　基本式は、Z=HTU×NTU=H_OG×N_OGと表されます。Zは必要な充填層高さ、H_OGはガス相基準の総括HTU、N_OGはガス相基準の総括NTUです。HTUとNTUの計算方法は複数ありますが、ガス吸収では、除去したい成分の濃度変化をガス側で追うことが多いため、ここではガス相基準で説明します。

　NTUは、分離の難しさを表す値です。ガス中の成分濃度をどれだけ下げたいか、また操作線と平衡線の間にどれだけの推進力があるかによって決まります。出口ガス濃度を非常に低くしたい場合には、必要なNTUは大きくなります。塔内の液濃度xとつり合うガス濃度（平衡濃度）y*がヘンリーの法則から導けます。実際のガス濃度yと平衡濃度y*の差であるy-y*が、吸収の推進力です。ただし推進力は塔内でも変化するため、塔頂から塔底までの濃度変化に対して積分します。

　一方、HTUは装置としての吸収しやすさを表す値です。充填物の種類、ガスと液の流速、物性などに影響されます。HTUが小さいほど、短い高さで効率よく吸収できることを意味します。HTUは、物質移動係数を用いて表されます。G'は塔断面積あたりのガスモル流量、K_yは物質移動係数、aは単位体積当たりの有効気液接触面積を表します。

図3.塔高の計算式［クリックで拡大］

終わりに

　今回はガス吸収塔の設計計算を解説しました。ガス吸収は、パラメータのはっきりした、簡単に計算できる式が存在しないのが難しい所で、設備や物資に固有の値を調査することが頻繁に発生します。今回紹介した考え方を参考に、必要な設計方法を調査し検討してみてください。

⇒ 連載バックナンバーはこちら

筆者代表紹介

かねまる

プラント技術の解説サイト「ケムファク」を運営。大学院まで化学を専攻し、現在は化学メーカーの生産技術職に従事。

気液間の物質移動、ガス吸収の考え方
今回から「ガス吸収」を取り上げ、まずは化学工学における基本的な考え方を解説します。液体に固体を溶かす場合と考え方が異なります。
抽出の基本原理
前回に取り上げた「蒸留」に次いで、頻繁に行われる分離操作が「抽出」です。主に液液抽出を取り上げて、基本原理について解説します。
蒸留塔の理論段数と還流比の計算
前回の蒸留に関する基本を踏まえて、単純なモデルを用いた蒸留計算に進みます。この計算が、必要な蒸留塔の性能や運転条件を求めるためのベースとなります。
撹拌動力計算とスケールアップ指標
前回は、撹拌の概念や装置について解説しました。今回は、撹拌槽の設計や運転条件を決める上で欠かせない撹拌動力計算と無次元指標、スケールアップの考え方について解説します。
反応装置の種類と反応特性
化学プラントで用いられる反応装置は、その操作方式や構造によって異なる反応特性を示します。代表的な反応装置ごとに基本構造と特徴を解説します。
さまざまな反応器における設計方程式
化学反応器の設計には設計方程式の理解が必要です。今回は、さまざまな反応器を例に、一次、不可逆、等温における設計方程式について解説します。
不均一系触媒反応の機構と反応器
前回は基本的な反応計算の考え方を解説しました。今回は固体触媒を用いた不均一系触媒反応を取り扱います。
不均一系触媒反応装置の性能計算
前回取り上げた固体触媒を用いた不均一系触媒反応に対して、今回は設計指標として活用できる内容を解説します。この指標は触媒の性能や装置サイズに影響します。