非相溶性異粘度液液撹拌槽における分散過程・分散状態の複合可視化システムによる解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05118
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 上ノ山 周 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50233945)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 化学工学 / 流体・流動 / 撹拌 / 液液分散 / 分散過程

Outline of Annual Research Achievements

水と油のように互いに溶け合わない非相溶性の液－液系を対象とした撹拌操作は、例えば水中に油相のモノマーを懸濁させて、重合反応を起こし、高分子化合物を製造する懸濁重合反応槽や、液－液抽出における撹拌型分散・分離装置さらには、難水溶性薬剤を水中に均一に分散させる分散・混合装置等において決定的な役割を担っている。本研究では、研究代表者らがこれまでに、実験的・計測的可視化手法を駆使して、積み上げてきた分散現象の定量的データを基に、解析的・ 計算的手法を用いて分散過程ならびに分散状態の発現機構を論じ、その分散現象の解明を試みる。これにより液－液系撹拌操作の高度化・精緻 化の実現を目指す。
これまでに研究代表者らが実験・計測的手法により蓄積してきた分散相・連続相に関するデータをさらに上積みした上で、これらの結果をCFD（数値流動解析）により再現することを検討する。解析・計算により装置・操作条件と分散・混合過程ならびに分散状態との関係を明らかにし、同分散現象の発現機構に迫る分散モデルを構築することを目的とする。
初年度は、非相溶性液―液系のレオロジー計測を可能なものとするよう既存のレオメータ機器の手直し、治具の追加を行うとともに、分散過程を数値流動解析する上での基本的な枠組みの確認を行った。
また国内外における関連学会に参加出席し、情報の収集に努めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

初年度としては、レオロジー計測を行い、数値流動解析を進める手筈を整えることができ、次年度における研究遂行への繋がりを確かなものとすることができたから。

Strategy for Future Research Activity

液―液分散系のレオロジーを油相分率ごとに実測し、レオロジーモデルを構成する。次に同モデルを用いて均相系NS方程式を求解し、分散過程を数値流動解析する。
初期油相の仕込み割合や、撹拌翼設置位置の条件と最終的な分散状態やそれに要する分散時間との関係を定量化する。
またEuler-Euler２相系の枠組みにおける数値流動解析についても検討する。

Causes of Carryover

予算残額が、昨年12月初めの段階で、極めて少額となったことから、無理な予算執行を伴う研究は敢えて行わず、次年度に繰り越して、物品費か、その他のいずれかの費目で有効に使用することとしたため。