ファンデルワールスの状態方程式 / 汚泥乾燥機, スラリー乾燥機, ヒートポンプ汚泥乾燥機
どこもできない付着物、粘着物が乾燥できる KENKI DRYER は、日本 2件、海外7ケ国 9件の特許を取得済み独自技術を持つ画期的な乾燥装置です。高含水率有機廃棄物乾燥機、汚泥乾燥機、スラリー乾燥機、メタン発酵消化液乾燥機及び廃棄物リサイクル乾燥機に是非 KENKI DRYER をご検討下さい。
日本、台湾、米国、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ 8ケ国 11件特許取得済。
| ■ 理想気体と実在気体 |
弊社乾燥機 KENKI DRYER の乾燥熱源で使用する飽和蒸気は、理想気体ではなく実在気体です。一方、過熱蒸気は高温であればあるほど理想気体に近づきます。
この理想気体と実在気体の大きな違いは、体積と分子間力です。
| ■ 理想気体とは |
現実には存在しない理想的な気体を理想気体と言います。完全気体とも言います。分子の体積および分子間の相互作用を無視した気体です。密度が十分に小さい希薄な気体ほどあるいは高温および低圧になればなるほど理想気体に近い挙動を示すようになります。
理想気体（英: ideal gas）または完全気体（英: perfect gas）は、圧力が温度と密度に比例し、内部エネルギーが密度に依らない想像上の気体である。気体の最も基本的な理論モデルであり、より厳密な他の気体の理論モデルはすべて、低密度では理想気体に漸近する。統計力学および気体分子運動論においては、気体を構成する個々の粒子の体積が無視できるほど小さく、構成粒子間には引力が働かない系である。実際にはどんな気体分子にも体積があり、分子間力も働いているので、理想気体は実在しない。理想気体に対して現実の気体は、実在気体または不完全気体と呼ばれる。実在気体も、低圧で高温の状態では理想気体に近い振る舞いをするため、常温・常圧において、実在気体を理想気体とみなしても問題ない場合は多い。
出典：Wiki 理想気体
| ■ 理想気体の状態方程式 |
気体の状態は、圧力、体積、物質量、温度で表現され、これらの関係の式を気体の状態方程式と言います。
理想気体は、分子の体積および分子間の相互作用がないとされた気体ですが、その理想気体の状態方程式は下記です。
| PV＝nRT |
| 気体の圧力：P、体積：V、物質量：n、温度：T、R：気体定数 |
この理想気体の状態方程式は、ボイルの法則、シャルルの法則、ボイル・シャルルの法則及びアボガドロの法則より導かれます。
| 理想気体の状態方程式 | 分子の体積および分子間の相互作用がないとされた気体の状態方程式 | PV＝nRT |
| ボイルの法則 | 一定温度において、一定量の気体の体積Vは、圧力Pに反比例する | PV＝ｋ（一定） |
| シャルルの法則 | 一定圧力において、一定量の気体の体積Vは、絶対温度Tに比例する。 | V/T＝ｋ（一定） |
| ボイル・シャルルの法則 | 一定量の気体の体積Vは、圧力Pに反比例し、絶対温度Tに比例する。 | PV/T＝ｋ（一定） |
| アボガドの法則 | どの気体においても、同一圧力、同一温度、同一体積の気体に含まれる分子の数は同じ。 一定温度、一定圧力において気体の体積Vは物質量nに比例する。 | V/ｎ＝ｋ（一定） |
理想気体の状態方程式（りそうきたいのじょうたいほうていしき、英語: ideal gas law）とは、気体の振る舞いを理想化した状態方程式である。なお、理想気体はこの状態方程式に従うが、その振る舞いは状態方程式だけでは決まらず、比熱容量の定数性が要求される。
熱力学温度 T、圧力 p の下で、物質量 n の理想気体が占める体積 V が
で与えられる。ここで係数 R はモル気体定数である。 この式が理想気体の状態方程式であり、ボイルの法則、シャルルの法則と体積の示量性から導かれる。
