DWSIM：PH図の書き方（ヒートポンプの補足）
DWSIMでのPH図の書きかを説明します。PH図は、X軸に比エンタルピー（orモルエンタルピー）、Y軸に圧力をプロットしたものです。
以前に書いたヒートポンプの話で登場した図です。冷凍サイクルなどの検討をするときには、TS図よりもPH図のが、直接、エンタルピーをもとめれるので一般的には利用されると参考文献にあります。
DWSIM v6.4.7（執筆時）
以下は、DWSIMの紹介です。
以前に書いた、ヒートポンプの計算例です。
DWSIMでの設定
Compounds：イソブタン
Property Package：Peng-Robinson EOS
フロー図は、Material Stream一つだけです。
設定ファイルは、以下になります。取り扱いは自己責任でお願いします。
PH図の描画
ゴールは、以下のような図を書くためのデータをDWSIM上でつくることです。
Material Streamの設定についてです。Flash Spec（指定する自由度）は、圧力と蒸気モル分率です。PH図なので圧力は指定できるようにとPH図の線は、気相と液相のラインになります。囲まれた範囲は、気液が存在する領域になります。
プロットは、気相と液相の単相になる切れ目のラインになります。
図がPH図なので、Flash Specは、PHを指定するモードがよさそうですが、状態がどうなるかは計算してみないとわからないとなります。
圧力と蒸気モル分率を指定する方法だと、蒸気分立を0 or 1で固定して、圧力（P）を変えて、エンタルピー（H）の計算結果をえることができます。
Enthalpy and Vapor Fraction（HVF）という自由度のセットは不可能です。
臨界圧力を確認してみると3640kPaと登録されています。3640kPまでを計算の上限値として検討します。
まずは、気相側のラインを書いてみる。
Material StreamのVapor Phase Mole Fraction に 1を入力、確定する。
メニューより、Sensitivity Analysisを選択する。
以下のSensitivity Analysis画面が開く。Case Manager欄のNewボタンを押しケースを作成する。
Independet Variablesタブで、Objectに設定したMaterial Stream、Propertyは、圧力を指定する。Lower Limitは、10 (kPa)、Upper Limitは、3640(kPa)で、100点刻みとした。
以下の図は、設定後の画面になる。
Dependent Variables タブに移る。Variableを選択し、＋ボタンを押して、Material Stream、を選び、Propertyは、Specific Enthalpy（Mixture）を選択する。Mixtureにしておくと気相、液相どちらになっても値が出力される。
以下の画面は、設定後になる。
Resultsタブに移る。Start Sensitivity Analysisボタンを押すと計算が始まる。
以下の画面は、ボタンを押した後である。計算結果のテーブルをクリックしてCtrl＋Aで全データ選択、Ctrl＋Cでクリップボードコピーができる。
コピーした値をGoogle sheetsでプロットしたものが以下である。
PがY、HがX軸になるように、位置を入れ替えている。
続いて液相の場合を計算してみる。
Flowsheetに戻り、Material StreamのVapor Phase Mole Fractionを 0 （液相）とする。
Sensitivity Analysis画面に戻り、特に設定は変えずに、ResultsタブでStart Sensitivity Analysisボタンを押して計算を開始する。
以下のように結果が得られる。同じくこの値もコピーする。
Sheetsでプロットしてみた。液相側では、3506kPa, 132.67℃（臨界温度 134.7℃はである）で、急激に比エンタルピーが上がってしまう結果がでた。モデル上の誤差だととらえている。
この図上に操作点をプロットしてサイクルを追ってみるとよい。
まとめ
冷凍サイクルを検討するときに役に立つPH図の書き方を整理した。
臨界点付近は、少しあやふやな結果がでているが、それ以下の領域で確認するのであれば、イメージは作れる程度の図はできていると思う。
所感
実際検討したいときには、媒体として利用できる物質の詳細なデータは必要である。
商用でもプロセスシミュレーターに初期に設定されている物性データ、モデルパラメーターは、広く一様にフィットするように設定されているケースが多いと予想している。
実際に検討したい領域に対して十分な精度が担保できているかは、事前に確認の必要がある。
このような機能を使って教科書に出ている図などを再計算、描画してみるのも面白く、勉強になるとおもう。
参考文献
J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 7th, McGraw-Hill, 2005, P.317 - P.326
