物質収支の考え方

化学装置の操作と物質収支

混合物の組成

質量分率＝ [ー]混合物の全質量注目成分の質量

質量百分率＝ ×100 [wt%]混合物の全質量

注目成分の質量

混合物の全体積注目成分の質量（モル数）

体積濃度と流量

体積濃度＝ [kg・m‐3] (mol・m‐3)

物質収支の取り方

•プロセスの概略図を描く（数値、反応式）

•物質収支の領域（系）を決める

•計算の基準を選ぶ

•全体の収支をとる

•特定成分の収支をとる

(例題3.2) 管内の水の流量を測定するために、 トレーサーとして10.0%食塩水を1.00 g・min‐1で連続的に加えた。食塩水を加えたところから下流の測定点で水中の食塩水の濃度を測定すると0.200％であった。このとき、管内を流れる水の流量w[g・min‐1］を求めよ。

例題）リンゴとミカンの個数の割合は2:1で、毎月150個が倉庫に入る。倉庫からは、A社とB社に出荷する。A社にはリンゴとミカンの個数の割合を1:1で、B社には3:1で出荷する場合の各社への出荷量を求めよ。ただし、倉庫に入れておく量は一定とする。

単位操作における物質収支

単位操作における物質収支

蒸発操作における物質収支

（例題4.1） 溶質Aの10 wt%水溶液を100 kg・h‐1で蒸発缶に連続的に供給し，水を蒸発させて20 wt%に濃縮された水溶液を連続的に得たい。このとき、蒸発させる水の量W[kg・h‐1]と得られる濃縮水溶液の流量 P[kg・h‐1]を求めよ。

蒸留操作における物質収支

ニッカ余市工場

糖化

発酵

熟成

出芽

蒸留

大麦

蒸留の例１ （ウイスキー）

コスモ石油

蒸留の例２ （原油）

P

気液平衡関係（vapor-liquid equilibrium）

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0330

340

350

360

370

380

液組成(x) 蒸気組成(y) 平衡温度[K]

0 0 373.2

0.3 0.665 351.2

0.5 0.779 346.3

1.0 1.0 337.8

水－メタノール系 気液平衡関係

温度ー組成線図

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

x-y線図

気液平衡の計算

ラウール(Raoult)の法則

ダルトン(Dalton)の法則

気相中の成分１の分圧pＡは、純成分の液体の蒸気圧PＡと液相中の成分Aのモル分率xＡとの積で与えられる。

気相中の成分１の分圧pＡは、気相中の成分Ａのモル分率yＡと全圧PTとの積で与えられる。

単蒸留（Simple distillation）

フラッシュ蒸留（Flash distillation）

連続蒸留(精留)原理

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0