一17一 共水性ガスと その鉱床 (その7) 福田理(燃料部) び商 7粘性 形の変化に対してまったく抵抗を示さない物質を完全 流体(pe･f･ct土1uid)または粘性(vi…ity)の溶い流体 という･このような物質に対しては剛性率刀は零と して差支えがたい･普通静止の状態にある流体は 完全流体でなくても皆このような性質をもっている. いいかえると流体を一度変形した後そのまままの形 に保っておくには少しも外力を必要とし在い･しか し流体が運動状態にある時す在わち流体の部分部分 カミ相対的に運動する時にはズリに対する大なり小なり の低抗力を現わす.これが粘性である｡ わち速度勾配(ve1ocitygradient)に比例する. いまA面内の1点Pにおける流体の速度を〃とし A面の面積を∫またこの面内に働く力を1とすれば zの方向における速度変化の割合は 1伽〃伽 ｣2→〇一｣2一ゴz であるから比例常数をηとすると上に述べたことは 伽 アｰηs万 このような流体の動きをもう少し微視的に眺めてみ よう･流体のある部分カミそれに隣接する部分に対して 運動する時すなわち液体の内部に相対運動カミ存在する 時は境の面に沿ってこの運動に抵抗する作用を生じ 速度カミ大きい部分は小さい部分を前方に引き逆に速度 の小さい方は大きい方を後方に引く･したカミって流 体内の相対運動は次第に減少する.この作用を流体の 内部摩擦(int.ma1f.i.tion)といい流体のもつこのよ うな性質を粘性という･図72において流体はX軸の 方向に流れるものとし図中の数本の平行線は流体内に おける速度を示す.実験の結果によれば流体の流線 方向の接触面A内に働くカは接触面の面積に比例し 流線に垂直なZ軸の方向に対する速度変化の割合す狂 娉倉 という式で示される･この比例常数ηか粘性係数(Cぴ efficientofマiscosity)内部摩擦係数(c.ef土ici.ntof intema1f･iction)または簡単に粘度(viscosity)と呼ば れるもので同一の物質にあっても温度によって著し く異なる. 上の式をηについて解くと グη= 伽 ゴz となりかつ基本単位である長さ質量および時間 の元をそれぞれ〔L〕〔M〕および〔T〕とすると方 面積および速度の元はそれぞれ〔MLT'2〕〔L2〕お よび〔LT■1〕となるから粘性係数ηの元は 〔揖〕=借汁〔ML附〕〔T〕 :〔ML-1T-1〕 である.C.G.S.単位系では粘性係数はポアズ(p.i｡｡, Ag/c蛆､ec)で表わされるカミ石油･天然ガス鉱業では 実用単位としての1/100のセンチ･ポアズ(c･nti-p･ise) カミｰ殻に使われている.単位名のポアズはフランスの 物理学者ポアズイユ(JEANLE0NH,PoIsEUILLE,1799-1869)の姓から来ている. 図72速度の勾配
一18一 表58おもな気体の粘性係数 気体の種類 空気n一ブタン,C壬H1o i一ブタン,C4H1〇 二酸化炭素,C0室 エタン,C2H6 エチレン,C2H生 ヘリウム,He 水素,亘｡ 硫化水素,H.S メタン,CH4 窒素,N｡ 酸素,0里 水蒸気,H.O 温度 ℃ ㈰㌰ 〰 〰 ㈳ ㈰ 〰 ㈰㌰ ㌵ ㈰㌰㌵ ㈰㌰ ㌰㌲㌵ ㈰ ㈱ 〰 ㈰ 〰 〰 ㈰ 〰 ㌮ ㈰ ユ00 ㈰ ㈰㈸ 〰 15ユ12 ㈰ ㈶圧力慴 ㈰㈰ ㈰ マイクロポアズ η×106 ユ85.6 ユ9014 ユ95.1 ㈰2ユ7,5 〴 ユ38.0 ㌶ ㈱ ㈷ ㈳ ㈬ 〴 ㈴ 〳㈰ ㌶ ユ73.7 2ユ2 20ユ.4 ㈰ ㈱㈴ ユ00.6 ㈷ (HandbohofChemistry,1938による) 液体の粘性係数は気体のそれより著しく大きくまた 温度が上昇するに従って液体の粘性係数は減少するのに 対して気体の粘性係数はむしろ増加する.共水性ガ スに関係の深い諸物質のいろいろな温度における粘性係 数をまとめて示したのカミ表58である. 粘性の概念は最初NEwT0N,I.