逐次反応を伴う気泡塔内気泡流の数値実験

摘要

N種の分散相と2種の連続相を扱える（N＋2）－field modelを基に構成され，圧縮性混相流体に対する質量·運動量·エネルギー·化学種の保存式と各相流体の状態方程式を基礎式に使用した混相流計算モデルを用いて，数値実験により気泡塔内の形状の相違による気泡流動の相違が反応成績に及ぼす影響を考察した．まず，気泡塔設計支援ツールとしての能力を検証するため，理論解が取得可能な押し出し型·完全混合型での液相反応を計算し，選択率が理論解通りに予測できるか否かを種々の反応率において検証した．その結果，いずれの反応率においても，押し出し型，完全混合型での液相反応における選択率が理論解通りに予測できていることを確認した．次に気泡塔の形状設計への展開を考察するため，同容積の3種類の気泡塔を取り上げ，同流量条件の下での逐次反応の選択率を評価した．さらに，マーカー粒子を用いて混合性を評価した．各成分の濃度変化，滞留時間分布，反応率と選択率との関係を比較した結果，縦型の気泡塔には非均質流動状態により逆混合がみられること，気泡塔の横型化のみでは液相の軸方向混合が期待通りに抑制されず，かえって選択率を低くする可能性があること，バッフルが液相の混合抑制に寄与できていること等，形状変更に伴う流れの相違が反応成績に及ぼす影響を本手法により検討できることを確認した．