成果報告書詳細
管理番号20110000001567
タイトル*平成22年度中間年報 グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発 規則性ナノ多孔体精密分離膜部材基盤技術の開発(10)
公開日2011/12/13
報告書年度2010 - 2010
委託先名千代田化工建設株式会社
プロジェクト番号P09010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等
本中間年報は、平成21年度より3ヵ年の予定で進められている、開発項目「グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発/研究開発項目【3】-2 規則性ナノ多孔体精密分離膜部材基盤技術の開発」(学校法人早稲田大学、日立造船株式会社、三菱化学株式会社、株式会社ノリタケカンパニーリミテド、千代田化工建設株式会社、新日本石油株式会社、社団法人ファインセラミックスセンター、学校法人芝浦工業大学、国立大学法人大阪大学、国立大学法人宇都宮大学、国立大学法人山口大学、国立大学法人名古屋工業大学)にての研究のうち、千代田化工建設株式会社担当分の平成22年度成果についてまとめたものである。
(1)実施内容および成果
1) 【3】-2-3-(3) 膜分離解析モデル・シミュレータの開発
本項では、本研究にて開発される膜エレメントの物理モデルを構築し、膜エレメント設計の最適化や膜分離モジュール化技術の最適設計支援を行うための膜透過分離解析シミュレーターを開発する。以下の項目について開発を行う。
本年度はその第二年度として、以下の内容を実施した。
【1】 平成21 年度に作成した膜分離解析シミュレーターのプロトタイプに対し、計算時間短縮を目的としたメッシュ分轄の最適化検討を行った。これより、
A) 膜管1本当たり20 kg/h 程度の原料ガスを流す場合、2 重管の環状部を16 分轄以上に分轄すれば、流速分布の結果はあまり変化せず、理論値に漸近する結果となる。
B) 16 分轄にすると、計算時間は約1/6 程度となり経済的となる。
という結果が得られた。これより、ケーススタディーには16 分轄のモデルを利用し、最終的に32 分轄で確認するという検討手法が有効という知見が得られた。
【2】 単一膜管の透過流束モデルにおいて、原料側の境膜抵抗をモデル化する必要がある。本来は、長尺膜による実験データを解析することにより境膜モデルを作成することが望ましいが、開発中の膜(例えばY 型ゼオライト膜)の長尺膜に対する実験データが利用できるようになるには、まだかなりの時間が必要である。このため、既に実用化されているA 型ゼオライト膜の長尺膜に対する実験データをもとに、高流量と低流量操作時のCFD解析を実施し、原料側の境膜抵抗モデル作成のための数値データ生成を行った。高流量時のパーミアンスを用いて、低流量時のCFD 解析を行ったところ、実験結果より透過性能が良くなる結果が得られた。従って、CFD 解析の結果と実験結果の差を境膜抵抗分と見なしてモデルを作成していくことが可能と考えられる。来年度、さらに詳細に分析を行う予定である。
英文要約1. Development of an analytical model simulator for ordered-nanoporous membranes
1) On the prototype of membrane separation analysis simulator, which had been prepared in FY2009, some optimization study on the number of meshes is conducted, in order to reduce the calculation time.
2) Based on the existing data of A-type zeolite membrane, CFD simulations of not only low mass flux cases but also high flux cases are conducted. And the fundamental data for the preparation of the resistance model of boundary film are obtained.
2. Development of a process simulator
1) On the prototype of membrane separation model for process simulator, the following improvements are incorporated.
a) Addition of outlet pressure adjustment calculation
b) Addition of displayed items, and insertion of comment sentences for program readability.
2) Combining the developed membrane separation model with a process simulator on the market, the hybrid process simulation model was developed. This hybrid model is applied to the study.
3) Simulation study on Acetic Acid-water system are conducted on both existing distillation process and the combination process of distillation column and membrane separation module, and obtained material/energy balances are compared and evaluated.
4)A prototype software for the performance comparison of existing distillation process with hybrid process system is developed.
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