授業科目名 : 化学プロセス工学基礎

科目コード 71050
配当学年 2年
開講年度・開講期 平成29年度・前期
曜時限 木曜・1・2時限
講義室 総合研究8号館NSホール・総合研究8号館講義室1
単位数 2
履修者制限
授業形態 講義
使用言語 日本語
担当教員    所属・職名・氏名 工学研究科・教授・山本量一,工学研究科・教授・前一廣,工学研究科・教授・大嶋正裕,工学研究科・教授・宮原稔,工学研究科・教授・河瀬元明,工学研究科・准教授・中川浩行,工学研究科・准教授・牧泰輔,工学研究科・講師・蘆田隆一

授業の概要・目的

物質やエネルギー、運動量の移動現象は、化学プロセス中で見られるだけでなく、汚染物質の拡散や熱エネルギー有効利用など、環境問題、エネルギー問題にも深く関与している。本講では、まず、移動現象を理解するための基礎となる量論について講述した後、運動量移動、エネルギー移動、物質移動を講述する。また、本講では、化学プロセスの反応過程の解析と設計を対象とする反応工学の基礎についても述べる。反応装置の操作法、形式を工学的に分類し、実験データから反応速度式を定式化する方法や反応装置の設計方法について講述する。

成績評価の方法・観点及び達成度

中間試験、及び期末試験の結果により判定する。ただし、必要に応じてレポート課題や小テストを行うことがある。

到達目標

化学プロセス工学の基礎、特に移動現象と反応工学の基礎を学習する。

授業計画と内容

項目 回数 内容説明
流動(運動量移動) 2 移動現象の考え方、流体の運動量移動とNewtonの粘性法則、Newton流体の層流の考え方と計算法、乱流と摩擦係数の考え方と利用法、巨視的な流れと収支式のプロセスへの応用について講述する。
伝熱(エネルギー移動) 2 熱移動の分類、熱伝導とFourierの法則、流体・固体界面での熱移動と熱伝達係数の利用、対流伝熱における熱移動、熱交換器の熱交換原理について講述する。
拡散(物質移動) 2 物質の拡散とFickの法則、運動量移動・熱移動・物質移動の相似性、等モル向流拡散・一方拡散の考え方と計算法、拡散問題への適用について講述する。
移動現象の理解度の深化 1 前回までに行った「流動・伝熱・拡散」の内容について、講義内容の消化不良を防ぎ、理解度を深めるための講義を行う。
移動現象の理解度の確認 1 化学プロセス工学の基礎としてこの回までに講述した移動現象の理解度を確認するため、受講者全員に対して中間テストを実施する。
化学反応と反応装置の分類 0.5 反応過程を取り扱う反応工学とはどのような学問か述べ、化学反応と反応器を工学的に分類して説明する。
反応速度式 1 反応速度の定義と温度依存性について説明する。また、反応速度を定式化するときに有力な武器になる定常状態法と律速段階法について解説する。
反応器設計・操作の基礎式 1.5 反応に伴う成分量の変化(量論関係)と回分反応器、連続槽型反応器、管型反応器の速度論的物質収支式を説明する。
単一反応の反応速度解析 1 回分反応器、管型反応器、連続槽型反応器を用いて反応実験を行い、そのデータに設計方程式を適用し、反応速度を濃度、温度の関数として表す反応速度解析法を述べる。
反応器の設計・操作 2 回分反応器、連続槽型反応器および管型反応器の設計と操作について例題を中心に解説する。
反応工学の理解度の確認 1 化学プロセス工学の基礎として,7回にわたって講述した反応工学の理解度を確認するため、受講者全員に対して総合的演習を課する。
反応工学の理解度の改善 1 期末テストに関して、試験の結果と出題者の意図を知らせ、模範解答を例示し、解説する。

教科書

「現代化学工学」(橋本健治・荻野文丸編、産業図書、2001)

参考書等

「輸送現象」(水科・荻野、産業図書)
“Transport Phenomena (2nd Ed.) ” (R. Bird, W. Stewart and E. Lightfoot, Wiley)
「反応工学(改訂版)」(橋本、培風館)

履修要件

授業外学習(予習・復習)等

授業URL

その他(オフィスアワー等)

受講生を3クラスに分け、クラス毎に定められた教員,時間帯に授業を行う。授業の前に該当の章を通読しておくこと。各章末の練習問題の中から宿題を出す。簡単な常微分方程式の知識が必要。前半部分(移動現象)の試験は講義期間中(第7週)に行い、後半部分(反応工学)の試験は定期試験期間内に行う。両方の試験を必ず受けること。