内容紹介

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．

 

・ 第1編：化学工学の本質を実感してもらうことを目的に，社会的な問題や課題に対してどのように全体像を把握し，解決の“鍵”をみつけていくのか，そのアプローチと考え方を学ぶ

・ 第2編：｢課題解決のためのアプローチ｣を実践するための基礎知識（単位，物質収支，熱収支，物質移動，熱移動，反応工学，プロセスシステム工学，機械学習，無次元数とアナロジー）を学ぶ

・ 第3編：第2編で学んだ基礎知識および第1編を用いて，身近な生活に関わる例から地球規模に至る例を取り上げ，現実の課題を解決していく．化学工学の｢課題解決のためのアプローチ｣が，さまざまな課題にどのように適用され，社会でどのように生きるのか理解できる

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　問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　支配的因子：大きさの評価
　　3.1.2　支配的な因子：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　粒子充塡層の中の流れ　　
　　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-1　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-1　大湯沼の熱エネルギー有効利用　

　あとがき　
　索　引　　

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