膜のガス透過係数

孔の開いていない均質膜における気体の透過係数は

(透過流束)=(透過係数)×(透過推進力=圧力差)÷(膜厚み)

で定義される。よって透過係数の代表的単位は[kmolm/(sm2kPa)]である。(分子・分母にmがあるが、各々膜厚みと膜面積の意味があるので、約して[kmol/(s-m-kPa)]とはしない。)
既往の文献における透過係数の単位はまちまちであるが、慣用的に[cm3(STP)cm/(scm2cmHg)] を使用したものが最も多い。([cm3(STP)]は1気圧、0℃でのガス体積の意味。)この単位では膜分野の先駆者Barrerにちなんで、1×10-10 cm3(STP)・cm/(s・cm2・cmHg)= 1 Barrer(バーラー)とすることも提唱されている。

cm3(STP)・cm/(s・cm2・cmHg)
kmol・m/(s・m2・kPa)
m3(STP)・m/(s・m2・kPa)
μm3(STP)・m/(min・m2・atm)
μm3(STP)・m/(min・m2・Pa)
m3(STP)・m/(h・m2・atm)


なお、透過係数には膜厚みが含まれているので、非対称膜などでは定義しにくい。そのため実用的には圧力差あたりの透過流束(透過度)(Pressure normalized flux (permeance))が使用される。単位の例は[cm3(STP)/(s・cm2・cmHg)]である。この場合も最近は 1 GPU = 1×10-6 cm3(STP)/(s・cm2・cmHg) なる新単位が流行している。(SI単位の精神はどこへゆく・・)


Journal of Membrane Science Recommended Units for Key Parameters

J. Membrane Sci., Vol. 232, Issues 1-2, p. II (2004)


使い方:[SIU] x C* = PU, e.g. [50 kmol m-2 s-1] x 2.24x103 = 1.12x105 cm3 (STP) cm-2 s-1

  Parameter SI 単位
SI Units (SIU)
換算係数
C*
実用単位
Practical Units (PU)
1 透過流束

Flux

kmol m-2 s-1 2.24x103 cm3 (STP) cm-2 s-1
2   3.60x103 kmol m-2 hr-1
3 m3 (STP) m-2 s-1 1.00x102 cm3 (STP) cm-2 s-1
4   1.61x102 kmol m-2 hr-1
5 m3 m-2 s-1 1.00x102 cm3 cm-2 s-1
6   2.12x106 gal ft-2 day-1
7   3.60x106 L m-2 h-1
8   6.00x103 mL cm-2 min-1
9   a1.00x102 mL cm-2 s-1
10 kg m-2 s-1 7.38x102 lbm ft-2 hr-1
11   1.77x104 lbm ft-2 day-1
12   3.60x103 kg m-2 h-1
13   3.60x102 g cm-2 h-1
14   6.00 g cm-2 min-1
15   1.00x10-1 g cm-2 s-1
16 透過係数
Permeability
coefficient
kmol m m-2 s-1 kPa-1 2.99x105 cm3 (STP) cm cm-2 s-1 cm Hg-1
17   2.99x1015 Barrer
18   4.98x1017 cm3 (STP mil (100 in2)-1 day-1 atm-1
19 m3 (STP) m m-2 s-1 kPa-1 1.33x104 cm3 (STP) cm cm-2 s-1 cm Hg-1
20   1.33x1014 Barrer
21 m3 m m-2 s-1 kPa-1 3.48x1011 gal mil ft-2 hr-1 bar-1
22 kg m m-2 s-1 kPa-1 2.90x109 lbm mil ft-2 hr-1 bar-1
23 圧力差あたりの
透過流束
(透過度)
Pressure normalized
flux (permeance)
kmol m-2 s-1 kPa-1 2.99x103 cm3(STP) cm-2 s-1 cm Hg-1
24   3.60x105 kmol m-2 hr-1 bar-1
25 m3 (STP) m-2 s-1 kPa-1 1.33x102 cm3(STP) cm-2 s-1 cm Hg-1
26   1.61x104 kmol m-2 hr-1 bar-1
27 m3 m-2 s-1 kPa-1 1.33x102 cm3 cm-2 s-1 cm Hg-1
28   2.12x108 gal ft-2 day-1 bar-1
29 kg m-2 s-1 kPa-1 5.08x103 lbm ft-2 hr-1 psi-1
30   1.79x106 lbm ft-2 day-1 atm-1

Notes:
1. (SIU)C* = PU, e.g. [50 kmol m-2 s-1] x 2.24x103 = 1.12x105 cm3 (STP) cm-2 s-1
2. An odd, but common US unit of water volume, 1 acre ft = 3.2585x103 gal = 1.2335m3
3. In addition to the above limited number of parameters, fundamental coefficients should be consistent units with above parameters, e.g. solubility values should be reported in units of kmol m-3, diffusivity coefficients should be reported in units of m2s-1 etc. Consult one of the editors for questions, input and suggestions as we move forward to rationalization of the units with SI standards.