分離化学工学 第７回

前回の復習
解説①
解説① 階段作図①
解説① 階段作図②
解説① 階段作図③
解説① 階段作図④
解説① 階段作図⑤
解説① 階段作図⑥
解説① 階段作図⑦
解説① みなさんの平均値
最小還流比と最小理論段数
解説②
蒸留の問題：共沸
解説①
解説① 階段作図①
解説① 階段作図②
解説① 階段作図③
解説① 階段作図④
解説① 階段作図⑤
解説① 階段作図⑥
解説① 階段作図⑦
連続多段蒸留塔　問題設定
連続多段蒸留塔　問題設定

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1. 分離化学⼯学 第７回 2017年6月2日 (⾦) 0 理⼯学部 応用化学科 データ化学⼯学研究室 専任講師 ⾦⼦ 弘昌
2. 前回の復習 q線を導ける 階段作図ができるようになる 理論段数を求められる 還流⽐を変えたときの蒸留塔の様⼦を説明できる 最⼩還流⽐・最⼩理論段数の求め⽅を説明できる 1
3. 解説① 2 F D W = + F D W Fx Dx Wx = + 100 D W = + 100 0.4 0.95 0.05 D W × = + より、 よって、 D = 38.88・・・ = 38.9 kmol・h-1 W = 61.11・・・ = 61.1 kmol・h-1
4. 解説① 階段作図① 3 気液平衡線 ① 気液平衡線を 準備する
5. 解説① 階段作図② 4 ② (xD , xD ) (xW , xW ) (xF , xF ) を書く (0.95, 0.95) (0.05, 0.05) (0.4, 0.4) 気液平衡線
6. 解説① 階段作図③ 5 ③ 濃縮部の操作線 を書く 濃縮部操作線 傾き︓R/(R+1) = 1.5/2.5 = 0.6 (0.95, 0.95) (0.05, 0.05) (0.4, 0.4) y = 0.6(x-0.95)+0.95 気液平衡線
7. 解説① 階段作図④ 6 ④ q線を書く q線 傾き︓-q/(1-q) = -0.4/0.6 = -0.6666・・・ (0.95, 0.95) (0.05, 0.05) (0.4, 0.4) 気液平衡線 y = 0.6(x-0.95)+0.95 y = 0.667(x-0.4)+0.4
8. 解説① 階段作図⑤ 7 ⑤ 濃縮部操作線 とq線との交点Q を計算する Q (0.95, 0.95) (0.05, 0.05) (0.4, 0.4) 気液平衡線 y = 0.667(x-0.4)+0.4 y = 0.6(x-0.95)+0.95 Q(0.2263, 0.5157)
9. 解説① 階段作図⑥ 8 ⑥ 回収部操作線 を書く (点Qと(xW , xW ) とを結ぶ) 回収部操作線 (xW , xW )とQとを結んだ線 Q (0.95, 0.95) (0.05, 0.05) (0.4, 0.4) 気液平衡線 y = 0.6(x-0.95)+0.95 Q(0.2263, 0.5157) 傾き︓ 0.5157 0.05 2.641 0.2263 0.05 − = − L y = 2.64(x-0.05)+0.05
10. 解説① 階段作図⑦ 9 ⑦ x が xw を超える まで階段作図を 続ける 1 2 3 4 5 原料を供給する段は 点Qがある 6 段目 6 7 8 理論段数 N= 7.88–1 = 6.88 = 6.9
11. 解説① みなさんの平均値 6.6 10
12. 最⼩還流⽐と最⼩理論段数 11 y [-] x [-] 0 1 0 1 気液平衡線 (xD , xD ) (xW , xW ) (xF , xF ) R:最⼩, 理論段数:無限 q線 濃縮部操作線 傾き︓R/(R+1) 最⼩理論段数 R:最大(全還流:すべて塔に戻す), 理論段数:最⼩ 最⼩還流⽐
13. 解説② ⼿書き、目分量による作図の違い 有効数字の扱いの違い 気液平衡線の補間⽅法の違い • 補間︓データ(値・実験結果・観測結果)がないところを、 周辺の他のデータから補って推定すること ⁃ 線形補間 ⁃ 多項式補間 ⁃ スプライン補間 など 12
14. 蒸留の問題︓共沸 あるモル分率 x で y = x となってしまい、これを超える濃縮ができない • エタノール – 水 • アセトン – クロロホルム 対策 • 第３成分を入れる • 圧⼒を変化させて 気液平衡線を変える 13 y [-] x [-] 0 1 0 1 気液平衡線
15. 解説① 14 F D W = + F D W Fx Dx Wx = + 100 D W = + 100 0.4 0.95 0.10 D W × = + より、xW = 1 - 0.90 = 0.10 から、 よって、 D = 35.29・・・ = 35.3 kmol・h-1 W = 64.70・・・ = 64.7 kmol・h-1
16. 解説① 階段作図① 15 気液平衡線 ① 気液平衡線を 準備する
17. 解説① 階段作図② 16 ② (xD , xD ) (xW , xW ) (xF , xF ) を書く (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) 気液平衡線
18. 解説① 階段作図③ 17 ③ 濃縮部の操作線 を書く 濃縮部操作線 傾き︓R/(R+1) = 2/3 = 0.6666・・・ y = 0.667(x-0.95)+0.95 (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) 気液平衡線
19. 解説① 階段作図④ 18 ④ q線を書く q線︓ x = 0.4 y = 0.667(x-0.95)+0.95 (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) 気液平衡線
20. 解説① 階段作図⑤ 19 ⑤ 濃縮部操作線 とq線との交点Q を計算する Q Q(0.4, 0.5833) x = 0.4 y = 0.667(x-0.95)+0.95 (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) 気液平衡線
21. 解説① 階段作図⑥ 20 ⑥ 回収部操作線 を書く (点Qと(xW , xW ) とを結ぶ) 回収部操作線 (xW , xW )とQとを結んだ線 Q(0.4, 0.5833) 傾き︓ 0.5833 0.1 1.611 0.4 0.1 − = − L y = 1.61(x-0.1)+0.1 (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) Q
22. 解説① 階段作図⑦ 21 ⑦ x が xw を超える まで階段作図を 続ける 1 2 3 4 5 原料を供給する段は 点Qがある 7 段目 6 7 8 理論段数 N= 11.12–1 = 10.12 = 10.1 (0.95, 0.95) (0.1, 0.1) (0.4, 0.4) 9 10 11 12
23. 連続多段蒸留塔 問題設定 22 缶出液 留出液 F [mol・s-1]︓原料の流量 xF [-]︓低沸点成分の原料 (液体)のモル分率 W [mol・s-1]︓缶出液の流量 xW [-]︓低沸点成分の 缶出液のモル分率 D [mol・s-1]︓留出液の流量 xD [-]︓低沸点成分の 留出液のモル分率 V [mol・s-1]︓濃縮部の蒸気流量 L [mol・s-1]︓濃縮部の液体流量 V’ [mol・s-1]︓回収部の蒸気流量 L’ [mol・s-1]︓回収部の液体流量 R [-]︓還流⽐ ( = L / D ) D xD W xW V R=L / D L xn V yn L’ xm V’ ym L 濃縮部 回収部 原料 F xF , q
24. 連続多段蒸留塔 問題設定 23 缶出液 留出液 xn , xm [-]︓低沸点成分の n,m段目の液体の モル分率 yn , ym [-]︓低沸点成分の n,m段目の蒸気の モル分率 q [-]︓原料の液体の割合 上から1段、2段、・・・と数える D xD W xW V R=L / D L xn V yn L’ xm V’ ym L 濃縮部 回収部 原料 F xF , q