2010 Fiscal Year Annual Research Report
触媒相状態検知素子をもつ三相分離型フローリアクターシステムの設計
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22560756
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松本 秀行 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (90313345)
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| Keywords | 化学工学 / モニタリング / 触媒・化学プロセス / 交流電界操作 / 相間移動触媒 / マイクロ流体 |
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| Research Abstract |
相間移動触媒としてポリエチレングリコール(PEG)を用いた液-液-液三相分離型反応プロセスについて、運転操作中の液体触媒相の状態変化を推定しうるフローリアクターシステムの開発を目的とし、平成22年度はまず、触媒相状態推定のためのin-situモニタリングシステムと、マイクロミキサと交流電界を組み合わせた触媒相の混合・分離システムの構築に着手した。安息香酸フェニル合成を対象としたプロセス実験を通して、以下のような知見が得られた。
(1)反応溶液供給中の触媒相挙動の解析
本研究ではin-situモニタリング手法として微小圧力センサの適用に着目した。まず圧力センサ導入位置を検討するため、反応溶液供給操作実験の前に、上下に分離した三層中の中間層として位置する触媒相とトルエン相(上層)の体積比を解析し、フェノール濃度および水酸化カリウム(KOH)濃度が体積比へ及ぼす影響を明らかにした。さらに、バッチリアクターシステムを用いて、反応溶液(塩化ベンゾイル溶液)供給中の三層の挙動を観察した結果、KOH濃度の増加による中間層の粘度上昇が三層間の界面の変動傾向に顕著な変化をもたらすことが明らかになった。
(2)中間層形成操作法の検討
中間層としての触媒相分離のための、T字型マイクロミキサを用いたトルエン溶液とKOH水溶液の混合操作法を検討した結果、二流体間に流速差を生じさせる供給操作が中間層形成速度を向上させるという知見が得られた。さらに、混合操作後の中間層形成促進を目的とした交流電界操作の適用において、電極設置位置や周波数が三層各々の体積変化に及ぼす影響を定量的に検討することができた。
以上の結果より、触媒相状態推定のための圧力センサ導入法の検討において、触媒相である中間層の粘性、三層間の界面張力と反応液供給操作との間の関係の詳細解析の必要性が見出された。
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