2016 Fiscal Year Research-status Report
非定常渦列発生の混合強化を応用した高速・高発熱反応の遷移状態解析
| Project/Area Number |
16K21161
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
堀江 孝史 神戸大学, 工学研究科, 助教 (20513550)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 振動流 / オリフィスバッフル / マイクロリアクター / ミクロ混合 / 渦流 / 非定常 / 層流混合 / 3Dプリンター |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、本研究で新規開発するマイクロリアクターの混合性能、伝熱性能、流動特性を調べることを申請書における目標とした。当該年度では、3Dプリンターを用いて、内径0.5 mm、長さ10 mmの管内に、内径0.25 mmのオリフィス状バッフルを等間隔（0.75 mm）に11個配置したマイクロリアクターを製作した。さらに、本リアクターに各種振幅と周波数の振動流を与え、そのミクロ混合特性を調べた。
ピストンポンプを用いて振幅2.8 - 6.9 mm、周波数1.2 - 3.1 Hzの振動流を与えた。同時に正味の流量7.5 mLh-1で流通させ、連続式反応器とした。ミクロ混合性能評価にはVillermaux-Dashman反応(VD反応)を用いた。VD反応は競争反応であり、迅速なミクロ混合が行われている場合、速い反応が優位になり、遅い反応の生成物であるI3-濃度は低下する。
各種振動条件のVD反応結果は、振動流れの強度を表す無次元数の振動レイノルズ数Reoによりまとめた。Reoを上昇させると、混合性能が向上することがわかった。これは、振動流によりバッフル前後に非定常的に渦流が発生し、さらに、Reo 上昇に伴う渦流の成長によって、カオス混合が強化されたためと考えられる。次に、VD反応における混合時間を吸光度との相関式より算出し、既往の同サイズのチャネル型マイクロリアクターと比較したところ、本OBRの混合時間は1桁以上小さく、0.02 s程度であった。以上より、マイクロサイズのOBRは高速反応の遷移状態を精密に解析できる反応器であることが示せた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成28年度の計画に含まれる伝熱性能評価を試みたが、表面温度測定の精度が低かったため、良好な結果を得ることができなかった。滞留時間分布測定も流量が微量であることから、精度の高い結果が得られなかった。また、混合状態の可視化もマイクロサイズであることから、困難であった。その一方で、VD反応の解析によって高いミクロ混合性能を持つことが明らかとなったため、バッフル間の各区画の混合は非常に高いといえる。それらが連結された本リアクターは、高い押し出し性能も同時に達成しうる連続式反応器であることが示唆された。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度目標の項目について、実験方法を再検討する。伝熱性能評価には、マイクロサイズの温度測定が可能な非接触の装置を導入する予定である。局所的な温度測定しかできないが、多点測定により評価可能である。流動状態の可視化については、3Dプリンターとは異なる手法を用いて、内部の状態が観察しやすいマイクロリアクターをポリジメチルシロキサン（PDMS）などを利用して製作予定である。また、これらの反応器性能評価と並行して、β-イオノンの環化反応を遂行する。
|
| Causes of Carryover |
当初、マイクロリアクター外部への伝熱状態をサーモグラフィーによって２次元画像として測定する予定であったが、精度良く測定することが困難であることがわかったため、購入装置を次年度に検討しなおすことにした。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
マイクロスケールであっても非接触で温度測定ができる装置を検討中である。局所的な温度しか測定できないが、多点測定をすることで、２次元的な温度分布を測定する予定である。
|
