令和4年度 問31

図の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回通過反応率は0.30とする。原料（N₂とH₂の1：3混合ガス）100 kmol/sにイナートガス（Ar、CH₄）が1 kmol/s同伴される。このためパージ操作が必要である。このプロセス中の流量x₁、x₂、x₃、x₄［kmol/s］を下のプロセス図中のようにする。パージガスとリサイクルガスの組成は同じである。ここで、反応器の1回通過反応率が0.30なので、
　（100+x₁）（1-0.30）＝x₃＋x₁
である。パージガスとリサイクルガスの流量比率P：R＝1：50のとき、リサイクルガスの流量R（＝x₁＋x₂）は以下のどれに近いか。

1. 150 kmol/s
2. 180 kmol/s
3. 210 kmol/s
4. 250 kmol/s
5. 270 kmol/s

解答解説

正答は5番です。

パージ比率R：P=50：1のため、(x₁+x₂)＝50(x₃＋1)です。分離器から出てくるガスを50：1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50倍の50 kmol s^-1となります。つまり(x₁+50)＝50(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、219 kmol s^-1となります。

よって、リサイクルガス流量R＝x₁+x₂＝219＋50＝269 kmol s^-1、最も近い値は270 kmol s^-1です。