実在気体の場合は、気体は近似的にこの方程式に従い、式の有効性は気体の密度が0に近づき（低圧になり）、かつ高温になるにつれて高まる。密度が0に近付けば、分子の運動に際し、お互いがぶつからずに、分子自身の体積が無視できるようになる。また、 高温になることによって、分子の運動が高速になり、分子間力（ファンデルワールス力）が無視出来るようになるからである。
| ■ 実在気体とは |
実在気体とは現実に存在する気体のことで、不完全気体とも言います。
実在気体（じつざいきたい、英語: real gas）とは、現実に存在する気体のことで、不完全気体と呼ぶことがある。理想気体と対比するときに用いる語である。
出典：Wiki 実在気体
| ■ 理想気体と実在気体の違い |
この理想気体と実在気体の大きな違いは、体積と分子間力で、他、実在気体は相変化、相転移を起こします。
| 相違点 | 理想気体 | 実在気体 |
| 分子の体積 | なし | あり |
| 分子間力 | なし | あり |
| 相変化 | なし | あり |
| 理想気体と実在気体のグラフ |
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画像出典：化学のグルメ
| 理想気体と実在気体のグラフ |
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画像出典：高校化学 理想気体と実在気体
| 理想気体と実在気体のグラフ 圧力変化 |
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| 理想気体と実在気体のグラフ 温度変化 |
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画像出典：みかみの参考ブログ 理想気体と実在気体
| ■ ファンデルワールスの状態方程式 |
ファンデルワールスの状態方程式とはオランダの物理学者ヨハネス・ディーデリク・ファン・デル・ワールスが提案した気体の液化を表し、又、定量的に実在気体の状態変化を表す数学的方程式です。
このファンデルワールスの状態方程式により蒸気の性質が理解できます。
| {P+a(n/V)2}(V−nb)=nRT |
| 気体の圧力：P、体積：V、物質量：n、温度：T、R：気体定数、a：ファンデルワールス定数 |
下図はファンデルワールスの状態方程式でのPV線図です。この線図のadbで囲まれた領域とbecで囲まれた領域が同じ面積となるac線は、実際の飽和蒸気と飽和水が共存する等温線を表しています。
| ファンデルワールス PV線図 |
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出典：Wiki Van der Waals equation
| ファンデルワールス PV線図 |
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ファン・デル・ワールスの状態方程式（ファン・デル・ワールスのじょうたいほうていしき、英語: van der Waals equation）とは、実在気体を表現する状態方程式の一つである。1873年にファン・デル・ワールスにより提案された。
ファン・デル・ワールスの状態方程式は、実在気体の理想気体からのずれを二つのパラメータを導入することで表現している。二つのパラメータを導入する簡単な補正ではあるが、ジュール＝トムソン効果や気相-液相の相転移について期待される振る舞いを再現できる上、解析的扱いが易しいため頻繁に用いられる。ただし、あくまで一つの理論モデルであり、厳密に実在気体の振る舞いを表現できる訳ではない。また、二つのパラメータだけで理想気体からのずれを表現しているため、ビリアル方程式のように系統的に近似の精度を上げていく事が出来ない欠点もある。
| ファンデル・ワールスの状態方程式 | 気体の液化を表し、又、定量的に実在気体の状態変化を表す数学的方程式。 |
| 理想気体の状態方程式 | 理想気体の状態方程式。 |
