臨界点付近での物性値の変化を利用した化学装置の設計

• Project/Area Number: 14655284
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 化学工学一般
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 影井 清一郎 横浜国立大学, 環境情報研究院, 教授 (20017966)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 玉野 研一 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (90171892)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2003: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2002: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
• Keywords: 超臨界 / 臨界点 / 二酸化炭素 / 拡散係数 / 分配係数 / 不飽和脂肪酸 / クロマトグラフィー / 2次流れ

Research Abstract

臨界点付近の物性値の急激な変化を利用した装置の検討の第一段階として、本研究の成果は3つに分けられる。
(1)吸着応答法の理論的および実験的な基盤を確立したこと
管壁で吸着のあるキャピラリーカラムを用いたショット応答実験から、容量係数と拡散係数を求める方法を理論的に検討した(雑誌論文4)。さらに、カラムをコイル状に巻いたときの2次流れの効果を補正する式を円管内の流れから解析的に導いた(雑誌論文としてChem.Eng.Sci.に投稿中)。これにより、超臨界状態下の拡散係数を測定できるばかりでなく、超臨界下の移動現象の取り扱いに関して理論的な基礎を与え、コーティングカラム中の移動現象のモデル化を行った。
(2)吸着応答法を用いて、比較的大きな分子の拡散係数を実測したこと
実用上有用と考えられる物質の分子量は大きい。ここでは、ω_3系列やω_6系列を中心に分子量が1000近辺までの不飽和脂肪酸の拡散係数を測定し、ビタミン類等の従来のデータと比較し、拡散係数の相関式を導いている。また、分子構造による拡散係数への影響も実測できることを示した。(雑誌論文1,2,3,6)
(3)臨点付近の拡散実験を行い拡機構の問題点を明らかにしたこと
臨界点付近の拡散係数には従来より様々な議論があった。本研究での実験手法の改善により、臨界点付近の拡散機構の解明の足がかりをつけたといえる。(国際会議論文:6^<th> Int.Symp.Supercri.Fluids,Versailles,2003に発表したものの、検討が終了していないため、学術誌に発表するに至っていない。)
全体として、本研究の主要目的である「モデル化とこれに付随する各種パテメータ値の推算」についての見通しが立ち、1次の段階に進める状況となった、と言える。

Research Products

• [Publications] T.Funazukuri, S.Y.Kong, T.Kikuchi, S.Kagei: "Measurements of binary diffusion coefficient and partition ratio at infinite dilution for linoleic acid and arachidonic acid in supercritical carbon dioxide"J.Chem.Eng.Data. Vol.48, No.3. 684-688 (2003)
• [Publications] T.Funazukuri, C.Y.Kong, T.Kikuchi, S.Kagei: "Effects of molecular weight and dgree of unsaturation on binary diffusion coefficients for lipid in supercritical carbon dioxide"Fluid Phase Equilibria. in press. (2004)
• [Publications] 船造俊孝, 孔昌一, 影井清一郎: "クロマトグラフィックインパルス応答法による超臨界流体中における有機化合物の相互拡散係数の測定"日本高圧力学会誌. 印刷中. (2004)
• [Publications] C.Y.Kong, T.Funazukuri, S.Kagei: "Chromatographic impulse response technique with curve-fitting method to measure binary diffusion coefficient and retention factor with polymer-coated capillary column"J.Chromatography A. in press. (2004)
• [Publications] T.Funazukuri, C.Y.Kong, S.Kagei: "Measurement of binary diffusion coefficient from impulse response curve having extremely low absorbance intensity under supercritical condition by noise elimination procedure"Fluid Phase Equilibria. revised.
• [Publications] T.Funazukuri, C.Y.Kong, S.kagei: "Impulse response techniques to measure binary diffusion coefficients under supercritical conditions"J.Chromatography A. revised.
• [Publications] T.Funazukuri, C.Y.Kong, T.Kikuchi, S.Kagei: "Measurements of binary diffusion coefficient and partition ratio at infinite dilution for linoleic acid and arachidonic acid in supercritical carbon dioxide"J. Chem. Eng. Data. (in press). (2003)
• [Publications] 編集: San Xi Li, Lin Jiu Xiao, 分担: C.Y.Kong, T.Funazukuri, S.Kagei: "Advances on Chemical Engineering and New Material Science"Liaohai Publishing House & Liaoning Science and Technology Publishing House. 143(31-34) (2002)