JP4252993B2 - Mixer and reactor - Google Patents

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Description

この発明は、化学反応、特に有機化学合成を連続的に行うのに好適な混合器および反応装置に関する。   The present invention relates to a mixer and a reaction apparatus suitable for continuous chemical reaction, particularly organic chemical synthesis.

従来、複数の原料を混合させて化学反応を行う方法として、図30に示すように、容器200に試薬等の原料を投入し、攪拌翼202のような撹拌部材によってこれを所定時間混合させるようにするバッチ式プロセスが有るが、あらかじめ決められた容量でしか、生成物を得られず、また、1回のバッチ処理で所望の生成物を得るために比較的大きな容器を使用せざるを得ず、十分な混合や詳細な温度条件を設定することが難しい。   Conventionally, as a method of performing a chemical reaction by mixing a plurality of raw materials, as shown in FIG. 30, a raw material such as a reagent is put in a container 200 and mixed by a stirring member such as a stirring blade 202 for a predetermined time. There is a batch process that makes it possible to obtain the product only in a predetermined volume, and to use a relatively large container to obtain the desired product in a single batch process. Therefore, it is difficult to set sufficient mixing and detailed temperature conditions.

また、図31や図32に示すような、連続して流体を流通させる容器204中で、撹拌子206や攪拌翼208のような撹拌部材を用いるいわゆる強制攪拌型ミキサー210,212が、液体クロマトグラフのグラジェント装置(溶離液混合装置)に多く用いられている。しかしながら、これらの装置では、図33に示すように、容器204の導入部に各試薬が常に過多の状態で存在し、濃度ムラが存在し、均一濃度比にて混合を実施することが困難であり、高効率混合が達成できない。   31 and 32, so-called forced stirring mixers 210 and 212 using stirring members such as a stirring bar 206 and a stirring blade 208 are provided in a liquid chromatograph in a container 204 that continuously circulates fluid. It is often used in a graph gradient device (eluent mixing device). However, in these apparatuses, as shown in FIG. 33, each reagent is always present in an excessive amount in the introduction portion of the container 204, there is a concentration unevenness, and it is difficult to perform mixing at a uniform concentration ratio. Yes, high efficiency mixing cannot be achieved.

一方、近年、微小な流路断面積の流路(微小流路)を用いて溶液や気体を流通させながら種々の化学反応を起こさせるマイクロチャンネルチップが注目されている。マイクロチャンネルチップは、1つのチップ上に混合、加熱、反応等のための領域とこれらを連通させる流路が設けられており、これに素材(原料)を供給すれば、特定の反応が実行されるように構成されている。混合領域は、通常、複数の流路を合流させることにより形成されている。マイクロチャンネルチップでは、基本的に連続プロセスが可能であり、詳細な温度制御を行うことも可能である。   On the other hand, in recent years, a microchannel chip that causes various chemical reactions while flowing a solution or a gas using a channel (microchannel) having a minute channel cross-sectional area has been attracting attention. A microchannel chip is provided with a region for mixing, heating, reaction, and the like on one chip and a flow path for communicating them, and a specific reaction is performed if a material (raw material) is supplied to this. It is comprised so that. The mixed region is usually formed by joining a plurality of flow paths. In the microchannel chip, a continuous process is basically possible, and detailed temperature control is also possible.

ここで一般的な化学反応においては、反応ごとに好適な温度条件が存在する。これは化学反応において温度を上げると、溶液中の粒子の熱運動エネルギが大きくなることに起因する。化学反応が起こるためには、原子、分子、イオンなどの粒子が衝突して粒子の間で原子の組替えが起こらなければならない。粒子間で起こる原子の組替えは、衝突した粒子のすべてに起こるわけではない。図34に示すように、活性化エネルギと呼ばれるある一定以上のエネルギをもつ粒子の間で、いったんエネルギの高い不安定な状態の活性錯合体がつくられて、活性錯合体を形成した粒子のみが生成物に変化する。なお、図34の縦軸はエネルギ、横軸は反応の進行方向を示す。ここで反応物より生成物のエネルギが低い場合が発熱反応、逆の場合が吸熱反応であり、図34は発熱反応の場合を示す。よって化学反応においては、温度を上げると反応速度が増加する傾向にある。この傾向は下記の式1に示すアレニウスの式によっても明確に示される。

Figure 0004252993
ここでAは頻度因子、Eaは活性化エネルギであり、これらは反応に固有な定数である。またRは気体定数、Tは絶対温度である。さらにkは速度定数と呼ばれ、大きくなるほど反応速度は速くなる。 Here, in general chemical reactions, suitable temperature conditions exist for each reaction. This is because when the temperature is increased in the chemical reaction, the thermal kinetic energy of the particles in the solution increases. In order for a chemical reaction to occur, particles such as atoms, molecules, and ions must collide, and atomic recombination must occur between the particles. The atomic recombination that occurs between particles does not occur in all of the colliding particles. As shown in FIG. 34, an active complex in an unstable state with high energy is once created between particles having a certain energy or more called activation energy, and only particles that have formed an active complex are formed. It turns into a product. In FIG. 34, the vertical axis represents energy, and the horizontal axis represents the direction of reaction progress. Here, the case where the energy of the product is lower than that of the reactant is an exothermic reaction, and the opposite case is the endothermic reaction, and FIG. 34 shows the case of the exothermic reaction. Therefore, in a chemical reaction, the reaction rate tends to increase with increasing temperature. This tendency is also clearly shown by the Arrhenius equation shown in Equation 1 below.
Figure 0004252993
Here, A is a frequency factor, Ea is activation energy, and these are constants inherent to the reaction. R is a gas constant and T is an absolute temperature. Further, k is referred to as a rate constant, and the reaction rate increases as the value increases.

しかしながら、極端に高温な反応では、反応前の試薬を化学的に分解する等の好ましくない現象が生じる。そのため化学反応ごとに好適な温度条件が存在し、反応領域における温度管理は非常に重要である。温度管理が不十分であると、化学反応が予定通りに行われず、目的とする主生成物の収量低下などの生産性が悪いシステムを余儀なくされる。ところが、従来のようにフラスコ、ビーカー、および大きな反応槽を用いた化学反応では、ある程度の量の試薬溶液を用いて化学反応させるため反応領域全域を迅速に、かつ均一に温度調整することが非常に困難であった。これに対して、マイクロチャンネルチップにおける化学反応では、反応領域における試薬溶液の質量が極少であるため、温度設定を迅速に、かつ均一に行える。そのため化学反応に好適な温度条件を得ることが可能となる。これはマイクロチャンネルチップを用いた化学反応において、大きな利点の一つとして挙げることができる。   However, an extremely high temperature reaction causes undesirable phenomena such as chemical decomposition of the reagent before the reaction. Therefore, suitable temperature conditions exist for each chemical reaction, and temperature control in the reaction region is very important. If the temperature control is insufficient, the chemical reaction is not performed as scheduled, and a system with poor productivity such as a decrease in the yield of the target main product is forced. However, in conventional chemical reactions using flasks, beakers, and large reaction tanks, it is very easy to adjust the temperature of the entire reaction area quickly and uniformly because chemical reactions are performed using a certain amount of reagent solution. It was difficult. On the other hand, in the chemical reaction in the microchannel chip, since the mass of the reagent solution in the reaction region is extremely small, the temperature can be set quickly and uniformly. Therefore, it is possible to obtain a temperature condition suitable for the chemical reaction. This can be mentioned as one of the great advantages in the chemical reaction using the microchannel chip.

ところがマイクロチャネルチップ運用時には、様々な懸念事項も存在する。マイクロチャンネルチップ運用時の最も大きな懸念事項の一つとして、マイクロチャンネルチップで異なる種類の試薬を混合した際に、十分に混合が進まないことが挙げられる。一般的にマイクロチャンネルチップでは試験管、ビーカー、またはフラスコなどの反応容器(混合器)と比較して、攪拌などによる混合が促進されない。流体が混合するには、分子拡散と乱流拡散が作用する。分子拡散と比較して乱流拡散は、混合の際に大きな効果がある。例えばコーヒーにミルクを落とした際に、静観して分子拡散によってミルクが混合するのを待つより、スプーン等で攪拌し乱流拡散によって混合したほうが早く確実に混合することからも直感的に理解できる。   However, there are various concerns when operating a microchannel chip. One of the biggest concerns at the time of microchannel chip operation is that mixing does not proceed sufficiently when different types of reagents are mixed in the microchannel chip. In general, in a microchannel chip, mixing by stirring or the like is not promoted as compared with a reaction vessel (mixer) such as a test tube, a beaker, or a flask. Molecular diffusion and turbulent diffusion act to mix the fluid. Compared with molecular diffusion, turbulent diffusion has a great effect on mixing. For example, when you drop milk into coffee, you can intuitively understand that it is faster and more reliable to mix by turbulent diffusion by stirring with a spoon etc. than waiting for the milk to mix by molecular diffusion while looking still .

上記の事柄を指標するものとして、理論的には流体工学の用語であるレイノルズ数Reを用いる。レイノルズ数Reの定義式を式2に示す。

Figure 0004252993
ここでVは流速、およびνは動粘性係数である。Dは代表寸法と呼ばれ、流体が流れる流路の断面寸法(幅や高さ)などを用いる。Re数が小さい流れを層流、Reが大きい流れを乱流と呼ぶ。層流および乱流の流動様相の一例として、流れ場中に障害物(円柱)を置いた場合の流れの可視化写真を図35(a)、および図35(b)に示す。例えばRe?32である図35(a)においては、障害物の下流側で流れはきれいな層状に流れ、乱れなどが生じていないことが分かる。このようなきれいな層状の流れを層流と呼ぶ。ところがRe?161の図35(b)においては、障害物の下流側ではカルマン渦列と呼ばれる千鳥状の渦列が生じ、渦の効果によって混合が促進されているのがうかがえる。また図示してはいないが、Re数が103〜105の領域では、障害物の左右から放出される渦は、下流に行くに従って拡散し、流れ全体が不規則に乱れた流れになる。このような流れ場を乱流と呼ぶ。 Theoretically, the Reynolds number Re, which is the term of fluid engineering, is used as an indicator of the above matters. The definition formula of Reynolds number Re is shown in Formula 2.
Figure 0004252993
Here, V is a flow velocity, and ν is a kinematic viscosity coefficient. D is referred to as a representative dimension, and uses a cross-sectional dimension (width and height) of the flow path through which the fluid flows. A flow with a small Re number is called laminar flow, and a flow with a large Re is called turbulent flow. As an example of laminar and turbulent flow patterns, flow visualization photographs when an obstacle (cylinder) is placed in the flow field are shown in FIGS. 35 (a) and 35 (b). For example, in FIG. 35A which is Re? 32, it can be seen that the flow flows in a clean layer on the downstream side of the obstacle, and there is no turbulence. Such a clean laminar flow is called a laminar flow. However, in FIG. 35B of Re? 161, it can be seen that a staggered vortex street called Karman vortex street is formed on the downstream side of the obstacle, and mixing is promoted by the effect of the vortex. Although not shown, in the region where the Re number is 10 3 to 10 5 , vortices discharged from the left and right sides of the obstacle diffuse toward the downstream and the entire flow becomes irregularly turbulent. Such a flow field is called turbulent flow.

マイクロチャンネルチップ内の流れのような管内流れにおいては、Re数が1000程度で層流から乱流に遷移することが知られており、乱流の拡散効果を得るためには式1よりリアクターの流路幅は大きく、流速も大きいほうが良いと言える。従来の技術の代表的なマイクロチップの混合流路は幅100μm程度であり、流速は0.01m/s程度で運用されていた。該条件におけるRe数は、代表寸法Dを流路幅の100μm、混合流路内で流速を0.001m/s、および流れる流体を水と仮定して試算すると、

Figure 0004252993
となりRe数が小さい層流領域であるため、混合流路ではきれいな層状の流れとなり、混合が促進されづらいことが予測される。 It is known that the flow in the tube, such as the flow in the microchannel chip, transitions from laminar flow to turbulent flow with a Re number of about 1000. To obtain the turbulent diffusion effect, It can be said that it is better that the channel width is larger and the flow velocity is larger. A typical microchip mixing channel in the prior art has a width of about 100 μm and a flow rate of about 0.01 m / s. The Re number under the conditions is calculated assuming that the representative dimension D is 100 μm of the channel width, the flow velocity is 0.001 m / s in the mixing channel, and the flowing fluid is water.
Figure 0004252993
Since this is a laminar flow region with a small Re number, it is predicted that the mixing channel will have a clean laminar flow and mixing will be difficult to promote.

さらに、マイクロチャンネルチップは、流路自体が微小であるから、難反応物質の連続合成には適しているが、反応による生成量自体が小さい。また、マイクロチャンネルチップでは、混合流路の形状を柔軟、容易に変更できないので、製造後に、目的とする化学反応が達成できなかった場合には、再度、製作する必要がある。そのためにチップが高価となり、製作時間もかかるのでプロセス最適化の作業効率が悪く、コストも高くなる。また、マイクロチャンネルチップでは、混合器流路内の洗浄性が低く、異物や生成物が詰まり安いという不利点も有る。   Furthermore, the microchannel chip is suitable for continuous synthesis of hardly reactive substances because the flow path itself is very small, but the amount produced by the reaction itself is small. Moreover, since the shape of the mixing channel cannot be changed flexibly and easily in the microchannel chip, it is necessary to manufacture again if the intended chemical reaction cannot be achieved after manufacturing. As a result, the chip becomes expensive and the manufacturing time is long, so that the work efficiency of the process optimization is low and the cost is high. In addition, the microchannel chip has the disadvantages that the cleanability in the mixer flow path is low, and foreign substances and products are cheaply clogged.

この発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、試薬投入の際に混合器内において拡散を促進させて化学反応を迅速かつ連続的に行い、充分な生産速度を得ることができ、かつ詳細な温度制御などにより高い反応効率を実現できるような混合器及び反応装置を提供することを目的とする。   This invention was made in view of the above circumstances, promotes diffusion in the mixer when the reagent is charged, and performs a chemical reaction quickly and continuously, can obtain a sufficient production rate, and An object of the present invention is to provide a mixer and a reaction apparatus that can realize high reaction efficiency by detailed temperature control or the like.

前記目的を達成するために、請求項1に記載の混合器は、連続処理を行う反応システムにおいて用いる混合器であって、垂直軸線回りに回転対称に形成された混合空間と、前記混合空間内において該混合空間の軸線回りに回転自在に配置され、該軸線から周縁部に向けて延びる複数の放射状部を有する撹拌子と、該攪拌子を駆動する駆動機構と、前記混合空間の外周面の異なる位置に開口する少なくとも2以上の導入流路であって、それぞれが互いに異なる流体を前記混合空間に流入せしめる導入流路と、前記混合空間の上面に開口する導出流路とを有することを特徴とする。
請求項1に記載の発明においては、撹拌子を駆動することにより、混合空間において流体が強制的に撹拌され、迅速にかつ確実に混合される。また、混合・拡散し反応する両供給流体間の分子間距離が小さくなり、混合及び反応効率が向上するとともに、混合空間で生成した気体の排出を促進する
In order to achieve the above object, the mixer according to claim 1 is a mixer used in a reaction system that performs continuous processing, and a mixing space that is rotationally symmetric about a vertical axis, And a stirring bar having a plurality of radial portions extending from the axis toward the peripheral edge, a drive mechanism for driving the stirring bar, and an outer peripheral surface of the mixing space. It has at least two or more introduction flow paths opening at different positions, each having an introduction flow path for allowing different fluids to flow into the mixing space, and a discharge flow path opening at the upper surface of the mixing space. And
In the first aspect of the invention, by driving the stirrer, the fluid is forcibly stirred in the mixing space and is quickly and reliably mixed. In addition, the intermolecular distance between both supply fluids that mix, diffuse and react is reduced, improving the efficiency of mixing and reaction, and promoting the discharge of gas generated in the mixing space.

請求項2に記載の混合器は、請求項1に記載の発明において、前記導出流路は、前記上面においてその径方向中間部に開口する複数の流路によって形成されていることを特徴とする。これにより、混合空間で生成した気体の排出をより促進する。
The mixer according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the outlet flow path is formed by a plurality of flow paths that open to a radially intermediate portion on the upper surface. . Thereby, discharge | emission of the gas produced | generated in mixing space is accelerated | stimulated more.

