異常輸送現象の解明とプロセス強化への応用

• 研究課題/領域番号: 23656492
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 化工物性・移動操作・単位操作
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 大村 直人 神戸大学, 工学研究科, 教授 (50223954)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2012年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2011年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 流体 / カオス混合 / 異常輸送 / プロセス強化 / 変動操作 / 非定常性 / 非線形動力学 / 撹拌操作 / 化学工学 / 混合

研究概要

異常輸送は熱、物質が通常の拡散速度に比べて遙かに高速で輸送される現象であり、非平衡系プロセスにしばしば現れる。本研究では、物質の異常輸送現象に及ぼす時空間摂動の効果に着目し、この現象の解明と化学プロセスへの応用を試みた。テイラー渦流とタービン翼を用いた撹拌槽内の層流場における異常輸送現象を詳細に調べた結果、流れ場の組織構造と定常性が、異常輸送にとって重要な因子であることがわかった。時空間の摂動が流れ場の組織構造と共鳴するような摂動周期であれば、構造は安定化し、異常輸送が抑制される。一方、組織構造、対称性、定常性を破るような摂動を与えることで、異常輸送が促進されることがわかった。この異常輸送促進機構を応用した中空糸膜を用いた膜分離プロセスを提案した。この新規な膜分離プロセスは、耐ファウリング性能に優れ、従来プロセスよりも高透水性、高阻止率をもつことがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of Gas Hold-Up with a Taylor Vortex Flow System Equipped with Ribs (2013)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H., Zheng, W., Horie, T., Ohmura, N
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 46 号: 1 ページ: 27-32
  • DOI: 10.1252/jcej.12we067
  • NAID: 130001859709
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Thiol-Capped Gold Nanoparticle with a Flow System Using Organosilane as a Reducing Agent (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugie, A., Song, H., Horie, T., Ohmura, N., Kanie, K., Muramatsu, A., Mori, A
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: Vol. 53 ページ: 4457-4459
  • NAID: 120006220753
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Temperature Change on Geometric Structure of Isolated Mixing Regions in Stirred Vessel (2012)
  • 著者名/発表者名: Nor Hanizah Shahirudin
  • 雑誌名: International Journal of Chemical Engineering 巻: 2012 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1155/2012/287051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process Intensification of Emulsion Polymerization Using a Compartment Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohmura, N., Horie, T., Kumagai, N., Yamazaki, T
  • 雑誌名: Chem. Eng. Technol. 巻: Vol.35 号: 7 ページ: 1273-1280
  • DOI: 10.1002/ceat.201200034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Operation for Fine Particle Dispersion in Shear-Thinning Fluid in a Stirred Vessel (2012)
  • 著者名/発表者名: Horie, T., Sakano, N., Aizawa, E., Kumagai, N., Ohmura, N
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 45 号: 4 ページ: 258-264
  • DOI: 10.1252/jcej.11we048
  • NAID: 130001307364
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process Intensification of Continuous Starch Hydrolysis with a Taylor-Couette Flow Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H., Horie, T., Hubacz, R., Ohmura, N
  • 雑誌名: Proceedings of 14th European Conference on Mixing, Warsaw, poland 巻: Vol. 1 ページ: 293-298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of temperature Change on Transient Organized Structure of Isolated Mixing Regions in Stirred Vessel (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohmura, N., Tanaka, H., Kumagai, N., Horie, T
  • 雑誌名: Proceedings of 14thEuropean Conference on Mixing, Warsaw, poland 巻: Vol. 1 ページ: 341-346
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Thiol-Capped Gold Nanoparticle with a Flow System Using Organosilane as a Reducing Agent (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Sugie
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 53 号: 33 ページ: 4457-4459
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2012.06.056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process Intensification of Continuous Starch Hydrolysis with a Taylor-Couette Flow Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Hayato Masuda
  • 雑誌名: Proceedings of 14th European Conference on Mixing, Warsaw, Poland, 10-13 September 巻: 1 ページ: 293-298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Temperature Change on Transient Organized Structure of Isolated Mixing Regions in Stirred Vessel (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoto Ohmura
  • 雑誌名: Proceedings of 14th European Conference on Mixing, Warsaw, Poland, 10-13 September 巻: 1 ページ: 341-346
• [雑誌論文] Effect of Temperature Change on Geometric Structure of Isolated Mixing Regions in Stirred Vessel (2012)
  • 著者名/発表者名: N. H. Shahirudin, Alatengtuya, N. Kumagai, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: International Journal of Chemical Engineering 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process Intensification of Emulsion Polymerization Using a Compartment Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Ohmura, T. Horie, N. Kumagai, T. Esaki, T. Yamazaki
  • 雑誌名: Chemical Engineering & Technology 巻: 未定
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酢酸ビニルの連続乳化重合における機能モジュール表現法によるプロセス強化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大村直人,熊谷宜久,江崎竜行,堀江孝史
  • 雑誌名: 化学工学論文集 巻: 37 号: 2 ページ: 134-139
  • DOI: 10.1252/kakoronbunshu.37.134
  • NAID: 10027970719
  • ISSN: 0386-216X, 1349-9203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquid-Liquid Two Phase Flow of Millichannel with a Dynamic Mixer (2011)
  • 著者名/発表者名: Horie, T., Nakatsune, K., Matsumoto, T., Tateishi, K., Ohmura, N
  • 雑誌名: Chem. Eng. Proc 巻: Vol. 50 号: 1 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.cep.2010.10.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Process Intensification of Water Purification Using Taylor Vortex Photocatalytic Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Jia, N., Horie, T., Ohmura, N.
