大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.①灰汁や肥料についての話、ハーバーボッシュ法がどのような仕組みなのかについて学習した。 ②最新工業化学のプラント記号について調べた。バルブを表す記号は向かい合った二つの三角形のような形をしている。 ③ハーバーボッシュ法の特徴は、一回の反応でのアンモニア生成率が低いため、未反応の窒素と水素を回収・再循環させる点にある。エネルギー消費は大きいものの、人工的に窒素固定を行う手段として極めて重要であり、20世紀の人口増加と食糧生産を支えた技術である。ハーバーボッシュ法は、化学工業史において最も影響力のある発明の一つとされている。現在でも世界中のアンモニア生産の大部分がこの方法によって行われている
A.①化学肥料とは。肥料の原材料には窒素、カリウム、リンなどが含まれる。この中の窒素は、ハーバーボッシュ法を用いて製造に利用されている。教科書に記載されているハーバーボッシュ法のプロセスを見てみると、プラント記号が使用されていることが分かる。あらゆる製造プロセスにおいて、プラント記号は欠かせないものであり。工学部出身の人間はこれらの記号について、ある程度の知識を身に着けていることが望ましい。 ②平常演習として、プラント記号を覚えるために教科書からプラント記号の書き取りを行い、意味も併せて調べた。また、１０００気圧を実現するための方法についても調べた。１０００気圧は、化学肥料を製造するために欠かせないハーバーボッシュ法を行うために必要な圧力である。反応釜として使われる小型のレトルト釜について調べた。レトルト釜には蒸気式と熱水式があり、これらで殺菌が行われることが分かった。 ③肥料がどんな物質で構成されているか、また、その製造プロセスについて復習した。ハーバーボッシュ法のプロセスについても復習した。主要なプラント記号についても、意味とその様式を復習した。
A.①主に肥料について学んだ。肥料には様々なものが含まれているが窒素が最も重要であると分かった。そのため窒素を得ることが重要であるため肥料を作るための肥料源として窒素の作り方を学んだ。昔は日本では芝から欧米では蚕から窒素を手に入れていた。現代ではハーバーボッシュ法によって空気中からの窒素の固定ができるようになり3H2＋N2→2NH3という反応を使うようになった。②プラント記号について誰も知らなかったため調査して議論した。プラント記号において複線は機械連結を示していることが分かった。実例としては油はポンプとモーターを連結する回転軸であることを図として示すときに複線を使って表すために使われていると議論した。③肥料には窒素、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウム、硫黄などが含まれており、窒素は葉や根の成長を促進して光合成を助ける効果があると分かった。芝から窒素を取り出すためには芝を刈り取ったあと乾燥させて堆肥化することで、窒素を手に入れていると分かった。プラント記号とは、工場などの設計図や配管図に使われる配管やパルプなどで表される図記号のことだと分かった。
A. 産業革命が起こると、人口が急激に増加する。それにより、食料も大量に必要になる。大量の食料を安定して手に入れるために「肥料」が重要になった。肥料としてよく用いられるアンモニアの工業的な製造方法として「ハーバー・ボッシュ法」がある。この方法には高温・高圧の容器が必要であった。圧力は200～300気圧が必要であるため、蒸気機関を用いて高圧条件を作り出していた。 グループワークでは、テキストに記載されているプラント記号について調べて話し合った。プラント記号として「COS転化器」を選んだ。COS転化器とは、主に、石炭ガス化複合発電（IGCC）のプロセスにおいて、COとH2Oを反応させ、より高効率な燃料ガスであるCO2とH2に変換する装置である。このIGCCとは、既存の石炭火力発電に比べて石炭使用量が少なく、発電効率が高い次世代の石炭火力発電システムのことで、既存の石炭火力発電比で石炭使用量を約20％削減、発電効率48?50%の実現可能性を示すことができた。 事後学習として、1000気圧を実現する方法について考えた。1000気圧を実現するために、水圧を利用する方法がある。GODAC（国際海洋環境情報センター）によると、水中では10m潜るごとに1気圧上昇し、水深1000mで101気圧に到達するとあったため、10000mの深さでは1000気圧を実現可能であり、地球上ではマリアナ海溝のチャレンジャー海淵付近で実現可能であると考えた。
A.①?③を以下に示す。 ①農業に重要な元素はおもに3つで窒素、カリウム、リンということが分かった。伊藤先生のお話で肥料にはこれらの混合肥料が使われており、一番大変なのは芽を出すまでの温度管理あることが分かった。（およそ25℃以下） この窒素はどのようにして得ていたかというとハーバー・ボッシュ法である。高温高圧により超臨界状態で反応が進むということを初めて知った。調べると高温高圧（400-600℃、200-400気圧）のエネルギーを大量に消費することが欠点であるため、現在は、PNP型ピンサー配位子を用いた―常温常圧の温和な反応条件下でアンモニアを合成する方法が開発されたことが分かった。臨界状態には単位としてノルマル立米（Nm＾３：1気圧0℃の時の体積）が使われることが多いことを初めて知った。 ②演題 プラント記号を覚えよう グループ名 左前 役割 責任著者 共著者 加藤さなみ、大坂琉音、島貫乃愛、鈴木結惟 プラント記号とは配管図や設計図において必要な要素である。 石油化学プラントでは、流体の種類や流れの制御を明確化し、効率的な運用と安全性向上に役立つ。 水道設備や空調システムでは、設計段階からメンテナンスまで幅広く利用され、迅速なトラブルシューティングや改修計画を容易にする。 プラント記号におけるバルブとはP＆ID図面に用いられ、配管内の流体を制御する為の弁を指す。バルブは、目的や用途によってさまざまな種類があり、必要に応じて使い分ける必要がある。 参考文献 https://www.monotaro.com/note/productinfo/valve ③トピック名 1000気圧を実現するには 1000気圧の目安としてハーバーボッシュ法が挙げられる。この方法によるアンモニア合成では窒素を超臨界状態にするため高温・高圧が必要となる。 1000気圧を作るためには過圧機を用いる。加圧機を用いて高温・高圧にすることで1000気圧を生み出すことができる。 情報ソース https://www.echigoseika.co.jp/enjoy/high-pressure-technology/02.php
A.第二回の授業では肥料について学びました。前回の授業で産業革命について学び、文明の発展に伴って人口も増加しました。そこで問題となるのが食料不足で、地球上の人類を賄えるほどの食料を生産するには化学肥料の開発が必要不可欠でした。そこでハーバーボッシュ法でアンモニアを生成し、窒素、カリウム、リンを配合した化成肥料が開発されました。 グループディスカッションでは機械連結など機械記号について調べました。 私たちの班ではモーター記号と連結の示し方を学びまとめました。 復習として、化成肥料について調べました。農薬の肥料は大きく有機肥料と化成肥料の二種類に分けられ、化成肥料は即効性があり、成分調整がしやすく粒状や液状など、形状が均一で施肥しやすいことが特徴です。化成肥料の呼び方として、窒素・リン・カリウムのうち二種類以上を含み3成分の合計が30％未満のものを普通化成肥料、30％以上のものを高度化成肥料とよびます。
A.①肥料という視点から、酸・アルカリ工業と水資源について学んだ。肥料には、C,H,O,Mg,N,Ca,Pなどが含まれていると知った。以前は、わらや牛の糞を用いて肥を作成し、肥料としていたが現在では、ハーバーボッシュ法が用いられるようになった。200?300気圧下で、蒸気機関のボイラーを用いてアンモニアを生成する。N,Hが必要となるが、水素は石油から作ると考えると、アンモニアも石油から作っていると考えることができる。 ②プラント記号について調査した。バルブというグループ名で青木優菜、前田悠斗、畑中勝治、鈴木佑涼と議論し、私は、調査を行った。ｐ83図4.11の三角形を二つ合わせた、リボンのようなプラント記号について調べた。これは、バルブの記号である。バルブは、配管内を通る流体の方向、圧力、流量を制御する機器のことである。定義として、流体を通したり、止めたり、制御したりするため、通路を開閉することができる可動機構を持つ機器のことである。 ③プラント記号を覚えるために、教科書を参考に5つのプラント記号の書き取り練習を行った。また、高圧処理を用いた応用例として、食品の高圧処理技術が挙げられる。食品の加工に、1000気圧以上の高い圧力を利用する。それに耐えられる容器にするには、球形、円筒形の形にし、耐圧性のあるチタン合金やステンレス鋼を用いるとよいと考える。加熱殺菌と比較して、香りや色を残したまま食品を殺菌することが可能となる。食品の高圧加工装置としては、高圧容器に高圧力の圧力媒体を圧入して加圧する間接加圧法が用いられている。
