液膜への吸収による排気中の二酸化炭素含有率低減化に関する研究

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化石燃料の使用に伴い生じる排気中のCO_2の回収に有効と考えられる水平平板間を気流に伴われて流動する薄い水膜の流れに関して,その流動機構および気流から水膜へのCO_2吸収特性を実験的に調べた。流動機構に関しては,水膜が層流と考えられる場合でも流動条件によっては水膜内の速度分布は気液界面において層流の場合の直線分布とは異なる様相を示した。すなわち低気流速域では界面近傍の気流に生じた乱れにより界面速度の増加が生じる。また高気流速域においては,界面に垂直方向の速度変動成分により気流から水膜に運動量が与えられ,界面近傍の液が加速される。これらの現象は物質伝達の向上を促すと考えられる。次にCO_2を1%程度含有する空気流に伴われて流れる水膜へのCO_2の吸収に関して,低気流速条件の下で実験を行った。気流中の速度・濃度の分布の測定結果から,気流の体積流量は下流へ向かうに従いCO_2が液膜へ吸収されることにより減少すること,濃度分布は気液界面近傍でCO_2濃度が減少する分布となり,気流の界面付近に濃度境界層が存在することが明らかになった。これらの測定値を基に算定した気相側物質伝達係数は,気液界面に波立ちのない平滑面流れの場合小であるが,界面に波立ちが生じる二次元波流れおよびペブル波流れの場合には著しく増大した。このことは界面の波立ちにより液膜中のみならず気流中にも乱れが誘起され,気相側物質伝達を促進させることを示している。また液相に関して,水膜中のCO_2濃度を測定した結果,気相側濃度分布から求めた界面の気相濃度を用いてヘンリ-の法則により算定される水側平衡濃度よりも大となった。この事に関してデ-タの精度等の詳細な検討と共に,静止系の気液濃度の平衡関係を示すヘンリ-の法則の流動系への適用に関しても,今後検討する必要があると考えられる。