撹拌 スケールアップ 書籍
 
No.2131
バイオリアクターのスケールアップと物質生産事例集
フロー合成、連続生産のプロセス設計、条件設定と応用事例

★ 装置設計、条件設定、トラブル対策などに使われるシミュレーション技術!
★『高粘度液』『固体粒子』『液滴分散』『混合時間一定』のスケールアップのポイントは?

撹拌技術とスケールアップ、シミュレーションの活用

発刊日 : 2021年11月30日  体 裁 : A4判 532頁   定 価:88,000円(税込)    ISBN:978-4-86104-864-7


 
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■ 本書のポイント

目的に応じた最適な撹拌装置の設計
撹拌目的、液量、撹拌槽の大きさ、対象の液物性は?
・粘度によって、翼形状、翼径、翼段数など撹拌翼を設計する!
・邪魔板の効果とその弊害
・撹拌軸などの強度は条件を満たしているのか?

撹拌プロセスにおける各種トラブルの発生とその対策
・撹拌装置で異常発熱が起こった場合は?
・槽内側表面におけるスケーリング発生とその対策
・撹拌時に混入する気泡の脱泡技術!
・分散のコントロールとコンタミ制御

各種シミュレーションの活用
・流速や温度、反応分布から撹拌装置の形状、運転条件を決める!
・撹拌装置内の留流や温度ムラ、反応ムラを評価する!
・撹拌翼に作用するトルクなどの評価、解析
・撹拌所要動力を予測するには?
・複雑な形状の流路や装置内のガスをみるには?

 

■ 執筆者(敬称略) 

山形大学 木俣 光正 (株)ダイセル 胤森 雄太
新潟大学 三上 貴司 (株)ダイセル 山田 剛史
名古屋大学 岩野 耕治 日揮グローバル(株) 橋 公紀
佐竹マルチミクス(株) 吾郷 健一 呉工業高等専門学校 田 一貴
撹拌技術コンサルタント 寺尾 昭二 (株)クレハ 小路 康弘
(株)GL HAKKO 松野 昌幸 三菱ケミカル(株) 菊地 康晴
山形大学 門叶 秀樹 (株)丸山製作所 油橋 信宏
出光興産(株) 相田 真男 (株)テラバイト 齊藤 展
東京理科大学 庄野 厚 福井大学 鈴木 清
岡山大学 加藤 嘉英 東北大学 山本 卓也
日本コークス工業(株) 関根 靖由 東北大学 Komarov Sergey
アシザワ・ファインテック(株) 石井 利博 (株)アールフロー 竹田 宏
プライミクス(株) 高橋 唯仁 シーメンスプロセスシステムズエンジニアリング 柏屋 滋
(株)ダルトン 吉元 貴洋 科研製薬(株) 堀部 雅史
(株)ダルトン 村角 泰弘 東洋大学 川瀬 義矩
超音波システム研究所 斉木 和幸 (株)神鋼環境ソリューション 山部 芳
日本スピンドル製造(株) 浅見 圭一 名古屋工業大学 加藤 禎人
山口大学 佐伯 隆 (有)クラルテ東雲 須田 英希
(株)マウンテック 河野 直 大阪工業大学 長森 英二
関西化学機械製作(株) 大嶋 寛 (株)カネカ 神田 彰久
カツラギ工業(株) 三木 秀雄 吉田機械興業(株) 小林 芳則
カツラギ工業(株) 對馬一平 化学工学会 澤 寛
大阪府立大学 安田 昌弘 三菱ケミカル(株) 日野 智道
大阪府立大学 堀江 孝史 群馬工業高等専門学校 工藤 翔慈
大阪府立大学 沖田 愛利香 (株)写真化学 中村 友紀
岡山大学 渡邉 貴一 (地独)岩手県工業技術センター 樋澤 健太
岡山大学 小野 努 (地独)岩手県工業技術センター 佐々木 麗
味の素(株) 遠藤 裕太 (国研)産業技術総合研究所 小橋 和文
室蘭工業大学 大平 勇一 澁谷工業(株) 山田 正
室蘭工業大学 島津 昌光 東京都市大学 岩村 武
神戸大学 荻野 千秋 京都工芸繊維大学 足立 馨
神戸大学 大村 直人 三菱鉛筆(株) 市川 秀寿
神戸大学 祗園 景子 山口大学 石井 治之
花王(株) 小栗 伸司 山口大学 兼清 裕之
(株)メデック 小林 強志 福岡大学 三島 健司
新潟県工業技術総合研究所 小林 泰則 琉球ボーテ(株) 島田 邦男
秋田県産業技術センター 中村 竜太 知財問題研究家 矢野 嘉宏
秋田県産業技術センター 大久保 義真 サラヤ(株) 栢木 俊秀
秋田県産業技術センター 久住 孝幸 アサヒクオリティーアンドイノベーションズ(株) 川村 公人
秋田県産業技術センター 赤上 陽一
       

