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2016 年度 実施状況報告書

融液晶析による低品位廃食油の高度精製プロセスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K06832
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

山本 拓司  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30358288)

研究分担者 伊藤 和宏  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80347525)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード晶析操作 / モデル廃食油 / テイラー渦
研究実績の概要

常温固体成分である飽和脂肪酸を多量に含んだ低品位廃食油を融液晶析によって精製し,バイオ燃料として利用することを目的として,平成28年度は以下の2項目を検討した。
第1に,シリンダーの冷却速度と回転速度を独立して制御可能な二重円管型晶析装置を用いて,2成分系モデル廃食油を対象とした融液晶析を実施し,飽和脂肪酸の初期濃度,シリンダーの回転速度,ならびにシリンダーの冷却速度が結晶の収率と純度に及ぼす影響をそれぞれ検討した。具体的には,パルミチン酸,ミリスチン酸,ステアリン酸のうちのいずれか1種の飽和脂肪酸と,燃料の主成分であるトリグリセリド(不飽和脂肪酸)からなる2成分系モデル廃食油を用いて,シリンダー表面に析出した結晶の成長速度と,結晶成長面(固液界面)における飽和脂肪酸のモル分率に対応する有効分配因子をそれぞれ求めた。なお,実験は現有設備である二重円管型晶析装置に加えて,温度プログラム機能を備えた低温恒温槽を購入して実施した。
第2に,融液晶析過程において形成される結晶の波形表面の画像を基に,テイラー渦などの非定常流れをモデル化し,当該モデルを用いた数値計算によって晶析槽内における速度分布および温度分布を求めた。その結果,波形表面に沿った周期的なテイラー渦の発生が確認され,テイラー渦の中心付近は比較的流速が小さく低温となっていることが確認された。渦の中心部は融液の凝固点以下の温度であり過冷却状態となっていることも示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究実施計画では①2成分系モデル廃食油を用いた融液晶析と,②晶析槽内におけるテイラー渦の形成メカニズムの解明の2項目を予定していたが,いずれの項目においても当初予定通り順調に成果を挙げることができた。以下,その理由について項目ごとに記載する。
項目①については,晶析槽に挿入したシリンダーの冷却速度と回転速度を独立して制御することで,シリンダー表面に析出した結晶と残液の質量をそれぞれ測定し,結晶成長速度を求めた。シリンダーの冷却速度の制御が従来の装置では困難であったが,本科研費で購入したサーキュレーターを用いることで,精度の高い温度制御を実現できた。その結果,従来の温度プログラムを用いた場合に比較して,結晶の純度を示す有効分配因子が約2倍に増加することを見出した。また,飽和脂肪酸の濃度と融液の融点との関係式を飽和脂肪酸の物性を基に導出し,融液中の飽和脂肪酸の初期濃度,シリンダーの回転速度・冷却速度が結晶の収率ならびに純度に及ぼす影響を系統的に明らかにした。
項目②については,シリンダー表面に析出した結晶の表面形状を画像解析した結果,テイラー渦などの非定常流れのモデルを構築するとともに,当該モデルを用いた数値計算によって晶析槽内での温度分布および速度分布を明らかにした。その結果,テイラー渦の中心部分は融液の凝固点以下に保持されており過冷却状態となっていることが示唆された。
以上のように,いずれの項目に関しても当初予定通りに順調に進捗し,研究成果を挙げることができた。

今後の研究の推進方策

平成29年度は融液晶析実験を引き続き実施しデータを収集する一方で,実験データを基に操作条件が結晶成長速度または有効分配因子に及ぼす影響を検討する。溶質分配理論のモデル構築,ならびに結晶成長速度・有効分配因子の予測式の提案を目指す。特に3成分系へのモデル適用には各成分の濃度の定量評価が必要となるため,示差屈折率計を用いたHPLC分析などの分析手法を新たに検討する。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [国際共同研究] University of Claude Bernard Lyon 1(France)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      University of Claude Bernard Lyon 1
  • [雑誌論文] Melt crystallization of binary mixture of fatty acids as model biofuel2017

