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CREATIVE CHEMICAL ENGINEERING COURSE 5
拡散と移動現象

宝沢 光紀
都田 昌之
菊地 賢一
米本 年邦 
塚田 隆夫 共著
化学工学会監修 \1600+税

本書は、現象の“変化”を科学的に理解するための基本となる拡散・移動現象論を、緻密かつわかりやすく解説したテキスト、参考書である.基本概念から拡散理論の展開まで、現象を定量的に把握し数式で表現する手法について、かみくだいて説明している.また熱伝導度、粘度、拡散係数などの輸送物性値や、層流、乱流といった“流れ”の性質、流れ場での物質移動をとりあげ丁寧に解説する.さらに化学工場における装置の設計、バイオテクノロジーを利用した物質生産、あるいは様々な環境問題の解決法として、拡散や移動現象論の概念がいかに威力を発揮しているかその実際面を詳述する.科学的にものを見る目を養う、必携の一冊である。

  1. 万物は流転する
    1・1はじめに
    1・2拡散とは
    1・3熱や力も拡散する
    1・4我々の身のまわりの現象の特性
       物質の三態について
       空間座標と時間座標(定常状態と非定常状態)
       安定と不安定
       平衡と非平衡
       可逆過程と不可逆過程
       場について
     1・5現象の定量化のための基礎
       物質の状態を表現する量と熱力学
       収支式
       単位と次元
       変数と定数
       スカラー量,ベクトル量,テンソル量
    1・6微分方程式とその解
       非定常状態と動的平衡
       常微分方程式と偏微分方程式
       連続の式
    [コラム]決定論と非決定論
          微分方程式の導入
  2. 拡散と濃度分布
    2・1拡散則の発見
      グラハムによるガラス管を用いた実験
       フィックによる拡散則の誘導
    2・2気体中の拡散
    2・3一次元の拡散現象
      一次元の微分要素内の非定常物質収支
       一次元の定常拡散
       一次元の半無限領域における非定常拡散
       球からの拡散
    2・4異相界面を通しての拡散
      ガス吸収における二重境膜モデル
       均質膜を通しての拡散
    2・5化学反応を伴う拡散
      一次反応を伴う定常拡散
       瞬間反応を伴うガス吸収
    2・6荷電粒子の拡散
      荷電粒子の電気泳動
       拡散電位
    [コラム]グラハム
          フィック
          非定常拡散式の解法
          球座標系での物質収支
          三次元空間での非定常物質収支
          瞬問反応を伴うガス吸収速度式の導出
  3. 移動現象と物性値
    3・1ブラウン運動と酔歩
    3・2熱伝導度
      フーリエの法則
       気体の熱伝導度
       液体の熱伝導度
       固体の熱伝導度
    3・3粘度
      ニュートンの粘性の法則
       気体の粘度
       液体の粘度
    3・4拡散係数
      気体の拡散係数
       希薄流体とクヌーセン拡散
       液体中の拡散係数
       固体中の拡散係数
    3・5熱物性値の測定
      熱伝導度
       流体の粘度
       流体の拡散係数
  4. 流れ場での移動現象
    4・1流れの性質とその表現
      流体の種類と粘性
       層流と乱流およびその評価
       円管内の速度分布
       管内圧力損失と摩擦係数
       ナビエ−ストークスの式
       境界層
    4・2流れ場における拡散
      拡散と物質移動
       流れ場における拡散の基礎式
       乱流場での拡散
       境膜モデルと物質移動係数
       次元解析と無次元数
    4・3熱移動
      物質および熱移動の相似性
       強制対流と自然対流
       自然対流とグラスホフ数
       放射による熱移動
  5. 移動現象諭の応用
    5・1装置設計におけるモデルと実験式の効用
      化学工場と装置設計
       物質移動係数推算のためのモデル
       実験式の導き方
       気波界面積aについて
       種々の吸収装置と容量係数
    5・2バイオテクノロジーにおける拡散の問題
      バイオテクノロジーと物質生産
       固定化微生物・固定化酵素の利用
       粒子外拡散と粒子内拡散
    5・3環境間題における拡散
      工場の煙突からの煙の拡散
       乱流拡散による煙の広がり
       煙突の高さと着地濃度の推定
  6. まとめと補遺
    移動現象論と不可逆過程の熱力学
    ベナールセルと界面撹乱
    カオスと自然現象の予測困難性について
    ソーレー効果とデュホー効果
    移動現象論と計算機を用いた数値シミュレーション
    おわりに
    [コラム]ジャボチンスキー反応