ルート

蒸気圧とは気体と液体が平衡関係にある場合の気相の圧力のことで、化学プラントの装置設計においては非常に重要な物性です。特に蒸留塔のような2成分以上の混合物の気液平衡を扱う場合に、まず純物質の蒸気圧を算出する必要があります。

推算式も沸点においてのみ使用できる式から、臨界点以下の任意の温度で使用できるものまで様々です。この記事では主要な液体密度の推算方法を紹介します。

この記事では気体密度の推算方法をおおまかに2種類に分けて紹介します。状態方程式による方法と一般化圧縮係数線図による方法の2種類です。

実在気体と理想気体のズレを表わす指標を圧縮係数z（もしくは圧縮率因子）と言います。化学工学的には圧縮因子zを利用して気体密度の推算を簡単に行うことができます。

ある系の温度T、圧力P、体積Vに対して臨界温度Tc、臨界圧力Pc、臨界体積Vcで比を取ります。これら3つの対臨界定数について、同じ対臨界状態では物質の種類に依らず同じ対臨界定数となることを対応状態原理といいます。

物質の臨界点における温度、圧力、体積をそれぞれ臨界温度Tc、臨界圧力Pc、臨界体積Vcといい、これらの定数のことを臨界定数といいます。臨界点を超えると物質は気体と液体の区別が付かなくなり、気体と液体の中間の性質を示すようになります。

化学工学という分野はプラントにある機器を設計するための学問であり世の中の産業に直接貢献できるため、非常に実用的である意味泥臭いイメージを多くの方が持っていると思います。自分で検討し設計したプラントが自分の検討通りに動いたときの感動はひとしおです。しかしその一方で最近感じるのがものづくりの現場とは程遠い化学物質の物性推算の重要性です。

交換熱量の計算にあたって温度差を求める必要がありますが、入口と出口で温度が異なる場合はどの区間で温度差を取るべきか判断が難しいです。そこで高温流体、低温流体の入口、出口の温度からその装置の温度差を代表的に計算した値を交換熱量の計算に使用します。この温度差のことを対数平均温度差ΔTlmといいます。

プラント機器の中でも熱交換器は流体の温度変化により溶解度が変化することや伝熱管が細いことから汚れが付着しやすい機器です。伝熱面表面に汚れが付着することで伝熱性能が悪化しますが、その度合いを汚れ係数で表現します。

交換熱量を求めるにあたって使用される伝熱係数のことを総括伝熱係数Uといいます。総括伝熱係数の導出は化学工学系の学部の試験等で出ることもありますし、実務でもよく使う式なので覚えておいて損はありません。

この記事では熱交換器のシェル側を流れる流体の境膜伝熱係数についてまとめています。配管内の流動と比べるとやや複雑な流れになりますが、種々のパラメータで補正をかけることでうまく相関できる式がいくつか発表されています。

この記事では配管や熱交換器の伝熱管内を流れる流体の境膜伝熱係数についてまとめています。配管内の流動は他の流れに比べると単純で、種々の相関式が発表されています。

撹拌槽内の流動は撹拌翼のフローパターンによって変化するため、槽壁の境膜伝熱係数もそれに応じて変化します。先人達は境膜伝熱係数を比較的簡単な相関式で求められるよう研究してきました。以下ではその相関式について紹介します。

一般に対流伝熱の伝熱係数を境膜伝熱係数hといいます。対流伝熱はニュートンの冷却法則で表されます。

無次元混合時間ntMとは混合時間tM[s]に撹拌翼の回転数n[1/s]をかけて無次元化したものです。無次元混合時間の値そのものにはあまり意味はなく、混合時間tMの算出に使用することが多いです。