分離工学Ⅰ / Separations Engineering I

単位数: 2. 担当教員: 渡邉 賢, 大田 昌樹. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TCH-PRE301J.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

１．目的
化学プロセスにおける分離に関する単位操作の原理を理解し、さらにそれらの操作を設計・操作するための基礎知識を学ぶ。
２．概要
相平衡、物質・エネルギー収支を具体的な例題に適用し、蒸留、抽出、晶析の設計及び操作の原理と手法を学ぶ。
３．達成目標等
・分離の基礎となる相図について理解し、必要な情報を獲得することができる。
・蒸留、抽出、晶析操作の基本原理を理解し、説明することができる。
・これらの単位操作に関し、回分、連続操作のモデルを作り、その基礎式を導出できる。
・設計あるいは操作条件を与え、モデルを解き、装置、プロセスの基本設計、最適化ができる。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

1. The objectives of this course are to understand the fundamental principles of separation operations in chemical plants and to study the related fundamental knowledge for designing the operations.

2. The students will learn the fundamental principles and methodologies for process designing on distillation, extraction and crystallization through the practice of applying phase equilibrium and mass/energy balance to typical examples on the above three processes.

3. The achievement goals of this course are to obtain the following capabilities;
　　To understand the phase diagram relating to Vapor-Liquid Equilibrium, Liquid-Liquid Equilibrium and Solid-Liquid Equilibrium,
To understand the fundamental principles of distillation, extraction and crystallization,
To derive the governing equations for modelling the distillation, extraction and crystallization,
To optimize the process design and operation by solving the models on the distillation, extraction and crystallization,

他の授業科目との関連及び履修上の注意

本授業は「基礎物理化学」、「化学工学基礎」の履修を前提にしている。また、「移動現象論」、「プロセス工学基礎」、「分離工学II」も密接に関係するので、これらも併せて履修することが望ましい。

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

This course is related with Physical Chemistry, Chemical Engineering Fundamental, Transport Phenomena and Fundamental Process Engineering and Separation Engineering II.

授業計画

１．序論
２．化学工学における分離工学と平衡分離（蒸留、抽出、晶析）
３．分離工学事例：単蒸留
４．平衡論１：気液平衡と分離
５．平衡論２：液液平衡と分離
６．平衡論３：溶解度と分離
７．中間テスト　
８．装置設計
９．蒸留操作・単蒸留
10．多段蒸留
11．蒸留塔
12．晶析操作・晶析装置
13．抽出操作
14．抽出塔
15．期末試験

授業計画(Ｅ）

1. Introduction
2. Separation engineering and equilibrium separation in chemical engineering (distillation, extraction, crystallization)
3. Separation Engineering Case Study: Single Distillation
4. Equilibrium 1: Vapor-Liquid Equilibrium and Separation
5. Equilibrium 2: Liquid-liquid equilibrium and separation
6. Equilibrium 3: Solubility and Separation
7. Mid-term test　
8. Equipment Design
9. Distillation Operation - Single Distillation
10.Multistage Distillation
11. Distillation Column
12. Crystallization Operation / Crystallizer
13. Extraction Operation
14. extraction column
15. Final examination

授業時間外学習

演習を中心に解説します。演習問題を解くことで理解が深まりますので、自学してください。

授業時間外学習（Ｅ）

The explanation will focus on exercises. Please study on your own, as solving the exercises will deepen your understanding.

成績評価方法及び基準

各回のレポート：60%
中間テストおよび期末試験：40%

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Report of each session: 60%
Mid-term test and final exam: 40%

教科書および参考書

• 新版化学工学　解説と演習, 化学工学会編, 朝倉書店 ISBN/ISSN: 4254250339

オフィスアワー

事前にアポイントを取ること。

オフィスアワー（Ｅ）

Please make an appointment.