化学工学

科目基礎情報

学校	群馬工業高等専門学校	開講年度	令和05年度 (2023年度)
授業科目	化学工学
科目番号	4K013	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	履修単位: 2
開設学科	物質工学科	対象学年	4
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	橋本健治，ベーシック化学工学，化学同人 配布資料等
担当教員	和田 善成

到達目標

物理化学および化学現象を定量的に把握し，モデルとして表現できる能力を身付ける。
□SI単位への単位換算ができる。
□回分操作と連続操作の違いを理解し，その特徴や用途を説明できる。
□化学反応を伴う場合と伴わない場合のプロセスの物質収支の計算ができる。
□化学プロセスで変化する熱量や温度の計算ができる。
□伝熱形態の違いを理解し，説明できる。
□レイノルズ数を計算し，流れの状態が層流か乱流か判断できる。
□流れのエネルギー収支を理解し，エネルギー損失や流体輸送動力を計算できる。
□レイリーの式やマッケーブ・シール法を用いて蒸留についての計算ができる。
□基本的な抽出の目的や方法を理解し，抽出率などを計算できる。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	物質収支とエネルギー収支が取れ、計算できる。	基礎的な物質収支とエネルギー収支が取れ、計算できる。	基礎的な物質収支とエネルギー収支が取れ、計算できない。
評価項目2	流体工学、伝熱工学を説明でき、圧力損失、ポンプ所要動力、伝導、対流、輻射伝熱量が計算できる。	流体工学、伝熱工学を説明でき、基礎的な圧力損失、ポンプ所要動力、伝導、対流、輻射伝熱量を計算できる。	流体工学、伝熱工学を説明できず、圧力損失、ポンプ所要動力、伝導、対流、輻射伝熱量を計算できない。
評価項目3	拡散、ガス吸収、蒸留を説明でき、速度および設計計算ができる。	拡散、ガス吸収、蒸留を説明でき、基礎的な速度および設計計算ができる。	拡散、ガス吸収、蒸留を説明できず、速度および設計計算ができない。
評価項目４	機械的単位操作について説明でき、速度および装置設計ができる。	機械的単位操作について説明でき、基礎的な速度および装置設計ができる。	機械的単位操作を説明できず、速度および装置設計ができない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程 C （各学科における専門科目を学習することにより、技術的課題を理解し対応できる。）

教育方法等

概要:

化学工学において重要な，物質収支やエネルギー収支，移動現象論について学ぶ。
また，蒸留や抽出，ガス吸収，固液分離，乾燥，吸着，膜分離などの単位操作についても学修する。
講義は板書とパワーポイントを中心として行う。

授業の進め方・方法:

関数機能付き電卓を使用する。必要に応じ，方眼紙等を持参する。

注意点:

授業時に課題または小テスト等を課す。

授業の属性・履修上の区分

実務経験のある教員による授業

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	化学工学とは：化学工学の歴史，化学工学の基礎と分類，および具体的応用例 単位系と次元解析：単位系、国際（ＳＩ）単位と単位換算，量の次元	化学工学の概要を説明できる。 ＳＩ単位への単位換算ができる。 量の次元について理解する。
		2週	物質収支Ⅰ：化学反応を伴わないプロセスの物質収支	化学反応を伴うプロセスの物質収支について計算ができる。
		3週	物質収支Ⅱ： 化学反応を伴うプロセスの物質収支	化学反応を伴うプロセスの物質収支について計算ができる。
		4週	エネルギー収支Ⅰ：エネルギー源と形態，物理的過程のエネルギー収支	エネルギー収支が計算できる。
		5週	エネルギー収支Ⅱ：化学的過程のエネルギー収支	エネルギー収支が計算できる。
		6週	反応工学Ⅰ：反応と反応器，反応操作法，	回分操作と連続操作の違いを理解する。
		7週	反応工学Ⅱ：反応速度論，反応速度解析	反応速度と温度依存性について理解する。
		8週	中間試験
	2ndQ
		9週	反応工学Ⅲ：反応器の設計，複合反応	反応器とその特性について理解する。 複合反応について説明できる。
		10週	蒸留Ⅰ：気液平衡，温度ー組成線図，共沸	蒸留の原理について理解する。
		11週	蒸留Ⅱ：単蒸留，レイリー式	単蒸留について理解し，その原理を説明できる。 レイリーの式に関する図形積分ができる。
		12週	蒸留Ⅲ：連続蒸留，マーケーブ・シーレ法，理論段数	連続蒸留装置について理解し，その原理を説明できる。 マッケーブ・シールの階段作図ができる。
		13週	ガス吸収Ⅰ：気体の溶解度，物質移動	気体溶解度が計算でき，ガス吸収速度を説明できる。
		14週	ガス吸収Ⅱ：ガス吸収装置の種類，充填塔の設計	ガス吸収装置について説明できる。
		15週	期末試験
		16週
後期
	3rdQ
		1週	拡散：フィック則，拡散係数 液体の流れⅠ：流れの物質収支，連続の式	拡散について説明できる。 管内を流れる流体の流速や流量を計算できる。
		2週	液体の流れⅡ：流れのエネルギー収支，ベルヌーイの定理	流れのエネルギー収支について計算ができる。
		3週	液体の流れⅢ：粘性，流体の分類，層流と乱流，レイノルズ数，管摩擦	レイノルズ数を計算し，流れの状態が層流か乱流か判断できる。
		4週	液体の流れⅣ：管摩擦，ハーゲン・ポアズイユ式	流れのエネルギー損失の計算ができる。
		5週	熱の移動Ⅰ：プロセスにおける熱，熱伝導	化学プロセスにおける熱量や温度の計算ができる。 潜熱と顕熱の概念について理解している。
		6週	熱の移動Ⅱ：対流伝熱，伝熱係数	伝熱の形態の違いを理解し，説明できる。
		7週	熱の移動Ⅲ：放射伝熱，熱交換器の構造，熱交換器の設計	熱伝導による熱流量について説明できる。 熱交換器の構造，熱収支について説明できる。
		8週	中間試験
	4thQ
		9週	抽出：液液平衡と三角線図、抽出操作の計算	液液平衡と三角線図について説明できる。 抽出操作の計算をできる。
		10週	調湿と乾燥Ⅰ：湿り空気，露点，調湿	空気線図を利用できる。 調湿操作について理解している。
		11週	調湿と乾燥Ⅱ：乾燥速度，乾燥曲線，乾燥装置	乾燥の原理と操作を理解している。
		12週	流体からの粒子の分離Ⅰ：粒径分布，沈降，遠心分離	平均径、粒度分布を計算できる。 沈降による分離方法について理解している。
		13週	流体からの粒子の分離Ⅱ：ろ過の原理，ルースのろ過式，ろ過装置，集塵，フィルター	ろ過の原理やその方法について理解している。 気体からの粒子分離方法について説明できる。
		14週	流体からの粒子の分離Ⅲ：吸着，膜分離	吸着や膜分離の原理や目的，方法を説明できる
		15週	期末試験
		16週	試験答案返却：試験解説 反応装置工学：バッチ式反応装置と連続式反応装置、槽型反応装置と管型反応装置	答案の不正解箇所を修正し正答できる バッチ式と連続式反応装置について特徴や用途を説明できる。

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類		分野	学習内容	学習内容の到達目標	到達レベル	授業週
専門的能力	分野別の専門工学	化学・生物系分野	分析化学	溶媒抽出を利用した分析法について説明できる。	4
			物理化学	反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。	4
				反応速度定数、反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。	4
				微分式と積分式が相互に変換できて半減期が求められる。	4
			化学工学	SI単位への単位換算ができる。	4	前1,前2
				物質の流れと物質収支についての計算ができる。	4	前2
				化学反応を伴う場合と伴わない場合のプロセスの物質収支の計算ができる。	4	前4
				管径と流速・流量・レイノルズ数の計算ができ、流れの状態(層流・乱流)の判断ができる。	4	前9
				流れの物質収支の計算ができる。	4	前3
				流れのエネルギー収支やエネルギー損失の計算ができる。	4	前10
				流体輸送の動力の計算ができる。	4	前11
				蒸留の原理について理解できる。	4	後5
				単蒸留、精留・蒸留装置について理解できる。	4	後6
				蒸留についての計算ができる(ラウールの法則、マッケーブシール法等)。	4	後7
				基本的な抽出の目的や方法を理解し、抽出率など関係する計算ができる。	4	後10
				吸着や膜分離の原理・目的・方法を理解できる。	4	後11
				バッチ式と連続式反応装置について特徴や用途を理解できる。	4	後16

評価割合

	試験	課題等	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	80	20	0	0	0	0	100
基礎的能力	20	0	0	0	0	0	20
専門的能力	50	20	0	0	0	0	70
分野横断的能力	10	0	0	0	0	0	10