(1643∼1727)によって 仮定されたものであるが後年HAGEN,G.(1839)およ びPoIsEUILLE(1840)によって互いに独立に細い円管 を通る粘性流体の流れに関する実験によってその実在 性カミ実証された.この実験によって確められたのがポ アズイユの法則(PoIsEUILLE's1aw)で一般に“細い円 管を通して一定時間内に流れる流体の量は管の両端の 圧力差および管の半径の4乗に比例し管の長さに逆 比例する"という形で表されている.またこの法則 は理論的にも導かれ一般に次の式で表現されている. Q=π力α4 81η ここでQ二単位時間内に流れる流体の量 α=円管の半径 η=粘性係数 力=円管の両端の圧力差 1=円管の長さ ポアズイユの法則は次のようにして理論的にも導 かれる｡流体カミ大さカミｰ様な細管中を定常的に流れて いる場合について流体柱を細管と同軸の円筒状の層に 分けたとすると各層はその内側に隣接する流体のため にプという力をもって流れの方向に引かれまた外側 に隣接する流体のために1+〃というカをもって反対 の方向に引かれるとすることができる(図73).いまこ の円筒層の内半径をグとしこの層の速度を〃また円 筒の長さをzとすれば 肋 ∫=一2π"η万 ･一安･一一･吻÷(･告)･ 管の両端における圧力の差を力とすれば上記の円筒 層に作用する外力は2πグ〃･力である.そして流体 は定常流であるからこの外力は内部摩擦によって生ず る力一〃と釣合っているはずである.したがって 次の式カミ成立する.
一19一 ∴ f+△f !､'､ 一' 図73 ポアズイユの法則の証明 ･洲･･吻嘉(･告)･一･ これを積分すると 去(･告)〃一一和 ･筈一一劣･･ この式はグ=0のときにも成立するはずであるから上 の積分常数0はOである.したがって 伽_〃 ∂グ21η となる.この式を積分すると ｡=_五十α 41η 管壁に接する流体は動かないから管の半径をαとすれば 回転球粘度計(｡o11ingba11viscosim.te｡)である.こ れはきまった角度で傾斜している円筒型の管から怒って いる(図7在).管は粘度を測定すべき流体で充たされて おりその中を金属球が回転しなカミら落ちるようになっ ている.管の底は閉じているので球が下方に移動す ると流体は回転球と管壁との間のすき間を通って上方 に移動する.球が降下するのに要した時間は正確に測 定される.そこで球の速度γは次の式で与先られる. γ=常数.(η'6) μここで常数は機器の大きさによってきまる.1)は球 の密度♂は流体の密度そしてμは流体の粘度である. 実際にはこの粘度計は既知の粘度の流体を用いた相対 測定に使われる･この場合には上の式は次のようにな る.μL(の一∂｡)ら μ1■(月一♂毘)f1 〔〃〕プ=α=0 したがって α一節1一升(が一･) この式は軸からγの距離における流体の速度〃を与えるもので ある･いま単位時間に流れる流体の容積をQとすれば αα･一∫･1小･一希∫･(が一･) 一月1字一手r _π力α4 81η 以上の証明は昭和10(1935)年初版の有名な教科書本 多光太郎著r物理学本論｣(第7版1948)によるもので ある. 密度の比較的大きい流体の粘度の測定に使われるのカミ ここに'はきまった距離を回転球が落ちる時間であり 記号の文字に添えられた数字1および2はそれぞれ既 知の標準流体および未知の測定すべき流体に関するもの であることを示している.回転球粘度計には高圧下 の液体の粘度の測定に使えるように設計されているもの もある.図75として示したRUSKA杜の高圧粘度計は その一例で104psia(680.5atm)までの圧力および 250.F(121･1℃)までの温度で使えるように設計されて 管壁姦 図74回転球粘度計の原理(KATz,eta1.,1959)