請求項3に記載の混合器は、請求項1または2に記載の発明において、前記導出流路は、下流部分において流路断面積が狭くなっていることを特徴とする。これにより、分子拡散による急速混合を促進する。
The mixer according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1 or 2, the outlet channel has a channel cross-sectional area that is narrow in the downstream portion. This promotes rapid mixing by molecular diffusion.

請求項4に記載の混合器は、請求項1ないし3のいずれかに記載の発明において、前記互いに異なる流体を前記混合空間に流入せしめる少なくとも2以上の導入流路が、互いに近接する位置に開口していることを特徴とする。これにより、混合空間へ流入した直後に混合が迅速に進行し、濃度が不均一になる状態を抑制する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the mixer according to any one of the first to third aspects, wherein at least two or more introduction flow channels for allowing the different fluids to flow into the mixing space are opened at positions close to each other. It is characterized by that. Thereby, immediately after flowing into the mixing space, the mixing proceeds rapidly, and the state where the concentration becomes non-uniform is suppressed.

請求項5に記載の混合器は、前記互いに近接する位置に開口している少なくとも2以上の導入流路が、前記外周面に等間隔で複数組配置されていることを特徴とする。
The mixer according to claim 5 is characterized in that a plurality of sets of at least two or more introduction flow paths opened at positions close to each other are arranged at equal intervals on the outer peripheral surface.

請求項6に記載の反応装置は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の混合器と、これに原料流体を供給する供給源と、前記混合器における反応生成物を回収する回収容器とを有することを特徴とする。
請求項7に記載の反応装置は、請求項6に記載の発明において、前記混合器における撹拌子による撹拌速度を制御する制御装置を有することを特徴とする。
A reactor according to claim 6 is a mixer according to any one of claims 1 to 5, a supply source for supplying a raw material fluid thereto, and a recovery container for recovering a reaction product in the mixer. It is characterized by having.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the reaction apparatus according to the sixth aspect, further comprising a control device that controls a stirring speed of the stirrer in the mixer.

請求項8に記載の反応装置は、請求項6または請求項7に記載の発明において、前記混合器における温度を制御する制御装置を有することを特徴とする。
請求項9に記載の反応装置は、請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の発明において、前記反応生成物を分析する分析装置を有することを特徴とする。
A reaction apparatus according to an eighth aspect is characterized in that, in the invention according to the sixth or seventh aspect, a control apparatus for controlling a temperature in the mixer is provided.
A reaction apparatus according to a ninth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the sixth to eighth aspects, an analysis apparatus for analyzing the reaction product is provided.

請求項1ないし請求項5に記載の混合器によれば、混合空間に配置された撹拌子の撹拌力によって、確実な混合を実用性のある処理速度で実行することができる。
According to the mixer of the first to fifth aspects, reliable mixing can be performed at a practical processing speed by the stirring force of the stirring bar arranged in the mixing space.

請求項6ないし請求項9に記載の反応装置によれば、混合空間に配置された撹拌子の撹拌力によって、確実な混合を実用性のある処理速度で実行することができ、品質の良い反応生成物を生産性良く得ることができる。
According to the reaction apparatus according to any one of claims 6 to 9, reliable mixing can be performed at a practical processing speed by the stirring force of the stirring bar arranged in the mixing space, and the reaction has a good quality. The product can be obtained with good productivity.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態では、混合によって反応を起こさせて、生成物を得ることを目的とするので、混合器は同時に反応器であり、混合システムは反応システムである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiment, since the reaction is caused by mixing to obtain a product, the mixer is a reactor at the same time, and the mixing system is a reaction system.

図1は、この発明の第1の実施の形態の混合器であって、ベース部(容器本体)10及びこれを覆うカバー部(蓋部)12によって内部に混合空間14が形成された混合容器16が構成されており、混合空間14内には撹拌子18が設けられている。混合空間14は垂直軸線回りに回転対称に形成され、この実施の形態ではやや扁平な筒状の空間である。ベース部10には、外周面側に軸線を挟んで対向する位置に開口する2つの導入流路20が設けられ、カバー部12にはほぼ中心軸線上に開口する導出流路22が設けられ、それぞれの外端部には継手24が設けられて、流体を供給または排出するチューブ26を取り付けることができるようになっている。カバー部12とベース部10は、処理に必要なシール構造を備えており、また、簡便な開閉機構によってメンテナンス等が簡単にできるようになっている。この混合器は、継手24とチューブ26で流体供給源や他の混合器その他と簡単に接続することができるので、処理システムの組立、保守、あるいは設計変更等が容易に行える。   FIG. 1 shows a mixer according to a first embodiment of the present invention, in which a mixing space 14 is formed by a base part (container body) 10 and a cover part (lid part) 12 covering the base part (container body) 10. 16 is configured, and a stirring bar 18 is provided in the mixing space 14. The mixing space 14 is formed rotationally symmetrical around the vertical axis, and is a slightly flat cylindrical space in this embodiment. The base portion 10 is provided with two introduction flow passages 20 that are opened at positions facing each other with the axis line on the outer peripheral surface side, and the cover portion 12 is provided with a lead-out flow passage 22 that opens substantially on the central axis line. Each outer end portion is provided with a joint 24 so that a tube 26 for supplying or discharging a fluid can be attached. The cover portion 12 and the base portion 10 are provided with a seal structure necessary for processing, and maintenance and the like can be easily performed by a simple opening / closing mechanism. Since this mixer can be easily connected to the fluid supply source and other mixers and the like by the joint 24 and the tube 26, the assembly, maintenance, or design change of the processing system can be easily performed.

混合空間14の大きさを小さくすれば、混合空間内の流体の容積に対する表面積の比率が大きくなるため、容器内流体の温度制御や流体混合が促進される効果が得られる。混合空間14の代表寸法(内径)Dは、200mm以下、より好ましくは100mm以下、さらに好ましくは10mm以下であることが望ましい。   If the size of the mixing space 14 is reduced, the ratio of the surface area to the volume of the fluid in the mixing space increases, so that an effect of promoting temperature control and fluid mixing of the fluid in the container can be obtained. The representative dimension (inner diameter) D of the mixing space 14 is desirably 200 mm or less, more preferably 100 mm or less, and still more preferably 10 mm or less.

撹拌子18は、この実施の形態では、混合空間14の軸線に直交する方向に延びる部材であり、混合容器16の下側に設置された駆動機構28によって、混合空間14の軸線回りに強制回転駆動される。この駆動機構28は、モータ30によって永久磁石32が搭載されている円盤34を回転させることにより、撹拌子18を遠隔的に回転させるもので、電源装置36とコントローラ38が設けられている。コントローラ38は、目的とする化学反応に対し、生成物を高収率で得るために最適となるようにモータ30の回転数の調整を行う。この実施の形態では、撹拌子18は中央部が膨らんだ柱状で、いわゆるフットボール状であるが、軸回りに完全な回転体である必要はなく、高さhと幅wが異なる扁平な形状であってもよい。なお、回転数を時間的に変動もしくは、正逆転させることにより、容器内の流体の混合を促進することもできる。   In this embodiment, the stirrer 18 is a member extending in a direction perpendicular to the axis of the mixing space 14, and is forcibly rotated around the axis of the mixing space 14 by a drive mechanism 28 installed on the lower side of the mixing container 16. Driven. This drive mechanism 28 rotates the stirrer 18 remotely by rotating a disk 34 on which a permanent magnet 32 is mounted by a motor 30, and is provided with a power supply device 36 and a controller 38. The controller 38 adjusts the rotation speed of the motor 30 so as to be optimal for obtaining a product with a high yield with respect to a target chemical reaction. In this embodiment, the stirrer 18 has a columnar shape in which the central portion swells, and is a so-called football shape. However, the stirrer 18 does not have to be a complete rotating body around the axis, and has a flat shape with different height h and width w. There may be. In addition, mixing of the fluid in a container can also be accelerated | stimulated by fluctuating a rotation speed temporally or carrying out forward / reverse rotation.

撹拌子18の材質は、磁性体もしくは金属にテトラフルオロエチレン重合体やセラミック、ガラスをはじめとする耐有機系流体の特性を有する材料をコーティングしたものを使用する。勿論、撹拌子18自身を耐有機系流体の特性を有する材料で形成してもよい。撹拌子18の形状や寸法は、混合空間14の形状、寸法に合わせて設定される。すなわち、撹拌子18と混合空間14の間に形成される隙間は、導入した被混合流体が通過する流路であり、かつ、撹拌子18が回転することによって形成される旋回流によって撹拌混合がなされる空間である。導入流路20から導出流路22に至る流路において流体が滞留したり、他の流体と混合する機会が無いまま導出したりすることが無いように設定される。このような空間の形状、寸法は、撹拌子18の回転速度や、混合される流体の粘性等の物理的性質、及び混合の結果起こる反応によって生成する物質の物理的性質等も考慮して決定される必要がある。   The stirrer 18 is made of a magnetic material or metal coated with a material having characteristics of an organic fluid-resistant material such as a tetrafluoroethylene polymer, ceramic, or glass. Of course, the stirrer 18 itself may be formed of a material having the characteristics of an organic fluid-resistant fluid. The shape and size of the stirring bar 18 are set in accordance with the shape and size of the mixing space 14. That is, the gap formed between the stirring bar 18 and the mixing space 14 is a flow path through which the introduced mixed fluid passes, and stirring and mixing is performed by the swirl flow formed by the rotation of the stirring bar 18. It is a space made. It is set so that the fluid does not stay in the flow path from the introduction flow path 20 to the discharge flow path 22 and is not derived without having the opportunity to mix with other fluids. The shape and size of such a space are determined in consideration of the rotational speed of the stirrer 18, the physical properties such as the viscosity of the fluid to be mixed, and the physical properties of the substance produced by the reaction resulting from the mixing. Need to be done.

継手24は一般的な配管用のネジなどが形成されていれば、いずれの形状、規格でもよい。継手24に関して、要はこの発明による混合器もしくは反応器へ試薬を導入もしくは、混合後の生成物を導出するための配管、もしくはチューブ26と混合器を漏洩なしに接合(連結)できる構造であればいずれでもよい。   The joint 24 may have any shape and standard as long as a general piping screw or the like is formed. With regard to the joint 24, the main point is that the reagent can be introduced into the mixer or reactor according to the present invention, or the pipe for extracting the product after mixing, or the tube 26 and the mixer can be joined (connected) without leakage. Any may be used.

以下、上記のように構成された混合器を用いて2つの流体の混合を行う場合の作用を、図2を参照して説明する。2つの流体は、ポンプ等の作用によって、同図(a)のように、混合容器16の下部近傍において互いに対向する周方向位置に設けられた導入流路20から混合空間14の中心に向けて圧送され、上部の導出流路22から導出する。この過程において、混合空間14では、同図(b)のように、撹拌子18は空間内の流体を剪断するように回転しているので、流体は周方向に流れるとともに上下方向にランダムに流動する。従って、各流体は中心方向と周方向の速度成分を持って、同図(b)のように、まず層状の渦流れを形成し、撹拌子18に衝突する毎に上下に流動して撹拌され、全体として徐々に上方向に流れる。   Hereinafter, an operation when two fluids are mixed using the mixer configured as described above will be described with reference to FIG. The two fluids are directed toward the center of the mixing space 14 from the introduction flow path 20 provided in the circumferential position facing each other in the vicinity of the lower portion of the mixing container 16 as shown in FIG. It is pumped and led out from the upper outlet channel 22. In this process, in the mixing space 14, the stirrer 18 rotates so as to shear the fluid in the space as shown in FIG. 5B, so that the fluid flows in the circumferential direction and randomly flows in the vertical direction. To do. Accordingly, each fluid has a velocity component in the central direction and the circumferential direction, and as shown in FIG. 5B, first, a layered vortex flow is formed, and the fluid flows up and down each time it collides with the stirrer 18 and is stirred. As a whole, it gradually flows upward.

この過程において、撹拌子18の回転により、混合空間14内に導入される各供給流体には、剪断力が作用し、各供給流体の流体層は微細化され、各供給流体は薄層を形成しながら混合される。これにより、混合・拡散し反応する両供給流体間の分子間距離が小さくなり、混合及び反応効率が向上する。   In this process, a shearing force acts on each supply fluid introduced into the mixing space 14 by the rotation of the stirrer 18, the fluid layer of each supply fluid is refined, and each supply fluid forms a thin layer. While mixing. This reduces the intermolecular distance between the two supply fluids that mix and diffuse and react to improve mixing and reaction efficiency.

図3に示すように、混合容器16への導入流路20aは、混合空間14の中心へ向かう方向から周方向へ傾ければ、攪拌子18に対する流入流体の相対速度を速め、より強い剪断力を生じさせることができ、混合効率が一層向上する。攪拌子18の役割は、容器へ流入した流体に強い剪断力を与えることに有る。攪拌子18に限らず、混合容器16がこうした剪断力を流入流体に与える機構を有していれば、各供給流体の流体層は瞬時に微細化される。なお、供給流体は液体に限定されるものではなく、例えば流体の一方が気体である場合には、強い剪断力で引きちぎられた気泡はマイクロバブル化(微細気泡化)し、混合容器16内に均一に分散される。マイクロバブルでは、気体容積に対するバブル表面積が飛躍的に増大するため、反応効率が向上する。   As shown in FIG. 3, if the introduction flow path 20 a to the mixing container 16 is inclined in the circumferential direction from the direction toward the center of the mixing space 14, the relative velocity of the inflowing fluid with respect to the stirrer 18 is increased, and a stronger shearing force is obtained. And the mixing efficiency is further improved. The role of the stirrer 18 is to give a strong shearing force to the fluid flowing into the container. If the mixing vessel 16 has a mechanism that applies such shearing force to the inflowing fluid, not only the stirrer 18, the fluid layer of each supply fluid is instantly miniaturized. The supply fluid is not limited to a liquid. For example, when one of the fluids is a gas, the bubbles that are torn off with a strong shearing force are converted into microbubbles (fine bubbles) and are mixed in the mixing container 16. Evenly distributed. In the microbubble, since the bubble surface area with respect to the gas volume is dramatically increased, the reaction efficiency is improved.

この混合器では、混合空間14の直径Dと撹拌子18の長さdsの比(ds/D)が1に近いほど、撹拌子18の回転により、各混合供給流体の掻きとりが効果的(無駄がなく)になされ、それにより、混合空間14内での供給流体の薄層が効果的に形成される。これにより、供給流体同士の分子間距離も小さくなるので、分子拡散による混合が促進される。一方、この比が小さすぎると、撹拌子18の回転速度が小さくなって、あるいは、流体の流れが円滑でなくなって逆効果になるので注意を要する。   In this mixer, as the ratio (ds / D) of the diameter D of the mixing space 14 to the length ds of the stirrer 18 is closer to 1, scraping of each mixed supply fluid is more effective by the rotation of the stirrer 18 ( A thin layer of the supply fluid in the mixing space 14 is effectively formed. As a result, the intermolecular distance between the supply fluids is also reduced, so that mixing by molecular diffusion is promoted. On the other hand, if this ratio is too small, the rotational speed of the stirrer 18 becomes small, or the flow of the fluid becomes unsmooth and has an adverse effect.