  • 雑誌名: Symposium Series: Proceedings of the 3rdEuropean Process Intensification Conference 巻: Vol. 157 ページ: 149-154
• [雑誌論文] Enhancement of Gas holdup with a Taylor Vortex Flow System Equipped with Ribs (2011)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H., Zheng, W., Ohmura, N
  • 雑誌名: Proceedings of 1st International Symposium on Mutiscale Multiphase process Engineering
  • NAID: 10031159941
• [雑誌論文] Synthesis of Silica Particles with a Segmented Flow Tubular Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuka, Y., Tateishi, K., Horie, T., Ohmura, N
  • 雑誌名: Proceedings of 1st nternational Symposium on Mutiscale Multiphase process Engineering
• [雑誌論文] Evaluation of pH and Photocatalyst Concentration Effects on Reaction Rate for Water Purification Using Taylor-Couette Flow (2011)
  • 著者名/発表者名: Jia, N., Horie, T., Ohmura, N.
  • 雑誌名: Proceedings of 1stInternational Symposium on Mutiscale Multiphase process Engineering
• [雑誌論文] Continuous Starch Gelatinization and Hydrolysis with a Taylor-Couette Flow Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Masuda, H., Matsuka, S., Hubacz, R., Horie, T., Ohmura, N
  • 雑誌名: Proceedings of the 3rd International Congress on Green Process Engineering 巻: ID 209 ページ: 1-8
• [雑誌論文] Process Intensification of Water Purification Using Taylor Vortex Photocatalytic Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Jia, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: Symposium Series: Proceedings of the 3rd European Process Intensification Conference 巻: 157 ページ: 149-154
• [雑誌論文] Enhancement of Gas Holdup with a Taylor Vortex Flow System Equipped with Ribs (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Masuda, W. Zheng, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: Proceedings of 1st International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering 巻: -
  • NAID: 10031159941
• [雑誌論文] Synthesis of Silica Particles with a Segmented Flow Tubular reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohtsuka, K. Tateishi, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: Proceedings of 1st International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering 巻: -
• [雑誌論文] Evaluation of pH and Photocatalyst Concentration Effects on Reaction Rate for Water purification Usng Taylor-Couette Flow (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Jia, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: Proceedings of 1st International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering 巻: -
• [雑誌論文] Continuous Starch Gelatinization and Hydrolysis with a Taylor-Couette Flow Reactor (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Masuda, S. Matsuka, R. Hubact, T. Horie, N. Ohmura
  • 雑誌名: Proceedings of the 3rd International Congress on Green Process Engineering 巻: -
• [学会発表] 反応工学的モデルを用いた超音波微粒子分散の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木隆之,堀江孝史,赤尾信介,坂野紗恵子,賈寧,谷屋啓太,西山覚,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] テイラー・クエット流反応装置を用いたデンプン連続糖化プロセス強化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 増田勇人,堀江孝史,Robert Hubacz,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] 細管内のTaylor flowを用いたシリカ粒子の連続合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤通展,長友大地,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-03-19
• [学会発表] Transport of Passive and Non-Passive Particles in Chaotic Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Wang Steven, Metcalfe Guy, Wu Jie, Stewart Robert, Ohmura Naoto
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2013-03-18
• [学会発表] Transport of Passive and Non-Passive Particles in Chaotic Flow (2013)
  • 著者名/発表者名: Steven Wang
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] テイラー・クエット流反応装置を用いたデンプン連続糖化プロセス強化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 増田勇人
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] 細管内のTaylor flow を用いたシリカ粒子の連続合成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤通展
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] 反応工学的モデルを用いた超音波微粒子分散の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木隆之
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] Intensification of Emulsion Polymerization Process by Conversion to Continuous Processing in a Compartment Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Norihisa, Esaki Tatsuyuki, Nagatomo Daichi, Horie Takafumi, OhmuraNaoto
