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マイクロ流路の流動挙動解析に基づいた次世代連続操作型分離技術の開発

Research Project

Project/Area Number 17H01339
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
Research InstitutionKyoto University (2019)
The University of Tokushima (2017-2018)

Principal Investigator

外輪 健一郎  京都大学, 工学研究科, 教授 (00336009)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 滝山 博志  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40251582)
工藤 翔慈  群馬工業高等専門学校, 物質工学科, 助教 (50735008)
ALCANTARA J.RAFAEL  京都大学, 工学研究科, 講師 (50709219)
堀河 俊英  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (90380112)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2017: ¥27,560,000 (Direct Cost: ¥21,200,000、Indirect Cost: ¥6,360,000)
Keywords蒸留 / 晶析 / 単位操作 / 移動現象 / 連続操作 / 化学工学 / 流体力学 / 物質移動
Outline of Annual Research Achievements

水平型蒸留装置では、内部の撹拌翼の形状を変化させて実験を行った。1段あたりの分離に必要な長さ、および蒸気の圧力損失が回転数のみならず、形状によって変化する様子が確認されており、それらの知見に基づいた装置の最適化の指針を検討した。
数値シミュレーションの結果からテイラークエット流れ中では結晶周りの物質異動速度をよりおおきくできることが確認されているので、その知見に基づき、新しい形式の晶析装置を構築した。実際に装置を作成し、L-アラニンの冷却晶析を行って性能を評価したところ、撹拌槽よりも微細でかつCV値の小さい粒子が得られ、テイラークエット流れによって物質移動を促進させた効果が確認された。
スラグ流に関する検討では、流路内で確実に結晶を析出させる手法を基に、結晶粒子群品質について着目した。結晶相の析出では、粒子群製造と目的物質の精製が同時に生じるので、粒子群としての性質を評価することが必要となる。反応晶析系を用いた。結晶粒子群の品質として粒径と粒径分布、形態について詳細に検討した結果。結晶粒子群の品質、特に均質性に容積のpHが強く関与していることが示され、連続化する際にも、重要なパラメータとなることが示された。
反応晶析での操作条件と粒径や結晶形態との関係、ならびに装置の連続運転に関わる操作条件の設定等を実験的に検討した。結晶粒径や形態などの均一性を結晶品質として評価する手法を提案して、pH条件や過飽和条件を考慮しながら品質制御との関係を整理した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

連続晶析装置における重要な装置パラメータが分離性能に及ぼす影響を明らかにすることができた。テイラークエット流れを利用する新しい晶析装置を提案した。結晶粒子群を総合的に評価する手法も新たに開発し、操作条件との関連性を見いだしてきている。結晶の凝集などの評価も行える体制を構築した。それらの成果を学会等で発表するなど、計画通りに研究が進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

蒸留装置についてはさらなる装置形状の最適化を進めていく。また数値シミュレーションによる気液接触の様子の解明を試みる。
テイラー流を利用する晶析装置においても、装置形状のパラメータが性能に及ぼす影響の解明を進めて行く。
スラグ流による晶析では、冷却速度と析出速度の関係が結晶粒子群品質に影響するように、混合による反応速度すなわちpH変化速度と析出速度との関係が品質に影響することが明らかになりつつある。そこで、それらの機構をより明確にするため、今後、結晶化の推進力である過飽和とpHとの関係などを整理しながら、粒子群品質に及ぼす操作や溶液条件の影響を実験的に検討する。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(20 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Production of crystalline particles with high homogeneity in reaction crystallization by using pH-solubility-profile2019

    • Author(s)
      Ohyama Mitsuki、Kudo Shoji、Amari Shuntaro、Takiyama Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Industrial and Engineering Chemistry

      Volume: 75 Pages: 38-43

    • DOI

      10.1016/j.jiec.2019.03.003

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Operation condition for continuous anti-solvent crystallization of CBZ-SAC cocrystal considering deposition risk of undesired crystals2017

    • Author(s)
      Nishimaru Momoko、Nakasa Miku、Kudo Shoji、Takiyama Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 470 Pages: 89-93

