JP2004105962A - マイクロリアクターを高圧力で操作するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 圧力容器12、および圧力容器12内に配置されるマイクロリアクター20を備える化学処理装置10において、第1供給路24を通して第1流体をマイクロリアクター20に注入すると同時に、第1供給路24から分岐する均圧路26を通して圧力容器12の内容積にも注入することにより、マイクロリアクター20の内部圧力を高めると共に、マイクロリアクター20の内容積と圧力容器12の内容積との圧力差がマイクロリアクター20の最大圧力限界を超えないようにする。次に、第2供給路30を通して、第2流体をマイクロリアクターに注入して化学操作を実施する。圧力容器12内において、マイクロリアクター20に熱を伝達する、熱伝導媒体を更に備えることが好ましい。
【選択図】 図1
Description
一般に、また本発明の1つの態様において、圧力容器の壁を貫通する注入路を通して、処理すべき1つ以上の流体を圧力容器内に収容されているマイクロリアクターに注入することができる。1つ以上の流体のうちの少なくとも1つの流体を、同じ注入路または別の注入路を通して、圧力容器内のマイクロリアクターを取り囲む容積内にも注入して、圧力容器内の圧力をマイクロリアクター内部の圧力に近い圧力、あるいは同じ圧力になるまで高めることが好ましい。次に1つ以上の流体をマイクロリアクター内部に規定される1つ以上の蛇行マイクロチャンネルに注入することにより、そこを流れる1つ以上の流体に対し、1つ以上の化学操作を円滑に行うことが好ましい。必要があるときは、前記1つ以上の流体をマイクロリアクター内部に規定されるマイクロチャンネル内に流す前、流している間、あるいは流した後に、例えば、混合、熱交換、分離、触媒反応、非触媒反応、光化学反応、光触媒反応、および/または電気化学反応を含むがこれに限定されない1つ以上の単位操作を行うことができる。その後、処理済の1つ以上の流体を、圧力容器の壁を貫通する1つ以上の排出路を通して、圧力容器内部から回収して、更に処理、あるいは分析を行うことができる。
図1に示すように、化学処理装置10は、壁14と取外し可能なカバー16とによって画成される内容積を有する圧力容器12を備えることが好ましい。取外し可能なカバー16は、圧力容器12の壁14との間を耐圧封止するステンレス・スチールのような金属、あるいはその他の適切な材料から成る、標準O−リングのような封止機構を備えることが好ましい。従来のO−リングをベースにした封止機構18が、各々の図に示されているが、取外し可能なカバー16に組み込まれていようが、圧力容器12の壁14に組み込まれていようが、耐圧封止が可能であれば、どのような機構でも、本発明の化学処理装置10に関連して使用することができることを当業者は理解できる。高圧、一般に、約数100バールの圧力に耐え得るものであれば、どのような容器でも、本発明の操作用件を満足するが、従来の圧力釜を用いることが好ましい。
第2の好ましい実施の形態である、化学処理装置10’が図2に示してある。化学処理装置10’は、壁14’を有する圧力容器12’、取外し可能なカバー16’、および取外し可能な底部17を備えている。取外し可能なカバー16’および底部17はいずれも標準のO−リングのような封止機構18’を備えている。マイクロリアクター20’が、熱伝導媒体22、好ましくはSiCに囲まれるようにして圧力容器12’内に配置されている。
第3の好ましい実施の形態である、化学処理装置10”が図3に示してある。本発明の別の実施の形態と同様に、化学処理装置10”は、圧力容器壁14”を有する圧力容器12”、および標準のO−リングのような封止機構18”を有する取外し可能なカバー16”を備えている。マイクロリアクター20が、圧力容器12”内の熱伝導媒体22、好ましくはSiC内に配置されている。
12、12’、12” 圧力容器
14、14’、14” 圧力容器壁
16、16’、16” 圧力容器の取外し可能なカバー
17 圧力容器の取外し可能な底部
18、18’、18” 封止機構
20、20’ マイクロリアクター
22 熱伝導媒体
24、24’ 第1流体供給路
26 均圧路
28 流量調整バルブ
30 第2流体供給路
31 マイクロチャンネルの排出口
32、32’ 流体排出路
Claims (20)
- 化学処理装置であって、
圧力容器、および
前記圧力容器内に配置されるマイクロリアクターを備え、
