化学工学演习

1、化学工学演習年後期（諸岡研究室）化学検討 Web版 演習行際約束-部分Web版外-日程（目標）第週目 反応器分離器。平衡及温度圧力影響。全体作成開始。経過提出。第週目全体完成。温度圧力変、全体生成率影響調査。経過提出。第週目蒸留分離法調査。蒸留作成。経過全体提出。演習目的（）PC取扱習熟。（学生実験演習。）（）合成設計必要収集。（）、年次物理化学学習反応平衡、気液平衡知識基、合成、蒸留CHEMCAD作成。（）適切運転条件検討。経過書方末尾全体書方提出期限末尾CHEMCAD起動操作法今回最新版V.6用演習。前期復習部分、異注意。原則左。右時、右記述。左、時、時。CHEMCAD、画面拡大縮小。立上

2、保存電源入。画面出。名入力、OK。Windows画面出。待下図。新規始場合上画面左下隅、矢印示、全ChemstationsCHEMCAD日本語版順。選隠、押下。下方出。下画面出。部分、計算進行状態出。書込単位操作集出、下左図、表示。、作成消困、上図左上隅。下右図出、名前付保存。保存下左画面出、保存場所。適当名前付。以下例smoro-1。必名記録。下左図下方右隅保存。保存。回目保存下右図出。 上左図、CHEMCAD vr.6末尾（拡張子）、.cc6。保存場所。保存不明、決。不明名検索。画面左側（CHEMCAD Explorer）smoro-1出（同中、.cc6略）。CHEMCAD Explore

3、r出、表示。注意画面右上赤×慎重！画面全部消。対処法：常名前付保存上書保存。消、一度、保存開。保存開方法CHEMCAD立上。左上隅。下左図出開。下右図出。保存（smoro-1.cc6）選択開。下図例、名各自異。開方他。左側画面名出、。作成反応器#1用作成方法復習（全員実行）。以下画面出。書込消、表示現。重要！現消、下図矢印先端、極小押、常現状態。隣×押消。消上述方法表示。上方×押慎重！取使下図示。（配管）（入口）下方見押下（出口）反応器右側合説明出。反応器#1左、付着動。空白画面適当位置移動左。反応器#1固定。単位操作異、方法同。、#1図柄番号、単位操作内容同。以

4、下、#1省略。左、次同出。右、付着消。、選択、左押状態動、位置移。下左図、不要出。（）消左指定（）四隅黒囲（）右下右図出（）削除消消。左囲。反応器配置終、入口（、赤矢印）、出口（、紫矢印）書。下左図。、単位操作入口出口。（下右図）。動、下左図、小赤出。後、移動小青。青上、下右図線。最上行表示、画面拡大縮小。下右図示。回転拡大縮小。無意識動、小見。開、最初枠外出。、表示画面以上操作完成。一旦終了。前述手続保存。（流）番号勝手出。ID番号違気。気、ID番号修正。流路単位操作修正方法部分読。修正実行。修正無、実行必要。流線（）、単位操作、修正方法同。曲構、気入引直。画面、線合（、結合線合）。下画面、

5、選択線角出。、右出、削除選択（同）。指定、引直。単位操作場合上記単位操作置換解釈。合成原料合成反応、以下多分野使用重要化合物。-部分Web版外合成反応：3H2 + N2 2NH3必要水素、炭化水素水蒸気反応（水蒸気改質反応）製造。水蒸気改質反応吸熱、反応器外部加熱、原料酸素加炭化水素反応器内燃焼加熱。合成、3:1混合水素窒素原料、内部燃焼法併用、酸素源空気用、燃焼窒素残。合成CO触媒毒、反応除去。発生CO2、H2O除去。全体下図示。-部分Web版外-以下合成製造触、合成反応生成物分離（赤囲範囲）行。反応器冷却温度一定。反応器例以下示。反応熱、冷却反応器出口温度上、演習反応器内温度一定仮定。調査

6、Internet ExplorerGoogleGoogle検索順以下画面出。検索条件、ammonia synthesis、ammonia synthesis catalyst入、化学触媒関連会社中心調査。日本語検索、多数出。除外、下図含記入。例以下HP。-部分Web版外-問題HPPrint Screen、貼付（見証拠）。関係、上記HP。画面貼付方法（復習）：（）各自全体用立上最小化画面隠、画面出。（）画面最小化、画面右上隅。（）画面、Print Screen（）画面戻右貼付下。演習、CO2CO除去後、合成部原料組成下表。分率体積分率同。原料分率H20.742N20.250CH40.008NH3