■ 目  次

第1章 撹拌・混合のメカニズム

第2章 撹拌機の設計と運転条件の最適化

第3章 撹拌・混合のシミュレーション、解析

第4章 撹拌・混合操作におけるスケールアップ

第5章 撹拌プロセスにおけるトラブル対策

第6章 撹拌・混合技術の応用事例


◇第1章 撹拌・混合のメカニズム◇

第1節 小型フラスコの撹拌特性と撹拌操作
1.小型ガラス製フラスコのフローパターン
 1.1 実験方法
 1.2 フローパターンの比較
2.単分散シリカ微粒子の合成
 2.1 反応機構
 2.2 実験方法
 2.3 粒子径とCV値の比較

第2節 固液撹拌の基本式と設計計算
1.撹拌特性
2.動力特性
3.撹拌所要動力の推算@(邪魔板無しの場合)
 3.1 永田の式
 3.2 亀井・平岡の式
4.撹拌所要動力の推算A(邪魔板有りの場合)
 4.1 完全邪魔板条件
 4.2 部分邪魔板条件
5.原動機の選定
6.完全浮遊撹拌速度
7.固液間物質移動
 7.1 境膜物質移動速度
 7.2 境膜物質移動係数
 7.3 総括物質移動速度
8.固液撹拌槽の設計計算例

第3節 液相乱流混合のメカニズム
1.乱流の現象論
 1.1 流れの支配方程式
 1.2 乱流のエネルギースペクトル
 1.3 エネルギーカスケード
 1.4 コルモゴロフスペクトルとコルモゴロフスケール
2.乱流による物質混合
 2.1 物質の輸送方程式
 2.2 スカラーパワースペクトル
 2.3 濃度変動のカスケード
 2.4 オブコフ-コアシンスペクトル,バチェラースペクトル,バチェラースケール
 2.5 乱流による混合時間
 2.6 乱流混合と化学反応

 

◇第2章 撹拌機の設計と運転条件の最適化◇
第1節 撹拌機の選定および基本設計
1.選定および設計の基本的な流れ
2.撹拌目的と撹拌作用
3.撹拌翼の選定
 3.1 撹拌Reynolds数と流動特性
 3.2 撹拌翼の種類
4.モータ動力の決定
 4.1 単位体積あたりの動力
 4.2 液循環回数
5.撹拌軸の設計
 5.1 撹拌軸に作用する力
 5.2 軸たわみ
 5.3 危険回転数
  5.3.1 等価荷重による静たわみ計算
  5.3.2 Dunkerleyの式によるNc計算
  5.3.3 パドル翼の強度計算

第2節 撹拌翼形状の選定と種類および邪魔板について
1.撹拌翼形状の選定と種類
 1.1 撹拌翼形状の選定
 1.2 撹拌翼の種類と特長
  1.2.1 エッジドタービン翼
  1.2.2 プロペラ翼(マリンプロペラ翼)
  1.2.3 タービン翼
  1.2.4 パドル翼
  1.2.5 アンカー翼
  1.2.6 ヘリカルリボン翼
  1.2.7 その他の撹拌翼
 1.3撹拌翼の設計ポイント
  1.3.1 翼径について
  1.3.2 翼段数について
  1.3.3 翼取り付け位置について
2.邪魔板について
 2.1 撹拌槽内の流動形態と邪魔板
 2.2 邪魔板の種類と設計
 2.3 邪魔板の弊害

第3節 グラスライニング製撹拌翼の特徴と混合性能
1.グラスライニング製撹拌翼の形状と施工制限
2.グラスライニング製板羽翼に関して
3.グラスライニング製撹拌翼のスケールアップ
4.多様化するニーズに対応した新しい大型撹拌翼
5.これからの生産現場の撹拌翼の仕様

第4節 固液撹拌槽内の壁面熱伝達に及ぼす沈降性粒子添加の影響
1.熱伝達係数の測定方法
2.槽壁の熱伝達と粒子の挙動
 2.1 均一相の槽壁熱伝達
 2.2 粒子添加時の槽壁熱伝達と粒子の挙動
 2.3 低Re域および高Re域における熱伝達の相関

第5節 固液撹拌槽における粒子濃度分布の推算法
1.既往の研究と問題点
2.粒子濃度分布の汎用的な推算法
3.粒子濃度分布の試算例

第6節 機械撹拌時の固液系混合パターンと定量評価
1.実験方法
2.混合パターン
 2.1 低密度粒子の場合
 2.2 高密度粒子の場合
 2.3 低密度粒子および高密度粒子系でのT−UおよびU−V遷移条件
 2.4 低密度粒子および高密度粒子系での各領域での物質移動速度の相関式

