分離化学⼯学 第１回 2018年4月13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

今回の達成目標 分離とは何か、ざっくりと⾼校⽣に説明できるようになる 分離の⼤切さを理解する 分離するときに⼤事なことを理解する 分離係数を計算できる いろいろな分離⽅法があることを知る 1

分離とは︖ 分けること、分かれること • “分離”の使用例︓中央分離帯、政教分離、・・・ 分離の例 • ろ紙ろ過 • 浄水器 • 洗濯機 • お茶 • コーヒー • 焼酎 • ウィスキー 2

分離の⼤切さ プラスチックの原料であるエチレン・プロピレンが必要です︕ ハーバー・ボッシュ法でアンモニアを合成しました︕ 研究室にて、新しい化合物の合成に成功しました︕ • どれも分離できないと意味がない • すべての身の回りの製品に『分離』がからんでいる 3

分離 ⇔ 混合 モノは安定になりたがる 一般的には、混ざった状態 (混合の状態) が安定 • 分離 → 混合 の流れ • エントロピー増⼤の法則 分離するためには不安定にしなければならない 分離するには エネルギー または 分離剤 が必要 • 分離剤︓分離を促進させる物質 (ろ紙など) 4 分離装置 混合物 A+B A+B A+B エネルギー または 分離剤

分離において⼤切なこと ① 純粋なものにする ② たくさんとる ③ コストをかけない 5

分離係数 ①純粋なものにする と ②たくさんとる の達成度合いを数値化したもの いろいろな分離装置を⽐べることができる 6 分離装置 混合物 A+B A+B A+B エネルギー または 分離剤 濃度 (モル分率) zA zB yA yB xA xB 分配係数 KA , KB A A A y K x = B B B y K x =

分離係数 ①純粋なものにする と ②たくさんとる の達成度合いを数値化したもの いろいろな分離装置を⽐べることができる 7 分離装置 混合物 A+B A+B A+B エネルギー または 分離剤 濃度 (モル分率) zA zB yA yB xA xB Bに対するAの 分離係数 αAB A A A AB B B B y K x y K x α = = B B B BA A A A y K x y K x α       = =      

問題 8 分離装置 混合物 A+B A+B A+B zA zB yA yB xA xB F E S 上の分離装置を考える。Eから成分A,BがそれぞれEA = 7 mol・s-1, EB = 3 mol・s-1 の流量で、SからそれぞれSA = 8 mol・s-1, SB = 12 mol・s-1 の流量で取り出される。 この分離装置に供給される原料Fの流量とそのAのモル分率 zA は いくつか。また yA , xA , 分配係数KA とKB , 分離係数αAB を求めよ。 朝倉書店『新板 化学⼯学の基礎』p.117【例題4.1】にもとづいて作成

どうして分離ができるのか︖ ろ紙ろ過 洗濯機 お茶 浄水器 9 物質の物性の差を利用する

いろいろな分離の⽅法 蒸留 蒸気圧の差 ガス吸収 溶解度・反応性の差 膜分離 分⼦径・粒⼦径・速度などの差 抽出 溶解度の差 吸着 分⼦間⼒・クーロン⼒・化学結合⼒の差 晶析 溶解度の温度依存性の差 乾燥 乾燥速度の差 電気泳動 電荷の差 遠⼼分離 密度・重さの差 10

今回の達成目標 分離とは何か、ざっくりと⾼校⽣に説明できるようになる 分離の⼤切さを理解する 分離するときに⼤事なことを理解する 分離係数を計算できる いろいろな分離⽅法があることを知る 11