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分離工学(ぶんりこうがく、Separation Engineering)とは,化学工業における分離プロセスについて扱う学問である.分離工学を学ぶには,物理化学(熱力学)や移動現象論の知識が必要となる.化学工学を専門とする人間にとって,分離工学は非常に重要な分野であるといってよい.日本の大学の化学工学に関する学科における,分離工学の講義では,吸着,蒸留,ガス吸収,抽出,膜分離などを扱うことが多い.分離工学は,分離精度を求めたり(例えばAとBの2成分混合物を単蒸留した場合,製品の組成はどうなるかを考えるようなことである),分離装置(蒸留塔や吸収塔など)を設計したりするということがその目的である.

◆化学工業における分離操作の重要性

複数の原料を反応させて製品をつくるためには,まず原料を精製することから始めなくてはならない.例えば,石油化学プラントでは仕入れた原油をまず蒸留塔にかけて,ガソリン,軽油,重油などに分けてから次の工程に移す.このとき,分離はとても重要になる.

また,精製した原料を反応させて生成物を合成したあとは,分離して未反応物を取り除いて純度の高い製品にする必要がある.ここでもやはり分離は重要である.また,このとき取り除かれた未反応物はリサイクルされて,再び反応器に入る.原料にかかるコストを下げるためにも未反応物を回収し,再び反応させることが必要であり,そのために化学プラントには分離装置は欠かせない.

◆分離操作の概要

分離操作には,相平衡を利用して分離する方法(これを平衡分離という)と速度差を利用して分離する方法(これを速度差分離という)とがある.平衡分離には,蒸留やガス吸収,抽出などがあり,速度差分離にはクロマトグラフィーや電気泳動などがある.

どの分離操作を用いるのが良いかは,そのケースごとに異なるが,例えば,2成分液ー液系の混合物であれば,蒸留や抽出を考えるのが普通である.また,この混合物の2つの成分の相対揮発度が大きければ蒸留操作では分けやすいといえるし,2成分が水と油のように溶解度が違う場合は抽出操作を用いるのがよいといえる.

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