化学工学　ケミカルエンジニアリング　通信教育

講師

技術コンサルタント 工学博士　百田　邦堯　先生

講師紹介

1972年同志社大学工学研究科修士課程(工業化学専攻)終了後、森田化学工業(株) 入社。
研究部部長、取締役精密化学品事業部長、取締役堺事業所長、取締役技術本部長、常務取締役技術本部長などを歴任後、2009年9月に同社を退任。
その間、1994年に、「有機電解フッ素化」で山口大学工学博士を取得、2002年に「HF系低温溶融塩」で電気化学会溶融塩委員会より溶融塩賞を受賞した。2000 年度山口大学の客員教授、2008年度京都大学客員教授などを務めた。2011～2015 年、大阪大学大学院工学研究科招聘教授。
フッ素化学の基礎研究から開発・設備化までと幅広い技術の経験と知識を生かし、現在、フリーの技術コンサルタントなどで活動中。

開講日・受講料

●開講日　2024年2月29日(申込締切　2024年2月22日)
●受講料(税込(消費税10％))
　1名　37,400円
　2名同時申込の場合　50,600円
　3名同時申込の場合　56,100円
　4名以上同時申込の場合、1名につき、18,700円

■ 通信教育講座受講の主な流れについて　→

本教育の目的

他の人にプロセスに関する情報を伝達する最も効果的な方法は、フロー図を使用することである。そのために、理解しやすくかつ必要な情報が記載されているフロー図を作成することに留意する必要がある。ここでは、研究者や開発者が自らがプロセスフロー図までを作成でき、開発したプロセスの工業化への移行をスムーズに行えることを目的とする。さらに、
◎ 化学プロセスの開発から設備化大まかな流れ理解する。
◎ 状態関数である種々の系のエンタルピーの理解とエンタルピー値の求め方を学ぶ。
◎ 種々のエンタルピー変化を理解することにより、エネルギー収支を作成できるようになる。
◎ フロー図を理解し、より分かり易いフロー図の作成ができるようになる。
◎ 収支表（Flow Summary Table）の重要性を理解する。
ことを中心に、今までの初学者向け化学工学の書籍や講習会とは異なる視点から、より実務的な内容で解説を行う。
記号などは、出来るだけIUPAC（国際純正・応用化学連合：International Union of Pure and Applied Chemistry）の勧告に合わせた。

●この講座を受講して得られる情報・知見
◎ 化学プロセスの開発から設備化までの大まかな流れ理解し、実務に役立つようになる。
◎ スチーム表、エンタルピー線図を利用できるようになる。
◎ モルベースの物質収支の重要性を理解する。
◎ エンタルピー変化（ΔH ）を理解することにより、エネルギー収支を作成できる。
◎ フロー図を理解し、 実務に役立つようになる。
◎ 物質収支、エネルギー収支、収支表の関連と必要性を理解する。
◎ プロセスフロー図（PFD）の重要性を理解する。

学習プログラム
第１講：入門/物質収支

第1講（入門・物質収支）の狙い
本講を学ぶ準備として１章～３章を入門と位置づけ、今後使用していく物資収支、エネルギー収支の計算方法、フロー図の書き方などを学ぶ。５章では物質収支について解説する。
１．概論
　化学工学入門として、物性の調べ方などを紹介する。化学工学に必要なエンタルピー変化、化学平衡、反応速度などの熱力学を中心に解説する。
２．熱力学データ
　熱力学データ集の見方およびこれを用いた例を学ぶ。
３．フロー図の書き方１
　化学工業ではどのような機器があり、それらをどのように図示するかを学び、フロー図として作成するための基本を学ぶ。
４．プロセス設計入門
　プロセスの基本設計を進める上で必要な流れ、必要なデータ、ブロックフロー図、プロセスフロー図、機器情報、物質収支、エネルギー収支、収支表の概要を解説する。
５．物質収支
　物質収支の求め方と例題に基づく演習を行う。

