問題 18

次の各文章の【1】～【19】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、【1】、【10】、【11】、【16】及び【18】は複数個所あるが、それぞれ同じ記号が入る。（配点計40点） (1) 蒸留に関しての基礎的事項について考える。 1) 定圧下における2成分系の気液平衡は、通常、横軸に【 1 】成分のモル分率、縦軸に【 2 】をとった沸点・露点曲線を用いて表す。あるいは、横軸に液相内における【 1 】のモル分率x、縦軸に気相に対する【 1 】成分のモル分率yをとったx-y曲線が用いられる場合もある。 2) 【 3 】蒸留の場合、投入された加熱量の総和によって、残留する液量と液組成及び蒸気組成は時々刻々変化する。任意の時刻における残留する液量と液組成との間には【 4 】の式と呼ばれる関係式が成り立っている。

3) 多段連続蒸留では、還流比を小さくすると、必要な理論段数は【 5 】する。 4) 蒸留装置で、気液の接触を行わせる部分をインターナルと呼び、小口径（塔径<800 mm）の蒸留塔では【 6 】が、大口径（塔径>800 mm）の蒸留塔では【 7 】が適用される場合が多い。

(2) 乾燥装置に関しての基礎的事項について考える。 1) 湿量基準の含水率$W_w$と乾量基準の含水率$W_d$の間には【 8 】の関係式が成り立つ。 2) 定率乾燥期間における乾燥速度$R_A$は、材料温度を$T_m$、熱風温度をT、熱伝達率を$\alpha$、温度$T_m$のときの蒸発潜熱をrとすると、式$R_A$=【 9 】で表される。

3) 乾燥操作では、まず材料の温度を初期温度（室温）から乾燥条件によって定まるある平衡温度になるまで予熱する（材料予熱期間）。このとき、温度を平衡温度にするまでに材料に与えた熱を$Q_H$とする。次は定率乾燥期間で、材料温度は一定のまま、水分の蒸発が進み含水率が【 10 】含水率になるまで低下していく。このとき、材料中の水分を蒸発させるのに必要な潜熱を$Q_E$とする。含水率が【 10 】含水率になるまで乾燥させるのに必要な熱は（$Q_H$+$Q_E$）で、乾燥装置に加えられた熱をQとすると、熱効率$\eta$は次式で与えられる。 $\eta = \frac{Q_H+Q_E}{Q}$

4) 乾燥装置は受熱方式によって、熱風を直接乾燥機に送り込む【 11 】、主として金属壁などを通して熱源から被乾燥材料に間接的に熱を与える【 12 】や、電磁波によるエネルギー照射である【 13 】による方式などに分類される。 5) 【 11 】乾燥装置は、熱風の持ち出し顕熱が多いため、熱効率が低く、箱形乾燥機では熱効率は20～40%である。乾燥の省エネルギー対策としては、まず、前工程で、【 14 】により、できる限り低含水率にしておくことが重要である。次に、熱風の持ち出し顕熱を少なくするため、排出熱風を【 15 】して熱効率を向上させる。また、排出熱風の熱を回収し、乾燥用空気、被乾燥物及び燃料の予熱に利用する等の方法がある。

(3) 炭素（C）を用いて水素（$H_2$）を生産するプロセスとして、水性ガス反応とシフト反応を組み合わせて炭素を全て$CO_2$とし、そのガス化に必要な反応熱を、炭素の一部を燃焼させて供給するプロセスを考える。 水性ガス反応：C + $H_2O$ → CO + $H_2$ - 118.0 kJ ……① シフト反応：CO + $H_2O$ ⇌ $CO_2$ + $H_2$ + 41.9 kJ ……② 燃焼：C + $O_2$ → $CO_2$ + 406 kJ ……③ 1) 水性ガス反応とシフト反応を組み合わせて炭素を全て$CO_2$としたときの総括反応式は、次のように表される。 C + 【 16 】$H_2O$ → $CO_2$ + 【 16 】$H_2$ - 【 17 】[kJ] ……④ 2) 式④の反応の反応熱をガス化剤として水蒸気と共に酸素（空気）を送り込み、式③の燃焼熱で供給する（部分燃焼法）。このとき、反応器からの熱損失はなく、また、予熱に必要な顕熱及び潜熱は無視すると、総括の反応式は次式で与えられる。 【 18 】C + 【 16 】$H_2O$ + 【 19 】$O_2$ → 【 18 】$CO_2$ + 【 16 】$H_2$ ……⑤