超臨界流体中の拡散係数と密度の測定

点击翻译按钮获取中文摘要

超臨界流体中では密度、粘度などの物性が劇的に変化する。基礎的にはその流体構造が、応用的にはその性質を用いた新しいプロセスが生まれることが期待されている。拡散係数いついても興味ある挙動が期待されるが、ほとんど報告されていない。本研究の平成4年度の目的は、テイラー法により超臨界流体(二酸化炭素)中でのアセトンの拡散係数を測定することである。実験装置としてサーモインストルメントシステム社製の「SPA」を改造して用いた。圧力を一定にして体積流量を変化させる。流量を小さくするに従ってDの値も小さくなる。これは,本来、直管についてなりたつ条件をループ管にしたため遠心力の影響で体積流量が大きくなるとDの値も大きくなるためと説明されている。したがって流量を小さくして一定値に達したときをもって真の拡散係数であると考えられている。40.0℃,7.44MPaのとき3ml/minから0.4ml/minに下げるとDの値は、大きくに下がり、一定値に近付くように見える。操作上の限界から本実験では0.6ml/min、40℃において圧力を変化させた。測定されたアセトンの二酸化炭素に対する分子拡散係数は、臨界圧力に達するまでは通常の拡散係数のように減少下するが、臨界圧を越えると増大して行くという興味ある結果が得られた。しかし、さらに実験的な検討を積み重ねる必要がある。Dの値は、2次方程式の根D=(E/2)[1±{1-(a^2u^2}/{12E^2}]^<1/2>として求められるが、1次の項までTaylor展開するとD=EあるいはD=a^2u^2/(48E)=a^2t_r/(6W^2)となる。この近似式と2次方程式の根は本系の数値あたりでは0.02$%の誤差域で一致することが示された。この近似式を用いると、Dに及ぼす因子の影響が検討し易くなる。例えば、誤差を見積もることが可能になる。本実験の場合、t_r,Wにはそれぞれ1.5,3%の誤差が見込まれるので、Dには最大5%の誤差があると考えられる。