プログラム
０　第１講のねらい

１　概論
　１．１　化学工学はなぜ理解しにくいのか
　１．２　 化学工学とは
　　１．２．１　化学工学の目的
　　１．２．２　反応操作と単位操作
　　１．２．３　機器
　　１．２．４　物質収支とエネルギー収支
　１． ３　専門図書の紹介
　　１．３．１　入門書
　　１．３．２　Chemical Engineering Design
　　１．３．３　Chemical Engineers Handbook
　１． ４　物性値を調べる．求める
　　１．４．１　物理的物性
　　１．４．２　熱力学的物性
　　１．４．３　物性推算法
　１． ５　単位
　　１．５．１　SI基本単位と組立単位
　　１．５．２　単位と次元
　　１．５．３　単位の変換
　　　１．５．３．１　物理量と次元の一致
　　　１．５．３．２　無次元と次元解析
　１． ６　熱力学データを理解する
　　１．６．１　記号などの説明
　　１．６．２　熱力学の法則
　　１．６．３　エネルギー
　　　１．６．３．１　物理的状態(相：Phases）　
　　　１．６．３．２　エンタルピーの表し方　
　　　１．６．３．３　エンタルピーの種類
　　　１．６．３．４　生成エンタルピー
　１． ７　化学平衡
　　１．７．１　平衡とギブスの自由エネルギー
　１． ８　反応速度
　　１．８．１　律速段階
　　１．８．２　アレニウス式
　　１．８．３　触媒
　　１．８．４　速度定数κに及ぼす温度の影響

２　熱力学的データ
　２．１　書籍の見方
　２．２　標準反応ギブスの自由エネルギー変化（⊿rG0）　
　２．３　温度による平衡定数の変化（Ka）
　　２．３．１　SiF4(g) + 2H2O(g) ? SiO2(s) +４HF(g)式の平衡定数の算出
　　２．３．２　SO3 ? SO2 + 1/2O2 式の平衡定数の算出
　２．４　温度による反応自由エネルギー変化（ΔrG）
　　２．４．１　六フッ化ウランから安定なウランの酸化物とフッ化水素生成反応
　　２．４．２　四フッ化ケイ素から多結晶シリコン生成反応　
　２．５　エンタルピー計算
　　２．５．１　断熱プロセスの最終温度
　　２．５．２　熱交換のエンタルピーバランス----高温の材料を冷却して空気を加熱する　

３　フロー図の書き方１
　３．１　物質の流れ
　　３．１．１　フロー図例
　　３．１．２　ストリームを発生させる（物質を移動させる）
　３．２　機械と装置（機器）
　３．３　単位操作と物質の流れ
　３．４　反応操作と物質の流れ
　３．５　ユーティリティー
　３．６　機器記号
　　３．６．１　プロセス容器および機器
　　３．６．２　熱交換装置の記号
　　３．６．３　流体取扱機器の記号
　　３．６．４　固体取扱機器の記号
　　３．６．５　その他

４　プロセス設計入門
　４．１　はじめに
　４．２　プロセス設計
　　４．２．１　プロセス設計の流れ
　　４．２．２　詳細な実験データ（プラント建設の対象）
　４．３　プロセス情報
　　４．３．１　ブロックフロー図（BFD)
　　４．３．２　プロセスフロー図（PFD）
　　４．３．３　物質収支（Material Balance : MB）
　　４．３．４　フロー情報
　　４．３．５　機器情報
　　４．３．６　エネルギー収支（Energy Balance : EB）

５　物質収支（Material Balance：MB）
　５．１　物質収支式
　５．２　化学量論式
　５．３　分子ベースか原子ベースか
　　５．３．１　分子種のバランス
　　５．３．２　原子種のバランス
　　５．３．３　反応進行度（Extent of Reaction）
　５．４　化学反応を伴わない単一単位操作
　５．５　化学反応を伴う系
　５．６　マルチプロセス
　５．７　物質収支が合わない
演習問題