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2017.04.017

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 反応晶析にpH-溶解度プロファイルを用いた結晶粒子群の凝集制御2018

    • Author(s)
      大山満希、工藤翔慈、滝山博志
    • Organizer
      分離技術会年会2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of gas-liquid slug length on the mass transfer rate in microchannel2018

    • Author(s)
      Junya Matsushita, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      The 31st International Symposium on Chemical Engineering
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of shear flow on mass transfer rate around a crystal2018

    • Author(s)
      Natsuki Kitagawa, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      The 31st International Symposium on Chemical Engineering
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Investigation of the effect of bend on the gas absorption rate in microchannels2018

    • Author(s)
      Takumi Nishimoto, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      2018 AIChE Annual Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of rotating elements on HEPT of a horizontal distillation column2018

    • Author(s)
      Shimada Yuusuke, Yumi Uno, Ken-Ichiro Sotowa, Jesus Rafael Alcantara Avila and Toshihide Horikawa
    • Organizer
      2018 AIChE Annual Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Analysis of Interfacial Mass Transfer Rate of Deforming Fluid Slugs in Microchannels2018

    • Author(s)
      Ken-Ichiro Sotowa, Takumi Nishimoto, Shunsuke Miyai, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      International Conference on Micro Reaction Technology 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of interfacial mass transfer rate in microchannels2018

    • Author(s)
      Ken-Ichiro Sotowa
    • Organizer
      International symposium on the fluidized beds and multi-phase flow reactor
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 晶析装置内における単一結晶周りの流動状態と物質 移動速度2018

    • Author(s)
      北川 菜月, 外輪 健一郎, 堀河 俊英, アルカンタラ アビラ ヘスース ラファエル
    • Organizer
      化学工学会第50回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] マイクロ・フロー合成における化学プロセス技術の考察と展望2018

    • Author(s)
      外輪 健一郎
    • Organizer
      マイクロプロセス最前線シリーズ -来たるべき変革に向けた始動-
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Anti-solvent添加晶析を併用した共結晶製造での結晶品質制御2018

    • Author(s)
      西丸萌々子,工藤翔慈,滝山博志
    • Organizer
      化学工学会第83年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Anti-solvent添加を併用した共結晶粒子群製造での品質制御手法の検討2017

    • Author(s)
      西丸萌々子,工藤翔慈,滝山博志
    • Organizer
      分離技術会年会2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] スラグ流を活用した貧溶媒晶析技術の検討2017

    • Author(s)
      岡﨑 大周, 外輪 健一郎, 堀河 俊英, アルカンタラ アビラ ヘスース ラファエル
    • Organizer
      日本海水学会第68年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Quality Control during Cocrystallization by Using Two Kinds of Supersaturation Operation2017

    • Author(s)
      Momoko NISHIMARU, Shoji KUDO, Hiroshi TAKIYAMA
    • Organizer
      The 11th International Conference on Separation Science and Technology
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Separation performance of a horizontal type distillation system2017

    • Author(s)
      Yusuke Shimada, Ken-Ichiro Sotowa, Jesus Rafael Alcantara Avila and Toshihide Horikawa
    • Organizer
      The 11th International Conference on Separation Science and Technology
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Continuous anti-solvent crystallization of glycine using slug flow2017

    • Author(s)
      Taishu Okazaki, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      The 11th International Conference on Separation Science and Technology
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow around a single crystal and the mass transfer rate2017

    • Author(s)
      Natsuki Kitagawa, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      The 30th International Symposium on Chemical Engineering
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Continuous anti-solvent crystallization using gas-liquid slug flow generated in microchannel2017

    • Author(s)
      Taishu Okazaki, Ken-Ichiro Sotowa, Toshihide Horikawa and Jesus Rafael Alcantara Avila
    • Organizer
      The 30th International Symposium on Chemical Engineering
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スラグ流を用いた貧溶媒晶析における結晶品質制御2017

    • Author(s)
      岡﨑 大周, 外輪 健一郎, 堀河 俊英, アルカンタラ アビラ ヘスース ラファエル
    • Organizer
      化学工学会 第49回秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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