A. プラント記号は、工場や発電所などの設計図で使用される図記号であり、特にバルブ記号は配管システム内のバルブの種類や機能を示すために用いられる。代表的なバルブには、完全開閉に適したゲートバルブ、流量調整が可能なグローブバルブ、迅速な開閉が可能なボールバルブやバタフライバルブ、逆流を防ぐチェックバルブがある。操作方法も記号で示され、手動や電動などの違いが視覚的に分かるようになっている。 一方、1000気圧という高圧を生み出す技術として「高圧処理技術」がある。これは等方的な静水圧を利用し、食品加工や材料科学の分野で広く応用されている。静水圧の発生方法には、ピストンで直接加圧する「直接加圧方式」と、増圧機で圧媒を送り込む「間接加圧方式」があり、後者は大量処理に適している。 この技術の中核をなすのが高強度の圧力容器である。圧力容器は1000気圧以上の圧力に耐え、容器内の全体に均一な圧力をかけることができる。これにより、食品の殺菌や材料の物性変化など、さまざまな高圧処理が安全かつ効率的に行われている。
A.①昔の農業では、稲作に必要な栄養素として窒素・リン・カリウムが重視されていた。特に鉄は稲の成長に欠かせず、また、カリウムは焼いた植物の灰から得られていた。 農家は芝や草を燃やし、灰を肥料として利用するなど、自然の循環を活かした工夫をしていた。中でも窒素は最も重要な栄養素とされ、その供給手段として登場したのが、人工的にアンモニアを合成するハーバー・ボッシュ法である。この技術は高温高圧条件下で水素と窒素を反応させるもので、蒸気機関のボイラー技術が応用されていた。 今回のグループワークはプラント記号を憶えようである。 ②演題はプラント記号を憶えようであり、グループ名はバルブ、属した人は、五十嵐稔二、後藤将太、鈴木奏逞、須藤春翔であり、役割は調査係。 今回はバルブを取り上げた。バルブは、発電所、化学プラント、製油所、などの産業現場で用いられている。またこの記号は、必要なときに流体を流す開閉の役割や、流れる量をコントロールし、流量調整を行うこと、一方向にしか流れないようにするなどの役割がある。 ③私は、なぜ窒素やリンやカリウムが作物に必要な三大栄養素になるのかについて調べた。 まず、窒素は葉や茎の成長を助ける葉緑素やたんぱく質の材料となり、光合成を活発にする役割がある。次に、リンは根の発達や花・実の形成に関わり、種子の発芽やエネルギーの運搬にも重要である。カリウムは水分の調節や病害への抵抗力を高めるほか、光合成やデンプンの合成にも関与している。 この事から、これらの栄養素がバランスよく働くことで、作物は健康に育つのだと理解することができた。
A.【講義の再話】 人口を支えるためには、大量の食糧を生産する必要があり、そのためには大量の肥料が必要です。食糧難を解決するために編み出されたのが、ハーバー・ボッシュ法です。これは高温高圧下で窒素と水素を反応させてアンモニアを作る反応です。これにより、空気中の窒素を固定化し、水に溶かせる状態にすることができます。反応には1000気圧ほどの高圧が必要であり、それに耐えられるだけの釜も必要になります。 【発表の要旨】 演題:プラント記号を覚えよう グループ名:なし 共著者名:山口竜輝、石毛翼、宮入丈 自分の役割:調査 プラント記号に「シンガスクーラー」を選択した。シンガスクーラーはガス化炉で発生した石炭ガスの熱を利用して蒸気タービンを駆動されるための蒸気を発生させる熱交換器の一種である。 【復習の内容】 最新工業化学p230にある、丸の中に2文字のアルファベットがある記号3つについて調査した。 まず、丸の中に""LC""と書かれている記号は液面計を表している。 これはタンク内の液体の量を検知するための機器である。タンク内に液体が投入され続けて水位が上昇し続けると、オーバーフローを起こし液体が漏れる危険がある。液面計により液面がある高さに達したときに警報を発するようにすることで、この危険を予防できる。 次に、丸の中に""TC""と書かれている記号は温度制御器を表している。 温度制御器はヒータを制御して温度を目標値に維持する機器である。温度を上昇させて目標値に到達させようとするとき、速く昇温すると温度が目標値を上回るオーバーシュートを起こすことがあり、一般的にはこれを防ぎつつ昇温することが求められる。 次に、丸の中に""PC""と書かれている記号は圧力制御器を表している。 この機器には減圧弁と背圧弁がある。減圧弁は供給される流体の圧力を出口で一定にするものであり、背圧弁は供給される圧力が設定値以上であった場合にバルブを通して圧力を逃がす働きを持っている。
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A.①19世紀に産業革命が起こり蒸気機関が発明された。それに伴い人口増加、食糧危機を乗り越えるためにハーバーとボッシュが窒素固定を編み出した。こればハーバーボッシュ法である。これに必要なのは高圧技術。 ②プラント記号を憶えよう、グループ名一番前、日下、小野、鈴木、黒沢、福田、役割：分析 燃焼器を選んだ。燃焼器は空気を圧縮させ燃料を燃焼、高温高圧のガスでタービンを動かすという仕組みである。燃やして風を当てタービンを回すエンジンがあり、これは航空機エンジンや発電などで使われている。 ③1000気圧は約100?である。1000気圧を生み出す高圧装置として直接加圧方式の高圧装置を挙げる。これはピストンによって圧力容器内の圧媒を直接加圧し、体積を減少させることで圧力を発生させる仕組みである。 高圧に耐えられる材質としては、SUS304・SUS316Lのステンレス系、ハステロイ系、ガラス器、フッ素樹脂系が挙げられる。SUS304・SUS316Lのステンレス系hあステンレス鋼の中で特に耐食性に優れている合金で、ハステロイ系hあニッケル合金の中で、モリブデンやクロムを添加した特殊なものである。ステンレス系は耐食性、耐圧性があり多くの装置で使用されている。ハステロイ系は特に酸性に対して耐食性があるため、酸性環境下で多く使用されている。
A. 肥料をテーマにした授業だった。肥料は主にN,K,Pが用いられるが他にもFe,Mgなど様々なものがある。肥料はただあげればいいものではなく適切に与えなければならない。例を挙げると豆類は根粒細菌を根にもち、空気中の窒素を液状に変換できるため、Nの肥料を与えてしまうと葉ばかり育ってしまう。窒素肥料はハーバーボッシュ法によって空気中の窒素からアンモニアを生産できるようになったことで大量生産できるようになった。ハーバーボッシュ法では水素と窒素を400℃~600℃,200~1000atmの高温高圧により超臨界状態にすることで反応を進める。 この授業での演題は「プラント記号を憶えよう」で、一つプラント記号を選び調べた。グループ名は「サトウ班」で、班メンバーは佐藤光介、中川一生、佐藤優生、HUYNHVINH KHANH、であった。私は書記として参加した。私たちの班はバルブについて調べた。バルブは気体や液体などの流体の制御に用いられ、バルブをひねることで流すか止めるか制御する。バルブには仕切弁や逆仕切弁など様々な種類があり、プラント記号は色合いや追加記号を用いることで種類を判断する。 復習では授業でのワークショップで調べたバルブのプラント記号について振り返り、プラント記号を書くのに慣れるよう練習を行った。以下は演習での内容である「図８．２のアセチル-DL-アミノ酸の下にある、バルブのプラント記号について調べました。 バルブは液体や気体などの流体が通る系統において設けられる流れの方向、圧力、流量の制御を行う機器の総称です。バルブには仕切弁、逆仕切弁、閉仕切弁など様々な種類があり、バルブの記号の色合い、追加記号等で意味が異なる。」
