攪拌・混合プロセスのメカニズム、スケールアップ、トラブル対策

第1部 攪拌・混合プロセスのメカニズム、基礎知識

(2019年10月25日 10:00〜12:30)

　撹拌の用語解説から撹拌機の選定、撹拌装置の設計、スケールアップ、トラブル対策まで、動画を多く使ってビジュアルに初心者の方にも分かりやすいように解説します。

1. 攪拌の基本
   1. 攪拌、混合、混練の違い
   2. 攪拌・混合の基本的な考え方
   3. 撹拌機の主たる適応分野と応用例
   4. 撹拌装置の種類
   5. 攪拌翼のポイント
   6. 撹拌にかかわる主な計算
      • 撹拌レイノルズ数
      • 撹拌動力
      • 混合時間
      • 吐出量
      • 循環量の計算 他
2. 攪拌・混合のポイント
   1. 流動特性
   2. 混合特性
   3. 伝熱特性
   4. 固液系の撹拌
      • 概要
      • 粒子分散
      • 溶解 他
   5. 気液系の撹拌
      • 概要
      • 気体分散
      • 動力低下
      • 物質移動 他
   6. 液液系の攪拌
      • 概要
      • 液液分散 他
3. 研究開発から生産機に至るスケールアップ
   1. 撹拌装置の設計
      1. 混合と反応
      2. 設計計算 (バイオリアクターの設計)
   2. スケールアップの着目点
      1. スケールアップ手法、 幾何学的相似、流動解析 (CFD)
      2. 機能的要素 ～スケールアップの要点～
      3. 幾何学的要素 ～容器と攪拌機の大きさ～
      4. 流体的要素 ～速度や回転数など～
      5. スケールアップ計算例 (バイオリアクターのスケールアップ)
4. トラブルの実例と対策
   1. 高粘度液の混合
   2. 各種トラブルの対策
• 質疑応答

第2部 キャビテーション効果を利用した新規分散装置とその応用及びより高粘度物質に対応する分散装置 (ニーダー) について

(2019年10月25日 13:10〜14:30)

　キャビテーション気泡を利用した分散装置「ジェットペースタ」の特長と次世代ハイニッケル系正極活物質の水系スラリー化について報告する。ジェットペースタと炭酸ガスの複合化によりアルカリ中和と分散が同時にでき環境対策と生産性向上が達成できます。さらに高粘度物質に対応する混練装置 (ニーダー) についても説明する。

1. 現状のLibスラリー製造の問題点
   1. 現状のスラリー製造装置
   2. 現状のスラリー製造装置の課題・問題点
   3. 現状のスラリー製造工程
2. 高速スラリー化のためのイノベーション
   1. キャビテーション効果による分散機構について
   2. 高速分散装置の特長と用途
3. 難溶解性高分子 (CMC) の水への溶解
4. 負極スラリー (黒鉛/CNT) の 高速スラリー化
5. 水系プロセスによるハイニッケル系正極スラリー化について
   1. ハイニッケル系正極活物物質の問題点
   2. 中和剤としての炭酸ガスの利用について
   3. 水系への適用
6. 高粘度物質の混練装置 (ニーダー) について
• 質疑応答

第3部 流動シミュレーション技術の活用による 撹拌装置のプロセス開発とトラブル事例

(2019年10月25日 14:40〜16:00)

　攪拌装置は、化学、食品、金属、水処理、バイオなど、多くの分野で利用されている重要な装置である。その装置を構成する攪拌槽内において、複雑な流動や伝熱、反応を伴う。そのため、研究レベルから商業化へのスケールアップ時のプロセス開発、その後の運転時において、さまざまなトラブルが発生することがある。それらに対応するために、流動シミュレーション技術が活用されている。

1. 流動シミュレーション技術
   1. プロセスシミュレーター
   2. 攪拌装置専用解析ソフトウェア
   3. CFD
2. 撹拌装置のプロセス開発
   1. 高粘性流体の混合
   2. 気液二相のガス分散
   3. 液中の溶存酸素濃度 2.4 培養反応
3. 撹拌装置へのトラブル事例
   1. 攪拌軸の破断
   2. 流れに起因する振動現象
   3. 実験による計算手法の検証
   4. 大型攪拌装置への適用
   5. 攪拌装置の振動診断
4. トピックス
   1. 液中の粒子堆積 (配管内スラリー)
   2. 堆積した粒子間の気液流 (トリクル反応器)
   3. 大規模な液体攪拌と混合 (LNG受入タンク)
   4. 大規模な気体拡散と反応 (ガス爆発)
• 質疑応答

第4部 撹拌・混合プロセスにおける 流動解析とその応用

(2019年10月25日 16:10〜17:30)

　撹拌・混合プロセスは複雑な流動現象であるが、計算機性能の向上と流体解析 ソフトウェアの高精度化によって実プロセスに対応するような解析ができるようになっ てきた。本講演ではオープンソースソフトウェアであるOpenFOAMを用いた撹拌・混合 プロセスの流動解析について概説する。

1. オープンソースソフトウェアOpenFOAMの概要
   1. OpenFOAMの導入方法
   2. OpenFOAMの機能説明
2. OpenFOAMを用いた撹拌・混合解析の手順
   1. 実機形状に対する格子生成
   2. 回転領域を取り扱うための数値計算手法
   3. 実測データと解析データの比較方法
3. 撹拌・混合解析の応用
   1. 最新の研究動向から見る機能拡張性
• 質疑応答