第7節 ビーズミルの運転条件とその最適化
1.ボールミルからビーズミルへ
2.粉砕・分散に最適な構造
3.ビーズミルの種類
 3.1 大量循環方式 SCミル
 3.2 マイクロビーズ対応 MSCミル
 3.3 高粘度1パス処理 MYミル
4.運転条件の最適化
 4.1 ビーズ径の最適化
 4.2 ビーズ充填率と回転速度の最適化
 4.3 スラリー循環回数の最適化
5.運転条件の影響
 5.1 ビーズ径の影響(SCミルロング)
 5.2 ビーズ径の影響(MSCミル)
 5.3 L/D、周速、ビーズ充填率の影響(SCミルシリーズ)
 5.4 流量の影響(MYミル)
 5.5 粉砕室材質の影響(SCミル)

第8節 ビーズミルによる微粒子化技術
1.湿式ビーズミルの特徴
 1.1 ビーズミルの原理
 1.2 ビーズミルの開発の歴史
 1.3 ビーズミルでのコンタミネーションの対策
 1.4 ビーズミルの運転方法
 1.5 循環方式におけるパス回数とタンク内に未粉砕粒子が残る確率
 1.6 ビーズミルの粉砕、分散効率に影響を与える因子
  1.6.1 ビーズ径
  1.6.2 ビーズ充填率およびアジテータ周速
  1.6.3 応力モデル
2.ビーズミルでの再現性
 2.1 滞留時間と投入動力量
3.ビーズミルのスケールアップ

第9節 高速撹拌機を用いるナノ粒子の高分散技術と物性制御
1.微粒子分散における高速撹拌機の役割と選択のヒント
2.凝集した微粒子の分散と安定化
3.分散性がナノ粒子の物性に与える影響
 3.1 可視光散乱
 3.2 紫外線散乱

第10節 吸引分散撹拌機の特性と均一分散
1.装置の概要
 1.1 分散のメカニズム
 1.2 Conti-TDSTMの特徴
 1.3 ジェットストリームミキサーの特徴
2.用途例
 2.1 塗料向け(酸化チタン)
 2.2 二次電池
  2.2.1 PVDFの分散
  2.2.2 カーボンブラックの分散
  2.2.3 活性剤の分散

第11節 超音波による、ナノレベルの撹拌・乳化・分散・粉砕技術−−超音波の非線形現象制御技術によるナノレベルの撹拌−−
1.どのようにして解決するのか
 1.1 原理
 1.2 実施の形態
 1.3 音圧データの測定・解析・確認
 1.4 超音波 プローブの製造技術
  1.4.1 超音波の音圧測定プローブ
  1.4.2 超音波の発振制御 プローブ
2.どうして新しい超音波システムな のか?
 2.1 超音波とファインバブルによる表面改質(表面残留応力の緩和) 技術
 2.2 統計数理に基づいた、時系列データのフィードバック解析 技術
3.具体例
 3.1 超音波出力の最適化技術による結果

第12節 ハイドロダイナミックキャビテーション効果を利用した分散装置及び均一分散技術
1.ハイドロダイナミック(流体力学的)キャビテーション効果とジェットペースタ
2.既存の分散装置とジェットペースタについて
3.電気自動車(EV)と燃料電池自動車(FCV)の流れ
4.リチウムイオン電池(LiB)次世代スラリーについて
5.次世代高容量正極活物質の水系スラリーへの適用
 5.1 炭酸ガスの優位性
 5.2 NCAの場合
 5.3 電極スラリー及び電極の作製
 5.4 電極特性
 5.5 次世代高容量負極活物質の水系スラリーへの適用
6.SiOを利用した高容量水系負極スラリーについて
7.高容量ハイニッケル水系スラリーと高容量SiO水系スラリーからなる全電池
8.固体電解質形燃料電池(PEFC)用白金担持カーボンブラックスラリーへの適用

9.「ジェットペースタ」のラインアップと使用方法

第13節 静的流体混合装置の混合性能評価
1.従来の混合性能評価
2.静的流体混合装置の混合性能評価の標準化
 2.1 流れ系と可視化画像の取得(可視化実験)
 2.2 混合指標の設定
  2.2.1 取得画像の定量化
  2.2.2 混合度:M
  2.2.3 中央輝度:Rmed
  2.2.4 最大中央輝度:R’max
  2.2.5 濃厚塊の大きさ:L
  2.2.6 偏在度:Dev
 2.3 混合性能の評価
3.標準化した混合性能評価方法の応用

