マイクロ空間における多段蒸留技術の開発

マイクロ空間における流体操作の応用として、マイクロ空間における蒸留操作の実現を目指した検討を行った。開発したデバイスは、マイクロ空間において気液接触、気液平衡による濃縮、それに気液分離を行う部分から構成されている。このうち蒸留デバイスの性能は、マイクロ空間における気液分離の性能に強く依存する。本研究では、流れの数値シミュレーションと水-メタノール系での実験的検討を行い、深いチャンネルを利用すれば気液分離性能が向上することを明らかにした。さらに、開発したマイクロ蒸留デバイスの多段化して動作させるため、マイクロコントローラを利用したマイクロ蒸留デバイスのための小型運転システムを開発した。このシステムは、温度制御と流量制御の2つの機能を有している。いずれもマイコンを利用したPI制御を行うことができ、安定な運転状態を保つことができる。また、パソコンとの通信機能を有しており、流量、温度のモニタリングが可能であるほか、設定値の変更を自由に行える。システム全体のサイズは、名刺大のプリント基板であり、蒸留デバイスの保温材とあわせても20cm3以下の容積となる。開発したシステムを利用した蒸留実験を水-エタノール系を例にとり実施した。このシステムではセラミックヒータによるジュール加熱を行っているため、水浴を利用した場合に比べてリアクタ上の温度分布がどれほど大きくなるかを、赤外線サーモグラフィーを利用して計測した。断熱材を施さず、運転システムを利用して温度を70℃に保ったところ、温度の最大値と最小値の差が3度程度あることが示された。蒸留実験を行ったところ、この温度差ために分離性能の低下が見られたが、一段の蒸留としては十分な性能を示した。

マイクロ空間における流体操作の応用として、マイクロ空間における蒸留操作の実現を目指した検討を行った。開発したデバイスは、マイクロ空間において気液接触、気液平衡による濃縮、それに気液分離を行う部分から構成されている。このうち蒸留デバイスの性能は、マイクロ空間における気液分離の性能に強く依存する。本研究では、流れの数値シミュレーションと水-メタノール系での実験的検討を行い、深いチャンネルを利用すれば気液分離性能が向上することを明らかにした。さらに、開発したマイクロ蒸留デバイスの多段化して動作させるため、マイクロコントローラを利用したマイクロ蒸留デバイスのための小型運転システムを開発した。このシステムは、温度制御と流量制御の2つの機能を有している。いずれもマイコンを利用したPI制御を行うことができ、安定な運転状態を保つことができる。また、パソコンとの通信機能を有しており、流量、温度のモニタリングが可能であるほか、設定値の変更を自由に行える。システム全体のサイズは、名刺大のプリント基板であり、蒸留デバイスの保温材とあわせても20cm3以下の容積となる。開発したシステムを利用した蒸留実験を水-エタノール系を例にとり実施した。このシステムではセラミックヒータによるジュール加熱を行っているため、水浴を利用した場合に比べてリアクタ上の温度分布がどれほど大きくなるかを、赤外線サーモグラフィーを利用して計測した。断熱材を施さず、運転システムを利用して温度を70℃に保ったところ、温度の最大値と最小値の差が3度程度あることが示された。蒸留実験を行ったところ、この温度差ために分離性能の低下が見られたが、一段の蒸留としては十分な性能を示した。