F の

y

を 本 論 文 で は コ ン ダ ク タ ン ス 平 均 導 電 率 と 呼 び ， 定 電 流 法 で は

y

が測定され る.

さて y方 向 の す べ て の 位 置 で 式(A.12)すなわち y(y)‑ α

J .

^{c L(y) )が成り立つの}

で ， こ れ を 式(A.15)に代入すれば次のようになる.

y  =αj 手 ; ; ; ; の /

^t 1m  (A.17)  し た が っ て ， コ ン ダ ク タ ン ス 平 均 の CO₂濃 度 内 は 次 式 で 与 え ら れ る .

C L = ( y / a ) 2 = [ 

( f   ~

^C L( y)

の

)/ffm12  (A.18)  方 ， 断 而 平 均 のCO₂濃度 CLは，次式で定義される.

C L 

=  ( f  

C L (y) dy) / f f m  (A.19) 

ま た 混 合 平 均 の C O₂濃度く C_L>は，次式で定義される.

VJ一

JU

一

り 一

平均濃度く ^CL>' 破 線 が 断 面 平 均 濃 度CLお よ び一点鎖線がコンダクタンス平 均 濃 度CLを示している.また図

A.4

中の直線は，気相の

C O

₂濃度の実測値か らヘンリーの法員JIを 用 い て 求 め ら れ る 液 相 側 界 面 の 平衡濃度 C e Lである. こ の場合の流動様式はベブ、ル波流れ(p )である.

~A.4 から次のことがわかる • ^CLとCLは ， 濃 度 分 布 が一様 で な い と 考 え ら れ る 本実 験 ドにおいてもほぼ等しい.く C_L>はCLよりかなり大きく，特に物 質伝達開始点直後でその差が大きい. しかし三通 り の 濃 度 が cιに漸近するじゅ

うぶん下 流では，液J1英内の濃度分布がほぼ均ーになるので， 三者 と も ほ ぼ 致するようになる.

以 上 か ら 液 肢 内 に 濃 度 分 布 が 存 花 す る 場 合 ， 定 電 流 法 か ら 得 ら れ る 平 均 の

C O

フ波JJrは，厳密にはコンダクタンス平均濃度であるが，その航はほぼ!析而 平均濃度に等しく，また卜分ド流では混合平均濃度とも等しいといえる.

A . 2 . 4  

イ オ ン の 移 動 速 度 の 影 挫

定 電 流 法 で は ， 流 れ 場 に 非 常 に 高 い 電 位 こ う 配 を 負 荷 す る の で ， 水

1 '

^Jに存 在 す る イ オ ン は ， そ の 電 位 こ う 配 に よ り 移 動 す る 可 能 性 が あ る . そ の 影 轡 を 次 の よ う に 評 価 す る こ と が で き る . い ま 対 象 と し て い る H +とH C 0₃一イオン の移動度は， η(H +) = 36.2xl 0 ‑8m^2jS Vとη(HC0

3一)=4.61x10‑⁸m2jsV(27)であ る の で ， よ り 影 響 が 大 き い η(H+)について考える.実測時に電位こう配が最 も高くなる例として， 2500Vjmの場合を想定すると， H +の移動速度 UL ( H +)  は次のようになる.

UL (H+) = 

3 6 . 3  

x 

1 0 ‑

⁸ x 

2500 

5: 

1 

X 

1 0 ‑

³ fn / 

s  ( A . 2 1  ) 

液 膜 の 流 速 は こ の 値 よ り 卜 分 大 き い の で ， イ オ ン の 移 動 速 度 が 流 れ 場 に 与 え る影響は無視し得るといえる.