第14節 インライン式動的混合・反応装置の原理・特徴・応用
1.インライン式混合・反応装置の原理
2.インライン式動的混合・反応装置の特徴
 2.1 バッチ式撹拌装置との比較
 2.2 インライン式静的撹拌装置(スタティックミキサ)との比較
 2.3 二軸押出混錬装置との比較
3.インライン式混合・反応装置の応用
 3.1 コンパウンド製造プロセス
 3.2 熱可塑性ポリウレタン 重合・押出機の前処理
 3.3 プレポリマー製造プロセス
 3.4 シリコーン製造プロセス
 3.5 粉液混合プロセス
4.インライン式混合・反応装置の今後の展開

第15節 晶析技術と撹拌
1.結晶特性と撹拌
2.結晶核形成のメカニズム; 過飽和溶液の構造
3.撹拌が一次核形成におよぼす影響
4.オイル化晶析における撹拌による粒子径制御

第16節 ベンチスケール自動連続晶析の構成と運転条件、その応用例
1.回分晶析と連続晶析における撹拌機の役割とスケールアップの考え方
2.プロセス開発のためのベンチスケール連続晶析ユニットについて
3.製造プロセス開発への適用
 3.1 反応晶析の例(水酸化ニッケル)
  3.1.1 実験方法
  3.1.2 実験結果と考察
 3.2 濃縮晶析の例(硫安−水系)
  3.2.1 実験方法
  3.2.2 実験結果と考察
4.晶析装置の撹拌機のスケールアップに関する一考察

第17節 懸濁重合,乳化重合の連続プロセスと高分子微粒子の作製
1.懸濁重合の反応機構
 1.1 はじめに
 1.2 懸濁重合と乳化重合
 1.3 懸濁重合法と撹拌
 1.4 ガラス球充填層と管型反応器を組み合わせた新しい連続懸濁重合
 1.5 管型反応器を用いたエマルションの連続重合
 1.6 乳化重合の連続化における自励振動とその抑制

第18節 スラグ流を用いたSoap-free乳化重合による単分散高分子微粒子の連続製造
1.Soap-free乳化重合
2.マイクロ化学プロセス
3.スラグ流を用いたSoap-free乳化重合プロセスの構築
4.スラグ流を用いたSoap-free乳化重合の特徴
5.スラグ流を用いたSoap-free乳化重合による高重合度の高分子微粒子の調製
6.スラグ流を用いた乳化重合における単分散高分子微粒子の調製

第19節 フローマイクロリアクターを用いた連続重合とそのスケールアップ
1.フローマイクロリアクターを用いた付加重合
2.フローマイクロリアクターを用いたアニオン重合
3.アニオン重合における混合性と分子量分布の関係
4.アニオン重合の連続運転
5.アニオン重合連続運転システムの構築
6.モノマー濃度/開始剤濃度の比率がポリマー分子量に与える影響の評価
7.ポリスチレンのアニオン重合をモデルとした連続運転システムの検証

第20節 3段縦型撹拌槽の逆混合と交換流量
1.理論
 1.1 逆混合モデルと逆流量
 1.2 流体交換モデルと交換流量
 1.3 流系モデルと逆流量・交換流量
 1.4 逆混合モデル(逆流量測定理論)の数学的表現
 1.5 流体交換モデル(交換流量測定理論)の数学的表現
2.測定装置
 2.1 逆流量測定
  2.1.1 逆流量測定装置
  2.1.2 3段縦型撹拌槽のスペックと条件
  2.1.3 測定操作
 2.2 交換流量測定
  2.2.1 φ100の3段縦型撹拌槽のスペック,条件,測定方法
  2.2.2 φ170の3段縦型撹拌槽のスペック,条件,測定方法
3.3段縦型撹拌槽の逆流量および交換流量
 3.1 逆流量f
 3.2 交換流量Q
  3.2.1 φ100撹拌槽
  3.2.2 φ170撹拌槽

第21節 多孔体粒子を用いた培養槽の撹拌技術
1.実験方法
 1.1 実験装置
 1.2 固体粒子分散性能
 1.3 動画解析
 1.4 撹拌所要動力Pjd
 1.5 Particle Image Velocimetry (PIV)による速度場測定
2.まとめ

第22節 高通気条件下の気液撹拌槽における反応性改善
1.製品及び製造プロセス概要
2.ガス分散翼の見直し 〜ラボスケールでの反応・検証実験〜
 2.1 各種タイプの撹拌翼を用いたラボ反応実験
 2.2 検証@ 〜撹拌作用の反応への影響〜
 2.3 検証A 〜通気撹拌動力特性〜
3.通気撹拌条件の最適化 〜スケールアップ指標の確立〜

