DE102007037669A1

DE102007037669A1 - Vorrichtung zur chemischen Synthese

Info

Publication number: DE102007037669A1
Application number: DE102007037669A
Authority: DE
Inventors: Mio Suzuki; Shigenori Togashi; Tetsuro Miyamoto; Tadashi Sano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US20080081005A1; JP2008080306A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erhöhung des Produktionsvolumens auch dann, wenn ein Mikroreaktor (101) verwendet wird, sowie in der Verbesserung der Qualität der Reaktionsprodukte. Eine Vorrichtung zur chemischen Synthese mit einem Mikroreaktor, der einen Mikrokanal aufweist, umfasst mehrere Mikroreaktoren (101), die parallel zueinander angeordnet sind, einen Ausgangsstoffbehälter zur Aufnahme eines Ausgangsstoffs, eine Pumpe (105) zur Förderung des Ausgangsstoffs, ein Einlassmagnetventil (104) und ein Auslassmagnetventil (107), die jeweils an Zufuhr- bzw. Abfuhrseite eines jeden Mikroreaktors (101) angeordnet sind, einen Temperatursensor (102) zum Erfassen der Temperatur in dem Mikroreaktor und einen Druckmesser (106), der an der Abfuhrseite der Pumpe (105) angebracht ist. Die Vorrichtung zur chemischen Synthese steuert das Öffnen und Schließen des Einlassmagnetventils (104) und des Auslassmagnetventils (107) sowie die Förderleistung der Pumpe in Verbindung mit den von dem Temperatursensor (102) und dem Druckmesser (106) erfassten Werten.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der am 29. September 2006 eingereichten japanischen Anmeldung JP 2006-266252 in Anspruch, deren Inhalt dieser Anmeldung hiermit durch Bezugnahme hinzugefügt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Synthese, bei der eine chemische Reaktion zwischen zwei Fluiden in einem Mikrokanal einer Größenordnung von mehreren zehn Mikrometern bis mehreren hundert Mikrometern veranlasst wird. Sie eignet sich im Besonderen für eine Vorrichtung zur chemischen Synthese, die eine parallele Anordnung von Mikrokanälen zur Erhöhung des Produktionsvolumens umfasst.
Beschreibung des Stands der Technik
Eine Mikrovorrichtung für chemische Reaktionen wird als Mikroreaktor bezeichnet. Dessen Merkmale umfassen (1) hohe Heiz- und Kühlraten, (2) eine laminare Strömung, (3) eine große Oberfläche pro Volumeneinheit, (4) eine wegen einer kurzen Diffusionslänge einer Substanz schnell voranschreitende Reaktion und dergleichen mehr. Der Mikroreaktionsbereich kann auf die chemische Reaktion unter Umständen einen wesentlichen Einfluss ausüben.
Das Überführen einer Synthese im Labormaßstab in die industrielle Produktion erforderte überdies viel Zeit und Aufwand, da die Herstellung und Überprüfung einer Pilotanlage für das Scale-up unerlässlich sind.
Außerdem umfasst eine chemische Reaktion in einem Mikroreaktionsbereich bei einem jeden der Mikroreaktoren die Überwachung von Reaktionstemperatur, Druck, Durchfluss und Menge der Reaktionsprodukte, wobei die Messwerte zurückgeführt werden, um über eine präzise Steuerung von Temperatur und Reaktionszeit eine höhere Effizienz der chemischen Reaktion zu erreichen, wie es zum Beispiel aus dem in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2006-145516 Offenbarten bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Anlage mit parallel angeordneten Mikroreaktoren zur sicheren und unterbrechungsfreien Synthese einer bestimmten Produktionsmenge für die großtechnische Herstellung über einen längeren Zeitraum kann eine Änderung der Durchflusses oder dergleichen, die durch das Auftreten anormaler Zustande in den Kanälen eines oder mehrerer Mikroreaktoren bedingt sind, unter Umständen die Reaktionsbedingungen für andere Mikroreaktoren verändern. Außerdem kann sich die Zusammensetzung oder dergleichen von Reaktionsprodukten eines Mikroreaktors, bei dem anormale Zustande angetroffen werden, möglicherweise von den Reaktionsprodukten unterscheiden, die unter normalen Bedingungen erhaltenen werden.
Zudem ist eine Vorrichtung parallel angeordneter Mikroreaktoren, die eine parallele Anordnung von vielen Mikroreaktoren umfasst und bei der, wie es beim herkömmlichen Stand der Technik der Fall ist, anormale Zustande durch bloßes Überwachen von Druck und Durchfluss in jedem der Mikrokanäle erkannt werden, nicht zur eigentlichen Produktion geeignet und hat vor allem eine Erhöhung der Produktions kosten zur Folge. Zum Beispiel ist ein Sensor zur Überwachung von Druck oder Durchfluss zwangsläufig teuer, denn der Sensor muss den Anforderungen nach hoher Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit genügen, da für die Reaktion unterschiedliche chemische Substanzen verwendet werden und unterschiedliche Reaktionstemperaturen auftreten, wobei der Sensor zum Nachweis kleinster Druck- oder der Durchflussänderungen eine geringe Messunsicherheit sicherstellen muss.
Es ist außerdem notwendig, dass nicht nur anormale Zustande erkannt werden, die von einer Änderung des Drucks oder des Durchflusses herrühren, sondern auch anormale Zustände, die keine Änderung des Drucks oder des Durchflusses bedingen, wie beispielsweise ein Abfall einer Reaktionsgeschwindigkeit oder eine unkontrollierte Reaktion.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben angegebenen Probleme zu lösen, die der herkömmlichen Technik zu eigen sind, das Produktionsvolumen auch bei Verwendung eines Mikroreaktors zu erhöhen, ein effizientes Übertragen und Scale-up von der Forschung und Entwicklung in die industrielle Produktion zu erreichen und die Qualität der Reaktionsprodukte zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, nach dem Auftreten eines anormalen Zustands den anormalen Zustand schnell zu lokalisieren, um es dadurch zu ermöglichen, dass der Einfluss des anormalen Zustands auf das Produktionsvolumen oder dergleichen verringert und ein normaler Zustand wiederhergestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der von einem Zuwachs des Produktionsvolumens unabhängigen Vereinfachung der Wartung und der damit verbundenen Verringerung der Wartungskosten.
Die vorliegende Erfindung soll übrigens zumindest eine der oben angegebenen Aufgaben erfüllen.
