移動現象Ⅲ
 Transport Phenomena III
 担当教員:宍戸 昌広(SHISHIDO Masahiro)
 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)物質化学工学分野
 開講学年:3年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:物質化学工学科  科目区分:専門科目・選択必修 
【授業概要】
・テーマ
水に垂らしたインクがジワジワと拡がる,隣の女性の付けた香水が香る,汚染物質が大気中に拡がる,..。これらは,全て「物質移動」という現象です。移動現象 II では,この物質が移動していく現象について学びます。反応装置の中で化学反応が起こるためには,反応物質同士の分子レベルでの出会いが必要です。その出会いの場に分子が移動していくことも物質移動です。日常生活の中から,工業装置の内部に渡って,観察される現象です。物質移動には,濃度差があれば起こる「拡散」(インクがジワジワ拡がるタイプ)と流れに乗って素早く運ばれる「対流」(コーヒーに入れた砂糖をスプーンでかき回すタイプ)があります。講義では,物質移動の仕組みを概説し,周囲条件によって,その移動速度がどのように変わるのかを数式を多用して,定量的に取り扱っていきます。
・到達目標
(1)物質移動現象をイメージできるようになること,(2)想定した物質移動の絡んだ物理現象を数学モデルで表現できるようになること,(3)数式で表現した物質移動現象を解くことで,濃度の空間的分布や時間的変化を計算できるようになること,(4)物質移動,反応などが直列で起こる場合の複合現象に対する律速過程をイメージできるようになること
・キーワード
Fickの法則,濃度勾配,物質移動流束,境膜,拡散係数,一方拡散,等モル相互拡散,物質移動係数,熱と物質の同時移動現象,物質移動と反応の同時現象

【科目の位置付け】
この科目は物質化学工学科の学習・教育目標「(B)工学基礎および専門知識の習得と継続的学習」に主に対応する。

【授業計画】
・授業の方法
主として講義。講義の最後に演習問題を課すこともある。
・日程
1)イントロダクションー物質移動とは何か? Fick の法則ー
2)拡散と対流現象の定性的な理解
3)拡散と対流現象の定量的な記述方法と一方拡散と等モル相互拡散の取り扱い
4)一次元定常拡散方程式の導出と解法ならびに物質移動速度式の導出
5)一次元非定常拡散方程式の導出と解法ならびに物質移動速度式の導出
6)一方拡散と等モル相互拡散の物質移動速度式の応用
7)異相界面の存在する場合の物質移動ーガス吸収と二重境膜説
8)層流場での物質移動現象ー流下液膜中へのガス吸収
9)物質移動係数の定義とそれを用いた物質移動現象の解析例
10)装置内の物質移動現象のモデル化ー境膜モデル
11-12)熱と物質の同時移動現象ー蒸発
13)反応と物質移動の同時現象ー化学気相蒸着法
14)講義総括(含む試験)
15)講義総括(含む試験)

【学習の方法】
・受講のあり方
私語,飲食など他の受講生に迷惑となる行為は厳禁。
・授業時間外学習へのアドバイス
本講義では特に予習は必要としないが,講義内容に関連する書籍を紹介するので積極的に読まれたし。
本講義は受講生にとって全く新しい学問であるとともに,化学工学的に大変重要な基礎科目であるので,復習をしっかりするように。特に,知識の積み上げとなる科目なので,前回の内容を理解しておかないと次の内容が理解できないこともあり得る。十分復習し,不明な点は質問すること。

【成績の評価】
・基準
試験では,
1.物質移動現象を数学モデルで記述できること
2.上で作った数式を解き,物質の空間的,時間的分布をきちんと表現できること
に重点を置き評価する。
・方法
2回の筆記試験で成績を決定する。

【テキスト・参考書】
テキストは使わない。参考書は以下の通り。
R. B. Bird, W. E. Stewart and E. N. Lightfoot, "Transport Phenomena", 2nd Edition, John Wily & Sons, (2002)
小宮山宏,「速度論」朝倉書店(1990)
A. F. Mills, "Mass Transfer", Prentice Hall(2001)
E. L. Cussler, "Diffusion - Mass transfer in fluid system-", 3rd Edition, Cambridge University Press. (2009)

【その他】
・学生へのメッセージ
大学は自分で勉強するところです。自分が苦労したことしか身に付きません。講義には技術者として必要な知識を選んであります。それが難しいというなら,理解する努力をするように。自分で選んだ進路ですから。卒業後の長い人生のためのトレーニングです。
・オフィス・アワー
教員が在室していて,特に急ぎの用事がない限り対応します。

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