撹拌子18の回転速度について説明すると、この混合器では、供給流体の導入流速Vは、
V=(4・Q)/(π・di2) ・・・式4
で求められ(Qは供給流体の供給量QAまたはQB、diは導入流路20の内径)、撹拌子18の周速度Vcは、
Vc = π・ds・ω ・・・式5
で求められる(dsは攪拌子18の長さ)。ここで、流速と撹拌子18の周速度との差である、相対(周)速度が大きくなれば、すなわち、導入流速/撹拌子周速の比が小さくなれば、混合空間14内に導入された各供給流体の流体層は微細化され、各供給流体間の流体層は薄くなり、混合空間14内での供給流体の積層数が多くなる。それにより、供給流体同士の分子間距離も小さくなるので、分子拡散による混合が促進される。供給流体の導入速度/撹拌子の周速の比が1/3以下、より好ましくは1/5以下、さらに好ましくは1/8以下であることが望ましい。
The rotational speed of the stirrer 18 will be described. In this mixer, the introduction flow velocity V of the supply fluid is
V = (4 · Q) / (π · di 2 ) Equation 4
(Q is the supply amount QA or QB of the supply fluid, di is the inner diameter of the introduction flow path 20), and the peripheral speed Vc of the stirring bar 18 is
Vc = π · ds · ω Equation 5
(Ds is the length of the stirring bar 18). Here, if the relative (circumferential) speed, which is the difference between the flow velocity and the peripheral speed of the stirrer 18, increases, that is, if the ratio of the introduction flow rate / stirrer peripheral speed decreases, the mixture is introduced into the mixing space 14. In addition, the fluid layer of each supply fluid is miniaturized, the fluid layer between the supply fluids becomes thin, and the number of supply fluids stacked in the mixing space 14 increases. Thereby, the intermolecular distance between the supply fluids is also reduced, so that mixing by molecular diffusion is promoted. It is desirable that the ratio of the feed fluid introduction speed / stirrer peripheral speed is 1/3 or less, more preferably 1/5 or less, and even more preferably 1/8 or less.

図示する例では、撹拌子18を滑らかな曲面で形成することによって、寸法差を小さくしても円滑な回転や流れを確保することができる。同じ効果を得るために、混合空間14の容積と撹拌子18の体積の体積比(撹拌子体積/混合空間14容積)を小さくしてもよいが、寸法差が大きくなるとよどみ領域ができてしまう。寸法差を小さくしてかつ体積比を小さくするには、撹拌子18の扁平比(=h/w)を1より大きくしてやればよいが、この実施の形態のような遠隔的に駆動される撹拌子18で、かつ単純な棒状では姿勢が不安定になるので難しい。後述するような3方向以上に延びる放射状の撹拌子18や、駆動軸で直接駆動される方式の場合には採用可能である。   In the example shown in the figure, by forming the stirrer 18 with a smooth curved surface, smooth rotation and flow can be ensured even if the dimensional difference is reduced. In order to obtain the same effect, the volume ratio between the volume of the mixing space 14 and the volume of the stirrer 18 (volume of the stirrer / volume of the mixing space 14) may be reduced. . In order to reduce the dimensional difference and the volume ratio, the flatness ratio (= h / w) of the stirrer 18 may be made larger than 1, but the remotely driven stirring as in this embodiment is performed. A child 18 and a simple rod shape is difficult because the posture becomes unstable. It can be employed in the case of a radial stirrer 18 extending in three or more directions as described later or a system directly driven by a drive shaft.

また、混合空間14の容積と撹拌子18の体積の体積比は対象とする反応に対し、最適なものを選択することが必要である。例えば、析出系の反応では体積比(回転体体積/混合室容積)を小さくすれば、析出物の混合空間14への滞留による、撹拌子18の停止を抑制することが可能となる。体積比としては、5%〜80%、より好ましくは15%〜60%、さらに好ましくは20%〜40%が良いが、適時、対象とする化学反応により最適値を選択することは言うまでも無い。   Moreover, it is necessary to select the optimal volume ratio of the volume of the mixing space 14 and the volume of the stirring bar 18 for the target reaction. For example, if the volume ratio (rotor volume / mixing chamber volume) is decreased in the precipitation-type reaction, it is possible to suppress the stop of the stirrer 18 due to the retention of the precipitate in the mixing space 14. The volume ratio is preferably 5% to 80%, more preferably 15% to 60%, and even more preferably 20% to 40%, but it is needless to say that the optimum value is selected according to the target chemical reaction in a timely manner. No.

混合状態を制御する上で重要となる他の因子としては、混合容器16における流体の全体としての通過時間が挙げられる。これは、流体の供給圧力や導入流路20、導出流路22での絞り度等によって調整することができる。従って、充分な混合あるいはそれに伴う反応時間を得ることができるように、導入流路20、導出流路22の内径di、deを設定しなければならない。   Another factor that is important in controlling the mixing state is the overall transit time of the fluid in the mixing vessel 16. This can be adjusted by the supply pressure of the fluid, the degree of constriction in the introduction flow path 20 and the discharge flow path 22, and the like. Accordingly, the inner diameters di and de of the introduction flow path 20 and the discharge flow path 22 must be set so that sufficient mixing or a reaction time associated therewith can be obtained.

この通過時間をTとすると、混合空間14内の供給流体の層数は、撹拌子18の単位時間当たりの回転数ωと時間Tの積(ω・T)に関係する。またここで、一つの層の厚みは、混合空間14直径Dを前記層数で割った値の関数となる。これにより、この発明による混合器では、混合空間14直径Dが小さく、撹拌子18の回転数ωが大きいほど、混合空間14内の供給流体の流体層が微細化し、よりDが小さくなれば、混合空間14内の供給流体の滞留時間が減少して、短時間で効果的な混合が達成される作用が生じる。なお、カバー部12およびベース部10に形成する供給流体の導入用流路および混合(反応)生成物の導出流路22の内径は、φ8.0mm以下、より望ましくはφ1.0mm以下であることが望ましい。   When this passage time is T, the number of layers of the supply fluid in the mixing space 14 is related to the product (ω · T) of the rotational speed ω per unit time of the stirrer 18 and time T. Here, the thickness of one layer is a function of a value obtained by dividing the mixed space 14 diameter D by the number of layers. Thereby, in the mixer according to the present invention, the smaller the mixing space 14 diameter D and the larger the rotation speed ω of the stirrer 18, the finer the fluid layer of the supply fluid in the mixing space 14, and the smaller D becomes, The residence time of the supply fluid in the mixing space 14 is reduced, so that an effective mixing can be achieved in a short time. The inner diameters of the supply fluid introduction flow path and the mixed (reaction) product discharge flow path 22 formed in the cover section 12 and the base section 10 are φ8.0 mm or less, more preferably φ1.0 mm or less. Is desirable.

上述したように、この発明による混合器における混合の作用は、複雑な因子の組み合わせによって支配される。これらの中には、流体の供給、排出速度、流体の粘性、供給流体の混合比、混合の結果起こる反応や生成物の種類等が挙げられる。特に、この実施の形態のような遠隔駆動の撹拌子18では、駆動機構28による流体の汚染を防止することができる利点があるが、撹拌子18の回転速度を完全に制御することも難しい。そこで、混合あるいは反応処理の態様毎に、装置の各部の形状、寸法、その他の条件を試行して、最適のものを採用することが望ましい。以下に、この装置の種々のバリエーションを説明する。   As mentioned above, the mixing action in the mixer according to the invention is governed by a combination of complex factors. Among these are the supply of fluid, the discharge speed, the viscosity of the fluid, the mixing ratio of the supply fluid, the type of reaction and product that occur as a result of mixing. In particular, the remotely driven stirrer 18 as in this embodiment has an advantage of preventing fluid contamination by the drive mechanism 28, but it is also difficult to completely control the rotation speed of the stirrer 18. Therefore, it is desirable to try the shape, size, and other conditions of each part of the apparatus for each mode of mixing or reaction treatment and adopt the optimum one. In the following, various variations of this device will be described.

図4は、撹拌子18の形状の変形例であり、(a)は、両端が半球で中央が筒状のカプセルタイプ、(b)は円柱状、(c)は角柱状のものである。また、(d)はフットボールタイプを、(e)は円柱状を、(f)は角柱状をそれぞれを十字状にしたものである。これらは、いずれも回転軸線(混合空間14の軸線)に直交する方向に延びる軸線を持つ放射状部40を有している。このような放射状部40の断面形状は、上記例に限られるものではなく、任意の曲線的、直線的形状が採用可能である。例えば、曲線形状としては、円、楕円、あるいは適宜の2次、3次の閉曲線が挙げられ、直線形状としては、三角形をはじめとする任意の多角形が挙げられる。勿論、曲線形状と直線形状の混合形状でもよい。例えば、上述したように、縦に扁平な楕円は(a)や(b)のタイプでは倒れてしまうので採用しにくいが、(d)、(e)のタイプでは採用可能であろう。   FIG. 4 is a modification of the shape of the stirrer 18, (a) is a capsule type in which both ends are hemispherical and cylindrical in the center, (b) is cylindrical, and (c) is prismatic. Further, (d) is a football type, (e) is a columnar shape, and (f) is a prismatic shape made into a cross shape. Each of them has a radial portion 40 having an axis extending in a direction orthogonal to the rotation axis (the axis of the mixing space 14). The cross-sectional shape of the radial portion 40 is not limited to the above example, and any curved or linear shape can be adopted. For example, the curved shape includes a circle, an ellipse, or an appropriate quadratic or cubic closed curve, and the linear shape includes an arbitrary polygon including a triangle. Of course, a mixed shape of a curved shape and a linear shape may be used. For example, as described above, a vertically flat ellipse is difficult to employ because it falls down in the types (a) and (b), but may be employed in the types (d) and (e).

また、放射状部40の数は、上で示した2、4の場合に限られず、適宜の数を採用することができる。放射状部40のそれぞれの形状、長さその他の寸法を同じにする必要は無い。例えば、(e)において交差する1つの方向を短くしてもよい。それによって姿勢の安定を確保する等の作用を得ることができるからである。また、(a)、(d)の放射状部40は、その軸線に沿って等断面ではないが、他は軸線に沿って等方的であり、いずれでもよいことは明らかである。角部は適宜に面取りする(丸める)ことが望ましい。   Moreover, the number of the radial parts 40 is not restricted to the case of 2, 4 shown above, A suitable number can be employ | adopted. It is not necessary to make the shape, length and other dimensions of the radial portions 40 the same. For example, one direction that intersects in (e) may be shortened. This is because actions such as ensuring the stability of the posture can be obtained. Moreover, although the radial part 40 of (a), (d) is not an equal cross section along the axis line, others are isotropic along an axis line, and it is clear that either may be sufficient. It is desirable that the corners are appropriately chamfered (rounded).

図5(a)は、混合空間14の天井部分の形状を撹拌子18の上面の形状に合わせたもので、それによって流体の流れの淀みを軽減させるようにしている。これにより、流体が、互いに相対移送する2つの部材によって形成された狭い流路を通過する時に、流体に大きな剪断力が作用し、強い撹拌作用を発揮するものと考えられる。図5(b)は、図4の(b)、(c)等を用いた図であり、やはり、流体の流れの淀みを軽減させるものであるが、下面側を曲線形状として撹拌子18の円滑な回転を促進している。   FIG. 5A shows the shape of the ceiling portion of the mixing space 14 matched with the shape of the upper surface of the stirring bar 18, thereby reducing the stagnation of the fluid flow. As a result, when the fluid passes through a narrow flow path formed by two members that move relative to each other, it is considered that a large shearing force acts on the fluid and exerts a strong stirring action. FIG. 5 (b) is a diagram using FIG. 4 (b), (c), etc., which also reduces the stagnation of the flow of the fluid. Smooth rotation is promoted.

上記の各例において、混合器の混合空間14の容積と撹拌子18の体積もしくは、混合空間14直径と撹拌子18の長さ、もしくは混合空間14の高さと撹拌子18の直径(外周径)の寸法的な関係、あるいは各寸法自体は、既述のように混合結果に影響を与える因子であり、種々試行してそれぞれの処理の条件に好適なものを見つけることが必要である。なお、混合空間14の直径と撹拌子18の回転直径の直径比率(撹拌子回転直径/混合空間14直径)は、50%以上であることが望ましい。これは、混合空間14内の供給流体を撹拌子18の駆動により混合するに際して、撹拌子18の駆動により発生する回転流(旋回流)により混合を促進させる効果が作用する有効範囲である。   In each of the above examples, the volume of the mixing space 14 and the volume of the stirring bar 18 or the diameter of the mixing space 14 and the length of the stirring bar 18 or the height of the mixing space 14 and the diameter of the stirring bar 18 (outer diameter). As described above, the dimensional relationship of each or each dimension itself is a factor that affects the mixing result, and it is necessary to try variously to find a suitable one for each processing condition. The diameter ratio between the diameter of the mixing space 14 and the rotating diameter of the stirring bar 18 (stirring bar rotating diameter / mixing space 14 diameter) is preferably 50% or more. This is an effective range in which the effect of promoting mixing by the rotating flow (swirl flow) generated by driving the stirrer 18 acts when the supply fluid in the mixing space 14 is mixed by driving the stirrer 18.

また、図5(c)に示すように、混合器における導入流路の高さ方向位置hiと攪拌子18の高さ方向中心位置hsとの間には最適な位置関係があり、容器内に流体が導入された瞬間に強いせん断力を加えるために、
hs−h/2 < hi < hs+h/2 ・・・・式6
の関係を満足していることが望ましい。
Further, as shown in FIG. 5C, there is an optimum positional relationship between the height direction position hi of the introduction flow path in the mixer and the height direction center position hs of the stirrer 18, To apply a strong shear force at the moment when the fluid is introduced,
hs−h / 2 <hi <hs + h / 2 ・ ・ ・ ・ Formula 6
It is desirable to satisfy this relationship.

また、上記の例において、導入流路20を下に、導出流路22を上に設けたが、勿論、これに限られるものではない。また、導出流路22を軸線上に設けたが、これに限られるものではない。以下、導入流路20と導出流路22の形成の仕方に関する他の実施の形態を、図6ないし図9により説明する。

In the above example, the introduction channel 20 is provided on the lower side and the outlet channel 22 is provided on the upper side. However, the present invention is not limited to this. Moreover, although the outlet channel 22 is provided on the axis, the present invention is not limited to this. Hereinafter, another embodiment relating to the method of forming the inlet channel 20 and the outlet channel 22 will be described with reference to FIGS.

図6は、ベース部10側の導入流路20または導出流路22(以下、導液流路と言う。)を示すもので、(a)、(b)は3つの導液流路を設けたもので、3つの流体を混合させるのに好適であるが、例えば、流量の異なる2流体を混合するのにも好適である。(a)は等角度配置のY字状であるが、(b)はT字状であり、他の角度配置でもよい。(c)は4導液流路、(d)は6導液流路の例であり、これらは2流体を分散して供給して混合するのにも好適である。これにより、流速と撹拌子18の相対(周)速度が大きくなるからである。導液流路の数については適宜に設定可能である。また、各導液流路にどの供給流体を導入するか、いずれかを導出流路22とするかも、対象とする化学反応により都度選択することができる。例えば、(d)における6導液流路の場合に、異なる2流体を各流路から交互に導入すれば、図2(b)に示した流体層はより微細に積層された構造となるので、混合を一層促進させることができる。   FIG. 6 shows an introduction flow path 20 or a discharge flow path 22 (hereinafter referred to as a liquid introduction flow path) on the base portion 10 side. (A) and (b) are provided with three liquid introduction flow paths. In addition, although it is suitable for mixing three fluids, it is also suitable for mixing two fluids having different flow rates, for example. Although (a) is Y-shaped with equiangular arrangement, (b) is T-shaped and may be other angular arrangements. (C) is an example of a 4 liquid flow path, (d) is an example of a 6 liquid flow path, and these are also suitable for dispersing and supplying 2 fluids. This is because the flow rate and the relative (circumferential) speed of the stirring bar 18 are increased. About the number of liquid introduction flow paths, it can set suitably. In addition, it can be selected each time depending on the target chemical reaction, which supply fluid is introduced into each liquid introduction channel, and which one is used as the outlet channel 22. For example, in the case of the six liquid guiding channels in (d), if two different fluids are alternately introduced from each channel, the fluid layer shown in FIG. , Mixing can be further promoted.