前記装置内において化学操作を行うとき、前記圧力容器が、該圧力容器およびマイクロリアクターを高圧力に保持するよう構成配置されることを特徴とする装置。 - 前記マイクロリアクターが、周期表のIII、IV、およびV族の非金属元素、セラミック、ガラス、ガラス・セラミック、ポリマー、複合材料、シリコン、および金属のグループから選択される材料から成ることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記圧力容器が圧力釜から成ることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記圧力容器内において、前記マイクロリアクターに熱を伝達する熱伝導媒体を更に備えることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記熱伝導媒体がSiCから成ることを特徴とする請求項4記載の装置。
- 前記マイクロリアクターが、複数の化学操作に対応できるよう構成されることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記圧力容器を貫通し、前記マイクロリアクター内部に達する、該マイクロリアクター内部の圧力を高めるための第1流体供給路、および前記圧力容器内部に達する、該圧力容器内部の圧力を高めるための第2流体供給路を更に備えることを特徴とする請求項1記載の装置。
- マイクロリアクターを高圧力で操作する方法であって、
前記マイクロリアクターを圧力容器内に配置するステップ、
前記マイクロリアクターおよび圧力容器内部を加圧するステップ、および
前記マイクロリアクターおよび圧力容器を高圧力に保持した状態で、前記圧力容器内において化学操作を行うステップ
の各ステップを有して成ることを特徴とする方法。 - 前記加圧ステップおよび化学操作ステップを実行する間、前記マイクロリアクター内部と該マイクロリアクターを囲む前記圧力容器の内容積との圧力差を15.0バール未満に保持するステップを更に有して成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記加圧ステップおよび化学操作ステップを実行する間、前記マイクロリアクター内部と該マイクロリアクターを囲む前記圧力容器の内容積との圧力差を約0.0〜約5.0バールに保持するステップを更に有して成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記加圧ステップが、少なくとも1つの供給路を通して、前記マイクロリアクターおよび圧力容器内部に流体を供給するステップを有して成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記加圧ステップが、第1供給路を通して、前記マイクロリアクター内部に第1流体を供給するステップ、および第2供給路を通して、前記圧力容器内部に前記第1流体とは異なる第2流体を供給するステップを有して成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 前記化学操作ステップに先立って、前記マイクロリアクター内部に対象とする流体を供給するステップを更に有して成ることを特徴とする請求項11記載の方法。
- 前記マイクロリアクター内部から前記圧力容器外部に伸びる排出路を通して、前記マイクロリアクター内部に供給した流体を、前記圧力容器の外部に排出するステップを更に有して成ることを特徴とする請求項13記載の方法。
- 前記マイクロリアクター内部に供給した流体を、前記圧力容器の内容積に流入させるステップ、および排出路を通して、前記流体を前記圧力容器の内容積から該圧力容器の外部に排出するステップを有して成ることを特徴とする請求項13記載の方法。
- 前記マイクロリアクターに熱を伝達するように、前記圧力容器内部に熱伝導媒体を配置するステップを更に有して成ることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 化学処理装置であって、
圧力容器、
前記圧力容器内に収容されるマイクロリアクター、および
前記装置内において化学操作が行われる間、前記圧力容器と協働して、該圧力容器およびマイクロリアクターを高圧力に保持する封止機構
を備えることを特徴とする装置。 - 前記マイクロリアクターおよび圧力容器が、それぞれ内容積を画成し、前記マイクロリアクターの内容積が、前記圧力容器の内容積に開放されることを特徴とする請求項17記載の装置。
- 前記マイクロリアクターおよび圧力容器が、それぞれ内容積を画成し、前記マイクロリアクターの内容積が、前記圧力容器の内容積に対し封止されることを特徴とする請求項17記載の装置。
- 前記圧力容器内において、前記マイクロリアクターに熱を伝達する熱伝導媒体を更に備えることを特徴とする請求項17記載の装置。
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