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化学工学において、ステファン管は1874年にヨーゼフ・ステファンによって考案された装置である。 [1]拡散係数 の測定によく使用される。[1] [2] 垂直の管で構成され、その上をガスが流れ、底部には恒温槽に保たれた揮発性液体のプールがある。 [1] [3] [4] プール内の液体は蒸発し、管内の上部のガスを介して拡散し、上部の管口を超えるガスの流れによって運び去られる。[1] [3] 次に、管内の液体のレベルの低下を測定する。[4]
対流を抑制するために、チューブの直径は通常狭くなっています。[4]
ステファン管を数学的にモデル化する方法は、例えば、皮膚や衣服についた香水の滴から空気中を蒸発して人の鼻に届く香水の香りの分子の拡散をモデル化する方法と非常によく似ています。モデル間にはいくつかの違いがあります。しかし、非常に希薄な蒸気濃度では結果にほとんど影響がないことがわかりました。[5]
分析
システムの解析では、さまざまな仮定が立てられています。慣例的にAと表記される液体は、慣例的にBと表記される管内のガスに溶解せず、反応もしません。[3] 液体Aの体積の減少とガスBの体積の増加は、動作を記述する方程式を解く目的では無視でき、任意の時点での瞬間的なフラックスは定常値であると仮定できます。[4] [2]管の上部の口での過度に激しい流れによって引き起こされる対流または乱流から生じる濃度勾配 の半径方向または円周方向の成分は存在しないため、拡散は垂直方向の単純な1次元の流れとして扱うことができます。[1] [6]ガスの流れの結果として、管の上部の口でのAの モル分率はゼロです。 [2] AとB の界面では、Bのフラックスはゼロであり（ Aに不溶性であるため）、モル分率は平衡値です。[6] [4]
したがって、BのフラックスN B はチューブ全体でゼロであり、[4]下向きの拡散フラックス（濃度勾配に沿った）はAによって引き起こされる上向きの対流フラックスとバランスが取れている。[3] [6]
これらの仮定を適用すると、システムはフィックの拡散の法則[1]またはマクスウェル・ステファン拡散の法則[6]を使用してモデル化できます。
参考文献
クロスインデックス
- ^ abcdef Lienhard、2019年およびセクション11.7。
- ^ abc テイラー＆クリシュナ1993、21ページ。
- ^ abcd Duong 1998、343ページ。
- ^ abcdef カーワン 1987、88ページ。
- ^ テイシェイラら。 2012、75–77 ページ。
- ^ abcd テイラー＆クリシュナ 1993、22ページ。
出典
- リーンハルト、ジョン H. IV;ジョン・H・V・リーンハルト（2019）。伝熱教科書（第5版）。ニューヨーク州ミネオラ：ドーバーパブ。
- Duong, Do D (1998)。「多孔質媒体における拡散と吸着の基礎」。吸着分析：平衡と速度論。化学工学シリーズ。第 2 巻。World Scientific。ISBN 9781783262243。
- キルワン、ドナルド J. (1987)。「物質移動の原理」。ルソー、ロナルド W. (編)。分離プロセス技術ハンドブック。ジョン ワイリー アンド サンズ。ISBN 9780471895589。
- テイラー、ロス; クリシュナ、R. (1993)。多成分物質移動。Wiley 化学工学シリーズ。第 2 巻。John Wiley & Sons。ISBN 9780471574170。
- テイシェイラ、ミゲル A.ロドリゲス、オスカル。ゴメス、ポーラ。マタ、ベラ。ロドリゲス、アリリオ (2012)。 「香水のパフォーマンス」。香水工学: デザイン、パフォーマンス、分類。バターワース＝ハイネマン。ISBN 9780080994079。
さらに読む
- フロリダ州ハインツェルマン。ワサン、DT;ウィルク、CR (1965 年 2 月)。 「ステファン拡散管内の濃度プロファイル」。工業工学化学。基本。4 (1): 55-61。土井：10.1021/i160013a009。
- ミトロヴィツァ、ヨヴァン (2012年6 月)。「ヨーゼフ・ステファンと蒸発拡散管 - ステファン拡散問題」。化学工学科学。75 (18): 279–281。doi :10.1016/j.ces.2012.03.034 。
- Slattery, John C. (1999) 「質量移動における微分バランス」高度な輸送現象ケンブリッジ化学工学シリーズ ケンブリッジ大学出版局 pp. 489–500 ISBN 9781316583906。