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
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17H01339
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
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| Research Institution | Kyoto University (2019)
The University of Tokushima (2017-2018) |
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Principal Investigator |
外輪 健一郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (00336009)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(20 results)
