液液スラグフローリアクターによる微粒子およびゲルカプセル連続製造プロセスの開発

本研究では、液液スラグフローリアクターを利用した微粒子およびゲルカプセルの連続製造プロセスの開発を目指す。互いに不溶な二つの液体が管内を交互に流れる液液スラグ流は、内部循環流の形成による自発的な混合促進効果が期待できるため、液液抽出や化学反応への様々な応用が検討されている。本研究では反応液を分散相、不活性流体を連続相としてミリスケール円管に供給し、分散相内部循環流による混合促進効果を利用した微粒子合成を行い、操作条件による粒子径分布制御の方法を明らかにする。昨年度に両流体の物性や流量を変化させてスラグ流を形成し、ゾルゲル法によるシリカ微粒子の合成を行った。反応液のみを供給した単相流に比べてスラグ流ではシャープな粒子径分布を達成できることが示されスラグ流の優位性が確認されたが、スラグ流条件で比較すると操作条件の違いによる生成粒子径分布の顕著な違いは見られなかった。そこで今年度は操作条件範囲を広げ同様の実験を行ったところ、反応液濃度が高い条件では二流体の流量比の違いによる平均粒子径の変化が確認された。PIV実験により内部循環流を可視化、解析したところ、分散相内部の良混合領域は分散相流量比の増大、すなわちスラグ長さの増加に伴い拡大することが明らかになり、平均粒子径を増加させることがわかった。また、本研究では液液スラグ流の連続化学プロセスへの応用として、分散相を反応場とした微粒子合成だけでなく、分散相自体が製品となるゲルカプセル材料の連続製造に挑戦する。今年度は、アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を分散相とし、連続相のドデカンに分散した状態でゲル化を進行させ、スラグ流によるゲルビーズ製造を行った。

本研究では、液液スラグフローリアクターを利用した微粒子およびゲルカプセルの連続製造プロセスの開発を目指す。互いに不溶な二つの液体が管内を交互に流れる液液スラグ流は、内部循環流の形成による自発的な混合促進効果が期待できるため、液液抽出や化学反応への様々な応用が検討されている。本研究では反応液を分散相、不活性流体を連続相としてミリスケール円管に供給し、分散相内部循環流による混合促進効果を利用した微粒子合成を行い、操作条件による粒子径分布制御の方法を明らかにする。昨年度に両流体の物性や流量を変化させてスラグ流を形成し、ゾルゲル法によるシリカ微粒子の合成を行った。反応液のみを供給した単相流に比べてスラグ流ではシャープな粒子径分布を達成できることが示されスラグ流の優位性が確認されたが、スラグ流条件で比較すると操作条件の違いによる生成粒子径分布の顕著な違いは見られなかった。そこで今年度は操作条件範囲を広げ同様の実験を行ったところ、反応液濃度が高い条件では二流体の流量比の違いによる平均粒子径の変化が確認された。PIV実験により内部循環流を可視化、解析したところ、分散相内部の良混合領域は分散相流量比の増大、すなわちスラグ長さの増加に伴い拡大することが明らかになり、平均粒子径を増加させることがわかった。また、本研究では液液スラグ流の連続化学プロセスへの応用として、分散相を反応場とした微粒子合成だけでなく、分散相自体が製品となるゲルカプセル材料の連続製造に挑戦する。今年度は、アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を分散相とし、連続相のドデカンに分散した状態でゲル化を進行させ、スラグ流によるゲルビーズ製造を行った。