第23節 ベルヌーイ流撹拌体の特徴と条件による選定例
1.ベルヌーイ流撹拌体の構造
2.ベルヌーイ流撹拌体の種類
3.縦渦巻き二重環撹拌の原理
 3.1 水平射出
 3.2 パルス
 3.3 縦渦巻き二重環
4.ベルヌーイ流撹拌体のシミュレーション
5.ベルヌーイ流撹拌体の特徴
6.ベルヌーイ流撹拌体の応用装置
7.ベルヌーイ流撹拌体の選定条件
8.ベルヌーイ流撹拌体の選定例
9.容器の選定とスケーリング
10.プレ撹拌の重要性

第24節 電界砥粒制御技術を応用した電界撹拌技術の開発とその応用展望
1.電界砥粒制御技術を応用した電界撹拌技術
 1.1 電界撹拌技術の原理
 1.2 電界撹拌中の挙動観察
 1.3 電界撹拌中の発熱特性
 1.4 微粒子を用いた電界撹拌中の内部挙動観察
2.電界撹拌技術の医療分野への応用
 2.1 がんの個別化治療に向けた術中病理診断(医療ニーズ)
 2.2 医療ニーズと工学シーズのマッチング

 

◇第3章 撹拌・混合のシミュレーション、解析◇

第1節 撹拌におけるCFDモデルの高精度化
1.当社におけるCAE技術一覧
2.当社における撹拌器を対象としたCAE技術の位置づけ
3.CFD事例その1 流脈の再現
 3.1 流脈について
 3.2 流脈の描画方法
  3.2.1 実験での流脈の描画方法
  3.2.2 CFDによる流脈の描画方法
 3.3 流脈の比較
4.CFD事例その2 -脱色時間の予測-
 4.1 濃度拡散現象へのCFDの適用
 4.2 脱色試験
  4.2.1 実験条件
  4.2.2 脱色度の定量化
 4.3 CFDによる脱色試験の再現
  4.3.1 解析手法および条件
  4.3.2 脱色しきい値の定量化
  4.3.3 高粘度での脱色実験の再現結果
 4.4 考察および今後の課題

第2節 CFD活用による撹拌装置のプロセス開発とトラブル対策
1.撹拌装置のCFD適用事例
2.撹拌装置のプロセス開発
 2.1 混合時間
 2.2 微生物培養
3.撹拌装置のトラブル対策
 3.1 撹拌装置に発生する振動トラブル
 3.2 撹拌装置に発生する振動原因
4.CFDによる大型撹拌装置の振動解析

第3節 撹拌装置の所要動力シミュレーションとスケールアップ予測
1.実験装置および実験方法
2.撹拌流動の数値計算方法
 2.1 支配方程式
 2.2 トルクの計算方法
3.結果及び考察
 3.1 撹拌所要動力の予測
 3.2 商用実機とスケールダウンモデルのNp値の比較

第4節 CFDによる固液相の撹拌解析 〜粒子浮遊限界撹拌速度の推算および偏析の定量化〜
1.解析および実験
2.結果および考察
 2.1 装置形状定数Sが既知の撹拌槽(撹拌槽1
 2.2 装置形状定数Sが未知の撹拌槽(撹拌槽2)
 2.3 粒子濃度測定位置に関する考察
 2.4 粒子浮遊限界撹拌速度における偏析の定量化

第5節 MPS法による撹拌槽シミュレーション
1.撹拌槽プロセスとMPS法の特徴
2.MPS法における界面予測精度の検証
3.MPSにおける撹拌シミュレーション事例
 3.1 高粘度横型撹拌槽における脱溶剤工程シミュレーション
 3.2 遊星撹拌槽における混練工程シミュレーション

第6節 MPS法を用いたオイルかき上げ現象の予測と評価
1.MPS(Moving Particle Semi-implicit)法
 1.1 支配方程式
 1.2 濡れ性の計算
 1.3 トルクの算出
2.簡易モデルを用いたオイルかき上げ現象の予測と評価
 2.1 解析条件
 2.2 トルク計測および可視化実験
 2.3 数値計算結果および考察
 2.4 感度解析
 2.5数値解の検証
3.往復動ポンプにおけるクランクケース内のオイル飛散挙動の予測
 3.1 往復動ポンプ
 3.2 解析条件
 3.3 数値計算結果および考察
 3.4 実機による潤滑性能の評価(計算結果の妥当性確認)

第7節 OpenFOAMを用いた撹拌解析の説明および硬化反応を考慮した熱硬化性樹脂の撹拌解析
1.撹拌解析の説明
 1.1 撹拌工程におけるスケーリングの問題
 1.2 数値流体解析の活用
 1.3 撹拌解析の手法
 1.4 数値流体解析の問題
2.OpenFOAMについて
 2.1 OpenFOAMの基礎情報
 2.2 OpenFOAMの機能
 2.3 OpenFOAMの欠点
3.OpenFOAMによる撹拌解析
 3.1 撹拌解析のポイント
  3.1.1 MRFの設定ポイント
  3.1.2 スライディングメッシュの設定ポイント
  3.1.3 非ニュートン流体の設定ポイント
 3.2 計算結果
 3.3 条件を変更した計算
 3.4 撹拌解析の事例説明
  3.4.1 標準機能による計算
  3.4.2 ユーザカスタマイズによる計算
4.熱硬化性樹脂の反応を考慮した撹拌解析
 4.1 熱硬化性樹脂の撹拌
 4.2 計算手法
 4.3 モデル説明
 4.4 計算結果

