実例で学ぶ化学工学 ―課題解決のためのアプローチ (電子書籍版)
商品紹介
本書は、現在の化学工学系のカリキュラムを徹底調査し、限られた授業時間でも、学生が化学工学ならではのアプローチ、すなわち「課題解決のためのアプローチ」を理解できる構成を試みた初めてのテキストである。
目次
- 表紙
- はじめに
- 執筆者一覧
- 目次
- 第I編 課題解決のアプローチ
- 1章 下準備 : 課題の明確化
- 1.1 検査面
- 1.2 理想像と課題
- 2章 課題解決のアプローチのための基礎
- 2.1 物質収支, エンタルピー収支と全体像の理解
- 2.1.1 セメント産業における物質収支
- 2.1.2 メタンからメタノールを合成するプロセスの物質収支とエンタルピー収支
- 2.2 目的志向で小さな検査面の間の情報をつなぐ
- 2.3 化学工学の現象モデル化に対するアプローチ
- 2.3.1 伝熱のモデル化
- 2.4 アナロジー
- 2.5 ブラックボックス
- 3章 化学工学の課題解決のアプローチ
- 3.1 本質, 支配因子をつかむ
- 3.1.1 支配因子 : 大きさの評価
- 3.1.2 支配因子 : 律速過程
- 3.2 感度解析による繰り込み・簡略化
- 3.2.1 反応ネットワークの簡略化と全体の把握
- 3.3 全体像の把握から課題解決の "鍵" を抽出
- 4章 全体がつかめたら, その解決のための発想を
- 4.1 課題解決 : 発明のための方法論
- 4.2 課題解決, システムインテグレーション, 社会の設計へ
- 5章 まとめ : 化学工学の本質
- 第II編 基礎編
- 6章 化学工学量論
- 6.1 単位
- 6.1.1 単位の表し方
- 6.1.2 単位の換算
- 6.2 物質収支
- 6.2.1 物質収支の基礎式
- 6.2.2 物質収支の計算
- 6.2.3 物質収支の計算 ( 反応を伴うケース )
- 6.2.4 まとめ
- 6.3 熱収支
- 6.3.1 熱収支の基礎式
- 6.3.2 熱収支の計算 ( 相変化・反応のないケース )
- 6.3.3 熱収支の計算 ( 反応のないケース )
- 6.3.4 熱収支の計算 ( 反応を伴うケース )
- 6.3.5 物質収支と熱収支の組合せ
- 6.3.6 非定常状態での熱収支
- 6.3.7 まとめ
- 7章 物質移動
- 7.1 粘性と流れ
- 7.1.1 流速と流量
- 7.1.2 連続の式
- 7.1.3 ニュートンの粘性法則と粘度
- 7.1.4 円管中の流体の線速度分布
- Note - 1 非ニュートン流体
- Note - 2 ハーゲン - ポアズイユ式の導出
- 7.1.5 層流と乱流
- Note - 3 レイノルズ数の単位
- Note - 4 円管に関する摩擦係数を用いる流れの式と乱流における実験式
- 7.1.6 粒子充填層の中の流れ
- 7.1.7 乱流状態も含んだ透過流動現象
- 7.1.8 浄水処理と家庭用浄水器の設計
- 7.1.9 上水処理のための砂ろ過器の設計
- 7.1.10 まとめ
- 7.2 混合・攪拌
- 7.2.1 化学における混合
- 7.2.2 分子から見た混合
- 7.2.3 分子拡散の速度
- Note - 5 自己拡散係数と相互拡散係数
- 7.2.4 攪拌の意義
- 7.2.5 層流における変形と混合
- 7.2.6 乱流混合
- 7.2.7 攪拌槽
- 7.2.8 マイクロミキサー
- 7.2.9 まとめ
- 7.3 物質移動係数と境膜
- 7.3.1 液体に対する気体成分の溶解度
- 7.3.2 分子の拡散
- 7.3.3 境膜モデルによる気液相間の物質移動
- 7.3.4 物質移動係数と物質移動の抵抗
- 7.3.5 まとめ
- 8章 熱移動
- 8.1 伝導伝熱・熱伝導
- 8.1.1 "熱が移動する" という考え方
- 8.1.2 熱が移動する速度を表現する ( フーリエの法則 )
- 8.1.3 身近な事例 : 窓を通過する熱の移動速度
- 8.1.4 まとめ
- 8.2 対流伝熱
- 8.2.1 熱伝導と対流伝熱の違い
- 8.2.2 境膜と熱伝達係数
- 8.2.3 伝熱の無次元数と実験式
- 8.2.4 熱貫流 : 対流伝熱と熱伝導が組み合わされた場合
- 8.2.5 熱交換器での熱交換
- 8.2.6 まとめ
- 9章 反応工学
- 9.1 一次反応
- 9.2 回分式反応器
- 9.3 連続攪拌槽反応器
- 9.4 管型反応器
- 9.5 各反応器の比較
- 9.6 完全混合槽列モデル ( 多段 CSTR )
- 9.7 複雑な反応の場合
- 9.7.1 反応の化学量論
- 9.7.2 高次の反応
- 9.7.3 複合反応