    • 著者名/発表者名
      Takuji YAMAMOTO, Takuto FUJIKAWA, Nobuyoshi OKAMOTO, Kazuhiro ITOH, Kouji MAEDA, Keisuke FUKUI, Hidetoshi KURAMOCHI
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology

      巻: 52 ページ: 1600316

    • DOI

      10.1002/crat.201600316

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Molecular dynamics study on phase equilibriumaround vapor bubbles in low-density liquid argon2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro ITOH, Yuto KISA, Takuji YAMAMOTO, Kouji MAEDA
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 230 ページ: 322-328

    • DOI

      http://doi.org/10.1016/j.molliq.2016.12.118

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] エジェクタを用いた下水汚泥の減圧脱気・蒸気処理2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤和宏, 山本拓司, 前田光治, 立川浩史
    • 雑誌名

      化学工学論文集

      巻: 43 ページ: 57-62

    • DOI

      http://doi.org/10.1252/kakoronbunshu.43.57

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] モデルバイオ燃料としての脂肪酸の2成分系混合物の融液晶析2017

    • 著者名/発表者名
      山本拓司, 前田光治, 伊藤和宏, 福井啓介, 倉持秀敏
    • 学会等名
      化学工学会第82年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学豊洲キャンパス
    • 年月日
      2017-03-08 – 2017-03-08
  • [学会発表] 高圧力下での無電解ニッケル-リンめっき2017

    • 著者名/発表者名
      横濱大空, 山本拓司, 前田光治, 八重真治, 福室直樹
    • 学会等名
      第19回化学工学会学生発表会(豊中大会)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-04 – 2017-03-04
  • [学会発表] ベンチュリ管式マイクロバブル発生装置が珪藻細胞の破壊と濃縮に及ぼす影響2017

    • 著者名/発表者名
      都筑功, 伊藤和宏, 菓子野康浩, 伊福健太郎, 山本拓司, 前田光治
    • 学会等名
      第19回化学工学会学生発表会(豊中大会)
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-04 – 2017-03-04
  • [学会発表] モデルバイオ燃料としての脂肪酸の2成分系混合物の融液晶析2017

    • 著者名/発表者名
      山本拓司
    • 学会等名
      兵庫県立大学大学院工学研究科次世代分散型エネルギー研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      兵庫県立大学姫路工学キャンパス書写紀念会館
    • 年月日
      2017-02-20 – 2017-02-20
  • [学会発表] 融液晶析を利用した物質の分離・精製2016

    • 著者名/発表者名
      山本拓司, 林保典, 井上貴博, 伊藤和宏, 前田光治
    • 学会等名
      企業・大学・学生マッチング in HIMEJI 2016
    • 発表場所
      兵庫県立大学姫路工学キャンパス体育館
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-10
  • [学会発表] 相互貧溶媒晶析法の分子動力学による検討2016

    • 著者名/発表者名
      市川遥雄, 前田光治, 新船幸二, 伊藤和宏, 山本拓司
    • 学会等名
      化学工学会第48回秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学常三島キャンパス
    • 年月日
      2016-09-06 – 2016-09-06
  • [学会発表] Nucleation and growth of nano-particles during sol-gel reaction of resorcinol-formaldehyde solution under high pressure2016

    • 著者名/発表者名
      Takuji YAMAMOTO, Melaz TAYAKOUT-FAYOLLE, Hiroshi SATONE, Tadashi NAKAZAWA, Asaki TANABE, Kenji IIMURA, Kouji MAEDA
    • 学会等名
      The 20th International Drying Symposium (IDS2016)
    • 発表場所
      長良川コンベンションセンター
    • 年月日
      2016-08-07 – 2016-08-10

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公開日: 2018-01-16  

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