図7は、カバー部12側の導液流路の形成についての例を示す。(a)は、図1と同様である。(b)は、混合空間14の周辺部に開口する複数の導液流路22bを1つの流路22に合流させたもので、(c)は、混合空間14の径方向中間部に開口する複数の導液流路22cを1つの流路22に合流させたものである。(c)の例では、カバー部12の下面の導液流路の開口部に凹部42を形成して、混合空間14で生成した気体の排出を促進するようにしている。また、(d)は、カバー部12の下面に混合空間14に突出する突起部44を形成し、その突起部44の外周に複数の導液流路22dを形成したものである。この例も、混合空間14で生成した気体の排出を促進する効果を有する。   FIG. 7 shows an example of forming the liquid introduction flow path on the cover part 12 side. (A) is the same as that of FIG. (B) is one in which a plurality of liquid introduction channels 22 b that open to the periphery of the mixing space 14 are merged into one channel 22, and (c) opens to the intermediate portion in the radial direction of the mixing space 14. A plurality of liquid introduction channels 22 c are merged into one channel 22. In the example of (c), the concave portion 42 is formed in the opening of the liquid introduction flow path on the lower surface of the cover portion 12 to promote the discharge of the gas generated in the mixed space 14. FIG. 6D shows a case in which a protrusion 44 protruding into the mixing space 14 is formed on the lower surface of the cover 12, and a plurality of liquid introduction channels 22 d are formed on the outer periphery of the protrusion 44. This example also has an effect of promoting the discharge of the gas generated in the mixing space 14.

図8は、カバー部12の他の実施の形態を示すもので、導出流路22aの下流部分において流路断面積を狭くした構造を有するものである。混合容器16内で混合された流体が、狭い流路断面積部に導かれることにより、微細化した流体塊同士の距離が一層狭まり、分子拡散による急速混合を促進する効果が得られる。従来のバッチ式プロセスにおける攪拌では、攪拌混合による効果しか期待できず、また、マイクロチャネルチップを用いた混合器では拡散混合による効果しか期待できないのに対し、本発明では両者の混合作用の相乗効果が期待できるため高い混合効果が得られる。なお、図8では管路の一部を絞った形態を示しているが、流路断面積を少なくできる構造であれば、その形態によらず、拡散混合の効果が増大できる。   FIG. 8 shows another embodiment of the cover portion 12 and has a structure in which the flow passage cross-sectional area is narrowed in the downstream portion of the outlet flow passage 22a. When the fluid mixed in the mixing container 16 is guided to the narrow channel cross-sectional area, the distance between the refined fluid masses is further narrowed, and the effect of promoting rapid mixing by molecular diffusion is obtained. In the conventional batch process, stirring can only be expected by the effect of stirring and mixing, and in the mixer using the microchannel chip, only the effect of diffusion mixing can be expected. Therefore, a high mixing effect can be obtained. In addition, although the form which narrowed down a part of pipe line was shown in FIG. 8, if it is a structure which can reduce a flow-path cross-sectional area, the effect of a diffusive mixing can be increased irrespective of the form.

図9は、ベース部10に設けた導液流路の他の例を示すものである。(a)は、先に説明した混合空間14の外周に流路が開口するものであるが、(b)は、導液流路20bが混合空間14の外周ではなく、屈曲して径方向中間の底部に開口し、さらに、(c)では、導液流路20cはほぼ中央に開口する。また、(d)は、2つの導入流路20からの流路を混合空間14に導く前に、供給流体の流体混合による予備混合を行い、その後混合空間14に導くものである。なお、上述したベース部10とカバー部12はそれぞれ適宜に組み合わせて用いることができることは言うまでもない。これらの導液流路は、いずれも導入流路20としても導出流路22としても使用することができるのは、先に説明した通りである。   FIG. 9 shows another example of the liquid introduction flow path provided in the base portion 10. (A) shows that the flow path opens in the outer periphery of the mixing space 14 described above, but (b) shows that the liquid introduction flow path 20b is bent not in the outer periphery of the mixing space 14, but in the middle in the radial direction. Furthermore, in (c), the liquid introduction flow path 20c is opened substantially in the center. Further, (d) is to perform preliminary mixing by fluid mixing of the supply fluid before guiding the flow paths from the two introduction flow paths 20 to the mixing space 14 and then to the mixing space 14. Needless to say, the base portion 10 and the cover portion 12 described above can be used in appropriate combinations. These liquid introduction channels can be used as both the introduction channel 20 and the outlet channel 22 as described above.

図10は、撹拌子18の駆動機構28の他の実施の形態を示すものである。(a)は、混合容器16と駆動機構28をネジ止めもしくは接着をはじめとする適宜の手法により一体化したものである。(b)は、混合空間14内の撹拌子18を駆動機構28であるモータ30とシャフト46により機械的に一体化したものである。先の遠隔駆動式の撹拌子18は、汚染を防ぐのに好適であるが、撹拌子18の回転数と駆動機構28のモータ30の回転数は必ずしも一致せず、また制御の遅れも有る。このような不一致や遅れは、撹拌子18と混合空間14壁との摩擦や流体の粘性抵抗によるもので、目的とする化学反応によっては、厳密な速度制御が必要であり、このような不一致や遅れが問題となる場合がある。この実施の形態は、問題点に対処するためのものである。   FIG. 10 shows another embodiment of the drive mechanism 28 of the stirring bar 18. (A) integrates the mixing container 16 and the drive mechanism 28 by an appropriate technique such as screwing or bonding. (B) shows a case in which the stirring bar 18 in the mixing space 14 is mechanically integrated by a motor 30 and a shaft 46 which are drive mechanisms 28. The remote drive type stirring bar 18 is suitable for preventing contamination, but the rotation speed of the stirring bar 18 and the rotation speed of the motor 30 of the drive mechanism 28 do not always coincide with each other, and there is a delay in control. Such inconsistencies and delays are due to friction between the stirrer 18 and the wall of the mixing space 14 and viscous resistance of the fluid. Depending on the intended chemical reaction, strict speed control is required. Delay can be a problem. This embodiment is for dealing with problems.

この実施の形態では、モータ30の出力軸に撹拌子18がシャフト46により直結されているので、スラストおよびラジアル方向加重を受ける軸受48と、駆動機構28から混合空間14への汚染物の進入及び、混合空間14内の供給流体の駆動機構28への進入を回避するためのシャフトシール50が設けられている。シャフトシール50の材質は、テトラフルオロエチレン重合体をはじめとする、耐有機系薬品のものを使用する。   In this embodiment, since the stirrer 18 is directly connected to the output shaft of the motor 30 by the shaft 46, the bearing 48 that receives thrust and radial load, the entry of contaminants from the drive mechanism 28 to the mixing space 14, and A shaft seal 50 for avoiding the supply fluid in the mixing space 14 from entering the drive mechanism 28 is provided. The shaft seal 50 is made of an organic chemical-resistant material such as a tetrafluoroethylene polymer.

図11は攪拌子18の駆動機構28の他の実施の形態を示すものである。この実施の形態では、混合容器16の下面側と上面側の両者に複数のコイルを用いた磁気駆動機構70を有している。混合容器16の上下面には同一円周上の等配位置にコイル72を複数設置し、各コイル72への電流はコイル励磁用コントローラ74より出力する。またここで、攪拌子18は磁性体もしくは磁性体に樹脂などをコーティングしたものを用いる。   FIG. 11 shows another embodiment of the drive mechanism 28 of the stirring bar 18. In this embodiment, a magnetic drive mechanism 70 using a plurality of coils is provided on both the lower surface side and the upper surface side of the mixing container 16. A plurality of coils 72 are installed on the upper and lower surfaces of the mixing container 16 at equal positions on the same circumference, and the current to each coil 72 is output from the coil excitation controller 74. Here, the stirrer 18 is a magnetic body or a magnetic body coated with a resin or the like.

本駆動形態では、上下面の同一円周上の等配設置したコイル72に、順次、励磁電流をコントローラ74より入力し、コイル72に順次極性(N,S)を持たせて磁化し、それにより攪拌子18Aを回転させるもので、いわゆるステッピングモータの原理を利用するものである。なお、上下面のコイル72には常に攪拌子18Aに対して同極になるように励磁すれば、攪拌子18Aの自動浮上駆動が期待できる。   In this drive mode, excitation current is sequentially input from the controller 74 to the coils 72 arranged on the same circumference on the upper and lower surfaces, and the coils 72 are sequentially magnetized with polarity (N, S). The stirrer 18A is rotated by this, and the principle of a so-called stepping motor is used. In addition, if the upper and lower coils 72 are always excited so as to have the same polarity as the stirrer 18A, it is expected that the stirrer 18A is automatically levitated.

また、この実施の形態では、励磁電流をコントロールすることで、意図的に攪拌子18Aを上面あるいは下面のいずれかに偏らせて回転することが可能になる。例えば上面の磁場をON、下面の磁場をOFFとすることにより攪拌子18Aを導出流路22の存在する上面に近接させ、攪拌子18Aと上面との間に幅の狭いマイクロ空間を構成するものである。このとき、壁面との微少距離を確保するための一手段として、図中の攪拌子18Aの形状例の如く、攪拌子18A上面には微少な突起(ノッチ)76を設ける。こうしたマイクロ空間を通過して導出流路22へ向かう間に、容器内で混合した各流体はマイクロ空間の特性により急速に分子拡散混合し、高い混合効率を実現することができる。
本実施の形態では、反応の状況に応じて磁場のON・OFF制御を行うことにより、最適な反応を実現することも可能である。
In this embodiment, by controlling the exciting current, it is possible to rotate the stirrer 18A intentionally biased to either the upper surface or the lower surface. For example, the magnetic field on the upper surface is turned on and the magnetic field on the lower surface is turned off to bring the stirrer 18A close to the upper surface where the outlet channel 22 exists, and a narrow microspace is formed between the stirrer 18A and the upper surface. It is. At this time, as one means for securing a minute distance from the wall surface, a minute protrusion (notch) 76 is provided on the upper surface of the stirring bar 18A as in the shape example of the stirring bar 18A in the drawing. While passing through the microspace toward the outlet channel 22, each fluid mixed in the container is rapidly subjected to molecular diffusion mixing due to the characteristics of the microspace, and high mixing efficiency can be realized.
In the present embodiment, it is possible to realize an optimum reaction by performing ON / OFF control of the magnetic field according to the reaction state.

図12は、この発明の他の実施の形態の混合器である。(a)は、ベース部10にヒータ(加熱器)52、混合室の温度を検知する温度センサ53を設置して、混合した流体の温度調整を行うものである。これにより、各種の化学反応において最適な温度条件で混合及び反応を行わせることが可能となり、高収率にて生成物を得られる効果が得られる。   FIG. 12 shows a mixer according to another embodiment of the present invention. (A) installs the heater (heater) 52 and the temperature sensor 53 which detects the temperature of a mixing chamber in the base part 10, and adjusts the temperature of the mixed fluid. Thereby, it becomes possible to perform mixing and reaction under optimum temperature conditions in various chemical reactions, and an effect of obtaining a product in a high yield can be obtained.

なお、この発明によるヒータ52は、混合空間14に併設もしくは混合空間14を形成する壁として設置されることが望ましいが、混合空間14内の温度を制御できる位置関係にあれば、隔壁されていても、上部、下部、外周などいずれの位置であっても、板状、棒状などの形状でもよい。また、ヒータ52および温度センサ53は、ベース部10もしくはカバー部12に形成される、供給流体の導入流路20中に設置してもよい。ヒータ52は、直流もしくは交流電源により駆動し、コントローラ38により可変に温度制御可能なものが望ましいが、一定温度出力のものでもよい。   The heater 52 according to the present invention is preferably installed in the mixed space 14 or as a wall that forms the mixed space 14. However, if the heater 52 is in a positional relationship capable of controlling the temperature in the mixed space 14, the heater 52 is a partition wall. Also, it may be in any position such as an upper part, a lower part, or an outer periphery, or may have a plate shape or a bar shape. The heater 52 and the temperature sensor 53 may be installed in the supply fluid introduction flow path 20 formed in the base portion 10 or the cover portion 12. The heater 52 is preferably driven by a direct current or alternating current power source and variably temperature-controllable by the controller 38, but may be a constant temperature output.

図12(b)は、図10(b)で説明した直結駆動型の撹拌子18と、ヒータ52を組み合わせたものである。この実施の形態では、ヒータ52は、シャフトシール50と混合空間14の間に設置され、温度センサ53は、混合室内の温度を検出する位置に設置しているが、両者は、混合空間14もしくは供給流体の導入流路20の中、もしくは両方に設置してもよい。この実施の形態では、ヒータ52と温度センサ53による混合空間14の温度制御と、コントローラ38による撹拌子18の最適回転数制御により、目的とする化学反応において生成物を得るのに最適な温度条件、撹拌子18の回転数条件下で混合もしくは反応がなされ、高収率にて生成物を得られる効果が得られる。なお、コントローラ38はヒータ52、駆動機構28のおのおの別個に設けても、コンピュータもしくはシーケンサなどを用いて、両者を同時に制御してもよい。   FIG. 12B is a combination of the direct drive stirrer 18 described in FIG. 10B and the heater 52. In this embodiment, the heater 52 is installed between the shaft seal 50 and the mixing space 14, and the temperature sensor 53 is installed at a position for detecting the temperature in the mixing chamber. You may install in the supply flow path 20 of a supply fluid, or both. In this embodiment, the optimum temperature condition for obtaining a product in the target chemical reaction by controlling the temperature of the mixing space 14 by the heater 52 and the temperature sensor 53 and controlling the optimum number of revolutions of the stirrer 18 by the controller 38. Mixing or reaction is performed under the rotational speed condition of the stirrer 18, and the effect of obtaining the product in a high yield is obtained. The controller 38 may be provided separately for each of the heater 52 and the drive mechanism 28, or may be controlled simultaneously using a computer or a sequencer.

図13は、この発明のさらに他の実施の形態である。これは、温度制御手段としてヒータ52の代わりにベース部10に加熱もしくは冷却用の媒体Mを流す熱媒体流路54を形成し、かつ温度センサ53を混合室の温度を検出する位置に設置したものである。図示していないが、加熱もしくは冷却媒体Mの流量を調節する流量調整弁が設けられ、混合空間14の温度を調整することが可能である。流量調整弁は電動式としてコントローラ38により自動制御してもよいが、手動式でもよい。このような熱媒体流路54を形成した伝熱プレートをベース部10の下側に設置してもよい。これによって、加熱もしくは冷却により目的とする化学反応に最適な温度制御を達成し、化学反応を高効率に行うことが可能となる。なお、熱媒体流路54は、混合空間14もしくは供給流体の導入流路20中もしくは両方に設置してもよいし、カバー部12に設置してもよい。このような熱媒体流路54を、図12(b)の撹拌子直結駆動式の混合器に用いても良い。   FIG. 13 shows still another embodiment of the present invention. This is because, as a temperature control means, instead of the heater 52, a heat medium passage 54 for flowing a heating or cooling medium M is formed in the base portion 10, and the temperature sensor 53 is installed at a position for detecting the temperature of the mixing chamber. Is. Although not shown, a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the heating or cooling medium M is provided, and the temperature of the mixing space 14 can be adjusted. The flow rate adjusting valve may be electrically controlled and automatically controlled by the controller 38, but may be manually operated. A heat transfer plate in which such a heat medium flow path 54 is formed may be installed on the lower side of the base portion 10. Accordingly, it is possible to achieve optimum temperature control for a target chemical reaction by heating or cooling, and to perform the chemical reaction with high efficiency. The heat medium channel 54 may be installed in the mixing space 14, the supply fluid introduction channel 20, or both, or may be installed in the cover portion 12. Such a heat medium channel 54 may be used in the mixer of the stirrer direct drive type shown in FIG.

本発明では、供給流体を圧送するポンプにおけるライン圧力を増大することにより、温度に加え、容器全体の内圧を増大させることができる。各流路中、もしくは混合室内の圧力を検出可能な適切な位置に圧力センサを配置することにより、その信号に基づく圧力制御を施すことにより、対象とする反応プロセスに応じた最適な圧力条件を設定することができる。   In the present invention, the internal pressure of the entire container can be increased in addition to the temperature by increasing the line pressure in the pump that pumps the supply fluid. By placing pressure sensors at appropriate positions in each flow path or in the mixing chamber where pressure can be detected, pressure control based on the signals is performed, so that optimum pressure conditions according to the target reaction process can be obtained. Can be set.

