ビデオ講義
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化学工学熱力学
エネルギー、平衡、そしてあらゆるプロセスの限界
速度式はどれだけ速いかを教えてくれます。熱力学はどこまで進むか — そしてそれがエネルギーとしていくらかかるか — を教えてくれます。本コースは、化学工学入門シリーズの下に横たわる熱力学の道具立てを組み上げます: あらゆるプロセスのエネルギー費用を定める法則、あらゆる分離と反応に上限を与える平衡、そしてあらゆるプロセスシミュレータが静かに依存している物性モデルです。
シリーズ概要
- 勘定する — 第一法則が、エネルギー保存をプラントの帳簿に変える
- 限界を定める — 第二法則が、方向、カルノー限界、そして分離の最小価格を定める
- 共存する — 気液平衡、ラウールの法則、そして蒸留を止める共沸
- 反応する — ギブズエネルギーと平衡定数が、反応がどこまで進むかを決める
- 計算する — 実在流体の状態方程式が、そのすべてをシミュレータへつなぐ
flowchart LR
A["First Law
Energy"] --> B["Second Law
Entropy"] B --> C["Phase
Equilibrium"] C --> D["Chemical
Equilibrium"] D --> E["Real Fluids
& EOS"]
Energy"] --> B["Second Law
Entropy"] B --> C["Phase
Equilibrium"] C --> D["Chemical
Equilibrium"] D --> E["Real Fluids
& EOS"]
各章の内容
| 章 | タイトル | 学べること |
|---|---|---|
| 1 | エネルギーと第一法則 | 状態関数、エンタルピー、顕熱と潜熱、フローシートにおけるエネルギー収支 |
| 2 | エントロピーと第二法則 | プロセスの進行方向、カルノー限界、分離の最小仕事、ギブズエネルギー |
| 3 | 相平衡 | 蒸気圧、ラウールの法則、相対揮発度、活量係数、共沸 |
| 4 | 化学平衡 | 平衡定数、ファントホッフ挙動、ルシャトリエ、ハーバー–ボッシュの妥協 |
| 5 | 実在流体と状態方程式 | 圧縮性、ファンデルワールス、SRK 式と Peng–Robinson、物性パッケージの選定 |
本シリーズの対象読者
- 学生 — 化学工学入門で単位操作と反応器に出会い、それらを支配する理論を学びたい方
- エンジニア・研究者 — プロセスシミュレータを使い、その中の物性モデルを理解し、賢く疑いたい方
- データサイエンティスト — シミュレーションデータの上に代理モデルやソフトセンサーを構築し、そのデータの精度がどこから来るのかを知る必要のある方
推奨される予備知識: 化学工学入門シリーズ。数学は代数、対数、指数のレベルにとどめ、わずかに登場する微積分の式は言葉で説明します。
関連シリーズ
本コースは 化学工学入門 シリーズを深めるとともに、シミュレーションの上に築かれるデータ駆動のシリーズ — プロセス・インフォマティクス入門、デジタルツイン構築入門、ベイズ最適化入門 — を支えるものです。