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01-Aug-2013

ぴりかで化学:化学工学関連のページ

横浜国大、非常勤講師:山本博志 講義補助資料

 

自分は博士号を日大の栃木先生の所(化学工学)から頂いた(2007.3)。その際には、蒸気圧、気液平衡を結構まじめに勉強した。このページはその時の研究のまとめだ。

Pirikaでは、2005年頃まではJAVAのプログラムを使ったプログラムを開発してきた。最近はiOSやAndroidでも動くようにHTML5+CSS+JavaScriptでプログラムを書くことが多くなってきた。プログラム作成の日付が古いものは最新のコンピュータでは動かない可能性がある。動いたらラッキーぐらいの感覚で使って見て欲しい。Pirikaの情報を用いた事によるいかなる損害に対しても一切の責任は負いません。 利用は自己責任でお願いします。

化学工学上必要な物性値の推算は物性化学のページを御覧ください。

超臨界炭酸ガスへの溶解現象(2013.8.1)

ある温度、圧力で、ある有機物がどれだけ超臨界炭酸ガスへ溶解するか? 一体どのような分子特性が溶解性を決めているのだろうか? 化学工学的に考えてみた。

無次元数の推算 (2013.4.17)

化学工学では、フラスコレベルから工場での実機生産まで、スケールが非常に幅広く変わる。そこで、スケールに依存しない値で現象を整理するということをよく行う。最近のナノテクノロジー、インクジェット技術を含むマイクロリアクターなどでは、逆にもっと小さいスケールへ展開を図るため、無次元数の高度利用はますます重要になってきている。

化学工学と物性推算 (2013.4.5) 

化学工学では多種多様な化学品を取り扱う。しかしそれらの物性が全て既知かと言ったらそんな事は無い。そこで物性推算が重要になる。それは業界の誰もが認めていることだろう。だけれど、それではどう動いたらいいのかとなると、色々難しい問題があり、日本特有の意思決定のスピード欠如に陥っているように思える。HSPiPチームがどのようにやっているのかを参考までに示そう。ここでの例題は拡張正則溶液理論を用いて、分子構造だけから気液平衡を推算してしまおうというものだ。

ハンセンの溶解度パラメータを用いた気液平衡推算 (2013.4.5)

「化学工学と物性推算」で示したシミュレーション構築例、Y-VLEを実際に使ってみるページ。分子のお絵かきを2つするだけで、WilsonパラメータとAntoine定数を構造のみから推算し、気液平衡を計算するプログラム。通常のプロセスシミュレータやCOSMO-RSなどでは蒸気圧式を入力する必要があるが、構造のみしか必要としないので便利である。

 

ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)と化学工学

今年の3月の初め、ある学会から化学工学の領域の読者相手に、化学工学の中でのデータ処理、統計解析の必要性について、記事を書いてくれないか依頼を受けた。すぐに了承したのだが、学会から正式に依頼があるとされた4月の終わりになっても、なんの音沙汰もない。6月になっても何もないのでこちらから問い合わせた所、遅れているという。もう8月になるのに何の音沙汰もない。他にも執筆者の候補が色々いるらしいので、今回は漏れたのだろう。途中まで書いたものはもったいないのでPirikaで公開しよう。

蒸気圧データのアントワン定数へのフィッティング 

HTML5バージョン(IE:インターネット・エクスプローラーでは動きません。ChromeかFireFoxをお使いください。)(2011.4.20)
JAVA新バージョン(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)2011.4.21
JAVA旧バージョン (JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)2000.1.3  

蒸気圧のデータからAntoine定数をフィティングするプログラムです。今までの方法と比べ、実験値の異常データに対する耐性が高く、解の安定性が高まり、このプログラムによって算出されたアントワン定数を使うと、原子団寄与法で分子の構造のみからアントワン定数を推算することが可能になります。原理についてはこちらのページにまとめたので参照してください。使い方の説明が必要ならピリカのこちらのページをお読み下さいCox-Antoine線図についてはこちらを参照してください。構造のみからAntoine定数を推算したい場合には、こちらを参照してください

ASOG法

HTML5バージョン(IE:インターネット・エクスプローラーでは動きません。ChromeかFireFoxをお使いください。)(2011.4.19)
JAVA バージョン (JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)1999.2

ASOGと言うのは、Analytical Solution of Groups の略で、簡単にいえば分子をそれを構成する原子団に分割して、原子団ごとの相互作用のトータルで活量係数を見積もり、2分子系の気液平衡を推算する方法だ。ASOG法の基礎の解説は、こちらのページを参照ください。プログラムの使い方はこちらの説明をお読みください。

