潜熱、比揮発度＠蒸留計算

質問

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？

回答No.2

chem_navi · ベストアンサー

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．

回答No.4

chem_navi

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．

回答No.3

okormazd

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。

回答No.1

okormazd

潜熱

蒸発潜熱
一定量の液体が蒸発するのに必要な熱量

例
水
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。