  • 学会等名: International Workshop on Process Intensification 2012
  • 発表場所: ソウル,韓国
  • 年月日: 2012-11-08
• [学会発表] Kinetic Model Analysis of Ultrasonic Dispersion of a Layered Compound (2012)
  • 著者名/発表者名: Horie Takafumi, Akao Shunsuke, Suzuki Takayuki, Sakano Saeko, Jia Ning, Taniya Keita, Nishiyama Satoru, Ohmura Naoto
  • 学会等名: International Workshop on Process Intensification 2012
  • 発表場所: ソウル,韓国
  • 年月日: 2012-11-08
• [学会発表] 温度変動場における撹拌槽内の孤立混合領域の動的挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中久登,熊谷宜久,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] 光触媒分解反応における触媒濃度の反応速度に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 賈寧,熊谷宜久,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] ダイナミカルネットワーク方法論の撹拌槽内の粒子運動挙動解析への適用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 今井昭寿,熊谷宜久,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] コンパートメント反応器を用いた乳化重合プロセス強化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊谷宜久,江崎竜行,長友大地,山本奈美,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] テイラー・クエット流反応装置を用いた連続操作による糖化プロセス強化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀江孝史,増田勇人,Hubacz Robert,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第77 年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] ダイナミカルネットワーク方法論の撹拌槽内の粒子運動挙動解析への適用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 今井昭寿
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
• [学会発表] コンパートメント反応器を用いた乳化重合のプロセス強化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 熊谷宜久
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
• [学会発表] 温度変動場における撹拌槽内の孤立混合領域の動的挙動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中久登
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
• [学会発表] 光触媒分解反応における触媒濃度の反応速度に与える影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 賈 寧
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
• [学会発表] Kinetic Model Analysis of Ultrasonic Dispersion of a Layered Compound (2012)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Horie
  • 学会等名: International Workshop on Process Intensification 2012
  • 発表場所: Korea University, Seoul, Korea
• [学会発表] Intensification of Emulsion Polymerization Process by conversion to Continuous Processing in a Compartment Reactor (2012)
  • 著者名/発表者名: Norihisa Kumagai
  • 学会等名: International Workshop on Process Intensification 2012
  • 発表場所: Korea University, Seoul, Korea
• [学会発表] テイラー・クエット流反応装置を用いた連続操作による糖化プロセス強化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 堀江孝史、増田勇人、Hubacz Robert、大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 工学院大学
• [学会発表] 撹拌槽内の孤立混合領域に及ぼす温度変化の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大村直人,Shahirudin Nor Haniza,Alatengtuya,田中久登,熊谷宜久,堀江孝史
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] 空間変動操作による酢酸ビニルの乳化重合プロセス強化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江崎竜行,山崎崇芸,山本奈美,熊谷宜久,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Segmented flow tubular reactorを用いたシリカ粒子生成プロセス強化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大塚惟,立石一矢,佐藤通展,堀江孝史,大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Segmented flow Tubular Reactorを用いたシリカ粒子生成プロセス強化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大塚 惟、立石一矢、佐藤通展、堀江孝史、大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第４３回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 空間変動操作による酢酸ビニルの乳化重合プロセス強化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江崎竜行、山崎崇芸、山本奈美、熊谷宜久、堀江孝史、大村直人
  • 学会等名: 化学工学会第４３回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 撹拌槽内の孤立混合領域に及ぼす温度変化の効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大村直人、Shahirudin Nor Haniza、Alatengtuya、田中久登、熊谷宜久、堀江孝史
  • 学会等名: 化学工学会第４３回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [備考] 海外協力研究者,Mr. Wang Steven (CSIRO, Australia)
• [備考] 海外協力研究者,Dr. Wu Jie (CSIRO, Australia)
• [備考] 海外協力研究者,Dr Hubacz Robert (Warsaw University of Technology, Poland)
• [産業財産権] 膜分離処理方法および膜分離処理システム (2013)
  • 発明者名: 堀江孝史,大村直人,塩田彩織,平田雄志
  • 権利者名: 堀江孝史,大村直人,塩田彩織,平田雄志
  • 産業財産権番号: 2013-028096
  • 出願年月日: 2013-02-15
• [産業財産権] 膜分離処理方法および膜分離処理システム (2013)
  • 発明者名: 堀江孝史、塩田彩織、平田雄志、大村直人
  • 権利者名: 堀江孝史、塩田彩織、平田雄志、大村直人
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2013-028096
  • 出願年月日: 2013-02-15