図14は、この発明の他の実施の形態であり、図10(b)の混合器に分析装置56を設置したものである。分析装置56は、混合器の導出流路22に継手24を介して接続される導出配管58に設置される。なお、分析装置56は、混合器内の導出流路22に設置してもよい。分析装置56は、混合(反応)生成物の成分を分析する装置であり、クロマトグラフィ装置のように混合(反応)生成物の成分を分析する装置などである。   FIG. 14 shows another embodiment of the present invention, in which an analyzer 56 is installed in the mixer of FIG. 10 (b). The analyzer 56 is installed in the outlet pipe 58 connected to the outlet channel 22 of the mixer via the joint 24. Note that the analyzer 56 may be installed in the outlet channel 22 in the mixer. The analysis device 56 is a device that analyzes the components of the mixed (reaction) product, and is a device that analyzes the components of the mixed (reaction) product, such as a chromatography device.

この実施の形態では、混合器による混合(反応)後の生成物の成分を逐次分析し、分析結果(収率など)をリアルタイムでコントローラ38に出力する。コントローラ38は、この分析結果に基づいて所定の判断基準により判断を行い、電動機回転数とヒータ52の温度の制御信号を電動機およびヒータ52に出力し、目的生成物の成分(収率)が最大値もしくは目標値となるようにこれらを制御する。この手法により、所要成分(収率)の目的生成物を効率的に得ることが可能となる。   In this embodiment, the product components after mixing (reaction) by the mixer are sequentially analyzed, and the analysis results (such as yield) are output to the controller 38 in real time. Based on the analysis result, the controller 38 makes a determination based on a predetermined determination criterion, outputs a control signal for the motor speed and the temperature of the heater 52 to the motor and the heater 52, and the component (yield) of the target product is maximized. These are controlled so as to become a value or a target value. By this method, it is possible to efficiently obtain the desired product of the required components (yield).

なお、上述した実施の形態における混合器では、混合空間14をメンテナンスする場合、分解・取り外しを行うのは、カバー部12のみであり、簡便に混合空間14の洗浄などのメンテナンスが可能である。また、同様にメンテナンス後の組立も非常に簡便であり、カバー部12を設置するのみである。従って、混合器は、既存のマイクロリアクタと比較して、保守、管理が簡便である。   In the mixer in the above-described embodiment, when the mixing space 14 is maintained, only the cover portion 12 is disassembled and removed, and maintenance such as cleaning of the mixing space 14 can be easily performed. Similarly, assembly after maintenance is very simple, and only the cover 12 is installed. Therefore, the mixer is easier to maintain and manage than the existing microreactor.

(実施例1)
図15(a)は、図10(a)の実施の形態の混合器により、化学反応を実施した構成である。供給流体の導入流路20は中心を挟んで対向する2つであり、導出流路22は上方に中心軸に沿って設けられている。反応に用いた混合器の混合空間14の寸法は、直径φ9mm、高さ3.5mmであり、撹拌子18の形状は、カプセル状で直径がφ3mm、長さが8mmのものである。なお、撹拌子18の回転数は1000rpmとした。実施した化学反応は、同図(b)に示す、ジイソプロピルフェノールの反応(アセチル化)であり、混合器に、A:
1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene/Pyridineと、B: neat Acetic
Anhydrideの供給流体をシリンジ60により供給し、導出流路22に回収容器62を接続した。
Example 1
FIG. 15A shows a configuration in which a chemical reaction is performed by the mixer of the embodiment of FIG. There are two supply fluid introduction flow paths 20 facing each other across the center, and a discharge flow path 22 is provided upward along the central axis. The dimensions of the mixing space 14 of the mixer used for the reaction are 9 mm in diameter and 3.5 mm in height, and the shape of the stirrer 18 is a capsule having a diameter of 3 mm and a length of 8 mm. The rotating speed of the stirring bar 18 was 1000 rpm. The chemical reaction carried out was the reaction (acetylation) of diisopropylphenol shown in FIG.
1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene / Pyridine and B: neat Acetic
Anhydride supply fluid was supplied by a syringe 60, and a recovery container 62 was connected to the outlet channel 22.

上記の条件では混合器内部には、攪拌子18の回転によって直径φ9mm、回転速度1000rpmの渦が定在していると予測される。よって代表寸法を9mm、接線速度0.5m/sとして式2よりRe数を求めると

Figure 0004252993
となる。
このRe数の状態では、流れが乱流に遷移している可能性も高く、拡散混合のみでなく乱流混合の効果も期待される。言及するまでもないが前記(コーヒーにミルクの例)のごとく混合においては、拡散混合と比較して乱流混合の効果は絶大である。よって本混合器を用いれば、マイクロチャネルチップでは著しく困難であった試薬の混合が容易に達成できると予測される。 Under the above conditions, a vortex having a diameter of 9 mm and a rotation speed of 1000 rpm is expected to be present in the mixer due to the rotation of the stirring bar 18. Therefore, when the representative dimension is 9 mm and the tangential speed is 0.5 m / s, the Re number is obtained from Equation 2.
Figure 0004252993
It becomes.
In this Re number state, there is a high possibility that the flow has transitioned to turbulent flow, and not only diffusion mixing but also turbulent mixing effects are expected. Needless to say, in mixing as described above (in the case of coffee and milk), the effect of turbulent mixing is greater than that of diffusion mixing. Therefore, using this mixer, it is expected that reagent mixing, which was extremely difficult with a microchannel chip, can be easily achieved.

さらに、本発明のような微小な容積の混合器には、温度制御が容易であるといった利点も有する。例えば前記混合空間14(φ9mm、高さ3.5mm)から攪拌子18の体積分(φ3mm、長さ8mm)を除いた混合器内部の容積は、

Figure 0004252993
である。本混合器に流量0.47mL/minで連続的に2種類の試薬を投入・混合する場合を考えると、試薬が混合器内に滞在する時間は
Figure 0004252993
である。
ここで、本混合器部分において、化学反応を促進するために試薬の温度を20℃上昇させる必要があると仮定する。試薬の比熱を4.2[kJ/kg・K]、試薬の比重を1000[kg/m3]として試算すると、必要な熱量は
Figure 0004252993
となるため極めて小さい熱量で温度調整が可能であり、必要とする加熱・冷却の装置も安価で簡略なもので十分である。 Further, the mixer having a small volume as in the present invention has an advantage that temperature control is easy. For example, the volume inside the mixer excluding the volume of the stirrer 18 (φ3 mm, length 8 mm) from the mixing space 14 (φ9 mm, height 3.5 mm) is:
Figure 0004252993
It is. Considering the case where two types of reagent are continuously charged and mixed in this mixer at a flow rate of 0.47 mL / min, the time for the reagent to stay in the mixer is
Figure 0004252993
It is.
Here, it is assumed that the temperature of the reagent needs to be increased by 20 ° C. in order to promote the chemical reaction in the mixer section. When the specific heat of the reagent is 4.2 [kJ / kg · K] and the specific gravity of the reagent is 1000 [kg / m 3 ], the required heat is
Figure 0004252993
Therefore, the temperature can be adjusted with an extremely small amount of heat, and the necessary heating and cooling apparatus is sufficient if it is inexpensive and simple.

これを従来の混合槽などを用いた場合、例えば小形のもので100mLの容積の混合槽に先に試算した熱量で温度調節を試みた場合を検討する。同様に試薬の温度が20℃上昇するまでに要する時間は、

Figure 0004252993
を要する。さらに混合槽周辺への熱放射などを鑑みると現実的な加熱・冷却を行うためには、もっと大掛かりなシステムが不可欠であると予測される。よって本混合器では、化学反応に大きな影響を及ぼす温度調節を、極めて簡単な装置によって達成することが可能である。 In the case of using a conventional mixing tank or the like, for example, a case where a small-sized mixing tank having a volume of 100 mL is tried to adjust the temperature with the calorific value previously calculated. Similarly, the time required for the reagent temperature to rise by 20 ° C is
Figure 0004252993
Cost. Furthermore, in view of the heat radiation around the mixing tank, it is predicted that a larger system is indispensable for realistic heating and cooling. Therefore, in this mixer, it is possible to achieve temperature control that has a great influence on the chemical reaction with a very simple device.

以上の簡単な試算結果から予測できることとして、本混合器がマイクロチャンネルチップと同様の温度調整機能を有し、さらにマイクロチャンネルチップでは困難であった混合を迅速に促進できる機能を有しているため、化学反応装置としては理想的な形態であると言える。なお今回の試算は様々な仮定の基に試算したものであって、実際に本混合器を運用する際には、用いる試薬および混合器自体の物性、用いる周辺環境、および流量などの運転条件を厳密に考慮・検討した上で運用すべきである。   As can be predicted from the above simple calculation results, this mixer has the same temperature control function as that of the microchannel chip, and further has the function of promptly promoting the mixing that was difficult with the microchannel chip. It can be said that it is an ideal form as a chemical reaction apparatus. This trial calculation was based on various assumptions. When actually operating this mixer, the operating conditions such as the reagents used, the physical properties of the mixer itself, the ambient environment used, and the flow rate were determined. It should be operated with strict consideration and consideration.

図16(a)は、反応の結果の一例を示す時間−収率図である。これより、混合器は、図30に示す従来手法の一例と比較して、同一混合時間で高い収率で生成物を得られていることがわかる。
また、図16(b)は、生成物流量−収率図であり、同じ実施例について、一般的な従来のマイクロリアクタと混合器を比較した結果である。ここで比較例として用いた一般的な従来のマイクロリアクタは、Y型2液混合用である。この結果より、この発明の混合器は、一般的マイクロリアクタの一例と比較して、多くの生成物を高収率で得ることができていることがわかる。なお、混合器を用いたこれらの化学反応結果はあくまでも一例であるが、混合器のその他の実施の形態においても、同一の効果が得られると考えられる。
FIG. 16A is a time-yield diagram showing an example of the result of the reaction. From this, it can be seen that the product is obtained in the mixer at a high yield in the same mixing time as compared with the example of the conventional method shown in FIG.
FIG. 16B is a product flow rate-yield diagram, which is a result of comparing a general conventional microreactor with a mixer for the same example. Here, a general conventional microreactor used as a comparative example is for Y-type two-liquid mixing. From this result, it can be seen that the mixer of the present invention can obtain many products in high yield as compared with an example of a general microreactor. In addition, although these chemical reaction results using a mixer are an example to the last, it is thought that the same effect is acquired also in other embodiment of a mixer.

図17は、図15の実施の形態での化学反応の結果の一例を示しており、導入流体の流速と攪拌子18の周速度の比と収率の関係を示している。これより、供給流体の導入速度/攪拌子18の周速度の速度比が1/3において収率20%、速度比1/10において収率40%、速度比1/50において収率85%以上が得られることがわかる。   FIG. 17 shows an example of the result of the chemical reaction in the embodiment of FIG. 15, and shows the relationship between the flow rate of the introduced fluid and the ratio of the peripheral speed of the stirrer 18 and the yield. From this, the feed fluid introduction speed / speed ratio of the peripheral speed of the stirrer 18 is 1/3, the yield is 20%, the speed ratio is 1/10, the yield is 40%, and the speed ratio is 1/50, the yield is 85% or more. It can be seen that

(実施例2)
図18は、本発明による混合器を直列に配置することにより、化学反応を実施した結果を示す例である。図18(a)では、第1の混合容器16の導出流路22から出た流れは、一つの導入流路を有する第2の混合容器(撹拌容器)16Aに導かれて、ここでさらに撹拌されて、導出される。また、図18(b)では、第2の混合容器16Aからの流れは、さらに一つの導入流路を有する第3の混合容器(撹拌容器)16Aに導かれる。なお、本配置例の他の形態としては、第1の混合容器16の導出流路から出た流れを、T字状の分岐管により二つの流路に2分割した後、第2の混合容器16の中心を挟んで対向する2つの導入流路に導く手法などもある。
(Example 2)
FIG. 18 is an example showing the result of performing a chemical reaction by arranging the mixers according to the present invention in series. In FIG. 18 (a), the flow coming out from the outlet channel 22 of the first mixing vessel 16 is guided to a second mixing vessel (stirring vessel) 16A having one introduction channel, where further stirring is performed. And derived. In FIG. 18B, the flow from the second mixing container 16A is guided to a third mixing container (stirring container) 16A having one more introduction channel. As another form of the present arrangement example, the flow coming out from the outlet flow path of the first mixing container 16 is divided into two flow paths by a T-shaped branch pipe, and then the second mixing container There is also a method of leading to two introduction flow paths facing each other across the center of 16.

ここで、混合空間14の寸法は、直径φ9mm、高さ3.5mmであり、撹拌子18の形状は、カプセル状で直径がφ3mm、長さが8mmのものである。なお、撹拌子18の回転数は1000rpmとした。実施した化学反応は、図15(b)に示した、ジイソプロピルフェノールの反応(アセチル化)であり、第1の混合容器16に、A:
1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene/ Pyridineと、B: neat Acetic
Anhydrideの供給流体をシリンジ60により供給した。
Here, the mixing space 14 has a diameter of 9 mm and a height of 3.5 mm, and the stirrer 18 has a capsule shape with a diameter of 3 mm and a length of 8 mm. The rotating speed of the stirring bar 18 was 1000 rpm. The implemented chemical reaction is the reaction (acetylation) of diisopropylphenol shown in FIG. 15 (b). In the first mixing vessel 16, A:
1M 2,6 Diisopropylphenol 1M 1,3 Dimethoxybenzene / Pyridine and B: neat Acetic
Anhydride feed fluid was supplied by syringe 60.

図19に実験結果を示す。これより、混合容器16と撹拌容器16Aを直列に配置した混合器は、図16に示す事例と比較して、同一混合時間でより高い収率で生成物を得られていることがわかる。なお、図18ではチューブ状の配管で混合容器16と撹拌容器16Aを接続した事例を示したが、これは混合容器16,16Aの直列配置の一形態に過ぎず、例えば、図20の様に混合容器16,16Aを積み重ねた積層構造により直列配置するなど、その実施の形態に関わらず良好な結果を得ることができる。なお、図20における第2の混合容器16A内の攪拌子18は、独立した駆動機構を内蔵する構造の場合や、あるいは第1の混合容器16内の攪拌子18と直結する構造の場合などがあり、第1と第2の混合容器16,16A内の攪拌子18の回転数はそれぞれの反応混合に最適な値とし、必ずしも同一である必要は無い。   FIG. 19 shows the experimental results. From this, it can be seen that the mixer in which the mixing container 16 and the stirring container 16A are arranged in series obtains a product with a higher yield in the same mixing time as compared with the case shown in FIG. In addition, although the example which connected the mixing container 16 and the stirring container 16A with the tube-shaped piping was shown in FIG. 18, this is only one form of the serial arrangement of the mixing containers 16 and 16A, for example, as shown in FIG. Good results can be obtained regardless of the embodiment, for example, the mixing containers 16 and 16A are arranged in series by a stacked structure in which they are stacked. Note that the stirrer 18 in the second mixing container 16A in FIG. 20 has a structure in which an independent drive mechanism is built in or a structure in which the stirrer 18 in the first mixing container 16 is directly connected. The number of rotations of the stirrer 18 in the first and second mixing vessels 16 and 16A is set to an optimum value for each reaction mixture and does not necessarily have to be the same.

上記では直列運用による混合・反応効率の向上の実施例を示したが、本発明による混合容器16を多数並列配置し、所定の生産量を確保するような運用も可能であることは言うまでも無い。その場合には、生成物の品質を確保するために、個々の混合容器16からの生成物を集合した集合容器において生成物の品質を分析し、並列システム全体を運用する形態と、個々の反応容器におけるセンサリング、制御機構を用いて最終生成物の品質を確保するように個別に制御する形態、さらにはこれらの組合せの運用形態がある。   In the above, an example of improving the mixing / reaction efficiency by serial operation has been shown. However, it goes without saying that a large number of mixing containers 16 according to the present invention can be arranged in parallel to ensure a predetermined production amount. No. In that case, in order to ensure the quality of the product, the quality of the product is analyzed in a collection container in which the products from the individual mixing containers 16 are assembled, and the entire parallel system is operated and the individual reactions are performed. There are a sensoring in the container, a form in which the control is individually performed so as to ensure the quality of the final product, and an operation form in which these are combined.

