アセタール加水分解反応による冷熱発生

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現在ヒートポンプは省エネルギー技術の一つとして、冷蔵庫や空調機器など様々なところで利用されている。しかし最近は環境問題の点から、フロンを用いないケミカルヒートポンプ(CHP)が注目されている。本研究では冷熱発生用CHPへの利用として、アセタール加水分解反応に着目した。アセタール加水分解反応は、アセタールと水からエタノールとアセトアルデヒドが生成する。この反応は吸熱反応であり、その反応速度は低温においても速い。またこの反応をCHPに利用する場合、この液相反応の反応熱だけを冷熱発生に利用する。なおこの反応には酸触媒が必要であるが、本研究では反応器の腐食の問題がなく、反応後の溶液からの分離が容易である固体酸触媒を用いた。またサイクルを組んだ場合、分離に必要なエネルギーには工場排熱を利用することを考えている。アセタール加水分解反応のエタノールの影響について調べた。この反応は、はじめ二相に分離していた反応溶液が、時間が経つにつれて生成物であるエタノールの割合が増えてくると、一相に溶け合い、その結果反応速度が速くなる。そのためCHPに利用する場合には、吸熱側反応器に入る前の反応溶液は、あらかじめ一相にしておいた方が有利であることがわかった。またこの反応の律速段階を決定した。この反応は大きく四段階に分けられる。既往の研究結果および、Langmuir-Hinshelwood機構を仮定した反応速度式と反応速度実験の結果から、中間生成物であるヘミアセタールの生成過程を律速段階と決定した。そしてこのときの反応速度式の中の各定数を、最小2乗法を用いた回帰計算により求めた。また各定数をアレニウスプロットしたグラフから、それぞれの活性化エネルギーと頻度因子について求めた。またこの反応系をCHPに利用した場合の例として、分離に蒸留を用いた場合の成績係数の計算を行い、サイクルを組んだ場合について検討を行った。