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3. プロセス設計と機器設計（容器の設計）
3.1 容器の種類
化学プラントには多くの容器（Vessel）が使用されています。この容器にはタンク、分離器、フィルタ、ドライヤ、ストレーナおよび粉砕器などが含まれており、特に重要なのはタンク（貯蔵タンク）と分離器（プロセスドラム）です。次節からは容器のサイジングとして、貯蔵タンクと分離器を取り上げます。
3.2 貯蔵タンク
3.2.1 貯蔵タンクの分類
貯蔵タンクは貯蔵される流体性状や貯蔵圧力、そして構造や使い方などから細かく分類されます。例えば、貯蔵される流体の常温における蒸気圧が大気圧に比べ低いかあるいは高いかでその構造が大きく変わってきます。例えば、
- 常温でも貯蔵が可能な水やメタノールなどは、コーンルーフタンクなどの固定屋根式タンクやフローティングルーフタンク（浮屋根式）が使用されます。
- 常温（10～30℃）での蒸気圧が大気圧より高い場合には液体を冷却液化して貯蔵する。例えばアンモニアやLNGなどは極低温タンクや低温タンクなどを使用する。多くは二重殻を装備しそこを真空に保つための真空装置や冷凍機を装備している。
- 都市ガスなどは高圧にして貯蔵する。そのために球形タンクが採用される。
詳細はメーカーのホームページを参照下さい。例えば、株式会社石井鐵工所やトーヨーカネツ株式会社など。
3.2.2 貯蔵タンクの使用目的とサイジング
貯蔵タンクの使用目的としては、
- 備蓄や輸送などを目的にした長期貯蔵
- 工程間の運転調整を目的とした短期貯蔵
- 製品払出などにおける品質テストのための短期貯蔵
などがあります。一般に備蓄や輸送などを目的にした長期貯蔵では、海上輸送（タンカー）の往復日数を考慮してタンクのサイジングを行います。また、工程間の運転調整を目的とした短期貯蔵では、運転停止時における一時貯蔵や品質低下（オフスペック）時の再処理をベースに関係する設備容量や機器容量を考慮してサイジングを行います。製品払出などにおける品質テストのための短期貯蔵におけるサイジングは、品質テストに要する時間をベースに決定されます。
例えば、基本設計演習「エタノール合成設備」におけるエタノール貯蔵設備のサイジングを以下の手順で行ってみます。ただし、エタノールの生産量を１日1,000トンとします。
- 粗エタノールタンク：エタノール合成設備とエタノール蒸留設備間に貯蔵タンクを設け、運転のフレキシビリティを保つことにします。貯蔵タンクの容量をエタノール生産量１日分とし、エタノール合成設備出口の粗エタノール中のエタノール濃度を46wt%、密度を.890kg/m3しますと、タンク容量は1,000,000kg/(46wt%×890kg/m3） = 2,450m3となります。
- エタノールテストタンク：製品として払い出すエタノールの品質テスト用タンクの大きさを分析などに要する時間を12時間として計算します。ただし、テスト中のエタノール受入のためにタンクを二基設置することにします。エタノールの密度を790kg/3タンクの大きさは、1,000,000/(2×790kg/m3) = 633m3となります。
- エタノール製品タンク：生産したエタノールを中国の上海に輸出するとします。上海までの海上航路日数を往復で2日とし、荷揚げに1日、余裕として1日、合計4日要するとします。また、タンカーは一隻とするとタンクの大きさは、1,000,000kg×4日/(790kg/m3) = 5,064m3となります。
以上の結果を表にまとめますと下表のようになります。
| 粗エタノールタンク | 粗エタノール | 1日 | 1基 | 2,450m3 |
| エタノールテストタンク | エタノール | 半日 | 2基 | 633m3 |
| エタノール製品タンク | エタノール | 4日 | 1基 | 5,064m3 |