以上の実施例では、化学反応における本発明の優位性を示したが、本発明は化学反応を伴わない流体混合の目的に使用することが可能であることは言うまでも無い。導入流路20から流入した流体は、攪拌子18による強い剪断力の作用で微細化され容器内の流体と混合されるため、エマルジョンの生成などにも適している。   In the above examples, the superiority of the present invention in a chemical reaction has been shown, but it goes without saying that the present invention can be used for the purpose of fluid mixing without a chemical reaction. Since the fluid flowing in from the introduction flow path 20 is refined by the action of a strong shearing force by the stirrer 18 and mixed with the fluid in the container, it is also suitable for generating an emulsion.

(実施例3)
本実施例は、本発明による混合器を用いて、攪拌子形状をパラメータとし、相関移動アルキル化反応(化学式:図20A(a)参照)を行ったものである。なお、混合器の構成は、前記図15(a)に記載のものと同一である。また、本反応に用いた攪拌子は、カプセル型(図4(a))および十字型(図4(e))であり、各々の攪拌子を用いた攪拌混合室の混合空間の実容積は、0.18ml(カプセル型)および0.08ml(十字型)である。なお、混合器単体の性能を比較するため、混合器からの反応生成物は、導出後、塩化アンモニウム水溶液にてクエンチ(反応停止)した。
(Example 3)
In this example, a phase transfer alkylation reaction (chemical formula: see FIG. 20A (a)) was performed using the mixer according to the present invention and the shape of a stirrer as a parameter. The configuration of the mixer is the same as that shown in FIG. 15 (a). The stirrer used in this reaction is of a capsule type (FIG. 4 (a)) and a cross shape (FIG. 4 (e)), and the actual volume of the mixing space of the stirring and mixing chamber using each stirrer is 0.18 ml (capsule type) and 0.08 ml (cross shape). In addition, in order to compare the performance of the mixer alone, the reaction product from the mixer was quenched with an ammonium chloride aqueous solution after the derivation.

実施結果を図20A(b)に示す。この結果より、発明による混合器が従来のマイクロリアクタ(Y型)以上の性能であることが明らかであること、また、本反応においてはカプセル型よりも十字型攪拌子が最適であることがわかる。   An implementation result is shown to FIG. 20A (b). From this result, it is clear that the mixer according to the invention has a performance superior to that of the conventional microreactor (Y type), and that the cross-shaped stirrer is more optimal than the capsule type in this reaction.

図21ないし図26はこの発明のさらに他の実施の形態を示すもので、回転子(撹拌子)118は、混合容器116の内部空間にほぼ相似する形状を有する回転体であり、それによって両者の対向面間にマイクロギャップ(微小隙間)部Gが形成されているものである。以下に説明する実施の形態では、マイクロギャップ部Gは、互いに対向する円錐面によって形成されているが、稜線が直線である円錐面に限られず、適宜の回転体、例えば、球面(稜線が円)、その他、稜線が適宜の曲線(例えば、放物線、楕円等)であるような回転体形状を採用することができる。   FIGS. 21 to 26 show still another embodiment of the present invention. A rotor (stirrer) 118 is a rotating body having a shape substantially similar to the internal space of the mixing vessel 116, whereby both A micro gap (micro gap) portion G is formed between the opposing surfaces. In the embodiment described below, the microgap portion G is formed by conical surfaces facing each other, but is not limited to a conical surface having a straight ridgeline, and may be an appropriate rotating body such as a spherical surface (the ridgeline is a circle). In addition, it is possible to adopt a rotating body shape in which the ridge is an appropriate curve (for example, a parabola, an ellipse, etc.).

図21(a),(b)は、この発明の第1の実施の形態の混合器であって、ベース部110及びこれを覆うカバー部112によって内部に混合空間114が形成された混合容器116が構成されており、混合空間114内には撹拌子118が設けられている。混合空間114は垂直軸線回りに回転対称に形成され、この実施の形態ではほぼ円錐形の空間である。ベース部110は、図22に示すように、3枚の板状部材、すなわち、底板110a、中板110b、上板110cから構成され、底板110aは平板状、中板110bおよび上板110cは混合容器116の側壁の一部を構成するリング状部材である。中板110bには、内周面に開口する複数の(この例では6本)径方向溝120bが等間隔に形成され、上板110cおよび底板110aにはそれぞれ周方向溝120a,120cが形成されている。これらは、原料流体の導入流路120を構成するもので、径方向溝120bは交互に上又は下に開口しているので、上板110c又は底板110aの周方向溝120a,120cに交互に連通している。各周方向溝120a,120cには、上板110c又は底板110aの外周面においてそれぞれの原料流体の導入口124が開口して設けられている。従って、各原料流体は、図21(b)に示すように、混合空間114に交互に流入し、混合する。   FIGS. 21A and 21B show a mixer according to the first embodiment of the present invention, in which a mixing space 116 is formed inside by a base portion 110 and a cover portion 112 covering the base portion 110. The stirrer 118 is provided in the mixing space 114. The mixing space 114 is formed rotationally symmetrical around the vertical axis, and is a substantially conical space in this embodiment. As shown in FIG. 22, the base portion 110 is composed of three plate-like members, that is, a bottom plate 110a, an intermediate plate 110b, and an upper plate 110c. The bottom plate 110a is a flat plate, and the intermediate plate 110b and the upper plate 110c are mixed. It is a ring-shaped member that constitutes a part of the side wall of the container 116. A plurality (six in this example) of radial grooves 120b that open to the inner peripheral surface are formed at equal intervals on the middle plate 110b, and circumferential grooves 120a and 120c are formed on the upper plate 110c and the bottom plate 110a, respectively. ing. These constitute the introduction flow path 120 for the raw material fluid, and the radial grooves 120b are alternately opened upward or downward, so that they communicate alternately with the circumferential grooves 120a and 120c of the upper plate 110c or the bottom plate 110a. is doing. Each of the circumferential grooves 120a and 120c is provided with an opening 124 for the raw material fluid on the outer peripheral surface of the top plate 110c or the bottom plate 110a. Accordingly, the raw material fluids alternately flow into the mixing space 114 and mix as shown in FIG.

カバー部112は、ベース部110と一体になって、内部に円錐形状の空間を形成するようになっており、上部に軸線に沿って導出流路122が形成されている。これらベース部110およびカバー部112の材質は耐有機薬品(試薬)耐腐食性を有する、樹脂もしくはセラミック、ステンレスなどを用いる。ベース部110を構成する各部および、これとカバー部112とは、各々接着もしくはパッキンを介してボルトなどで固定し、一体化する。この実施の形態では、上板110cとカバー部112の間にシム126を挿入して両者を固定することにより、ミクロな寸法調整を行うことができるようになっている。   The cover part 112 is integrated with the base part 110 so as to form a conical space inside, and a lead-out flow path 122 is formed at the upper part along the axis. As the material of the base part 110 and the cover part 112, resin, ceramic, stainless steel or the like having resistance to organic chemicals (reagents) is used. Each part constituting the base part 110 and this and the cover part 112 are fixed and integrated with a bolt or the like via bonding or packing. In this embodiment, micro dimensions can be adjusted by inserting a shim 126 between the upper plate 110c and the cover portion 112 and fixing them.

カバー部112には、円錐面の側壁に沿って熱媒体を保持し流通させる温調ジャケット128が形成され、これには熱媒体供給路が連結されている。温調ジャケット128は有機薬品に対する耐食性を有し、かつ熱伝達率の高い材質で形成するのが望ましく、例えば、アルミニウムにグラスライニングを施して利用する方法などがある。温調ジャケット128の温度制御は、温調ジャケット128に流通させる熱媒体の温度や流通量を変えることにより行う。これにより、温調ジャケット128を介して、カバー部112、ベース部110、回転子118により形成される、マイクロギャップ部Gを通過する流体(反応試薬)の反応温度の制御を行う。なお、本例では温調ジャケット128の温度制御媒体として、流体熱媒体を利用したが、ペルチェ素子などの温調デバイスを媒体として利用し、電気的に行っても構わない。   The cover portion 112 is formed with a temperature control jacket 128 that holds and distributes the heat medium along the side wall of the conical surface, and is connected to the heat medium supply path. The temperature control jacket 128 is preferably formed of a material having corrosion resistance to organic chemicals and a high heat transfer coefficient. For example, there is a method of using glass lining on aluminum. The temperature control of the temperature control jacket 128 is performed by changing the temperature and flow rate of the heat medium passed through the temperature control jacket 128. Thus, the reaction temperature of the fluid (reaction reagent) passing through the microgap part G formed by the cover part 112, the base part 110, and the rotor 118 is controlled via the temperature control jacket 128. In this example, a fluid heat medium is used as the temperature control medium of the temperature control jacket 128. However, a temperature control device such as a Peltier element may be used as a medium and may be electrically performed.

回転子118(撹拌子)は、混合容器116の内部空間と相似の円錐形の回転子本体130と、その下面に取り付けられた十字状の撹拌部材132とから構成され、下面の中心部には、凸部134(ピボット)が設けられている。回転子本体130の材質は、耐有機薬品(試薬)耐腐食性を有する、樹脂もしくはセラミック、ステンレスなどを用いる。撹拌部材と回転子118の取り付けはネジ止めなど種々の一般的な接合方法で行うが、あるいは撹拌部材と一体構造としてもよい。撹拌部材132の形状は、対象とする化学反応に応じて、卍型や流線形形状など種々の形状を適時選択する。撹拌部材132は、放射状に延びる部分を有するのが好ましい。撹拌部材132は金属もしくは磁性体の表面に、有機薬品(試薬)への耐腐食性を有する樹脂もしくはセラミックなどをコーティングしたものを用いる。回転子118の回転駆動には、図10の磁気駆動型スターラ(マグネット攪拌機)などの手段を適宜に用いる。   The rotor 118 (stirring bar) is composed of a conical rotor main body 130 similar to the internal space of the mixing container 116 and a cross-shaped stirring member 132 attached to the lower surface thereof. A convex portion 134 (pivot) is provided. As the material of the rotor main body 130, resin, ceramic, stainless steel, or the like having resistance to organic chemicals (reagents) is used. The stirring member and the rotor 118 are attached by various general joining methods such as screwing, or may be integrated with the stirring member. As the shape of the stirring member 132, various shapes such as a saddle shape and a streamline shape are appropriately selected according to a target chemical reaction. The stirring member 132 preferably has a radially extending portion. The stirrer 132 is made of a metal or magnetic material coated with a resin or ceramic that has corrosion resistance to organic chemicals (reagents). For rotating the rotor 118, means such as a magnetic drive type stirrer (magnet stirrer) shown in FIG. 10 is appropriately used.

凸部134は、底板110aの上面の中心に設けられた凹部136(ピボット受け部)に挿入され、回転軸の振れを防止するものである。凸部134と凹部136の対向する面は、軸受面となるので、図23に示すように、この間の摺動摩擦を低減・緩和するための溝138(グルーブ)を設けるとよい。この図のように、溝138として渦巻状の形態(円周側から中心軸に向かう方向)を採用することにより、回転子118の回転に伴ってその底面の中心部に高圧域を発生させ、摺動摩擦をさらに低減させることができる。なお、この実施の形態では、回転子118の回転を安定化させるために、回転子118の頂部とカバー部112の対応箇所に、永久磁石140で構成したマグネットスタビライザー142が設けられている。これにより頂部の振れを防ぐとともに、永久磁石140による吸引によって、凸部134と凹部136の間の負荷を軽減する。   The convex portion 134 is inserted into a concave portion 136 (pivot receiving portion) provided at the center of the upper surface of the bottom plate 110a, and prevents the rotation shaft from swinging. Since the opposing surface of the convex part 134 and the concave part 136 becomes a bearing surface, as shown in FIG. 23, it is preferable to provide a groove 138 (groove) for reducing / relaxing the sliding friction therebetween. As shown in this figure, by adopting a spiral form (direction from the circumferential side toward the central axis) as the groove 138, a high pressure region is generated at the center of the bottom surface with the rotation of the rotor 118, The sliding friction can be further reduced. In this embodiment, in order to stabilize the rotation of the rotor 118, a magnet stabilizer 142 constituted by a permanent magnet 140 is provided at a corresponding portion between the top of the rotor 118 and the cover portion 112. This prevents the top from swinging and reduces the load between the convex portion 134 and the concave portion 136 by the attraction by the permanent magnet 140.

回転子本体130と混合容器116の側壁の間のマイクロギャップ部Gの幅は、混合やそれに続く反応を的確に行うための温度制御等のために、所定の値に設定することが好ましい。これは、カバー部112とベース部110間に設置するシム126の厚さを変えることにより、例えば10μmから500μmまで容易に調節することが可能である。   The width of the micro gap G between the rotor body 130 and the side wall of the mixing vessel 116 is preferably set to a predetermined value for temperature control or the like for accurately performing mixing and subsequent reaction. This can be easily adjusted, for example, from 10 μm to 500 μm by changing the thickness of the shim 126 installed between the cover part 112 and the base part 110.

また、底板110aと回転子118の底面(撹拌部材132の下端)との隙間は、撹拌作用を充分に行うために所定値に設定するのが好ましい。これは、凸部134が回転子118の底面から突出する高さHpと底板110aの凹部136の深さHbにより調節することができる。ここで、Hp-Hb<1mmであることが望ましく、より望ましくはHp-Hb<0.5mm、さらに望ましくは、Hp-Hb<0.2mmである。
また、撹拌部材132の位置において、混合空間114の内径に対する回転子118の外径(撹拌部材132の回転直径)の差、すなわちラジアル方向の隙間hrは、各導入流体に対し、回転子118の回転によりせん断力を効果的に効かせ、混合の促進を図るために、hr<1.0mmであることが望ましく、より望ましくはhr<0.5mm、さらに望ましくはhr<0.2mmである。
In addition, the gap between the bottom plate 110a and the bottom surface of the rotor 118 (the lower end of the stirring member 132) is preferably set to a predetermined value in order to sufficiently perform the stirring action. This can be adjusted by the height Hp at which the convex portion 134 protrudes from the bottom surface of the rotor 118 and the depth Hb of the concave portion 136 of the bottom plate 110a. Here, Hp-Hb <1 mm is desirable, more desirably Hp-Hb <0.5 mm, and even more desirably Hp-Hb <0.2 mm.
In addition, at the position of the stirring member 132, the difference between the outer diameter of the rotor 118 (the rotation diameter of the stirring member 132) with respect to the inner diameter of the mixing space 114, that is, the radial gap hr is different for each of the introduced fluids. In order to effectively apply a shearing force by rotation and promote mixing, it is desirable that hr <1.0 mm, more desirably hr <0.5 mm, and even more desirably hr <0.2 mm.

以上のような構成の混合器において、各原料流体を導入口124より供給すると、各原料流体は各々中板110bに形成された流路を経て、周方向交互に形成された径方向流路より混合空間114内に導入される。原料流体は、磁気駆動される回転子118の撹拌部材132によって発生する強力なせん断力により、攪拌混合される。攪拌混合された生成物は、その後直ちに、その下流に形成されマイクロギャップ部Gに流入し、温調ジャケット128による大きな比界面積を利用する精緻な反応温度制御を受けながら、さらに分子拡散による急速混合がなされ、反応や混合が進行する。混合又は反応生成物はカバー部112に形成された導出流路122より導出される。上記の動作により、対象とする化学反応(混合)が迅速かつ高収率で達成される。   In the mixer having the above-described configuration, when each raw material fluid is supplied from the introduction port 124, each raw material fluid passes through a flow passage formed in the intermediate plate 110b, and from a radial flow passage formed alternately in the circumferential direction. It is introduced into the mixing space 114. The raw material fluid is stirred and mixed by a strong shearing force generated by the stirring member 132 of the rotor 118 that is magnetically driven. Immediately thereafter, the stirred and mixed product is formed downstream and flows into the microgap part G, and is subjected to precise reaction temperature control using a large specific interface area by the temperature control jacket 128, and further, rapid by molecular diffusion. Mixing is performed, and reaction and mixing proceed. The mixed or reaction product is led out from a lead-out flow path 122 formed in the cover part 112. By the above operation, the target chemical reaction (mixing) is achieved quickly and with high yield.