A.化学プラントとは、石油や天然ガスなどの原料を化学反応により加工・製品化する大型設備のこと。化学プラント配管図面記号とはプラントにおける配管や計装機器の接続を専門的な記号で示す図面のこと。また、工場や発電所などの設計図で使用される図記号であり、特にバルブ記号は配管システム内のバルブの種類や機能を示すために用いられる。 代表的なバルブには、 ・素早く開閉が可能なボールバルブやバタフライバルブ ・逆流を防ぐチェックバルブ ・完全開閉に適したゲートバルブ ・流量の調整が可能なグローブバルブ などがある。操作方法も記号で示されており、手動や電動などの違いが視覚的に分かるようになっている。 さらに、1000気圧といった高圧を生み出す技術として『高圧処理技術』があるが、等方的な静水圧を利用し、食品加工や材料科学などの分野で広く応用されている。静水圧の発生方法には、ピストンで直接加圧する「直接加圧方式」と、増圧機で圧媒を送り込む「間接加圧方式」があり、間接加圧方式は大量処理に適している。また、この技術の中核をなすのが高強度の圧力容器である。圧力容器は1000気圧以上の圧力に耐え、容器内の全体に均一な圧力をかけることができることにより、食品の殺菌や材料の物性変化など、さまざまな高圧処理が効率的で安全に行われている。
A.①講義の再話 グラフィカルアブストラクトとは… 化学論文や学術論文の要点を視覚的に表現して、内容を簡潔に伝えることを目的とした図解である。通常一枚のイラストで構成されて、研究の背景、方法、結果、結論など重要なポイントを効果的にまとめることで読者が論文の内容を素早く理解しやすくなる。 ハーバーバッシュ法について、ハーバーさんとボッシュさんがアンモニアの合成に成功した。 農業の肥料に必要であるためである。 空気からパンを作るとはこのことである。 金属触媒存在下で、水素と窒素を高温、高圧で臨界状態で反応させることでアンモニアを合成する方法。高圧化学、蒸気機関がキーワード。 ②発表について グループ名 おでん メンバー 今山華百 内藤 樹 赤崎 亮太 鈴木純奈 平方 誠二郎 松本碧衣 演題 1000気圧を実現するための 機械の連結を示す図を示した。 実例として、油圧ポンプと，モーターを連結する回転軸を示した。 ③復習について ・ハーバーバッシュ法で生成するアンモニアについて、ひまわりの栽培を行うことで身近に感じた。
A. 農業には肥料が必要であるが、この中にはアンモニアが含まれている。アンモニアを製造するには工業化学を利用する。その製造法であるハーバーボッシュ法が発明されたのは1906年である。製造には200~300atmの高圧、400℃以上の高温、液化しない高密度の気体である超臨界状態の条件が必要である。この高圧高温条件は、その後の工業にも多く必要となる。例えば、電車の前身である蒸気機関車は、石炭を燃料として、16atmの高圧、200℃の高温が必要である。こうして高圧化学は生活のために必須な技術となった。 私たちの班では、設計図の中で部品を表す表示として調整弁を選択した。コントロールバルブ記号とも呼ばれるこれは配管の設計に利用される。複数種類があり、流体の種類や性質により使用する記号が異なる。それぞれが流れの制御を示しており、流体を扱う設計図には必須の記号である。 他にも、サイクロン熱交換器と加熱炉の記号について学習した。サイクロン熱交換器は、旋回流で粒子を分離しつつ、高温ガスと熱を交換して効率的に熱回収する装置である。加熱炉は、燃焼熱でプロセス流体を高温まで加熱する装置である。
A. 1気圧は1013.25hPaである。蒸気機関のボイラーで使用される圧力は16気圧で200℃、ハーバーボッシュ法は100?300気圧で、400?500℃で行う。水素は、かつては水の電気分解から作っていた。現在は、炭化水素を原料として部分酸化するか水蒸気改質法を用いて製造している。 演題は「プラント記号を憶えよう」、グループ名はおでん、共著者は鈴木純奈、松本碧衣、内藤樹、赤嵜亮太、平方誠二郎、私は資料作成を担当した。私たちは機械連結の記号について調べた。直軸連結、ワイヤ連結、絶縁接続など異なる形式を識別し、設計意図を正確に読み取る必要がある。 復習として、ハーバーボッシュ法について述べる。ハーバーボッシュ法とは、大気中の窒素と水素を高温・高圧下で鉄触媒を用いて反応させ、アンモニアを工業的に合成する技術である。1909年にハーバーが発明し、ボッシュにより大規模生産化された。この技術により、世界の食料供給は飛躍的に拡大し、現在では世界人口の約半分がこの肥料と関係しているとされる。一方で、化石燃料依存とCO?排出や肥料流出による環境負荷といった問題も顕著である。持続可能性との両立が今後の課題である。
A.1/講義の再話：当日の授業ではいろいろな内容について話してもらった。まずはNPK肥料についてが、Kは根っこに、Pは花に、Nは木の全体に供給される。Nを製造するにはHaber-Bosch方法を使う。この方法では超臨界状態で実施することができる。そのほかに、日本の伝統的な料理の方法としての「灰汁抜き」について勉強した。野菜での苦みを抜く方法だった。 2/発表の要旨：プラント記号とは、化学プラントや工場の配管や機器を図面に表すときに使われる記号のこと。これらの記号を使うことで、複雑なシステムでも一目で全体の流れや構成が把握しやすくなる。代表的なプラント記号としては、まず「バルブ（弁）」がある。これは流体の流れを調節する機器で、記号は２つの三角形で現れることが多い。また「気圧計（圧力計）」は配管内の圧力を測定する装置で、円形に矢印が入っている記号などが使われる。さらに「仕切弁」は流れを完全に遮断・開放するためのバルブにより記号もちょっと違う。これらの記号は、設計図の共通言語として設計者や技術者の間で広く使われている。 3/復習の内容：NPK肥料は、窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）の三大栄養素を含む肥料で、現代農業に欠かせない存在。特に窒素の安定供給には、Haber-Bosch法の役割が非常に大きい。Haber-Bosch法では、空気中の窒素と水素を高温高圧下で反応させてアンモニアを合成し、それを原料として窒素肥料が作られる。産業規模での窒素生産が可能になったことで、世界中で作物の収量が飛躍的に向上し、人口の急増にも対応できるようになった。個人的には、窒素を「空気から取り出して農業に使う」という発想がすごく面白いと思う。科学の力で人類の食料問題を解決してきた技術のひとつと言える。
A.今回のテーマは高圧化学、アルカリです。アルカリは肥料とかかわりが深いです。古来から肥料には動物の糞や灰が利用されていました。特に灰はアルカリ性であり、炭酸ナトリウムなどが主成分です。同様にアルカリ性で肥料になる物質にアンモニアがあります。アンモニアの合成に使われたのがハーバーボッシュ法です。ハーバーボッシュ法は水素と窒素を反応させますが、反応は高圧下で行う必要があります。それは高圧下で行うと平衡がアンモニア側に偏り、反応が促進されます。簡単に高圧下で行うと述べましたが、実際はそれに耐えうる圧力釜が必要です。ゆえに、実際の現場では大掛かりな装置が利用されています。 今回のワークショップはプラント記号を覚えよう。というテーマです。私たちのグループはp.216図8.2に数多くあるバルブについて調べました。バルブは液体や気体などの流体が流れるパイプに設置され、流れの方向や流量を制御する役割があります。バルブには様々な種類があり、扱う流体の性質や圧力損失を考慮して適切なものが利用されます。例としてゲートバルブとグローブバルブを紹介します。前者は流体を流す、止めることができ、圧力損失に優れているうえ、流体が流れている間弁体が流体に触れない利点があります。後者は流量の調整が可能であり、よく使われますが、構造上流路がまがり、弁体が流体に触れるので圧力損失が大きくなってしまいます。ほかにも、機構を簡略化して経済的に優れているものや、逆流を防ぐものが存在します。 気圧1000を達成するには何が必要なのか考察、調査してみます。高圧下での反応に耐えるためには、耐熱、耐圧性があり、使用する材料に腐食されない反応器をつくる必要がります。調べたところ、容器の装置の程度と内容積によって扱える圧力が決まり、例えば内容積が大きいが簡易なものである場合は扱える圧力は小さくなるそうです。また装置にはヒーターや撹拌機、圧力計がつけられています。
A.アンモニアの製造方法として、ハーバー?ボッシュ法がある。ハーバー?ボッシュ法は鉄を触媒として、窒素と水素を直接反応させてアンモニアを製造する方法で、鉄の釜のなかで高音、高圧にすることで化学反応が向上しアンモニアを製造することができる。肥料の主成分は窒素、リン、カリウムであり、ハーバー?ボッシュ法によって肥料の大量生産が可能になり、農業を大きく発展させた。 これらのプロセスに利用されるプラント記号として、バルブがある。バルブは、発電所、化学プラント、製油所などの産業現場で用いられており、必要な時に流体を流す開閉の役割や流れる量をコントロールし、流量を調整すること、一方向にしか流れないようにする逆流防止、圧力が上がりすぎた時に自動で開く安全確保の役割を持っている。 開閉の役割をするバルブをゲートバルブ、流量の調整を行うバルブをグローブバルブ、逆流防止をするものをチェックバルブなどと呼ぶ。それぞれの化学プラントは流体の流れを操作する重要な装置であり、耐薬品性や制御性など安全で品質が良く、尚且つエネルギー効率が非常に重要である。
