物性

参考書

【物性推算の参考書5選】化学メーカーの設計担当者がおすすめ紹介

今回紹介する参考書は特に気液平衡に関して詳細な内容が書いてあるものを中心に選定しました。気液平衡は蒸留塔や熱交換器の設計をするうえで理解しておくべきです。

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技術記事

【表面張力】推算方法を解説:主要物質の実測値も記載

表面張力は機器表面の濡れ性を考慮する際に必要となることがあります。例えば蒸留塔の詳細設計においては、充填物表面の濡れ面積を算出するのに表面張力が必要になります。充填物の濡れ性能は分離性能に大きく寄与するため、非常に重要な計算項目です。

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【拡散係数】推算方法を解説:主要物質の実測値も記載

Fickの法則に使用されている係数を拡散係数Dといいます。この記事では主要な物質の拡散係数の実測値と、推算方法を紹介します。

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【熱伝導度】推算方法を解説:フーリエの法則の比例定数

気体や液体の熱伝導度は主に熱流体解析をするうえで必要になってきます。熱伝導度はフーリエの法則で使用されているため、伝導伝熱の寄与に関係します。

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【粘度】推算方法を解説:流体の流れやすさを示す指標

流動解析を実施する場合には粘度は最重要物性となりますので、粘度の推算法はある程度知っておいた方が良いでしょう。

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【蒸発潜熱】推算方法を解説:主要物質の実測値も記載

活量係数モデルで気液平衡を計算する場合には、蒸発潜熱の推算が必要になります。活量係数モデルは気液平衡計算モデルの中でも使用頻度が高いので、蒸発潜熱の推算法も知っておいた方が良いでしょう。

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【比熱】推算方法を解説:分子構造や対応状態原理から推算

熱収支を計算するうえで最も重要な物性は比熱です。蒸気圧や蒸発潜熱はわからなくても場合によっては計算できますが、比熱がわからないと熱収支は計算できません。本記事では比熱の推算方法について紹介します。

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【高圧気液平衡】推算方法を解説:各状態方程式モデルの計算結果を比較

高圧気液平衡は非理想性が高まり推算精度が落ちるので、物性面では好ましくないです。ただ、高圧の方が有利な反応が存在するため、自ずと高圧気液平衡を扱わざるを得ない場合があります。

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【低圧気液平衡】の推算方法を解説:各モデルの計算結果を比較

化学プラントにおいて常圧~減圧の気液平衡は、数多く取り扱う系であり、様々な物質の組み合わせが考えられます。この記事では気液平衡の推算モデルをいくつか紹介します。

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【気液平衡】推算方法を解説:状態方程式モデル・活量係数モデルの使い分け

化学プラントにおいて気液平衡は多くの機器で取り扱いがあり、重要な物性となっています。その一方で、2成分間の相互作用を予測するのは非常に難しく、どんな系にも適用できるモデルは今のところ存在しません。したがって、取り扱う系に応じて気液平衡モデルを使い分ける必要があります。

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【Wilson式の2液相分離】なぜ適用できないのか?

活量係数を算出する手法の1つであるWilson式は2液相分離する系に適用できないことが一般的に知られています。ですが、なぜ適用できないのかきちんと確認したことがある人は少ないのではないでしょうか。
本記事ではWilson式の2液相への適用可否について紹介します。

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【純物質の蒸気圧】推算方法を解説:Antoine式が精度高い

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。

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【液体密度】推算方法を解説:主要物質の実測値も記載

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。

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【気体密度】推算方法を解説:状態方程式・一般化圧縮係数線図による推算

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。

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化学工学における物性定数推算法の重要性

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。

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用語

【電解質モデル】を解説:イオンの相互作用をモデル化

液相でイオンを生成するような化合物を含む系を電解質系といいます。化学プラントにおいては酸やアルカリを扱うことはよくあるため、電解質系の気液平衡計算を精度よく行なうことは機器設計するうえで非常に重要です。

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【Debye-Hückelの理論】を解説:電解質溶液の活量係数計算式の基礎

Debye-Hückelの理論は1923年に発表された希薄強電解質溶液の活量係数を表わす理論です。現在実用的に使用されている電解質モデルはほとんど全てこのDebye-Hückelの理論をベースにして改良されてきたモデルです。

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【Amagatの法則】を解説:気体混合物の体積計算で使用