なお、ここで行う、反応温度制御とは、本発明による混合器もしくは反応器の下流に設置されるクロマトグラフィー装置をはじめとする分析装置の分析結果をモニタリングし、対象とする化学反応による生成物の収率が最大となるように、以下の手法を用いるものである。
(a) 温調ジャケット128への電気信号をマニュアルで調整する。但しこの場合は、あらかじめ、「入力電気信号と温調ジャケット接液面の温度の関係線図」を実験的に得ておく。
(b) 分析装置のモニタリング結果(電気信号)を温調ジャケット制御用コントローラに入力し、該コントローラにおいてPIDやその他の制御則を用いて、収率が最大になるような温度調整用の制御信号(電気信号)を計算し、温調ジャケットへの入力信号(電気信号)を出力するようなフィードバック系を構成する。
The reaction temperature control performed here is the product of the target chemical reaction by monitoring the analysis results of the analyzer or the like installed in the downstream of the mixer or the reactor according to the present invention. In order to maximize the yield of the following, the following method is used.
(a) Manually adjust the electrical signal to the temperature control jacket 128. However, in this case, a “relationship diagram between the input electric signal and the temperature of the temperature-adjusting jacket contact surface” is experimentally obtained in advance.
(b) The monitoring result (electrical signal) of the analyzer is input to the temperature control jacket controller, and the controller uses the PID and other control laws to control the temperature so that the yield is maximized. A feedback system that calculates (electric signal) and outputs an input signal (electric signal) to the temperature control jacket is configured.

図24は、図21の実施の形態の変形例であり、基本的な構成は、上記と同じである。この実施の形態では、マイクロギャップ部Gの下流側部分の幅が下流側に向けて徐々に拡大するように、設定されている。これにより、反応の進行により結晶などの析出物が発生する場合であっても、析出物によるマイクロギャップ部Gの閉塞を回避することができる。すなわち、マイクロ空間と下流側のマクロ空間を適切に組み合わせることにより、閉塞を回避することが可能なデバイスを構成することができる。この例の場合、マイクロギャップ部Gはシム126の調整により10μmから500μmまで10μm以上のピッチ、望ましくは5μm以上、より好ましくは1μm以上のピッチ間で可変可能であり、拡大したギャップは管径8mmの導出流路122に連通している。   FIG. 24 is a modification of the embodiment of FIG. 21, and the basic configuration is the same as described above. In this embodiment, the width of the downstream portion of the microgap part G is set so as to gradually increase toward the downstream side. Thereby, even if precipitates, such as a crystal | crystallization, generate | occur | produce with progress of reaction, obstruction | occlusion of the micro gap part G by a precipitate can be avoided. In other words, a device capable of avoiding the blockage can be configured by appropriately combining the micro space and the downstream macro space. In the case of this example, the micro gap portion G can be varied between 10 μm and 500 μm by adjusting the shim 126 at a pitch of 10 μm or more, desirably 5 μm or more, more preferably 1 μm or more, and the expanded gap has a tube diameter of 8 mm. The lead-out flow path 122 communicates.

この実施の形態の混合器又は反応器では、例えば、析出物を発生しない反応では、マイクロギャップ部Gの空隙を最小の10μmに設定する。これにより、微小空間での分子拡散による混合が最大限に促進される。これに対し、析出物を発生する析出系の反応においては、析出物のサイズにより任意にマイクロギャップ部Gの幅を変える。
また、本発明による混合器もしくは反応器の上流および下流に圧力センサを設置し、上流と下流の圧力をモニタリングし、本発明による混合器もしくは反応器内の圧力損失ΔP(ΔP=|上流圧力Pu−下流圧力Pd|)の変化を監視するようにしてもよい。ここでは、化学反応中に規定値以上の圧力損失ΔPが発生した場合、規定値内に入るまでマイクロギャップの間隔を前記ピッチで大きくする。これにより、析出系反応においても、閉塞の限界までマイクロギャップ部Gのクリアランスを小さくでき、可能な限りに分子拡散による混合を促進することが可能となる。
In the mixer or reactor of this embodiment, for example, in the reaction that does not generate precipitates, the gap of the microgap part G is set to a minimum of 10 μm. This maximizes mixing by molecular diffusion in the micro space. On the other hand, in the reaction of the precipitation system that generates precipitates, the width of the microgap portion G is arbitrarily changed depending on the size of the precipitates.
In addition, pressure sensors are installed upstream and downstream of the mixer or reactor according to the present invention to monitor the upstream and downstream pressures, and the pressure loss ΔP (ΔP = | upstream pressure Pu in the mixer or reactor according to the present invention). -Changes in the downstream pressure Pd |) may be monitored. Here, when a pressure loss ΔP exceeding a specified value occurs during the chemical reaction, the interval of the micro gap is increased by the pitch until it falls within the specified value. Thereby, also in precipitation system reaction, the clearance of the micro gap part G can be made small to the limit of obstruction | occlusion, and it becomes possible to promote mixing by molecular diffusion as much as possible.

図25は、図21の実施の形態のさらなる変形例である。この実施の形態では、回転子118および混合容器116が、下流側、すなわち、導出流路122側に向けて拡径するようになっている。回転子118は、円錐形ではなく、小径面を下にした円錐台形状である。従って、マイクロギャップ部Gは、側壁と円錐面の間だけでなく、円錐台の上面と混合容器116の天板144との間にも形成されており、より長い微小隙間流路を構築している。
なお、この例では、図26に示すように、マイクロギャップ部Gに接する回転子118の側面の表面に、ポンプ作用を発生させるための羽根146を設けている。この羽根146は、回転子118の外周面に、放射状、渦巻状、あるいは湾曲した突起や溝を形成することにより構成している。
FIG. 25 is a further modification of the embodiment of FIG. In this embodiment, the diameter of the rotor 118 and the mixing container 116 is increased toward the downstream side, that is, toward the outlet flow path 122 side. The rotor 118 is not conical, but has a truncated cone shape with a small diameter surface facing down. Therefore, the microgap part G is formed not only between the side wall and the conical surface, but also between the upper surface of the truncated cone and the top plate 144 of the mixing container 116, thereby constructing a longer minute gap channel. Yes.
In this example, as shown in FIG. 26, a blade 146 for generating a pumping action is provided on the surface of the side surface of the rotor 118 in contact with the microgap part G. The blades 146 are configured by forming radial, spiral, or curved protrusions or grooves on the outer peripheral surface of the rotor 118.

この構成により、例えば、原料流体を圧送するための装置(例えば、ポンプ)の必要吐出性能を低減させる、あるいは自力で圧送することにより外部装置を省くことが可能になる。マイクロ空間の特長を維持するために、羽根146あるいは溝の高さ(深さ)は10μm〜500μmとすることが望ましいが、必要とされる圧力上昇や流量に応じて適宜に変更することができる。   With this configuration, for example, the required discharge performance of an apparatus (for example, a pump) for pumping the raw material fluid can be reduced, or an external apparatus can be omitted by pumping by itself. In order to maintain the characteristics of the micro space, the height (depth) of the blade 146 or the groove is preferably 10 μm to 500 μm, but can be appropriately changed according to the required pressure rise and flow rate. .

なお、上記においては、回転子118および混合容器116の形状を、円錐形又は円錐台状としたが、これらの形状に限られるものではない。例えば、単純な円筒形でもよいし、より複雑な形状、例えば、回転子118の径が拡大と収縮の双方を行うように変化するもの、あるいは、断面における稜線が曲線であるもの等、多種多様な形状を、目的に合わせて作用することができる。   In the above description, the rotor 118 and the mixing container 116 have a conical shape or a truncated cone shape. However, the shape is not limited to these shapes. For example, it may be a simple cylindrical shape or a more complicated shape, for example, a shape in which the diameter of the rotor 118 changes so as to both expand and contract, or a ridgeline in the cross section is a curved line. Various shapes can be used according to the purpose.

図27は、この発明のさらに他の実施の形態の混合器を示すものである。この実施の形態では、混合容器150のベース部152側に混合空間154を構成する凹部が形成されており、導入流路156は、ベース部152の上面の継手158から下降する垂直流路160と、ベース部152とカバー部162の接合面に形成された溝によって構成される水平流路164とからなっている。同図(a)に示すように、導出流路166は、カバー部162の上に設置した押え部162aから横方向に導出されている。同図(b)に示すように、ベース部152の上面およびカバー部162の下面には、コイル168が同一円周上に等配置されており、励磁電流をコントローラ169より入力し、コイル168に順次極性を持たせて磁化し、それにより回転子170を回転させるようになっている。なお、上下面のコイル168を常に回転子170に対して同極となるように励磁すれば、回転子170を混合空間154内で自動浮上駆動させることが可能である。   FIG. 27 shows a mixer according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, a recess that constitutes the mixing space 154 is formed on the base portion 152 side of the mixing container 150, and the introduction flow path 156 includes the vertical flow path 160 that descends from the joint 158 on the upper surface of the base section 152. , And a horizontal flow path 164 constituted by a groove formed in the joint surface between the base portion 152 and the cover portion 162. As shown in FIG. 5A, the outlet flow channel 166 is led out in the lateral direction from a pressing portion 162a installed on the cover portion 162. As shown in FIG. 5B, coils 168 are equally arranged on the same circumference on the upper surface of the base portion 152 and the lower surface of the cover portion 162, and an excitation current is input from the controller 169 to the coil 168. The magnets are sequentially magnetized with a polarity, whereby the rotor 170 is rotated. If the upper and lower coils 168 are always excited so as to have the same polarity with respect to the rotor 170, the rotor 170 can be automatically levitated in the mixing space 154.

また、ベース部152の下面には、温度調節手段171が設けられている。これにより、例えば、導入流路156に設けた温度センサ172と、これの出力に基づいていわゆるPID制御などの制御則に従って温度調節手段171の動作をフィードバック制御するコントローラ173により、ベース部152を介して導入流路156や混合空間154中の流体の温度を制御することができる。温度調節手段171としては、電気式プレート型ヒータやペルチェ素子または、加熱もしくは冷却媒体を通過させて被温度調節体の温度を調節する伝熱ブロック(板)など種々のものを利用する。なお、温度調節手段171は、該混合器もしくは反応器の他の箇所に設置しても良い。また、伝熱ブロックを利用する際には、加熱もしくは冷却媒体の流量を調節する電動バルブなどを伝熱ブロックの前段もしくは後段に設置し、該電動バルブの開度を調整する電気的信号(電流もしくは電圧)をコントローラ173より入力する。   Further, temperature adjusting means 171 is provided on the lower surface of the base portion 152. Thus, for example, the temperature sensor 172 provided in the introduction flow path 156 and the controller 173 that feedback-controls the operation of the temperature adjusting means 171 according to a control law such as so-called PID control based on the output of the temperature sensor 172 via the base portion 152. Thus, the temperature of the fluid in the introduction channel 156 and the mixing space 154 can be controlled. As the temperature adjusting means 171, various types such as an electric plate type heater, a Peltier element, or a heat transfer block (plate) for adjusting the temperature of the temperature adjusted body by passing a heating or cooling medium are used. Note that the temperature adjusting means 171 may be installed in another part of the mixer or reactor. In addition, when using the heat transfer block, an electric valve or the like for adjusting the flow rate of the heating or cooling medium is installed at the front stage or the rear stage of the heat transfer block, and an electric signal (current) for adjusting the opening degree of the electric valve. (Or voltage) from the controller 173.

図27(c)に示すように、導入流路156(水平流路164)は、垂直流路160下端からそれぞれ径方向に中心に向かって延びた後、2つに分岐して周方向に約80度ほど延び、さらに中心側に斜めに延び、混合空間154に径方向流路から90度のところで開口している。つまり試薬Aと試薬Bを供給する流路はそれぞれ近接する位置で、かつ噴出流が衝突するような角度で混合空間154に開口している。従って、試薬Aと試薬Bは混合空間154に入ってすぐに衝突し、さらに回転子170によって撹拌されるので、図33に示すような混合空間154内での濃度ムラの状態が無くなり、均一な混合比のもとでの反応が可能となる。また、この実施の形態では、中途半端な混合状態がほとんど無いため、いわゆる爆発性反応のような高速反応においても、爆発の危険性が極めて低くなる。   As shown in FIG. 27 (c), the introduction flow path 156 (horizontal flow path 164) extends from the lower end of the vertical flow path 160 toward the center in the radial direction, and then branches into two so as to extend approximately in the circumferential direction. It extends about 80 degrees and further obliquely toward the center, and opens into the mixing space 154 at 90 degrees from the radial flow path. That is, the flow paths for supplying the reagent A and the reagent B open to the mixing space 154 at positions close to each other and at an angle at which the jet flow collides. Therefore, since the reagent A and the reagent B collide immediately after entering the mixing space 154 and are further stirred by the rotor 170, there is no density unevenness in the mixing space 154 as shown in FIG. Reaction under a mixing ratio becomes possible. Further, in this embodiment, since there is almost no halfway mixed state, the risk of explosion is extremely low even in a high-speed reaction such as a so-called explosive reaction.

この実施の形態の混合器は、従来のバッチ手法では目的生成物を効率的に得ることが困難であった、いわゆる、拡散律速の反応に対して有用である。拡散律速の反応は、分子拡散速度が速い反応であり、例えば、
A+B→C+D (A,B:反応試薬 C:目的生成物 D:副生成物)
のような反応を例にすると、拡散律速の場合、目的生成物Cから副生成物Dへ分子拡散により連続的に高速で変化する。この際、従来の手法(図31や図32)では、反応器内の反応容積が大きいため、滞留時間が長くなり、目的生成物Cの段階で反応を停止させることが困難であった。しかし、図27(c)のような流路構成を採ることにより、各試薬A,Bを予混合せずに微小反応容積の混合空間154に導き、微小反応容積内で、短時間に高速強制混合を行うことで、副生成物の発生を抑制し、目的生成物を高収率で得ることが可能になった。
The mixer of this embodiment is useful for a so-called diffusion-controlled reaction in which it is difficult to efficiently obtain a target product by a conventional batch method. A diffusion-controlled reaction is a reaction with a high molecular diffusion rate, for example,
A + B → C + D (A, B: Reagent C: Target product D: By-product)
For example, in the case of diffusion-controlled reaction, the target product C changes to the by-product D continuously and rapidly by molecular diffusion. At this time, in the conventional method (FIGS. 31 and 32), since the reaction volume in the reactor is large, the residence time becomes long, and it is difficult to stop the reaction at the stage of the target product C. However, by adopting the flow path configuration as shown in FIG. 27 (c), the reagents A and B are led to the mixing space 154 of the minute reaction volume without premixing, and are quickly forced in the minute reaction volume. By mixing, it was possible to suppress the generation of by-products and obtain the target product in high yield.

図28は、図27の実施の形態をさらに発展させた実施の形態の混合器である。この実施の形態では、同図(a)に示すように、ベース部152aは、2枚のベース部174a、174bにより構成される。そして、下側のベース部174aの上面には、同図(b)に示すように第1の導入流路156aの環状流路176aが形成され、同図(c)に示すように、上側のベース板174bの下面には、第1の導入流路156aの環状流路176aとは重ならない位置に第2の導入流路156bの環状流路176bが形成されているとともに、第1の導入流路156aおよび第2の導入流路156bの環状流路176a,176b上に相当する位置に、周方向等配置された貫通孔178が形成されている。そして、カバー部162の下面には、同図(d)に示すように、第1の導入流路156aおよび第2の導入流路156bからの貫通孔178を隣接するどうし対にして、混合空間154の同じ位置に開口させるV字状の導液流路179が形成されている。なお、ベース板174a,174bどうし、およびこれとカバー部162はそれぞれ接着もしくはパッキンを介したネジ止めなどにより結合する。   FIG. 28 shows a mixer according to an embodiment obtained by further developing the embodiment shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 5A, the base portion 152a is composed of two base portions 174a and 174b. An annular flow path 176a of the first introduction flow path 156a is formed on the upper surface of the lower base portion 174a as shown in the same figure (b), and as shown in FIG. On the lower surface of the base plate 174b, an annular channel 176b of the second introduction channel 156b is formed at a position not overlapping the annular channel 176a of the first introduction channel 156a, and the first introduction flow Through holes 178 arranged in the circumferential direction and the like are formed at positions corresponding to the passages 156a and the annular passages 176a and 176b of the second introduction passage 156b. Then, on the lower surface of the cover portion 162, as shown in FIG. 4D, a mixing space is formed with a pair of adjacent through holes 178 from the first introduction channel 156a and the second introduction channel 156b. A V-shaped liquid introduction flow path 179 that opens at the same position of 154 is formed. The base plates 174a and 174b and the cover plate 162 and the base plates 174a and 174b are joined together by bonding or screwing via packing.

