問題 18

次の各文章の【1】～【17】の中に入れるべき最も適切な字句等をそれぞれの解答群から選び、その記号を答えよ。なお、【12】は複数箇所あるが、同じ記号が入る。(配点計40点) (1) 図に示すような多段連続蒸留塔がある。この蒸留塔に、塔中段から混合溶液を供給し、塔頂からの蒸気を凝縮させた液の一部を再び塔内に還流する。この蒸留分離操作により、塔頂から低沸点成分に富む留出液を、塔底から高沸点成分に富む缶出液を得ている。 図のように、混合溶液の流量をF[kmol/s]、低沸点成分のモル分率を$z_F$、塔頂からの蒸気の流量をV[kmol/s]、留出液の流量をD[kmol/s]、低沸点成分のモル分率を$x_D$、還流の流量をL[kmol/s]、缶出液の流量をW[kmol/s]、低沸点成分のモル分率を$x_W$で表す。ここで、Fは100kmol/s、$z_F$は0.5、Dは50kmol/s、$x_W$は0.02である。 1) 蒸留塔全体の全物質収支は、FをD、L、Wのいずれかを用いて表すと、次式で示される。 F = 【 1 】 ① この式①を利用して缶出液の流量Wの値を求めると、【 2 】[kmol/s]となる。

2) 次に蒸留塔全体の低沸点成分の物質収支は、$F \times z_F$をD、W、$x_D$、$x_W$を用いて表すと、次式で示される。 $F \times z_F$ = 【 3 】 ② この式②を利用して留出液の低沸点成分のモル分率$x_D$の値を求めると、【 4 】となる。

3) 還流比Rは、F、D、W、L、Vのいずれかを用いて次式で定義されている。 R = 【 5 】 ③ 4) 塔頂部の蒸気流量Vは、F、D、W、Lのいずれかを用いて次式で表される。 V = 【 6 】 [kmol/s] ④ ここで、還流比Rが2であるとしたときの還流の流量Lの値は【 7 】[kmol/s]となり、蒸気流量Vの値は【 8 】[kmol/s]となる。

(2) 汚泥は、もともと水中にあった物質が沈降又は浮上して泥状になったもので、多量の水分を含んでいる。ここで、汚泥の乾燥について考える。 1) ある汚泥の湿量基準の含水率が98%であった。この汚泥の全質量を100kgとしたとき、全質量中の乾燥材料の質量は【 9 】[kg]である。 この汚泥をそのまま乾燥させると多大な熱量が必要になるため、機械的脱水で湿量基準の含水率で80%まで脱水した。このときの乾量基準の含水率は【 10 】[%]となり、全質量中の水分は【 11 】[kg]となる。

2) 汚泥などを乾燥するための乾燥機として以下のような乾燥機がある。 ① 内部にかき上げ板を備えた傾斜回転円筒中に被乾燥材料を入れ、熱風と接触させながら乾燥させる方式の乾燥機を【 12 】乾燥機という。 ② 中空状のかく拌翼及びジャケットに加熱媒体を流し、かく拌しながら加熱を行い乾燥させる方式の乾燥機を【 13 】乾燥機という。この乾燥機は、かく拌翼自体が伝熱加熱面として構成されていることから、熱風受熱式の【 12 】乾燥機に比較すると、所要風量は【 14 】ので、排気処理が容易で、また熱効率が高い。

(3) 水素ガスを石炭から製造するには、石炭の炭素・水素比C/Hが大きいことから、水素源として水蒸気を導入し、石炭と水蒸気から水素と【 15 】を生成させる。この反応を【 16 】反応という。この反応は吸熱反応であることから、反応熱の供給のため、石炭の【 17 】を行うことになる。