到達目標
1. 種々の連立方程式、微分方程式の代表的な数値解法について理解する。
2. 表計算ソフト（Excelマクロ）を用いたプログラミングの基礎を身につける。
3. 表計算ソフト上での化学工学分野における問題解法を修得する。
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 | 未知の連立方程式および微分方程式に対する、数値的な解法が導ける。 | 既知およびその組み合わせで記述される連立方程式および微分方程式に対する、数値的な解法が導ける。 | 連立方程式、微分方程式の代表的な数値解法について、その基本的意味を理解していない。 |
| 評価項目2 | 表計算ソフト上の応用的なプログラミングができる。 | 表計算ソフト上の基本的なプログラミングができる。 | 表計算ソフト上の基本的なプログラミングができない。 |
| 評価項目3 | 未知の化学工学上の問題に対し、表計算ソフトを用いて解を得られる。 | 既知の化学工学上の問題およびその組み合わせによる問題に対し、表計算ソフトを用いて解を得られる。 | 基本的な化学工学上の問題に対する解法を理解していない。 |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程（本科１〜５年）学習教育目標 （２）
説明
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教育方法等
概要:
化学プロセスシステムの設計・開発においては、伝熱や物質移動などの現象解析から、反応器や分離装置の設計まで、様々な化学工学理論が必須である。化学工学における種々の問題の解法を本科では低学年次から学んできたが、現実のプラント設計などにおける問題の多くは、解析的には解けない場合が多い。本講義ではこれらの問題を数値的に解くための理論を学ぶとともに、コンピュータを利用した実際の計算方法について演習を通して習得する。
授業の進め方・方法:
基本的な数学上の問題における数値解法を学び、表計算ソフトを用いた計算プログラムの作成法について習得する。基礎的な数値解法を応用し、蒸留、伝熱、反応工学、プロセス制御などの種々の化学工学上の問題の演習を行う。
注意点:
関連科目：反応工学をはじめとする化学工学分野。前期は数値解析の復習が多分に入る。
学習指針：数値解法の基礎を身につけ、レポートや講義中の例題だけでなく、未知の問題に対する解決能力を身につけることが重要である。
自己学習：復習を怠らないこと。講義中の疑問点については次回講義までに解決しておくことが望ましい。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンス |
前期講義内容の概論
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| 2週 |
連立方程式１ |
連立方程式の数値解法（クラメル法、ガウス消去法）
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| 3週 |
連立方程式２ |
同上（ガウスジョルダン法、ヤコビ法）
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| 4週 |
微分方程式１ |
常微分方程式の数値解法（オイラー法、ルンゲクッタ法）
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| 5週 |
微分方程式２ |
偏微分方程式の数値解法
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| 6週 |
演習１ |
連立方程式の数値解法を用いた問題解法の演習
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| 7週 |
演習２ |
微分方程式の数値解法を用いた問題解法の演習
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| 8週 |
プログラミング１ |
表計算ソフトを用いたプログラミング法
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| 2ndQ |
| 9週 |
プログラミング２ |
同上
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| 10週 |
プログラミング３ |
同上
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| 11週 |
連立方程式３ |
表計算ソフト上での連立方程式の解き方
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| 12週 |
連立方程式４ |
同上
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| 13週 |
微分方程式３ |
表計算ソフト上での常微分方程式の解き方
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| 14週 |
微分方程式４ |
表計算ソフト上での偏微分方程式の解き方
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| 15週 |
微分方程式５ |
同上
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| 16週 |
前期末試験 |
前期末試験
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス |
後期講義内容の概論
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| 2週 |
蒸留１ |
2成分系の気液平衡曲線
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| 3週 |
蒸留２ |
多成分系の蒸留プロセスにおける物質収支
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| 4週 |
蒸留３ |
精留塔の内部濃度分布
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| 5週 |
伝熱１ |
熱交換器プロセスの熱収支
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| 6週 |
伝熱２ |
非定常1次元熱拡散方程式
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| 7週 |
伝熱３ |
定常2次元温度分布
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| 8週 |
反応工学１ |
回分反応操作
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| 4thQ |
| 9週 |
反応工学２ |
連続攪拌槽型反応器
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| 10週 |
反応工学３ |
管型反応器
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| 11週 |
プロセス制御１ |
1次おくれ比例制御系の応答
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| 12週 |
プロセス制御２ |
2次おくれ比例制御系の応答
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| 13週 |
プロセス制御３ |
PID制御系の応答
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| 14週 |
演習２-１ |
課題の演習
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| 15週 |
演習２-２ |
同上
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| 16週 |
演習２-３ |
同上
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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 | 化学工学 | SI単位への単位換算ができる。 | 4 | |
| 物質の流れと物質収支についての計算ができる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 流れの物質収支の計算ができる。 | 4 | |
| 蒸留の原理について理解できる。 | 4 | |
| 単蒸留、精留・蒸留装置について理解できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
評価割合
| 試験 | 課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 40 | 60 | 100 |
| 基礎的能力 | 15 | 20 | 35 |
| 専門的能力 | 15 | 20 | 35 |
| 分野横断的能力 | 10 | 20 | 30 |