マイクロ流路内における流体混合反応および気液間物質移動に関する研究

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本研究では,マイクロ流路内における物質輸送を促進する技術を開発することを目的としている.今年度は,マイクロ流路内における気液間物質輸送機構の解明と輸送量の定量的な評価を行った.さらに,昨年度液流混合の促進手法として極めて有効であった機械的振動を付加する手法を気液間物質輸送に対して適用した.行った実験の詳細は以下の通りである.液流(水)と気流(二酸化炭素)を直径500ミクロンの円管型マイクロ流路に供給し,流路内に気泡流・スラグ流・環状流などの流れの各種形態を形成させた.排出部から出てきた液流に溶解した二酸化炭素量を全有機炭素濃度計を用いて評価した.その結果,物質移動容量係数は流れの形態によらずに気体の流入速度に比例することが明らかになった.また,気泡流,スラグ流,スラグ-環状流と気体の流入量が増大するに従って物質移動容量係数が大きくなる傾向を示す一方,スラグ-環状流,環状流,チャーン流では,物質移動容量係数に大差はないことが明らかになった.しかし,ほとんどの条件下における物質移動容量係数が従来用いられ来た気液接触型工業装置のその値より大きいことから,微細管を用いたガス吸収法は,従来のガス吸収法に比べて極めて高効率であると結論づけられた.また,開水路型実験装置に対しても同様の実験を行った.幅1mm,長さ150mmの微小開水路を用いて実験を行った結果,物質移動容量係数はマイクロ流路内流れの気泡流と同程度であることが明らかになった.さらに,これらの装置の液流供給部に振動発生装置を設置する実験も行ったが,その影響はほとんど見られなかった.したがって,振動を付加する手法は気液間物質輸送には有効ではないと言える.しかし,マイクロ流路内での気液間物質輸送量は,通常のマクロスケールの装置に比べて極めて高効率であることが明らかになった.