• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2017 年度 実施状況報告書

非定常渦列発生の混合強化を応用した高速・高発熱反応の遷移状態解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K21161
研究機関神戸大学

研究代表者

堀江 孝史  神戸大学, 工学研究科, 助教 (20513550)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード振動流 / バッフル / マイクロリアクター / カオス混合 / 渦流 / 非定常 / 層流混合 / 3Dプリンター
研究実績の概要

平成29年度は、高速・高発熱反応であるシュードイオノンからβ-イオノンへの環化をモデル反応として,原料,中間体,生成物濃度から反応機構ネットワークを構築することを,申請書における目標とした。
この反応には濃硫酸を流通させる必要があり,ポリマー製のμOBRではなく耐薬品ガラス製のμOBRが必要となった。そのため,ガラスプレートを微細掘削することによって作製した。ガラス平板上に流路を掘削することから,オリフィス状のバッフルではなく,断面が矩形の流路に対して,流路断面の左右側壁に周期的に流路を狭める構造に変更した。なお,微細ドリルの回転運動によって掘削を行うことから,流路上方からみると,楕円上の溝が連なったような構造として確認できる。流路長さは30 mm,流路幅0.4 mm,深さ0.2 mm,バッフル間隔は0.6 mm,バッフル部分は0.2 mmである。
これまでと同様に,本リアクターに各種振幅と周波数の振動流を与え,そのミクロ混合特性を調べた。ミクロ混合性能評価にはVillermaux-Dashman反応(VD反応)を用いた。構造が異なっても,混合時間は0.02 s程度であり,前年度のμOBRと同等のミクロ混合性能を有していることが明らかとなった。また,レイノルズ数とミクロ混合時間(ミクロ混合時間を流路径の2乗で割った値)のチャートに,本μOBRの性能をプロットすると,多くの既存のマイクロリアクターの性能が,ある直線に並ぶのに対して,本μOBRは逸脱した値を示し,非常に低いReに対して小さい混合時間を与えることが分かった。このことから強制的な非定常渦流に起因するカオス混合が優位に働く可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

平成29年度の計画に含まれる高速・高発熱反応であるシュードイオノンからβ-イオノンへの環化をモデル反応を予定していたが,反応器材質に問題があったため,ガラス製のμOBRを再度製作し,評価する必要があった。反応実験の準備は整っており,30年度には速やかに本実験を遂行する。
また,伝熱および滞留時間分布に関する実験についても,様々な手法を試みたが,いずれも成功しなかった。そのため,混合状態を可視化するための実験を加えて行っている。ローダミンBによる着色実験などを行う予定である。

今後の研究の推進方策

ガラス製のμOBRを用いてシュードイオノンからβ-イオノンへの環化を実行する。原料,中間体,生成物濃度から反応ネットワークを構築して,反応速度論解析を行う。また,ガラス製のμOBRに変更したことによって,流路内の視認性が格段に向上したため,現有の高速度カメラを用いて,着色および脱色実験などを行い,混合性能を多角的に評価する。

次年度使用額が生じた理由

当初、マイクロリアクター外部への伝熱状態をサーモグラフィーによって2次元画像として測定する予定であったが、精度良く測定することが困難であることがわかったため、購入装置をさらに次年度に検討しなおすことにした。マイクロスケールであっても非接触で温度測定ができる装置を検討中である。局所的な温度しか測定できないが、多点測定をすることで、2次元的な温度分布を測定する予定である。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Newcastle University(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Newcastle University
  • [国際共同研究] Warsaw University of Technology(ポーランド)

    • 国名
      ポーランド
    • 外国機関名
      Warsaw University of Technology
  • [雑誌論文] Intensification of hollow fiber membrane cross-flow filtration by the combination of helical baffle and oscillatory flow2018

    • 著者名/発表者名
      Horie Takafumi、Shiota Saori、Akagi Takaaki、Ohmura Naoto、Wang Steven、Eze Valentine、Harvey Adam、Hirata Yushi
    • 雑誌名

      Journal of Membrane Science

      巻: 554 ページ: 134~139

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.01.058

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of separation performance by fluid motion in the membrane module with a helical baffle2018

    • 著者名/発表者名
      Akagi Takaaki、Horie Takafumi、Masuda Hayato、Matsuda Keigo、Matsumoto Hideyuki、Ohmura Naoto、Hirata Yushi
    • 雑誌名

      Separation and Purification Technology

      巻: 198 ページ: 52~59

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.07.012

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flow dynamics in Taylor-Couette flow reactor with axial distribution of temperature2017

    • 著者名/発表者名
      Masuda Hayato、Yoshida Saho、Horie Takafumi、Ohmura Naoto、Shimoyamada Makoto
    • 雑誌名

      AIChE Journal

      巻: 64 ページ: 1075~1082

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/aic.15972

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal treatment of starch slurry in Couette-Taylor flow apparatus2017

    • 著者名/発表者名
      Hubacz Robert、Masuda Hayato、Horie Takafumi、Ohmura Naoto
    • 雑誌名