このような構成により、図27では2ヶ所でのみ開口していた導入流路156を、より多くの箇所で開口させることができる。従って、図27の実施の形態の効果である混合空間154内での均一な混合と反応、および爆発を抑制する効果等をより顕著に得ることができる。   With such a configuration, the introduction flow path 156 that is open only at two places in FIG. 27 can be opened at more places. Therefore, the effect of suppressing uniform explosion and reaction in the mixing space 154, which is the effect of the embodiment of FIG. 27, and the like can be obtained more remarkably.

図29は、この発明のさらに他の実施の形態の混合器を示すもので、導入流路156aおよび第2の導入流路156bを、混合空間154に入る前に合流させて、予混合させるものである。図29(a)の例は、図27(c)のカバー部162の水平流路164の形状を変形したもので、それぞれ分岐した導入流路156a,156bは、周方向へ90度延びたところで合流し、それから径方向に混合空間154へ向けて延びる予混合流路180aとなる。すなわち、2つの試薬A,Bは、混合空間154へ入る前段の予混合流路180aで混合が開始される。これにより、混合空間154への導入時点では、確実に混合用試薬が均一化される。この実施の形態は、予混合による弊害が出ないような反応に用いるのが好適である。   FIG. 29 shows a mixer according to still another embodiment of the present invention, in which the introduction channel 156a and the second introduction channel 156b are joined before entering the mixing space 154 and premixed. It is. The example of FIG. 29A is a modification of the shape of the horizontal flow path 164 of the cover portion 162 of FIG. 27C, and the branched introduction flow paths 156a and 156b respectively extend 90 degrees in the circumferential direction. The premixing flow path 180a that merges and then extends in the radial direction toward the mixing space 154 is formed. That is, mixing of the two reagents A and B is started in the pre-mixing flow path 180a in the previous stage that enters the mixing space 154. This ensures that the mixing reagent is uniformized at the time of introduction into the mixing space 154. This embodiment is preferably used for reactions that do not cause adverse effects due to premixing.

図29(b)の例では、合流点の形状をT字路ではなく、Y字路としたもので、これにより、予混合流路180bを短く設定している。斜めの流路の角度を変えることにより、予混合流路180bの長さを変えることができる。長さの設定は、反応に応じて適宜に行えばよい。   In the example of FIG. 29 (b), the shape of the confluence is not a T-junction, but a Y-junction, whereby the premixing channel 180b is set short. By changing the angle of the oblique flow path, the length of the premix flow path 180b can be changed. The length may be set appropriately according to the reaction.

また、図29(c)の例では、予混合流路180cに至る傾斜流路182を分岐させて、合流を多段で行うようにしたものである。これにより、混合空間154内に導入される試薬が多層化し、各流体層は薄くなる。従って、試薬同士の分子間距離も小さくなるので、分子拡散による混合効率向上の効果により混合が促進される。   In the example of FIG. 29 (c), the inclined flow path 182 reaching the premixing flow path 180c is branched to perform merging in multiple stages. Thereby, the reagent introduced into the mixing space 154 is multi-layered, and each fluid layer becomes thin. Therefore, the intermolecular distance between the reagents is also reduced, so that mixing is promoted by the effect of improving the mixing efficiency by molecular diffusion.

さらに、図29(d)は、図28(d)のカバー部162の図面に対応する図であり、導液流路179の先にY字路状の予混合流路180dを設けて、予混合させる形式としたものである。これにより、予混合流路180dを有する導入流路156a,156bが混合空間154に多数が開口するようになっている。図29の各実施の形態の導入流路の形態は、反応の種類等に応じて適宜に選択すればよい。   Further, FIG. 29D is a view corresponding to the drawing of the cover portion 162 in FIG. 28D, and a Y-shaped premixing flow path 180d is provided at the tip of the liquid introduction flow path 179, so It is a mixed form. As a result, a large number of introduction flow paths 156a and 156b having a premixing flow path 180d are opened in the mixing space 154. The form of the introduction channel in each embodiment of FIG. 29 may be appropriately selected according to the type of reaction and the like.

なお、図29の各実施の形態では、各導入流路156の断面積は1mm以下、好ましくは0.25mm以下、より好ましくは0.01mm以下である。また、導入流路156,156a,156bの断面寸法は、図29(e),(f)に記載のとおり、幅をW、深さをHとした場合、W≦Hの条件であることが望ましい。また、導入流路156,156a,156bの断面形状は、矩形型や半円型など対象とする化学反応に応じて都度選択する。なお、図29では図示していないが、図27に示したような温度調節手段171、温度センサ172、温度コントローラ173を用いるのは、特に有効である。微細流路においては、温度の制御をより精密に行うことができるからである。 In each embodiment of FIG. 29, the cross-sectional area of each introduction channel 156 is 1 mm 2 or less, preferably 0.25 mm 2 or less, more preferably 0.01 mm 2 or less. In addition, the cross-sectional dimensions of the introduction channels 156, 156a, and 156b may be such that W ≦ H, where W is the width and H is the depth, as shown in FIGS. 29 (e) and 29 (f). desirable. Moreover, the cross-sectional shape of the introduction flow paths 156, 156a, and 156b is selected every time according to the target chemical reaction such as a rectangular shape or a semicircular shape. Although not shown in FIG. 29, it is particularly effective to use the temperature adjusting means 171, the temperature sensor 172, and the temperature controller 173 as shown in FIG. This is because the temperature can be controlled more precisely in the fine channel.

このように導入流路156,156a,156bを微小化することにより、混合空間156までの過程で分子拡散を利用した拡散混合を行い、混合効率を向上させることが可能となる。従って、導入流路156,156a,156bの微小化による分子拡散による混合促進と微小反応室内の攪拌による混合促進の両者を併用した相乗効果を利用して、高効率混合を達成することができる。なお、混合空間154からり導出口までの流路断面積を微小化することにより、混合試薬間の分子拡散が助長され、混合効率(収率)が向上することは言うまでもない。   By miniaturizing the introduction flow paths 156, 156a, and 156b in this manner, diffusion mixing using molecular diffusion can be performed in the process up to the mixing space 156, and the mixing efficiency can be improved. Therefore, high-efficiency mixing can be achieved by utilizing a synergistic effect in which both mixing promotion by molecular diffusion by miniaturization of the introduction flow paths 156, 156a, and 156b and mixing promotion by stirring in the micro reaction chamber are used in combination. Needless to say, by reducing the cross-sectional area of the flow path from the mixing space 154 to the beam outlet, molecular diffusion between the mixed reagents is promoted, and the mixing efficiency (yield) is improved.

従って、例えば、この実施の形態の混合器は、反応律速の化学反応において有用である。反応律速の反応は、通常、試薬を容器内に混入した状態では反応は進まず、従来、高収率で目的生成物を得るために、長時間の強制攪拌が必要であった。これに対し、図29の各実施の形態では、予混合流路180a〜180dの微小空間内での分子拡散による混合と微小反応室内での強制混合により短時間で高収率の目的生成物を得ることが可能となった。   Thus, for example, the mixer of this embodiment is useful in reaction-limited chemical reactions. The reaction-controlled reaction usually does not proceed in the state where the reagent is mixed in the container, and conventionally, forced stirring for a long time has been required to obtain the target product in a high yield. On the other hand, in each embodiment of FIG. 29, a high yield target product can be obtained in a short time by mixing by molecular diffusion in the micro space of the premix flow channels 180a to 180d and forced mixing in the micro reaction chamber. It became possible to get.

この発明の実施の形態の混合器を示す、(a)外観斜視図、(b)断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the (a) external appearance perspective view and (b) sectional drawing which show the mixer of embodiment of this invention. 図1の混合器の作用を示す概略図であり、(a)正面断面図、(b)平面断面図である。It is the schematic which shows the effect | action of the mixer of FIG. 1, (a) Front sectional drawing, (b) Plane sectional drawing. 図1の混合器の変形例を示す平面断面図である。It is a plane sectional view showing the modification of the mixer of Drawing 1. (a)ないし(f)は、撹拌子の各種変形例を示す図である。(A) thru | or (f) is a figure which shows the various modifications of a stirring element. (a)及び(b)は、図1の実施の形態の混合器の変形例を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the modification of the mixer of embodiment of FIG. (a)ないし(d)は、ベース部152aの各種変形例を示す図である。(A) thru | or (d) is a figure which shows the various modifications of the base part 152a. (a)ないし(d)は、カバー部162の各種変形例を示す図である。(A) thru | or (d) is a figure which shows the various modifications of the cover part 162. FIG. カバー部162の他の変形例を示す図である。It is a figure which shows the other modification of the cover part 162. FIG. (a)ないし(d)は、ベース部152aの各種変形例を示す図である。(A) thru | or (d) is a figure which shows the various modifications of the base part 152a. (a)及び(b)は、他の実施の形態の混合器を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the mixer of other embodiment. (a)ないし(c)は、他の実施の形態の混合器を示す図である。(A) thru | or (c) is a figure which shows the mixer of other embodiment. (a)及び(b)は、さらに他の実施の形態の混合器を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the mixer of other embodiment. さらに他の実施の形態の混合器を示す図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment. さらに他の実施の形態の混合器を示す図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment. (a)及び(b)は、この発明の実施の形態の混合器による第1の実施例を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining the 1st Example by the mixer of embodiment of this invention. 図15で説明した実施例の結果を示すグラフであり、(a)は、反応の結果の一例を示す時間−収率図、(b)は、生成物流量−収率図である。It is a graph which shows the result of the Example demonstrated in FIG. 15, (a) is a time-yield figure which shows an example of the result of reaction, (b) is a product flow rate-yield figure. 図15で説明した実施例において、導入流体の流速と攪拌子の周速度の比と収率の関係を示すグラフである。In the Example demonstrated in FIG. 15, it is a graph which shows the relationship between the ratio of the flow rate of the introduction fluid, the peripheral speed of a stirrer, and the yield. (a)及び(b)は、この発明の実施の形態の混合器の他の実施の形態を説明する図である。(A) And (b) is a figure explaining other embodiment of the mixer of embodiment of this invention. 図18で説明した第2の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of 2nd Example demonstrated in FIG. この発明の他の実施の形態の混合器を説明する図である。It is a figure explaining the mixer of other embodiment of this invention. この発明の第3の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the 3rd Example of this invention. (a)及び(b)は、この発明の、他の実施の形態の混合器を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the mixer of other embodiment of this invention. (a)ないし(c)は、ベース部152aの構成を示す図である。(A) thru | or (c) is a figure which shows the structure of the base part 152a. スターラの他の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of a stirrer. さらに他の実施の形態の混合器を示す図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment. さらに他の実施の形態の混合器を示す図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment. 図25で説明した実施の形態のスターラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stirrer of embodiment described in FIG. さらに他の実施の形態の混合器を示す図であり、(a)は外観図、(b)は断面図、(c)は(b)のc矢視図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment, (a) is an external view, (b) is sectional drawing, (c) is c arrow line view of (b). さらに他の実施の形態の混合器を示す図であり、(a)は断面図、(b)〜(d)は、(a)のb〜d矢視図である。It is a figure which shows the mixer of other embodiment, (a) is sectional drawing, (b)-(d) is a dd arrow directional view of (a). さらに他の実施の形態の混合器の導入流路156を示す図である。It is a figure which shows the introduction flow path 156 of the mixer of other embodiment. 従来のバッチ式の混合器を示す図である。It is a figure which shows the conventional batch type mixer. 従来の連続式の混合器を示す図である。It is a figure which shows the conventional continuous mixer. 従来の連続式の混合器の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the conventional continuous mixer. 従来の連続式の混合器の作用を示す図である。It is a figure which shows the effect | action of the conventional continuous mixer. 化学反応におけるエネルギの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the energy in a chemical reaction. 流れ場中に障害物を置いた場合の流れの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the flow at the time of putting an obstruction in a flow field.

符号の説明Explanation of symbols

10,110,152 ベース部
12,112,162 カバー部
14,114,154 混合空間
16,116 混合器
18,118,170 撹拌子
20,120,156 導入流路
22,122,166 導出流路
28 駆動機構
38,169,173 コントローラ
40 放射状部
52 ヒータ
53 温度センサ
54 熱媒体流路
56 分析装置
171 温度調節手段
180a〜180d 予混合流路
10, 110, 152 Base part 12, 112, 162 Cover part 14, 114, 154 Mixing space 16, 116 Mixer 18, 118, 170 Stirrer 20, 120, 156 Introducing flow path 22, 122, 166 Deriving flow path 28 Drive mechanism 38, 169, 173 Controller 40 Radial part 52 Heater 53 Temperature sensor 54 Heat medium flow path 56 Analyzer 171 Temperature control means 180a-180d Premix flow path

Claims (9)

連続処理を行う反応システムにおいて用いる混合器であって、
垂直軸線回りに回転対称に形成された混合空間と、
前記混合空間内において該混合空間の軸線回りに回転自在に配置され、該軸線から周縁部に向けて延びる複数の放射状部を有する撹拌子と、
該攪拌子を駆動する駆動機構と、
前記混合空間の外周面の異なる位置に開口する少なくとも2以上の導入流路であって、それぞれが互いに異なる流体を前記混合空間に流入せしめる導入流路と、
前記混合空間の上面に開口する導出流路とを有することを特徴とする混合器。
A mixer used in a reaction system that performs continuous processing,
A mixing space formed rotationally symmetric about a vertical axis ;
A stirrer having a plurality of radial portions disposed in the mixing space so as to be rotatable around the axis of the mixing space and extending from the axis toward the peripheral edge ;
A drive mechanism for driving the stirring bar;
At least two or more introduction channels that open at different positions on the outer peripheral surface of the mixing space, each of which introduces different fluids into the mixing space; and
A mixer having a lead-out channel that opens to an upper surface of the mixing space .
前記導出流路は、前記上面においてその径方向中間部に開口する複数の流路によって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の混合器。 2. The mixer according to claim 1, wherein the outlet channel is formed by a plurality of channels that open to a radially intermediate portion of the upper surface . 前記導出流路は、下流部分において流路断面積が狭くなっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の混合器。 The mixer according to claim 1 or 2, wherein the outlet channel has a narrow channel cross-sectional area in a downstream portion . 前記互いに異なる流体を前記混合空間に流入せしめる少なくとも2以上の導入流路が、互いに近接する位置に開口していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の混合器。 The mixer according to any one of claims 1 to 3, wherein at least two or more introduction flow paths for allowing the different fluids to flow into the mixing space are opened at positions close to each other . 前記互いに近接する位置に開口している少なくとも2以上の導入流路が、前記外周面に等間隔で複数組配置されていることを特徴とする請求項4に記載の混合器。 5. The mixer according to claim 4 , wherein a plurality of sets of at least two or more introduction flow paths opened at positions close to each other are arranged at equal intervals on the outer peripheral surface . 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の混合器と、これに原料流体を供給する供給源と、前記混合器における反応生成物を回収する回収容器とを有することを特徴とする反応装置。   6. A reaction apparatus comprising: the mixer according to claim 1; a supply source for supplying a raw material fluid to the mixer; and a recovery container for recovering a reaction product in the mixer. . 前記混合器における撹拌子による撹拌速度を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項6に記載の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 6, further comprising a control device that controls a stirring speed of the stirring bar in the mixer. 前記混合器における温度を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の反応装置。   The reaction apparatus according to claim 6, further comprising a control device that controls a temperature in the mixer. 前記反応生成物を分析する分析装置を有することを特徴とする請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の反応装置。
The reaction apparatus according to claim 6, further comprising an analysis apparatus for analyzing the reaction product.
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