第２講：エネルギー収支/フロー図

第２講（エネルギー収支・フロー図）の狙い
　エネルギー収支（= エンタルピー計算）の基本となる各エンタルピーの理解と演習を行う。
プロセスフロー図を作成するのに必要な、計装、フロー図の書き方などを学ぶ。
１．エネルギー収支１
　反応エンタルピー、系のエンタルピーなどの要素を学び、これらを組み合わせたエネルギー収支を理解する。
２． エネルギー収支２
　エンタルピーを簡単に読み取ったり、計算したりするのに便利なエンタルピー線図やエンタルピー表
を用いる方法について解説する。エンタルピー計算例を取り上げる。
３．計装と制御
　プラントの運転に欠かせない、計装と自動制御について解説する。
４．フロー図の書き方２
　ブロックフロー図とプロセスフロー図を中心に実用のフロー図作成について解説する。

プログラム
０　第２講の狙い

１　エネルギー収支１（Energy Balance）
　１．１　エネルギー形態
　１．２　エンタルピー：H（熱含量）
　　１．２．１　エンタルピーの基準
　　１．２．２　熱容量とエンタルピー変化：ΔH（熱含量） の計算
　１．３　反応エンタルピー（反応熱）
　　１．３．１　熱化学方程式
　　１．３．２　標準反応エンタルピーΔrH0
　　１．３．３　標準反応エンタルピーと反応エンタルピー
　　１．３．４　中和熱
　１．４　物質のエンタルピー
　　１．４．１　純物質
　　１．４．２　混合物　混合熱、溶解熱なし
　　１．４．３　混合物　混合熱、溶解熱あり
　　１．４．４　混合熱、溶解熱の処理
　１．５　化学反応を伴わない系のエンタルピー
　　１．５．１　断熱系
　　１．５．２　開放系
　１．６　化学反応を伴う系のエンタルピー変化
　　１．６．１　エンタルピー収支式
　　１．６．２　反応物系と生成物系のエンタルピー
　　１．６．３　エンタルピーの基準に関する補足
　　１．６．４　発熱反応
　　１．６．５　吸熱反応

２　エネルギー収支２
　２．１　エンタルピー線図
　　２．１．１　温度-エンタルピー線図
　　２．１．２　濃度-エンタルピー線図
　　　２．１．２．１　濃度-エンタルピー線図の見方
　　　２．１．２．２　データを用いた濃度エンタルピー線図の作成
　　　２．１．２．３　濃度-エンタルピー線図のデータが無い系の混合物のHを測定で求める
　　２．１．３　p-h 線図
　　２．１．４　蒸気表（Steam Table）
　　　２．１．４．１　飽和蒸気の場合「飽和蒸気表」
　　　２．１．４．２　過熱蒸気の場合「過熱蒸気表」
　　　２．１．４．３　スチーム加熱の実例
　　２．１．５　エンタルピー空気線図
　２．２　エンタルピー計算例
　　２．２．１　一般的な計算手順
　　２．２．２　化学反応を伴わない系
　　２．２．３　化学反応を伴う系

３　計装と制御
　３．１　計装
　　３．１．１　計装の効果
　　３．１．２　計装の一般知識
　　　３．１．２．１　タグナンバー
　　　３．１．２．２　計装記号
　　３．１．３　計装系統図
　３．２　自動制御
　　３．２．１　制御方式による分類
　３．３　自動制御システム
　　３．３．１　検出部（一次変換器）
　　３．３．２　変換、電送部（二次変換器）
　　３．３．３　調節部
　　３．３．４　操作部
　３．４　典型的な制御システム例

４　フロー図の書き方２
　４．１　概要
　４．２　プロセス設計
　４．３　ブロックフロー図（BFD）
　　４．３．１　一般的なブロックフロー図の書き方
　　４．３．２　ブロックフロー図例
　４．４　独自のブロックフロー図
　４．５　プロセスフロー図（PFD: Process Flow Diagram）
４．５．１　プロセスフロー図の要素
４．５．２　装置番号（Item No.）と装置名
　　４．５．３　フローシートの記号
　　４．５．４　シンプルなPFD
　　４．５．５　基本設計のためのPFD
　　　４．５．５．１　一般的な書き方
　　　４．５．５．２　PFD例
　４．６　Ｐ＆ＩＤ (Piping and Instrument Diagram)
　　４．６．１　Ｐ＆ＩＤの要素
　　４．６．２　一般的な書き方
　　４．６．３　Ｐ＆ＩＤ例
演習問題

