エネルギー装置設計 [S3][対面]

開講年度

2025年度

開講学期

後期

科目名

エネルギー装置設計

授業種別

講義

科目名（英語）

Energy Equipment Design

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A0500003 エネルギー装置設計 [S3][対面]

担当教員

金熙濬

単位数

2.0単位

曜日時限

水曜2限

キャンパス

新宿

教室

A-0514教室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 100 ％
3 汎用的問題解決力の修得 0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

●化学プロセスの基本設計の進め方について学ぶ。
●化学プラントを構成する各種の装置や材料について理解する。
●装置の制御の基礎について学ぶ。
●化学プロセスを構成する原料から製品に至る工程の中では、反応や分離装置が連結されているが、リサイクルなどを含む基本フローシートを作成する。
●反応とそれに続く製品と未反応物の蒸留塔分離のシステムの概念設計の手順を理解する。

受講にあたっての前提条件

物理化学ⅠおよびⅡを履修し，一定の基礎的な知識を理解していること。

授業の方法とねらい

エネルギー装置設計は化学工業において、種々の化学品を省エネかつ省資源の観点から効率良く製造するためのプロセスを設計である。プロセスを設計をするためには、エネルギー収支や移動、物質収支や移動、流れの解析などを理解し、これらの現状を、数学を用いて、表す能力が求まれている。さらに、環境化学では実験で得られた結果を生産プロセスに適用するため、数学的な手法でモデル化し、スケールアップに対応する必要がある。環境化学の学生は、得られた実験結を整理、解析、モデル化し、それらのデータの元で、装置の設計をする能力が求まれている。
　本講義ではこれらに必要な基礎数学の知識を学ぶ。環境化学の学生として必要な数学的基礎知識、解析能力を身に付けさせるため、微分方程式、偏微分方程式、連立微分方程式などを工学の観点から学ぶ。数学の基礎理論を学ぶとともに、数学の基礎知識を確認し、実験結果のモデル化、データ解析、装置設計などの能力を培う。科目のねらいはいかである。1) 微分方程式について導出法と解法を理解する。2) 微分方程式を用いて、記述された内容（実験結果）をモデル化を習得する。3) データを解析し、微分方程式を用いてモデル化することと、その微分方程式を解くことができることを習得する。4) 微分方程式が自然現象を時間、空間的に記述することを理解し、工学への適用法を習得する。

AL・ICT活用

特に活用しない

第1回

授業形態

対面

事前学習

本講義「エネルギー装置設計」のシラバスを読み、授業の内容や流れを把握する。

1時間

授業内容

１回目．この科目の社会的意義、工学的位置づけを述べる。モデル化と微分方程式の重要性を学ぶ。化学工学と数学との関わりを解説する。
　　　　学習目標を理解させる。環境問題に対する考え方を理解させる。

事後学習・事前学習

事後　
　　技術者の社会的責任を意識させる。予習、復習等を授業中に指示する。

事前
　　微分/積分の概念を理解する。

1時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

２回目．微分/積分の基礎を学ぶ。理解度を調べる。

事後学習・事前学習

事後　
　　微分/積分の概念を理解する。

事前
　　第２回目の配布資料やノート等を参照し、内容をよく理解し、疑問点があればまとめて質問の準備をする。予習項目と復習する項目を指示する。

1時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

３回目．常微分方程式の基礎を学ぶ。
　　　　微分方程式とモデル化を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第３回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。環境化学でモデル化事例を調べる。

事前
　　常微分方程式に対して予習すること。環境化学と関連する微分方程式を解く。

1時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

４回目．常微分方程式を適用する方法を学ぶ。理解度を調べる。

事後学習・事前学習

事後
　　第４回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。微分方程式の応用が出来、微分方程式を用いて実験等をモデル化出来ること。

事前　
　　１階微分方程式を予習しておく。

1時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

５回目．１階微分方程式を学ぶ。（１）

事後学習・事前学習

事後
　　第５回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。

事前
　　非同次型微分方程式の予習をすること。

1時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

６回目．１階微分方程式を非同次型を学ぶ。（２）リッカチ型微分方程式を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第６回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。１階微分方程式の同次型と非同次型が区別できること。

