超臨界流体中での流体・粒子間物質移動速度の評価および高速抽出プロセスの検討

• 研究課題/領域番号: 04650836
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 化学工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 新井 邦夫 東北大学, 工学部, 教授 (10005457)
• 研究分担者: 阿尻 雅文 東北大学, 工学部, 助教授 (60182995)
• 研究期間 (年度): 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 1992年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 物質移動速度 / 超臨界二酸化炭素 / カフェイン / 自然対流 / 充填層 / シャーウッド数

研究概要

カフェイン球一個を多数の同径のガラスビーズとともに管型抽出器に充填し、超臨界二酸化炭素を導入した抽出を行った。出口カフェイン濃度から、超臨界流体中での物質移動速度を評価した。本測定条件下で評価された物質移動速度は、Re>30の領域では、Re数の増大とともに増加したが、Re<30では、Reによらずほぼ一定値となった。気相・液相の物質移動速度の評価に広く用いられている若尾の式による推算値と比較した結果、低Re領域において、実測値は推算値より大きかった。これらの結果は、境膜内の濃度分布による自然対流の効果によるものと考え、Grを考慮したGarnerの式およびSteinbergerの式と実測値との比較を試みた。しかし、いずれの推算式も実測値を正確に記述することはできなかった。
超臨界流体中では、動粘度が気相や液相と比較して小さく、その結果、Grが大きく自然対流が生じやすい。既存の式がここで得られた結果を良好に説明できなかったのは、気相や液相中ではGrを大きく変化させることができず、推算式中のGr数の感度が低かったためと考え、ここで得られた実測値を使って、新たなShの実験式を提案した。 Sh=2+0.346(ScGr)^<1/4>+0.515Sc^<1/3>Re^<0.6> 本式は、本実験結果のみならず、LimらおよびKnuffらにより過去報告された、超臨界二酸化炭素中での物質移動速度をも良好に記述することができた。また、それだけでなく、気相、液相中での物質移動速度についても十分に推算できることがわかった。