到達目標
1．物質の流れと物質収支についての計算ができる。
２．温度変化などに伴う熱収支の計算ができる。
３．温度、圧力、液位、流量などの計測方法、および計算に必要な物性値について理解している。
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 | 物質収支式を用いて装置設計、評価ができる | 物質収支式より物質量を求めることができる | 物質収支式の説明ができない |
| 評価項目2 | 熱収支式を用いて装置の設計、評価ができる | 熱収支より装置の温度などを予測できる | 熱収支式が説明できない |
| 評価項目3 | 計算に必要な物性値を探してこれる | 計算に必要な物性値を与えられたものの中かた選択できる | 計算に必要な物性値の説明ができない |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程の教育目標 A① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 C① 実験や実習を通じて、問題解決の実践的な経験を積む。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SA① 数学・物理・化学などの自然科学、情報技術に関する共通基礎を理解できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。
専攻科課程教育目標、JABEE学習教育到達目標 SC① 専門工学の実践に必要な知識を深め、実験や実習を通じて、問題解決の経験を積む。
教育方法等
概要:
物質を生産する上で基本となる化学プロセスの各要素を学習する。配管内の流体輸送、熱の伝わり方、熱交換器の設計、蒸留操作、吸収操作の基礎的な理論と計算方法を学び、生産設備の設計、合理化、運転管理、スケールアップ等で必要となる能力を身につける。
授業の進め方・方法:
教科書に沿って理論の解説、式の誘導を行う。演習を多く取り入れ適宜小テスト等で理解の確認を行う。
注意点:
演習で内容の理解を深めることが大切である。式の持つ意味と使い方をしっかり理解しよう。数学、物理、物理化学の基礎が必要になる。
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
化学工学における単位操作の位置づけ |
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| 2週 |
Newtonの粘性の法則
層流と乱流 |
Newtonの粘性の法則および層流と乱流の相違や判定法を理解できる。
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| 3週 |
円管内の速度分布 |
円管内の速度分布について層流、乱流それぞれの場合について理解できる。
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| 4週 |
Fanningの摩擦係数 |
Fanningの摩擦係数を理解し、計算に用いることができる。
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| 5週 |
Bernoulliの式 |
Bernoulliの式を理解できる。
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| 6週 |
輸送管のエネルギー収支 |
輸送管のエネルギー収支を理解できる。
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| 7週 |
圧力、流量、流速の測定
流体輸送機器 |
流体輸送における圧力、流量、流速の測定原理を理解し、ポンプの揚程計算ができる。
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| 8週 |
中間試験 |
2～7週までの授業内容を網羅した試験により、授業内容の理解、定着を図る。
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| 2ndQ |
| 9週 |
試験解説
さまざまな伝熱機構
伝導伝熱（平板・円筒・球殻） |
中間試験の内容を理解する
伝熱の機構を理解し、平板、円筒および球殻の伝導伝熱の基礎を理解できる。
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| 10週 |
伝導伝熱（多重平板・多重円筒） |
多重平板および多重円筒における伝導伝熱の基礎を理解できる。
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| 11週 |
対流伝熱 |
対流伝熱の基礎を理解できる。
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| 12週 |
総括熱伝達係数 |
総括熱伝達係数を理解し、計算に適用することができる。
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| 13週 |
放射伝熱 |
放射伝熱の基礎を理解できる。
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| 14週 |
熱交換器 |
熱交換器の基本的な設計法を理解できる。
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| 15週 |
期末試験 |
1～7週までの授業内容を網羅した試験により、授業内容の理解、定着を図る。
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| 16週 |
試験解説 |
期末試験の内容を理解する
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
蒸留
蒸発装置 |
蒸発装置の基礎を理解できる。
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| 2週 |
気液平衡 |
Raoultの法則、Antoine式を用いてし理想溶液の気液平衡曲線を作成できる。
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| 3週 |
気液平衡 |
Antoine、Willsonの式を用いて実在の気液平衡曲線を作成できる。
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| 4週 |
単蒸留 |
単蒸留における蒸留後の留出液、缶出液量と組成を求めることができる。
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| 5週 |
フラッシュ蒸留 |
フラッシュ蒸留における蒸留後の留出液、缶出液量と組成を求めることができる。
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| 6週 |
精留塔 |
精留塔の留出液、缶出液量と組成を求めることができる。
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| 7週 |
精留塔 |
精留塔の理論段数、塔高、直径を計算できる。
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| 8週 |
中間試験 |
1～7週までの授業内容を網羅した試験により、授業内容の理解、定着を図る。
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| 4thQ |
| 9週 |
試験解説
気液平衡と吸収装置 |
中間試験の内容を理解する。
Henrryの法則と吸収装置の理論を理解できる
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| 10週 |
吸収
吸収装置の物質収支 |
吸収装置の吸収液、被吸収ガスの量、組成を計算できる。
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| 11週 |
吸収
吸収装置の設計（高さ） |
吸収装置の高さを計算できる。
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| 12週 |
吸収
吸収装置の設計（直径） |
吸収装置の直径を計算できる。
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| 13週 |
膜分離
透析、限外濾過 |
透過係数、分離係数、透析効率などを求めることができる。
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| 14週 |
膜分離
電気泳動 |
膜内のイオン濃度、限界電流を求めることができる。
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| 15週 |
定期試験 |
9～14週までの授業内容を網羅した試験により、授業内容の理解、定着を図る。
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| 16週 |
試験解説 |
定期試験の内容を理解する。
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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 | 物理化学 | 2成分の状態図(P-x、y、T-x、y)を理解して、気液平衡を説明できる。 | 4 | |
| 相律の定義を理解して、純物質、混合物の自由度(温度、圧力、組成)を計算し、平衡状態を説明できる。 | 4 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 流体輸送の動力の計算ができる。 | 4 | |
| 熱交換器の構造、熱収支について説明できる。 | 4 | |
| 熱伝導による熱流量について説明できる。 | 4 | |
| 熱交換器内の熱流量について説明できる。 | 4 | |
| 放射伝熱について説明できる。 | 4 | |
| 蒸発装置について説明できる。 | 4 | |
| 蒸発缶の物質収支と熱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 | |
| 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 | |
| 温度、圧力、液位、流量の計測方法と代表的な測定機器(装置）について理解している。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 90 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 90 | 0 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |