アンモニアおよびアンモニア水溶液の熱力学性質に関する研究

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アンモニアおよびアンモニア水溶液は自然界に存在する物質であり,古くから多くの用途に使用され,その有用性は広く認識されている.最近では,フロン代替物質として,動力サイクルの新作動媒体として,また超臨界溶媒としても注目されている.しかし,温度・圧力の広い範囲においてその熱物性値情報は十分とは言えない.本研究では,アンモニアのPVT性質を金属ベローズ変容法により臨界密度を含む130〜485kg/m^3の広い密度範囲に対して,380〜425K,17MPaまでの温度・圧力領域において測定し,13本の等温線について324点の測定値を得た.これらの測定は,5つのシリーズに分けて実施し,各シリーズごとに同一の温度,密度の状態で数点圧力を測定し,超臨界域において各シリーズの圧力の測定値が±0.06%以内で一致することを確認した.得られた測定値の測定誤差は,温度±7.5mK,圧力±0.15%,密度±0.15%以内であると見積もった.測定に用いたアンモニア試料の純度は99.9995mol%であり,測定には十分凝縮脱気したものを用いた.これらの実測地に基づいて,等温圧縮率,圧力係数,体膨張係数を求め,アンモニアの熱力学性質を明らかにした.さらに,アンモニア水溶液の気液平衡および臨界曲線をPeng-Robinson状態式により算出し,その特徴を明らかにし,異種分子間相互作用パラメータについてその温度依存性を決定した.また,えられた実測値に基づいて,モンテカルロ法を用いた分子シミュレーションによりアンモニアのポテンシャルの検討を行い,2サイトLennard-JonesポテンシャルによりPVT性質の測定結果をほぼ再現できる事を明らかにした.