Zur Lösung der oben angegebenen Aufgaben gibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur chemischen Synthese an, die einen Mikroreaktor mit einem Mikrokanal zum Vermischen von zumindest zwei Fluiden umfasst, sowie einen Behälter zum Auffangen einer in dem Mikroreaktor vermischten Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung umfasst:
mehrere zueinander parallel angeordnete Mikroreaktoren, einen Ausgangsstoffbehälter zur Aufnahme eines Ausgangsstoffes, der in den Mikroreaktor eingeleitet wird, eine Pumpe zum Fördern des Ausgangsstoffes, ein Einlassmagnetventil und ein Auslassmagnetventil, die jeweils an den Einlass- und Auslassseiten des Mikroreaktors angeordnet sind, einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur in dem Mikroreaktor und einen Druckmesser, der an der Auslassseite der Pumpe angebracht ist, wobei das Öffnen und Schließen des Einlassmagnetventils und des Auslassmagnetventils sowie die Förderleistung der Pumpe abhängig von den über den Temperatursensor und den Druckmesser erfassten Werten gesteuert werden.
Die Magnetventile sind gemäß der vorliegenden Erfindung an den Einlass- und Auslassseiten des Mikroreaktors angeordnet, wobei das Öffnen und Schließen der Magnetventile sowie der Durchfluss in Abhängigkeit von Temperatur und Druck gesteuert werden. Dadurch ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Erhöhung des Produktionsvolumens unter Verwendung eines Mikroreaktors und eine Verbesserung der Qualität der Reaktionsprodukte. Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem, den Einflusses eines aufgetretenen anormalen Zustands auf das Produktionsvolumen und dergleichen zu mindern und einen normalen Zustand wiederherzustellen, wobei eine Vereinfachung der Wartung unabhängig von einer Zunahme des Produktionsumfangs möglich wird.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beiliegenden Figuren ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen. In der nachfolgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung ausführlicher im Hinblick auf besondere Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, von denen
1A und 1B jeweils ein Blockschaltbild darstellen, das eine Temperatursensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, beziehungsweise eine parallele Anordnung mehrerer Mikroreaktoren gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt,
2A und 2B jeweils ein Diagramm darstellen, das eine Temperaturänderung in dem Mikroreaktor zeigt, wenn sich die Ausführungsform im normalen Zustand befindet, beziehungsweise eine Temperaturänderung in dem Mikroreaktor zeigt, wenn bei der Ausführungsform ein anormaler Zustand auftritt,
3 ein Blockschaltbild darstellt, das ein System gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 ein Blockschaltbild darstellt, das ein System gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5A, 5B und 5C jeweils ein Diagramm darstellen, das einen Durchfluss in einem Block zeigt, in dem kein anormaler Zustand vorliegt, beziehungsweise einen Durchfluss in einem Block zeigt, der einen Mikroreaktor enthält, bei dem ein anormaler Zustand angetroffen wird, sowie einen Durchfluss in einem Kanal zum Aufspüren eines anormalen Zustands zeigt, und
6 ein Flussdiagramm darstellt, das einen Steuerungsalgorithmus bei Auftreten eines anormalen Zustands zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.
1A zeigt eine Konzeptdarstellung eines Kanals, der einen Mikroreaktor mit einer Vorrichtung zum Überwachen der Temperatur und einen Mechanismus zum Regulieren des Durchflusses umfasst. In dem Mikroreaktor werden n Lösungsarten vermischt. In einem internen Kanalmischer eines Mikroreaktors 101 ist ein Temperatursensor 102 angebracht um die Kanaltemperatur in dem Mikroreaktor 101 in Echtzeit zu überwachen und um den gemessenen Wert in ein Steuerungssystem 103 einzugeben. Entsprechend der gemessenen Kanaltemperatur steuert das Steuerungssystem 103 das Öffnen und Schließen eines Einlassmagnetventils 104 und eines Auslassmagnetventils 107 sowie die Förderleistung von Pumpen zum Fördern der Ausgangslösungen in den Mikroreaktor 101, nämlich von einer Pumpe 105a für einen Ausgangsstoff a bis zu einer Pumpe 105n für einen Ausgangsstoff n.
In der 1B ist in einer Konzeptdarstellung eine parallele Anordnung mehrerer, wie in 1A gezeigter Systeme gezeigt. Für den Teil der Ausgangslösungen ist in der 1B ein Kanal für eine der n Arten von Ausgangslösungen in Alleinstellung gezeigt. Die Pumpe 105 ermöglicht die Förderung der Lösung zu allen der mehreren parallel zueinander angeordneten Mikroreaktoren 101. Die in den Kanalmischern innerhalb der Mikroreaktoren 101 angebrachten Temperatursensoren 102 ermöglichen es, die Kanaltemperaturen in den Mikroreaktoren in das Steuerungssystem 103 sequentiell individuell einzugeben. Entsprechend den gemessenen Kanaltemperaturen steuert das Steuerungssystem 103 das Öffnen und Schließen der Einlassmagnetventile 104 und der Auslassmagnetventile 107 sowie die Förderleistung der Pumpe 105 zur Förderung der Ausgangslösung in die Reaktoren.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines anormalen Zustands aufgrund einer Temperaturänderung beim Auftreten einer exothermischen Reaktion, wobei auf Diagramme Bezug genommen wird, die zeigen, wie sich die Temperatur in dem in den 1A und 1B gezeigten System ändert, wenn es sich im normalen Zustand bzw. im anormalen Zustand befindet.
2A zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur in der Nähe des im normalen Zustand betriebenen Reaktors, wobei die Kanaltemperatur bis zum Zeitpunkt t₁₁ des Reaktionsbeginns von einer Vorreaktions-Kanaltemperatur T₁₁ gebildet wird. Im Anschluss an den Reaktionsbeginn erhöht sich die Kanaltemperatur nach dem Zeitpunkt t₁₁ des Beginns der Reaktion auf eine anschließend konstant gehaltene übliche Reaktionstemperatur T₁₂. Diese Temperatur wird bis zum Abschluss der Reaktion konstant gehalten, das heißt, bis zur Beendigung des Betriebs der Pumpe 105.
2B zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur in der Nähe des Reaktors, bei dem während des Betriebs im Kanal ein anormaler Zustand angetroffen wird, wobei das Temperaturverhalten bis zum Zeitpunkt t₁₂ des Auftretens der Anormalität dem in 2A dargestellten entspricht. Wird in dem Kanal zum Zeitpunkt t₁₂ des Auftretens der Anormalität der Anormalitätszustand angetroffen, dann steigt die Kanaltemperatur zum Beispiel im Falle einer unkontrollierten Reaktion an, wodurch sich gegenüber der üblichen Reaktionstemperatur T₁₂ eine Temperaturabweichung von ΔT ergibt.
