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2017 年度 実績報告書

超精密/高効率化学プラント構築のための大量生産型マイクロデバイス設計・操作

研究課題

研究課題/領域番号 25220913
研究機関京都大学

研究代表者

長谷部 伸治  京都大学, 工学研究科, 教授 (60144333)

研究分担者 牧 泰輔  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10293987)
金 尚弘  京都大学, 工学研究科, 助教 (60735504)
前 一廣  京都大学, 工学研究科, 教授 (70192325)
殿村 修  京都大学, 工学研究科, 助教 (70402956)
永木 愛一郎  京都大学, 工学研究科, 講師 (80452275)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワードナノマイクロ化学システム / 精密反応 / マイクロリアクター / 装置設計 / プロセス強化 / ナンバリングアップ / スラグ流 / バルク生産
研究実績の概要

本年度は、項目(3)超精密/高効率バルク生産システムおよびその操作法の開発,の仕上げに取り組んだ。
これまでに開発した種々のデバイスやその設計法を、グルコース、フルクトースから、ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)を製造するプロセスを対象として検証した。HMFの選択率向上には、HMFを油相に抽出しながら反応を進めることが有効であることから、反応溶液(水相)と抽出液(油相)のスラグ流を用いたプロセスを構築し、最適な条件ではグルコースから76 mol%と従来にないHMF収率を得ることに成功した。また、逆抽出に向流接触型の膜型抽出器を用いることで約90%のHMFを連続的に回収することができた。スラグ流反応器はミリサイズでもその特性を十分に発揮することが可能であり、多流路化についても障壁が小さい。以上より、開発したマイクロデバイスとその設計・操作論が低炭素型高付加価値化学産業に広く適用できることを実証した。
また、昨年度までに提案したデバイス設計法が広範囲に適用可能であることを、アミノ酸の前駆体であるN-tert-ブチルアセトアミドを合成するRitter反応を対象として検証した。まず、反応条件を最適化し、次にCFDシミュレーションを用いて1流路の解析・設計を行い、その結果に基づいて49流路を並列化した内部ナンバリングアップ(I-NU)デバイスを開発した。このデバイスをプロセスの状態推定・制御が可能な分割再結合式流体分配デバイスと接続し、30分間の安定操作を確認すると共に、15.5 g/minの製品を得ることに成功した。25基のI-NUデバイスを外部ナンバリングアップしたユニットの連続運転により204 t/yの生産、さらにユニット数を50まで増やすと1万t/yを超える生産に対応可能である。以上より、開発した設計・操作法が少量生産から大量生産まで広く適用可能なことを実証した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

研究成果を迅速に実用化するため,本科研費メンバーが中心となって運営しているコンソーシアムのWeb-siteです.

  • 研究成果

    (44件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 13件、 招待講演 16件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Flash Generation and Borylation of 1-(trifluoromethyl)vinyllithium toward Synthesis of α-(trifluoromethyl)styrenes2018

    • 著者名/発表者名
      Fujita, T., Konno, N., Watabe, Y., Ichitsuka, T., Nagaki, A., Yoshida, J., Ichikawa, J.
    • 雑誌名

      J. Fluorine Chem.

      巻: 207 ページ: 72 - 76

    • DOI

      10.1016/j.jfluchem.2018.01.004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast Micromixing Enables Selective Reactions with One of Several Same Functional Groups2018

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A., Yamashita, H., Ishiuchi, S., Takahashi, Y., Imai, K., Toshinari, K, Furusawa, M., Yoshida, J.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 47 ページ: 71 - 73

    • DOI

      10.1246/cl.170899

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Continuous 5-Hydroxymethylfurfural Production from Monosaccharides in a Microreactor2017

    • 著者名/発表者名
      Muranaka Yosuke, Nakagawa Hiroyuki, Masaki Rie, Maki Taisuke, Mae Kazuhiro
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 56 ページ: 10998 - 11005

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.7b02017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design protocol of microjet mixers for achieving desirable mixing times with arbitrary flow rate ratios2017

    • 著者名/発表者名
      Asano S., Yamada S., Maki T., Muranaka Y., Mae K.
    • 雑誌名

      Reaction Chemistry & Engineering

      巻: 2 ページ: 830 - 841

    • DOI

      10.1039/c7re00051k

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Precise analysis and control of polymerization kinetics using a micro flow reactor2017

    • 著者名/発表者名
      Asano Shusaku, Maki Taisuke, Nakayama Ryutaro, Utsunomiya Ryuji, Muranaka Yosuke, Kuboyama Toshiharu, Mae Kazuhiro
    • 雑誌名

