圧縮率因子

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圧縮率因子(あっしゅくりついんし)は実在気体の振る舞いに関して、理想気体からのずれを表す無次元数のひとつである。圧縮因子あるいは圧縮係数ともいう。

1モルの実在の気体または理想気体について、PVnT をそれぞれその気体が受ける圧力、体積、モル数、温度とすると圧縮率因子 z は次のように表される。

z = {PV \over nRT} = {V_\mathrm{m} \over V_\mathrm{m}^\mathrm{ideal}}

ここで R気体定数である。また、Vm は気体分子のモル体積Vmideal は理想気体としてプロットしたモル体積である(便宜上、前者をモル体積、後者を理想のモル体積と呼ぶことにする)。

V_\mathrm{m} = {V \over n},\quad V_\mathrm{m}^\mathrm{ideal} = {RT \over P}

モル体積と理想のモル体積の商をビリアル展開することでz を求める方法もある(詳細はビリアル方程式を参照)。

z は圧力 P に対してプロットすると物質固有の曲線になる。一般に十分低圧では1より小さく、十分高圧では1より大きくなる。これは実在気体では無視できない分子間力と分子自体の体積の2つの影響によるものである。z を対臨界定数P およびT の関数で表したのがz 線図で、気体の種類に関係なく適用できる。


理想気体では

PV = nRT

より圧縮率因子の値は常にz = 1である。

空気の圧縮率因子[編集]

空気の圧縮係数(実験値)[1]
  絶対圧力 バール
温度, ケルビン 1 5 10 20 40 60 80 100 150 200 250 300 400 500
75 0.0052 0.0260 0.0519 0.1036 0.2063 0.3082 0.4094 0.5099 0.7581 1.0125
80 0.0250 0.0499 0.0995 0.1981 0.2958 0.3927 0.4887 0.7258 0.9588 1.1931 1.4139
90 0.9764 0.0236 0.0453 0.0940 0.1866 0.2781 0.3686 0.4681 0.6779 0.8929 1.1098 1.3110 1.7161 2.1105
100 0.9797 0.8872 0.0453 0.0900 0.1782 0.2635 0.3498 0.4337 0.6386 0.8377 1.0395 1.2227 1.5937 1.9536
120 0.9880 0.9373 0.8860 0.6730 0.1778 0.2557 0.3371 0.4132 0.5964 0.7720 0.9530 1.1076 1.5091 1.7366
140 0.9927 0.9614 0.9205 0.8297 0.5856 0.3313 0.3737 0.4340 0.5909 0.7699 0.9114 1.0393 1.3202 1.5903
160 0.9951 0.9748 0.9489 0.8954 0.7803 0.6603 0.5696 0.5489 0.6340 0.7564 0.8840 1.0105 1.2585 1.4970
180 0.9967 0.9832 0.9660 0.9314 0.8625 0.7977 0.7432 0.7084 0.7180 0.7986 0.9000 1.0068 1.2232 1.4361
200 0.9978 0.9886 0.9767 0.9539 0.9100 0.8701 0.8374 0.8142 0.8061 0.8549 0.9311 1.0185 1.2054 1.3944
250 0.9992 0.9957 0.9911 0.9822 0.9671 0.9549 0.9463 0.9411 0.9450 0.9713 1.0152 1.0702 1.1990 1.3392
300 0.9999 0.9987 0.9974 0.9950 0.9917 0.9901 0.9903 0.9930 1.0074 1.0326 1.0669 1.1089 1.2073 1.3163
350 1.0000 1.0002 1.0004 1.0014 1.0038 1.0075 1.0121 1.0183 1.0377 1.0635 1.0947 1.1303 1.2116 1.3015
400 1.0002 1.0012 1.0025 1.0046 1.0100 1.0159 1.0229 1.0312 1.0533 1.0795 1.1087 1.1411 1.2117 1.2890
450 1.0003 1.0016 1.0034 1.0063 1.0133 1.0210 1.0287 1.0374 1.0614 1.0913 1.1183 1.1463 1.2090 1.2778
500 1.0003 1.0020 1.0034 1.0074 1.0151 1.0234 1.0323 1.0410 1.0650 1.0913 1.1183 1.1463 1.2051 1.2667
600 1.0004 1.0022 1.0039 1.0081 1.0164 1.0253 1.0340 1.0434 1.0678 1.0920 1.1172 1.1427 1.1947 1.2475
800 1.0004 1.0020 1.0038 1.0077 1.0157 1.0240 1.0321 1.0408 1.0621 1.0844 1.1061 1.1283 1.1720 1.2150
1000 1.0004 1.0018 1.0037 1.0068 1.0142 1.0215 1.0290 1.0365 1.0556 1.0744 1.0948 1.1131 1.1515 1.1889

参考文献[編集]

  1. ^ Perry's chemical engineers' handbook (6ed ed.). MCGraw-Hill. (1984). ISBN 0-07-049479-7.  (table 3-162). Z-value are calculated from values of pressure, volume (or density), and temperature in Vassernan, Kazavchinskii, and Rabinovich, "Thermophysical Properties of Air and Air Components;' Moscow, Nauka, 1966, and NBS-NSF Trans. TT 70-50095, 1971: and Vassernan and Rabinovich, "Thermophysical Properties of Liquid Air and Its Component, "Moscow, 1968, and NBS-NSF Trans. 69-55092, 1970.
  • McQuarrie, Donald A. and Simon, John D. (1999). Molecular Thermodynamics. University Science Books. ISBN 1-891389-05-X. page 55
  • Perry's chemical engineers' handbook (6ed ed.). MCGraw-Hill. 1984. ISBN 0-07-049479-7. page 3-268
  • Smith, J.M. et al. (2005). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (Seventh Edition ed.). McGraw Hill. ISBN 0-07-310445-0. page73

関連項目[編集]