます.

Sを7oレートのN,･第4図⑥は4隅のうちNE第5図じ形状ですが,補強プレ‑トは偶数用,寄数用で,異な百三)ガスケットにマ‑けたタイプで,プt/‑トA

第4図6)
Fig. 4⑤4@(註)補強材のないプレ‑十は偶数用,

leak

1V

DIEZgO12alβ合の記号位置
by

Seen

Fig.

N

1

合の記号位置Markitlg

MI

l

.1 〟

to

S

･移動フl/‑ムはプーリ‑を付けない状態で,上部ガイドバーと下部ガイドバーの間に,わずかに傾けてはめ込みます｡･移動フレ‑ムVL取合用の開口部のある場合,最終のプ
レ‑トと移動フレームの闇VLは,円形の終端ガスケットをシ‑)L'のために正確に取付けます.
･ベア1Jンダブーリー軸部を上部ガイドパーにマウント(第6,7,し,レ‑)V上で軽く移動出来る事を確認します.
8,9図)

3

(北東),SW(南西)の欠(偶数香)の上に取り付けます｡

4.

ガスケットの接着
正規のプレーT･及び予備用プレート共ガスケットを接着した状態で出荷しますが,グスケットを接着しない状態で･第5図は4隅のうちNWたタイプで,プレートB(北西),SE(南東)の欠け(素数香)の上忙取り付けます｡

2.2.3.特殊プレート･標準プレート忙は4つの開口部があります｡盲穴をもつプL'‑トは全て特殊プレートとして次の記号(/=て表しま
す｡(例) 4=F:4個所盲穴のタイプ

も出荷しますo

この場合には‑‑ザ‑にて,下記の手順で接着して下さい｡
備
4.1.準
2.2.項紅述べた各種ガスケットの取･抄･接着する前に,け方法に関するリコメンド忙準拠して下さいo･ガスケッll用幕は完全K:洗浄し乾燥させます｡･ガスケッ†の接着表面をまず,斌ヤスリまたは空気式
グラインダーにより荒仕上げしますo
この作業は接着すべ

2FN:北側2個所盲穴のタイプ
1FNw:北西1個所盲穴のタイプ

きガスケット面のみに施しJますo

2FNFSW:北側2個所＋南西1個所盲穴のタイプ(註)特殊プレートは通常寄数番に使用します｡･プレートは補強を施す場合と施さない場合があり,補強プレートは高圧用です｡補強方法は(ガスケットの付か

尚,石綿製ガスケットの場合(,=は,荒仕上げ施工はさけて下さい｡
着4.2.接･￣円形の絹ブラシを使ってのり付けします.接着剤は1‑2種類あり,接着剤と同封の説明書を参考VL‑して下さない)ガスケッT幕V‑プレートと同材質の補強材を轟聾し い｡て行ないます｡･∴補強プy‑トの名称の意味は次の様'になりますoプレー,ト
4F Cr : 4個所盲穴＋補強材付
Vol.

29

No.

1

(1985/a)･ガスケッ下溝と荒仕上げしたガスケットにのり付けし接着剤は一様(,yL伸ばしのり付けします｡て下さいo･接着剤を5‑10分間放置乾燥の後,プレ‑トにガスケ

神鋼ファウドラ‑技報51

P[aie2FNStandayld

gasketPlate

2FS
Standbyd
gasket
Plaie

LV

∈コ

+Ⅴ

@

4F3

>

Round

Even

Odd

jT71ame

第6図

配列原則

Fig･･ 6

Principle

4

囲団団/ralne

Mobil

こ∋

Fixed

N

2FN

end

gasket

P[ate

plate

of mounting

Cor71e7･S gaS77et

Rou72dgasketend￣｢芯蒜￣T￣￣｢=二些聖担盛垂̲̲̲̲‑→
｢T㌃
丁諏
Plate

写真1プv‑トの取付.Fj‑こ.L

隙 鴻…

Photo.

1

Assemblyof plates

ッT.を取付けます｡◆万一直線部分が長すぎる場合.は,ガス
ガスケット
ケッ†をガスケット幕に充分圧入して下さいo
幕とガスケッT.間に異物のないことを確かめて,ガスケッ

Fixed

第7図
Fig.

fy7ameMobil

jT71ame

AT型フレームへの取付方
7

Mounting

on

frame

AT
Round

岩帯
)自
ta7dardend

gasket｢瓦蒜㌃￣￣￣｢両￣gasket

虹

第8図
Fig.

