蒸留
フラッシュ蒸留の設計計算
圧力の高い状態の液体を、圧力の低い容器に送り込むと、一部が一気に蒸発します(フラッシュ蒸発)。
このツールは、原料の組成と各成分の蒸発のしやすさ(K値)から、どれくらいの割合が蒸気になるか(気化率)と、できる液・蒸気それぞれの組成を計算します。
フラッシュ蒸留の使い方と考え方
原料の組成と、フラッシュさせる圧力・温度でのK値(気液分配の目安)を入力します。
z1 = (V/F)・y1 + (1-V/F)・x1
y1 = K1・x1 (Rachford-Rice式)
考え方は、原料に含まれる各成分が、決めた条件のもとで気相と液相にどう分配されるかを、物質収支と気液平衡の式を同時に満たすように解く、というものです。
フラッシュ蒸留（フラッシュ計算）ツールの概要
本ツールは、化学プラントや石油精製、石油化学プロセスで広く用いられる「フラッシュ蒸留（Flash Distillation / フラッシュ分離）」の気液平衡計算を自動で行うツールです。
高温・高圧の供給液（フィード）を弁やノズルで減圧・フラッシュ（瞬時蒸発）させた際の蒸発率（V/F）、気相モル分率（y）、液相モル分率（x）、および気液各相の流量を迅速に割り出すことができます。
フラッシュ計算の理論とラチフォード・ライス方程式
多成分系のフラッシュ蒸留計算は、物質収支と気液平衡関係（K値 ＝ y_i / x_i）を組み合わせて導かれる「ラチフォード・ライス方程式（Rachford-Rice Equation）」を数値計算（収束計算）することで解かれます。
基本となる物質収支と平衡関係は以下の通りです。
1. 物質収支と平衡定数（K値）
全物質収支： F ＝ V＋L （供給量 F ＝ 気相量 V ＋ 液相量 L）
成分物質収支： F·z_i ＝ V·y_i＋L·x_i
気液平衡関係： y_i ＝ K_i·x_i（K値はアントワン式や蒸気圧から算定）
2. ラチフォード・ライス（Rachford-Rice）方程式
蒸発率を β ＝ V / F とおくと、各成分の液相組成 x_i および気相組成 y_i は以下のように表され、成分全体のモル分率の和（Σ y_i － Σ x_i ＝ 0）を満たす β を求めることで解が得られます。
x_i ＝ z_i÷［1＋β·(K_i－1)］
y_i ＝ (K_i·z_i)÷［1＋β·(K_i－1)］
目標関数：Σ［z_i·(K_i－1)÷｛1＋β·(K_i－1)}］＝ 0
プロセス設計・現場操業における実務上のポイント
1. フラッシュドラム（気液分離器）のサイズ選定
フラッシュ計算で求められた気相流量（V）と液相流量（L）は、フラッシュドラム（Flash Drum）の基本設計のベースとなります。上昇気流による液滴の飛散（キャリーオーバー）を防ぐため、気相の空塔速度（Souders-Brownの式など）を評価してドラム径やデミスターの設置条件を決定します。
2. 熱交ドラム・減圧弁前後のエンタルピー収支（断熱フラッシュ）
等温フラッシュ（温度・圧力を指定）だけでなく、減圧弁（コントロールバルブ）による絞り膨張では熱の出入りがない断熱フラッシュ（Isenthalpic Flash）が発生します。減圧に伴う潜熱吸収で系全体の温度が下がるため、正確な蒸発率を求めるには熱収支（エンタルピー平衡）を組み合わせた検討が不可欠です。
3. 多段蒸留（連続蒸留塔）の前提プロセスとしての役割
フラッシュ分離は1段のみの簡易的な分離手法ですが、蒸留塔へ供給する前処理（前フラッシュドラム）として設置することで、軽質ガス分を事前に抜き取り、後段の蒸留塔本体の熱負荷や塔径を大幅に小さく抑える目的で多用されます。