| 理想気体 | 現実には存在しない理想的な気体。 |
| 実在気体 | 現実に存在する気体。 |
| ファンデルワールス力 | 電荷を持たない中性の分子間にも弱い引力が働いており、化学結合していない分子間や原子間にも互いに引きつけあう相互作用。全ての分子間に存在する。 |
| ロンドン分散力 | 誘起双極子と他の同じ誘起双極子の間に生ずる力及び働きの相互作用。 |
| 誘起双極子 | 原子や電子へ外部より電場をかけることにより電荷の偏りが生じ分極することにより生じる双極子。 |
| 水素結合 | 電気陰性度の強い二つの原子間に水素原子が入ってできる結合。 |
| 孤立電子対 | 原子の最外殻の電子対のうち、共有結合に関与していない電子対。 |
| 電気陰性度 | 分子内の原子が電子を引き寄せる強さの相対的な尺度です。 |
| 双極子-双極子相互作用 | 永久双極子となっている二つの分子間で働く力。 |
| 双極子 | ある距離を隔てて対になって存在するプラス、マイナスの電荷。 |
| イオン間相互作用 | 分子間での陽イオン、陰イオンの電磁気力の力及び働き。 |
| 分子間力 | 分子間同士で働く力。 |
| 分子の極性 | 電荷（プラス、マイナス）の偏り。極性がない分子を無極性分子、極性がある分子を極性分子。 |
| 電磁気力 | 分子間力での電磁気力とは電荷の引力、斥力。 |
| 金属結合 | 金属原子の結合。 |
| 金属結晶 | 金属結合によって形成される結晶。 |
| 自由電子 | 金属原子内の自由に動き回っている電子。 |
| 結晶質 | 構成粒子が規則正しく配列した状態及び物質。 |
| 非晶質（アモルファス） | 構成粒子の配列に規則性がない状態及び物質。 |
| 共有結合 | 原子間で各原子の最外殻の電子、価電子が共有された結合。 |
| 共有結合結晶 | 共有結合によってできている結晶。 |
| 価電子 | 原子の最外殻の電子。 |
| 非共有電子対 | 価電子2個が対を作っているもの。 |
| 不対電子 | 価電子が、対になっておらず電子対にならない電子。 |
| イオン結合 | 陽イオン（カチオン）と陰イオン（アニオン）との間での、クーロン力の引力による結合。 |
| イオン結晶 | イオン結合によってできている結晶。 |
| 金属元素 | 金属としての性質を持つ元素。 |
| 非金属元素 | 金属元素以外の元素。 |
| 半金属元素 | 金属と非金属の中間の性質を示す元素。 |
| クーロン力 （静電気力） | 二つの電荷を持つ物質間で働く電気的な力。単位は N （ニュートン）。 |
| クーロンの法則 | 二つの電荷を持つ物質間で働く電気的な力であるクーロン力は、それぞれの電荷の積に比例し、物質間の距離の2乗に反比例するという基本法則。 |
| 引力と斥力 | 引力又は誘引力とは、2つの物体間に働く相互に引き合う、互いを近付けようとする力。斥力（せきりょく）又は反発力とは、2つの物体間に働く相互に反発し合う互いを遠ざけようとする力。 |
| 電荷 | イオンが持っている電気あるいはその量。 |
| 帯電 | 物体が電気を帯びる現象。 |
| 電流 | 負（マイナス）の電荷を持つ電子が導体中を移動する流れ、あるいはある導線の断面を単位時間に通過する電荷量（電子）の量。 |
| 電荷素量 | 電荷の最小値。 |
| 電荷保存則 | 電荷の総量は時間経過に係わらず永遠に変わらないという法則。 |
| イオン化エネルギー | 原子から電子を1個を取り除き１価の陽イオン（カチオン）になる際に吸収するエネルギー。 |
| 電子親和力 | 原子が1個の電子を取り込み１価の陰イオン（アニオン）になる際に放出するエネルギー。 |
| エネルギー | 物質などが持っている仕事をすることができる能力。 |
| イオン | 原子は電気的には中性で電気を帯びていないが、電子（マイナス）を失うとプラスの電気を帯び、電子（マイナス）を受け取るとマイナスの電気を帯びる。このように原子が、電気を帯びたもの。 |
