| 研究課題/領域番号 |
21K04771
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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), 専任講師 (50571361)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 液液スラグ流 / フローリアクター / 微粒子 |
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| 研究実績の概要 |
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。互いに不溶な二液体が管内を交互に流れる液液スラグ流は、内部循環流の形成によるスラグ内部の混合促進効果が得られるため液液抽出、化学反応、粒子合成など様々な応用が検討されており、本研究でも液液スラグ流を利用した連続的なものづくりを行う。
今年度はまず装置形状や操作条件が分散相スラグ形状に及ぼす影響を検討した。既往の研究において使用する液体の粘度や界面張力がスラグ長さに及ぼす影響は多数報告されており、本研究で実施した実験においてもほぼ同様の結果が得られた。しかし、同一形状でも壁面の材質が異なる場合に分散相スラグ形状が変化することが明らかになった。材質の影響については次年度以降に定量的なモデル化を行う予定である。
また、二流体の片方を反応液、他方を不活性液としてスラグ流を形成させ、シリカ粒子合成反応を行った。反応液のみを管内に単相流として供給した場合と比べてスラグ流ではCV値が小さく、 シャープな生成粒子径分布を達成可能であることが示された。単相流と比べた場合の優位性は示されたものの、 内径1mmの円管を用い平均滞留時間を3分間から5分間の範囲で行った今年度の実験条件の範囲では、操作条件の変化による平均粒子径やCV値の顕著な変化は見られなかった。この原因を考察するため分散相スラグ内流速分布のPIV解析を行った結果、 用いた実験条件の範囲では形成される内部循環流のサイズに大きな違いがないことがわかった。
さらに、分散相スラグそのものをゲル化させカプセル材料を連続製造する応用については反応系を選定し、温度条件等の予備検討を開始した。
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| 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
二流体の合流部に使用する分散器や管材質が液液スラグ流形成に及ぼす影響が予想以上に大きく, 安定的にスラグ流を形成させるための条件設定に時間を要した。当初は管径と使用流体の液物性からスラグ形状を予測する式を提案する予定であったが、材質の影響を考慮するため接触角が新たな検討項目として追加された。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに用いた材質以外の分散器を追加することにより、接触角がスラグ長さおよび形状に及ぼす影響を定量的にモデル化する。
また、内部循環流をより詳細かつ正確に解析できるよう、スリットの追加等によりレーザーシート光源による照明範囲をより限定する方法について検討する。これにより、シリカ微粒子の生成粒子径分布とスラグ内部流動の関係が明らかになるとともに、得られた流速分布はこれから行うCFD解析のバリデーションにも使用できる。
ゲルカプセル製造については、基本条件設定のための予備実験に着手する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
装置材質の影響が予想以上に大きく、当該年度前半に液液スラグ流を安定に形成させるまでに時間を要したため、CFD解析準備には着手できなかった。また、送液方法に工夫が必要なこともわかり、当初計画していた実験系からの変更を行った。
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