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，由反应吸收和二氧化碳解吸引起的溶剂的极性开关（可逆的非极性和极性转化）引起了人们的注意，并有望应用于生物量的多组分提取。但是，常规过程主要基于批处理，高通量是一个挑战，需要高速和连续。因此，这项研究旨在加快该过程，旨在使涉及气液反应连续的极性开关。为此，该方法是通过将质量转移的促进与由于微混合而导致边界区域的增加而产生的，并且通过溶剂选择控制了反应性。这就是为什么正在进行研究的原因是为了建立技术基础，以连续开发极性开关，这是气体液体两相过程的。到目前为止，为了确认通过微粘剂增加二氧化碳吸收的原理，我们选择了一种适合吸收二氧化碳吸收的溶剂，并检查了实现条件以实现条件以使混合状态处于流动状态（湍流状态），而混合状态则认为是合适的，并设计了新的流动反应器装置。今年，我们继续对设备制造并确认原理进行研究。具体而言，该公司已进行了其他设备和组件的采购，溶剂性能的初步检查以及制造实验设备（包括与安全相关的分布）的实验环境的开发。将来，将迅速完成该设备，并将确认通过微分促进反应吸收的原理，并将阐明流量状态与吸收率之间的关系。我们还将考虑通过结合机器学习和实验设计方法有效地实施优化。