可逆反応と不可逆反応による混合時間の差異 Difference Between Mixing Times Measured with Reversible and Irreversible Reactions

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著者

    • 橋本 俊輔 HASHIMOTO Shunsuke
    • 大阪大学大学院基礎工学研究科 物質創成専攻化学工学領域 Division of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University
    • 西村 亮俊 NISHIMURA Akitoshi
    • 大阪大学大学院基礎工学研究科 物質創成専攻化学工学領域 Division of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University
    • 井上 義朗 INOUE Yoshiro
    • 大阪大学大学院基礎工学研究科 物質創成専攻化学工学領域 Division of Chemical Engineering, Graduate School of Engineering Science, Osaka University

抄録

一般的な流体混合を考える場合,2種以上の流体物質が空間的に均一に混ざり合ったとき,混合が完了したと判断する.実際の撹拌・混合操作における混合完了時間の測定には,ヨウ素の脱色反応などの化学反応による色変化検出法がよく用いられる.この場合,概念的な流体混合の完了時間と実測される色変化終了時間とが一致するとは限らない.本研究では,従来の流体混合概念と実測される混合完了時間との関係を再考するとともに,ニクロム酸イオンによる可逆変色反応とヨウ素の不可逆脱色反応を利用した2つの測定法を利用して混合完了時間を測定し,両者が異なって見える原因について検討した.実験結果によれば可逆反応を用いた場合の色変化終了時間は不可逆反応のそれよりも長くなる.可逆変色反応では,一度変色しても系全体の濃度が均一化するまでは色の復帰が容易に起こりうるため,色変化の完了時間は撹拌槽内の濃度の均一化に必要な時間と一致する.他方,不可逆脱色反応の場合,測定時点で濃度が不均一であっても,過去に一度脱色された領域は再着色される可能性が少ない.すなわち,従来の不可逆脱色反応から混合完了時間を測定する方法では誤差が生じ得る.また,両手法における混合完了時間の差異は,撹拌レイノルズ数が大きくなるほど顕著であった.

Fluid mixing is generally judged to be complete when two or more different fluid materials are uniformly distributed over the whole system. In practice, mixing time in mixing processes is often measured by detecting color change due to a chemical reaction. However, the conceptual mixing time does not necessarily coincide with the time of completion of color change. In the present study, we reconsidered the relation between the conventional concepts of fluid mixing and experimentally measured mixing time. In addition, by comparing the difference in the spatiotemporal concentration change between an irreversible decolorizing reaction and a reversible color reaction, we investigated the possibility that mixing times measured by use of these reactions may differ. Experimentally, the completion time of color change in the reversible reaction was found to be longer than that of the irreversible reaction. In a reversible reaction, an initial color change may be reversed until the concentration becomes uniform in the system. Hence, the completion time of color change agrees well with the mixing time in a reversible reaction. On the other hand, in an irreversible reaction, a region once decolorized cannot be colored again even if the concentration in the system is not homogeneous. Thus, error may arise if an irreversible reaction alone is used to conclude that mixing is complete. Moreover, the difference in mixing time measured by irreversible and reversible reactions becomes larger as Reynolds number increases.

収録刊行物

  • 化学工学論文集 = Kagaku kogaku ronbunshu

    化学工学論文集 = Kagaku kogaku ronbunshu 38(1), 19-24, 2012-03-20

    The Society of Chemical Engineers, Japan

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10030160325
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    023617988
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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