- 9.7.4 より多様な反応への応用
- 9.8 まとめ
- 10章 システム化と化学工学設計
- 10.1 プロセスシステム工学
- 10.1.1 システム化の役割と方式の変遷
- 10.1.2 システム設計の進め方
- 10.1.3 設計への時代の要請 ( その1 ) : 広い視野で全体最適な設計を目指したい
- 10.1.4 設計への時代の要請 ( その2 ) : 大事なことは全部考えて設計したい
- 10.1.5 設計への時代の要請 ( その3 ) : 時には経済的価値以外の価値も目的としたい
- 10.1.6 まとめ
- 10.2 機械学習
- 10.2.1 はじめに
- 10.2.2 モデル・次元解析・機械学習
- 10.2.3 化学工学においてどのように機械学習を活用できるのか
- 10.2.4 データセットとは
- 10.2.5 データセットの確認
- 10.2.6 回帰分析によるモデル構築
- 10.2.7 モデルの逆解析
- 10.2.8 モデルを構築するためのサンプル数・モデルの適用範囲
- 10.2.9 まとめ
- Note 機械学習をさらに深く学びたい方へ
- 11章 無次元数とアナロジー
- 11.1 移動現象のアナロジー
- 11.1.1 運動量の移動
- 11.1.2 熱の移動
- 11.1.3 物質の移動
- 11.2 無次元数
- 11.2.1 現象の記述と無次元化
- 11.2.2 壁近傍での現象と境膜という考え方
- 11.2.3 速度, 温度, 濃度の境膜
- 11.2.4 ブラックボックスと次元解析
- 11.3 まとめ
- 第III編 応用編
- 12章 宇宙ステーションでの酸素循環
- 12.1 人間の酸素使用量
- 12.2 宇宙ステーションでの酸素循環システム
- 12.3 まとめ
- 13章 蒸留による分離
- 13.1 蒸留
- 13.2 気液平衡
- 13.3 フラッシュ蒸留
- 13.4 単蒸留
- 13.5 精留
- 13.5.1 精留の仕組み
- 13.5.2 精留塔の物質収支
- 13.5.3 作図による設計
- 13.5.4 最小還流比, 最小理論段数
- 13.6 まとめ
- 14章 地球温暖化の原理
- 14.1 地球と太陽
- 14.2 大気の影響
- 14.3 地球温暖化現象
- 14.4 まとめ
- 15章 ドリップコーヒーの淹れ方
- 15.1 ペーパードリップでの淹れ方
- 15.2 コーヒーの抽出の基礎
- 15.3 コーヒー粉の粉径と抽出時間
- 15.4 まとめ
- 16章 逆浸透膜プロセスによる海水淡水化
- 16.1 地球上で利用可能な真水
- Note - 1 海水淡水化プロセス
- 16.2 膜を用いた海水からの真水のつくり方
- Note - 2 浸透圧
- 16.3 逆浸透法による海水淡水化
- 16.3.1 透過流束と阻止率
- Note - 3 省エネルギーな逆浸透法
- Note - 4 実用化されている海水淡水化用の逆浸透膜
- 16.3.2 境膜と濃度分極
- Note - 5 境膜物質移動係数と膜面濃度の関係
- Note - 6 輸送方程式
- 16.4 境膜物質移動係数の推算
- 16.4.1 物質移動のしやすさ ( シャーウッド数 )
- 16.4.2 境膜物質移動係数と流れの状態
- 16.5 膜分離プロセスにおける物質収支
- 16.6 まとめ
- 17章 固体高分子形燃料電池の操作条件
- 17.1 燃料電池の効率
- Note - 1 電気化学反応の過電圧
- 17.2 膜中のプロトン伝導抵抗とその制御
- Note - 2 エネルギー変換の可能性とデバイスの設計
- 17.3 燃料電池における水の生成と電池発電の制御
- Note - 3 燃料電池自動車の場合
- 17.4 まとめ
- 18章 超臨界流体によるナノ粒子合成
- 18.1 過飽和度の制御
- 18.2 混合速度の制御
- 18.3 超臨界流体リアクター
- 18.4 超臨界流体を利用したナノ粒子合成
- 18.5 まとめ
- 19章 温泉熱エネルギーの地産地消
- 19.1 温泉とその熱利用
- 19.2 温泉熱エネルギーの回収
- 19.3 回収した温泉熱エネルギーの使途例
- 19.3.1 予熱による給湯用燃料の削減 : 宿泊業界などへの応用
- 19.3.2 ロードヒーティング : 土木分野への応用
- 19.3.3 屋内暖房用熱源 : 建築分野への応用
- 19.3.4 バイナリー発電 : 電気分野への応用
- 19.4 まとめ
- Note 大湯沼の熱エネルギー有効利用
- あとがき
- 索引
- 奥付
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