分離原理の視覚化

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本研究は、エネルギーを多量に必要とする分離(反応分離も含む)に対して、第二法則の情報を有効に利用して、分離の原理と各分離スキームでの性能の上限を図形として視覚化していくことを目的としている。たとえば蒸留塔を例にとると、速度式、物質収支式、エネルギー収支式を解くことで必要段数や製品純度などの分離性能は得られるが、分離対象物のxy関係の特徴が、どのように結果に影響しているかをそこから判断することは難しい。そこで、本研究では、(1)予備混合と個別プロセスエネルギーレベルの新しい概念を導入し、これと熱力学第二法則を連携させることにより、各素プロセス(加熱、冷却、蒸発、凝縮)を推進している力を求めることができた。(2)蒸留塔の各段で得られる物質収支、エネルギー収支から得られる情報に加えて、この推進力も加えて蒸留塔内でのエネルギー有効利用度を表現する図として、(a)統合EUD(EUD=エネルギー有効利用図)と(b)蒸発、凝縮の推進力分布図を立体的に表示させることができた。(3)これらの立体図を視点を変えて見ることで、蒸留塔の最重要箇所の指摘が可能になり、そこでの蒸気分散板特性を向上させると、それが分離特性の向上につながることが示せた。(4)サイドヒ-ティング、サイドクーリングの効果はすでに知られていたが、今回作成した統合EUDにより最適な適用箇所を予測できることが示せた。