2021 年度研究成果報告書

液液スラグ流を用いた生成粒子径分布の柔軟な制御が可能な微粒子合成プロセスの開発

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04828
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
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
研究機関	慶應義塾大学
研究代表者	藤岡沙都子慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (50571361)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	液液スラグ流 / 粒子合成 / PIV解析
研究成果の概要	本研究では液液スラグ流の内部循環流による撹拌効果を利用し、生成粒子径分布の制御が可能な微粒子連続合成プロセスを開発するため、ミリスケールの円管内に形成させた液液スラグ流について分散相スラグの形状予測式ならびに圧力損失推算式の推算式を提案した。また、シリカ微粒子の合成実験を行い通常の管型反応器と比較したスラグ流の優位性を示した。さらにスラグ内部循環流の流速分布を解析し、循環流サイズの増大や循環周波数増大のための条件を明らかにした。これら基礎的知見は種々の化学反応や抽出など液液スラグ流利用プロセスの設計に有用であり、医薬品や化学品などの精密合成のためのフローリアクター開発に貢献すると期待される。
自由記述の分野	化学工学、流体プロセス、混相流
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究では、これまで矩形断面を持つマイクロ流路での研究が多かった液液スラグ流の流動に関する基礎的知見について、化学合成プロセスへの実用化のためミリスケール円管での流動可視化と圧力損失の測定を行った。操作条件や液物性からスラグの形状や圧力損失などプロセスの設計に必要な情報を得るための推算式を提案した。また、これまで実験による直接的な解析例がほとんどなかったスラグ内部循環流について可視化実験に基づき流速分布を明らかにし、内部混合を促進するための条件を明らかにした。以上の知見は、本研究で対象とした粒子合成だけでなく、晶析、抽出など液液スラグ流を利用した高効率なプロセスの設計に役立つと考えられる。