| 研究課題/領域番号 |
13555210
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
反応・分離工学
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
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| 研究分担者 |
工藤 憲一 日本分光(株), 第二技術部LC応用技術科, 係長
KABYEMELA Bernard SR開発(株), 研究所, 外国人特別研究員
猪股 宏 東北大学, 超臨界溶媒工学研究センター, 教授 (10168479)
松村 幸彦 日本分光(株), 超臨界グループ, グループリーダー(研究職)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | 超臨界流体 / 流体力学計算 / 自然対流 / 分析装置 / 循環システム / 抽出 / 閉鎖系 |
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| 研究概要 |
本研究では、システムの性能評価法も含め、超臨界二酸化炭素を用いた高圧閉鎖系の熱駆動式溶媒循環システムの開発を行った。本システムは、流路内の加熱部および冷却部の密度差により流体が循環する。初年度は、装置の設計・製作・試運転を行った。2年目は、有機溶媒をトレーサーとした速度評価法を開発し、二酸化炭素の平均流速を測定することで、装置性能を評価した。条件は、圧力7.8〜15MPa,温度15〜55℃、二酸化炭素初期密度は550〜800kg/m^3、加熱・冷却源間の密度差は62〜121kg/m^3とした。加熱部・冷却源間の温度差が3〜8℃では、平均流速が4m/min程度であった。1次元有限差分法による解析をおこなった結果、ほとんどの条件において誤差35%以内で流速を予測可能であった。また、装置内流速は、グラスホフ数、プラントル数、加熱部・冷却部間の無次元密度の差を用いることで、誤差25%以内で相関できた。さらに、装置圧力、初期密度、加熱部・冷却部間の平均密度を用いた経験式を用いた結果、誤差10%以内で相関できた。最終年度は、実験的検討を継続するとともに、2次元での流体力学計算(CFD)によるシミュレーションを行った。装置を改良し内部加熱を行ったところ、擬臨界点を考慮した条件設定により流速は7m/min程度に向上した。CFDシミュレーションでは、温度分布の実測値から流速の予測が可能であった。邪魔板を導入しヒーター性能を向上させたCFDでの解析に基づき、新規加熱部の設計を行った。
本研究で開発した自然対流循環システムは、抽出、試料調整、洗浄、分析等のアプリケーションに適用可能であり、低温熱源がある環境で運転可能であり、その意義は大きいと考える。
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