Die Kanaltemperatur wird mit dem Temperatursensor 102 erfasst und der Messwert wird in das Steuerungssystem 103 eingegeben. Dadurch erkennt das Steuerungssystem 103 die Temperaturabweichung ΔT gegenüber der üblichen Reaktionstemperatur T₁₂, die von dem im Kanal anzutreffenden anormalen Zustand herrührt, und schließt die Einlassmagnetventile 104 vor und hinter dem Mikroreaktor, bei dem die Temperaturabweichung auftritt, um so zu verhindern, dass ein in dem Mikroreaktor, bei dem der anormale Zustand anzutreffen ist, befindliches Fluid mit anderen Fluiden von anderen Mikroreaktoren zusammengeführt wird.
In dem Fall, bei dem die Pumpe 105 laufend die Ausgangslösung mit einer festgelegten Durchflussleistung weiter fördert, führt das Schließen des Kanals, bei dem der anormale Zustand anzutreffen ist, zu einer Erhöhung des Durchflusses der in andere Mikroreaktoren fließenden Ausgangslösung. Dadurch stellt das Steuerungssystem 103 eine mit dem Schließen des Kanals verbundene Änderung des Durchflusses in Anlehnung an einen Druckwert fest, der von einem Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals eingegeben wurde, wobei dieser unmittelbar hinter der Pumpe 105 und vor einem Verzweigungspunkt des Kanals angebracht ist. Das Steuerungssystem 103 ändert die Förderleistung der Pumpe 105 dann so, dass der Durchfluss dem vor der Änderung entspricht. Dies ermöglicht es die in andere Mikroreaktoren einströmende Durchflussmenge konstant zu halten. Ersatzweise kann das Steuerungssystem 103 die Förderleistung so steuern, dass die Förderleistung proportional zur Anzahl der im Betrieb befindlichen Mikroreaktoren 101 verläuft.
Ferner liegt die Messabweichung für die Reaktionstemperatur in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 Grad, da es sich bei dem Mikroreaktor um einen dünnen Kanal handelt. Das Steuerungssystem 103 beurteilt einen anormalen Zustand daher günstigerweise als einen Zustand, bei der die Temperaturabweichung ΔT von der üblichen Reaktionstemperatur T₁₂ 0,1 bis 0,2 Grad entspricht oder größer ist. Dies ermöglicht ein schnelles Erfassen und Behandeln des anormalen Zustands, wie beispielsweise das Ausgeben einer Warnung, falls die Temperaturabweichung ΔT 0,1 Grad erreicht oder überschreitet.
3 zeigt ein System, das einen Kanal mit einem Mikroreaktor umfasst, bei dem ein anormaler Zustand aufgetreten ist, und bei dem in den Kanälen vor und nach einem jeden der Mikroreaktoren Reinigungskanäle angebracht sind. An den Kanälen vor bzw. hinter dem Mikroreaktor 101 sind jeweils ein Dreiwege-Einlassmagnetventil 302 und ein Dreiwege-Auslassmagnetventil 303 angeordnet, wobei jedes der Ventile 302 und 303 eine Verbindung mit dem Reinigungskanal aufweist.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung eines Mikroreaktors, bei dem der anormale Zustand anzutreffen ist, und auf ein Verfahren zum Wiederverbinden eines Mikroreaktors mit einem originären Kanal.
Ein im anormalen Zustand befindlicher Reaktor 301, bei dem ein anormaler Zustand anzutreffen ist (nachfolgend einfach als "im anormalen Zustand befindlicher" Reaktor bezeichnet), wird von dem Steuerungssystem 103 mit den Reinigungskanälen durch Betätigen des Dreiwege-Einlassmagnetventils 302 und des Dreiwege-Auslassmagnetventils 303 verbunden. Der Reinigungszufuhrkanal ist mit einem Reinigungslösungsbehälter 306, einer Reinigungslösungspumpe 308 und einem Reinigungskanalsensor 309 verbunden. Der Reinigungsabfuhrkanal ist mit einem Abfallbehälter 307 verbunden. Als Reinigungskanalsensor 309 wird günstigerweise ein Druckmesser oder ein Strömungsmesser verwendet.
Nach dem Umschalten zum Verbinden der Kanäle vor und hinter dem im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 mit den Reinigungskanälen nimmt das Steuerungssystem 103 die Reinigungslösungspumpe 308 in Betrieb, so dass die Pumpe 308 für eine Förderung der Reinigungslösung mit einem festgelegten Durchfluss oder Druck sorgt.
Bei der zu fördernden Reinigungslösung handelt es sich günstigerweise um ein Lösungsmittel mit einer hohen Affinität oder hohen Löslichkeit für eine in der Ausgangslösung gelöste Substanz, da der anormale Kanalzustand unter Umständen von einer Ablagerung des Ausgangsstoffs an einer Kanalwand herrühren kann.
Während der Förderung des Lösungsmittels überwacht der Reinigungskanalsensor 309 laufend den Druck oder den Durchfluss in den Kanälen, wobei er den gemessenen Wert an das Steuerungssystem 103 ausgibt. Befindet sich der Kanal im normalen Zustand, dann werden die Förderleistung der Reinigungslösungspumpe 308 oder der Druck darin voreingestellt, damit Druck oder Durchfluss einen bestimmten festgelegten Wert annehmen.
Wenn, nachdem das Lösungsmittel eine gewisse Zeit lang gefördert wurde, der von dem Reinigungskanalsensor 309 überwachte Druck oder Durchfluss dem Druck oder Durchfluss bei einem normalem Kanalzustand entspricht, dann entscheidet das Steuerungssystem 103, dass der im anormalen Zustand befindliche Reaktor 301 den anormalen Zustand verlassen hat, und schaltet die Dreiwege-Einlassmagnetventile 302 an dem im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 um, wodurch eine Verbindung mit der Seite für die Ausgangslösung zum Einlassen der Ausgangslösung geschaffen wird.
Nachdem die Ausgangslösung solange hindurch gelaufen ist, dass die Ausgangslösung die Reinigungslösung ersetzt, die in dem internen Kanal des im anormalen Zustand befindlichen Reaktors 301 und in den, dem Reaktor 301 vorangehenden und nachfolgenden Kanälen verblieben ist, schaltet das Steuerungssystem 103 das Dreiwege-Auslassmagnetventil 303 des im anormalen Zustand befindlichen Reaktors 301 um, wodurch eine Verbindung zur Seite der Produktlösung geschaffen wird. Infolge dessen fließt die durch den im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 fließende Lösung wieder in einen Produktbehälter.
Im Folgenden wird unter Verweis auf die 4 ein wie unten angegeben aufgebautes System beschrieben. Die Kanäle vor den Mikroreaktoren werden zusammengeführt und auch die Kanäle hinter den Mikroreaktoren werden zusammengeführt. Hierdurch bilden die Mikroreaktoren einen Block. Ein Sensor zum Erfassen eines anormalen Zustands ist entweder in dem Kanal vor oder hinter dem Block angebracht. Ein weiterer Kanal ist zur Verwendung beim Aufspüren eines anormalen Zustands angebracht und hierfür mit einem Druckmesser oder einem Strömungsmesser ausgestattet.
Jeder Block wird durch Zusammenführen mehrerer Zufuhr- und Abfuhrkanäle zu einer Einheit gebildet, die die Mikroreaktoren 101, Dreiwege-Einlassmagnetventile 401 und Dreiwege-Auslassmagnetventile 402 umfasst. In dem Zufuhrkanal des Blocks ist ein Blockzufuhrkanalmagnetventil 403 angebracht. Ein Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands ist entweder in dem Zufuhr- oder Abfuhrkanal des Blocks angebracht. Zur Verwendung als Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands eignen sich ein Strömungsmesser, ein Druckmesser, ein Thermometer, ein Absorptiometer oder dergleichen.
Der Einbauort eines Sensors 407 zum Erkennen eines anormalen Zustands kann wie unten angegeben zur genauen Erfassung eines in dem Mikroreaktor 101 anzutreffenden anormalen Zustands festgelegt werden. Wird als Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands ein Druckmesser verwendet, dann wird der Sensor 407 in den Blockzufuhrkanälen angebracht. Wird ein Thermometer oder ein Absorptiometer als Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands verwendet, dann wird der Sensor 407 in dem Abfuhrkanal des Blocks angebracht. Wird ein Strömungsmesser als Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands verwendet, so kann der Sensor 407 entweder in den Zufuhr- oder in den Abfuhrkanälen des Blocks angebracht werden, da eine Änderung des Durchflusses aufgrund eines in dem Mikro reaktor 101 anzutreffenden anormalen Zustands sowohl in den Zufuhr- als auch den Abfuhrkanälen des Blocks nachweisbar ist.
Der Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands überwacht laufend den Zustand der Kanäle und gibt die Messwerte an das Steuerungssystem 103 aus. Den gemessenen Werten entsprechend steuert das Steuerungssystem 103 das Öffnen und Schließen des Blockzufuhrkanalmagnetventils 403 sowie die Förderrate der Pumpe 105. Außer den Ausgangslösungs- und Produktlösungskanälen ist mit dem Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 und dem Dreiwege-Auslassmagnetventil 402 noch ein Kanal zum Erfassen eines anormalen Zustands verbunden.
Tritt in dem im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 eine Verengung oder ein Zusetzen des Kanals auf, dann verändern sich Durchfluss oder Druck durchgehend im gesamten Block, in dem der Reaktor 301 enthalten ist. Die Änderung von Durchfluss oder Druck wird durch den Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands überwacht, wobei dieser den gemessenen Wert wiederum in das Steuerungssystem 103 eingibt. Daraufhin schließt das Steuerungssystem 103 bei Eintritt der Druck- oder Durchflussänderung das Blockzufuhrkanalmagnetventil 403 des Blocks, in dem sich der im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 befindet. Gleichzeitig verbindet das Steuerungssystem 103 die Abfuhrkanäle mit dem Abfallbehälter 307, indem es ein Blockabfuhr-Dreiwege-Magnetventil 404 betätigt, das sich hinter dem Block befindet, der den im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 enthält.
Ferner veranlasst das Steuerungssystem 103 zur selben Zeit das Anfahren einer Pumpe 406 zum Auspüren eines anormalen Kanals und steuert das Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 und das Dreiwege-Auslassmagnetventil 402 für einen der Mikroreaktoren 401 des Blocks an, der den im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 enthält, um den Mikroreaktor 101 hierüber mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands zu verbinden.
Die Pumpe 406 zum Auffinden des anormalen Kanals nimmt den Betrieb zum Fördern einer Lösung aus dem Behälter 405, der eine Lösung zum Auffinden eines anormalen Kanals enthält, in den Mikroreaktor 101 auf, wobei der Druck in dem Kanal über einen Sensor 408 zum Auffinden eines anormalen Kanals überwacht wird, der den Messwert wiederum in das Steuerungssystem eingibt. Als Sensor 408 zum Auffinden eines anormalen Kanals werden ein Druckmesser oder ein Strömungsmesser verwendet.
Wenn sich der Kanal, der den Mikroreaktor 101 enthält, der mit dem Kanal zum Auffinden des anormalen Kanals verbunden ist, in einem normalen Zustand befindet, dann sind die Förderleistung der Pumpe 406 zum Auffinden des anormalen Kanals oder der Druck darin vorgegeben, so dass der von dem Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals beobachtete Druck oder Durchfluss einen bestimmten festgelegten Wert aufweisen. Daher entscheidet das Steuerungssystem 103, wenn der von dem Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals beobachtete Druck oder Durchfluss, den vorgegebenen Werten entsprechen, dass sich der Kanal in einem normalen Zustand befindet, und trennt den Mikroreaktor 101 von dem Kanal zum Auffinden eines anormalen Zustands durch Ansteuern des Dreiwege-Einlassmagnetventils 401 und des Dreiwege-Auslassmagnetventils 402 im Zufuhr- bzw. Abfuhrkanal ab.
Zur gleichen Zeit stellt das Steuerungssystem 103 eine Verbindung mit dem Kanal zum Auffinden eines anormalen Zustands her, indem es das Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 und das Dreiwege-Auslassmagnetventil 402 vor und nach einem anderen Mikroreaktor 101 in dem anormalen Block betätigt und denselben Vorgang wiederholt. Wird der Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands bei der Wiederholung dieses Vorgangs mit dem im anormalen Zustand befind lichen Reaktor 301 verbunden, dann zeigt der Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals einen Wert an, der sich von dem Wert unterscheidet, den der Sensor 408 anzeigt, wenn er mit einem normalen Kanal verbunden ist. Folglich entscheidet das Steuerungssystem 103, dass sich der in einem anormalen Zustand befindliche Reaktor 301 in einem anormalen Zustand befindet. Daraufhin öffnet das Steuerungssystem 103 das Blockzufuhrkanalmagnetventil 403 des Blocks, in dem sich der im anormalen Zustand befindliche Reaktor 301 befindet, wobei es die Verbindung der Kanäle vor und nach dem sich im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 zu dem Kanal zum Aufspüren eines anormalen Zustands aufrecht erhält, damit die Ausgangslösung eingelassen werden kann. Die Verbindung des nachfolgenden Dreiwege-Blockmagnetventils 404 des Blocks, in dem sich der im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 befindet, mit dem Abfallbehälter 307 wird aufrecht erhalten. Abgesehen von dem im anormalen Zustand befindlichen Reaktor fließt die Ausgangslösung dadurch durch die in dem anormalen Block befindlichen Mikroreaktoren 101, wobei die Ausgangslösung ebenfalls in den Abfallbehälter 307 fließt. Dadurch verdrängt die Ausgangslösung eine in den Mikroreaktoren 101 befindliche Lösung zum Auffinden eines anormalen Kanals, alte Ausgangslösung oder Produktlösung. Nach dem Durchleiten eines Ausgangslösungsvolumens, das größer ist, als es zum Verdrängen der Lösung notwendig ist, stellt das Steuerungssystem 103 eine Verbindung mit dem Kanal her, der zu einem Produktlösungsbehälter 305 führt, indem es das dem Block nachfolgende Dreiwege-Magnetventil 404 des Blocks, in dem sich der im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 befindet, betätigt, so dass die von dem im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 verschiedenen Reaktoren wieder mit den ursprünglichen Kanälen verbunden werden.
Wenn die Pumpe 105 die Förderung der Ausgangslösung mit einer festgelegten Förderleistung laufend aufrecht erhält, dann führt das Schließen eines Blocks, in dem ein anormaler Zustand angetroffen wird, zu einer Erhöhung des in die anderen Mikroreaktoren eingehen den Durchflusses. Wenn zugelassen wird, dass die Ausgangslösung nach dem Auffinden des in einem anormalen Zustand befindlichen Reaktors 301 in den Block fließen kann, in dem sich der im anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 befindet, dann führt dies zu einer Verringerung des in die anderen Mikroreaktoren eingehenden Durchflusses. Das Steuerungssystem 301 bemerkt daher über den Druckwert, der von dem unmittelbar nach der Pumpe 105 und vor dem Verzweigungspunkt des Kanals angebrachten Druckmesser 106 für die Überwachung des Zugangskanals eingespeist wird, eine mit dem Schließen oder Öffnen des Kanals verbundene Druckänderung. Das Steuerungssystem 103 ändert daraufhin die Förderleistung der Pumpe 105 so, dass der Druck dem vor der Änderung entspricht. Dadurch kann der in die anderen Mikroreaktoren eingehende Durchfluss konstant gehalten werden. An dieser Stelle kann das Steuerungssystem 103 ein einfaches Förderleistungssteuerungsverfahren übernehmen, das eine Steuerung der Förderleistung umfasst, bei der die Förderleistung proportional der Anzahl der verwendeten Mikroreaktoren 101 verläuft. Bei dem in der 4 gezeigten System besteht keine Notwendigkeit zum zusätzlichen Vorsehen des in 3 gezeigten Reinigungslösungskanals, wobei Kanal und Behälter zum Auffinden eines anormalen Kanals auch als Reinigungslösungskanal bzw. -behälter dienen können.
Die 5A bis 5C zeigen eine Änderung im Durchfluss durch jeden der Blöcke und Reinigungskanäle, bei denen eine Verengung eines Kanals in einer Mikroreaktoranlage auftritt, bei der ein auf Kanalblöcken basierendes System zum Erfassen eines anormalen Zustands und ein Kanal zum Erfassen eines anormalen Zustands auch als Reinigungskanäle dienen können. Bei normalen Betriebsbedingungen beträgt der Durchfluss in jedem Block V₂₁, bis zum Zeitpunkt t₂₁ des Auftretens einer Anormalität in einem Kanal ein anormaler Zustand angetroffen wird. Bei Antreffen des anormalen Zustands in dem Kanal zum Zeitpunkt t₂₁ des Auftretens der Anormalität nimmt der Durchfluss in einem Block, in dem sich der Reaktor befindet, in dem der anormale Zustand angetroffen wird, aufgrund des Vorliegens einer Verengung des Kanals in dem Reaktor, in dem die anormale Bedingung angetroffen wird, wie in 5B gezeigt, ab.
Eine Änderung im Durchfluss wird von dem Sensor 407 zum Erfassen eines anormalen Zustands wahrgenommen, der den festgestellten Wert dann wiederum an das Steuerungssystem 103 ausgibt. Hierdurch erkennt das Steuerungssystem 103 den anormalen Block. Daraufhin schließt das Steuerungssystem 103 zum Zeitpunkt t₂₂ des Erfassens des anormalen Zustands das Blockzufuhrkanalmagnetventil 403 für den anormalen Block, um hierüber den anormalen Block zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt fließt keine Ausgangslösung in den anormalen Block, wodurch der Durchfluss darin auf Null fällt, während der Durchfluss in den restlichen, nämlich den normalen Blöcken, wie in 5A gezeigt vorübergehend ansteigt. Daher ist ein Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals vorgesehen, der unmittelbar hinter der Pumpe 105 und vor dem Verzweigungspunkt des Kanals angebracht ist. Das Steuerungssystem 103 erkennt die Druckänderung über den Druckwert vom Druckmesser 106. Das Steuerungssystem 103 ändert daraufhin die Förderleistung der Pumpe 105 so, dass der Druck dem vor der Änderung entspricht. Dies ermöglicht es, den in die anderen Mikroreaktoren eingehenden Durchfluss konstant zu halten.
Nach dem Schließen des anormalen Blocks stellt das Steuerungssystem 103 auch eine Verbindung zu dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands her, indem es das Dreiwege-Magnetventil 401 und das Dreiwege-Auslassmagnetventil 402 für einen der in dem anormalen Block befindlichen Mikroreaktoren 101 ansteuert. Im Übrigen dient der Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands auch als Reinigungskanal. Nach dem Herstellen der Verbindung mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands betreibt das Steuerungssystem die Pumpe 406 zum Aufspüren des anormalen Kanals so, dass die Lösung in den Mikroreaktor 101 fließt, der mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands verbunden ist.
Befindet sich der Kanal, in dem sich der mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands verbundene Mikroreaktor 101 befindet, in einem normalen Zustand, dann sind die Förderleistung der Pumpe 406 zum Aufspüren des anormalen Kanals oder der Druck darin vorgegeben, so dass der von dem Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals überwachte Druck oder Durchfluss einen bestimmten festgelegten Wert aufweisen. Daher befindet sich der Kanal, in dem sich der Mikroreaktor 101 befindet, in einem normalen Zustand, wenn die Förderleistung der Pumpe 406 zum Auffinden des anormalen Kanals oder der Druck darin den vorgegebenen Werten entsprechen, wobei der Durchfluss in dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands wie in 5C gezeigt von einem Durchfluss V₂₃ gebildet wird, wenn die Lösung durch den normalen Kanal fließt. Kurzum, zu dieser Zeit erkennt das Steuerungssystem 103, dass sich der Kanal in einem normalen Zustand befindet und trennt daraufhin den Mikroreaktor 101 von dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands, indem es das Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 und das Dreiwege-Auslassmagnetventil 402, die vor bzw. hinter dem Kanal angeordnet sind, betätigt.
Anschließend stellt das Steuerungssystem 103 eine Verbindung mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands her, indem es das Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 und das Dreiwege-Auslassmagnetventil 402 für einen anderen in dem anormalen Block befindlichen Mikroreaktor 101 betätigt und denselben Vorgang wiederholt.
Wird in dem Kanal des Mikroreaktors 101, der mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands verbunden ist, ein anormaler Zustand angetroffen, dann ist der von dem Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals festgestellte Durchfluss geringer als der Durchfluss V₂₃, wenn die Lösung durch einen normalen Kanal strömt. Dieses Mal entscheidet das Steuerungssystem 103, dass sich der Mikroreak tor in einem anormalen Zustand befindet. Das Steuerungssystem 103 öffnet daraufhin das Blockzufuhrkanalmagnetventil 403 für den Block, in dem sich der Mikroreaktor 101 befindet, der als sich in einem anormalen Zustand befindend beurteilt wurde, wobei die Kanäle vor und hinter dem Mikroreaktor 101, der als sich in einem anormalen Zustand befindend beurteilt wurde, mit dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands verbunden bleiben.
Das Blockabfuhrkanalmagnetventil 404 des Blocks, in dem sich der Mikroreaktor 101 befindet, der als in einem anormalen Zustand befindlich beurteilt wird, bleibt mit dem Abfallbehälter 304 verbunden. Mit Ausnahme des Mikroreaktors 101 strömt dadurch die Ausgangslösung durch die in dem anormalen Block befindlichen Mikroreaktoren 101, der als in einem anormalen Zustand befindlich beurteilt wurde, wobei die Ausgangslösung ebenfalls in den Abfallbehälter 307 fließt. Dadurch kann die Ausgangslösung die sich in den normalen Mikroreaktoren 101 des anormalen Blocks befindende Lösung zum Auffinden des anormalen Kanals, alte Ausgangslösung oder Produktlösung verdrängen. Nachdem ein Ausgangslösungsvolumen durchgelaufen ist, das größer ist, als es zum Verdrängen der Lösung erforderlich gewesen wäre, stellt das Steuerungssystem 103 ferner eine Verbindung zu dem Kanal her, der zu dem Produktlösungsbehälter 305 führt, indem das Blockabfuhrkanalmagnetventil 404 für den Block betätigt wird, in dem sich der im anormalen Zustand befindliche Reaktor 301 befindet, wodurch die von dem sich in anormalen Zustand befindlichen Reaktor 301 verschiedenen Reaktoren wieder mit den ursprünglichen Kanälen verbunden werden.
Bei einer Reihe der oben erwähnten Vorgängen steigt der Durchfluss an, damit die Ausgangslösung wieder durch den Block strömt, der den Reaktor enthält, bei dem der anormale Zustand angetroffen wird. In dem Fall, bei dem jeder Block aus einem Block von N Mikroreaktoren 101 gebildet wird, erreicht der Durchflusswert zum Zeitpunkt t₂₃ der Wiederherstellung des anormalen Blocks wegen der Abkoppelung des anormalen Reaktors in dem Block, in dem sich der anormale Reaktor befindet, einen Wert V₂₂, welcher das (N – 1/N)-Fache des Durchflusses V₂₁ bei normalen Betriebsbedingungen beträgt.
Der Kanal zum Aufspüren eines anormalen Zustands erhält die Lösung weiterhin zugeführt, wenn er mit dem Mikroreaktor 101, bei welchem der anormale Zustand angetroffen wird, verbunden ist, wodurch sich wegen des Reinigungseffekts der Lösung, die durch den Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands fließt, der Durchfluss in dem Kanal zum Aufspüren des anormalen Zustands allmählich erhöht. Wenn anschließend der von dem Sensor 408 zum Auffinden des anormalen Kanals ermittelte Durchfluss dem Durchfluss V₂₃ für eine Lösung entspricht, die durch einen normalen Kanal fließt, dann entscheidet das Steuerungssystem 103, dass sich der im anormalen Zustand befindliche Mikroreaktor 101 nicht mehr im anormalen Zustand befindet und schaltet das Dreiwege-Einlassmagnetventil 401 für den im anormalen Zustand befindlichen Reaktors 101 um, wodurch zum Einzulassen der Ausgangslösung eine Verbindung zur Seite der Ausgangslösung hergestellt wird.
Nachdem die Ausgangslösung über einen Zeitraum hindurchgeleitet wurde, innerhalb dessen die Ausgangslösung die in dem internen Kanal des Mikroreaktors 101, der als sich in einem anormalen Zustand befindend beurteilt wurde, und in den Zufuhr- und Abfuhrkanälen des Mikroreaktors 101 verbliebene Reinigungslösung ersetzt, schaltet das Steuerungssystem 103 das Dreiwege-Auslassmagnetventils 402 für den Mikroreaktor 101 um, der als sich in einem anormalen Zustand befindend beurteilt wurde, so dass eine Verbindung zur Seite der Produktionslösung hergestellt wird. Dadurch fließt die durch den als sich im anormalem Zustand befindend beurteilten Mikroreaktor 101 fließende Lösung wieder in den Produktbehälter. Dadurch beträgt die Anzahl der in Betrieb befindlichen Reaktoren in dem Block, der den Reaktor enthält, bei dem ein anormaler Zustand angetroffen wird, N und entspricht damit der Anzahl in den normalen Blöcken. Daher ent spricht der Durchfluss in dem Block, in dem sich der im anormalen Zustand befindliche Reaktor befindet, zum Zeitpunkt der Wiederherstellung des anormalen Reaktors dem Durchfluss V₂₁ für normale Betriebsbedingungen.
Während einer bestimmten Zeitspanne nach dem Zeitpunkt t₂₁ des Auftretens der Anormalität, einer bestimmten Zeitspanne bis zum Zeitpunkt t₂₃ der Wiederherstellung eines anormalen Blocks und einer bestimmten Zeitspanne bis zum Zeitpunkt t₂₄ des Wiederherstellens eines anormalen Reaktors, liegen für eine Zeit Δt₂₁ in den normalen Blöcken und in dem Block, der den anormalen Reaktor enthält, anormale Durchflüsse vor. Diese Durchflussänderungen können unter Umständen die chemische Reaktion in den Mikroreaktoren 101 beeinflussen und zu einer Verschlechterung der Qualität des gesamten Reaktionsproduktes führen. Daher beseitigt das Steuerungssystem 103 eine von den Lösungen beeinträchtigte Reaktionslösung, die innerhalb der Zeitspanne Δt₂₁ durch die Mikroreaktoren 101 fließen, bei der ein von dem Sensor zum Erfassen des anormalen Zustands nachgewiesener und von dem Steuerungssystem 103 erkannter anormaler Durchfluss vorliegt, indem es das Blockabfuhrkanalmagnetventil 404 so umschaltet, dass für einen bestimmten Zeitraum eine Verbindung zu dem Kanal hergestellt wird, der zu dem Abfallbehälter 307 führt.
6 zeigt einen Verarbeitungsalgorithmus, wenn in einem Kanal einer Mikroreaktoranlage ein anormaler Zustand angetroffen wird, die ein, auf einem Temperatursensor beruhendes System zum Erfassen eines anormalen Zustands, ein auf Kanalblöcken basierendes System zum Erfassen eines anormalen Zustands und einen Reinigungskanal umfasst.
Bei einem Auftreten 601 eines anormalen Zustands in dem Mikroreaktor wird der anormale Zustand des Temperatursensors 102 oder des Sensors 407 zum Aufspüren eines anormalen Zustands in Form einer Temperaturänderung, einer Durchflussänderung oder einer Druckän derung erfasst. Das Steuerungssystem 103 entscheidet nach dem Auftreten des anormalen Zustands entsprechend der laufend überwachten Änderung von Temperatur, Durchfluss oder Druck, ob eine thermische Anormalität 602 vorliegt oder nicht. Wenn der Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals in dem der Pumpe 105 unmittelbar nachfolgenden Kanal eine Druckänderung feststellt, dann steuert das Steuerungssystem 103 die Förderleistung der Pumpe 105 so, dass der Druck in dem Gesamtsystem konstant gehalten wird.
Für den Fall, dass das Steuerungssystem 103 das Vorhandensein einer thermischen Anormalität 602 feststellt, schaltet 603 das Steuerungssystem 103 die Dreiwege-Magnetventile in den Zufuhr- und Abfuhrkanälen des als in einem anormalen Zustand befindlich beurteilten Mikroreaktors 101 um, wodurch eine Verbindung zum Reinigungskanal hergestellt wird. Eine durch die Stilllegung bedingte Änderung des Durchflusses in jedem der Mikroreaktoren 101 wird von dem Steuerungssystem 103 und dem Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals mittels Regulierung der Förderleistung der Pumpe 105 korrigiert.
Dann wird die Pumpe für die Reinigungsflüssigkeit in Betrieb gesetzt 604, um den anormalen Kanal zu reinigen. Der in dem Reinigungskanal angebrachte Reinigungskanalsensor 309 ermöglicht eine sequentielle Erfassung und Ausgabe von Druck oder Durchfluss an das Steuerungssystem 103. Das Steuerungssystem 103 überprüft 605 Druck oder Durchfluss anhand von Druckwert oder Durchflusswert beim Zuführen der Lösung durch den normalen Kanal. Die Reinigung wird fortgesetzt, wenn sich der überprüfte Druck oder Durchfluss vom Druck oder Durchfluss unter normalen Bedingungen unterscheiden.
Entspricht der überprüfte Druck oder Durchfluss dem Druck oder Durchfluss unter normalen Bedingungen, dann schaltet 606 das Steuerungssystem 103 das in dem Zufuhrkanal des Mikroreaktors 101, in dem der anormale Zustand angetroffen wurde, befindliche Dreiwege- Magnetventil um, wodurch eine Verbindung zu dem Ausgangslösungskanal hergestellt wird. Nachdem die Ausgangslösung über einen Zeitraum hindurchgeleitet wurde, innerhalb dessen die Ausgangslösung die in dem internen Kanal des sich im anormalen Zustand befindenden Mikroreaktors 101 und in den Zufuhr- und Abfuhrkanälen des Mikroreaktors 101 verbliebene Reinigungslösung ersetzt, schaltet 607 das Steuerungssystem 103 das sich im Abfuhrkanal des Mikroreaktors 101, in dem der anormale Zustand angetroffen wurde, befindende Dreiwege-Magnetventil um, wodurch der Mikroreaktor, bei dem die anormale Bedingung angetroffen wurde, wieder mit dem allgemeinen Kanal verbunden wird.
Eine Änderung des Durchflusses in einem der Mikroreaktoren 101 wird von dem Steuerungssystem 103 und dem Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals durch Regulieren der Förderleistung der Pumpe 105 korrigiert.
In dem Fall, bei dem das Steuerungssystem 103 das Nichtvorhandensein einer thermischen Anormalität 602 feststellt, betreibt das Steuerungssystem 103 den Sensor 407 zum Erfassen des anormalen Zustands am Ort 608 des anormalen Blocks. Das Steuerungssystem 103 schließt das Magnetventil vor dem Block, der als in einem anormalen Zustand befindlich beurteilt wurde, und schaltet 609 gleichzeitig das Dreiwege-Magnetventil hinter dem anormalen Block um. Dadurch wird das nachfolgende Dreiwege-Magnetventil mit der Seite des Reinigungskanals verbunden. Eine Änderung des Durchflusses in einem der Mikroreaktoren 101 wird von dem Kontrollsystem 103 und dem Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals durch Regulieren der Förderleistung der Pumpe 105 korrigiert.
Das Steuerungssystem schaltet die Dreiwege-Magnetventile vor und hinter dem Mikroreaktor 101 in dem anormalen Block um, wodurch es eine Verbindung mit dem Reinigungskanal herstellt. Ebenso wie im Fall des Auftretens einer thermischen Anormalität überprüft 605 das Steuerungssystem danach Druck oder Durchfluss beim Durchleiten der Reinigungslösung. Befindet sich der Mikroreaktor 101 in einem normalen Zustand, dann schaltet das Steuerungssystem die Dreiwege-Magnetventile vor und hinter einem anderen Mikroreaktor 101 des anormalen Blocks um, wodurch es eine Verbindung zu dem Reinigungskanal herstellt. Das Steuerungssystem wiederholt daraufhin dieselbe Überprüfung.
Befindet sich der Mikroreaktor 101 in einem anormalen Zustand, dann setzt das Steuerungssystem die Reinigung des Kanals fort. Die nachfolgende Prozedur ist dieselbe wie im Fall des Nachweises einer thermischen Anormalität.
Außer bei den Mikroreaktor, bei dem der anormale Zustand angetroffen wurde, öffnet das Steuerungssystem 610 das Magnetventil in dem Kanal vor dem anormalen Block, und stellt dadurch eine Verbindung mit dem Ausgangslösungskanal her. Nachdem die Ausgangslösung über einen Zeitraum hindurch durchgeleitet wurde, innerhalb dessen die Ausgangslösung die in den internen Kanälen des anormalen Blocks und den Kanälen vor und hinter dem anormalen Block verbliebene Reinigungslösung ersetzt, schaltet 611 das Steuerungssystem das Dreiwege-Magnetventil in dem Kanal hinter dem anormalen Block um, wodurch der anormale Block wieder mit dem allgemeinen Kanal verbunden wird. Eine Änderung des Durchflusses in einem der Mikroreaktoren 101 wird von dem Steuerungssystem 103 und dem Druckmesser 106 zur Überwachung des Hauptkanals durch Regulieren der Förderleistung der Pumpe 105 korrigiert.
