Measurement and correlation of viscosity and diffusion coefficient for dense fluid mixtures
| Project/Area Number |
21K04756
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
船造 俊孝 中央大学, 理工学部, 教授 (60165454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
孔 昌一 静岡大学, 工学部, 教授 (60334637)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 拡散係数 / 金属錯体 / 二酸化炭素 / 推算式 / 混合流体 / 測定 |
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| Outline of Research at the Start |
超臨界二酸化炭素は天然有用物の抽出、金属原子の微細構造内へのコーティングや埋め込み、ポリマー中への担持など多方面の工業分野に用いられている。これらプロセス設計や最適化には種々の物性値を必要とするが、なかでも粘度と拡散係数は必須である。超臨界二酸化炭素など１成分の高圧流体の粘度や単成分中への拡散係数データは充実してきたが、高圧混合流体についての粘度や拡散係数データは非常に少なく、測定条件範囲も狭い。そのため、精度の高い粘度および拡散係数の有効な推算方法は確立されていない。
本研究は高圧混合流体中への溶質の相互拡散係数測定と高圧混合流体粘度の有効な推算法の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
超臨界二酸化炭素 (scCO2) 中のクロム (III) アセチルアセトネート (Cr(acac)3) と白金（II）アセチルアセトネートPt(acac)2の無限希釈相互拡散係数 (D12) を、クロマトグラフィック・インパルス応答法によって Cr(acac)3については温度範囲343 K ～ 423 Kおよび 圧力範囲10 MPa ～ 22 MPaで、Pt(acac)2については温度範囲323 ～ 454 Kおよび圧力範囲11.0 ～ 25.0 MPaで測定した。343 K以下の比較的低温での D12 データは、D12/T 対 CO2 粘度の対数プロット上で直線で表される流体力学相関式によって精度よく記述できた。しかし、今回新たに測定された高温または低粘度 (より低い圧力/密度) 域では、低温域のD12 測定データで決定された流体力学相関式からの偏差が大きく、最大偏差は、測定された最低 CO2 粘度 22 μPa s で 68% であった。流体力学相関式から大きく外れるD12データは、gas-likeのscCO2 領域に完全に対応し、相関式でよく記述できるD12データは、liquid-like scCO2 領域に対応した。このGas-likeおよびliquid-like scCO2の領域は、圧力対温度のグラフにおける密度変動の尾根線を境に分離できると、Nishikawa とMorita が提唱している領域と一致した。高温、密度（低粘性）scCO2中においては、Cr(acac)3とPt(acac)2のD12の値はともに流体力学相関式では精度よく記述できなかったが、筆者らが提案しているSchmidt数による相関式は全域をよく記述でき、Cr(acac)3については136条件で平均相対誤差6.20%、Pt(acac)2については109測定条件で6.5%であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高温超臨界流体中の金属錯体の拡散係数を測定し、高温域における拡散係数データを蓄積した。現在、各温度、密度、混合流体組成について、高圧二酸化炭素と有機溶媒についての混合流体中の拡散係数をTaylor法で測定しており、本年度も継続して測定を行う。また、高圧二酸化炭素と有機溶媒の混合流体の粘度測定も開始しており、装置の健全性と精度よく測定できていることを確認している。本年度、さらに温度、密度、組成範囲を広げて継続して測定する予定である。また、これらの測定値を用いて、混合流体中の拡散係数および粘度の推算法を開発する予定であるが、現在得られている測定データを用いてある程度相関ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、測定中であるが、CO2と有機溶媒の高圧混合流体中の拡散係数をTaylor法で測定し、拡散係数に対する温度、密度依存性を調べ、純CO2中および純有機溶媒中の拡散係数値を用いて、混合流体中における拡散係数値の推算する方法を開発する。
同時に、種々の温度、圧力、組成における高圧混合流体を充填層に流通させ、入口と出口の間の圧力損失の測定値から混合流体の粘度を決定し、混合流体における粘度の推算法を開発する。
以上、高圧混合流体の粘度および混合流体中の拡散係数の測定から、高圧混合流体に関する輸送物性値の温度、密度、組成依存性を調べ、推算方法を確立させる。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