事前
　　これまで行った講義の内容を再度復習、理解しておくこと。

3時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

７回目．中間試験
　　　　中間試験を実施し、理解度を調べる。

事後学習・事前学習

事後
　　試験問題と講義の内容を比較しながら、理解度を上げる。

事前
　講義内容を再度復習と理解度を上げる。

1時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

８回目．高次微分方程式　連立微分方程式を学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第８回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。

事前
　　同次型・非同次型微分方程式の解を求める方法をよく理解しておく。

1時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

９回目．ラフラス変換について学ぶ。（１）

事後学習・事前学習

事後
　　第９回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。　

事前
　　ラフラス変換と装置制御について理解しっておく。

1時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

10回目．ラフラス変換について学ぶ。（２）
　　　　装置制御の考え方などについて学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第１０回の配布資料やノート等を復習し内容をよく理解する。

事前
　　ラフラス変換方法と制御との関係をよく理解し、疑問点があればまとめて質問の準備をする。

1時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

11回目．ラフラス変換方法を微分方程式へ適用する。（３）
　　PID制御；比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Differential）制御の基礎について学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第９〜１１回の資料やノート等を参照し、ラフラス変換方法と制御との関係をよく理解する。

事前
　　偏微分方程式による物理現象を説明出来る例をよく調査しておく。

1時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

12回目．偏微分方程式による物理現象の記述について学ぶ。

事後学習・事前学習

事後
　　第１２回の資料やノート等を参照し、偏微分方程式をよく理解する。

事前
　　偏微分方程式を予習しておく。

1時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

13回目．偏微分方程式の解析と総合まとめを行う。

事後学習・事前学習

事後
　代表的な偏微分方程式の解を求める方法を習得すること
　第１〜１３回の配布資料やノート等を参照し内容をよく理解し、疑問点があればまとめて質問の準備をする。

事前
　次回の学習成果の確認のための準備を十分に行う。

3時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

14．「学習到達度の確認（期末試験）」を行う。
　　

事後学習・事前学習

これまで行った講義の内容を再度復習しておくこと

1時間

第15回

授業形態

対面

授業内容

学習到達度（授業内試験）の結果について解説する。

事後学習

学習到達度（授業内試験）について質問、疑問があれば用意しておく。

0.5時間

成績評価の方法

１2回以上出席した受講生に対して成績評価を行う。
到達目標に達しているかを中間試験（40％）と期末試験（40％）、レポートを含めて授業態度・姿勢点（２０％）で評価し、これらの合計点で評価します。
成績はA+、A、B、C、D、Fで評価し、A+、A、B、C、Dを合格とする。

受講生へのフィードバック方法

中間時、期末時の学習到達度の試験結果については、その翌週に解説、講評を行います。

教科書

指定図書なし。適時プリントを配布する。

参考書

化学工学のための数学（小川勝平･黒田千秋･吉川史郎、数理工学社（2007）初版（ISBN978-4-901683-45-6)
解説化学工学：竹内、松岡、越智、茅原、培風館（２００１）
基礎制御工学：森政弘、小川鉱一、東京電気大学出版局（２００１）
化学プロセス計算：浅野康一、共立出版　（１９９９）
化学工学演習［第２版］：藤田重文、東京化学同人　（１９９４）

オフィスアワー

新宿校舎：毎週水曜日の授業終了後、あるいは随時メールにて質問を受け付けます。
E-mail: kim@cc.kogakuin.ac.jp

受講生へのメッセージ

学習の到達目標は次の通りである。
1) 与えられた実験結果を微分方程式として導くことができること。
2) 微分方程式を用いて、データを解析し、モデル化するとともに、その微分方程式を解くことができること。
3) 偏微分方程式における項の意味を数学的、物理的に説明し、方程式を解析できること。
4) レポートと試験を課すので、自分の考えを論理的にまとめて、文書により相手に伝えることができること、および、レポートを定められた期限内に提出できること。

実務家担当科目

実務家担当科目ではない

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

該当なし

その他の資格・認定プログラムとの関連

シラバス情報