Mounting

on

frame

十v

･申L

JV

N

f7'ame

￣LV

S

S

..q̲

FNITr

にはめ込みます.
(2)レ‑ルによる支持点を中心VL回転させます｡ただL/この時点でもプレーllは下部が後側Rl傾いた状簸です.
(3)下部ガイドバ‑にはめ込むために,プレ‑†下部を前方へ回転させます｡
5.2.2.プレートの位置決め方法

1I′E

STD

F^TF̲1

.q

.q

ESIF

尺S冨

＋s

･良好な並びにするため忙は,正確なプレー†の組付けが肝要であります｡

2FS

す｡
LV

LV

LV十

s＋
2FE

2FN

第9図
Fig.

･第12, 13図は悪い例であり,1こjlはプレ‑†の不ぞろ
い■わ原因忙なります.

ヲ2

S

2Fll′

特殊プv‑トの名称
9

Plates･第11図はレー)I,上のプレートのiE確な配置を示しま

jV

6.
S

フレームヘの組込

これには3つの作業を行ないます.
(第10図参照)(1)図示の如く,プレートを後側及び斜横に傾けてレ‑)I/

ST

L＼r

す｡

5.2.1.組立て手順､ST型フレームへの取付万8･完全な機能を持つ熱交となり,且つ充分な気密を保つ
熱交となるためには正確なプレートの取付が肝要でありま

5.2.

Mobil

frame

5.1.プレートの酉己置･第10図は上部ガイドバーへのプレー十のiE確な取付け方法を示しています｡

HF
Fa･ed

トの位置決めをします｡良好な接着性を持たすため忙,丸昧のあるハンマーで軽打します｡
5.プレー･トゐ組立

S
2FJVFSES
2FNESIVs＋

41T

PHEの締付け順序

6.1.マニュアルによる場合･プレ̲‑トは各々1枚ずつ固定フt'‑ムに相対して取付けます.又プレーTlは各々レール上を手で動かし,その前神鋼ファウドラー技報

vol,29 No.

1(I985/3)

Suspension招il

I

LJ

十

.1

A

1･図示の如く上部ガイドバ‑ヘプ

A(む

レートを(Dの状態ではめ込む.
2･点oを支点として,矢印㊤の方向にプレートを回転させる｡
3･矢印④の方向に回転させる｡
1

＼
1

Put

plate inpositionsuspension
rail as2
Rotatethe plateshown
following

the

on

the

2

around point 0.
Rotation
followingthearro＼v

3

1

3

arrow

lH

第川図

L̲壁

Fig.

10

i
DT･izJCYmm/

m7

争竿南野肖習S＼‑7 JT甲

XJb■

6
(6')
5
(5')

Col･7･eCE bosilion

第11図

第12園

第13図

Fig.llFig.12

Fig.13のプレーllと重ね合わせます..
･そして最後忙移動7レームをプレートに接触させま
すo そして4本のタイロッドで締付をします｡ただしタイ

鼠3･最小締付寸法を越すことほ.さけて下さい｡･ガスケットの弾力性を保持させるため忙,新しいガスケットでの最′J＼締付け寸法にすることをお奨めします｡この寸法においてプレートはたがいに接触します.熱交の全
周忙均一の締付寸法を得たのちに,残りのタイロッドを取付け,固定します占

3
(3r)

2

｢￣｢鎖琶
1

･図面R:示す締付寸法は,連続的に各々のタイロッドを締付けることによ.り得ることができますo

Spann

Itv
∠＼

Ll
(4r)

4

ロッドの締付桝ま上部から下部へと行ないます｡=〒ヲ Kp

1(2')