一20一 タングステン 端子A端水銀小球 ■グステン トミ㌧ ∼ミ､ り＼^1}` 鋼線_｣ ニッケル ワイヤｰ 毛管ノ B端ガラスｰ' アルミニウム環 ゴムパッキング 鋼製ヘッド μ消“ ミ㌧叫 おりα1センチポアズ以上の粘度をO.1%の誤差で測定 できるという. 低密度の流体は回転球粘度計の回転球とそれを収めた 管との間の半月状のすき間で乱流を生じ易いのでこの 粘度計は一般に気体の粘度の測定には適さない.この ような気体の粘度の適しているのカミ図76のようなRA NKINEの毛管粘度計(｡api11a.yViSC.m.t.r)である. この粘度計は2本の平行した硝子管から成っている･ 1本の管は厚壁の毛管であり他の1本は内径払in.の 薄壁の管である･この太い管中の水銀小球カミ重力の作 用で落ちると毛管を通してガスを押し出す･ 先に述べたポアズイユの法則を示す式を粘度μにつ いて解くと π74が μ=可ア ここにμ:粘度(ポアズ) 7:毛管の半径(C㎜) 力:流れを起す圧力差(dynes/cm2) ま:容積γの流体が毛管から流出するのに要する時間 γ:流出した流体の容積(Cm冒) 工:毛管の長さ(Cm) である.この粘度計では水銀小球カミ大い管中を一定 の速度で落ちるため毛管の入口と出口との圧力差Pは 一定に保たれる･したがって上の式から粘度μが求 められる. 図76ランキンの毛管粘度計(KATz,etal.,1959) 多くの文献から1atmにおける各種の単体の気体の粘 棄議嚢 度の温度による変化をまとめて示したの が図77である.また1atmにおける気 体炭化水素(単体または混合物)の粘度μ1 を分子量(または比重)と温度との関数 として示したのが図78である.本図に は副成分としてH.SN｡またはCO｡ カミ含まれている場合に加えるべき補正値 を求めるのに使われる図も含まれてい る.ただしこれ等創成分の濃度はモル 分率(%)として示されていることに注 意されたい.本図からわかるように 炭化水素以外の気体カミ副成分として含ま れている場合には気体炭化水素の粘度 は増加する. RANKINEの毛管粘度計を使って得ら れた温度が一定の場合のメタンの粘度の 圧力による変化を示したのカミ図79また 図75ノレスカ杜回転球貼度計
一■､一､､､､一､､｣｣｣｣■一一■■｣｣｣｣■■■｣｣■■■■1■■■ 〰㈴ ℉℉ ℉ O,022ψ O.020羅諺 O01a℉!｡{誠抄 ℉ ､拶! 〰①ω●一 e口dψ一 ◎qα014 `一 一自① Oα012挫ε〃ε誰 佃 栄pρ○何ε 0.010ヒ8"nε,θ〃nεn O.O08估一一一離蓋1L'''一一■晦"2.戸ε･f･nε何､漉･ε≒･砂% '一' 一' 估……0100150200250300;5040 泪度de匹F 図77 ㈰㌰ 温度degF 1気圧における各種の気体の粘度 (KATZ,eta1･,1959) 一21一 圧力ガミｰ走の場合のプロパンの粘度の温度による変化を 示したのが図80である･そして温度カミｰ走の場合のエ チレンの粘度の圧力による変化を示したのカミ図81である. また比重α60.70,8α9および1.0の炭化水素の粘 度を圧力および温度の関数として示した図82もよく使 われる. すでにくわしく述べておいた相当状態および擬相当 状態の概念は粘性の場合にも応用できる･図83およ び図84はともに粘性比(μ/μユ)とi)当換温度(独)お よび当換圧(凸)との関係(単体の気体の場合)ならびに ii)振当換温度および振当換圧との関係(混合気体の場合) を示したものである.ただし図83では当換温度また は振当換温度カミ横軸に図84では当喚圧またほ振当換圧 が横軸になっている､すなわち図83においては当換 温度または振当換温度カミ増すにつれて粘性比カミ減少する 様子カミまた図84においては当換圧または振当換圧が 増すにつれて粘性比が増加する様子が示されている｡ 以上においてμは当換温度(または振当換温度)丁児およ び当換圧(または振当換圧)P月における気体の粘性であ る.またμは図78によって求められる粘度μ1と同じ ものである. ① .望｡O.O12 .