°API比重は、液体炭化水素の密度を逆数的に表す尺度です。石油業界の基準条件である60°F/60°F（15.56°C/15.56°C）における比重とは、次の式で関係付けられます。
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
逆換算は次のとおりです。
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
炭化水素液体は温度によって膨張・収縮し、測定される密度や体積が変化するため、標準の基準温度が必要です。
°API比重が高いほど、比重は低く、炭化水素は軽くなります。60°F/60°Fの基準条件により、密度測定、浮ひょうの読み取り、物質収支、および流量計算を比較可能かつ再現可能にできます。
°API比重と比重の関係
°API比重は逆密度尺度
比重は、定められた条件下で液体の密度を水の密度と比較したものです。API比重はこの比率を石油業界向けの尺度に変換したもので、値が大きいほど液体が軽いことを示します。
たとえば、比重が0.80の液体は次のようになります。
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
比重が0.95の液体は約17.4°APIであり、比重0.80の液体よりも大幅に重いことを示します。
換算は双方向で可能
比重が既知でAPI比重が必要な場合は、APIの式を使用します。
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
API比重が報告されており、計算のために比重が必要な場合は、変形した式を使用します。
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
比重の値は、API尺度で使用されるものと同じ基準条件に対応していなければなりません。
単位操作における尺度の意味
API比重が高い炭化水素は、一般に密度が低く、より軽い石油留分として挙動することが多くなります。API比重が低い炭化水素は密度が高く、異なるエネルギー計算、水力計算、および分離計算が必要になる場合があります。
API比重だけでは、炭化水素混合物を完全に特性評価することはできません。API比重は有用な密度指標ですが、沸騰挙動、熱容量、潜熱などの物性を正確に予測するには、追加の組成データまたは特性評価データが必要です。
基準温度が必要な理由
液体密度は温度によって変化する
液体を加熱すると、通常は膨張します。質量はほぼ一定ですが体積が増加するため、密度は低下します。
冷却すると、一般的には逆の現象が起こります。そのため、同じ試料でも温度が異なれば、密度、比重、および浮ひょうの見かけの読み取り値は異なります。
比率には定義された条件が必要
60°F/60°Fにおける比重という表記は、密度比較における両方の液体の基準条件を示します。
- 最初の温度は炭化水素試料を指します。
- 2番目の温度は水の基準を指します。
定義された条件を使用することで、異なる温度で測定したというだけの理由で結果が変化するのを防げます。
基準条件は一貫した測定を支える
標準温度により、異なる作業者、研究室、およびパイロットプラントで得られた測定値を比較できます。この標準がなければ、同一の炭化水素試料でも、測定温度が異なるというだけで異なるAPI比重を示す可能性があります。
このため、60°F以外で取得した浮ひょうの読み取り値は、API比重を報告する前に標準基準条件へ補正する必要があります。
パイロットプラント研修で重要な理由
物質収支は一貫した密度に依存する
パイロット規模の物質収支では、質量基準の測定値と体積基準の測定値を組み合わせることがよくあります。これらを相互に換算するには、信頼性の高い密度または比重の値が必要です。
密度が一貫した基準条件に補正されていない場合、計算された質量流量、在庫量、および回収率に系統誤差が含まれる可能性があります。
流量計算は流体物性に依存する
密度は液体の流動挙動に影響し、圧力損失、ポンプ性能、水頭、および流体の運動量に関する計算に現れます。
正しい基準条件におけるAPIから導出した比重を使用することで、これらの量を推定するための一貫した基盤が得られます。ただし、実際のプロセス条件では、運転温度に対する補正が必要になる場合があります。
分離および熱負荷の推定にはAPI比重以外の情報も必要
蒸留および抽出の研修では、API比重は供給原料の特性評価や、軽質炭化水素物質と重質炭化水素物質の区別に役立ちます。また、原料間の予備的な物性推定や比較にも利用できます。
ただし、正確な気液平衡、熱負荷、または分離計算が必要な場合、API比重を完全な組成分析や沸点分析の代わりとして扱うべきではありません。
トレードオフを理解する
単一の数値では混合物全体を表せない
2つの炭化水素混合物は同じAPI比重を持ちながら、組成、揮発性、粘度、または沸騰範囲が異なる場合があります。したがって、API比重はスクリーニングおよび報告に有用な物性であって、完全なプロセスモデルではありません。
基準温度は運転温度と同じではない
60°F/60°Fにおける比重を報告することで物性は標準化されますが、単位操作中の流体はそれよりはるかに高温または低温である可能性があります。実際の装置条件をモデル化する場合、工学計算では適切な温度補正または温度依存の物性データを使用する必要があります。
補正されていない浮ひょうの読み取り値は誤解を招く可能性がある
標準温度以外で取得した浮ひょうの読み取り値は、その温度における見かけの測定値です。それを標準API比重として直接報告すると、液体を誤って分類し、流量、収支、および装置計算に誤差を生じさせる可能性があります。
単位の一貫性も重要
APIの関係式は無次元ですが、基準規約は任意ではありません。60°F/60°Fにおける比重を別の温度で測定した値と混同したり、一貫性のない水の基準を使用したりすると、換算の信頼性が損なわれます。
関係式を正しく適用する
換算は、単独の算術計算ではなく、より広範な物性測定手順の一部として使用してください。
- 主な目的が物性換算の場合： (\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API}))を使用し、API値と比重が同じ60°F/60°Fの基準条件を使用していることを確認します。
- 主な目的が測定精度の場合：他の温度で取得した浮ひょうまたは密度の読み取り値を補正してから、標準API比重を報告します。
- 主な目的が物質収支およびエネルギー収支の場合：標準化された比重を使用して質量と体積を一貫して換算し、その後、装置計算で必要となる場合は運転温度における物性データを適用します。
- 主な目的が分離プロセス設計の場合：API比重を重要な密度指標として扱いますが、組成、沸騰範囲、およびその他の物性データで補完します。
APIの逆関係とその基準温度の根拠を理解することで、化学工学の単位操作全体にわたって炭化水素測定の信頼性を高めることができます。
まとめ表：
| 要点 | 実務上の意義 |
|---|---|
| °APIの関係式 | °API = 141.5 / SG₆₀/₆₀ - 131.5 |
| 逆換算 | SG₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| 尺度の意味 | °APIが高いほど密度が低く、炭化水素は軽くなります。 |
| 基準条件 | 60°F/60°Fにより、炭化水素と水の比較が標準化されます。 |
| 温度の影響 | 加熱すると液体は膨張し、測定される密度は低下します。 |
| パイロットプラントにおける価値 | 一貫した密度は、物質収支、流量計算、および装置解析を支えます。 |
| 重要な制限 | API比重は、組成、沸騰範囲、または温度依存の物性データの代わりにはなりません。 |
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