第8節 乳化共重合におけるラジカル重合の進展と数値シミュレーション
1.単独乳化重合の重合速度の算出方法
 1.1 乳化重合での重合の進行と系の変化
 1.2 重合速度の表記法
 1.3 モノマー濃度
 1.4 水中のラジカル濃度の算出方法
 1.5 粒子数とミセル数の算出方法
 1.6 粒子内平均ラジカル数の算出方法
2.乳化共重合の重合速度
 2.1 粒子内モノマー濃度

第9節 撹拌時に生成する表面渦形成と気泡分裂挙動に対する数値シミュレーション
1.撹拌操作中の気泡分裂挙動
 1.1 撹拌槽内における気泡,液滴分裂挙動の研究背景
 1.2 パドル翼における単一気泡分裂挙動に対する数値解析
 1.3 傾斜翼における単一気泡分裂挙動に対する数値解析
2.撹拌操作中の自由表面の動的変形挙動
 2.1 撹拌操作中の自由表面変形に関する研究背景
 2.2 撹拌操作中の自由表面の動的変形挙動
 2.3 偏心撹拌操作中の自由表面の動的変形挙動

第10節 撹拌槽内のガス吸収解析
1.ガス吸収解析での支配方程式
 1.1 液中および気泡中物質濃度に対する支配方程式
 1.2 気泡ボイド率に対する支配方程式
2.解析事例

第11節 シミュレーションによる反応器のスケールアップと生産性改善
1.プロセスモデリングツール
2.ハイブリッドシミュレーション
3.PTAプロセス
4.晶析プロセス
5.LDPE反応器

第12節 DEMシミュレーションを活用した滑沢混合操作におけるスケールアップ手法の確立
1.DEMシミュレーション
 1.1 装置モデルの作製
 1.2 モデル粒子の作製
 1.3 シミュレーション方法
 1.4 シミュレーションデータの解析
2.スケールアップ実験による検証
 2.1 スケールアップ実験の実施方法
 2.2 実験結果及び考察

 

◇第4章 撹拌・混合操作におけるスケールアップ◇

第1節 撹拌反応装置の設計
1.各種撹拌方法の特徴
 1.1 撹拌の目的
 1.2 撹拌反応装置の設計手順
 1.3 撹拌翼の選定基準
 1.4 撹拌所要動力
 1.5 混合時間
 1.6 気体と固体の分散
 1.7 温度制御
 1.8 設計計算
2.撹拌反応装置のスケールアップ
 2.1 スケールアップの基準
 2.2 幾何学的相似
 2.3 流動解析(CFD)

第2節 撹拌槽型反応機の特徴とスケールアップ事例
1.撹拌機のスケールアップ
 1.1 基本的なスケールアップ手法
 1.2 諸操作に対するスケールアップ手法
  1.2.1 固体粒子の分散に対するスケールアップ
  1.2.2 液滴分散に対するスケールアップ
  1.2.3 通気撹拌に対するスケールアップ
  1.2.4 表面ガス吸収に対するスケールアップ
  1.2.5 高粘度液のスケールアップ
  1.2.6 混合時間一定のスケールアップ
2.伝熱面でのスケールアップ
 2.1 hiの向上
 2.2 hoの向上
 2.3 hwの向上
3.実際のスケールアップ事例(汎用樹脂の懸濁重合)
 3.1 PVC重合機における撹拌面のスケールアップ
 3.2 PVC重合機における伝熱面のスケールアップ
4.スケールアップ法の確立

第3節 安定した流脈をもつホームベース型撹拌翼(HB翼)の開発とスケールアップ&ダウン
1.HB翼の幾何形状
2.HB翼の性能
 2.1 混合特性
 2.2 動力特性
3.HB翼の実用化
 3.1 工業生産用HB翼
 3.2 実験室用HB翼:フラスコ用撹拌子
 3.3 実験室用HB翼:試験管用撹拌子

