化学プロセスの工業化・最適化への考え方

化学工学は実験室での (化学反応) 実験結果を基に、対象化学品を工業的に大量生産するための装置はどうあるべきかを決定するための学問体系であります。よく計算が複雑、厄介でとっつき難いと云われます。最近では計算プログラムが整備され、入力すれば結果が得られますが、その評価ができる人は少ないです。 　これらの問題点に応えるべく、本セミナーでは特に実際の研究・生産現場での活用を念頭におき、実践単位換算・化学工学基礎・主要単位操作・反応工学・プロセスシステム工学に亘る範囲について、理論・演習および演者の経験してきた研究開発・製造現場における化学工学適用の実践事例を交え、初級者にもわかりやすく解説します。 　講義・演習を通しこれらに触れることにより、化学工学の視点から、出くわす問題点を抽出し課題解決策を講じることを可能とします。

• はじめに: 化学工学は何故必要か

1. 化学工学基礎
   1. 単位と次元
   2. 気体の状態方程式
   3. 収支
   4. 燃焼計算
2. 流動
   1. 流体の流れ
   2. 円管内の流れ
   3. 流体の輸送
   4. 圧力および流速、流量の測定
   5. 流体輸送機器の種類と選定
3. 伝熱・蒸発
   1. 伝熱の基本機構
   2. 伝導伝熱
   3. 対流伝熱
   4. 輻射伝熱
   5. 熱交換器
   6. 燃焼装置
   7. 蒸発装置
4. 蒸留
   1. 気液平衡
   2. 単蒸留とフラッシュ蒸留
   3. 回分蒸留と連続精留
   4. 蒸留塔の設計
   5. 特殊蒸留
   6. 蒸留装置
      • 参考 蒸留技術のこれまでと今後
5. 抽出・吸着
   1. 抽出
   2. 吸着
      • 参考 クロマト式吸着装置のスケールアップ
6. 撹拌・混合
   1. 撹拌槽の構成
   2. 流動特性
   3. 撹拌所要動力
   4. 混合性能
   5. スケールアップ
   6. 撹拌槽伝熱
   7. 気液系の撹拌
   8. 固液系の撹拌
7. 反応工学
   1. 化学反応の分類
   2. 反応器の分類
   3. 反応速度
   4. 反応速度に対する物質移動の影響
   5. 回分反応器
   6. 連続撹拌槽反応器 (CSTR)
   7. 流通型反応器 (PFR)
   8. 反応器の形式による性能の比較
      • 参考 固定層反応装置のスケールアップ
8. プロセスシステム工学
   • 参考 ピンチ解析による省エネルギー
• 質疑応答

当セミナーの演習問題 (抜粋)

※各解答は講義テキストに記載しております。

• 演習1.1
  303K (30°C) におけるメタノールの粘度は0.51cP、表面張力は2.217×10-3Kg/mである。
  これらをSI単位に換算せよ。
• 演習2.9
  大気に開放されているタンクから、同じく大気に開放されている5m上方のタンクへ293Kの水43.2m3/hが3B鋼管を通してポンプで送られている。
  鋼管の全長20m、途中に90°エルボが2個使用されておりポンプ効率が70%のときポンプ所要動力を求めよ。
• 演習3.17
  質量分率0.05のショ糖水溶液8.0t/hを単一蒸発缶を用いて質量分率0.4まで濃縮したい.操作圧力は16kPaとし、加熱用水蒸気には393Kの飽和水蒸気を用いる。
  原液を293Kで供給するとき、総括伝熱係数UOを1.74kW/ (m2・K) とすれば、伝熱面積はいくらになるか。
  ただし、ショ糖水溶液はRoultの法則に従い、その比熱は3.77 kJ/ (kg・K) とする。
• 演習6.6
  内径0.3mの円筒槽に0.45mの深さまで液を入れ、翼径0.1m、翼幅0.03mの6枚羽根タービン翼を毎分300回転の速度で撹拌したテスト結果が良好であった。
  この結果を実装置10m3の撹拌槽で同様な結果を出すための撹拌翼の回転数および翼形状をPv=一定の条件にて求む。
• 演習7.1
  A + 2B → 2R:r1
  2A + 3R → S : r2
  で表される複合反応系で、各成分の反応速度を素反応速度で表せ。