7、0合成反応装置上記原料送入、循環混合送入。循環中濃度10%以内、濃度数%、残窒素水素。会社反応器、3段分割冷却方式、反応器出口平衡分率約0.17（= 17%）与。以下操業条件例。合成反応条件生産量1日1200 ton循環中濃度10%以内循環中濃度数%反応圧力220 bar反応器入口温度400反応器出口温度450470反応器内触媒体積44 m3反応器内空間速度1200 h-1合成反応発熱反応。、反応進行全体物質量減。合成、化学平衡観点低温高圧有利。、工業装置400付近温度運転。問題化学平衡上不利、温度上操作何故。理由簡単述（不明調査）。-部分Web版外-合成反応圧力温度、平衡濃度（mol%）関係

8、前図示。工業装置運転条件図灰色範囲（赤線囲）。上記会社反応条件一般的操業範囲。反応速度有限、前図理論平衡値（約0.3）到達。、実際平衡値、理論平衡値低。方法（）反応器圧力、各自異値(後述)。（）反応器温度均一仮定。（）原料組成前述表（原料分率）同。（）原料水素窒素以外（演習場合、合成反応関与）含、循環蓄積。、一定量循環組成安定。（）以上条件下、反応器出口体積分率約0.17反応器温度見。（）途中頻繁保存、消失防。（）単位操作番号、入力順番異、必要数値全部入力、正動。番号付直。（）操作法詳細、書場合。分言直聞、自分。（、。）反応器、反応器練習。画面反応器。消、CHEMCAD立上 開、既作成反応器選

9、択立上。画面上部。下左画面工学単位。下右図出、下方SI指定、OK押。時間h。下右図、時間h状態示（変更前）。、時間押出、hsec変更。OK終了。、水素素合成。不純物同伴、代表、水素、素、4成分。、成分選択。下図矢印示成分。2段目両方。同。以下画面出。検索、h2（水素）画面中央押。右側Hydrogen現。同様n2(窒素）、ch4（）、nh3（）指定。順序問。大文字小文字区別。日本語不可。Methane書。下完成図（成分順不同）。右下隅OK押。引続画面次出、画面戻、OK押。、画面最上行熱物理、下左図出、K値選択。画面出、温度最小500、温度最大800、圧力最小1e7、圧力最大2e7OK。入力後下右

10、図。単位確認！熱力学設定聞OK押適当。1e7同。OK押画面戻。下左図、流（供給流）番号上置、入口条件設定下中図出。、温度750 K、圧力1e7 Pa（約100気圧）(全員同)。下中図示、成分単位行押出、出。mole frac（分率意味）選択。合成原料条件下右図。何成分、自動的。合計流量単位kmol/s確認。、押、kmol/s選択。上行合計流量値、1。、後勝手計算放置。画面右上OK、画面戻。 、反応器。下左図出、等温指定、温度750 K。反応器圧力各自異。以下決。学籍番号×100 Pa P。、学籍番号TK091234、P = 91234×100 Pa P = 91234

11、15;1009123400 Pa（約90気圧）。圧力、P倍、2P。91234009.1234e6書同。後述、圧力 3P 計算。必全員異数値！下左図圧力前状態。温度圧力OK。下右図出（多少違）。OK。画面戻。下左図、2行目緑色横向三角（中R）。直計算終了。画面下終了出。横向三角代、下右図、押出、同。（出口）、温度750 K、圧力1e7 Pa（例）反応結果出（下左図）。成分単位kmol/s出、前述成分単位右端隠出。mole frac（分率意味）指定、瞬時分率変換。下右画面一番下行、平衡分率。上記画面例、各自数値異。上示画面出、不具合。途中消困、出来保存。注意：（）温度及圧力入力際、単位注意。SI選

12、択、温度入力、計算後K表示。単位書右側 、単位変更。（）CHEMCAD、成分選択画面順番、中成分順番決。順番違構。、原料成分濃度（分率）、成分確認！（）流量単位変更、成分単位合計流量単位右端押出選択。原料全体流量1 kmol/sec。（）流量小、入力合計流量単位、kmol/sec、mole frac知。反応器番号（入口）、入力画面出修正。下表、反応器温度（750 K 800 K 850 K）圧力（2.0×P 3.0×P）変計算行。反応器反応条件表出。温度圧力変更、瞬時計算終了。計算繰返全部埋。流量分率、有効数字（小数点以下）3桁。CHEMCAD戻名前付保存終了。前述、圧力P