A.3  実験装置と実験方法

イ共試管は高さ10mm，幅40mmの 長 方 形 断 面 を 持 つ 全 長2.9mのアクリル樹

‑96‑

脂 製 の ダ ク ト で ， こ れ が 水 平 に 設 置 さ れ て い る . 圧 縮 機 か ら の空気は供試管 導 入 以 前 に 所 定 の二酸 化 炭 素 が 負 荷 さ れ ， 循 環 ポ ン プ か ら の 蒸 留 水 と 漸 次 加 速 さ れ る よ う に 配 慮 し た 気 水 合 流 部 で 合 流 し ， こ れ よ り 2.2m下流に設置され たC O₂鈎変測定部を通過した後ダクト出口に至る.空気流量はオリフィスで， 水流量は捕集法で測定した. 二酸 化 炭 素 の 混 入 割 合 は 対 空 気 体 積 流量比で0%

~4% とした. 二酸化炭素混入による気相全流量の変化はその都度微調笠した

液 膜 流 のCO₂濃度測定装置の概要を図A.5に 示 す . 流 れ 方 向 に400mm離し て 設 置 さ れ た ス テ ン レ ス 製 の 電 極 に一定電流(本実験の場合10μA程度)を印 加 し ， こ の 印 加 用 電 極 間 の 任 意 の ダ ク ト 断 面 に 流 れ と 直 角 に 挿 入 し た 厚 さ0.3

m m， 

1 "

^{心 間 距 離2mmの}一対の測定川電極から山力電圧を高入力インピーダ ン ス を 有 す る 増 幅 器 を 介 し て 検 出 し た . 印 加 片jや 測 定 用 の 電 極 は ， ダ ク ト 下 樫と同一而に仕上げられている.また測定月j電 極 の す ぐ 下 流 に ダ ク ト 幅)jr;rJ  に三ヶ 所 の 液 体 サ ン プ リ ン グ 孔 を 設 け ， ネ ジ 式 の 栓 を は ず す こ と に よ り 液 体 をサンプルで、きる.

実 験 方 法 は 以 下 の と お り で あ る . ま ず 蒸 留 水 の み を 流 し ， 液 体 の 初 期 導 電 率 y。を測定する.測定用電極設置部の脱着可能な上壁を取り外し，アクリル 樹 脂 製 の 非 導 電 性 検 定 板 を 掃 入 す る . 検 定 板 は ， 下 壁 と の 間 隔 が1.0mmにな るように固定され，その隙聞に蒸留水を満たすことにより，膜厚が既知の11，在

t fo==1.0m mとなる.そのときの

H ¥

力 電 極 上 に あ る 液 体 の 抵 抗 Rじから，式 (A.2) を用いてy。が算定される.

次に CO₂を 負 荷 せ ず に 所 定 の 気 液 流 量 に 設 定 し た 状 態 で の 平 均 出 力 電 圧E から，式^(A.3)を用いて時間平均，幅方向平均の液膜厚さ tf mが算定される.

さらに所定の C O₂を 負 荷 し て 同 様 の 測 定 を 行 う . こ の と き ， 図 A.1に示した よ う に ， 炭 酸 が 電 離 す る の で 平 均 出 力 電 圧 は E' に 低 下 す る . こ のE'から 式

( A . 4 )

を用いて yが算定される.

また定電流法から算定される C O₂濃 度 と 比 較 す る た め に ， 液 体 を サ ン プ ル し て 幅 方 向 平 均 の 混 合 平 均 濃 度 を 測 定 し た . サ ン プ ル し た 液 体 中 の

co

ラ濃度 は イ オ ン メ ー タを用いた.なお実験時の空気 およ び 水の温 度 は約7⁰Cまたは20

~250C の範囲であった.

実 験11寺の流動条件は，気相の見かけの速度 jG ==5~40m/ s ，水の単位l隔あ

+ 

I Constant‑current  power source 

Air +CO、

‑====....; 

Distilled  water 

Sampling tap 

Oigital  voltmeter 

￨

刈A.5 _{被服流の co ヲ濃度測定装 ;I~(}

x10 ‑

⁴ 

1 0 1  

Y  ‑Yo 

= Q

. ; ‑ c ;   ^Y

^O 

^l/Qm 

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j G   =  ^20 mls 

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ドキュメント内 気流に伴われて流動する液膜への物質伝達に関する 研究 (ページ 103-106)