集塵

粒子が流体中を沈降する場合に、重力と抗力が釣り合い加速度がゼロになったときの沈降速度を終末速度(あるいは終端速度、終末沈降速度)といいます。流体中から粒子を分離する操作(固液分離、気液分離)においては、粒子の終末速度が重要な因子となることがあります。

粒子が微細になる、あるいは圧力が低くなると気体分子の不連続性が影響するようになり、粒子表面でガス分子がすべるため粒子への抵抗力が弱まります。このような場合でもStokesの式で計算できるように補正する係数をカニンガム(Cunningham)の補正係数といいます。

排ガス処理装置の中で主要なものの1つが湿式法ですが、吸収液の一部がミストとして排ガス中に含まれることが多いです。このようなミストを排ガス中から除去する必要があり、このミスト除去装置をミストエリミネーターといいます。

ミストエリミネーターの中でも主要な形式の1つがワイヤーメッシュです。細いワイヤーを編み込んでメッシュ状のシートとし、このシートを複数重ね合わせてミストの捕集効率を増加させています。ガスはワイヤーメッシュの網目を通過しますが、ミストは慣性力によりワイヤーに衝突することで捕集されます。

粉じんやダスト、ミスト等の粒子を捕集する際によく使用されるのが、障害物に粉じん等を捕集させる方法です。この方法の中でも特に、粒子をフィルターに衝突させて捕集する機構をフィルター集塵といいます。

フィルターの繊維1本が粒子をどの程度捕集するかを表わす効率を単一繊維捕集効率といいます。フィルターの総合的な捕集効率を算出するためには、この単一繊維捕集効率が重要になってきます。単一繊維捕集効率は粒子の大きさやフィルター繊維径、充填率の値によって大きく変化します。

粒子を含む流体中にフィルター等の障害物を設置すると、流体は障害物を避けて流れますが、粒子は障害物を避けきれずに衝突し捕集されます。このような慣性力を利用した捕集機構を慣性捕集機構といいます。

粒子が小さくなると慣性力が働きにくくなり、粒子は流体と同じ運動をするようになります。障害物近傍を通過するとき、ガス分子は通過できますが、粒子は障害物に物理的にさえぎられて捕集されます。この捕集機構をさえぎり捕集機構といいます。

粒子が非常に小さくなると、ランダムな軌道で運動するようになります。これをブラウン運動といい、この運動により粒子を捕集する機構を拡散捕集機構といいます。拡散捕集は小さな粒子を捕集する場合の支配的な機構です。

重力による自然沈降により粒子・粉じんを分離する装置を重力集塵装置といいます。重力沈降室内に処理ガスを供給し、下から沈降した粒子を取り出し分離します。集塵原理が単純である一方で、集塵率はそれほど高くなく40～60%ほどと言われています。

含じんガスを旋回運動させて粒子に遠心力を作用させることで分離する機構を遠心力集塵といい、その代表的な装置をサイクロンといいます。重力よりも大きい加速度(数百～数千倍）を粒子に与えることができるため、重力集塵よりも小さい粒子を多く捕集することができます。

液滴や液膜等の液体を利用して捕集する集塵機構を洗浄集塵といいます。液体を使用しない集塵方法を乾式集塵が呼ばれるのに対して、洗浄集塵は湿式集塵と呼ばれます。同一の圧力損失で比較すると、乾式集塵よりも湿式集塵の方が捕集効率が良くなることが多いです。