公害防止管理者の過去問｜令和4年 ばいじん・粉じん特論 問４ 問題と解説

問題４

問題４の解答

正解は「４」です。

問題４の解説

解答に至るまでのステップ

ステップ1：用語ア～ウの意味を整理する

「ドイッチェの式」（ア）

主に電気集じん装置の集じん効率を表す経験式で、次式で表されます。

$$\eta = 1 – \exp\!\left(-\frac{A \, v_e}{Q}\right)$$

ここで、

• $A$A：集じん極面積
• $Q$Q：ガス流量
• $v_e$ve​：粒子の移動速度（帯電粒子の降下速度）

を表します。この式はドイッチュ（Deutsch）式とも呼ばれ、電気集じん装置の設計や性能予測に広く用いられています。

「ストークス数」（イ）

ストークス数は、流体中を運動する粒子の慣性の大きさを表す無次元数で、粒子が流れに追従せず直進しようとする度合いを示します。

粒子径、粒子密度、流速変化の代表長さなどで定義され、慣性力捕集型の集じん装置（衝突式分離など）において、粒子捕集効率を評価する重要な指標です。

ストークス数 $Stk$Stk がある値以上になると、粒子は流線から外れて障害物に衝突しやすくなり、捕集効率が向上します。

「液ガス比」（ウ）

液ガス比は、湿式（洗浄式）集じん装置で用いられる指標で、処理ガス量に対する洗浄液の供給量の比を表します。単位は通常

$$\text{m}^3/\text{m}^3 \quad（液量／ガス量）$$

で表されます。

ベンチュリースクラバーなどの湿式集じん装置では、液ガス比が捕集効率や圧力損失に大きく影響する重要な設計パラメータです。例えば、ベンチュリースクラバーでは液ガス比は 0.0005～0.0015 m³/m³ 程度の小さな値が用いられます。

ステップ2：各用語と対応する集じん装置を結び付ける

• ア（ドイッチェの式）→ 電気集じん装置（ワイヤ–板型、管型電気集じん機）
• イ（ストークス数）→ 慣性衝突が支配的な集じん装置（例：サイクロン、インパクター、ルーバー型集じん装置）
• ウ（液ガス比）→ 湿式スクラバー（代表例：ベンチュリースクラバー）

ステップ3：選択肢の照合

選択肢（4）は、

• ア：電気集じん装置
• イ：衝突式慣性力集じん装置
• ウ：ベンチュリースクラバー

となっており、上記の対応関係と完全に一致します。

他の選択肢では、例えば「ドイッチェの式」を衝突式集じん装置に対応させているなど、明らかな不整合が見られます。したがって、正解は（4）と判断できます。

問題を解くポイント

(1) ドイッチェの式と電気集じん

電気集じん装置の理論捕集効率は、ドイッチェの式で近似できます。この式は、荷電粒子が一定の降下速度で集じん極に移動するモデルに基づき、集じん面積とガス流量の関係を表しています。

👉 「ドイッチェの式」＝電気集じん と即座に結び付けることが重要です。

(2) ストークス数と慣性力捕集

ストークス数 $Stk$Stk は、粒子の慣性による軌道ずれの大きさを表します。値が大きいほど、粒子は流れから外れて直進し、壁や障害物に衝突しやすくなります。

👉 慣性衝突・遠心力を利用する集じん装置では、ストークス数が捕集効率の指標となります。

(3) 液ガス比と湿式スクラバー

湿式集じん装置（特にベンチュリースクラバー）では、液ガス比が性能設計の重要パラメータです。
液ガス比を大きくすると捕集効率は向上しますが、過剰にすると圧力損失が増え、運転コストが高くなります。

👉 「液ガス比」＝洗浄式（スクラバー） と判断しましょう。