蒸留
気液平衡・相対揮発度計算
2種類の液体を混ぜて加熱すると、沸点が低い(蒸発しやすい)成分ほど蒸気側に多く出てきます。
この「蒸発しやすさの差」を表す指標が相対揮発度で、値が大きいほど蒸留で分離しやすいことを意味します。
このツールは、各成分の蒸気圧から相対揮発度を計算し、液の組成に対して蒸気がどんな組成になるか(気液平衡関係)も求めます。
気液平衡と相対揮発度の使い方と考え方
各成分のアントワン定数(またはアントワン式で求めた蒸気圧)を入力します。
α = Psat,1 / Psat,2
y = α・x / (1+(α-1)・x) (理想溶液・ラウールの法則)
考え方は、「蒸発しやすい成分ほど、同じ液組成でも蒸気側に多く出てくる」という差を相対揮発度という1つの数値で表し、その値の大小で蒸留による分離のしやすさを判断する、というものです。
気液平衡（VLE）計算ツールの概要
本ツールは、蒸留塔の設計・分離プロセスの評価・化学工学の解析において基礎となる「2成分系の気液平衡（VLE：Vapor-Liquid Equilibrium）」を自動計算するツールです。
低沸点成分（軽質分）および高沸点成分（重質分）のアントワン定数（A, B, C）と操作圧力（または温度）を指定することで、液相モル分率（x）に対する気相モル分率（y）、平衡温度（沸点）、相対揮発度（α）を即座に算出・視認できます。
気液平衡の計算メカニズムと基礎論理
理想溶液の気液平衡関係は、ラウールの法則（Raoult’s Law）とダルトンの法則（Dalton’s Law）を組み合わせることで定式化されます。
基本となる計算の流れは以下の関係に基づきます。
1. 成分ごとの飽和蒸気圧の算出
アントワンの式等を用いて、任意の温度（T）における成分1および成分2の飽和蒸気圧（P₁*, P₂*）を求めます。
log₁₀(P*) ＝ A － ［ B ÷ （ T ＋ C ） ］
2. 全圧と液相・気相組成（ラウールの法則）
全圧（P）のもとで、液相モル分率（x₁）と気相モル分率（y₁）は以下の通り定まります。
全圧： P ＝ x₁ · P₁* ＋ (1 － x₁) · P₂*
気相組成： y₁ ＝ (x₁ · P₁*) ÷ P
3. 相対揮発度（α）
分離のしやすさを示す指標である相対揮発度は、両成分の飽和蒸気圧比で表されます。
α ＝ P₁* ÷ P₂*
気液平衡関係式： y₁ ＝ (α · x₁) ÷ ［ 1 ＋ (α － 1) · x₁ ］
蒸留塔設計・プロセス評価における実務上のポイント
1. マッケーブ・シール法（McCabe-Thiele）への活用
蒸留塔の理論段数（Theoretical Stages）や最小還流比（Minimum Reflux Ratio）を求める「マッケーブ・シール法」では、正確なx-y平衡曲線が不可欠です。本ツールで得られたx-yデータを描画・プロットすることで、塔効率の検討や理論段数のグラフィカルな見積もりが容易に行えます。
2. 非理想溶液・共沸（アゼオトロープ）への留意点
本計算は主に「理想溶液（またはそれに近い系）」を対象としています。アルコールと水のような強い相互作用を持つ非理想溶液では、活動度係数（γ：NRTL式やUNIQUAC式等）による補正が必要です。相対揮発度 α ＝ 1 に近づく共沸点付近では、通常の蒸留による分離が困難になるため運転条件の精査が求められます。
3. 減圧蒸留・加圧蒸留における沸点変化
操作圧力（全圧 P）を下げると全体の沸点が低下し、熱分解を起こしやすい物質の分離が可能になります。一方で、圧力変化によって相対揮発度（α）や気液平衡関係自体も変動するため、実際の運転圧力に合わせたアントワン定数・蒸気圧評価が重要です。