自分でやってみよう(DIY)活量係数の記事をアップしました。2012.1.12

液液抽出

ある物質を液液抽出したいという事は化学工学ではよくあるだろう。ところが”ExcelでXXXX"とかいう化学工学の本を見てもデータに対してタイラインを引いて、うんたらかんたら、と説明があるだけで、どんな抽出溶媒を選んだらいいか?という疑問に答えるものはあまり見かけない。単純に考えると2つの溶媒に対する分配係数がわかればいい。例えばオクタノール/水分配比率(logP, logKow)は世の中に膨大なデータがあり、推算式も多く開発されている。(pirikaの方法はこちらを参照)この値がわかればオクタノールを抽出溶媒に使った場合どのくらい抽出できるかはわかる。それではそれ以外の溶媒を使った場合にはどうなるか? それを予測する方法としてハンセンの溶解度パラメータ(HSP)を使う方法がある。(HSPについてはこちらを参照)3次元のSP値が似たものは似たものを溶かすという理論が分配係数とどういう関係にあるか解析した例を紹介しよう。

自分でやってみよう(DIY)抽出の記事抽出蒸留の溶媒選定について記事をアップしました。2012.1.12

吸着、吸収

自分でやってみよう(DIY)活性炭による吸着の記事をアップしました。2012.1.12
自分でやってみよう(DIY)シックハウス化合物を除外する為のヘンリー定数の利用の記事ををアップしました。2012.1.12

逐次回分反応の濃度変化。(2008.Feb.)

HTML5バージョン(IE:インターネット・エクスプローラーでは動きません。ChromeかFireFoxをお使いください。)
最も簡単な逐次反応は,
A→B,  r1=k1Ca
B→C,  r2=k2Cb
と書くことができる。これをオイラー法で解く例題だ。JAVAScript とCanvasを使った初めてのプログラムだ。

超臨界2酸化炭素の密度の推算 (2004.5.10)

超臨界炭酸ガスの密度のデータをニューラルネットワークで学習させ、密度を推算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

超臨界2酸化炭素の熱伝導度の推算 (2004.4.28)

超臨界炭酸ガスの熱伝導度のデータをニューラルネットワークで学習させ、熱伝導度を推算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

超臨界二酸化炭素の溶解度パラメータ

ScCO2がどんなものを溶かし、どんなものを溶かさないか? Try&Errorでやるのも良いが、ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)と関連付けて整理しておくと、実験条件の最適化には非常に役に立つ。(HSPについてはこちらを参照)同じScCO2でも温度、圧力によってHSPが変わってくる。溶かしたい溶質のHSPと似た領域が温度-圧力のどこらへんにあるかを見てから実験をスタートすればいい。

攪拌動力の計算 (2004.5.10)

フルゾーンの攪拌翼のレイノルズーNp線図をニューラルネットワークに学習させて、攪拌動力を予測するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

Wilson Large Rammda (2000.8.13)

実験値の気液平衡のデータから、ウイルソン係数(ラージλ)を計算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

Margules Parameter (2000.8.13)

実験値の気液平衡のデータからマーギュラス・パラメータを算出するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

自分でやってみよう(DIY)活量係数の記事をアップしました。2012.1.12

VLE, activities coefficient, (2000.8.13)

ウイルソン係数(ラージλ)から気液平衡、活量係数を計算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

Wilson (99.11.6)

ウイルソン係数( Large rammda12, rammda21)を分子の構造式から推算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

PVT (99.1)

混合物のPVT線図を計算するJAVAのプログラムです。(JAVAが動作するようにブラウザーを設定してください)

ヘンリー定数

除外塔の設計などでは化合物のヘンリー定数が重要になる。当然水への溶解度なども必要だ。そうしたデータを分子の構造のみから推算するにはpirikaの物性化学のページを参照して欲しい。

自分でやってみよう(DIY)シックハウス化合物を除外する為のヘンリー定数の利用の記事ををアップしました。2012.1.12

 

物性定数を推算するプログラムは、HSPiP ver.4 Y-Predictに搭載されました。企業の方はこちらをお使いください。(2013.1.18)
購入方法

2011.12.2

化学工学をやている方からメールを頂いた。Pirikaの物性推算のフルバージョンを使いたい場合に、どうしたらいいかというものだ。現在市販されているソフトウエアーでPirikaの物性推算式が搭載されているのはHSPiPだけだ。(HSPiPの詳しい説明はこちらを参照

このソフトウエアーのY-MB画面で分子の構造をSmilesの構造式で入力すると、プログラムが原子団に分割され、様々な物性値が計算される。

dD dP dH dHD/A :ハンセンの溶解度パラメータ
MVol :分子体積
SMILES :Smilesの構造式
Formula :分子式
MWt :分子量
Density :密度
MPt :融点
BP :沸点
RI :屈折率
VP@25°C :25℃の蒸気圧
RER :相対揮発度
ExpA ExpB :膨張係数
LogOHR :OHラジカルとの反応性
MIR :カーターMIR
LogKow :オクタノール/水分配比率(logP)
LogS :水への溶解度
LogKsoil :土への分配係数
AA AB AC:アントワン定数
Tc Pc Vc :臨界定数
Visc@25°C:粘度
(ユーザーから指摘されたが、そういえば引火点のデータがコピーされていない。)

結果はクリップボードへコピーされているので表計算ソフトなどへペーストして使うことができる。

必要な物性が揃っているならそちらの購入を考えて頂きたい。

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