| 研究課題/領域番号 |
21K04771
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
藤岡 沙都子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50571361)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | slug flow / multiphase flow / flow reactor / 液液スラグ流 / フローリアクター / 微粒子 / ゲル / 循環流 / スラグ流 / 液液スラグ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では『液液スラグフローリアクターによる微粒子およびゲルカプセル連続製造プロセスの開発』を目指す。互いに不溶な2流体が交互に流れる液液スラグ流は、内部循環流による混合促進により滞留時間分布が均一化されるため生成粒子径の均一な微粒子連続合成が可能になる。しかし、液スラグ形状の予測方法は存在せず、内部循環流の制御方法も確立されていない。そこで本研究では、スラグ形状を予測する無次元相関式を提案し、スラグ形状と内部循環流の関係を明らかにする。さらに、内部循環流により液スラグ内を混合しながらゲル化を進行させ、微細気泡あるいは微粒子を均一に分散させた機能性ゲルカプセル材料の連続製造を行う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では液液スラグ流のリアクターとしての利用を目指し、(1)液スラグの形状予測および制御手法の確立、(2)液スラ グ内部循環流の混合効果を利用した微粒子製造ならびに粒径制御手法の確立、(3)微細気泡含有ゲルカプセル連続生成法の提案、を目的とした。2液体の物性が液スラグの形状に及ぼす影響を実験的に明らかにし、スラグ長さや界面形状を予測する無次元相関式を提案した。
分散相スラグを反応場としてゾルゲル法によりシリカ微粒子を生成し、内部循環流制御による粒径分布制御の可能性を示した。また、ゾル水溶液で分散相スラグを形成し管内でゲル化を進行させ形状の揃ったゲルカプセルの連続製造に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
液液スラグ流は優れた物質移動性能を示すことが知られており、特に抽出に関する応用事例が多数報告されている。一方で、内部の流速分布に関する直接可視化や解析結果は不足しており、混合促進のための条件が明らかでなく、プロセス設計が困難である。本研究では、PIV解析により装置および操作条件がスラグ内部流動に及ぼす影響を定量的に明らかにし、混合性能を促進するための設計指針を提案した。本研究成果の活用により、環境負荷を低減し、安全なものづくりを可能にするフローリアクター活用プロセスの確立が期待される。
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