実験　蒸発（拡散係数の測定）

物質移動の基礎は着目成分の媒体中の拡散係数であり，拡散係数は粘性係数，熱伝導度と並ぶ基本となる移動物性値である。本実験では気相２成分系相互拡散係数の実測により，拡散の推進力，成分による拡散係数の違い，拡散係数の温度依存生を調べる。

一方拡散における蒸発速度と拡散係数

液Ａの表面からその蒸気が静止気体Ｂ中を通って蒸発，拡散する状態を一方拡散と言う。本実験では静止気体が窒素で以下添字Bで表し，蒸発成分は添字Aで表す。このとき蒸発成分Ａの液表面（添字s）における物質移動流束ＮA[kg/(m²･s)]は，

(1)

で表せる。ＤABが両成分気体の相互拡散係数，ω は蒸発成分の質量分率，ρは混合気体の密度，ｙ が拡散方向距離である。ＮAは一定であるから拡散セルにおける拡散では拡散距離（セル長さ）をｌ として次式となる．(ただしω_∞　=0 とする。)

　(2)

実験操作

�@拡散セルに試料液（メタノール，アセトン）をピペットで注入する。
�A恒温槽温度を３０，３７，４５℃に設定して以下の測定を繰り返す。（計6回の測定）
�B窒素を50cm³/s程度流して蒸発をおこない，読取顕微鏡で５分毎に液面位置を測定し，方眼紙上にプロットする。３０分程度測定をおこない，直線が得られたらその傾きを液面低下速度（蒸発速度）とする。拡散距離 l　は液面（平均値）とセル口間の距離である。

測定値：蒸発液，蒸発温度ｔ　[℃]，液面低下速度 u[mm/min]，平均拡散距離ｌ　[mm]

実験結果の整理

１）表１の様式で計算処理をして拡散係数ＤABを求める。これをレポートの表１とする。ただし，

飽和蒸気圧　はAntoine式：　log10　[kPa]= Ａ - Ｂ/(Ｃ+ｔ　[℃]),
表面モル分率ｘs: ｘs=　/101kPa
質量分率：　ω=ＭAｘ/(ＭAｘ+ＭB(1-ｘ))
密度:　=ＭB/(1000･0.0224･(273+ｔ)/273)
ρs=(ＭAｘs+ＭB(1-ｘs)) /(1000･0.0224･(273+ｔ)/273)
蒸発速度ＮA：　　ＮA= ｕρl (ρl:液密度（25℃の値でよい））
拡散係数ＤAB : ＤAB = ( 1-ωs )ＮAｌ　/ρωs　　（ρ=(　+ρs)/2）
で計算される。

２）得られた拡散係数ＤABを片対数紙に横軸ｔ，縦軸ＤABでプロットする。
３）図中に藤田式による２成分系相互拡散係数推算値：

を破線で描いて比較せよ。

考察

１）一方拡散の基礎式(1)を導け。

表１　データ整理法

表２　　物性値表