第３講：基本設計

第３講（基本設計）の狙い
　プロセス図を作成するにあたり、その要素となる各単位操作および反応操作毎のエネルギー収支計算に基づく、反応熱、入熱または除熱量を算出して、部分的なフロー図と収支表を作成することを学ぶ。
１．基本設計の要素
　いくつかの操作に対して、与えられた操作条件（Streamの組成、温度、圧力）を基に、エネルギー収支を算出し、プロセスフロー図および収支表を作成するまでの演習を中心に行う。
２．硫酸の製造プロセス
　無機化学産業の例として、硫酸製造プロセスについて、エンタルピーを算出するのに必要な物性の抜き出し、いくつかの単位操作および反応操作について試算を説明する。
３．アセトンの製造プロセス（イソプロピルアルコールの脱水素）
　有機化学産業の例として、操作条件が与えられたアセトンの製造プロセスについて、いくつかの単位操作および反応操作について試算を説明する。

プログラム
０　第３講の狙い

１　基本設計の要素
　１．１　基本設計の要素
　　１．１．１　物性
　　１．１．２　物質収支
　　１．１．３　エネルギー収支
　　　１．１．３．１　標準反応エンタルピー（ΔrH0）または0℃における反応エンタルピー（ΔrH0）を算出する
　　　１．１．３．２　各Streamのエンタルピーを算出する
　　　１．１．３．３　外部からの熱の出入り（ q ）
　　　１．１．３．４　外部からの仕事（ w ）
　１．２　相平衡を伴わない操作
　　１．２．１　熱交換
　　１．２．２　混合
　１．３　平衡分離操作
　　１．３．１　フラッシュ蒸留
　　１．３．２　精製蒸留
　　　１．３．２．１　基礎データ（T-H^線図と表）
　　　１．３．２．２　T-101分留塔/E-106リボイラー周り
　　　１．３．２．３　E104ベンゼン凝縮器/V-104還流ドラム周り
　１．４　反応を含む操作
　　１．４．１　メタンの酸化
　　１．４．２　エタノールの脱水素化

２　硫酸の製造プロセス
　２．１　はじめに
　２．２　硫酸製造プロセスの概要
　２．３　物性データ
　　２．３．１　反応熱
　　２．３．２　気体のエンタルピー
　　２．３．３　液体（硫酸）のエンタルピー
　　２．３．４　硫黄のエンタルピー
　２．４　プロセスの基本設計試算
　　２．４．１　空気の脱水
　　２．４．２　硫黄の燃焼
　　２．４．３　転化（SO2-->SO3）１
　　２．４．４　硫酸回収１

３　イソプロパノールの脱水素化によるアセトン合成
　３．１　プロセス概要
　３．２　物性データ
　　３．２．１　反応熱
　　３．２．２　エンタルピー
　３．３　単位操作と反応操作毎のMB/EBと収支表
　　３．３．１　混合/気化
　　３．３．２　反応
　　３．３．３　冷却/分離

４　エンタルピー変化に関する解説
　４．１　２つの基準
　　４．１．１　学術的な基準
　　４．１．２　化学工学的基準
　４．２　25℃、100ｋPaにおける単分子原子の生成熱をゼロとする基準（学術的）
　　４．２．１　熱力学的データが利用できる場合の例
　　４．２．２　熱力学的データが部分的に利用できる場合の推論
　４．３　0℃、100ｋPaにおける純分子の生成熱をゼロとする基準（化学工学的）
　４．４　間違えやすい例
　　４．４．１　数値の換算を間違える
　　４．４．２　相を間違う
　　４．４．３　各エンタルピー値のプラスとマイナスを間違う
　　４．４．４　組成を考慮しない
演習問題