./̲i̲

(l')l

er

‑Tiて

Flexible3

1

1

Distribution

2

】

1

Pump

1

1

4

Rep

FNb

Singleacting

block

with

self tight connection

jack strengtl1

1 D占signatiotl

第14国
Fig.14は移動フレーヰの穴に入った状怠削こしておきますo

6.2.ポンプ圧利用の場合
6.2.1.エ･第14図の図示の如くナット(L)をゆるめながらゆっ
くりとタイロッドと一緒にジャッキ4個を(Y‑5)mmだ

具･迅速かつ正確にタイロッドをゆるめたり締付けたりす
るため忙,ポンプ圧忙よるジャッキ方式を採用していま(ナ伸ばしていきます｡

す｡第14図を参照下さい｡

この加圧により5mm余計紅締めつけた状態忙なりますo81ィロッドの取扱いは手で行なうか,移動クレ‑ン又はホイス†等の可搬装置と治具を使って行ないます｡(1と1',･4つのジャッキR=それが止まりきるまで圧をかけると,･

6.2.2.分解･分解を始める前に締付寸法(固定7I,‑ム.と移動フレ

ーム間の寸法)を注意して測定しておきます｡･

4本の長いタイロッド(0)についている六角ナット(J)をラチェットを用いてゆるめます.

(タイロッド番

号2‑2′,及び6‑6′,計4個)･この4本のタイロッド■(0)を固定フレー.ム方向にⅩ
mm'だけ押し出しますoこのと.きサボ‑†ワッジャ‑(a)

･29

No.

1

(1985/8)

4と4′,7と7′)を外しますo
押え金具(品番P)も外します｡

この分解の間忙5と5′)のナット(品番J)を･タイロッド(3と3/,スパナで(Y‑5)mmゆるめます.
･ジャッキK=かかっている圧を止めると(Y‑5)mmだ
けゆるみます｡･再び熱交の分解が終るまで作業を継続します｡･ナット(I)を手動でジャッキ長さ.に相当する寸法Ⅹ(第14囲)
mmだけゆるめます｡

Vol.

･ジャフキに圧力をかけたまま,計6本のタイロッド･ここにYはジャッキの移動有効長さ(100′‑150mm)杏
表わします｡
6.2.3.クラ･ンプの要領･各7o.レーTlを,手でガイドバー上を移動させ,前方の神鋼ファウドラー技報

58

リ.

‑‑クケざ'‑ジを通して見い出せますoSmallj'la/ePwas[le,K

ガスケッ†からの漏れは漏れか予想さ

Dn‑LleYl)un

NutJ

X〃m2

れる個所紅カラ‑チェックを適用する

Tz'erodO
＋･

m

十
l

▲l

巻きとなっているので起りません｡

l

r

＋

＋

NutL
Ttn7pledoz.･e)I

也+Fh･edf,,a2

ことにより容易紅発見が可能ですo
液の混合は開口穴のガスケツ†が2重1w(c)他方が大気開放の場合は,Mobil/7'ame‑液

例のみの水圧試鹸により,不備のプレー†を発見することが可能です｡
プレ‑Tl中の1つのピンホ‑)レでさ

第15図
Fig.15

え他液仰への漏れの原因となります｡
プt/‑

T.紅密着させながら固定フレ‑ム方向VL取付けていきます｡･移動フレ‑ムは最後のプレートに接触して押し付けま

PEEを分解してプレー†清V‑湿ったこん跡があれは,その涜路を形成している2枚Ioプレー†のうちどちらかQこ欠
陥があります｡

す｡

8.始4本の長尺タイロッド(0).と押え金具(P)を定位
置剛まめ込みます.この4本のタイロッドは固定フレ‑ム体であるとか,低温度の流体であるとかから徐々忙行いまから約500mm突出した状態紅ヤッナします.

すo･ウオーターノ､ンマーは永久歪みの原因となり,プレー･ワッジャー(K)の突出部を移動フレ‑ムの穴忙はめ込み;ナット(J)を回します.

トを使用困難忙したり, p全く使用不可能にしますo急激な起動及び停止は避けて下さい｡緊急時対簾として調整バル･･･タイロッド(0)に4個のジャッキを取付けます.
･第14図V‑示す様紅ナッ十(L)をジャッキロッドに合わせて取付けます｡

動スク⊥十7rップはまず取り扱い易い流体,例えば低圧流ブを装備して下さい｡
9こ PHEの据付け･ピッカ‑ブ社PHEは仮組,圧力試験実施後出荷します｡･固定フレームと移動フレ‑ムの平行度をチェックしながら, 1m当り,士1mmの許容値を満足するようナット･フレーム忙付いている据付穴を使って熱交を所定の位置に設置します｡接続の際は配管の芯ずれVLよる歪み,膨(J)をワッS'ヤ‑