      Chemical and Process Engineering

      巻: 38 ページ: 345~361

    • DOI

      https://doi.org/10.1515/cpe-2017-0027

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Process development of starch hydrolysis using mixing characteristics of Taylor vortices2017

    • 著者名/発表者名
      Masuda Hayato、Horie Takafumi、Hubacz Robert、Ohmura Naoto、Shimoyamada Makoto
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 81 ページ: 755~761

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1080/09168451.2017.1282806

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rate Enhancement of Three-phase Hydrogenation with a Taylor Flow Millireactor2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Horie, Kenta Hirai, Norihisa Kumagai, Naoto Ohmura
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE2017)

      巻: - ページ: 6 Pages

  • [雑誌論文] Gas Absorption Enhancement of Taylor Flow Containing Non-porous Fine Particles2017

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Iwamura, Kenta Hirai, Norihisa Kumagai, Takafumi Horie, Naoto Ohmura
    • 雑誌名

      Proceedings of 3rd International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE2017)

      巻: - ページ: 5 Pages

  • [雑誌論文] Intensification of Heat Sterilization Process for Liquid Foods Using Taylor-Couette Flow System2017

    • 著者名/発表者名
      Hayato Masuda, Takafumi Horie, Naoto Ohmura, Makoto Shimoyamada
    • 雑誌名

      Proceedings of EFF2017 - Engineering Future Food

      巻: - ページ: -

  • [学会発表] Development of Novel Reactor Designs Based on the Principles of Process Intensification2018

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Horie
    • 学会等名
      Workshop on Next-Generation Eco-Production Systems by young researchers
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of Mixing Characteristics in a Micro Oscillatory Baffled Reactor,2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Horie, Naoya Numata, Steven Wang, Adam Harvey, Naoto Ohmura,
    • 学会等名
      10th World Congress of Chemical Engineering (WCCE10)
    • 国際学会
  • [学会発表] Mixing and heat transfer characteristics of Taylor Couette flow with thermal instability2017

    • 著者名/発表者名
      Hayato Masuda, Saho Yoshida, Takafumi Horie, Naoto Ohmura, Makoto Shimoyamada
    • 学会等名
      International Symposium on Mixing in Industrial Processes IX (ISMIP9)
    • 国際学会
  • [学会発表] Intensification of Heat Sterilization Process for Liquid Foods Using Taylor-Couette Flow System2017

    • 著者名/発表者名
      Hayato Masuda, Takafumi Horie, Naoto Ohmura, Makoto Shimoyamada
    • 学会等名
      EFF2017 - Engineering Future Food
    • 国際学会
  • [学会発表] Rate Enhancement of Three-phase Hydrogenation with a Taylor Flow Millireactor2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Horie, Kenta Hirai, Norihisa Kumagai, Naoto Ohmura
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Gas Absorption Enhancement of Taylor Flow Containing Non-porous Fine Particles2017

    • 著者名/発表者名
      Yuuki Iwamura, Kenta Hirai, Norihisa Kumagai, Takafumi Horie, Naoto Ohmura
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Multiscale Multiphase Process Engineering (MMPE2017)
  • [学会発表] マイクロスケールの振動流バッフル反応器の混合性能評価2017

    • 著者名/発表者名
      沼田 直也・熊谷 宜久・堀江 孝史・大村 直人
    • 学会等名
      化学工学会, 関西・中国四国支部合同 金沢大会
  • [学会発表] 炭酸カルシウム反応晶析への振動流バッフル反応器の適用2017

    • 著者名/発表者名
      天野 可菜・堀江 孝史・大村 直人・渡部 芳英
    • 学会等名
      化学工学会, 関西・中国四国支部合同 金沢大会
  • [学会発表] プロセス強化の戦略と振動流を応用したデバイス開発2017

    • 著者名/発表者名
      堀江 孝史
    • 学会等名
      2017年度CES21エクスカーション(講演見学会)最新反応装置とミキシング技術-プロセス強化の研究から最新撹拌装置まで-
    • 招待講演
  • [学会発表] 層状化合物剥離分散プロセス2017

    • 著者名/発表者名
      堀江 孝史
    • 学会等名
      第51回 化学工学の進歩講習会「化学プロセス強化(PI)の最新技術(プロセス強化,プラント化学,化学反応,分離操作,ソノケミストリー)」
    • 招待講演
  • [学会発表] 振動流バッフル反応器の混合状態が炭酸カルシウムの反応晶析に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      堀江 孝史・天野 可菜・大村 直人・渡部 芳英
    • 学会等名
      化学工学会, 第49回秋季大会
  • [図書] 最新プロセス強化 (PI) の技術2017

    • 著者名/発表者名
      堀江 孝史他
    • 総ページ数
      235
    • 出版者
      三恵社
    • ISBN
      9784864877763
  • [備考] 神戸大学移動現象工学研究室ホームページ

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/eng-cx9/gyoseki/Horie.html

  • [備考] 神戸大学研究者紹介システム(堀江孝史)

    • URL

      http://kuid.ofc.kobe-u.ac.jp/InfoSearch/html/researcher/researcher_SaHSmHCIgSbO-IBQ3mbe3w_ja.html

URL: 

公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-22  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi