CN103608095A - 液体混合方法及装置 - Google Patents

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山下岳史
西村真
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Abstract

本发明提供一种用于在由微小流路构成的混合流路内使相互具有可溶性的第一液体及第二液体混合的方法。该方法包括：使所述第一液体及所述第二液体在所述混合流路内合流的工序；对在所述流路内流动的合流后的液体从与该流路交叉的方向供给相对于所述两混合对象液体具有不溶性的不溶流体，来使该合流后的液体隔开间隔断开，从而在比所述不溶流体的供给位置靠下游侧的流路内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元(60)与由该不溶流体构成的不溶流体单元(63)交替排列的段塞流，由此，在所述下游侧的流路内使各混合对象单元内的所述第一混合对象液体和所述第二混合对象液体混合的工序。

Description

液体混合方法及装置
技术领域
本发明涉及用于将相互具有可溶性的液体彼此在微细流路内进行混合的方法及装置。
背景技术
以往，作为通过使相互具有可溶性的液体(反应剂)彼此接触并混合，来用于制造所期望的反应生成物的方法，公知有使用被称为所谓的微通道反应器的流路形成体的方法(专利文献1)。该微通道反应器具备在表面形成有槽的基体，通过该槽来构成微细流路。通过使混合对象液体在该微小流路内流动，从而使每单位体积下的混合对象液体彼此的接触面积飞跃地增大，该情况使该混合对象液体彼此的混合的效率提高。
在该微通道反应器中，除了所述接触面积的增大之外，还期望促进进一步的混合。这样的混合的促进能够使到该混合的完成为止所需的所述微小流路的流路长度缩短，由此能够实现微通道反应器整体的小型化。另外，混合操作所需要的时间的缩短还有助于抑制该混合操作中的不需要的副反应的产生。
作为促进该混合的方法，在专利文献2中公开有在流路内形成混合促进用的多个凸部的方法。另外，在专利文献3中公开有在混合流路的中途设置电极对并对电极对施加交流电压的方法。但是，如专利文献2中记载的那样，在流路内形成多个细的凹部的情况导致流路形状的复杂化，使该流路的制作及维护(尤其是清洗)的工时增大。另外，专利文献3所记载的那样的电极的配置还导致微通道反应器的结构的复杂化及显著的成本的增加。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-168173号公报
专利文献2：日本特开2006-102681号公报
专利文献3：日本特开2006-320878号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用了形成混合用流路的流路形成体的液体的混合方法及装置，其不需要使该混合用流路的形状显著复杂化、不需要用于促进混合的大规模的设备，就能够促进该混合。
为了实现该目的，本发明诸发明者想到在用于使混合对象液体彼此混合的流路内强制地形成段塞流的方法，且确认了由此得到显著的混合促进效果。在此所说的“段塞流”是指由所述混合对象液体构成的单元和由其以外的流体构成的单元在微小流路内沿着其流路长度方向交替排列那样的流动。通过这样的段塞流的形成，能够确认在包括所述混合对象液体的单元内飞跃地促进该混合对象液体彼此的混合。推测该效果基于所述混合对象液体彼此的混合在微小的各单元内进行、以及在各单元内形成对所述混合对象液体彼此的混合的促进有效的微小循环流而得到。
本发明根据这样的观点而作出，提供一种对于在由微细流路构成的混合流路内使相互具有可溶性的混合对象液体即第一液体及第二液体混合有用的方法。该方法包括：使所述第一液体及所述第二液体在所述混合流路内合流的工序；对在所述流路内流动的合流后的液体从与该流路交叉的方向供给相对于所述第一及第二液体具有不溶性的不溶流体，来使该合流后的液体隔开间隔断开，从而在比所述不溶流体的供给位置靠下游侧的流路内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元与由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流，由此，在所述下游侧的流路内使各混合对象单元内的所述第一液体与所述第二液体混合的工序。