| イオン化（電離） | イオンになる現象及び操作。 |
| イオン化傾向 | 水中での金属のイオンへのなりやすさ。 |
| 周期表 | 元素を原子番号の順に並べた表。 |
| 化学結合 | 分子内結合及び分子間結合など、つなぎあわせる結合。 |
| 分子内結合 | 分子内の原子同士をつなぎ合わせる結合。 |
| 分子 | 非金属のいくつかの原子が結合し安定した形になった物質。 |
| 原子 | 物質とは粒子の集合体で、原子はその物質を構成する粒子。 |
| 元素 | 原子の種類。 |
| 分子間結合 | 分子と別の分子とをつなぎ合わせる結合。 |
| 分子間力 | 分子間結合での分子間同士で働く力。 |
| ■ 熱源 飽和蒸気 |
KENKI DRYERの乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風併用で他にはない画期的な乾燥方式を取り入れ安全衛生面で優れ、安定した蒸気を熱源とするため乾燥後の乾燥物の品質は均一で安定しています。蒸気圧力は最大0.7MpaGまで使用可能で、乾燥条件により蒸気圧力の変更つまり乾燥温度の調整は簡単に行なえます。飽和蒸気は一般の工場では通常利用されており取り扱いに慣れた手軽な熱源だと言えます。バーナー、高温の熱風を利用する乾燥と比較すると、飽和蒸気はパイプ内を通し熱交換で間接乾燥させる熱源であることから、低温で燃える事はなく安全衛生面、ランニングコスト面で優れています。
飽和蒸気には特有の特徴があります。蒸気圧力の変更に伴い蒸気温度が変わるため、乾燥温度の調整が簡単に行なます。又、凝縮熱、潜熱を利用できるため温水、油等の顕熱利用と比較すると熱量が2~5倍で乾燥に最適な熱源と言えます。
飽和蒸気は乾燥後ドレンとなりますがそれは回収ができ蒸気発生装置ボイラーへの供給温水として利用すれば燃料費等のランニングコストは安価で済みます。
昨今、KENKI DRYER に求められる内容に二酸化炭素CO2 の削減があります。ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER であれば、二酸化炭素CO2 が大量に削減ができる上、燃料費も大幅な削減が可能になるでしょう。
どこもできない付着物、粘着物が乾燥できる KENKI DRYER は、日本 2件、海外7ケ国 9件の特許を取得済み独自技術を持つ画期的な製品です。高含水率有機廃棄物乾燥機、汚泥乾燥機、スラリー乾燥機、メタン発酵消化液乾燥機及び廃棄物リサイクル乾燥機に是非 KENKI DRYER をご検討下さい。
| ■ ヒートポンプの工程 |
| ■ ヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER について |
蒸気（飽和蒸気）でのヒートポンプ自己熱再生乾燥機 KENKI DRYER とは、乾燥熱源である蒸気を利用した自己熱再生乾燥システムです。
蒸気ヒートポンプの工程は、KENKI DRYER で加熱乾燥に利用した蒸気を膨張弁での断熱膨張により圧力は低下し、蒸気内の水分は蒸発、気化し周辺の熱を吸収し蒸気温度は下降します。その蒸気を次の工程の熱交換器で熱移動することによりさらに蒸発、気化させ蒸気圧力を低下させます。十分に蒸発、気化が行われ圧力が下げられた蒸気は次の圧縮工程へ進みます。
圧縮工程の圧縮機で蒸気を断熱圧縮を行うことで、圧力は上昇しそれに伴い凝縮、液化し温度は上昇します。その蒸気の水分を除去した上で KENKI DRYER へ投入します。KENKI DRYER はその投入された蒸気を熱源として利用、加熱乾燥という熱移動を行うことで、蒸気はさらに十分に凝縮、液化され膨張弁へ進みます。この工程を繰り返します。
| ■ セルフクリーニング Steam Heated Twin Screw technology （SHTS technology） |
