2023 Fiscal Year Research-status Report
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21K14082
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
佐々木 翔平 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 講師 (80877803)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 気泡塔型反応装置 / ガスホールドアップ / 均質気泡流 / 非均質気泡流 / 気相分散器形状 / 気泡塔形状 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気泡塔型反応装置(気泡塔)は，塔型容器底部の気相分散器から気相を連続的に液相中に流入し，気泡群として液中に分散させることで気液間の化学反応を行わせる装置である．気泡塔は構造がシンプル，気液間の物質移動が良い，低ランニングコスト等の長所があり，様々な化学プロセス（天然ガス液化技術，排水処理技術）で利用されている．気泡塔型反応装置内の流れは気液二相多分散気泡流であり極めて複雑な流れとなる．気泡塔設計の基本的な幾何学形状パラメータである塔高さ・塔幅・気相分散器形状が塔内流動及びガスホールドアップに及ぼす影響に関する知見が不足しており，気泡塔のスケールアップ・スケールダウン設計が困難な状況にある．そこで本研究では，幾何学形状が気泡塔内流動に及ぼす影響を明らかにすることを目的として，①高精度且つ系統的ガスホールドアップ・流動特性実験データベースを構築，②流動の無次元数を用いたモデル化，③広範囲の操業条件に適用可能なガスホールドアップ相関式の構築，を実施する．幾何学形状パラメータには塔高さ，塔幅，気相分散器が挙げられる．2022年度までに塔高さ及び塔幅に関する実験は概ね完了し，塔高さの増加および塔幅の減少はガスホールドアップを減少させることがわかった．
2023年度では気相分散器形状の影響を明らかにすることを目的とし気泡塔実験を実施した．その結果，(1)気相分散器孔径の減少及び孔割合増加とともにガスホールドアップは増加する，(2)孔径が1 mm以下では均質気泡流から非均質気泡流への流動様式の遷移が生じる，(3)孔割合増加に伴い(2)の遷移は起こりやすい，(4)均質気泡流ではガスホールドアップの塔高さ依存性は小さい，(5)非均質気泡流ではガスホールドアップは塔高さに強く依存し塔高さ増加に伴いガスホールドアップは低下する，ことが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに塔高さ，塔幅，気相分散器形状，すなわち気泡塔幾何学形状を実験パラメータとするガスホールドアップの系統的な実験データベースを構築することができた．その実験データベースに基づき，幾何学形状パラメータが流動様式の形成と遷移に及ぼす影響は概ね把握することができた．従って，当初の研究目的に鑑みて，おおむね順調に進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに塔高さ，塔幅，気相分散器形状，すなわち気泡塔幾何学形状を実験パラメータとするガスホールドアップの系統的な実験データベースを構築することができた．その実験データベースに基づき，幾何学形状パラメータが流動様式の形成と遷移に及ぼす影響は概ね把握することができた．最終年度は，データベースの高度化を行い，それに基づく，より詳細な流動把握を試みる．さらには，気泡塔設計で重要となる，ガスホールドアップ相関式の構築を試みる．最終的に研究成果を纏め，情報発信を実施していく予定である．
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| Causes of Carryover |
実験の進捗状況が比較的良好であり，最終年度での情報発信に充当するために，次年度での使用額が生じた．
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