旨 着① ミ越O.O10 巽心ト｡o09 鵯せ0.OOB 遣 山一0.O07 估 估 估 ㈰㌰ ガス比重(Air二1)㈮ 〳 一 一9劣も90.0015･･忠｡｡｡､､･･ ､温手署｡O.00100く○よ.帖ψG9○負G4得べ署60-OOlO E主｡}6宕､ .箒08帥OO05』.…;｣○山■:o鐵O,OO05 ＼ ヒ'; 8ooG･06 o､1〵oI1 物大岬㈹舳･M山P㈹㈹･ 物六勿咋 住 ε1 Bべ勿0㍗ 7君`αOOlO○く 1 冨毛ψZ06.5 一二〇 器30.OO051.0 ヒ'; oO6冒0･6 漉〵〵 Mo12pε“帥川2S 4･1.11,ll.■11II11111 〰 φ､P 分子量 図78各種の気体炭化水素の1気圧における粘度(KATz,etal.,1959)
一22一 ㌵↑3｡｡ 竃 ◎250 ◎白.冒 〰 越巽150 〰 q.1｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡｡ 圧力,Psia→ 図79メタンの粘度(micropoise=10■6ポアズ) (KATz,eta1｡,1959)峠Oてら手｡O02枢 ｡0ぴ戸｡0ぴF500｡ 500.F400午 拠午200千 一0ぴ｢ぴ｢｡{一1007妊 ､20ぴ戸 〰 ･壬…罠… ㌰〰 ㈰〰〰〰 ↑600 吻400一' 〰 ◎』.冒2001一 …≡1 辻〰 拙｡｡ 岨恭 ㈰ 二t000 〰〰住 〔例題〕3ポンド･モルのメタン および1ポンド･モノレのエタンか らなる気体の2730psia,2000F における粘度を求めよ. この気体の見掛けの原子量(AM W)は次のようにして求められる.㈵ ㌰ また表56からこの気体の擬臨界 圧(Po)および擬臨界温度(τo)はそ れぞれ次のようにして求められる.㈵ ㈵ ㌹ これから2730psiaおよび200甲 における振当換圧(1〕児)および振 当換温度(乃)はそれぞれ次の ようにして求められる｡ 図80プロパンの ｡｡0量 鞭1 物0･締∂≡ 〰㈰ 温度,degF→ 粘度(micropoise=10■6ポアズ)(KATz,etaL,1959) 什萄" 物00'物 ㌰
→oo Φ ①ω 〰 ◎』 .昌ε200 越 禦1｡｡ ㈰図81エチ ミ＼ '畢争 堤 ε柳州 ψ1･ぴ｡ ψ 7ぴC 405080100120幅O 圧力,at㎜ レンの粘度(micropoise:■6ポアズ) (KATz,eta1｡,ユ959) む轄鞍巧 g担1 銚 '異一23一 ①s&⑭6 吻Φ㎝.･O.03O `一〇60 q･一 一1oo2bq 目3α02300■戸 2003耐τ 汯漉 ■･拙≡ ⊥巨=米.O.0160 〰〰〳〰〴〰〵〰〉 圧力,P･ia ω4ω②S.αO.7 Φωゆ '目0.03o⑥ q.一 “ 目200 Φo0-023耐手 ㌰ 銚200 '4ユ 恭0.01100εO 〰〰〳〰〴〰〵〰〉 圧力.℃Sia 吻004 ①ω 目 ω○蟄O02 芙圧力,P… 〰 ③S-G.O-8σモ④紗 O,040,030.02.α01300･F?oq300㈰〰○ユ0002000300040005000 圧力,P･i･ 兜I坦岨岬I6 '呈Oξ2'2.42-62月 振当換温度,丁早 図83振当換温度と粘性比(KATz,eta1.,1959) 一P児=2730/68119目4.00 丁亙=(459.6+200)/394.5=1.67 以上のP月およびτ月を使って図78からμ･を求めると 00124センチ･ポアズでありまた図83からμ/μを求 めると1.50である. したカミって求める粘度μは μ=1.50×α0124=0.0186センチ･ポアズである. 〔例題〕比重O.702の炭化水素ガスの1815psia195.F における粘度を求めよ. 図64からこの炭化水素ガスの擬臨界圧は667psiaで ありまた図65から擬臨界温度は390叩である｡