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連続蒸留塔でのエタノール濃縮回収について
- 化学工学の問題で、連続蒸留塔を使用してエタノール水溶液を濃縮回収したい場合、エタノールの濃度と回収可能な最高の濃度を求める問題です。
- エタノール-水系では、エタノール90mol%で最低共沸混合物を形成します。
- 問題では、原料のエタノール濃度が36mol%の場合に回収可能な最高の濃度と、塔頂からの留出流量Dと塔底からの缶出流量Wを求めることが求められています。
- stone_wash
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- 化学
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物質収支の一般式は流量をそれぞれＦ（供給）、Ｄ（留出）、Ｗ（缶出）[mol/s]、その低沸点成分のモル分率（組成）をそれぞれＸF、ＸD、ＸWとすると、 全収支；Ｆ＝Ｗ＋Ｄ 成分収支；Ｆ*ＸF＝Ｗ*Ｘw +Ｄ*ＸD ですね。 通常Ｆ、ＸF、ＸD、ＸWの条件を決めてＷ、Ｄを求めますが今回与えられているのは Ｆ＝100[mol/s] ＸF＝0.36 さらに「エタノール90mol%で最低共沸混合物を形成」という条件から理論上、回収可能な最も高いエタノール濃度は ＸD＝0.90 です。（この濃度になると蒸留しても共沸して液と気体が同じ濃度のままであり、濃度が変わらないからです）。 しかしＸWの条件が与えられていません。問題の設定不足のような気がしますが、いかがでしょうか？ Ｄ＝Ｆ(ＸF－ＸW)/(ＸD－ＸW) ＝100(0.36－ＸW)/(0.90－ＸW) Ｗ＝Ｆ(ＸD－ＸF)/(ＸD－ＸW) ＝100(0.90－0.36)/(0.90－ＸW) 「理論上」の話なので装置の設計等を無視してＸW＝0とすれば Ｄ＝40[mol/s] Ｗ＝60[mol/s] また、テキトーな値としてＸW＝0.05とすれば Ｄ＝36[mol/s] Ｗ＝64[mol/s] となりますが・・・。
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- underwonder
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察しのとおり、蒸留塔に共沸濃度より高い濃度のエタノールを通すと、次第に濃度が下がって最終的には濃度90mol%になります。ｘ－ｙ線図をみてみればわかりますよね。 ただし、装置を小さくし、濃度が下がる途中で取り出せばもっと高い濃度で回収できます。さらに、原料のエタノール（組成が99mol%）に対して何もしなければ99mol%のものが回収できます。 したがって、 イヤでも最初の問題と同じような装置を使え！という場合は90mol%、 エタノール回収が最優先！という場合は99mol%だと思いますが、いかがでしょうか。
お礼
なるほど！ わかりました！！！ でも、化学工学はよくわからんですｗ 何度も回答ありがとうございました！！！
- underwonder
- ベストアンサー率72% (8/11)
素人考えではありますが、[その濃度で、エタノールの回収を最大とするための]からＸW≒0として良さそうな気がします。どんなに大きな装置となるかは分かりませんが、装置の制約は書かれていませんからね（^^； →ＸW＝0なら原料中のエタノールは100%留出液に含まれ、回収率は最大となる（そしてその濃度は90%）。したがって Ｄ＝40[mol/s] Ｗ＝60[mol/s]
お礼
！！！そういうことですか～！ エタの塔頂からの回収最大なら、塔底からのエタの回収は最低ですもんね！感謝です！！！ ちなみに、類似の質問イイですか？ もし、原料のエタノール組成が99mol%だったとしたら、”回収可能な最も高いエタノール濃度”は、上記の回答と同じ90mol%なのでしょうか？
補足
問題をフルで書きます。 ＜問＞ 通常の連続蒸留塔（製品の抜き出しは塔頂と塔底からのみ）を用いて、エタノール水溶液からエタノールを濃縮回収することを考える。ただし、エタノール～水系ではエタノール90mol%で最低共沸混合物を形成し、原料は100mol/sで供給されるものとして、次の問いを答えよ。 (1)原料中のエタノール濃度が36mol%のとき、理論上、製品として回収できる最も高いエタノール濃度および、その濃度で、エタノールの回収を最大とするための留出液流量Ｄ[mol/s]と缶出液流量[mol/s]を求めよ。 という問題です。 よろしくお願いします！