13、各自違注意。学籍番号×100 PaP。、学籍番号TK091234、P = 91234×100 Pa 、2P = 2×91234×100 = 18246800 Pa1.82468e7 Pa 18.2468 MPa 書同。 3P = 3×91234×100 = 27370200 Pa2.73702e7 Pa 27.3702 MPa書同。問題作成上表、各自全体貼付。、反応器圧力各自違（前述）。前表、圧力2×P3×P。貼付、下図示種。右端場合図貼付、上編集。上編集、左端。下図図貼付。下説明出、気入方法選。、左番目。上図編集

14、、右端構。反応温度平衡分率関係下図示。各自計算値違（圧力違）注意。圧力2×P3×P曲線2本描！図例、全員異。問題上同様図作図、貼付。圧力2×P3×P。、以下示散布図使用。散布図学生実験演習。以下復習。修得読飛。、挿入散布図、折線結図選択。下左図。下右図図位置調整方良。選択。図表重見、図適当動。下左図出追加。下右図出。系列名入力任意。系列X値横軸、系列Y値縦軸。下右図矢印。下左図出。表X軸（温度）入選択。連続全部選択、左。点滅破線囲、系列編集範囲出。下右図中矢印。同系列Y値。終、下左図出。OK押下右図出。OK押出。軸、軸、問題示。軸目盛、線色調整。今回演習

15、、詳細調整求。問題 反応器出口平衡分率0.17、圧力2×P3×P、反応器温度何度(K)。各自計算結果（中間内挿、外外挿）判断。反応温度概略値。以下表記入（記載）。表作成（構）。圧力2×P場合各自圧力MPa適切反応器温度K圧力3×P場合各自圧力MPa適切反応器温度K、表挿入方法下図参照。分離装置、分離器練習。化学工学実験演習。反応器同様、CHEMCAD立上 新規開。名前付保存。名各自決。名smoro-2。不明点、既述反応器部分読直。混合物生成、反応後低温凝縮分離。分離装置#1用。CHEMCAD立上方法、作成方法述。中#1、（赤矢印）、（紫矢印）書込、連結。

16、下完成図。以下#1略。反応器場合同、工学単位、成分、気液平衡指定。、工学単位SI選択（時間s）。、熱物理成分選択成分選択水素 (h2)、窒素 (n2)、 (ch4)、 (nh3) 選択方法既述。成分大文字小文字不問。日本語不可。、熱物理熱力学下左図出、下右図OK何聞、OK。、画面番号。入口温度圧力。全体、反応器出口組成組成。、練習、下図（全員同）。温度400 K、圧力2e7 Pa（2×107 Pa意味）。全体、反応器出口数値自動的。、仮想的数値。勝手計算。画面、操作条件画面出。、温度260 K、圧力2e7 Pa（全員同）。OK押。反応器同様、。下左図塔底流出（計算値）、下右図塔頂流出

17、（計算値）。番号、各自違構。、番号対応確認。塔底流量B塔頂流量T計算終了保存名前付保存。問題 回収率求。使用式：回収率 B/(B+T) 合成回収作成、合成全体検討。新規名各自決。他手続前述通。使用単位操作以下。 （混合器、流合流） （2段目） 熱交換器（加熱） 反応器（合成） 熱交換器（冷却） （液化気体分離） 分流器（運転続不要物質徐蓄積、一定量連続的必要。）下図単位操作（扱方既述）。単位操作上置説明出。左付着、持行、右落。右、描画縁切。単位操作結合並。、入口（）個、出口（）2個設。熱交換器、分流器向不都合。、分流器矢印方向変、右。下左図示、四隅小囲。下中図出、左右反転選択。削除、名前変更、

18、単位操作上置右、下右図出行。単位操作配置完成、（配管）結合。囲文字（番号）、囲文字（単位操作番号）位置、左押移動。邪魔位置移動。熱交換器入。熱収支取重要、今回略。上図矢印示分流器番号、単位操作）無。単位操作出消去修正、単位操作番号飛。番号揃妥当。単位操作合右出。98変OK。単位操作番号、重複自由変更可能。変更出来、既同番号。、番号、確認。以下修正済完成図。問題上記(Print Screen)貼付。条件入力、工学単位SI単位系、時間s選択。、熱物理成分選択水素 (h2)、窒素 (n2)、 (ch4)、 (nh3)選択。成分選択時、大文字小文字区別無。日本語不可。既述。入力単位操作開始構。番号、単

19、位操作番号、勝手名付構、確認。入口原料流量（全員同)番号入力画面出。以下。流量単位kmol/s（実際操業条件近）。圧力5e5 Pa(約5気圧)。温度300 K。重要！（）単位注意。単位変更、成分単位右端押出選択。（）各自表並方違。順番、成分確認。（）原料全体流量1 kmol/sec注意。（）反応後製造量小、原料合計流量単位、kmol/sec、mole frac kmol/h 疑。原料分率mole fracH2水素hydrogen0.742N2素nitrogen0.250CH4methane0.008NH3ammonia0順番注意！以下単位操作、条件入力画面出。以下指定（全員同）操作操作選択0

20、流出圧力効率1 断熱流出圧力2e6 Pa意味効率1他無視。OK。（混合器）修正事項（全員同）以下指定（全員同）操作操作選択0 流出圧力効率1 断熱（最初同）流出圧力1e7 Pa（最初異圧力）効率1（最初同）他無視。OK。熱交換器Temperature of stream 5 700 K （熱交換器出口温度）（全員同）他無視。OK。、番号、各自異場合（番号任意）。自分確認。反応器熱条件最初2.等温750 K。、800 K 850 K計算。反応相1 気体混合相任意指定圧力各自2×P3×P（全員違数値）他無視。OK。放置。全員異。各自2×P3×P。最初温度条件

21、800 K 850 K計算。熱交換器Temperature of stream 250 K （熱交換器出口温度）（全員同）他無視。OK。、7番号、各自異場合（番号任意）。自分確認。2. T、P指定：V/F、熱量計算温度240 K（全員同）、計算結果、凝縮液出口（下出口）流量、温度240 K低。圧力1e7 Pa（全員同）他無視。OK。分流器分配基準0 流量比率流出10 0.1流出11 0.9（全員同）他無視。OK。、1011番号、各自異場合（番号任意）。確認。終了、（、同）。計算終下左画面。OK。図出、再計算。一回。出悪。見直。凝縮液出口（下出口）流量、温度240 K低。下中図（生成物分率表）下

22、右図（生成物kmol/sec表）、反応器出口計算結果例（温度750 K，800 K、850 K行。、圧力各自異。、計算結果全員異）。単位行右端押、単位変換出。mole frac （分率）、kmol/sec任意単位変換。 各自全体中、以下表作成（描、表表構。空白表別途配付）。計算結果読取、表中記入。反応器全圧以外数値、有効数字3桁。表完成、CHEMCAD名前付保存。CHEMCAD一旦終了。問題上表記入記載。図書、表、表、。問題塔底出流量、24時間（日）何ton。反応器圧力 2.0×P、温度750 K計算。反応器出口値注意！、分子量 = 0.017 kg mol-11日 = 3600&#

23、215;24 s数100 ton以上間違。桁計算注意。出口流量単位注意。出口流量kmol s-1求換算以下通。（流量、kmol s-1）×（分子量、0.017 kg mol-1）×（1日秒、3600×24 s）数値小、原料全体流量1 kmol/sec確認。、入力成分単位単位、mole frackmol/h不具合生。単位変更、成分単位右端押出選択。蒸留蒸留、化学分離基本。前期学生実験水（成分）蒸留行。、多成分系蒸留行。条件、分離変化確認。蒸留塔原理下図示。塔頂部、蒸気凝縮冷却。塔底部、液沸騰蒸気発生加熱。液上下移動。蒸気下上移動。孔開板上気液接触、平衡。沸点低成分塔

24、頂部出。沸点高成分、塔底部出。要点：温度上低、下高。気体上昇、液体下降。-部分Web版外-(C3H8)、(C4H10)、(C5H12)、(C6H13)、(C7H16)、(C8H18)、(C9H20)、(C10H22)連続蒸留行。CHEMCAD立上、新規（既述）。保存違名前付。書。単位操作塔（TOWR）選択。（入口）個（出口）2個付、連結。時演習、工学単位SI選択。 忘。、時間h。変更。次成分選択。下図熱物理成分選択場合示。2行目成分選択同。下図出。左下検索空白半角数字4入。(Propane)選択。半角数字6(N-Butane)、半角数字8(N-Pentane)、半角数字10(N-Hexane)

25、、半角数字11(N-Heptane)、半角数字12(N-Octane)、半角数字13(N-Nonane)、半角数字14(N-Decane) 選択。出来上下図。最上部熱物理値出。熱力学画面出、次OK。自動的SRK選択。番号、入力画面出。温度300 K、圧力1000000 Pa 。成分単位kmol/h。下左図全部0.1。合計流量単位自動的kmol/h。計算入力不要。画面戻、塔自体下右図全般出。下右図。、全段数20段、原料供給段（段）半分（10段目）。種類押、出下右図選択。上右図、全般隣仕様。下左図。 押、出下左図選択。、隣収束出、下右図。初期押、出下右図選択。収束画面右下隅OK入力終了。画面最上部選択、計算実行。塔頂（出口）下左図、塔底（出口）下右図。見。、画面最上部、単位操作塔選択。下