A.①講義の再話 肥料について学んだ。植物の育成に必要な元素は炭素、水素、酸素、マグネシウム、硫黄、鉄、カリウム、カルシウム、リンであり、そのうち窒素は葉肥、カリウムは根、リンは花や実に対して効果があるという。 また、窒素は硝酸カリウムにすることで爆薬や火薬として利用されている。 ②発表の趣旨 第2回の授業では、最後にプラント記号についてグループで調べた。化学工場では、バルブやタンクなどを記号に示し統一することで、化学工場関係者同士の共通理解をしていると知った。具体的なプラント記号として、配管、タンク、圧力などがあった。 ③復習の内容 プラント記号について調べを深めた。プラント記号には、国際規定や標準化のルールがある。ISO（国際標準化機構）、JIS（日本工業規格）、ISA（計装自動化学会）に準拠することで、国を超えたプロジェクトでも情報共有が容易になったという。工場での実際の使われ方は、タンクのなかにどれくらいの液体があるかを「レベル計（L）」で表示したり、圧力が高すぎるときに警告が出るように「圧力スイッチ（PS）」を設置したりとして、利用されている。
A.今回の授業では肥料について学びました。肥料に使われる元素としてはN：窒素、P:リン、K:カリウム、C:炭素H:水素O:酸素Mg:マグネシウムS:硫黄Fe:鉄Ca:カルシウムがあるとわかりました。また、ハーバーボッシュ法についても学び、200~300気圧でハーバーボッシュ法をすると分かりました。ハーバーボッシュ法とはアンモニアを作成する方法です。 グループワークではプラント記号を学びました。私たちは、今回バルブのプラント記号を選んだ。バルブは石油化学、ボイラー、熱処理、 冷凍などに用いられる。JIS(日本産業規格)の「バルブ用語」規格によるとバルブとは「流体 を通したり、止めたり、制御したりするために流路を開閉することができる可動機構を持つ 機器の総称」とされている。ここで、流体とは液体と気体の混合物である。 肥料には主に窒素肥料（葉の成長促進）、リン酸肥料（根や花の発育促進）、カリ肥料（全体の健康維持）の3種類があります。化学肥料は速効性が高く、有機肥料は環境に優しく土壌改良効果があります。作物に応じた選択が重要と分かりました。
A.①肥料、ハーバー・ボッシュ法、水素のつくり方などについて学びました。肥料にはおもに窒素、リン、カリウムの三元素があります。窒素は葉肥、リンは花肥、カリウムは根肥に使われています。窒素分子の歴史については、ハーバー・ボッシュ法から始まりました。超臨界状態において高温、高圧の容器で窒素と水素からアンモニアを作り、アンモニアから硝酸を作ることができます。水素は石油から作れています。 ②グループ名は一番前です。チームメンバーは福田徳馬、小笠原大地、黒沢行博、鈴木晴琉です、小林和月、小野翔太です。プラント記号としてガスタービンを取り上げ、図を描いて記号が何を表しているかについて調べてまとめました。ガスタービンは発電機、燃焼器、タービンの3つから構成されており、空気を圧縮し、燃料を燃焼させ、高温高圧のガスでタービンを回す仕組みになっていることが分かりました。航空機エンジンや発電所などで使われていることが分かりました。 ③復習では、超臨界状態について調べました。超臨界状態とは、物質が臨界温度と臨界圧力を超えた時に存在する、液体とも気体とも異なる状態のことです。液体のような溶解力（物質を溶かせる）と、気体のような拡散性（素早く広がる）の両方の性質を持ち合わせ、密度や粘度は圧力や温度によって調整が可能であることが分かりました。臨界温度とは、ある物質が気体から液体に変化できる限界の温度のことで、この温度より高くなると、どれだけ圧力をかけても液体になりません。臨界圧力は、物質がその臨界温度で液体と気体の境界を失うために必要な最小の圧力のことで、この圧力をかけることで、超臨界流体ができます。
A.①米などの農作物には肥料が使用されている。肥料の成分として窒素、リン、カリウムがある。特に窒素では肥料のために生産されており、戦国時代から使用されていた。昔は蚕の糞からアンモニアをとっていたが、現在ではハーバーボッシュ法によってつくられている。高圧・高温にて行われる。カリウムは草を燃やした灰汁から作られていた。 ②プラント記号を憶えよう、グループ名：左前、調査 P230の図8.11で6つ使われている2つの三角と半円のプラント記号について調べた。 調節弁（コントロールバルブ記号）と呼ばれている。制御弁とも呼ばれている。配管の設計に利用するもので、流体の種類、流れの制御を表すものである。 ③1000気圧を生み出す方法には、静水圧を利用した高圧処理技術(HPP）が挙げられる。この技術は食品の殺菌や化学合成などに広く応用されている。HPPを支える技術には高強度の圧力容器がある。この容器はステンレス鋼やチタンなどの耐久性に優れた材料で構成され、内部の高圧に耐えられるよう設計されている。また、高性能ポンプや圧縮装置が用いられ、水を効率的に圧縮する。この技術は非加熱での加工が可能で、食品の風味や栄養価を損なうことなく保存性を高めることができる。HPPは持続可能で環境負荷が少ない技術としても注目されている。
A. 第2回の講義では、高圧化学についてお話をいただいた。その中でも窒素に着目し、その用途や時代に伴う製造法の変遷について学んだ。窒素は農業に欠かせない肥料として活用されており、戦国時代には炭素、鉄、硝酸カリウムKNO?を混合し火薬としても使用されていた。ハーバーボッシュ法は空気中の窒素と水素からアンモニアNH?を合成する最も有名な方法である。この方法は高温高圧な条件を必要とするため、近代では蒸気機関のボイラー（13?16atm、200℃）を利用してアンモニア合成を行っていた。また、ノルマル立米[Nm?]という単位をこの講義で初めて知った。 グループディスカッションでは、「演題：プラント記号を憶えよう（グループ名：あふこ、共著者名：大濱風花・近ありす、役割：発言者）」について議論した。私たちのグループはバルブを表す、２つの三角形が線対称に並んでいるプラント記号を選んだ。バルブとは、液体や気体の配管といった流体が通る系統において設けられ、流れの方向・圧力の制御を行う機器を指す。用途としては、建築設備における冷暖房、給排水、消火設備、配管ラインなどがある。また、ボールバルブ、グローブバルブ、ゲートバルブなどにさらに分割されることが分かった。 講義の発展として、農業における窒素の役割について調べた。窒素はリン酸、カリウムと並んで肥料の3要素に数えられ、作物の生育に最も重要な元素である。作物中ではタンパク質、酵素、ホルモンなどの原料となり、生体反応には欠かせない。つまり、土壌中の窒素が不足すると作物の成長が止まり、子実の品質や収量も低下する。窒素量が不足している土壌で栽培を行う場合、窒素肥料を添加することで作物の成長速度と品質を向上させる効果が期待できると分かった。このような肥料の開発によって、農業はより多くの地域で、より多くの人々が行えるものとなり、私たちの生活は支えられてきたのだと感じた。
A.①水素を製造する方法としてハーバーボッシュ法が挙げられる。具体的にハーバーボッシュ法について、ハーバーボッシュ法の圧力と蒸気す機関の水蒸気の圧力を比較しどちらが大きいかなどハーバーボッシュ法について教科書を用いて調査した。他にもハーバーボッシュ法のにおいて超臨界流体かどうかを調査したり水素の製造法について調査したりし、2通りの製造法を学んだ。 ②ハーバーボッシュ法の化学反応式について調査したり、使用されている化合物に焦点を当てたりし、どのような化合物が使用されているか調査した。また水素の製造法について、化石燃料からの改質法と、水に電気分解を行う電解法の2つに分けられることが調査して分かった。この２つを調査すると、改質法について調べると天然ガスと水蒸気を反応させて水素などを取り出すような水蒸気改質法がある。また、電解法については環境に優しい方法であることが調査から分かった。 ③復習としては、バーバーボッシュ法について化学反応式や、使用物質について学んだ。また、水素の製造法についても学び、これには２つの方法があることがわかった。改質法と電解法があり、後者の方がクリーンな製造法であるということを学んだ。