し たカミってこの炭化水素ガスの1815psia195.Fにおけ 吻鶉007 'ε 〶 目005 ① 〰〴班…素O02 ④ S､α0.9び亨 0,070,060.q50.04￠030,020-0160 ､oo200 ㌰〰㌰〉 〰 住㈰〰㌰〰〰ほ 越O03 粟002 〰〰〳〰〴〰〵〰 圧力,P･i早 ⑤.S一α1.O0.f 〰 吻①吻O.07.8藺､O-05○目0.05①oαo4^越α03粟α020.01㌰ 200 ㌰う㈰〉 0工0002000300040005000 〰〳〰〴〰〵〰 圧力,Psia｡ 図82圧力および温度の関数として示された比 重(S.G.)を異にする気体炭化水素の 粘度(CAL亘｡vNユ953;BURcIKユ957 より)
一24一 ミ ＼ミ亜オ 期ユ｡ 畑 恭I何･.･1一ii1一 ■ 』'm肥仙亜1■1I11-I1■1111■1.11;…哨蛸■1..過艦柳1ε｡釧'111'lll11!一11.■'1',' ､,11.一1'1 1lll-11一;1､{I≡ 111■1傷 ○目,≡≡,111!■lI1 1.1耕.四■1 =1■1■一 1■･11'1 一,i, ;一 ll為 I111… 11.9111'土1'1'11一11 ….一1 振当換圧,P｡ 図84振当換圧と粘性比(KATz,eta1.,1959) る擬臨界圧(P況)および擬臨界温度(丁月)はそれぞ次 れのように計算される. P月=1815/667=2.72 τ月=(459.6+195)/390=1.68 以上のP月および丁月を使って図78からμ･を求めると ｡,0122センチ･ポアズでありまた図83からμ/μ1を求 めると1.28である.したカミって求める粘度μは μ=1.28×O.0122=0-0156センチ･ポアズ と計算される. 8)湿度 天然ガス1Nm8中に含まれている水蒸気のグラム数カミ 絶対湿度(abs.1utehumidity)である.これに対して 一定の容積の気体中に実際に含まれている水蒸気の量と その時の温度で含み得る飽和水蒸気量との比を%で表し たものを相対湿度(relativ.hu血idity)という.また これと本質的には同じであるが大気の湿度(相対温度) は現在大気中に存在する水蒸気の圧力と現在の気温 に対する飽和圧との比であると一般に定義されている･ 9)比熱 一般に単位質量の物質の温度を単位温度だけ昇降させ るのに必要な熱量を比熱(｡p.cifich.at)という｡よ く知られているようにC.G.S一単位系では1gの物 質の温度を1.Cだけ昇降さ世るのに必要狂熱量(c.1,/9 7｡σをある状態におけるその物質の比熱というカミ石 油･天然ガス鉱･工業においては11b(ポンド=453.59g) の物質の温度を1.Fたけ昇降させるのに必要な熱量 (BTU/1b/｡F)として示されていることが多い･ここに BTUは英国熱量単位(B.itishth｡｡m.1unit)で1BTU は39.1.F(3.94℃)の水11bの温度を1.F上昇させ るのに必要な熱量で2529-ca1.に相当する.した カミってヤｰド･ポンド法における比熱をC.G.S､単位 系におけるそれに換算するには ㈵㈯寸〰 を前者に乗ずればよい･すなわち以上の2つの単位 系による比熱は実際問題として数値の上ではまった く同じであるとしてよい. 気体は温度によってその容積カミ著しく変るからその 比熱を論ずるに当って外圧に対する仕事を考える必要 カミある.す荏わち気体については圧力を一定にし た時の定圧比熱(specifich.at.t:c.n.t.ntpressur｡)と 容積を一定にした時の恒容比熱(s.虹atconstant∀o1･ ume)とを区別しなければならない･容積を一定にし て気体を熱する場合には加わる熱はすべて気体の内部 に留まるカミ圧力を一定にして気体を熱する場合には 気体は容積の増加に伴って外圧に対して仕事をするから その分に相当するエネルギｰが気体から外気に移る･ それ改定圧比熱0ρは定容比熱C刎より大きい. 定圧比熱の測定には図85のような水熱量計の中に蛇 管を設けた装置が使われる･ある温度沌に熱した気 体を一様な速度で蛇管に通すと･気体は絶えず水に熱を 与えるから遂には水と同じ温度にたって熱量計から 出る.そして水の温度は次第に上昇するから最初 の温度をがCまた最後の温度をθ｡Cとすると気体 カミ失った熱量は1g当たり最初はCρ(f一オ1)カロリｰで 最後はCρ(ま一θ)カロリｰである･それ放熱量計を 通過した気体の総量を刎gとするとこの気体カミ失った 熱量は 叫与)カロ1一
図85 定圧比熱測定装置(本多ユ935) 図86 J0LYの示差蒸気熱量計(吉田ユ936) である.ここに熱量計中の水を"gまた熱量計の水 当量(waterequiva1ent)をωgとすると上の式で示さ れる熱量は熱量計が得た熱量 に等しいから である. (刎'十ω)(θ一ま')カロリｰ 求める気体の定圧比熱Cρは ･ρ一("十ω)l1話∫) 刎(1一才) 次に定容比熱を直接測定するには図86に示すよう だJOLYの示差蒸気熱量計(d肚｡｡｡ntialst｡｡m.a1｡｡im一 ｡tO｡)カミ便われる.この熱量計の主部は熱容量および 内容積の等しい中空の薄いアルミニウム球2個から匁り その1つ㈹を真空とし他(B)に測定しようとする気体を 入れる･いまこの両球を天秤の両管に懸け同一の蒸 気室内において釣合せ熱した蒸気をその室内に導き 両球に凝結する水量の差を測ればこれから球内の気体 を一定の容積のまま暖めるために要した熱量カミ求められ る･そしてこの熱量初めに天秤を釣合わせた時お よび熱した蒸気を送った時の蒸気室内の温度およびア ルミ球内の気体の質量からその定容比熱が計算される. ある気体の定圧比熱と定容比熱との比(Cρ/c")は気 体によって一定であって通常γをもって表される. ヘリウムアノレゴンおよび水銀蒸気のような一原子気 体ではγの値は1,666でまた酸素窒素および水素 のような二原子気体では1･40である･分子の構造が複 雑に放るとγの値はさらに減少する.気体炭化水素 の1atmのもとにおける定圧比熱(BTU/1b/｡F)を温度 (｡F)およびガス比重または分子量の関数として示した のが図87である.おも放気体のいろいろな状態におけ る比熱関連の諸数値をまとめて示したのが表59である. このような表からある温度･圧力下における混合ガスの 比熱を求めるには次の式カミ便われる. ここで である. ΣC古G宙 椛Ei C:混合ガスの比熱 G:混合ガスの質量 Cl:成分ガスのそれぞれの比熱 G1:成分ガスのそれぞれの比重 10)容積係数 地下の温度･圧力の下で占めているガスの容積とそ れが地表におけるある基準状態で占めるべき容積との比 (無次元の無名数)を容積係数(f｡｡mationvo1um.factor) という.基準状態を60甲(15.6uC)で147psia(1atm) としガスの圧縮係数2が既知であれば容積係数助 は次の式で求められる. B･=P･｡｡0｡｡0･･一00･8･7(460･T)･ア ここで T:地下における温度(｡F) P:地下における圧力(psia) である.いろいろ検温度(｡F)および圧力(psia)の 比重0.6の気体炭化水素の上の基準状態に対する容積 係数およびその逆数を示したのが図88である. 10)蒸気圧 純粋な物質は温度および圧力に応じて蒸気液体 および固体の3相のいずれかとなる.ある物質がある 単一の相をなしている時にはその容積γは温度丁お よび圧力Pによってきまる･3次元をもつ図89ば純 粋狂物質に関するこれら3つの変数(P,γ,τ)の関係を 模式的に示したものである･本図から作成された圧力
