マイクロリアクターの最適設計、トラブル対策と大容量化

第1部. 流体解析 (CFD) によるマイクロリアクター設計

(2020年3月26日 10:00〜12:00)

　近年コンピュータもプログラムも進歩し、流体解析 (CFD) をはじめとしてシミュレーションが広く活躍している。マイクロリアクター分野においても例外ではなく、流動、熱や反応などの諸現象の解析や装置設計を行うためのツールとして活用されている。 　本講演では、CFDを実行するに当たって考えておくべきことを共有した後、マイクロリアクター分野におけるCFD応用事例を紹介する。また、最近の取り組みとして、CFDによる最適設計に関する研究を紹介する。

1. マイクロリアクターの研究開発状況と今後の展望
2. CFDの基礎,使い始める前に知っておくこと
3. CFDによるマイクロリアクター解析
   1. 流体合流部の流動解析
      • スリット/多孔構造プレートデバイス
      • T字デバイス
      • その他
   2. 流体混合部の流動解析
      • Staggered Herringbone 式デバイス
      • 分割再結合式デバイス
      • その他
4. CFDによるマイクロリアクター設計
   1. 反応速度解析からデバイス開発まで
      • イオン液体合成
      • その他
   2. 形状最適化
      • 随伴変数法
      • Reduced – order model
      • その他
5. まとめと将来展望
• 質疑応答

第2部. フローマイクロリアクターの構築とトラブル対策

(2020年3月26日 12:45〜14:45)

　フロー合成プロセスは近年注目を浴びつつある一方で、本来の目的に合った形でプロセスを構築ができないなどの不具合、トラブルも多く発生しています。今回の講座ではフロー合成の基礎からプロセス操作における不具合事例、そしてそのトラブル対策について、ラボプロセスの構築からパイロットプロセスに向けた検討についてモデルケースをご紹介します。

1. フロー合成の発展と歴史
   1. フロー・マイクロ合成の歴史と発展
   2. 開発に向けた取り組み ～開発事例紹介～
2. フロー合成の目指すところ
   1. 高速混合
   2. 精密温度制御
   3. 滞留時間の精密制御
   4. 単位プロセスの連続化
3. フロー合成で起こりやすい不具合
   1. パラメータの多さ
   2. 送液不良
   3. 混合不良
   4. 除熱の不良
   5. 閉塞
   6. ラボからパイロットへ
4. フロー合成プロセスの構築ならびにトラブル対策
   1. ポンプの選択
   2. ミキサ・リアクタの選択
   3. 計測・制御システム
   4. 運転システム
   5. 流体解析技術
5. 国内外の研究開発動向、今後の展望
• 質疑応答

第3部. マイクロリアクターの大容量化 (ナンバリングアップ) による実生産化

(2020年3月26日 15:00〜17:00)

　マイクロ～ミリスケールの微細空間では物質混合や加熱冷却を迅速に行うことができ、設備サイズ低減やプロセス効率向上が可能である。熱交換器の分野では、機器のコンパクト性が求められる洋上LNG設備や水素ステーションにおいて、直径1mm程度の流路を数万本並列化したマイクロチャネル熱交換器が用いられており、多流路化により大容量化した機器の実装が進んでいる。反応器についても、その構造や製作技術は熱交換器と共通であり、今後様々な化学プロセスへの実装が期待される。 　本講演では、年間数百～数万トンの化学プロセスにも適用可能な大容量のマイクロリアクターの構造、ラボ試験から実生産までのプロセス開発の流れ、大容量のマイクロリアクターの適用事例を中心に、自身の経験も踏まえて紹介する。

1. マイクロリアクターの大容量化の方法
2. 現在入手可能な実生産用マイクロリアクター
   • メーカー
   • 構造
   • 特徴など
3. ラボ試験から実生産までのプロセス開発の進め方
4. 実生産用マイクロリアクターの適用事例
   • 有機合成
   • ポリマー合成
   • 液液抽出
5. 質疑応答