A.①第二回は、アンモニアの製造方法としてハーバーボッシュ法についての授業だった。ハーバーボッシュ法は窒素と水素を高温高圧下で反応させることでアンモニアを製造する方法のことで、産業革命における蒸気機関の発展にも大きな影響を与えた。ハーバーボッシュ法によって窒素の固定が可能になった。ハーバーボッシュ法の化学反応式を下記に示す。 ３H?+Ｎ?→2NH? アンモニアは気体であり、気体の工業的方法の一例として学習した。また、肥料には窒素、リン、カリウムが含まれているという話もあった。窒素はそのままでは肥料として利用することができないので硝酸ナトリウムなどに加工した状態で肥料として利用している。 ②授業最後の演習では、プラント記号について議論した。班は大濱風花、近ありす、立花小春の三人で、班名はあふこ、役割は発言だった。私たちは砂時計のような形の記号を選んだ。これはバルブの記号であり、バルブとは液体や気体などの流体が通る系統において設けられる、流れの方向圧が流主の制御を行う機器のことである。用途として、建築設備における冷暖房、給排水、消火設備、配管ラインなどがあげられ、ボールバルブ、グローブバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブなど、種類も複数存在する。 ③復習として、1000気圧を実現するために必要なことについて考えた。1000気圧は非常に高圧であり、簡易的な容器などを用いて実現することは難しい。しかし、容器の材料を高強度合金鋼やニッケル基超合金などの1000気圧に耐えうるものを使用したり、体積を小さくして高圧状態になりやすいようにする工夫をすれば実現することができると考えられる。
A. 窒素は肥料や火薬などにおいて重要なものであり、近代になるにしたがって窒素の必要量は多くなっていった。昔はこの必要なものを蚕の糞であったり、芝であったりから得ていたが、人口の増加とともに足りなくなり、ハーバ・ボッシュ法によって大量生産するようになった。この手法には高温高圧が必要となり、その際に必要とされ開発されたものは現代でも石油化学などの技術として役に立っている。 「演題：プラント記号を憶えよう」「グループ名：サトウ班」「共著者名：HUYNHVINH KHANG、佐藤 優生、佐藤 光介」「役割：案だし」。プラント記号には様々な種類のものがあるがこの発表ではバルブについて調べた。バルブは液体や気体の流量を調製するための通路を開閉する機構を持つ機器のことである。またバルブのプラント記号にも複数種類あり、黒く塗りつぶされた閉仕切弁、上部に矢印のついた逆仕切弁などがあり、記号を見ることによって種類を見分けることができる。 ハーバ・ボッシュ法には高温高圧に耐える容器が必要である。このような高温高圧に耐える容器は食品のレトルト釜などで用いられており食品の殺菌処理などに役に立っている。
A.肥料に含まれている重要な化学物質である窒素がどんな作用をもたらしているのか、また、肥料の大量生産を可能にするための窒素の生成法として代表的な、高温高圧で窒素と水素を反応させてアンモニアを生成するハーバー・ボッシュ法とは何なのかについて学ぶ。ハーバー・ボッシュ法に代表される高圧化学は、アンモニア合成を通じて肥料生産を可能にし、世界の食料供給を支えている。酸・アルカリ工業では硫酸や苛性ソーダなどの基礎薬品が肥料や洗剤等に利用されており、日本産業規格JIS Kにより品質・安全が保証されている。 発表では、最新工業化学の216ページに記載されているの中から、バルブ記号を選び、それがJISではどのように定められているのかについて調べた。(グループ名：りかちゃむ 共同発表者 榎本理沙 川端萌菜 羽生胡桃 遠藤由里香 白坂茉莉香 ）JIS（日本産業規格）のバルブ用語規格によると流体（＝液体＋気体）を通したり止めたり制御したりするために流路を開閉することができる可動機構を持つ機器の総称とされていることが分かった。 講義で調べたハーバーハーバー・ボッシュ法の利点と欠点について、復習としてより詳しく調べた。ハーバー・ボッシュ法の利点は、大気中の窒素を人工的に固定し、アンモニアとして大量生産できる点だ。これにより化学肥料が普及し、食料生産が飛躍的に向上した。一方欠点として、高温・高圧が必要なためエネルギー消費が大きく、化石燃料依存や二酸化炭素排出が問題となり環境への負荷が高いため、近年は持続可能な代替法の研究も進められていることが分かった。
A.グラフィカルアブストラクトとは論文等の要点を視覚的に表現して簡潔に内容を簡単に伝えることを目的とした図解である。発表に用いることで聴衆の理解が深まる。また、コメ作りは種もみと芽だしの温度が重要である。窒素の歴史的な使用例として黒色火薬が挙げられ、元寇のときに使われ始めた。また水素の製造方法として水蒸気改良法と部分酸化法が主流であり、他には石炭ガス化法、水の電気分解といった製造法がある。 ワークショップでは、に使われるプラント記号を選び、グループ名はバルブで共著者名は、笹原里音、前田悠斗、畑中勝浩、鈴木佑涼で、自分の役割として発表者であった。私たちの班はバルブについて取り上げた。バルブの記号は向かい合った２つの三角形のような形をしていた。バルブの役割として配管内を通る流体の方向・圧力・流量を制御する機器であることが分かった。 復習として、１０００気圧の圧力を生み出す方法について調べた。その方法は静水圧を発生させる方法である。静水圧とは、水が物体や自身に及ぼす圧力のことであり、高圧処理に活用される。これを支える技術には、直接加圧方式と間接加圧方式があり、直接加圧方式はピストンで圧媒を押し込み容器内の体積を減らして圧力を発生させる。一方、間接加圧方式は増圧機で圧媒を容器に送り込み、体積を一定に保ちながら加圧する方法である。
A.１．お米の生育のノウハウとして、まず種もみや芽出しという手順がある。しかし、これには温度を上げすぎない（２５℃以下）にコントロールする必要があり、井戸水を引っ張るためにボーリングによって水を引く必要がある。また、生育には水や温度の他に肥料も重要になってくる。その中でも特に重要なのが窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）である。さらにこの中でも大事なのが窒素の働きである。そこから派生し、現在では、アンモニアの製造法として、ハーバーボッシュ法がある。 ２．我々のグループでは、グループ名を一番前とし、プラント記号についてディスカッションした。私たちのグループでは、プラント記号のエンジンについて取り上げた。これらプラント記号は、発電機、燃焼器、ガスタービンの３種類が連結した形をしており、それぞれJIS規格によって定められた形によって描かれている。 ３．アンモニアを生産する方法の主流なものであるハーバーボッシュ法について考察していく。ハーバーボッシュ法では、窒素と水素を超臨界状態で反応させるため、非常に高い温度と圧力を要する。したがって、ヒトはもちろん、プラントにおける配管や窯など非常に負荷がかかるため、自己が起きぬよう点検はもちろん予測が大事だと考えた。
A.①歴史的な窒素の肥料は黒色の火薬である。C、Fe、K、NO3である。中国からの蚕の糞が肥料となった。肥料の主成分であるカリウムの生成方法は灰汁からとる。灰の成分は炭酸カリウムである。また、肥の作り方はわらや牛の糞から入手する。 ハーバーボッシュ法について。蒸気窯で生成する。200?300atm、20?30Mpaである。蒸気機関車の圧力は13?16atm、1.3?1.6Mpa、200℃である。 アンモニアは石油から作られる。水素は最も重要な基礎原料である。 ②発表では、視線(＝)について調査した。これは、機械連結を示す。実例としては、油圧ポンプとモーターを連結する回転軸に用いられる。 ③復習ではプラント記号について調査した。プラント記号とは化学プラントや工業プラントの設計図面で使用される。機器や配管、制御システムなどを表す特殊な記号のことである。主に2つの図面で使用される。プロセスフローシートと配管計装図である。プラント記号を用いることで設計、建設、運転、保守の各段階で重要な役割を担っている。