乾燥装置 KENKI DRYER の国際特許技術の一つが Steam Heated Twin Screw technology （SHTS technology）でセルフクリーニング機構です。この機構によりどこもできないどんなに付着、粘着、固着する乾燥対象https://kenkidryer.jp/products/patents/物でも独自の構造で機械内部に詰まることなく乾燥できます。
例えば乾燥対象物が羽根に付着したとしても、その付着物を乾燥機内の左右の羽根が強制的に剥がしながら回転します。どんなに付着、粘着、固着性がある乾燥物でも左右の羽根が剥がしながら回転するため羽根に付着することなく、そして停止することなく羽根は常に回転し続け、剥がし、撹拌、加熱乾燥を繰り返しながら搬送されます。又、常に羽根の表面は更新され綺麗なため羽根よりの熱は遮るものなく乾燥物にいつも直接伝えることができます。どこも乾燥ができない付着、粘着性が強い物あるいは原料スラリー等の液体状に近い状態で投入したとしてもこのテクノロジーで全く問題なく確実に乾燥ができます。このSHTSテクノロジーは約７年以上を経て完成させており国内はもとより海外でも特許を取得、出願しております。
日本、米国、台湾、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ特許取得済。
| ■ 乾燥機構 KENKI DRYERは乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風対流伝熱併用での他にはない画期的な乾燥方式での乾燥機と言えます。 |
乾燥装置 KENKI DRYER の特徴ある独自の乾燥の機構も国際特許技術です。粉砕乾燥、撹拌乾燥、循環乾燥そして間接乾燥 と言った４つの乾燥機構が同時に乾燥対象物に対し加熱乾燥動作を絶え間なく繰り返し行われることにより乾燥対象物の内部まで十分に乾燥され乾燥後の製品の品質が一定です。乾燥対象物投入時から乾燥後排出まで乾燥対象物の乾燥が不十分になりやすい塊化を防ぎ、乾燥対象物の内部まで熱が十二分に行き渡るよう様々な工夫がなされており常に安定した加熱乾燥が行われています。
熱源が飽和蒸気のみの伝導伝熱式での乾燥方式でありながら、外気をなるべく取り入れない他にはない独自の機構で乾燥機内の温度は、外気温度に影響されず常に高温で一定に保たれています。それは外気を取り入れない特徴ある独自の乾燥機構で内部の空気をブロワ、ファンで吸い込み乾燥機内部の上部に設置されている熱交換器で加熱し、その加熱された空気熱風をせん断、撹拌を繰り返しながら加熱搬送されている乾燥対象物へ吹き付け当てています。わざわざ熱風を起こしそれを乾燥対象物へ吹き付け当てているのですが、外気を取り入れそれを加熱するのではなく乾燥機内部の高温の空気をさらに加熱しながら乾燥対象物へ当て乾燥を促進しています。洗濯物が風でよく乾くという乾燥機構を取り入れ熱風対象物に熱風を当てることによる熱風乾燥です。今内容により、KENKI DRYERは乾燥の熱源は飽和蒸気のみながら伝導伝熱と熱風対流伝熱併用での他にはない画期的な乾燥方式での乾燥機と言えます。
日本、米国、台湾、フランス、ドイツ、イギリス、スイス、カナダ特許取得済。
| どこもできない付着物、粘着物及び液体状の乾燥に是非KENKI DRYER をご検討下さい。 |
| 国際特許技術の簡単な構造でイニシャル、ランニング、メンテナンスコストが安価です。 |
| 汚泥乾燥では乾燥機械代金を産廃費削減約2、3年での償却を目指しています。 |
| 原料スラリー乾燥では箱型棚段乾燥の置き換えで人手がいらず乾燥の労力が大幅に減ります。 |
| 有機廃棄物乾燥では燃料、肥料、土壌改良剤、飼料等へ再資源化リサイクル利用ができます。 |
| 熱分解装置 Biogreen 火気を一切使用しない国際特許技術の熱分解装置 | https://biogreen-jp.com |
| 会社サイト もう悩みません。コンベヤ、産業環境機械機器 | https://kenki-corporation.jp |