在此，“相互具有可溶性的第一液体及第二液体”是指具有在将上述的液体彼此混合后，即使将该混合液静置，该液体彼此也不分离成层状那样的性质的流体，例示出两混合对象液体都为亲水性高的液体的情况、两混合对象液体都为亲油性高的液体的情况。另一方面，作为“相对于第一液体及第二液体具有不溶性的不溶流体”，例如在该第一及第二液体为亲水性高的液体的情况下，例示出例如油或水溶性低的气体(氮气或不活泼气体、碳化氢系气体等)，在该第一及第二液体为亲油性高的液体的情况下，例示出例如水或亲水性高的液体、相对于油的溶解度低的气体(氮气或不活泼气体等)。
另外，本发明提供一种适合进行上述那样的混合的液体混合装置。该装置具备：流路形成体，其形成用于使相互具有可溶性的第一液体及第二液体混合的混合用流路；第一液体供给部，其向该流路形成体供给所述第一液体；第二液体供给部，其向所述流路形成体供给所述第二液体；不溶流体供给部，其向所述流路形成体供给相对于所述第一液体及所述第二液体这双方具有不溶性的不溶流体。所述流路形成体所形成的混合用流路具有：第一液体导入部，其被导入从所述第一液体供给部供给的第一液体；第二液体导入部，其被导入从所述第二液体供给部供给的第二液体，并且具有与所述第一液体导入部的终端连通的终端，以使该导入的第二液体和导入到所述第一液体导入部中的第一液体合流；混合部，其与两液体导入部的终端相连，用于使在该终端处合流后的液体流动的同时进行混合；不溶流体导入部，其具有与该混合部连通的终端，从而在所述混合部的中途位置对在该混合部内流动的所述合流后的液体从与该混合部交叉的方向导入从所述不溶流体供给部供给的不溶流体，由此在比所述不溶流体的导入位置靠下游侧的混合部内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元和由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的液体混合装置的整体结构的图。
图2是表示所述液体混合装置中的各流体的流动的概况的流程图。
图3是表示构成所述液体混合装置的基板的第一侧面的俯视图。
图4是表示所述基板的第二侧面的仰视图。
图5(a)是表示所述基板中的第一液体槽与第二液体槽的连通部位的剖视主视图，图5(b)是表示该基板中的混合槽的中途部位与不溶流体槽的连通部位的剖视主视图。
图6(a)是图5(a)的6A-6A线剖视图，图6(b)是图5(b)的6B-6B线剖视图。
图7(a)(b)是表示在所述混合槽内形成的段塞流的剖视图。
图8是表示本发明的第一实施例中的氢氧化钠水溶液及醋酸水溶液的流量与它们的中和反应所需的距离的关系的图表。
图9(a)(b)是表示本发明的第一实施例中的氢氧化钠水溶液与醋酸水溶液的中和反应所需的距离和氮气流量的关系的图表，图9(b)是表示该氮气流量与该中和反应所需的时间的关系的图表。
图10是表示本发明的第二实施例中的十二烷流量与所述中和反应所需的距离的关系的图表。
图11是表示本发明的第三及第四实施例中的氮气流量与所述中和反应所需的距离的关系的图表。
具体实施方式
参照附图，对本发明的优选的实施方式进行说明。
图1及图2表示本实施方式的液体混合装置。该装置用于使相互具有可溶性的第一液体及第二液体混合，其具备：形成用于该混合的混合用流路50的流路形成体FB；向该流路形成体供给所述第一液体的第一液体供给部10；向所述流路形成体FB供给所述第二液体的第二液体供给部20；向所述流路形成体供给不溶流体、即相对于所述第一液体及所述第二液体这双方具有不溶性的流体的不溶流体供给部30；回收容器40。
所述第一液体供给部10具有：收容所述第一液体的第一液体容器12；将该第一液体容器12的内部和所述流路形成体FB连接的第一液体配管14；通过该第一液体配管14而将所述第一液体容器12内的第一液体向所述流路形成体FB进行压力输送的第一液体泵16。同样，所述第二液体供给部20具有：收容所述第二液体的第二液体容器22；将该第二液体容器22的内部和所述流路形成体FB连接的第二液体配管24；通过该第二液体配管24而将所述第二液体容器22内的第二液体向所述流路形成体FB进行压力输送的第二液体泵26。
另外，该装置具备被所述第一液体供给部10及所述第二液体供给部20共用的恒温槽42。该恒温槽42用于将向所述流路形成体FB供给的第一及第二液体的温度保持为固定，但该恒温槽42根据用途也可以适当省略。在本实施方式中，所述各配管14、24的中途部分形成为螺旋状，该部分浸渍于收容在所述恒温槽42内的温水中。
成为本发明的对象的第一液体及第二液体只要是相互具有可溶性的液体即可，对水溶性、非水溶性不限。例如，既可以两液体为水或水溶液，也可以两液体为油系的液体。另外，它们的混合比也可以自由地设定。
所述不溶流体供给部30具备：收容不溶流体的不溶流体容器32；将该不溶流体容器32的内部和所述流路形成体FB连接的不溶流体配管34；对通过该不溶流体配管34而从所述不溶流体容器32向所述流路形成体FB供给的不溶流体的流量进行调节的流量调整器36。在本实施方式中，使用气体作为所述不溶流体，所述不溶流体容器32由将该气体以压缩状态封入的储气瓶构成。并且，通过该储气瓶内的压力将作为所述不溶流体的气体向所述流路形成体FB压力输送。
本发明中使用的不溶流体只要是相对于所述第一液体及所述第二液体这双方具有不溶性的流体即可，对气体、液体不限。例如，在第一及第二液体为水或水溶液的情况下，可以使用非水溶性的气体或液体，在第一及第二液体为油系的情况下，例如也可以使用水。在使用液体作为不溶流体的情况下，在所述不溶流体供给部30中只要配置与所述第一及第二液体泵16、26同样的不溶流体供给用液体泵即可。另外，所述流量调整器36根据用途也可以省略。
如图2所示，所述流路形成体FB所形成的混合用流路50具有：分别导入所述第一液体及所述第二液体的第一液体导入部51及第二液体导入部52；混合部54；导入所述不溶流体的不溶流体导入部53。
所述第一液体导入部51具有与所述第一液体供给部10的第一液体配管14连接的入口端、该入口端的相反侧的终端。同样，所述第二液体导入部52具有与所述第二液体供给部20的第二液体配管24连接的入口端、该入口端的相反侧的终端。第一及第二液体导入部51、52的终端以使导入到各液体导入部51、52中的第一液体和第二液体在固定的合流位置Pj进行合流的方式在该合流位置Pj相互连通。
所述混合部54用于使在所述合流位置Pj合流后的两流体流动的同时进行混合，具有该混合所需的流路长度。该混合部54具有在所述合流位置Pj与所述两液体导入部51、52的终端相连的始端、该始端的相反侧的出口端，该出口端以在固定的排出位置Pd将混合液体向所述回收容器40排出的方式与该回收容器40连接。
所述不溶流体导入部53具有与所述不溶流体供给部30的不溶流体配管34连接的入口端、该入口端的相反侧的终端，该终端以如下方式与混合部54相连，即，在所述混合部54的中途位置Pm将所述不溶流体相对于在该混合部54内流动的所述合流后的液体而从与该混合部54交叉的方向(在本实施方式中为基板100的板厚方向)导入。
接着，一并参照图3～图6，对所述流路形成体FB的结构的详细情况进行说明。
所述流路形成体FB具有：形成有构成所述混合用流路50的槽的基体；以覆盖该槽的方式装配于该基体的盖体。在本实施方式的流路形成体FB中，所述基体由图3～图6所示的基板100构成，所述盖体由图5及图6所示的第一盖板110及第二盖板120构成。所述基板100在本实施方式中，呈具有矩形形状的第一侧面101及其背侧的第二侧面102的平板状，所述第一盖板110及所述第二盖板120以分别重叠在所述基板100的所述第一侧面101上及第二侧面102上的方式与该基板100一起层叠。
在该装置中，通过在所述基板100的两侧面101、102形成所述槽，由此通过紧凑的结构来构建能够进行有效的混合处理的混合装置。具体而言，在所述基板100上具有第一液体入口端口131、第二液体入口端口132、不溶流体入口端口133、出口端口134、多条第一液体槽141、多条第二液体槽142、多条不溶流体槽143、多条混合槽144、合流用孔150、不溶流体导入孔153。上述部位通过基板100的蚀刻处理形成。所述各端口131～134都由将基板100沿其厚度方向贯通的贯通孔构成，第一盖板110及第二盖板120也在与所述各端口131～134分别对应的位置具有同样的多个贯通孔。但是，最下层的第二盖板120为了密封流体而不具有贯通孔。在最上层的第一盖板110上形成有所述贯通孔，在各贯通孔上分别连接所述第一液体配管14、所述第二液体配管24、所述不溶流体配管34及所述回收容器40。
所述各第一液体槽141形成在所述第一侧面101上来构成所述第一液体导入部51。本实施方式的第一液体槽141以相互平行的状态，从所述第一液体入口端口131沿着所述基板100的长边而呈直线状地延伸到所述合流位置Pj。各第一液体槽141具有比所述基板100的厚度的1／2小的深度。
所述第二液体槽142与所述第一液体槽141个数相同，且以相互平行的方式形成在所述第二侧面102上来构成所述第二液体导入部52。各第二液体槽142呈L字状，具有：从所述第二液体入口端口132相对于所述第一液体槽141而从与所述第一液体槽141正交的方向接近的部分；从该部分向下游侧转换90°方向，且在对应的第一液体槽141的背侧沿着该第一液体槽141而延伸到所述合流位置Pj的部分。所述各第二液体槽142具有与所述各第一液体槽141的深度同等的深度、即比所述基板100的厚度的1／2小的深度。
所述合流用孔150在所述合流位置Pj将所述基板100沿其厚度方向贯通，由此，将所述第一液体槽141的终端和所述第二液体槽142的终端连通。即，能够进行在所述第一液体槽141中流动的第一液体和在所述第二液体槽142中流动的第二液体的合流。
所述混合槽144与所述第一液体槽141个数相同，且以相互平行的方式形成在所述第一侧面101上来构成所述混合部54。各混合槽144在所述合流位置Pj与所述各第一液体槽141的终端相连，且具有从该合流位置Pj蜿蜒前进并直至所述出口端口134的形状。各混合槽144具有比所述两液体槽141、142的深度大的深度(在本实施方式中，比基板100的厚度的1／2大的深度)，并通过所述各合流用孔150而与两液体槽141、142连通。因此，在该合流用孔150处相互合流后的第一液体及第二液体能够向所述混合槽144内流入。
所述不溶流体槽143与所述混合槽144个数相同，且以相互平行的方式形成在所述第二侧面102上来构成所述不溶流体导入部53。各不溶流体槽143呈L字状，具有：从所述不溶液体入口端口133相对于所述混合槽144而从与所述混合槽144正交的方向接近的部分；从该部分向下游侧转换90°方向，且在对应的混合槽144的背侧沿着该混合槽144而延伸到其中途位置Pm的部分。所述各不溶流体槽143具有比所述基板100的厚度的1／2小的深度。
所述不溶流体导入孔153在所述中途位置Pm将所述基板100沿着其厚度方向贯通，由此，将所述混合槽144的中途部位和所述不溶流体槽143的终端连通。即，能够相对于在所述混合槽144中流动的液体(第一液体与第二液体合流后的液体)而导入在所述不溶液体槽143中流动的不溶流体。
所述第一盖板110以覆盖所述第一侧面101的方式与所述基板100重合并接合，由此将在该第一侧面101上形成的第一液体槽141及混合槽144密闭，从而分别构建所述第一液体导入部51及所述混合部54。同样，所述第二盖板120以覆盖所述第二侧面102的方式与所述基板100重合并接合，由此将在该第二侧面102上形成的第二液体槽142及不溶流体槽143密闭，从而分别构建所述第二液体导入部52及所述不溶流体导入部53。
需要说明的是，所述基板100也可以与盖板多层交替层叠。该层叠体能够对更多的液体进行混合处理。另外，夹在各基板100彼此之间的盖板覆盖一方的基板100的第一侧面101和另一方的基板100的第二侧面102这双方，因此能够有助于流路形成体的进一步紧凑化。
接着，对使用该装置将所述第一液体和所述第二液体混合的方法进行说明。
从所述第一液体供给部10及所述第二液体供给部20向所述流路形成体100供给的第一液体及第二液体分别被导入该流路形成体100的第一液体导入部51(第一液体槽141)及第二液体导入部52(第二液体槽142)，且在合流位置Pj通过合流用孔150而进行合流(图5(a))。然后，两液体在下游侧的混合部54(混合槽144)内流动的过程中混合。
作为该方法的特征，除了所述第一液体及所述第二液体之外，还将不溶流体从所述不溶流体供给部30向所述流路形成体100供给，该不溶流体通过该流路形成体100的不溶流体导入部53(不溶流体槽143及不溶流体导入孔153)而在所述混合部54的中途位置Pm向所述混合部54导入。并且，以该不溶流体将在所述混合部54中流动的液体(第一液体与第二液体合流后的液体：以下称为“合流后液体”。)隔开间隔断开，从而在该中途位置Pm的下游侧形成段塞流的方式，来设定所述第一液体、所述第二液体及不溶流体的供给流量。
如图7(a)(b)所示，在此所说的“段塞流”是指由所述合流后液体构成的混合对象单元60和由所述不溶流体构成的不溶流体单元63交替排列的流动。该段塞流的形成如后面的实施例项所示，飞跃地促进在混合部54内流动的第一液体与第二液体的混合。推测该效果基于合流后液体被断开成体积极其小的混合对象单元60且在该体积极其小的混合对象单元60中进行混合、以及在各混合对象单元60内形成对混合有效的循环流而得到。
所述段塞流中的混合对象单元60与不溶流体单元63的体积比能够通过所述不溶流体的导入流量的调节而自由地设定。具体而言，如后面的实施例项所示，越增加不溶流体的导入流量，越能够减少各混合对象单元60的体积(尺寸)。对图7(a)(b)进行比较可知，越抑制所述混合对象单元60的体积，该单元60中的循环流有助于促进混合的程度越提高，混合促进效果实际上越提高，但相反，当不溶流体单元的体积的占有率变大时，混合对象液体的处理效率下降，并且引起压力损失的增加、不溶流体的消耗量的不必要的增加。因此，可以从这样的观点出发来设定所述体积比。通常，优选在1／5以上且4以下的范围内进行设定。
需要说明的是，本发明的混合用流路不局限于上述那样由在基体上形成的槽构成。例如，也可以通过具有微小的内径的管来形成所述混合用流路。
实施例
对本发明的实施例及比较例进行说明。在以下所示的实施例及比较例中，使用氢氧化钠(NaOH)水溶液作为第一液体，使用醋酸水溶液作为第二液体，为了使两者进行中和反应，使用所述图1～图6所示的装置来进行两液体的混合，并测定中和反应的完成所需的距离(混合部54中的路程)及时间。
[各例中共用的条件]
(1)关于第一液体及第二液体
·将第一液体和第二液体以流量比为1：1的比例向流路形成体FB同时供给。
·不使用恒温槽42，将两液体以常温(20°C左右)的状态供给。
·通过在第一液体(NaOH水溶液)中混入的百里酚蓝的变色(蓝色→黄色)来确认中和反应的完成。
·为了进行粘度调整，在第一液体或第一及第二液体中加入适量的乙二醇(实施例3及4)
(2)关于不溶流体
不溶流体使用氮气(实施例1、3、4)或十二烷(实施例2)。氮气通过压入有氮气的储气瓶(不溶流体容器32)的内压(初始压力0.3MPaG左右)而向流路形成体FB供给。十二烷通过专用泵向所述流路形成体FB供给。在哪种情况下都通过流量调整器36调整供给流量。
(3)关于流路形成体FB
·基板100的材质及板厚：SUS316L制，厚度0.8mm
·各槽141～144的条数：15条
·液体槽141、142及不溶流体槽143的深度(半圆截面的半径)：0.2mm
·混合槽144的全长及深度(半圆截面的半径)：3m×0.45mm
·合流用孔150及不溶流体导入孔153的孔径：0.5mm
[比较例]
图8是表示未供给不溶流体时的第一液体(NaOH水溶液)及第二液体(醋酸水溶液)的供给流量(每一个流路的供给流量。在其他图中也相同。)与中和反应所需距离(在两液体的中和完成为止，该流体需要在混合部54中流动的距离)的图。如该图所示，当两液体的供给流量增加时，中和反应所需距离也单纯地增大。
[实施例1]
第一液体使用1N氢氧化钠水溶液，第二液体使用1N醋酸水溶液，且不溶流体使用氮气来实施本发明的混合方法。具体而言，对于将所述两水溶液的流量都调节成0.5ml／min的情况、都调节成1ml／min的情况，分别适当变更氮气供给流量而反复实施，来研究该氮气供给流量与中和反应所需距离及中和反应所需时间的关系。在图9(a)(b)中表示该结果。
由上述的图可知，确认了无论作为第一及第二液体的各水溶液的流量如何，随着增加氮气流量，中和反应所需距离及中和反应所需时间都显著减少，当氮气流量成为2ml／min以上时，几乎瞬间(1秒以内)完成中和反应。
[实施例2]
第一液体使用1N氢氧化钠水溶液，第二液体使用1N醋酸水溶液，且不溶流体使用作为石油系液体的十二烷来实施本发明的混合方法。具体而言，对于将所述两水溶液的流量都调节成0.5ml／min的情况、都调节成1ml／min的情况，分别适当变更十二烷供给流量而反复实施，来研究该十二烷供给流量与中和反应所需距离的关系。在图10中表示该结果。
该图10的图表与所述实施例1的图9(a)的图表非常近似。该情况表示本发明的混合方法产生的混合促进效果在使用液体作为不溶流体的情况下也同样能够得到。但是，(虽然在图10中未示出)在十二烷流量为10ml／min以上的区域中，混合促进效果降低。对于其理由后述，但为了形成稳定的段塞流，更优选使用气体作为不溶流体。并且，该气体在回收容器40内能够容易从混合结束的液体分离。
[实施例3及4]
与实施例1完全同样，第一液体使用1N氢氧化钠水溶液，第二液体使用1N醋酸水溶液，且不溶流体使用氮气来实施本发明的混合方法。但是，通过在氢氧化钠水溶液中添加粘度为23.5cP(20℃)的乙二醇(实施例3)或在两水溶液中添加乙二醇(实施例4)，使该添加后的水溶液的粘度从1.0cP(20℃)上升到约12.0cP来进行实验。在图11中表示其结果。
该图11的图表也与所述实施例1的图9(a)的图表非常近似。该情况表示，即使稍微增减第一及第二液体的粘度(在对段塞流的形成没有影响的范围内)，也能够稳定地得到本发明的混合方法产生的混合促进效果。另外，无论作为有机溶剂的乙二醇是否混入，都能得到所述混合促进效果的情况暗示本发明不仅在水溶液彼此的混合中能够起到其效果，在油系液体彼此的混合中也能够起到其效果。
需要说明的是，本发明的混合的目的没有限定为上述的中和反应。例如，本发明还能够在用于从醛化合物制作乙醇的反应(还原的醛反应)的混合中适用。具体而言，在通过第一反应物(R1=C=CCOR2)与第二反应物(M-H金属氢化物)的完全混合及反应而生成中间体金属烯醇之后，通过该生成物与第三反应物R3-CO-R4的反应来生成乙醇时，在所述第一及第二反应物的混合中能够适用本发明。这种情况下，通过使第一及第二反应物分别为第一及第二液体，且在它们的合流后导入氮气作为不溶流体，从而能够与上述同样地形成段塞流来促进所述两液体的混合。
如以上那样，本发明提供一种对于在由微细流路构成的混合流路内使相互具有可溶性的混合对象液体即第一液体及第二液体混合有用的方法。该方法包括：使所述第一液体及所述第二液体在所述混合流路内合流的工序；对在所述流路内流动的合流后的液体从与该流路交叉的方向供给相对于所述第一液体及第二液体具有不溶性的不溶流体，来使该合流后的液体隔开间隔断开，从而在比所述不溶流体的供给位置靠下游侧的流路内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元与由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流，由此，在所述下游侧的流路内使各混合对象单元内的所述第一液体与所述第二液体混合的工序。
在该方法中，形成由在混合流路内合流后的第一及第二液体构成的混合对象单元与由不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流，由此促进所述第一液体与所述第二液体的混合，因此不需要以往那样的流路形状的复杂化或电压施加部的附设就能够提高混合效率。
在此，“相互具有可溶性的第一液体及第二液体”是指具有在将上述的液体彼此混合后，即使将该混合液静置，该液体彼此也不分离成层状那样的性质的流体，例示出两混合对象液体都为亲水性高的液体的情况、两混合对象液体都为亲油性高的液体的情况。另一方面，作为“相对于第一液体及第二液体具有不溶性的不溶流体”，例如在该第一及第二液体为亲水性高的液体的情况下，例示出例如油或水溶性低的气体(氮气或不活泼气体、碳化氢系气体等)，在该第一及第二液体为亲油性高的液体的情况下，例示出例如水或亲水性高的液体、相对于油的溶解度低的气体(氮气或不活泼气体等)。
本发明的方法还包括在所述第一及第二液体的混合完成后，从上述的混合对象液体将所述不溶流体分离的工序，由此能够取得本来所期望的混合流体。这种情况下，通过使用气体作为所述不溶流体，由此使该不溶流体与所述混合对象液体的分离显著容易化。
作为成为本发明的混合对象的液体、即所述第一及第二混合对象液体，适合例如具有水溶性的液体。这种情况下，只要使用非水溶性的流体作为所述不溶流体即可，尤其适合氮气或不活泼气体。
在本发明中，段塞流中的混合对象单元与不溶流体单元的体积比能够通过所述不溶流体的导入流量的调节而自由地设定。混合对象单元的体积越小，循环流起到的混合促进效果越提高，但相反，当不溶流体单元的体积的占有率变大时，混合对象液体的处理效率下降，并且还导致压力损失的增加、不溶流体的消耗量的不必要的增加。从这样的观点出发，优选所述体积比为1／2以上且2以下。
所述微细流路可以使用例如通过在基体上形成的槽构成的结构。
另外，本发明提供一种适合进行上述那样的混合的液体混合装置。该装置具备：流路形成体，其形成用于使相互具有可溶性的第一液体及第二液体混合的混合用流路；第一液体供给部，其向该流路形成体供给所述第一液体；第二液体供给部，其向所述流路形成体供给所述第二液体；不溶流体供给部，其向所述流路形成体供给相对于所述第一液体及所述第二液体这双方具有不溶性的不溶流体。所述流路形成体所形成的混合用流路具有：第一液体导入部，其被导入从所述第一液体供给部供给的第一液体；第二液体导入部，其被导入从所述第二液体供给部供给的第二液体，并且具有与所述第一液体导入部的终端连通的终端，以使该导入的第二液体和导入到所述第一液体导入部中的第一液体合流；混合部，其与两液体导入部的终端相连，用于使在该终端处合流后的液体流动的同时进行混合；不溶流体导入部，其具有与该混合部连通的终端，从而在所述混合部的中途位置对在该混合部内流动的所述合流后的液体从与该混合部交叉的方向导入从所述不溶流体供给部供给的不溶流体，由此在比所述不溶流体的导入位置靠下游侧的混合部内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元和由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流。
作为所述流路形成体，适合如下这样的流路形成体，其具有；形成有构成所述混合用流路的槽的基体；以覆盖该槽的方式装配在该基体上的盖体。尤其是通过所述基体由具有第一侧面及该第一侧面的背侧的第二侧面的基板构成，且在该基板的两侧面形成槽，从而能够通过紧凑的结构形成适合于所述液体混合方法的混合用流路。具体而言，所述基板适合为如下这样的基板，其设有：第一液体槽，其形成在所述基板的第一侧面上来构成所述第一液体导入部；混合槽，其以与该第一液体槽的终端相连的方式形成在所述第一侧面上来构成所述混合部；第二液体槽，其是形成在所述第二侧面上来构成所述第二液体导入部的槽，且具有该槽的终端位于所述第一液体槽的终端的背侧的形状；不溶流体槽，其是形成在所述第二侧面上来构成所述不溶流体导入部的槽，且具有该槽的终端位于所述混合部的中途部位的背侧的形状；合流用孔，其以将所述第一液体槽的终端和所述第二液体槽的终端连通的方式将所述基板沿其厚度方向贯通，从而能够进行所述第一液体与所述第二液体的合流；不溶流体导入孔，其以将所述混合槽的中途部位和所述不溶液体槽的终端连通的方式将所述基板沿其厚度方向贯通，从而能够进行相对于在所述混合槽内流动的液体的所述不溶流体的导入。该基板通过其第一侧面和第二侧面这双方的利用，能够通过紧凑的结构有效地进行第一液体及第二液体的合流、不溶流体相对于该合流后的液体的导入、利用通过该不溶流体的导入形成的段塞流的所述两液体的混合的促进，且该混合的促进能够实现所述混合槽的必要长度的缩短。

Claims (8)

1.一种液体混合方法，其用于在由微细流路构成的混合流路内使相互具有可溶性的混合对象液体即第一液体及第二液体混合，包括：
使所述第一液体及所述第二液体在所述混合流路内合流的工序；
对在所述流路内流动的合流后的液体供给相对于所述两混合对象液体具有不溶性的不溶流体，来使该合流后的液体隔开间隔断开，从而在比所述不溶流体的供给位置靠下游侧的流路内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元与由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流，由此，在所述下游侧的流路内使各混合对象单元内的所述第一混合对象液体和所述第二混合对象液体混合的工序。
2.根据权利要求1所述的液体混合方法，其中，
所述不溶流体为气体。
3.根据权利要求2所述的液体混合方法，其中，
所述液体混合方法还包括：在所述第一及第二液体的混合完成后从所述第一液体及第二液体将所述不溶流体分离的工序。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的液体混合方法，其中，
以所述段塞流中的混合对象单元与不溶流体单元的体积比成为1／5以上且4以下的方式设定所述不溶流体的导入流量。
5.根据权利要求1所述的液体混合方法，其中，
所述微细流路通过在基体上形成的槽构成。
6.一种液体混合装置，其用于使相互具有可溶性的第一液体及第二液体混合，具备：
流路形成体，其形成用于使所述第一液体及所述第二液体混合的混合用流路；
第一液体供给部，其向该流路形成体供给所述第一液体；
第二液体供给部，其向所述流路形成体供给所述第二液体；
不溶流体供给部，其向所述流路形成体供给相对于所述第一液体及所述第二液体这双方具有不溶性的不溶流体，
所述流路形成体所形成的混合用流路具有：
第一液体导入部，其被导入从所述第一液体供给部供给的第一液体；
第二液体导入部，其被导入从所述第二液体供给部供给的第二液体，并且具有与所述第一液体导入部的终端连通的终端，以使该导入的第二液体和导入到所述第一液体导入部中的第一液体合流；
混合部，其与两液体导入部的终端相连，用于使在该终端处合流后的液体流动的同时进行混合；
不溶流体导入部，其具有与该混合部连通的终端，从而在所述混合部的中途位置对在该混合部内流动的所述合流后的液体从与该混合部交叉的方向导入从所述不溶流体供给部供给的不溶流体，由此在比所述不溶流体的导入位置靠下游侧的混合部内形成由该合流后的液体构成的混合对象单元和由该不溶流体构成的不溶流体单元交替排列的段塞流。
7.根据权利要求6所述的液体混合装置，其中，
所述流路形成体具有：形成有构成所述混合用流路的槽的基体；以覆盖该槽的方式装配在该基体上的盖体。
8.根据权利要求7所述的液体混合装置，其中，
所述基体由具有第一侧面及该第一侧面的背侧的第二侧面的基板构成，
在该基板上设有：
第一液体槽，其形成在所述基板的第一侧面上来构成所述第一液体导入部；
混合槽，其以与该第一液体槽的终端相连的方式形成在所述第一侧面上来构成所述混合部；
第二液体槽，其是形成在所述第二侧面上来构成所述第二液体导入部的槽，且具有该槽的终端位于所述第一液体槽的终端的背侧的形状；
不溶流体槽，其是形成在所述第二侧面上来构成所述不溶流体导入部的槽，且具有该槽的终端位于所述混合部的中途部位的背侧的形状；
合流用孔，其以将所述第一液体槽的终端和所述第二液体槽的终端连通的方式将所述基板沿其厚度方向贯通，从而能够进行所述第一液体与所述第二液体的合流；
不溶流体导入孔，其以将所述混合槽的中途部位和所述不溶液体槽的终端连通的方式将所述基板沿其厚度方向贯通，从而能够进行所述不溶流体相对于在所述混合槽内流动的液体的导入。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20140226

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