A.講義の再話は肥料には窒素、リン、カリウムが主に使われており、また黒色火薬にはC、Fe、K、NO?などが含まれている。それらに使うためのアンモニアを産生するための方法としてハーバーボッシュ法がある。ハーバーボッシュ法とは空気中の窒素と水素を高温・高圧下で鉄触媒を用いて反応させアンモニアを合成する工業的な製法であり、この反応は可逆的なためルシャトリエの原理に基づき高圧にすることで効率よくアンモニアを生成する。これによりアンモニアの大量生産が可能となった。 私たちの発表ではバルブの記号についての調査を行った。バルブは向かい合わせの三角形の形で表され、中を黒く塗りつぶすと閉仕切弁、矢印を付けたすと逆仕切弁、そのままで普通の仕切弁となることが明らかになり、それらを発表とした。 この講義の復習としてハーバーボッシュ法の代わりに近年使われている窒素合成法について気になったので調査した。ハーバー・ボッシュ法の代替として常温常圧という温和な条件でアンモニアを合成する技術が研究されている。特にモリブデン錯体などの新しい触媒を用いることで、空気中の窒素ガスと水から直接アンモニアを合成する手法が開発されている。これは高温・高圧が不要なため、消費エネルギーの削減と二酸化炭素排出抑制に貢献すると期待されていることが明らかとなった。
A.米作りでは種もみや芽出しの温度管理が重要で、肥料は窒素・リン・カリウムの混合が使われる。窒素は葉、リンは花や実、カリウムは根に効果がある。豆類は根粒菌による窒素固定で肥料不要。昔はわらや牛ふんなどを発酵させた「肥」が使われた。アンモニアはハーバー・ボッシュ法で空気中の窒素から製造され、化学式は3H?＋N?→2NH?。水素は主に天然ガス・ナフサの改質法で製造され、水の電気分解は現在あまり使われていない。 私たちは、今回バルブのプラント記号を選んだ。バルブは石油化学、ボイラー、熱処理、冷凍などに用いられる。JIS(日本産業規格)の「バルブ用語」規格によるとバルブとは「流体を通したり、止めたり、制御したりするために流路を開閉することができる可動機構を持つ機器の総称」とされている。ここで、流体とは液体と気体の混合物である。 肥料は植物の成長を助けるために土壌に施すもので、窒素・リン・カリウムの三大栄養素を含む。化学肥料は即効性があるが環境負荷の懸念があり、有機肥料は土壌改良に優れるが効果が緩やか。近年はバイオ肥料なども注目されている。適切な施肥は作物の品質向上と環境保全に重要で、持続可能な農業には肥料の理解と管理が不可欠である。
A.①今回の講義では、1000気圧という極めて高い圧力が、いかにして現代社会の食料供給を支える肥料生産に不可欠であるかを深く掘り下げました。特に中心となったのは、空気中の窒素と水素を高圧・高温下で反応させ、アンモニアを合成する画期的な技術であるハーバー・ボッシュ法です。この技術が確立される以前は、食料増産には限界がありましたが、その登場により世界的な食料生産量が飛躍的に増加し、爆発的な人口増加を支える基盤となりました。さらに、複雑な化学プロセスを効率的に設計・理解するために用いられるプラント記号の重要性や、初期の化学工業において動力源として高圧技術の発展にも寄与した蒸気機関の役割についても学びました。 ②今回の講義では、ハーバー・ボッシュ法によるアンモニア合成といった1000気圧下での高圧化学プロセスを理解する上で不可欠なプラント記号の重要性が強調されました。これらの標準化された記号は、複雑な化学プラントの設計図において、反応器、ポンプ、バルブなどの機器配置や配管の流れを明確に示し、効率的なプロセス構築に貢献します。肥料生産を支える酸・アルカリ工業の施設設計においても、プラント記号は技術者間の共通言語として機能し、安全かつ効率的な運用を実現するために極めて重要な役割を果たします。また、産業革命期に動力源として化学工業の発展を支えた蒸気機関のような設備も、プラント記号によって表現されます。 ③今回の講義で復習すべき主要な点は、まずハーバー・ボッシュ法が1000気圧という高圧を利用してアンモニアを合成し、いかにして肥料生産と食料供給に革命をもたらしたかを深く理解することです。次に、化学プラントの設計図で用いられるプラント記号の基本的な種類と、それらが複雑なプロセスをいかに簡潔に表現しているかを把握します。さらに、産業革命期において蒸気機関が化学工業の動力源として果たした役割と、その後の高圧技術の発展への影響を再確認することが重要です。最後に、酸・アルカリ工業が化学肥料生産の基盤であり、水資源の有効活用や環境問題と密接に関わっているという全体像を整理しておく必要があります。
A. 前回の反省として、グループ討論の発表の際に文章のみで説明していたことがあげられた。これを改善するには、グラフィカルアブストラクトを使用することが望ましい。グラフィカルアブストラクトとは、論文の要点を視覚的にまとめ、一目で内容を効果的に伝えることができる方法である。討論の内容を説明・提出する際には、これを使用すると相手に伝わりやすくなる。 第2回の授業のテーマは「肥料」であった。肥料としても使用されていたカリウムは火薬としても使用されており、織田信長はこれを利用して鉄砲に使用した。また、アンモニアも肥料として利用される。アンモニアは鉄触媒で窒素と水素を直接反応させて製造するが、この方法のことを「ハーバーボッシュ法」という。ハーバーボッシュ法では、200℃、16atm条件下で超臨界状態の窒素と水素を反応させてアンモニアを製造する。 グループ討論では、プラント記号について調査した。私たちのグループではバルブの記号を取り上げた。
A.①肥料を中心に学習した。肥料にはN,P,Kが多く含まれていることが分かった。N(窒素)の例として豆が出された。豆には根粒細菌がおり、空気中の窒素を固定してくれるものであり、水溶性に変えてくれる。これにより、植物の根から効率よく吸収され、成長やタンパク質合成に役立つ。また、火薬についても解説された。火薬にはC,Fe,K,NO3が使われており、この窒素にはこえが使われていた。こえは山の草木を発酵させたものである。 ②グループワークではプラント記号について調べた。私たちの班はバルブについて学びました。バルブはJIS(日本産業規格)の「バルブ用語」規格によるとバルブとは、「流体を通したり、止めたり、制御したりするために、流路は閉開することができる可動機構をもつ機器の総称」とされている。流体は液体と気体が混ざったものである。 ③バルブについての長所と短所について調べた。長所は物体の流れる量を調整すること、流体をしっかりと止める性能が高いという点ある。短所は急な悪閉めができない、流体が通り抜ける道がまっすぐではなく、流れの勢いが弱ってしまうので流体を排出したい時には不向きという点である。私は、バルブは便利なだけのものだと感じていたが不向きなこともあり、その用途、条件に合った使い方をすることが大切だと考えた。
A.１．ハーバーボッシュ法について学んだ。400~600℃、高圧200~1000気圧の超臨界状態、酸化鉄や酸化アルミニウムなどの金属触媒存在下で水素と窒素を反応させ、アンモニアを大量につくる。ここでつくられたアンモニアは、硝酸や窒素肥料に加工される。生産された硝酸は、繊維や染料の製造に使用される。ここで使用される水素は、石油（ナフサ）や天然ガスの水蒸気改質法によって製造されている。また、石炭や重質油の部分酸化法による製造もおこなわれている。これらの方法はコストを抑えて水素を製造できる方法として、最もメジャーなものである。 ２．演題：プラント記号 共著者：山?紀々香、山根寿々、永井日奈、金子乃々楓 自身の役割：調査 プラント記号について調査した。プラント記号とは、工場や発電所、化学設備などの設計図や配管図で使用される記号のことである。 ３．最新工業化学p.83の図4.11に記載された熱交換器のプラント記号について調査した。熱交換器は暖かい空気から冷たい空気へと熱を移動させる役割をもち、空気だけでなく水などの流体に対応している。対象の流体や設置する環境、サイズに応じて適切な種類の熱交換器が使われていることがわかった。プラント記号はわかりやすく、簡潔に設備を示す重要な文字だと考えられる。
A.肥料は多種多様な元素が必要である。特に、N(葉)、K(全体)、P(根、果実)の生育を促進する。マメ科は、根に根粒菌がいる。マメ科に肥料を与えると、葉だけ成長し、実がならない。Nのスタートは黒色火薬(C,Fe,KNO?)が用いられた。火薬はNH?→HNO?に灰汁からKCO?からKを取り出した。肥は昔、山の芝を発酵させて作った。また、売れ残った魚を肥料にして作った。人口が増えたためハーバー・ボッシュ法を発明してアンモニアを作った。当時、200~300気圧、今の20MPa~30MPaである。SLの蒸気機関は200℃で16atmである。圧力と温度はセットで考える。ハーバー・ボッシュ法は超臨界状態で、超臨界状態は密度が上がり反応しやすくなるため超臨界状態にして行う。原料の水素は、水の電気分解、石炭ガス化法、天然ガス・ナフサの水蒸気改質法である。今は、石油から作るのがメインになっている。Nm?はノルマル立米(リューベー)という。個体はkg,t、液体はL,m?、気体はm?(気体は圧をかけると体積が小さくなるため条件を指定したのがNm?である。)を使う。化学系の事故で多いのは薬品などが漏れること。 僕たちの班は、シンガスクーラーを選んだ。この設備は、ガス化炉の熱を利用して、蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる設備である。これは、石炭ガス化複合発電に利用されている。 1000気圧にするには、密閉にして加熱することであると考えた。体積が一定であると、温度が上昇すると、圧力は上昇する。この方法を用いれば、1000気圧まで上昇させることができる。ただし、PV=nRTを用いて温度を計算する。P=1000気圧=1.013×10?Pa V=1m? ｎ=28.966 R=8.314Pa・m?/(mol・K)として計算すると温度は420640K=420366℃まで上げる必要であることがわかった。
