平成30年度 問33

アンモニアプロセスは反応式がN₂+3H₂→2NH₃であり、反応器の1回通過反応率が0.30である。原料（N₂とH₂の1：3混合ガス）100 kmol s^-1にイナートガス（Ar、CH₄）が1 kmol s^-1同伴される。このためページ操作が必要である。このプロセスの流量x₁、x₂、x₃、x₄［kmol s^-1］を下のプロセス図中のようにすると、反応器の1回通過反応率が0.30なので、(100+x₁)(1-0.30)＝x₁+x₃が成り立つ。パージ比率R：P=40：1としたとき、リサイクルガス流量R（=x₁+x₂）に最も近い値はどれか。

1. 100 kmol s^-1
2. 150 kmol s^-1
3. 180 kmol s^-1
4. 260 kmol s^-1
5. 340 kmol s^-1

解答解説

正答は4番です。

パージ比率R：P=40：1のため、(x₁+x₂)＝40(x₃＋1)です。分離器から出てくるガスを40：1で分配しているだけであり、リサイクルガスRとパージガスPの組成は同じです。そのため、パージガス中のイナートガスの組成1 kmol s^-1に対し、リサイクルガス中のイナートガスの組成x₂は40倍の40 kmol s^-1となります。つまり(x₁+40)＝40(x₃＋1)で表せます。

上式および問題文に挙げられた(100+x₁)(1-0.30)＝x₁+x₃を用いてx₁を求めると、215 kmol s^-1となります。

よって、リサイクルガス流量R＝x₁+x₂＝215＋40＝255 kmol s^-1、最も近い値は260 kmol s^-1です。