化学工学特論Ⅰ (L42A)

日本大学理工学部

2020年大学院理工学研究科シラバス - 物質応用化学専攻

設置情報

科目名	化学工学特論Ⅰ
設置学科	物質応用化学専攻	学年	1年
担当者	栗原　清文	履修期	前期
単位	2	曜日時限	木曜2
校舎	駿河台	時間割CD	L42A
クラス

概要

学修到達目標	エネルギーの有効利用・省エネルギーは時代の要請であり，いわゆる持続可能な社会を実現するための鍵となる課題の一つである．本講では，エネルギー保存則とエントロピーに基づく熱力学第二法則をまず取り上げ，次にこれら二つの法則を結合することにより定義されるエクセルギー（最大有用仕事）を説明し，エクセルギーを用いてプロセスのエネルギー有効利用・省エネルギーの理論的な目標値がどのように解明されるか，またその評価をどのように行うかを，具体的なプロセスを例にして解説する．具体的な学習目標は次のようである． 1．エクセルギーの基本的な考え方を理解し，説明できる（20％） 2．閉じた系についてエクセルギー収支式を立て，第二法則効率を求めることができる（40%） 3．定常状態流れ系についてエクセルギー収支式を立て，第二法則効率を求めることができる（40%）
授業形態及び授業方法	全15回の講義をメディア授業で行う．なお，授業中に行う演習の解説と採点結果については，CSTポータルⅡを使用して適当な日時に行う．
準備学習（予習・復習等）の内容・受講のための予備知識	物質応用化学科設置の「化学熱力学」を履修し，単位を修得していることが望ましい．予習第1回はシラバスの内容を確認の上，授業に出席すること．第2回目以降は，シラバスで毎回の「授業計画」の内容を確認し，教科書の該当する部分を予習した上（120分以上）で授業に臨んでください．また演習の回は問題文を読み，解法の参考となる例題を復習し，解き方の考え方と手順を確認してください．復習授業後は，その日のうちに授業中に指摘した重要事項について十分に復習し，理解を深めてください．その際，授業中に出題された例題や演習問題があれば，解答を見ずに再度自分で解いてみることが肝要です（120分以上）．また宿題が課されていれば，後回しせずにその日のうちに済ませてしまいしょう．

授業計画

第1回	講義のガイダンスとして，エネルギー有効利用の定量的に評価する尺度は何か，その基本原理はどのようなものであるかを概説し，エクセルギーを考えることがなぜ必要なのか，その理由を考察させる．
第2回	プロセスのエネルギー有効利用を検討するための第一の基礎となるエネルギー保存の法則について，計算例をまじえて解説する（1.1，1.2，1.3節を説明し，例1.1を演習）．
第3回	定圧プロセスの熱効果を表す関数（状態量）であるエンタルピーについて，計算例をまじえて解説する．次にプロセスのエネルギー有効利用を検討するための第二の基礎となるエントロピーをめぐる法則についての講義の一回目として，まず可逆プロセスについて膨張・圧縮プロセスを例題にして説明する（1.4，2.1節を説明し，例1.3と2.1を演習）．
第4回	エントロピーをめぐる法則についての講義の二回目として，エネルギー有効利用を考える上で鍵となるエントロピーを可逆プロセスで定義し，次に熱力学第二法則を説明する（例2.2，2．4を省略し，図e2.1の説明から始めて，2.2，2.3，2.4，2.5節を説明し，例2.3を演習）．
第5回	エントロピーをめぐる法則についての講義の三回目として，不可逆プロセスにおける系内のエントロピー増加を表す発生エントロピーと，発生エントロピーを用いることでクラジウスの不等式を等式で表したエントロピー収支について説明する（2.6，2.7節を説明し，例2.5，2.6を演習，例2.7は省略）．
第6回	以下，次のような題目で講義を行う．可逆プロセスでは最大仕事が与えられ最小仕事で行なうことができる（その1）第一法則と第二法則の結合（3.1節を説明し，例3.1を演習）
第7回	可逆プロセスでは最大仕事が与えられ最小仕事で行なうことができる（その2）基本的ないくつかのプロセス：熱機関とカルノーエンジン（3.2節中の3.2.1，3.2.2項を説明し，例3.2を演習）
第8回	可逆プロセスでは最大仕事が与えられ最小仕事で行なうことができる（その3）基本的ないくつかのプロセス：熱移動と熱ポンプⅠ（冷房）（例3.3の解説から始めて，3.2.3，3.2.4（冷房だけ）項を説明し，例3.4，3.6，3.7を演習）
第9回	可逆プロセスでは最大仕事が与えられ最小仕事で行なうことができる（その4）基本的ないくつかのプロセス：熱ポンプⅡ（暖房）と化学プロセス（3.2.4（暖房）項，3.3節の説明し，例3.8，3.9を演習）
第10回	可逆プロセスでは最大仕事が与えられ最小仕事で行なうことができる（その5）基本的ないくつかのプロセス：定常状態流れ系（3.4節を説明，例3.10は省略し，例3.11を演習）
第11回	エクセルギー（最大有用仕事）（その1）　膨張・圧縮仕事と熱のエクセルギー（4.1，4.2節を説明，例4.1，4.2を演習）
第12回	エクセルギー（最大有用仕事）（その2）　内部エネルギー，エンタルピー，仕事，運動エネルギーおよび位置エネルギーのエクセルギー（4.3，4.4，4.5節を説明，例4.3，4.4，5.2を演習）
第13回	エネルギー有効利用の原理（その1）　閉じた系のエクセルギー収支式と第二法則効率（6章を説明し，例6.3を演習）
第14回	エネルギー有効利用の原理（その2）　定常状態流れ系（連続式プロセス）のエクセルギー収支式と第二法則効率（7章を説明し，例7.3を演習）
第15回	理解度を確認するための演習を行う．

その他

教科書	小島和夫『エクセルギーを活かそう　エネルギー有効利用の原理』培風館 2003年第一版
参考資料コメント及び資料（技術論文等）	小島和夫『かいせつ化学熱力学』培風館 2001年第一版
成績評価の方法及び基準	15回の講義ごとに提出された各レポートについて，次の配点で採点し，その合計点で評価する．第1～14回目：各5点，第15回目（講義資料に正答なしの演習）：30点．
質問への対応	講義中・終了後またはE-Mailでも受け付けます．
研究室又は連絡先	物質応用化学科化学工学研究室（駿河台校舎2号館2階236B室）Tel: 03-3259-0822 E-mail: kurihara.kiyofumi@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	木曜駿河台 12:10 ～ 13:00
学生へのメッセージ

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