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蒸留工程での収支を計算する際に用いる、潜熱、比揮発度とは何ですか?

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A 回答 (4件)

こんにちは.当方,化学工学を専攻する大学院生です.


以下,理解している範囲でお話させていただきます.

>潜熱について

液を加熱していくと,やがて沸点に達しますが,さらにガスの温度を上げるには,ある一定以上の熱エネルギーが必要です.
すなわち,加熱し続けているのにも関わらず,温度が上がらない期間が存在します.この期間(まるで潜んでいる?!)に費やされる熱量を潜熱といいます.
概念自体は,中学理科にて既習かと存じます.

>比揮発度について

分離のしやすさを数値で表したものを分離係数と言い,特に蒸留操作における分離係数のことを比揮発度といいます(単位操作により分離係数の呼び名が異なる).
すなわち,蒸留のしやすさを数値で表したものが比揮発度です.

教科書では,平衡比Kの差を分数で表わしたものを比揮発度αとして定義しているかと思います.
平衡比は,蒸発のしやすさを表しており,平衡比大→沸点低→蒸気圧大(揮発性大)の関係があります.
したがって,比揮発度とは混合物を構成する成分の蒸気圧(揮発性)の差を分数で表したもの,ということになります.
ふつう,比揮発度の分子に低沸点成分の平衡比,分母に高沸点成分の平衡比がきます.

そう致しますと,比揮発度が1より大きければ大きい程,分離成分間の蒸気圧差が大きく,蒸留で分けやすい,ということになります.
一方,比揮発度が1の場合,分離成分間の蒸気圧に差がない,ということになり,蒸留による分離は理論的に不可能,ということになります.
(不純物を添加して蒸気圧差を生成させることは可能)

今のは蒸留プロセスに限ったお話ですが,分離係数を用いることにより,ある分離対象物質における最適な分離プロセス(抽出,吸収,晶析,吸着等)を選定することができます.
分離係数の高いプロセスほど,分離を行いやすいといえます.
ただし,実際に適用されるかどうかについては,生産性,コスト,環境,操作の得手・不得手等によるでしょう.

訂正等ございましたならば,宜しくご指摘いただけると幸いです.

最後までお読みいただき,ありがとうございました.
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okormazd様



「平衡比Kの差を分数で表わしたものを比揮発度αとして定義」
→「平衡比Kの比を比揮発度αとして定義」

ご指摘いただき,ありがとうございます.仰せのとおりに訂正させていただきます.

ご参考までに,「差」は数学的には「引き算」を意味しますが,化学工学では,「引き算」以外にも「分数(比)」を用いて「差」を意味することもございます.
たとえば,晶析は溶解度「差」を利用致しますが,溶解度差を表す結晶化の推進力=過飽和度はΔC=C-Cs,S=C/Csの2種類の表現がございます.
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ANo.1


です。
すみません。

訂正です。

α=(x1/y1)/(x2/y2)=P1/P2
→α=(y1/x1)/(y2/x2)=P1/P2

α=(x1y1/)/(x2/y2)=(x1/(y1)/((1-x1)/(1-y1))
→α=(y1/x1)/(y2/x2)=(y1/x1)/((1-y1)/(1-x1))

ここで、
平衡比
K1=y1/x1
K2=y2/x2

とすれば、
α=K1/K2

で、

chem_naviさんの

「平衡比Kの差を分数で表わしたものを比揮発度αとして定義」
→「平衡比Kの比を比揮発度αとして定義」
ではないかと。
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潜熱



蒸発潜熱
一定量の液体が蒸発するのに必要な熱量



100℃、1atm で、
538.8kcal/kg*18kg/kmol=9698kcal/kmol=40636kJ/kmol
メタノール
64.6℃、1atm で、
262kcal/kg*32kg/kmol=8384kcal/kmol=35129kJ/kmol

比揮発度:α=(x1/y1)/(x2/y2)=P1/P2
です。

ここで、
低沸点成分の
液相のモル分率:x1
気相のモル分率:y1

高沸点成分の
液相のモル分率:x2
気相のモル分率:y2

等しい温度での、
低沸点成分の
飽和蒸気圧:P1
高沸点成分の
飽和蒸気圧:P2

とする。

α=(x1/y1)/(x2/y2)=(x1/(y1)/((1-x1)/(1-y1))
だから、

Raoultの法則(x-y線図の式)
y1 = αx1/((α-1)x1 + 1)

だけど、一般にはαは温度によって変わる。

一般にはαが大きいほうが分離しやすい。
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