2016 Fiscal Year Annual Research Report
高気相体積率スラリー気泡塔のスケールアップ支援用流動予測技術の開発
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15H03920
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
冨山 明男 神戸大学, 工学研究科, 教授 (30211402)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
細川 茂雄 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10252793)
林 公祐 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (60455152)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 混相流 / 気泡塔 / スラリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然ガス有効利用技術として期待されている天然ガス液化技術やジメチルエーテル直接合成技術では，微粒子を固体触媒とする高気相体積率・高粒子濃度スラリー気泡塔の開発が要となる．本研究では，気泡塔スケールアップに活用できる数値予測技術の開発を目的とし，以下の３つの要素研究を実施している．(1)高気相体積率流れの予測に不可欠な大気泡抗力係数相関式の開発，(2)塔径・塔高・散気方法・粒子濃度・気相流量・流体物性・物質輸送の有無をパラメタとする気泡塔内流動実験データの取得，(3)高気相体積率・高粒子濃度気泡流計算技術の開発．平成28年度は，(1)H27年度に取得した水-空気系平行平板間大気泡上昇速度データに加えて，グリセリン水溶液及びスラリー中大気泡上昇速度データを取得した．まず水及びグリセリン水溶液中上昇速度データをもとに気泡運動のモデリングを行い，液相粘性の影響を考慮した上昇速度（抗力係数）モデルを導出した．さらに，上述の反応塔における触媒粒子濃度の範囲であれば，本モデル中の液相粘度にスラリーのみかけ粘度を用いることでスラリー中気泡の抗力係数も評価できることを明らかにした．(2)上記の種々のパラメタについて気泡塔内流動実験データを取得し，スケールアップの際に重要となる塔径，初期液位及び気相体積流束が塔内気相体積率に及ぼす影響を詳細に検討し，体積率のこれらパラメタに対する依存性を分類するとともに，体積率相関式を整備した．また，H27年度に見いだした簡易な均一散気実現法が水よりも高粘度の流体に対しても適用可能であることを確認した．さらに，気泡の形状・上昇速度及び物質移動について，イオン系・非イオン系・アルコール系界面活性剤が及ぼす影響を明らかにした．(3)高気相体積流束計算技術への上記モデルの組み込みを準備するとともに，気泡合体による大気泡生成過程のモデル化を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
【研究実績の概要】に記載した通り，本研究の主軸である３つの要素研究について，当初計画に沿って，粘性流体中気泡及びスラリー中気泡に適用できる大気泡抗力係数相関式の開発，スケールアップに役立つ種々の気泡塔パラメタにおいて適用可能な気相体積率相関式の開発，均一気相散気法の高粘度流体に対する適用性の検証，種々の界面活性剤の影響下にある気泡形状・速度及び物質移動の実験データベースの構築及びモデリング，高気相体積流束気泡塔内流動計算技術構築に向けた各種計算モデルの整備を進められている．以上の成果を当初計画と達成目標に照らし，本研究は概ね順調に進展しているものと判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)高濃度スラリー気泡流内大気泡の抗力測定実験と抗力相関式の開発では，実験装置を再構築し小気泡体積率・粒子濃度・粒子径・液相流体物性をパラメータとして大気泡速度・形状・液相速度の実験データを取得し，高濃度スラリー気泡流中大気泡の抗力係数相関式を開発する．この要素研究の成果を論文に纏め公表する．(2)スラリー気泡塔総合試験と塔平均気相体積率相関式の開発では，新たに高さ5m以上の気泡塔を製作し，これまでに作成した体積率評価モデルの妥当性を検証し，その結果を論文に纏める．(3)固気液三相気泡流の計算手法の開発では，上記の抗力モデルをハイブリッド計算技術に組み込み，実験データとの比較によりその妥当性の検証を実施し，必要に応じた計算手法の改良を実施した上で，成果を論文に纏める．
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Research Products
(14 results)