一26一 一200 温度(｡F) 2α,4αコ〰〰 圭≡≡≡≡≡≡…≡…≡暮婁蝶纏堕…圭琴≡一≡歪≡…≡≡≡ lOα〕 SPE⊂IF1⊂月E^T 但冊1〕Rα二岬BONVAPDR; ONEATMOSPH亘司=PRE$u只E ±⇒一 ､阜==←一 斗=.1=⇒_≡ 黒…套き←『干｢=o事享澤葦葦…1… ^‡⇒骨気体睾姜姜… 孝幸重密度一重…妻妾≡1'1 淀革ム率≡羊r由=一島 I､一⇒｡1…撃ξ… 芦蝉…･,作･'睾…→⊥ ｡→･一…薫棄妻 ぐ･｡“ 知グ'.フO ･自 ＼60 目← 因 ○ 轟･･､ 導 出国40一 図871気圧における気体炭化水素の恒圧比熱(KATz,eta1.,!959) 一温度断面および圧力一容積断面がそれぞれ図90およ び図91である. 蒸気と液体とが共存している条件は図89においては HbCdIで囲まれた領域である.圧力一温度面にこの CbHまたはCdIを投影すると蒸気一圧力曲線として 知られた1本の曲線(図90のHC)となる.同様に固 体と液体とが共存している2相面BDHGを図90の圧力 ㈰ ､巾IOO )ε0 麺 刻抑 鐘20 準襲10 類8 打 瑚6羅 繕梯α2 ⊥㌰ 住 〶 回 O04薫 撃α02 σ01估 ひO06 αO04〳〰〰 圧力 団88密度0.6の気体の基準状態に対する容積 係数とその逆数(石油鉱業便覧1963) 3.00｡｡｡い洲02 愁妓 ミ貝' 出.一≡;一;一･1σ ..一一一一■1 ＼C間液体1 固体液体 少' no_㌧' 個体 気体比容積 ､ ＼1･手 液体･1･:二:･ 十気体気体･払 d･＼.ニニ1... .=.二1'､^. ':｣二I.. 二二`二'.:I･二 ､...二一.■､=･1` 1､ξ…メ､ ･二1{=1 _÷三三一■1幻 一一…影 檎 図89純粋な物質に関する圧カｰ容積一温度ダイアグラム整 P一
一27一 表59おもな気体の比熱(1atm) 種類空気アンモニア,NHヨ アルゴン,Ar 二酸化炭素,CO｡ エタン,C望H眉 エチレン,C2H生 ヘリウム,He 水素,H2 硫化水素,H.S メタン,CH4 窒素,N｡ 酸素,O｡ プロノくン,C畠H8 水,H.O 温度℃ 〰 ㈰ 〰〰 〰 ㈰〰 〰 〰 ㈰〰 〰 ㈰ 〰 1里00 ㈰〰㈳〰15℃比熱 (ca1/9/｡c) C力㈳ ㈴〴㈴ 0.2近30 ㈴㈵㈱㈵ ㈹㌲㌳ ㈵ ㈰㈳ ㈷㌰㌴ ㌸㌰㌵ ㈬ ㌮㌸㈹㈷ ㈵㌲ ㈵ ㈴㈲㈱ ㈱㌸㌶ ㈴ ㈹ ㌴ C〃 ㌵ ㈲㌹ ㈶㈷ ㈳㈶㈷ ㌱㌶㈲㈸ ㈬ ㈮㈲ 0.2ユ5 ㌱ ㌷㌲ ㌴㌶ ㌶㌶㌹ 0.近384 ㌰ γ= c力/c砂〳 〴 ㌵ ㈸㈲ ㌵ ㈹㌰㌲ ㌵㌱ 〴 ㌶ ㈴ 〶 (HandbookofChemistry,1938による) 朋汽 ↑只.出固体 ρ.デ←一一一一19 lo一 圧縮;1 液体11 ｢f.1 ･･5I㍑♪ ･勢 κ.3重点 =過熱蒸気 または ガス温度→･ 第90図紙料な気体に関する圧力一温度ダイアグラム (KA↑z,eta1.,1959) 一温度面に投影すると曲線HDと狂りまた固体一蒸気 面を投影すると曲線HFとたる･刎において固体の状 態にあるメタンを恒温P｡のまま温度だけを上昇させる としよう.物において液体カミでき始めるとし以後は 恒温･恒圧のまま熱だけを加えるとメタンは0におい てすべて液体となる.さらに温度を上昇させるとろ において蒸気(V･p･r)と呼ばれるもっと低密度の流体と なる.このような気化(YaporizatiOn)は6において 完了するまで恒温のままで進行する.温度が∂を超え ￠に向って上昇すると蒸気の容積は増すが相の変化 はもはや起こらない･三重点Hにおいては固･液 ･気の3相カミ共存する.このようにある物質の固･液 ･気の3相カミ平衡状態を保っていられる温度および圧力 はそれぞれ1つしか荏い.図91のα肋のような恒温 における断面は恒温線(isothem｡)と呼ばれる.図91 はメタンの恒温線である･また液体およびその蒸気 カミ与えられた温度において互いに熱平衡を保つ時液体 またはその蒸気の密度を規圧密度(orthoba･icdensity) というのカミ図91はメタンの規圧密度曲線である.こ のように温度が上昇すると液体の比容積は増して密 度は低下するが蒸気の容積は減少して密度は上昇す ることに注意する必要カミある･臨界点Cにおいては蒸 気および液体の比容積および密度はその特性を失う. またこの臨界温度および臨界圧においては相に関す る他の特性もなくなる. 蒸気および液体の密度の平均値を結ぶ線は密度曲線 を臨界密度のところで切る(図92).･この原則はCAI-LLETET&MATHIAS(1886)の直線径の法則(1awof
