非等温クロマトグラフィーによる連続ガス分離装置における分離性能の検討

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現有の吸着塔(高さ約50cm,直径約6mm、吸着剤:活性炭)を用いてエタンとエチレンの2成分の吸着質を含むガスの分離実験を行なった。吸着塔に温度の波を付加するために、吸着塔の外側に、10個のヒーターと熱電対が設置してあり、現有のパーソナルコンピュータとパワーコントローラを用いることで塔の温度分布制御ができるようになっている。この吸着塔に、マスフローコントローラをもちいて、エチレンとエタンの2成分のガスを所定の濃度で一定に供給した。吸着塔出口から回収したガスの濃度の分析には現有のガスクロマトグラフィーを用いた。吸着塔に付加した温度波は目標値へと良好に制御が行われ、所定の速度で温度波を動かすことができた。そこで、約1mol%のエチレンとエタンを含んだ混合ガスを空塔速度1cm/sで塔に供給したところ、約20倍まで濃縮されて塔出口からパルス状になって流出した。数学モデルを構築して上記の分離特性をシミュレーションで実現するために、まず、各成分の吸着特性を測定した。ガスクロに吸着剤を充填したカラムを設置して、様々な温度に設定して、各成分のガスを流し、吸着剤への吸着平衡を測定し、ラングミュア型の吸着平衡式を導出した。つぎに吸着速度を実験値と相関した。そして、吸着塔の物質収支式を導出して数学モデルを構築してシミュレーションを行った。計算結果は、本プロセスの分離濃縮特性を比較的精度良く表現できることが確認された。