擬似移動層型反応・分離プロセスの開発

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本研究では、エステル化反応の触媒であるイオン交換樹脂がクロマト分離用の吸着剤としても使用できることを利用し、擬似移動層型反応・分離装置を用いるエステル製造法を検討した。実験では、酢酸とβ-フェネチルアルコールから酢酸β-フェネチル(香料)を製造する反応系について、正反応・逆反応の回分反応実験を行い、1,4-ジオキサン溶媒中、22℃〜85℃での、Amberlyst15を用いた触媒反応の速度式を決定した。また、原料、生成物の4成分について、破過応答実験を行い、吸着等温線ならびに総括物質移動係数を決定した。これらの結果をもとに擬似移動層型装置における反応・分離実験を行った。その結果、流量制御が非常に重要であるとが確認されるとともに、擬似移動相型装置を用いた反応・分離同時操作で逆反応を抑制するとによって、エステル化反応の総括反応率を100%近くまで向上させうることを実験的に明らかにした。さらに、平衡反応率を超える総括反応率を実現するためには、2つの生成物が良好に分離されることと、反応速度が十分大きいこと、が必要なことがわかった。最後に、擬似移動層実験の数値シミュレーションを行った。シミュレーションは実験結果を良好に再現できた。また、総括反応率を決定する因子として、β,β,ωという3種のパラメータを提出するとともに、反応単位数ωを用いて、与えられた平衡反応の総括反応率を擬似移動層型反応分離装置により最大どこまで向上させられるかを求める線図を提出した。さらに、これらの知見をもとに、予備実験ならびにプロセス設計を行う手順を一般化することができた。