Während einer Reihe der oben erwähnten Prozeduren führen die normalen Mikroreaktoren 101 und die allgemeinen Kanäle, die die normalen Mikroreaktoren 101 umfassen, ihren Betrieb entsprechend dem Betrieb vor Auftreten des anormalen Zustands fort.
Für den Fall, dass der Reinigungsbetrieb nicht zu einer Herstellung eines normalen Druckswerts führt, kann das Folgende ausgeführt werden. Falls der anormale Zustand möglicherweise von der Ablagerung des Ausgangsstoffs oder der Produktsubstanz im Innern des Kanals herrührt, dann kann zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Heizung oder dergleichen zum selektiven Heizen des Mikroreaktors 101 verwendet werden, wodurch die Auflösung des Ausgangsstoffs oder der Produktsubstanz in Gang gesetzt wird. Kann der anormale Zustand nicht beseitigt werden, dann wird der Betrieb unter Ausschluss des anormalen Kanals fortgesetzt.
Bei einer Anlage mit parallel zueinander angeordneten Mikroreaktoren zur sicheren und unterbrechungsfreien Synthese einer bestimmten Produktmenge für die kommerziellen Produktion über einen längeren Zeitraum ist zum Erkennen anormaler Zustande in einem Mikrokanal wie oben beschrieben ein Temperatursensor angeordnet. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren eine kostengünstige und schnelle Erfassung anormaler Zustände. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung ein schnelles und rationales Erfassen von anormalen Zuständen, die keine Änderung des Drucks oder Durchflusses zur Folge haben.
Ferner sind mehrere Reaktoren zu einem Block zusammengefasst, wobei der Sensor zum Erfassen des anormalen Zustands für jeden der Blöcke verwendet wird. Dies ermöglicht eine Verringerung der Anzahl der zum Erfassen eines anormalen Zustands verwendeten Sensoren, wodurch eine Verringerung der Herstellungskosten für ein Mikroreaktorsystem sowie eine einfachere Wartung erzielt werden.
Außerdem wird nur ein Mikroreaktor, bei dem ein anormaler Zustand angetroffen wird, gereinigt und wieder mit dem Produktionskanal verbunden. Ein deutlicher Abfall des Produktionsvolumens der Anlage kann dadurch verhindert werden.

Claims

Vorrichtung zur chemischen Synthese mit einem Mikroreaktor (101), der einen Mikrokanal zum Vermischen von zumindest zwei Fluiden und einen Behälter zum Aufnehmen einer in dem Mikroreaktor vermischten Flüssigkeit aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: mehrere der zuvor erwähnten Mikroreaktoren (101), die parallel zueinander angeordnet sind; einen Ausgangsstoffbehälter zum Aufnehmen eines in den Mikroreaktor einzuführenden Ausgangsstoffs; eine Pumpe (105) zum Fördern des Ausgangsstoffs; ein Einlassmagnetventil (104) und ein Auslassmagnetventil (107), die an den Einlass- bzw. Auslassseiten des Mikroreaktors angeordnet sind; einen Temperatursensor (102) zum Erfassen der Temperatur in den Mikroreaktoren; und einen Druckmesser (106), der an der Auslassseite der Pumpe angebracht ist, wobei das Öffnen und Schließen des Einlassmagnetventils (104) und des Auslassmagnetventils (107) wie auch die Förderleistung der Pumpe (105) in Verbindung mit von dem Temperatursensor (102) und dem Druckmesser (106) erfassten Werten gesteuert werden.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach Anspruch 1, worin alle zwei oder mehr der mehreren Mikroreaktoren zu einem Block zusammengefasst und mit Kanälen parallel verbunden sind.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach Anspruch 1 oder 2, worin das Auftreten eines anormalen Zustands in dem Mikroreak tor (101) entsprechend dem von dem Temperatursensor (102) erfassten Wert aufgefunden und das mit dem aufgefundenen Mikroreaktor verbundene Einlassmagnetventil daraufhin geschlossen wird.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Auftreten eines anormalen Zustands in dem Mikroreaktor (101) gemäß dem von dem Temperatursensor (102) erfassten Wert aufgefunden, sodann das mit dem aufgefundenen Mikroreaktor verbundene Einlassmagnetventil (104) geschlossen und die Förderleistung der Pumpe (105) so gesteuert wird, dass der Durchfluss in dem normalen Mikroreaktor (101) einen vorgegebenen Wert annehmen sollte.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Dreiwege-Einlassmagnetventil (302) anstelle des Einlassmagnetventils; ein Dreiwege-Auslassmagnetventil (303) anstelle des Auslassmagnetventils; eine Reinigungslösungspumpe (308) und einen Reinigungslösungsbehälter (306), die mit dem Dreiwege-Einlassmagnetventil (302) verbunden sind; einen Abfallbehälter (307), der mit dem Dreiwege-Auslassmagnetventil (303) verbunden ist; und einen Reinigungskanalsensor (309) zum Messen eines Drucks oder eines Durchflusses, wobei der Reinigungskanalsensor (309) zwischen dem Dreiwege-Einlassmagnetventil (302) der Reinigungslösungspumpe (308) angeordnet ist.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung aufweist: mehrere der zuvor erwähnten Mikroreaktoren (101), wobei alle zwei oder mehr davon zu einem Block zusammen gefasst und mit Kanälen parallel miteinander verbunden sind; ein Dreiwege-Einlassmagnetventil (401) anstelle des Einlassmagnetventils; ein Dreiwege-Auslassmagnetventil (402) anstelle des Auslassmagnetventils; eine Pumpe (406) zum Auffinden eines anormalen Kanals und einen Behälter (405) zum Auffinden eines anormalen Kanals, die mit dem Dreiwege-Einlassmagnetventil (401) verbunden sind; einen Abfallbehälter (307), der mit dem Dreiwege-Auslassmagnetventil verbunden ist; für jeden der Blöcke einen Sensor (407) zum Aufspüren eines anormalen Zustands und einen Sensor (407) zum Auffinden eines anormalen Kanals, der zur Messung eines Drucks oder einer Durchflusses ausgebildet und zwischen dem Dreiwege-Einlassmagnetventil und der Reinigungslösungspumpe angeordnet ist.
Vorrichtung zur chemischen Synthese nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung umfasst: mehrere der zuvor erwähnten Mikroreaktoren (101), von denen alle zwei oder mehrere zu einem Block zusammengefasst und die über Kanäle parallel miteinander verbunden sind; ein Dreiwege-Einlassmagnetventil (401) anstelle des Einlassmagnetventils; ein Dreiwege-Auslassmagnetventil (402) anstelle des Auslassmagnetventils; und einen Sensor (407) zum Aufspüren eines anormalen Zustands, der dazu ausgebildet ist, für jeden der Blöcke entweder einen Durchfluss, einen Druck, eine Temperatur oder einen Absorbanz nachzuweisen.