気泡塔内気泡流流動様式の形成と遷移の解明

阐明气泡塔中气泡流动模式的形成和转变

• 批准号: 21K14082
• 负责人: 佐々木 翔平
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Matsue National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14082/
• 关键词: 気泡塔型反応装置; ガスホールドアップ; 均質気泡流; 非均質気泡流; ボイド率; 気液二相流

気泡塔型反応装置(気泡塔)は，塔型容器底部の気相分散器から気相を連続的に液相中に流入し，気泡群として液中に分散させることで気液間の化学反応を行わせる装置である．気泡塔は構造がシンプル，気液間の物質移動が良い，低ランニングコスト等の長所があり，様々な化学プロセス（天然ガス液化技術，排水処理技術）で利用されている．気泡塔型反応装置内の流れは気液二相多分散気泡流であり極めて複雑な流れとなる．気泡塔設計の基本的な幾何学形状パラメータである塔高さ・塔幅・気相分散器形状が塔内流動及びガスホールドアップに及ぼす影響に関する知見が不足しており，気泡塔のスケールアップ・スケールダウン設計が困難な状況にある．そこで本研究では，幾何学形状が気泡塔内流動に及ぼす影響を明らかにすることを目的として，①高精度且つ系統的ガスホールドアップ・流動特性実験データベースを構築，②流動の無次元数を用いたモデル化，③広範囲の操業条件に適用可能なガスホールドアップ相関式の構築，を実施する．幾何学形状パラメータには塔高さ，塔幅，気相分散器が挙げられる．2022年度までに塔高さ及び塔幅に関する実験は概ね完了し，塔高さの増加および塔幅の減少はガスホールドアップを減少させることがわかった．2023年度では気相分散器形状の影響を調べる．

气泡柱类型反应器（气泡柱）是一种从柱类型容器底部的气相分散剂中连续流入液相的装置，并将其作为一组气泡分散在液体中，以在气体和液体之间进行化学反应。气泡塔具有简单结构，气体和液体之间良好的质量转移以及低运行成本的优势，并用于多种化学过程（天然气液化技术，废水处理技术）中。气泡柱类型反应器中的流量是气体液体两相聚集气泡流，导致流动极为复杂。关于气泡塔设计，塔高度，宽度和气相分散剂形状的基本几何参数，对塔和气体持有的流程的影响，缺乏知识，并且很难设计出塔的气泡塔。因此，在这项研究中，为了澄清几何形状对气泡柱中流动的影响，我们将实施1）构建高精度，系统的气体固定和流动特性实验的数据库，2）使用无尺寸的流量数量进行建模，而3）3）构建气体固定式较高的钢制配方，可以应用于操作范围的操作条件。几何形状参数包括塔高度，塔宽度和气相分散器。到2022年，通常完成了对塔高度和宽度的实验，发现塔的高度增加和塔楼宽度的增加将减少气体持有。在2023财年，我们将研究气相分散剂形状的影响。

项目成果

気泡塔形状が気泡塔内平均ボイド率に及ぼす影響

泡罩塔形状对泡罩塔平均空隙率的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐々木翔平;高尾学
• 通讯作者: 高尾学

散気板形状が気泡塔内平均ボイド率に及ぼす影響

扩散板形状对泡罩塔平均空隙率的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: 桑谷響;佐々木翔平
• 通讯作者: 佐々木翔平

気泡塔形状が気泡塔内平均ボイド率に及ぼす影響に関する研究

气泡塔形状对气泡塔平均空隙率的影响研究

• 发表时间: 2022
• 作者: フィゲイレド ビトル;佐々木翔平
• 通讯作者: 佐々木翔平