A.①今回の授業では、酸アルカリ工業と水資源について学んだ。はじめに、肥料について学んだ。肥料は、C、H、O、N、Mg、S、Fr、Ca、Pなどが挙げられる。また火薬や蚕について学んだ。続いて空気中にある窒素を固定する方法として、ハーバーボッシュ法について学んだ。ハーバーボッシュ法は、教科書P 14より超臨界状態によって行われる化学反応であることを学んだ。超臨界状態である理由は、Nとエヌの3重結合を切り離すためのエネルギーで必要だからである。 ②私たちは、p216図8.2にのっている三角形が二つ繋がったような形のプラント記号について調べました。これは、バルブを表す記号です。バルブとは、VIS（日本産業規格）の「バルブ用語」規格によると、「流体を通して、止めたり、制御したりするために、流路を開閉することができる可動機構をもつ機器の総称」とされています。身近なものでは、水道の蛇口やガスコンロのつまみもバルブの一種です。バルブと聞くと工業的で一見私たちの身の回りには関係のないもののように感じますが、私たちの生活はバルブに支えらえていることがわかりました。 ③今回の授業では、主に高圧化学について学んだ。高圧化学とは200から300気圧、20から30メガパスカルで行われるものである。また比較としてSL機関車について学んだ。SLは13から16気圧1.3から1.6メガパスカルで反応が進む。高圧化学は主に窒素のために使われた。窒素は、肥料や火薬など、様々な用途として使われ、窒素源を争って戦いが行われた。
A. 主な肥料の原料として、Ｎ、Ｋ、Ｐが挙げられる。肥料として使われる窒素を固定するにはハーバーボッシュ法がある。アンモニアを生成することによって、窒素を含んだ硝酸の合成が進んだ。この合成は400?600度で、200?350気圧の超臨界流体状態で起こる。高密度となり、分子同士が密着することができるためと分かった。SLのボイラーは200度で16気圧であるため、比べると大きいことがわかる。水素の生成方法として、水分解が行われる。 グループワークではプラント記号について調べた。バルブを取り上げた。これは石油化学プラントでは流体の種類、流れの制御を明確にし、効率的な運用をし、漏洩や流失が起こらないように安全性を向上することに利用されている。 プラント記号は配管を使う機械、設備の構成要素や位置関係に役立っている。危険な物質が流失しないようにするために、記号の意味を知り、配管図を読めるようになることが大事だと分かった。
A. ① 今回は、肥料の化学について考える。肥料には、水素、炭素、マグネシウム、硫黄、鉄など様々なイオンを含むものが存在しているが、窒素、リンカリウムが混合されたものが現代では一般的である。空気中の窒素を固定化する方法として、ハーバーボッシュ法がよく知られているが、ハーバーボッシュ法で窒素と水素を合成するには、高温高圧化で反応させる必要がある。高温高圧環境を作り出す際には、蒸気機関を用いて、高温の蒸気を圧縮させることが活用されている。 ② グループでは、プラント記号であらわされた工場にあるプラント記号が何を表しているかについて、議論を行った。塔に四角形の中に×が書かれた記号が三つついた建物は、シンガスクーラーであり、ガス炉で発生した石炭ガスを熱を用いて蒸気タービンをくくどうさせるための蒸気を発生させる装置であることはわかったが、ついていた三つの記号それぞれの意味は見つからなかった。 ③ プラント記号の復習として、二つの三角形が向かい合っている形をしたゲートバルブの記号の書き取り練習を行った。また、ゲートバルブはバルブの一種であり、完全にパイプライン内の溶液を遮断することができるバルブであること。バルブのプラント記号は多くが8の字型の記号になっていることを知った。
A.窒素が化学工学的に利用された歴史は戦国時代にさかのぼる。この時は火薬を作るのに窒素が必要で、柴を刈って発酵させたり、鮮度が落ちた魚や肥を土に埋めて作った硝酸が利用されていた。当時はそれで窒素が足りたが、人口が増加して資源を確保するためにハーバーボッシュ法が生まれた。これは温度500℃以上、圧力は300～500atm、鉄を主体とした触媒のある条件下で気体のアンモニアから液体のアンモニアを作って窒素肥料を作った方法である。 演習ではハーバーボッシュ法において超臨界流体状態で反応を進行させることのできる丈夫な装置の反応釜についてを調べるものだった。株式会社M＆Eの小型のレトルト釜を取り上げた。温度範囲は70℃から125℃、気圧は30kPaから100kPaだった。公式のホームページに仕組みが書かれていなかったため推測だが、ハーバー・ボッシュ法のように温度を上げる程圧力があがるボイル・シャルルの法則を用いているのではないかと考えた。 教科書のプロセスフローシートから1つプラント記号を選んで調べるという演習があった。テキスト最新工業化学p83の図4.11石炭ガス化パイロットプラントのフローダイヤグラムから２つの三角形の角同士を合わせた線対称かつ点対象のプラント記号について調べた。これはバルブの特に仕切り弁を示す記号で、三角形が白いものを常時開、三角形が黒いものを常時閉と表しており、通路を開閉させることで液体や気体の量や流れる方向、圧力などを調節していることがわかった。
A.①第2回講義では肥料やハーバーボッシュ法について学んだ。かつて肥料は藁、牛糞や灰汁などの天然由来のものが使われていたが、ハーバーボッシュ法により高温高圧下で窒素と水素からアンモニアを合成し、化学肥料が普及することとなった。また、そら豆の根には根粒細菌が共生し窒素固定を行うことにより肥料が不要となっている。 ②グループワークではプラント記号について議論・調査を行った。私たちの班ではバルブについて調査した。バルブとは流体の流れを制御、遮断、調整する装置である。主に発電所、化学プラント、製油所などの産業現場で用いられ、流量の調整や逆流の防止、また圧力が上がり過ぎた時に自動で開くなどの安全確保の役割も持っている。 ③復習では根粒細菌が窒素固定を行う原理について調べた。根粒細菌はリゾビウムと呼ばれ、こぶ状の構造を形成している。窒素固定は根粒内の嫌気的な環境で最近の持つニトロゲナーゼと呼ばれる窒素固定酵素によって行われる。固定された窒素をそら豆がタンパク質合成などに利用し、植物は最近に糖などの栄養を与えることによって共生していることが分かった。
A. 最初は肥料について学んだ。肥料は窒素、リン、カリウムが含まれている。窒素は歴史的には火薬に使われていた。カリウムは灰汁から得られ、灰汁は草花を燃やして灰にすることで得られる。窒素はそのままでは肥料として使えないため、アンモニウム塩や硝酸塩に変換する必要があった。のちにハーバーボッシュ法が生み出され、窒素と水素から直接アンモニアを作り出すことができるようになった。しかし、これには高温(400-600度)、高圧(200-1000atm)の超臨界状態で反応させることが必要であった。 グループで議論した演題は、プラント記号を憶えようで、グループ名はあふこで、メンバーは近ありす、立花小春、大濱風花であった。自分の役割は、書記であった。私たちのグループはバルブのプラント記号を選んだ。バルブは液体や気体の配管など、流体が通る系統において設けられる流れの方向・圧力・流量の制御を行う機器である。種類としては、ボールバルブ、グローブバルブ、ゲートバルブ、バタフライバルブなどがあることを調べた。 ガス精製設備の水洗塔や吸収塔にあるリボンのようなプラント記号について調べた。これはバルブの記号である。これは設計図面でバルブの種類や機能を示すために使用され、国際規格に基づいた統一された表記がされている。バルブは液体や気体の配管など流体が通る系統において設けられる流れの方向、圧力、流量の制御を行う機器で、配管システムの中で重要な役割を担う。用途としては建築設備における冷暖房や配管ラインなど、幅広く使用されている。種類は多くあり、それぞれ独特の構造と用途をもつ。 バルブ記号を活用することで、作業効率の向上やコスト削減、システムの信頼性向上などの多くのメリットがある。
