浸透気化分離をともなう液相化学反応プロセスに関する研究

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液相化学反応プロセスへ浸透気化法膜分離を適用したメンブレンリアクターについて研究を行う目的で、液相化学反応としてエステルの合成反応を取り上げた。膜分離法としては、ポリイミド膜またはゼオライト膜を用いる浸透気化分離を適用し、生成物の水を反応系外に徐去して、エステル化反応を平衡反応率以上に促進し、エステル化反応プロセスの効率化、省エネルギー化が達成出来ることを明かとし、以下にのべる成果を得た。(1)非対称構造を有するポリイミド中空糸を用いた膜モジュールおよび水熱合成により作製したゼオライト膜を用いたモジュールを作製し、水・エタノール混合液の浸透気化分離性能の評価を行い、いずれの膜モジュールも高い脱水性能を有することを明らかにした。(2)(1)で作製した分離膜を用いる浸透気化分離を伴うエステル化反応について操作条件を変えて反応を行い、反応の転化率の経時変化を測定し、各操作因子の転化率及び反応時間への影響を調べ、反応系での最適操作条件(供給原料組成、反応温度と時間、膜面積、膜の分離性能)をあきらかにした。特に、ゼオライト膜モジュールではエタノール系のみならずポリイミド膜では適用できなかったメタノール系においても転化率100%を短時間で達成することが出来た。(3)(1)(2)の成果をもとに、膜分離を伴う反応プロセスのシミュレーションを、膜の分離性能及びエステル化学反応速度式を基礎に行い、実験値とよい一致を得た。