相対揮発度αとは?「分離のしやすさ」を1つの数字で測る【目安つき】

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「この2成分、蒸留で分けられますか？」と聞かれたら、プロセスエンジニアが最初に確認する数字が相対揮発度α（アルファ）です。αが分かれば、その分離が楽なのか、重装備が要るのか、そもそも蒸留をあきらめるべきなのかの当たりが付きます。

この記事では、αの定義と計算のしかた、x-y線図との関係、そして実務で使う「αの目安」を整理します。

この記事は蒸留シリーズ「気液平衡の読み方」の1本です。全体像は蒸留の完全ガイドにまとめています。

1. 定義｜「濃縮率の比」と読む

相対揮発度の定義は次の形です。

α = (y₁／x₁) ÷ (y₂／x₂)

分子のy₁/x₁は「軽質成分が液から蒸気へ行くときの濃縮率」、分母のy₂/x₂は同じものを重質成分について見た値です。つまりαは「軽い成分は重い成分の何倍、蒸気に行きたがるか」という比になっています。

比の形にしたことのご利益は、温度や組成が多少変わってもαは比較的安定していることです。蒸気圧そのものは温度で激しく変わりますが、2成分の「比」は変化がずっと緩やかです。だから設計の初期段階では「この系のαはだいたい2.5」のように1つの数字で代表させて話を進められます。

2. 計算｜理想溶液なら蒸気圧の比でよい

ラウールの法則が成り立つ系では、y_i = P_i°x_i／π を定義に入れると x と π が消えて、きれいな形になります。

α = P₁°／P₂°（純物質の蒸気圧の比）

ベンゼン＋トルエンの40℃なら、P₁° = 25.00 kPa、P₂° = 7.89 kPaなのでα = 25.00／7.89 ≒ 3.2。蒸気圧はAntoine式で計算できるので、定数さえ手に入ればαの概算は電卓仕事です。

また、αを使うと平衡曲線そのものが1本の式で書けます。

y = αx ／ {1 ＋ (α−1)x}

x-y線図の平衡曲線は、この式にαを入れて描いたものです。αが決まる＝曲線が決まる＝おおよその段数が決まる、という一本道になっています。

3. αの目安｜2を超えたら楽、1.1なら覚悟

実務でαを見るときの目安です。

αが1に近い分離（近沸点分離）で無理に蒸留を選ぶと、塔もエネルギーも巨大になります。「αを見て、蒸留で行くか、αを変える工夫をするか、方式を変えるかを決める」のがプロセス設計の入口です。αを人為的に変える手段が抽出蒸留（溶剤でαを底上げする）で、第5章で扱います。

4. αは条件で変わる｜減圧すると開く

αは物性なので、温度（＝操作圧力）によって変わります。多くの系では圧力を下げて操作温度を下げると、αが大きくなります。2つの成分の蒸気圧曲線の傾きが違うためで、低温側ほど比が開く系が多いのです。

減圧蒸留というと「熱に弱い物質を低温で蒸すため」の技術と説明されがちですが、「αを稼いで分離を楽にする」という積極的な理由もあります。逆に加圧するとαは縮む方向なので、加圧蒸留（冷媒で凝縮させたい場合など）では段数の再確認が必要です。詳しくは第3章の減圧蒸留の記事で扱います。

まとめ

相対揮発度αは「軽い成分は重い成分の何倍蒸気に行きたがるか」の比で、理想溶液なら蒸気圧の比P₁°/P₂°で概算できます。αが決まれば平衡曲線が決まり、分離の難易度が読めます。α > 2なら楽、1.1なら重装備、1.0なら蒸留以外を考える。まずこの目安を頭に入れて、x-y線図とセットで使ってください。

次の記事：共沸とは何か｜蒸留の壁はなぜできるのか

参考文献

• 大江修造『絵とき「蒸留技術」基礎のきそ』日刊工業新聞社, 2008, 第2章「気液平衡」　Amazonで見る
• 化学工学会編『化学工学便覧 改訂五版』丸善, 第9章「蒸留」