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2007 Fiscal Year Annual Research Report

微小空間内の精緻な流れ場を利用した高選択的気固触媒反応器の設計と反応機構の解明

Research Project

Project/Area Number 19686047
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

牧 泰輔  Kyoto University, 地球環境学堂, 准教授 (10293987)

Keywordsマイクロ化学プロセス / マイクロリアクター / 反応速度論 / メタノール分解反応
Research Abstract

本年度は予定していた共焦点ラマンIR顕微鏡による触媒表面観察が装置の故障により不可能になったため,計画を一部変更して,マイクロ流路幅や触媒担持法の異なる種々の壁面触媒装填型マイクロリアクターの作製とサブテーマ(2)「マイクロ空間の精緻な流れ場が有利となる反応パラメータの分類」について詳細な検討を行なった。
モデルとして原料Aから目的生成物Pが生成する反応(反応1)とPがさらに反応して副生成物Qとなる反応(反応2)による逐次平衡反応を考え,目的生成物Pの収率に対する壁面触媒装填型マイクロリアクターと触媒充填型反応器の違いや,反応速度定数,拡散係数,マイクロ流路幅の影響を検討したところ,反応1と反応2の反応速度定数の比が小さい場合は従来の触媒充填型反応器により目的生成物Pの収率の制御が可能であった。しかし,反応1と反応2の反応速度定数の比が大きくなると,充填型反応器では2段目の反応の進行を抑制できないが,マイクロリアクターにおいては接触時間を制御することで,反応1を選択的に進行させることを示した。また,マイクロ流路幅の影響を考慮した拡散速度と反応速度の比を表す無次元数φを導入し,その影響を検討したところ,φが大きい拡散律速下では平衡収率を上回る目的生成物Pの収率が得られることを明らかにした。マイクロ流路内では、触媒付近では平衡に近い状態であるが,バルク中は平衡制約を受けず,拡散速度の違いにより各成分の濃度分布が形成される。この流路内の濃度分布を適切に制御できる点がマイクロリアクターの利点であり,これを活かす装置形状設計と操作法が重要である。さらに,シミュレーションの結果を実験的に証明するため,壁面触媒装填型マイクロリアクターと触媒充填型反応器を用いて,メタノール分解反応を行ったところ,実験結果とシミュレーションは良好に一致しており,本シミュレーションの妥当性を明らかにした。

  • Research Products

    (4 results)

All 2008 2007

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] Process intensification by utilizing micro space2008

    • Author(s)
      Mae, K., Maki, T., Aoki, N.
    • Journal Title

      Kagaku Kogaku Ronbunshu 34

      Pages: 8-17

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new micromixer with needle adjustment for instant mixing and heating under high pressure and high temperature2007

    • Author(s)
      Mae, K., Suzuki, A., Maki, T., Hakuta, Y., Sato, H., Arai, K.
    • Journal Title

      Journal of Chemical Engineering of Japan 40

      Pages: 1101-1107

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Steam Reforming of Dimethyl Ether by Use of Catalyst Mixture of Cu/Zn Loaded Carbon Catalyst and γ-Al2O32007

    • Author(s)
      S. Kudo, T. Maki and K. Mae
    • Organizer
      2007 AIChE Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Salt Lake City (USA)
    • Year and Date
      2007-11-08
  • [Presentation] Production Of Zirconia Nanoparticles Using A Microreactor With Same Axle Dual Pipe2007

    • Author(s)
      T. Maki, J. Kitada and K. Mae
    • Organizer
      2007 AIChE Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Salt Lake City (USA)
    • Year and Date
      2007-11-06

URL: 

Published: 2010-02-04   Modified: 2016-04-21  

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