Development of a fast and continuous gas-liquid process by controlling of mass transfer and reaction rate

通过控制传质和反应速率开发快速连续的气液过程

• 批准号: 21K04761
• 负责人: 藤井 達也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04761/
• 关键词: 極性スイッチ; マイクロ混合; 二酸化炭素; 吸収; アミン; 速度論

近年、二酸化炭素の反応吸収・脱離をトリガーとした溶媒の極性スイッチ（非極性と極性の可逆的変換）が注目され、バイオマスの多成分抽出等への応用が期待されている。しかし、従来のプロセスは主にバッチで、高処理量化が課題であり、高速・連続化が求められる。そこで、本研究は、気液反応を伴う極性スイッチの連続化へ向け、プロセスの高速化を目的とした。そのために、マイクロ混合による界面積増大に伴う物質移動の促進と、溶媒選択による反応性制御を組み合わせてアプローチする。これにより、極性スイッチという気液二相プロセスの連続化へ向けた技術基盤を構築を目指して研究を実施している。これまでに、マイクロ混合による二酸化炭素吸収の高速化について、原理確認を行うために、二酸化炭素の吸収に適した溶媒の選定を行い、混合状態が適切と思われる流動状態（乱流条件）となるような条件を実現するための条件検討、新規フローリアクター装置設計を行ってきた。本年度も引き続き装置作製・原理確認に関わる検討を進めた。具体的には、追加で必要となる機器・部材等の調達、溶媒特性の事前検討、実験装置を作製する実験環境の整備（安全に関わる配を含む）等を行い、装置の開発を進めた。今後は速やかに装置を完成させ、マイクロ混合による反応吸収が促進される効果の原理確認を行うとともに、流動状態と吸収速度の関係を明らかにする。また、機械学習や実験計画法を組み合わせながら効率的に最適化を進めることを検討する。

近年来，由二氧化碳反应吸收和解吸引发的溶剂极性转换（从非极性到极性的可逆转换）引起了人们的关注，并有望应用于生物质的多组分提取。然而，传统工艺主要是基于批量的，高吞吐量是一个问题，需要高速和连续的处理。因此，本研究的目的是加快实现涉及气液反应的连续极性转换的过程。为此，我们将通过微混合增加界面面积促进传质和通过溶剂选择控制反应性结合起来。通过这一点，我们正在进行研究，旨在为称为极性开关的连续气液两相过程建立技术基础。迄今为止，为了确认通过微混合加速二氧化碳吸收的原理，我们选择了适合吸收二氧化碳的溶剂，并创建了似乎适合混合状态的流动状态（湍流条件）我们研究了这些条件并设计了一种新的流动反应器装置来实现这些条件。今年，我们继续致力于器件制造和原理确认。具体来说，我们通过采购额外的设备和零件、提前考虑溶剂特性以及准备用于创建实验装置的实验环境（包括安全相关的安排）来进行装置的开发。未来，我们将快速完成该装置，并确认微混合促进反应和吸收的原理，并阐明流动状态与吸收速率之间的关系。我们还将考虑如何结合机器学习和实验设计方法来高效地进行优化。