第4節 晶析プロセスのスケールアップ、トラブル対策
1.晶析操作と要求される品質
 1.1 晶析操作の種類
  1.1.1 冷却晶析法
  1.1.2 濃縮晶析法
  1.1.3 貧溶媒(第3成分)晶析法
  1.1.4 反応晶析法
 1.2 晶析に求められる品質
  1.2.1 純度
  1.2.2 結晶粒径・粒度分布
  1.2.3 結晶形状
 1.3 晶析装置の種類と結晶品質
2.懸濁撹拌晶析装置のスケールアップ
 2.1 バッチ晶析の特性
 2.2 スケールアップ手法
 2.3 製品品質に関わるスケールアップ上の注意点
  2.3.1 撹拌の過不足
  2.3.2 結晶破砕増加
  2.3.3 伝熱面積不足
3.連続晶析装置のスケールアップ
 3.1 撹拌槽型
 3.2 ドラフトチューブ型
 3.3 連続晶析の一般的なスケールアップファクター
  3.3.1 操作過飽和度
  3.3.2 滞留時間
  3.3.3 スラリー濃度
  3.3.4 インペラチップスピード
 3.4 連続晶析の一般的なスケールアップ手順
  3.4.1 ベンチテストでデータ採取
  3.4.2 スラリー容量決定
  3.4.3 必要な内部循環量を求める
  3.4.4 撹拌機回転数を求める
 3.5 製品品質に関わるスケールアップ上のポイント
  3.5.1 系の特性を把握する
  3.5.2 スケールアップにともなう不安定因子の減少
  3.5.3 淀みゾーンの減少
  3.5.4 生産性増加
  3.5.5 撹拌効率アップ
  3.5.6 スケールアップ倍率
  3.5.7 スケールアップに適さない例
4.晶析装置のトラブル事例とその対策例
 4.1 結晶付着
  4.1.1 晶析目的成分の結晶付着
  4.1.2 晶析目的成分以外の成分付着(スケーリング)
 4.2 結晶堆積・閉塞
 4.3 結晶粒径変化
  4.3.1 結晶微粒化
  4.3.2 結晶粗大化
  4.3.3 結晶分布のブロード化
 4.4 結晶純度の低下
  4.4.1 母液付着による純度低下
  4.4.2 結晶内への母液取込み
  4.4.3 固溶体
 4.5 後工程のトラブル

第5節 バイオリアクターの操作設計とスケールアップ
1.フラスコから卓上型バイオリアクター(通気撹拌型培養槽)へのスケールアップ
 1.1 細胞濃度Xを高めるために活用すべき培養パラメーター
 1.2 生産物濃度Pを高めるために活用すべき培養パラメーター
 1.3 細胞にかかるシェアストレスを簡便に把握するための指標
2.卓上サイズから大型バイオリアクターへのスケールアップ

第6節 培養槽における撹拌とスケールアップ
1.培養槽が備えるべき特性
2.酸素供給とkLa
 2.1 kLaの測定法
  2.1.1 亜硫酸ソーダ法
  2.1.2 Gassing out法
  2.1.3 排気ガス分析法
3.培養槽の設計
 3.1 培養槽の構成
 3.2 さまざまな撹拌翼
 3.3 スケールアップの指針
 3.4 シミュレーションの利用
 3.5 培養槽のスケールアップ例
4.排水処理における培養槽
5.今後の発展

 

◇第5章 撹拌プロセスにおけるトラブル対策◇

第1節 分散装置の性能とコンタミ制御
1.ナノヴェイタTMによるスラリー分散コントロール
 1.1 スラリー分散コントロールの概念
  1.1.1 分散コントロールとは
  1.1.2 装置によるエネルギーの違い
 1.2 ダメージコントロール
  1.2.1 ダメージレス分散の考え方
  1.2.2 装置の種類
  1.2.3 均一エネルギーとは
 1.3 ナノヴェイタTMの原理と構造
  1.3.1 ナノヴェイタTMの構造と処理フロー
  1.3.2 ナノヴェイタTMの原理
  1.3.3 ナノヴェイタTMのエネルギーコントロール
2.ナノヴェイタTMによるコンタミネーション対策
 2.1 ナノヴェイタTMのコンタミ対策
 2.2 ナノヴェイタTMのコンタミ量
  2.2.1 コンタミ量の指標
 2.3 クロスコンタミ対策
  2.3.1 ナノヴェイタTMのクロスコンタミ対応

第2節 撹拌機、反応器の熱暴走と安全対策
1.撹拌機、反応器の熱暴走と温度制御
2.撹拌機による経済的効果
3.撹拌装置の設計運転時の安全対策

第3節 懸濁型冷却融液晶析におけるスケーリングの抑制
1.融液晶析法の特徴
2.懸濁型冷却融液晶析法におけるスケーリング発生メカニズムとその抑制方法

第4節 撹拌槽内に懸濁した非球形粒子の槽内構造物への衝突の解析
1.スケール形成の要因としての懸濁結晶の可能性
2.モデル粒子を用いた懸濁プロセスでの検討
 2.1 モデル非球形粒子の作成と形状の評価
 2.2 装置構造内への懸濁粒子の衝突現象
 2.3 スケール形成開始への影響の観点での懸濁粒子の形状の考察

