『毎日一論』による反応断熱温度上昇の計算－[1.反応工学と反応器]（2017.08.07）

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この投稿は最終的に、*amingtedaによって2017年8月22日08時27分に編集されました。皆さんがAspenOneを活用して化学プロセスの問題を分析・解決する能力を向上させるため、「毎日一論」というシリーズでの学習・議論をご紹介します。後期は、各テーマを中心に問題を提起し、学習討論を行います。皆さん、積極的に議論し合い、共にレベルアップしましょう！ テーマは暫定的に以下の通りとなっています：1. 反応工学と反応器； 2. 精留、抽出、吸収プロセスと塔装置； 3. 熱交換過程と熱交換器； 4. プロセス最適化、設計および制御； 5. 熱交換ネットワークの統合と最適化； 6. エンジニアリング技術の経済性評価。 周知の通り、化学反応プロセスは化学工業の核心であり、一定の温度・圧力下におけるある反応の断熱温度上昇は、ある程度その反応プロセスの熱効果の強さを反映している。つまり、熱力学的な実現可能性を考慮しつつ、動力学的要因は一時的に考慮せず、断熱温度上昇によって反応の熱効果の強弱を判断するのである。では、反応の断熱温度上昇を実現するために、Aspen Plusのどのリアクターモジュールを使用すればよいのでしょうか？経験上、どの程度の温度上昇/下降が強い発熱/吸熱反応と見なされ、どの程度が弱い発熱/吸熱反応と見なされるのでしょうか？ 皆さん、積極的に質問や議論に答えてください。報酬がもらえます。 参考として約1週間後に公開され、回答は参考のみです。 ——Jack Xia －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 参考答案： 1. 通常はRstoicモジュールを選択する； 2. Blocks/Spec.に反応圧力、熱量＝0を入力（つまり断熱操作）； 3. Blocks/Reactions：反応式、転換率（通常は99.5％に設定）、または反応進行度を入力する； 4. 実行。 上記の設定で運転した後、一定の供給流量および反応濃度において反応を完了した際の最終的な出口温度が得られ、この出口温度と供給温度の差が断熱温度上昇となる。この値は、基準となる反応物がほぼ完全に反応した際に放出される熱が外部との熱交換を行わず、生成物と未反応物のみを加熱することで生じる温度上昇量に相当し、反応の熱効果を評価する上で重要な指標となる。 シミュレーション結果およびパイロット実験の経験から、通常シミュレーションによって得られる断熱温度上昇は100℃未満であり、パイロット実験（熱交換型反応器で、転化率は一般的に100％には達しない）では明確な反応ホットスポットはほとんど見られない。これは反応に熱効果があることを示しているが、その熱効果は反応床内で大量の熱が蓄積し、局所的な高ホットスポットが生じるほどには至っていないことを意味する。 上記の特徴は、ある異性化反応および別のバク酸分解反応において確認されている。