      Chemical Engineering and Processing: Process Intensification

      巻: 119 ページ: 73 - 80

    • DOI

      10.1016/j.cep.2017.05.016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 particles of controlled sizes, shapes, and gate adsorption characteristics using a central collision-type microreactor2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Satoshi, Ohsaki Shuji, Hanafusa Tatsuya, Takada Kento, Tanaka Hideki, Mae Kazuhiro, Miyahara Minoru T.
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 313 ページ: 724 - 733

    • DOI

      10.1016/j.cej.2016.12.118

    • 査読あり
  • [雑誌論文] "Impossible" Chemistries Based on Flow and Micro2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshida, J., Kim, H., Nagaki, A.
    • 雑誌名

      J. Flow Chem.

      巻: 7 ページ: 60 - 64

    • DOI

      10.1556/1846.2017.00017

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micromixing Enables Chemoselective Reactions of Difunctional Electrophiles with Functional Aryllithiums2017

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A., Ishiuchi, S., Imai, K., Sasatsuki, K., Nakahara, Y., Yoshida, J.
    • 雑誌名

      React. Chem. Eng.

      巻: 2 ページ: 862 - 870

    • DOI

      10.1039/C7RE00142H

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Generation of Hazardous Methyl Azide and Its Application to Synthesis of a Key-Intermediate of Picarbutrazox, a New Potent Pesticide in Flow2017

    • 著者名/発表者名
      Ichinari, D., Nagaki, A., Yoshida, J.
    • 雑誌名

      Bio. Med. Chem.

      巻: 25 ページ: 6224 - 6228

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2017.07.005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Design procedure of microjet mixers considering feed orientations, mixing times, and fluid viscosit2018

    • 著者名/発表者名
      S. Asano, S. Yamada, T. Maki, Y. Muranaka, and K. Mae
    • 学会等名
      Tsinghua-POSTECH-Kyoto Univ. Joint Students Workshop on Microreactor
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロミキサーを用いたオキシ水酸化鉄吸着材の高速合成法とその吸着性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      加藤 養悦, 牧 泰輔, 村中 陽介, 前 一廣
    • 学会等名
      化学工学会第83年会
  • [学会発表] 未来社会に対応できるモジュール型生産技術革新へ2018

    • 著者名/発表者名
      前 一廣
    • 学会等名
      第9回化学工学会反応工学部会マイクロ化学プロセス分科会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高速反応プロセス~マイクロ化学工学の最前線~2018

    • 著者名/発表者名
      牧 泰輔
    • 学会等名
      京大テックフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高速合成化学 ~マイクロリアクターの最前線~2018

    • 著者名/発表者名
      永木愛一郎
    • 学会等名
      京大テックフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] フローマイクロリアクターを用いた精密合成2018

    • 著者名/発表者名
      永木愛一郎
    • 学会等名
      技術情報協会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Design and Operation of Micro Flow Systems with Reduction in Flow Pulsation2018

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Kobori, Kazuki Okamoto, Satoshi Taniguchi, Osamu Tonomura, and Shinji Hasebe
    • 学会等名
      Tsinghua-POSTECH-Kyoto Univ. Joint Students Workshop on Microreactor
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Design for Efficient Modeling of Reaction Rate with Microreactor System2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Ishida, Satoshi Taniguchi, Osamu Tonomura, and Shinji Hasebe
    • 学会等名
      Tsinghua-POSTECH-Kyoto Univ. Joint Students Workshop on Microreactor
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ化学合成・生産システム研究とその応用2018

    • 著者名/発表者名
      殿村修
    • 学会等名
      平成29年度スマートコンビナート研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient production of oligosaccharides by using a membrane reactor2017

    • 著者名/発表者名
      K. Ikeda, T. Maki, Y. Muranaka, K. Mae
    • 学会等名
      APCChE 2017 Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Dispersity controlled polymer synthesis using high-resolution reaction kinetics in a microreactor2017

    • 著者名/発表者名
      S. Asano, T. Maki, R. Nakayama, Y. Muranaka, T. Kuboyama, K. Mae
    • 学会等名
      APCChE 2017 Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロミキサーを利用した高温高圧フロー操作によるバイオディーゼル製造2017

    • 著者名/発表者名
      村中 陽介, 梶 龍馬, 久保田 竜太郎, 牧 泰輔, 前 一廣
    • 学会等名
      化学工学会第49会秋季大会
  • [学会発表] マイクロリアクターを利用した合金ナノ粒子の生成機構解明および迅速合成2017

    • 著者名/発表者名
      浅野 周作, 牧 泰輔, Sebastian Victor, Jensen Klavs F, 前 一廣
    • 学会等名
      化学工学会第49会秋季大会
  • [学会発表] マイクロリアクタを用いたコアシェル型MOF微粒子の創製と吸着挙動制御2017