気体混合物の体積が、同温・同圧下での各ガス成分の純物質体積の和になることをAmagat(アマガー)の法則といいます。

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【偏心因子】を解説:分子の極性を表現するパラメータ

分子の幾何学中心が球形からどのくらいずれているかを表わすパラメータを偏心因子といいます。極性が大きいほど、偏心因子ωも大きくなるため、物性推算式に極性の影響を組み込む場合によく使用されます。

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【気体の状態方程式】の各モデルを解説:実在気体では分子間力や分子体積を考慮

圧力P、体積V、温度T、物質量nの間に成り立つ関係式のことを状態方程式といいます。化学工学では気体についての状態方程式が有名ですが、元々は気体に限った話ではありません。

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【フガシティー】を解説:高圧気液平衡でのずれを補正

高圧気液平衡を扱うために導入された概念をフガシティーfといいます。理想気体の考え方はとてもよく出来ているのですが、高圧になってくると実在気体と挙動がずれるという欠点があります。そこで理想気体で成り立つ理論をベースに補正すれば、高圧でも同じ理論の延長でPVT関係を算出できます。

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【UNIFAC式】を解説:分子構造から活量係数を推算

UNIFAC(Universal Functional Group Activity Coefficient)式とは活量係数を算出するモデルの1つです。UNIFAC式は原子団寄与法と呼ばれており、分子構造の加算性を利用して活量係数を推算する方法です。

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【UNIQUAC式】を解説:活量係数が1より小さい系に適用可

UNIQUAC(Universal Quasi Chemical)式とは活量係数を算出するモデルの1つです。活量係数モデルの中では比較的新しく、1975年に提案されています。

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【過剰ギブス自由エネルギー】を解説:理想系からのずれを表現

実在混合物のギブス自由エネルギーgと理想混合物のギブス自由エネルギーgidの差を過剰ギブス自由エネルギーgEといいます。

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【ギブス自由エネルギー】を解説:化学反応や相変化の進行方向を表わす

化学反応や相平衡はギブス自由エネルギーが最小になる方向に進むので、私たちはそれを理解したうえで加えるエネルギーを調節し、工業的に望ましい方向に導いているのです。

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【エントロピー】を解説:熱力学の第二法則で定義

統計力学的には系の乱雑さを意味し、エントロピーは増大する方向へ変化していきます。これは熱力学第二法則として知られています。

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【エンタルピー】を解説:物質の内部エネルギーを含めた熱量

エンタルピーという概念は応用性の高さから文献によって様々な解釈がなされていて、なんだかよくわからないという方も多いのではないでしょうか。プラントの装置設計という目的からエンタルピーをみると、熱収支を取るうえで不可欠な概念だと私は考えています。

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【NRTL式】を解説:汎用的で使用頻度の高い活量係数モデル

NRTL式とは活量係数を算出する手法の1つであり、Wilsonの式と同様に3成分以上の多成分系に適用できる式です。Wilsonの式とは違い2液相分離する系にも適用できるため汎用性の高い手法です。

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【Wilsonの式】を解説:多成分系活量係数モデルの先駆け

Wilsonの式とは活量係数を算出する手法の1つであり、3成分以上の多成分系に適用できる式です。2液相分離する系には適用できないデメリットがあるものの、それ以外の系には良い精度で適用できます。

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【van Laarの式】を解説:2成分系活量係数モデル

var Laarの式はvan der Waalsの状態方程式をベースに提案されたと言われています。Margules式と同様に3成分以上の系に適用できないのが難点です。

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【Margulesの式】を解説:最初の活量係数モデル

Margules(マーギュラス)が提案した活量係数を算出する式のことをMargulesの式といいます。Margulesは活量係数を多項式の形で表せるとしました。

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【活量係数】を解説:非理想性の高い系に使用する気液平衡モデル

Raoultの法則を非理想溶液に適用するための補正係数を活量係数γといいます。非理想溶液の分圧を計算するためには、各成分の活量係数γを算出する必要があります。

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【Daltonの法則】を解説:気体の分圧と全圧の関係式

各成分の分圧の合計がその混合物の全圧となる法則のことをDalton(ドルトン)の法則といいます。

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【Raoultの法則】を解説:気液平衡のベースとなる法則

2成分以上の混合溶液において、分圧がその純物質の蒸気圧とその物質の濃度との積に比例する法則のことをRaoult(ラウール)の法則といい、そのような溶液を理想溶液といいます。

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【圧縮係数(圧縮率因子)】を解説:非理想性を表わす指標

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。

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【対応状態原理】を解説:対臨界状態での規則性

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。

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【臨界定数】を解説:主要物質の臨界定数値も記載

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。

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2021年10月24日

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