張の影響,振動等紅留意しなけれはなりませんo万一のた
めVL各種ジョイントの取付をお奨めし辛すo(K)に接触するまで回しますo･ポンプを稼動させ締付寸法Ymmを確保するまでジ

10.保ャッキR:圧をかけますo･ジャッキは圧のかかった状態忙して申きます｡･そして残りのタイロッド(Ⅰ),ナット(L),ワッS/(E)の突出ヤー(a),ナット(J)を取付け,その(L),部はフレ‑ムの穴に入った状態紅あることを確かめます｡･ジャッキ圧をさげつつジャッキ面長さがYmm紅な

るまでスパナによりナット(J)を締付けますo･分解前にチェック済の締付け寸法と最小締付寸法(図面及び銘:坂むこ指示)との間になるまで再びジャッキを加圧します｡･最後R:残りのタイロッドをスパナ‑により締付け且つ移動フレームと固定フレームの平行度をチェックします｡･･
もしわずかでも平行度t,E狂いがあれぱナット(J)を締付
d.5mmです｡
けて調整します.許容値ほ1m当りj=･ジャッキをはずし固定フレームの穴町ナット(L)を固定させます｡
4本の長尺タイロッド用ナッ†(J)をわずかに締付

けます｡

ア.水

圧

試

験

(a)組立仕上り後銘板R:示す圧力K:て水圧試験を実施しますo通常新しいプレーTL熱交R:おいては2敢別々に試験しますo (一方は革験圧九他方は大気圧V‑て)(読)時には2種類rの水圧試験を行なう必要があります.
例えば2液同時に試験圧又は設計圧をかける場合など｡
O])水圧試験によりガスケッT.の締付け不良を発見することが可能です.ガスケッT.からの漏れは目視,せたは
54

PHEの分解分解過程は組立手順の逆の過程となり容易です｡

10.2.化学洗浄
この方法によりPEEを分解せず忙洗浄することが可能
ですo PHEの開口部Fこ洗浄装置を設置し,そしてそれぞれの流路に適する洗浄液を循環させますo
7oレーll材料,
プレート接続部及びガスケットが洗浄液忙充分耐え得ることを確認して下さい｡
10.3.機械洗浄
締付状態にあるPEEからタイロ.I,ドを外し,･最小締付寸法以内の締付を厳守して下さい.

･

守

10.1.

･移動フレ
‑ムを移動させ,ブラシ洗浄または高圧水洗浄が出来る様
R:各々のプレーllを移動します.洗浄の際,プレー十の変形を避けるために平板を使ってプレーTLをサポートしておく必要がありますo
プレ‑トの腐蝕原因になる金属製ブラシの使用は避け七下さいoまたガスケッllを損傷させない様留意して下さいo
ガスケッ7.はフレームを締付ける前に良好であることを確認しておきます｡
10･4.

.ガ不ケット申交換
PEEからプレートを取外し,ガスケットをプレ‑Tlから外します.pもしガスケッTの取外しが困難な場合はバー
ナr‑を使ってガスケッT.幕を裏側から熱すれば容易に取外すととができます｡
10.5.プレートの交換
Tlの番号(偶数背か奇数香)とガスケ･交換すべきプレ‑ットの取付位置をあらかじめ確認しておきます｡肉厚及び材質が同一のもので,ガスケットが正しく付いた新しいプ
レートに交換します.

神鋼ファウドラー技報

Vol.

29 No.

1 L(1985/3)

FiredNozzle

frame

Mobik

frame

Rail

｢

I II l‑‑‑一寸‑‑･･＋

Tzpe rod S‑

ーーーーーー†･･･‑

Gude

I JJ

rT

第16図
Fig.

16

l

I

MST

Frame

MAT

Frame
4 co?'ne乃gaSket
1st l%(eEnd

Skzndardgasket｢｢＼ーキングしてあるN,

SとプレートのN,

Sとを合わせる

こと｡
Note:
N
the marks
and S indicated on

T7te clrcILIGLLloll
9f the J71dds
Es ye7,LEIcEZl.

thegasketFired

Mobileji2Zme

第18図MAT些フレ‑ムへの組込み

Fig.

Mounting

18

frame

on

4 Corners･

corres‑type

jTlt2meMAT

gasket

1st Ph2te

pond tothemarks
N and S of the

rTFr

碓

註記)ガスケットにマ〟Leokqge))tdt‑cGtO)･

gasket｢￣￣了蒜㌻扇詔㌻

Last如zte｢￣垂壷垂Shmdardgasket

∩こ:こ￣

plate

第17図
Fig.

17

プレートの追加

10.6.

プレー†枚数またはプレ‑トのナンバリングは伝熱面鏡
またはパス数の変更の際に変更します.ピッカ‑ブ社及び当社はそれらの変更V‑伴う諸問題解決のため技術的サボ‑
llを行ないますo

Fixed

MST型フレ‑ムヘの組込み

Fig･.

Mountirlg

19

ll.予備品の貯蔵おいて下さい｡

ll.1.

12.型番:

プレート

予備プレートは梱包のまま貯蔵しておくか,または変形しないような場所に吊しておきます.
ll.2.

ガスケット

MobileI),ame

第19園

V4,

Otl

frame

V7,

ji･ametypeMST

V13の場合の取扱い方法(a) ■組立,分解及び保守方法はV28‑V260の場合と全く同様であります｡‑

ガスケッ†は気温OoC′‑20oCの間で,日光の入らない場
軒R:貯蔵して下さい.もし貯蔵温度がOoC以下の場合R:はがスケッ†の使用前紅OoC以上に加熱して下さいoガス.ケ
ッllは7ラットな状態で貯蔵し,もしそれが出来ない場合もひび割れの原因とならない様,
2つ折りで貯蔵して下さ
l＼.出来れば当初の梱包の状態のままで貯蔵して下さい.
ll.3.接着剤

接着剤ほ不測の事態に備え永久保存の効く様K:しておく事が不可欠です.接着剤説明書紅は最長貯蔵期間(約6.ケ

恥) V4′‑V13のフレーム(MST型フレームとMAT
塾フレーム)を第16国忙示しますo(c) V4′‑V13のプレート及びガスケッTを第17図紅示
します｡L(d) V4‑V13のガスケッ†取付要領を第18,
19図忙示
します｡
び
む
す
13.

以上当社販売品であるピッカーブ社製プt/‑†式熱交換器の据付二分解･組立･水圧試験方法等について述べてきました.第一報ではプt/‑十式熱交換器の性能に関する基本理論および構造の概要R=ついて述べておりご参照下さ局)と戸ゝ周囲状況(通常,暑い場所を避けること)等明示い.当社では別,Kピッカーブ=業用プレー.一式熱交換器のカタログを用意しておりますのでご用命下さい.
しています.̲接着剤及び硬化剤は最小必要量のみ貯威して
Vol.

29

No.

1

(1985/3)

神鋼ファウドラ‑技報

55

社

内

TO

PIGS

1･京都市向け加圧浮上式汚況濃縮設備が完成'〟Floating

Type

Separater''ordered

ス

ユ

̲

証7oランT･を,大和ハウス工業㈱が兵庫県三木市に造成中
from

Kyoto

の松が丘ネオポ1)ス内忙設置する.
汚水処理施設三系列のうち一系列のはっ気槽を改良する

city

もので

当社は,昨秋京都市から同市南区にある鳥羽処理場拡張

今年4月から'86年3月までのデータを収集する｡

当社は,すでに'81年軟から'84年3月までパイロフトプ

工事の汚泥壊縮設備(その2)工事一式を7億5,500万円

ラントで実験済のため,今回の実証プラントと並行して商'85年度中FrLは2‑3件の受談を進めること忙しており,で受注し工事を進めてい年が,このほど完成したo
同処理場は,現在処理能力750,000トンで西日本最大の規模であるが,さらVL増設が予定されている｡

注を予定している｡

完成した設備は,通産省指導匠よる昭和59年第10回優秀

最近,湖や河川などの富栄養化問題から,汚水処理の.段

公害防止装菅として(杜)日本産業機械工業全会長賞を受賞

階で窒素やリンの除去を義務づけるケースが増加してきてした加圧浮上濃縮設備を*Jbに,脱臭設備(同昭和57年受質),弁および配管設備,ダクト設備,電気計装設備など

いる.窒素と])ンを除去するためには,従来の一次,二次処理に新たに脱窒槽や凝集沈殿槽などの三次処理施設を付一式o設備の主体となる加圧浮上預縮設備は,当社が独自紅開発した走行式スクロー)I,タイプのもので,これまで神加する必要がある｡この方式は原水を嫌気槽‑脱窒槽‑‑好気槽という順紅流す直列式のシステムである.
これに対し今回の1)フォーナイ†システムは,二次処理中のはっ気槽を3つR:仕切り,ここに好気性槽,嫌気槽,
脱窒槽を設けることによって従来よりも高い効果をあげて

戸市,岡山市など公共下水処理場向けをはじめコミプラ向けなど全国各地に約30か所の納入実績をもち,いずれも順
調忙稼動している｡特K=今回完成した処理設備は,加圧浮上槽が,いる｡原水の涜れは殊気槽と脱窒槽に分流し,再び好気性
槽で一緒紅なる並列式となっている.このため脱窒槽での4.5m幅×15.8m長さの長方形のもの5槽で,処理固形物量28‑35tDS/日を処理するものである｡即ち,余剰汚泥の処理量は約6,400m3/日で,汚泥濃度平均0.
%を3.5%以上に濃縮する.

55

こオ'Lは汚泥量を1/6の量FL減量するとともに,固形物回収率95%以上となり,非常に効率の高い汚泥潰縮設備であ窒素を窒素ガスとして除去する機能と,嫌気槽と好気槽での好気‑嫌気条件による1)ンの過剰摂取機能とを一段と高めることが可能である｡
これによって,薬剤を使わずに生物処理だけで窒素と1)ンを同時に低濃度まで除去できるのをはじめ,溶存酸素壊度制御,返送汚泥制御,循環液制御により負荷変動に対しる｡

また,加圧浮上濃縮設備の特長は(1)従来の重力式壌縮(シックナー)に比べ,汚泥が約2倍に涜縮されるため汚泥量が半減し,消化槽での消化効率,脱水エラ程でのランニングコストが大幅減少する｡(2)シンプルで‑=‑クな掻取り機構であるoても安定した処理水質が得られる｡建設費は,三次処理施設F‑比べ,設計̲段階から1)フォーナイ†システムを採用す

叫ま1/2となる｡既存設備の改良だと新しく三次処理施設を建設するのに比べ1/4で済むoランニングヲスtも60‑70%程度で,一方スペースは1/2‑5/4̲となる｡松が丘ネオポリス
ほ完成時には,フロス層を乱すことなく,安定して高津縮汚泥の得られる渦巻状のユニークな機構の掻取り装置であるo22,300人が住む住宅街VLなる予定で,今回の1日1,500トン能力の処理施設一系列のはか,同規模の施設二系列を順次建設していく計画となっている｡(3)空気溶解度の高いジェッT.噴射機構であるo(日刊工業新開'85年1月11E!)

浮上濃縮のポイントの1つである空気溶解機構には新しいジュッTl噴射法を開発し,80%以上の溶解度が簡盤

3.農村モデル集落排水処理施設に回転円板接触方式で初受注に得られるo(4)フロスコン†ロ‑)Vのできる界面制御装置である.

First

自動運転にとって不可欠のフロス層のコントロー/レも,当社独自の界面制御装置によって容易になり,しかも安定JL,た運転が可能である.
これらの七とから,当社としてほ,今後より一層全国公
共下水処理場を対象紅,拡販(,vL注力する方針である.

2.リフォーナイトシステム実証プラントを建設
SystemりDemonstration

farm

village

当社は,農林水産省が農業集落総合整備モデ/レ事業の一環として建設を進めている鳥取県東郷町埴見地区集落排水処理工事のプロジェクトに地元建設業者の高野組と共同でを初受注した｡｢ェンバイロディスク+は,ポリエチレン製の表面積を大きくとった微生物付着セ)I/を回転させることにより高効
率の排水処理ができるo特vLはっ気が不要で,返送汚泥のPlant･必要がないため運転動力費も安く高度なメンテナンス技術,保全管理もいらない取り扱いやすい装置となっていconstrtlCted

当社は,生物処理だけで窒素とリンを同時むこ除去できる
新しい処理方式による1)フォーナイトs/ステムの大規模実56

for

回転円板式生物接触酸化処理装置｢ェンバイロディスク+などとなっている｡

̀̀RepllOnite

HEnvirodisc

る｡

これにより水中のBOD

神鋼ファウドラ‑技報(生物学的酸素要求量)を200
Vol.