    • 著者名/発表者名
      藤原 篤史, 渡邉 哲, 前 一廣, 宮原 稔
    • 学会等名
      化学工学会第49会秋季大会
  • [学会発表] マイクロミキサーにおける混合時間の推算2017

    • 著者名/発表者名
      矢田部 翔多, 浅野 周作, 牧 泰輔, 村中 陽介, 前 一廣
    • 学会等名
      化学工学会第49会秋季大会
  • [学会発表] Design methodology of micro-jet mixers for various applications2017

    • 著者名/発表者名
      S. Asano, S. Yamada, T. Maki, Y. Muranaka, K. Mae
    • 学会等名
      10th World Congress on Chemical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective production of 5-hydroxymethylfurfural from saccharide by biphasic reaction system using a microreactor2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Muranaka, R. Masaki, T. Maki, H. Nakagawa, K. Mae
    • 学会等名
      10th World Congress on Chemical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロスラグ流を用いたバイオマス由来物質の転換2017

    • 著者名/発表者名
      牧 泰輔
    • 学会等名
      フロー・マイクロ合成研究会代76回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高速反応を制御するマイクロデバイスの選択と設計2017

    • 著者名/発表者名
      牧 泰輔
    • 学会等名
      化学工学会関西支部 マイクロプロセス最前線シリーズ
    • 招待講演
  • [学会発表] プロセス技術の進化と化学産業 -モジュール型生産技術の革新を-2017

    • 著者名/発表者名
      前 一廣
    • 学会等名
      INCHEM TOKYO 2017 産学官マッチングフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] インクジェット吐出液滴の衝突による粒子製造2017

    • 著者名/発表者名
      猪原 宏太, 生田 佳奈子, 村中 陽介, 牧 泰輔, 前 一廣
    • 学会等名
      化学工学会 関西支部・中国四国支部合同 金沢大会
  • [学会発表] マイクロリアクターの基本知識と効果的な使い方2017

    • 著者名/発表者名
      永木愛一郎
    • 学会等名
      情報機構講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Organolithium Chemistry Using Flow Microreactors2017

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A.
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Integrated Synthesis (ISONIS-11)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organolithium Chemistry Using Flow Microreactors2017

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A.
    • 学会等名
      6th Gratama Workshop in Chemical Sciences and Innovations for a Sustainable Society
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organolithium Chemistry Using Flow Microreactors2017

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A.
    • 学会等名
      Symposium at University of Bari
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 国際シンポ「ICAMS-1」のハイライト2017

    • 著者名/発表者名
      永木愛一郎
    • 学会等名
      フローマイクロ合成研究会(第76回研究会)
    • 招待講演
  • [学会発表] フロー技術の革新による超高速合成2017

    • 著者名/発表者名
      永木愛一郎
    • 学会等名
      第7回CSJ化学フェスタ2017
    • 招待講演
  • [学会発表] Flow Microreactors Enables Green Chemistry Approach for Organolithium Chemistry2017

    • 著者名/発表者名
      Nagaki, A.
    • 学会等名
      5th International Conference on Green Chemistry and Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フィード圧力振動解析に基づく積層型多流路反応器のスラグ流動状態監視2017

    • 著者名/発表者名
      小堀竜一,谷口智,殿村修,長谷部伸治,松岡亮
    • 学会等名
      化学工学会金沢大会
  • [学会発表] Blockage Diagnosis and Stable Operation for a Numbering-up System of Microreactors2017

    • 著者名/発表者名
      Osamu Tonomura, Satoshi Taniguchi and Shinji Hasebe
    • 学会等名
      10th World Congress of Chemical Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] 並列マイクロリアクタの複数閉塞診断のための流体分配器とセンサ位置の最適化2017

    • 著者名/発表者名
      谷口智,畑慶,殿村修,長谷部伸治
    • 学会等名
      化学工学会第49回秋季大会
  • [学会発表] Monitoring of Two-phase Slug Flow in T-shaped Micro-channels by Feed Pressure Measurements2017

    • 著者名/発表者名
      Osamu Tonomura, Keisuke Miyabayashi, Ryuichi Kobori, Satoshi Taniguchi, Shinji Hasebe
    • 学会等名
      The joint AMN/ISMM/APBCM/ANZNMF meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] マイクロ化学プラントの設計・運転・制御2017

    • 著者名/発表者名
      殿村修
    • 学会等名
      化学とマイクロ・ナノシステム学会第35回研究会
    • 招待講演
  • [備考] マイクロ化学生産研究コンソーシアム

    • URL

      http://www.cheme.kyoto-u.ac.jp/7koza/mcpsc/index.html

  • [産業財産権] アルキルリチウム、化合物の製造方法、ポリマー、及びポリマーの製造方法2017

    • 発明者名
      永木愛一郎
    • 権利者名
      永木愛一郎
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-168259

URL: 

公開日: 2018-12-17  

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