撹拌、混合のメカニズムとスケールアップ、シミュレーションの活用

第1部 乱流による物質混合の基礎

(2022年10月28日 10:30〜12:10)

　乱流による物質混合のメカニズムの理解は、種々の計測結果の解釈や装置のスケールアップ等に対して多くの示唆を与えてくれます。また、CFDにおいて適切な乱流モデルを選択したり、モデルの適用可能範囲を考えたりするうえでも有用です。 　本講演では、流体中の物質混合の基礎、乱流の基礎、および乱流による物質混合のメカニズムについて解説します。

1. 流体中の物質混合の基礎
   1. 混合とは何か?
   2. 分子拡散と流れ
   3. 流れによる流体の変形
   4. 流体の変形と分子拡散の関係
2. 乱流の基礎
   1. 層流と乱流
   2. 乱流の発生
   3. いろいろな乱流
   4. 乱流と渦
   5. コルモゴロフ理論
3. 乱流による物質混合のメカニズム
   1. 濃度変動のスケール分解
   2. 濃度変動のカスケード
   3. 濃度変動の最小スケール
   4. 乱流による物質混合時間
   5. 乱流混合と化学反応
• 質疑応答

第2部 撹拌機の選定・設計とスケールアップ

(2022年10月28日 13:00〜14:40)

　撹拌について、多くの方々の関心は撹拌機のスケールアップといっても過言ではない。本講演では、そのスケールアップについて実務的な面から述べる。また、撹拌機を選定する上でのスケールアップの位置づけを知るために撹拌機の選定の手順の概要も述べる。

1. 最適な撹拌機の選定・設計手順
   1. 撹拌条件の設定
   2. 撹拌翼形状の選定
   3. 翼径、回転数の決定
   4. 撹拌動力の決定
   5. 撹拌機 (ハード部) の設計
2. 撹拌操作におけるスケールアップ
   1. 撹拌におけるスケールアップとは
   2. 撹拌機のスケールアップ 翼径の決定
   3. 撹拌機のスケールアップ 回転数の決定
   4. 実務におけるスケールアップ方法
   5. P/V一定のスケールアップの問題点
   6. スケールアップのための撹拌実験
   7. 各撹拌目的とスケールアップ
      1. 液一液系撹拌 相互可溶液の混合のスケールアップ
      2. 液一液系撹拌 分散目的のスケールアップ
      3. 固 – 液系撹拌 固体の浮遊状態のスケールアップ
      4. 固 – 液系撹拌 固体溶解のスケールアップ
      5. 気 – 液系撹拌 気液反応のスケールアップ
• 質疑応答

第3部 撹拌検討におけるCFDの利用および運用方法について

(2022年10月28日 14:50〜16:30)

　化学・材料の研究開発・製造プロセスの検討において、撹拌工程は非常に重要なファクターです。近年、この撹拌工程を検討する際に、CAE (CFD) ツールを援用する事例が増えております。本講義では、撹拌工程に対するCFDの適用する際の進め方や考え方を説明します。

1. CAEとは
2. 撹拌検討におけるCAE (CFD) の位置づけ
3. CAE (CFD) の計算手法について
4. CFDの流れおよび注意点
   1. モデル作成
   2. 境界条件
   3. 解像度 (空間・時間)
   4. 計算
   5. 結果の評価
5. 開発におけるCFDの運用の注意点
   1. トラブル対応
   2. 工業化、スケールアップ
   3. その他
6. CFDの運用の発展
   1. 最適化
   2. RPA
   3. その他
• 質疑応答