29.̲No.

1(1985/3)

ppmから20ppmまで下げられ,小規模排水処理に摩れた効果を発揮するQ
今回,受注した東郷町埴見地区の受注規模は処理対象人
口220人,

1日処理水量5̲9. 4m8で工期は3月下旬F‑完成する予定o ･これKL̲より当社では,全国各地の中小規模農業集
落でも,水洗方式の十イレなど,積極的な排水処理率栗の導入が活発化するものと,積庵的な受注活動をはかる予定となっている｡(日本工業新開'85年,1月11日)

4.展示会

出 品

Exhibitions
4.1.

'84ケミカルエンジニアリングショー
ChemicalEngineering

Show

'84

も化学工業のあすを拓くoをテーマに大阪市で隔年t･T‑開催
される'84ケミカ)t'エンジニア1)ングs/≡‑が,'84年10月3日(汰)から6日(土)まで4日間にわたって大阪国際見本市港会場8号館と屋外会場で開催された｡
今回第2回目のケミカ･)I,エンジニアリングショーは'84'84下水道設備事業展,'84廃棄
大阪国際環境保全機器展,
物処理と省エネルギー機器展,'84物流システムショーお人気を集めた｢クライオロックアジテ‑メ+

よび'84フ7クt11)⊥オーナメーS'ヨン展などとともに同Popular時開催され,会期中の入場者数は,約5万6,000名におよ

"

んだ｡

new

product

CRYOLOCKAGITATOR

当社は,このケミカルエンジニア1)ングs/≡‑に化工機事業部から次の出品物を出品展示したが,新製品であるク(結晶化グラス｢ヌーセライト8000+ライニン

ライオロックアジテ‑タとコボ‑ル･ミ)I,が脚光をあびたo
出品物:グラステール製反応機

グ)
クライオロックアジテ一夕(新製品)
極低温用グラスライニング製機器
グラスチー/レ製10M2多管式熱交換器(新製品)
グラスチ‑ル製メゾンデpH
超微粉砕機｢コボ‑ル･ミ)i,+(新製品)

10QeSVミキサー真空乾燥装置
VTR｢ニュー･ヌ‑セライT18000+上映｢茂群槽内の流動と混合+ク｢コボ∴)v･ミ)i,+;/

4.2.第18回水道用品展示会
18th

Water

SupplyEqllip.

1khibition(社)日本水■道工業団体連合会主催紅よる第18回水道用晶展示会が,'84年10月11日および12日の両日,釧路市民文化会館前専用駐車場において開催された｡

1..@:L,:･.L或L＋.

Vol. 29No.

1(1985/8)

神鋼フ.アウドラ‑技報57この展示会は,昭和59年寧日本水道協会第53回全国総会の開催と同時開催されたもので,同総会R=は全国各地の地
方自治体より水道管理者など約2,500名が出席したo
当社は,同展示会KL‑開放型サイフォ3,･
7イルター(模壁),間欠式空気揚水塔(模型による実演),レオポ)I,ドブ
ロックの模塾と実物その他全国各地忙納入の浄水処理施設の写真パネルを出品展示した｡
4.3.

'84粉体工業展
Powdertec

Japan

'84

(社)日本粉体工業技術協会,(社)化学工学協会,(社)日
本能率協会などの主催による'84粉体=業展が,'84年10月
15日より19日まで5日間,東京･晴海国際見本市会場において開催された｡
同展示会は,各種粉粒体に関する摸器･装置･プラント
樹料およびその計渦技術の進歩と普及をはかり,粉体工業の総合的な発展に寄与することを目的に2年忙1回開催されている｡

新製品として出品した.超微粉砕磯｢コボ‑)i,･ミ)I,+
が好評を博した｡
なお,出品物は次のとおり｡
出品物:超微粉砕磯｢コボー/レ･ミル+
100βS

58

(新製品)

Vミキサー真空乾燥装置

18〝スエコ丸型振動ミル
強制撹拝塾保証ふるい分け機｢タイフーンI+

脚光をあびた新製品｢コポ‑ル･ミ)VJ

VTR｢コボール･ミル+上映

New

product

神鋼ファウドラー技報

in

the

limelight "COBALLIMmL

Vol.

29

No.

1

(1985/3)