一28一〰 湖〰 ↑.嘗弓=400 長田棚 ㈰〰 ■u '111111+'{■一1÷十1111…111111≡11111.; I-1枡1≡'. 01≡1'一.11.■ 1葎だ0戸≡1≡≡■■1■一一1'■.11.;.'1≡≡1'1≡≡11111､111■1111･.1' .赫≡､1一.'1;.1一1■'鶴薫1ハ1111111111､ll111嵩≡≡ 1≡.ll.11･≡,≡.Il,≡1三.一'0竿一11111譲譲可1i11.○祭1■1≡ ≡i!1≡≡1111≡11≡11150F一1≡≡≡ ち1･｣■1IH■lH♂':.､十. 1=一'■I' '.一■.う ' ≡斗 一 ≡ Hl70戸'田 〃0竿1一 一助･ 2000■1 二26戸.･.'1'･一11一句0ゲ1十一≡1' ■ 1◎OOOO α40Ω50060 容積,ft島/1b→ 図91メタンに関する圧力一温度ダイアグラム recti1ineardiameter)として知られている･ いろいろ放圧力の下における沸点を与える蒸気圧曲線 は純粋の物質のもっとも重要荏特性である.各種の ＼冒盲｡ 拙翻 05㎝0302㎝o細絃平均密度 韓界 飽和室気 一275-250-225-200■175-150-125-100温度degF 臨界一 図92メタンの規圧密度曲線と直線径の法具u 純粋な炭化水素は工場や実験室における 処理過程でよくぶつかるものでありそ の蒸気一圧力曲線はそれを扱う上にきわ めて有効である.図93∼95はガス工業 においてよく使われる揮発性炭化水素類の蒸気圧を与え るものである. 温度,degF 温度,degF 2550 o..帽2020oo{軸｡ヨ｡oヨコo〒OO01 凹o0H○坐研{帖巾,μ 怡○抄 o■ o“0○亭“ P`○ま醐彬 はκ} 申寺■､“釜“吾寺鳶蝪ぶo ○め㎡.連“∼ま“･.o抄o抽閉o;“““屯旦刊沽○虫綱壁湧徽蕃鳶$蟹““崩“モ岳｡品モ岳｡o¶ 舵喧 ヨ｡只 帥田図93ノ .温度,degF･ ルマル･アルカン類の蒸気圧(KATz,eta1.,1959) 1温度,degF
29｡｡灘伽㎜ 一㎜ 呈｡oo 鰐醐｡ 符 潯10割O .只拙 ｡○冒 F側 d一度｡ 温㎜ ㈰ 旧｡oo 温度,degF 10巳 ㎝〳舵 o075oo.Oo5oo一一5ooo〒o冒｡目｡o01日一64呈呈1尉6{ヨ21 潯OOOO-ヨ,-1 ○碑 '一 皿1o岬H〃'` 一;山ム･引h一〇}ooい●紬棚一越訴辻一一㌔もぷ“.亜“め'“田ひ ･'“' 竈専§{ 里血対拶o“ “み珀誠燃成仏紬孔･七田㌔コ "'祀1せ前彬}一““一,o 一〇一5o5 伽㎜㎝ 一〇〇 湖 ｡o○日 ㎝o㎜ 筥｡o 図94イソ･アルカ 温度,degFl ン類の蒸気圧(KATz,eta1.1959〕 左｡o酉｡亘｡o茗冒0400帖｡;0055 温度,d･gF 雪ωρ 仙;o田｡m日1㎝㏄㎝o』 .点田 ｡{ 住潯 旧8 老{､只出 ｡ooo.ひ｡o 10日 1㎝ ○垣㏄1.一 温度,degF 杆 κ度→ 温 〒･ o2.O〒501502020;oo'蜘0005005600700目｡ヨ100 }=■∼正｡o･刊耐 日一 把 ｡｡帥バ 砂! ^びが一 ヨ,,帥･o μ6 oε轟 岬18○ま c ■錫 帥雌里血帖o“ ■5駿 }ll1帥'日｡巾'漉 岬一}1∼め㌍破｡{没 訓"“i舌o;一七ω｡･呂o'｡一仙･1把o“一冊･5'､岬･巾“}諏絆級砕^皇.“紗帝謝1“`衙画}カｰ畠ま繁呼心}紬.ぶ邊 ?,㈱○這4岬副邊 曲o.o,“岨､例o'胴｡“岬刊 P･一昌里巾 ?妙 ･O帖50oo5o 〰 温度,degF 温度,degF 図95不飽和炭化水素類の蒸気圧(KATz,eta1.,ユ959) ､鰐鴛㎜獅 伽㎜㎜ 棚㎜獅 ㎝○呂 伽由亘､只甘
