機械的消泡技術講座

第1部　「超音波キャビテーション現象の可視化
　　　　　　－超音波発泡・脱泡のメカニズム解明を目指して－」 ≪12:15～14:15≫

【習得できる知識など】
洗浄、食品加工、医療応用などで超音波を使用されている現場の技術者の方々などを対象に、
洗浄、食品加工、医療など、様々な分野で用いられる超音波技術のパフォーマンスを改善する上で鍵となる、超音波由来のキャビテーションと呼ばれる発泡現象の基礎を理解することができる。

【講演主旨】
　温度上昇に伴う蒸発による発泡を「沸騰」と呼ぶのに対し、圧力低下に伴う発泡を「キャビテーション」と呼びます。炭酸飲料中で現れる二酸化炭素の泡もキャビテーションの一種です。開封前の加圧された炭酸飲料は、開栓後、その圧力が大気圧に低下することにより溶存していた炭酸ガスが過飽和状態になり、飲料中に溶けきれなくなったガスが泡として現れ、大気へと抜けていきます。空気で飽和した水道水をコップに入れただけでは、このような発泡現象は生じませんが、超音波を照射することで強制的に発泡を促すことができます。すなわち、超音波で水を脱気することができます。
　超音波キャビテーション現象には脱気の他にも、気泡の力学特性を利用した応用技術、例えば代表的なものとして超音波洗浄があります。産業界で多用される超音波技術は、使用用途に応じて周波数、音圧などのパラメータを最適化する必要があり、その際に重要となるキャビテーション現象の基礎的理解は不可欠と言えます。
　本セミナーでは、超音波キャビテーション気泡の力学・熱力学特性の基礎を解説します。

【プログラム】
1. 発泡現象の分類
　 1-1. 沸騰とキャビテーション
    1-2. ガス性キャビテーションと蒸気性キャビテーション
    1-3. キャビテーション初生とガス気泡核

2. ガス気泡核の熱力学的安定性
    2.1. 力学的平衡と熱力学的平衡
    2.2. 表面張力とガス気泡核の熱力学的不安定性
          (1) エプスタイン・プリセットの式
          (2) ナノバブル（ウルトラファインバブル）の存在性
    2.3. ガス過飽和下のガス気泡核の安定化

3. 超音波キャビテーション気泡の力学
    3.1. 水中の球形気泡の力学
          (1) レイリー・プリセットの式
          (2) 超音波加振による気泡の共振
    3.2. 気泡の崩壊とエロージョン
    3.3. 整流物質拡散による脱気効果
    3.4. 定在音響場中のキャビテーション気泡の運動
          (1) 第1ビャークネス力
          (2) 第2ビャークネス力

4. 超音波キャビテーション現象の可視化
    4.1.  水中の超音波キャビテーション現象の可視化
          (1) 超音波洗浄槽内のキャビテーション現象のマクロ観察
          (2) 壁面近傍の超音波キャビテーション気泡のミクロ観察
          (3) 超音波洗浄における気泡力学の役割
    4.2. ゼラチンゲル中の超音波キャビテーション現象の可視化
          (1) 気泡周囲媒質の粘弾性を考慮した気泡力学モデル
          (2) 超音波照射下のゼラチンゲル内気泡のミクロ観察


質疑応答/名刺交換

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第2部　「機械的消泡装置の種類・ポイント」 ≪14:30～16:30≫

【習得できる知識など】
・様々な消泡装置の特長が理解できる。
・消泡装置を利用する場合のポイントを理解できる。
・消泡装置を開発する上での考え方を理解できる。

【講演主旨】
　消泡装置は、液表面上に生成してしまった泡沫を破壊する装置です。消泡剤を使用できないケースや、消泡剤の使用量を減らしたいというケースに利用されています。
　本公演では、泡沫を破壊するために利用される物理的因子で消泡装置を分類し、それぞれの特徴について解説します。また、消泡装置を使用する場合の注意点、反応器に取付けた各種消泡装置の性能の比較、バイオリアクターに装備されている消泡装置の性能の改善例などについて解説します。

【プログラム】
1. 機械的消泡の特徴
　  1-1. 消泡装置のメリット
    1-2. 消泡メカニズム

2. 機械的消泡装置の種類とその特徴
　  2-1. 回転部を持つ消泡装置
　  2-2. ノズル型消泡装置
　  2-3. スプレー型消泡装置
　  2-4. 回転円板型消泡装置
　  2-5. 剪断型消泡装置
　  2-6. その他の消泡装置

3. 消泡装置の使い方
    3-1. 消泡装置を使用する際の注意点
    3-2. 消泡装置の設置

4. 消泡装置のコントロール
　  4-1. 消泡の難易を表す指標
　  4-2. 消泡の難易を表す指標に影響を及ぼす因子

5. 消泡装置を取付けた気泡塔の操作特性
　  5-1. 回転円板型装置を使用するケース
　  5-2. 回転部を持つ消泡装置を使用するケース

6. 消泡装置を取付けた通気攪拌槽の操作特性
　  6-1. 回転円板型装置を使用するケース
　  6-2. 回転部を持つ消泡装置を使用するケース
　  6-3. 剪断型消泡装置を使用するケース

7. 消泡装置をバイオリアクターに適用した例
　  7-1. 従来装備されている消泡装置の問題点
　  7-2. 新しい消泡法の提案（消泡性能の改善法）
 

質疑応答/名刺交換