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化学プロセスの 17 の計算：反応器、反応速度、物質収支、熱、蒸気圧、蒸留。公式と練習問題付き。
反応と反応器
転化率・収率・選択率
収率 = 転化率 × 選択率。選択率の低下は温度が高すぎるか触媒の劣化を示すことが多いです。
空間時間と転化率：CSTR と PFR
一次反応・密度一定・等温。同じ容積なら PFR の転化率は常に CSTR より高くなります。
目標転化率に必要な反応器容積
一次・等温・密度一定。転化率 90 % を超えると単一 CSTR は非常に大きくなるため、多段直列にします。
アレニウス：温度による反応速度の変化
目安：Eₐ ≈ 50〜55 kJ/mol なら 10 °C ごとに速度は約 2 倍。発熱反応では発熱速度も同じように増えるので注意。
2 回の試験から活性化エネルギー
k₁ と k₂ は同じ単位で。2 点だけなので、信頼できる値には 3 温度以上で ln k と 1/T をプロットします。
バッチサイクルと生産性
仕込み・払出し・洗浄などの付帯時間は反応時間と同じくらい長いことが多く、能力向上の余地はそこにあります。
物質収支と混合
2 流れの混合
体積ではなく質量で収支を取ります（体積は加算できないことがある）。2 タンクの調合にも使えます（kg/h の代わりに kg）。
強酸・強塩基の希釈
必ず酸を水に、ゆっくり撹拌しながら加えます（希釈熱が大きい）。体積は加算できないので質量で計算します。
蒸発缶：蒸発水量
固形分は蒸発しないので、蒸発水量は収支で決まります。蒸気経済の目安：単効用 0.8〜0.9、n 重効用で約 0.8 × n。
プロセスガス：密度と実流量
理想気体 (Z = 1)：低圧で有効。約 10 bar 以上では圧縮係数 Z で補正。空気 M = 28.96、メタン 16.04、窒素 28.01。
熱とエネルギー
反応熱と断熱温度上昇
ΔTad は冷却をすべて失った場合の温度上昇。バッチではバッチの kmol と kg を使用。約 50 K を超えたら暴走反応評価を行います。
ジャケット付き反応器：冷却水量と伝熱面積
反応器は完全混合（温度均一）と仮定。水冷ジャケットの U は 300〜600 W/m²·K、汚れやグラスライニング缶では低くなります。
バッチ昇温：熱量と蒸気
顕熱のみ。熱損失と缶体の質量は無視（10〜20 % 加算）。Lv ≈ 2133 kJ/kg（3 bar abs）、2015 kJ/kg（10 bar abs）。
気液平衡と蒸留
蒸気圧（アントワン式）
定数は mmHg・°C 単位（化学工学の標準的な表）。表示範囲外へ外挿しないこと。Psat が容器圧力に等しい温度で液は沸騰します。
比揮発度と K 値（ラウール則）
理想溶液（ラウール則）を仮定。ベンゼン-トルエン、ヘキサン-ヘプタンなど似た物質に有効。メタノール-水、エタノール-水は非理想系で実際の α は異なります。
最小理論段数（フェンスケ）
全還流・α 一定・2 成分系。Nmin はリボイラーを含みます。実運転では Nmin の約 2〜2.5 倍が必要です。
最小還流比（アンダーウッド、2 成分）
飽和液供給 (q = 1)、α 一定、定モル流れ。通常の係数 f：1.2〜1.5。
学習・確認用のツールです。示した範囲は一般的な目安です。必ず自施設の手順・許可・設定値に従ってください。データは送信されません。計算はブラウザ内で行われます。