Basic theory of low entropy reaction space based on numerical and experimental investigations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Highly organized catalytic reaction chemistry realized by low entropy reaction space
• Project/Area Number: 21H05083
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Asano Shusaku 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (30827522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 工藤 真二 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70588889)
• Project Period (FY): 2021-08-23 – 2024-03-31
• Keywords: 数値流体力学計算 / フローリアクター / 反応装置設計 / 不均一触媒 / 水素化反応

Outline of Final Research Achievements

We investigated how the ordered structure of the flow state inside a flow reactor affects the rate and selectivity of chemical reactions, and how this can be controlled. First, we focused on the symmetry of the concentration distribution and introduced the viewpoint of mixing mode. Second, we proved that in a fine catalyst packed-bed reactor, liquid is held in a column by capillary forces and can maintain contact with the gas. Furthermore, we discussed what phenomena occur under turbulent flow, which can be described as a high-entropy space, and proposed a method that can reduce undesirable turbulence while taking advantage of the excellent mixing characteristics of turbulence.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

混合時間と高速反応の成績については、線形的な「混合が速いほど、反応成績が向上する」という考え方が既往の研究の大前提にあった。本研究では、この前提を疑い、反応空間の非対称性が反応成績に影響を及ぼしていることを実証した。また、気液固触媒反応器での３相接触を証明した。更に、乱流下のカオス状流れを、流量比をずらすという単純な方法で制御し、混合性能とその安定性を飛躍的に向上させることにも成功した。いずれについても、反応装置内の秩序構造（エントロピー）と化学反応の関連を見出し、工学的な設計につなげたという点で、類を見ない研究であると自負している。