A.①テーマは肥料についてである。昔は山から芝を刈ってきて発酵させて肥料にしていたのではげ山があったという。また、千利休はもともと魚屋で売れ残った魚を農家に肥料として売っていた。肥料に含まれる窒素は高温高圧でハーバーボッシュ法によってつくられている。水素については以前は水の電気分解によってつくられていたが、今は天然ガス、ナフサの水蒸気改質法が主流となっている。 ②プラント記号の発表では、シンガスクーラーを選んだ、グループ名は未定で、グループのメンバーは私を含めて山口竜樹、久保明裕、宮入丈であり、私の役割は調査であった。シンガスクーラーはガス化炉で発生した石炭ガスの熱を利用して、蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させる設備であると調べられた。 ③065【平常演習】「②プラント記号を憶えよう」に取り組んだ内容を次に示す。矢印が向かい合ったようなプラント記号を調べてみた。これは化学工学で習う、バルブである。バルブは、流体を通したり、止めたり、制御をするときに使う機器である。私たちの身の回りでは、蛇口やガス栓などに使われていて、他にも工場でも使われている。また、バルブには多くの種類があるので用途によって使い分ける必要がある。
A.① ハーバー・ボッシュ法の高温高圧条件と蒸気機関の水蒸気圧を比較し超臨界流体性を検証した授業を学び、② 水素製造法として電解法とシフト反応+分離法の二系統をまとめて発表し、③反応式と最適温度・ 圧力条件の定義を復習しまし た。
A.① 産業革命から始まった工業化と、それに続く化学工業の発展について学んだ。18世紀後半、ワットによって改良された蒸気機関が登場し、それが化学反応を大規模に扱う工業の基盤となった。こうした背景のもとで20世紀初頭に確立されたのが、ハーバー・ボッシュ法である。 この技術は、水素と窒素を高温（400～600℃）・高圧（200～1000気圧）の条件下、酸化鉄や酸化アルミニウムといった金属触媒の存在下で反応させ、アンモニアを大量に合成するものである。得られたアンモニアは、窒素肥料や硝酸の原料として利用され、硝酸はさらに繊維・染料の製造にも活用されている。反応に使用する水素は、主に天然ガスやナフサの水蒸気改質によって安価に製造されており、現在でも最も一般的な方法となっている。一方で、水の電気分解による再生可能な水素の利用も注目されており、環境対応型技術として発展が期待されている。 ② 工業化学プラントで使われるプラント記号とその意味について調査を行った。特に、教科書に掲載されていた熱交換器やバルブの記号に注目し、装置の構造や役割について理解を深めた。 例えば、熱交換器は異なる温度の流体間で熱をやり取りする装置で、空気や水などを効率よく冷却・加熱するために利用されている。また、バルブは流体の流れを制御する装置であり、種類によって用途が異なる。ゲートバルブは流体の開閉に適し、圧力損失が少ない。一方、グローブバルブは流量の調整が可能だが、構造上の理由で圧力損失が大きくなることがわかった。これらの装置は、扱う流体の性質や運転条件に応じて使い分けられている。 ③ ハーバー・ボッシュ法のような高圧化学反応を実際に行うには、反応条件だけでなく、装置の安全性と耐久性も重要な要素となる。高温・高圧の条件に耐えるため、反応容器には耐熱性・耐圧性・耐腐食性が求められる。また、装置の大きさや構造によっても耐えられる圧力が異なり、内容積が大きくても構造が簡素な場合は、逆に圧力に弱くなることもある。現場では容器に圧力計・ヒーター・撹拌機などが付属しており、反応の状態を常に監視・調整できるように設計されている。こうした工業的な視点から化学反応を捉えることで、実験室とは異なる「化学のスケール」と「応用の広がり」が見えてきた。工業化学は単なる反応式の理解にとどまらず、エネルギー、環境、安全性といった多くの要素と密接につながっていることを改めて実感した。
A.?米づくりでは芽出しが重要で、発芽時の温度管理が欠かせません。特に25℃以下に保つために井戸水を鉄パイプで引き、温度をコントロールします。植物の生育に必要な元素にはC、H、O、N、K、Pなどがあり、肥料としては窒素、リン、カリウムが基本です。豆類は根に根粒細菌をもち、空気中の窒素を固定できますが、肥料を与えすぎると葉ばかり育ち、実がなりにくくなります。そんな肥料にも使われる窒素はかつて火薬にも使われました。戦国?室町時代には、肥料として藁や牛糞、魚の売れ残りなどを使って発酵肥を作っていました。現代では空中の窒素からアンモニアを作るハーバーボッシュ法が利用されており、そのために石油から水素を取り出します。高温高圧下での化学反応には、蒸気機関車の窯のような高加圧容器が用いられ、超臨界状態が得られることもあります。 ?「プラント記号について」 無機工業 山中麻央(発案)、藤森隼也、宮内大樹、中澤祐人 向かい合わせの三角形で表されるプラント記号について調べた。この記号はバルブ記号であり、仕切弁や閉仕切弁、逆仕切弁などのさまざまな種類があった。これらは工業において流体制御システムや配管設計を表す非常に重要な記号であることが分かった。 ?図8.2のアセチル-DL-アミノ酸の下にある三角形が向かい合った形をしているプラント記号について調べた。これは流体制御システムや配管設計などで使用されるバルブという記号である。主に配管などの内部を通す気体や水、油などが通る空間の開閉ができる。図8.2にある三角形が向かい合っているバルブの記号はゲートバルブ(仕切弁)と言い流量を調節できることを意味している。ゲートバルブは流路がまっすぐで圧力の損失が少ないため、流れをしっかりと止める場合に向いている。バルブは各都市の水道とガス事業の発展及び紡績工業の発達によって需要が増大し、それに伴ってバルブ工場も増加していった。
A. 1000気圧が生み出す肥料と食料について学びました。昔の蒸気機関は石炭を燃やして動かしていました。そこから今までの化学反応に「加圧する」という単位操作が加わり、体積と圧力の関係なども知ることができました。 グループワークではプランクトン記号を知るために議論しました。私たちのグループではcos転換器について学びました。 cos転換器とは主に石炭ガス化複合発電(IGCC)のプロセスにおいてCOとH2Oを反応させ、より高効率な燃料ガスであるCO2とH2に変換する装置のことだと学びました。 また。1000気圧を生み出す方法については密閉して加熱することが挙げられました。 またパスカルの原理を用いた二つの圧力差を利用するものもあり、 どちらも容器に強い力がかかるため厚い鋼板などを使用した容器などが必要となります。 今回の講義を通して、1000気圧を生み出す方法を昔の蒸気機関車から発展していったのだと知ることができました。プランクトン記号は私の生活の中で考える機会がなかったため、今回の講義で知ることができてよかったです。
A.工業化学の発展には、蒸気機関の登場が大きな影響を与えた。18世紀後半、ジェームズ・ワットによって改良された蒸気機関は、化学工場の動力源となり、大量生産体制を可能にした。これにより、化学反応を工業的に扱う技術が急速に発展した。20世紀初頭に確立されたハーバー・ボッシュ法は、窒素と水素からアンモニアを合成する画期的な技術であり、現在でも肥料や爆薬の原料として用いられている。この反応には高温高圧が必要で、工業装置の耐久性や安全性が求められた。また、物質が臨界点を超えると、液体と気体の区別がなくなる「超臨界状態」になる。この状態は溶媒として特殊な性質を示し、抽出や分離、反応制御などに利用されている。環境に優しい技術として、超臨界二酸化炭素が注目されている。水素は、現在では再生可能エネルギー源としての期待も高い。主な製造法には、水の電気分解と天然ガスの改質がある。前者は電力を使って水を分解する方法で、再生可能エネルギーと組み合わせることで脱炭素に貢献する。一方、後者はメタンに水蒸気を加えて水素を得るが、CO?が副生成物となる。これらの技術はすべて、工業化学の基盤を支え、環境やエネルギー問題と密接に関わっている。
A.
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第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
