2015 Fiscal Year Annual Research Report
ガス要求量の大きい気液反応のためのマイクロ反応システム設計論
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26289297
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
外輪 健一郎 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (00336009)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 光浩 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (00281866)
アルカンタラ アビラ・ラファエル 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (50709219)
堀河 俊英 徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (90380112)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロリアクタ / 気液反応 / ガス吸収 / 計算流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機物溶媒中の有機物を酸素ガスで酸化する具体的な反応を例として取り上げ、撹拌槽とマイクロリアクタを融合した装置でこれを実施し、反応速度データを採取した。循環速度や基質濃度など、多様な実験パラメータを変化させて実験を行い、考察を進めたところ、提案装置が気液反応を強化できることが示唆された。ここで取り上げた反応はいくつかの素反応で構成されている。そこで主要な素反応の反応速度を明かにするための実験を行い、データを蓄積した。これにより提案装置の挙動をより詳細に説明できるようになった。
スラグ流におけるガス吸収速度の解析手法の開発を進めた。昨年までにこのような解析を可能とする計算手法を開発しているが、これはいくつかの経験的なパラメータを必要としていた。本年度はこれらを理論的に予測する手法について検討を行った。計算格子に着目して移動現象論的立場から物質移動速度を定量的に表現することで、パラメータを経験によらず拡散係数などの物性値から予測できる可能性が示唆された。
スラグ流におけるガス吸収速度を明かにするための実験も進めた。マイクロ流路におけるスラグ流は気液合流部のサイズや形状によって、その長さが大きく変化する。スラグ長さは吸収速度に大きな影響を与える。そこで合流部の形状を変化させて長さの異なるスラグを発生させ、スラグ長さとガス吸収速度の関係を測定した。結果を比界面積やスラグ体積などで整理し、各因子がガス吸収速度の与える影響を明らかにした。
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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
例として取り上げている反応について、順調に速度データが蓄積されている。また、それによって提案する反応装置の設計につながるモデルの構築も進んでいる。スラグ流における吸収速度についても、実験データが蓄積され、吸収速度を求めるための相関式を導出できる段階に至った。また、数値解析手法の開発が進み、計算モデル中のパラメータを予測できることが示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、注目している反応について、ガス吸収速度、および液相内における溶存ガスと基質の反応速度を解析し、装置の挙動を表すモデルの開発を進める。一方で、最終年度であることから、これまでの知見を総合し、反応や吸収の速度が既知の反応に対して、装置設計をおこなうための指針を導出する。スラグ流における吸収速度解析に関しては、実験データに基づいて吸収速度の相関式を提案する。また流れとガス吸収速度の同時計算技術の開発においては、モデル中のパラメータを予測できる技術の確立を目差す。
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| Causes of Carryover |
前年度からの繰越額を装置作製費などに活用する予定であったが、研究が開始当初の計画に沿って順調に進行したため、特別に装置を製作したりすることはなかった。このため、前年度からの繰越額を使用するまでに至らず、前年とほぼ同額の繰越額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越額は次年度の試薬と装置作製に必要な経費の一部として活用する。また、大学院生による実験補助の人数を増大させ、実験の効率化を図るために活用する。
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