第5節 公転自転式撹拌脱泡装置の運転条件とその効果について
1.各種撹拌方法の特徴
2.公転自転式撹拌脱泡装置の技術
3.公転自転式撹拌脱泡装置「カクハンター」の技術
4.撹拌事例
5.脱泡事例

 

◇第6章 撹拌・混合技術の応用事例◇

第1節 遊星式撹拌によるセルロースナノファイバーの水性塗料への添加
1.遊星式撹拌によるCNFの水性塗料への分散性
2.CNFを添加した水性塗料・塗膜の特性評価
 2.1 液だれ性と粘度特性
 2.2 貯蔵安定性と粘弾性特性
 2.3 機械的特性(引張強度)

第2節 高粘度液によるCNTプレ分散技術
1.はじめに
2.CNT粉体のプレ分散技術
3.おわりに

第3節 インライン方式連続分散システムの開発と電池用スラリーの作成
1.インライン方式連続分散システム概要
 1.1 インライン連続分散のコンセプト
 1.2 インライン式連続分散システムの各工程
  1.2.1 バインダ高速溶解工程@
  1.2.2 予備分散工程A
  1.2.3 仕上げ分散工程B
2.各種分散機の特徴
 2.1 特長@:均一でばらつきの少ない分散が可能
 2.2 特徴A:優れたスケールアップ性
 2.3 特徴B:スラリー特性に応じた最適なジェネレータを選択可能
 2.4 特徴C:優れた耐久性
3.その他特殊分散
4.スラリー作成事例
 4.1 実験方法
 4.2 結果と考察

第4節 撹拌条件の制御によるセルロースとガラスのハイブリッド化と透明性の向上
1.はじめに
2.セルロース−ガラスハイブリッドの合成
3.おわりに

第5節 機械的撹拌を用いたポリマー微粒子の調製プロセスと粒子の多孔質化
1.ポリマー微粒子の調製プロセス
 1.1 化学的手法に基づいた代表的な調製プロセス例
 1.2 メカノケミカル的手法に基づいた代表的な調製プロセス例
 1.3 調製プロセスによる特徴のまとめ
2.理想的な調製プロセスの提案
 2.1 エマルションの変化と転相の確認
 2.2 エマルションから粒子化
3.ポリマー微粒子の多孔質化
 3.1 一般的な微粒子の多孔質化について
 3.2 多孔質ポリマー微粒子の筆記具への応用
 3.3 多孔質ポリマー微粒子の簡便な調製プロセス
 3.4 相分離と粒子形態

第6節 粒径が均一なポリマーナノ粒子の環境低負荷型合成法とその展望
1.乳化重合法におけるポリマーナノ粒子合成
2.環境低負荷型の乳化重合法による単分散ポリマーナノ粒子の合成
 2.1 単分散ポリマーナノ粒子開発の展望
 2.2 小型バッチ反応器における単分散ポリマーナノ粒子の合成
 2.3 粒径が均一なポリマーナノ粒子を用いたナノ材料設計

第7節 高圧高速撹拌によるマイクロカプセルおよび複合微粒子の高機能化
1.常圧下でのマイクロカプセル製造技術
2.超臨界流体技術
3.超臨界二酸化炭素を用いたマイクロカプセル製造技術
4.高圧超音波撹拌によるカプセル製造技術

第8節 化粧品高分子の撹拌とその評価
1.原始地球での高分子撹拌とオイルワールド仮説
2.高分子の撹拌について
3.高分子撹拌はシミュレーションできるか?
4.化粧品の評価

第9節 けん化反応における高速せん断ミキサーの活用
1.石けんについて
2.従来技術の概要とその課題
3.高速せん断ミキサーによる反応促進構想
4.結果
 4.1 ウルトラミキサーを利用した検証
  4.1.1 ラボスケールでの検証結果
  4.1.2 スケールアップ時の検証結果
 4.2 パイプラインホモミクサーを利用した検証
  4.2.1 ラボスケールでの検証結果
  4.2.2 スケールアップ時の検証結果

第10節 ビール醸造工程における酵母スラリー撹拌システムの開発
1.研究課題と解決方途
2.実験と結果
 2.1 非ニュートン流体に対応できる粘度計の開発
 2.2 回収酵母の代謝異常を引き起こす工程要因の絞込み
 2.3 市販大型撹拌機を用いた予備実験結果
 2.4 CFDを用いたタンク内部の酵母流動状態の評価
 2.5 実装置製作前にCFDを用いた設計結果検証
 2.6 実装置を用いたビール工場での運転結果

撹拌 スケールアップ トラブル