物理化学１（化学工学）
Problem6.27 解説
1.問題の概要
問題6.27は気液平衡状態にある水・水蒸気をスロットルバルブを通じて膨張したときの状態変化から、Wet steamののQualityを求める問題である。問題にもあるが、スロットルバルブは断熱かつ軸仕事がないため、エンタルピーが変化しないとみなすことができる。
２．解答
1100kPaのWet steam (沸点、水・水蒸気混合状態）をスロットルバルブを介して常圧101.3kPaまで減圧する（エンタルピー一定での膨張、いわゆるジュール−トムソン膨張である）。このとき、減圧後の温度は105℃と101.3kPaの沸点である100℃を超えているので、減圧後の状態は過熱水蒸気であるといえる。
減圧後の過熱水蒸気1kg当たりのエンタルピーH2をSteam Tableより読むと、
101.325kPa, 100℃ H＝2676.0 kJ
125℃ H＝2726.4 kJ
であるので、105℃での値を内挿でもとめるとH2＝2686.1 kJである。
次に減圧前のエンタルピーH1をQualityをxとして求める。1100kPaにおける液体水、水蒸気1kg当たりのエンタルピーはそれぞれ781.124kJ、2779.7kJ（Steam Table参照）であるので、減圧前のエンタルピーは
H1=781.124 × (1-x) + 2779.7 x
となる。H1=H2よりx=0.953が得られ、
水のQualityは95.3％である。
３．補足
HS線図を用いて、減圧後の状態（1.013bar, 105℃）を通るx軸に平行な直線とP=11barの等圧線との交点からQualityを求めることができる。