面白い化学工学の試験問題 – 1：まだどの蒸留装置メーカーの社長も正解できていない問題 – 標準的な解答あり
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この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月20日17時44分に編集されました。私が自分で作った試験問題があり、有名な蒸留装置メーカーの総工程師以上の地位にいる化学分野の専門家数人に尋ねましたが、正解した人は一人もいませんでした。唯一正解だったのは、私のいとこの孫で、化学機械工学の3年生の学生で、偶然に正解したのです。 問題にはN通りのバリエーションがありますが、今日は以下のような問題を出します。低炭素アルコールがそれぞれ1種類含まれた6種類の廃水があり、それぞれメタノール、エタノール、イソプロパノール、n-プロパノール、イソブチルアルコール、n-ブチルアルコールが1％含まれています。これらのアルコールを蒸留によって99％除去し、廃水中のアルコール濃度を0.01％まで下げたいと思います。 大まかに聞くと：どちらの方が扱いやすいですか？ もう少し専門的に尋ねると、塔のハードウェア、塔頂温度、塔底温度がすべて同じ場合、どのアルコールを含む廃水処理においてリフラックス比が最も大きくなり、最も小さくなるのでしょうか？ 別の表現では：タワーと操作条件がまったく同じ場合、タンク底部から流出する廃水の中で、どのアルコール類の含有量が最も多く、どれが最も少ないか。または、順番を決めていただけますか。
個人的な考えとして、これら6種類のアルコールのうち、どれが最も容易に蒸留されるかというと、それはおそらくアルコールと水の溶解性に関係があるのでしょうね @悪事三昧 @ylb913
この投稿は最後にylb913によって2015-8-2 21:36に編集されました。乾燥装置の製造について、そんなに詳しく知っているなんて。 正ブタノールとイソブタノールの沸点は水より高く、他のものはすべて水の沸点より低い。 アルコールの分子構造は水と比べて、水の水素原子の1つがヒドロキシ基に置き換わっているだけです。おそらく、分子量が小さいほど、または極性が大きいほど水の性質に近くなり、そのため分離がより困難になるのでしょう。
沸点が近いほど分離は難しくなりますし、エタノール－水のように共沸の状況も考慮しなければなりません
これはかなり理想化されたもので、主に水素結合が形成されやすさに関係しています。メタノール、エタノール、n-プロパノール、n-ブタノール、イソプロパノール、イソブタノール
定性的な分析の観点から言えば、ご分析は本当に非常に的確です。 しかし、化学工業は化学とは異なり、やはり定量性が重視される。 これは数学や公式に関わってきます。
希薄な水溶液では、水と共沸する物質は多くなく、フェノールがあることは知っています。低炭素アルコールはこの場合ではありません。
この問題の背景：TD化学工学学院の数人の教授が、石炭から石油を製造する過程で発生する廃水を処理するという、YANKUANG科技株式会社からの研究開発プロジェクトを引き受けました。 一連の処理を経た後、廃水中には炭素数4以下のアルコール類が少量含まれるため、蒸留処理によって基準を満たした純水として再利用する。 しかし、あの有能なTD教授は、シミュレーションを使っても廃水を基準値まで改善することができないのだ。 どこに問題があるのかと聞かれる？
以下のキーワードで思い出してください：ラウールの法則、ヘンリーの法則、それらの適用範囲。 活動係数、無限希釈活動係数。 沸点、気相分圧。
この投稿は最後に「再回康橋」によって2015年8月4日11時44分に編集されました。私は蒸留装置の販売をしております。技術部の方々は非常に専門知識が豊富です。もし可能でしたら、ぜひ当社の技術部門にご連絡ください！
あなたの意見に同意します。黄色化の過程は非常に複雑で、沸点や溶解度だけでは判断できません！
あの経営者や技術者たちは、10年以上もシミュレーションソフトを使い続けたせいで、次第に能力が低下し、愚鈍になってしまったのだ。 そういえば、最初に専門科目をしっかり学ばなかったせいで、基礎知識が不足していたんだ。
ソフトウェアに頼りすぎるのも良くありませんよ。基礎をしっかり固め、化学工学の原理をもっと学んだ方がいいです
メタノールは水と構造が似ているため水素結合を形成しやすく、分離が最も難しく、通常最後に分離される。次にエタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノールで、分離後の廃水に最も多く含まれるのはメタノールであるはずだ。
専門的すぎます。投稿者さんや海友さんから学びました。正解が出ることを期待しています！
この投稿は最後にyjqin1によって2015年8月18日12時51分に編集されました。標準的な答えは、希薄な水溶液から蒸留（スチームストリッピング）によって低炭素アルコールを除去する際の難易度の順序は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノール、イソブタノール、ノルマルブタノールとなります。 これらの低炭素アルコールの希水溶液において、アルコール類の気液平衡はすべてヘンリーの法則に従う。ヘンリーの法則に従うのであり、ラウールの法則に従うわけではないことを忘れないでください。 ヘンリー定数の計算方法としては、その温度におけるアルコールの飽和蒸気圧と、水溶液内でのアルコールの無限希釈活量係数を知っていれば十分です。 もちろん、蒸留の観点からはアルコール/水の相対揮発度を知る必要があり、これらの数値はおおよそ次の通りです：メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-プロパノール、イソブチルアルコール、n-ブチルアルコール 7 12 17 20 25 31
アルコールと水は共沸するんですよね。それは共沸点次第で、おそらく正ブタノールでしょう
恐れ入りますが、考え方が間違っています。 これは極めて稀な、廃水中のアルコール類を除去して基準値内で排出する事例です。 低炭素一価アルコールはメタノールを除き、すべて水と共沸混合物を形成しますが、それらの共沸温度と共沸組成はどこにあるでしょうか？ それは蒸留塔の頂部で考慮すべきことで、私たちが考えているのは廃水のCOD値が基準を満たすことであり、これは蒸留塔の底部で考慮すべきことで、全く別の話です。
はは、君たちは本当に酒好きだな。共沸やヘンリーの法則まで研究しているとは。みんな、基礎知識ももう一度見直した方がいいぞ
こんにちは、この相対揮発度はどのようにして求められるのですか？