反応装置・プロセス設計の基礎とスケールアップの留意点

本セミナーでは、具体的な反応データの解析/反応装置・プロセスの設計に反応工学がどのように活用されているのか、実際に研究開発時の解析例や企業化した触媒反応プロセスの例を中心に紹介する。 　また、例題・演習を通してラボでの実験データの解析方法からパイロットプラント・実プラントの基本設計方法まで解説する。具体例では反応速度式およびそのパラメータ決定・反応器設計のための速度式 (連立微分方程式) の積分などをExcelや各種ツール (Python・Mathcad) を用いて解析した例を示す。

1. 反応プロセス設計における反応工学の役割・反応工学の基礎
   1. 反応量論式・化学反応の種々の分類・量論関係 (反応進行度・反応率)
   2. 反応速度 ® /反応速度式 n次反応、複雑な速度式
   3. 反応速度の温度依存性
   4. 反応器の設計方程式 (設計基礎式)
      • 回分反応器 (BR)
      • 連続槽型反応器 (CSTR)
      • 管型反応器 (PFR)
2. 反応データの解析による反応速度式の決定
   1. 平衡を考慮する必要のある液相均一触媒を用いた2次反応 (エステル交換反応)
   2. 気相固定床反応 メタクロレイン酸化 (企業化実例) 次数表現・Mars Van Krevelen機構
   3. 気相固定床反応 パラメトキシトルエン (PMT) 合成 ラングミュアー・ヒンシェルウッド (LH) 機構
   4. 液相固定床反応 エタノールアミン合成 (企業化実例)
   5. 液相撹拌槽反応 エチレングリコール脱水素酸化
   6. 液相撹拌槽反応 テトラヒドロフルフリアルアルコール (THFA) 水素化
   7. 気相固定床反応 メタネーション (積分法)
3. 管型反応器 (PFR) の設計
   1. 断熱型反応器:液相付加反応
   2. 熱交換型反応器:気相分子内脱水反応 (企業化実例)
4. 連続槽型反応器 (CSTR) の設計
5. 半回分反応器 (SBR) の設計 (モノマー追加型反応)
6. ハニカム型反応器の設計 (排煙脱硝)
7. 実用触媒における触媒有効係数の取扱
   1. 触媒有効係数とは
   2. 有効拡散係数
   3. Thiele数の一般化
   4. 種々の形状の触媒粒子に対する触媒有効係数
   5. 触媒有効係数の決定法
   6. 触媒有効係数を考慮したPFR設計例
• 質疑応答