JP2005152727A - Extruder type continuous reactor - Google Patents

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Shoichi Kono
省一 河野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an extruder with a micro-reactor function in order to cause a chemical reaction of powder and a solid material. <P>SOLUTION: The extruder type continuous reactor comprises a barrel, a plurality of screws installed inside the barrel and a micro-reactor part to cause a chemical reaction of raw materials carried by a plurality of the screws in the barrel, wherein the micro-reactor part is a void part formed by the outer peripheral face of a stop ring installed at the downstream of the screws and the inner peripheral face of the barrel. The stop ring which constitutes the micro-reactor has a catalytic function. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はエクストルーダー型連続反応装置に関し、特にマイクロリアクターの機能を付与したエクストルーダー型連続反応装置に関する。   The present invention relates to an extruder type continuous reaction apparatus, and more particularly to an extruder type continuous reaction apparatus provided with a microreactor function.

工業用途に現在多用されている反応装置はバッチ式反応釜である。これは、2重ジャケット構造をもち、内部に仕込んだ原料を撹拌羽根等で撹拌しながら、蒸気等で反応対象物を加熱しながら反応させる装置である。
しかし、この反応釜は原料や反応生成物等の反応対象物の粘度が高い場合、反応時に均一な温度コントロールができない、均一な撹拌ができない、生成物の払出しに時間がかかるなどの問題がある。また、反応の実験装置では反応容器がガラス製であり、圧力変化や反応前後で物質量が変化する反応には適用できないとの問題がある。
このため、このような高粘度の原料や生成物を、連続的に処理する装置として2軸エクストルーダーやニーダーの利用が考えられる。
A reactor that is currently widely used for industrial applications is a batch reactor. This is a device having a double jacket structure and reacting while heating the reaction target with steam or the like while stirring the raw material charged inside with a stirring blade or the like.
However, this reaction kettle has problems such as when the viscosity of the reaction object such as raw materials and reaction products is high, the temperature cannot be uniformly controlled during the reaction, uniform stirring cannot be performed, and the product takes time to be taken out. . In addition, there is a problem in that the reaction vessel is made of glass in the experimental apparatus for the reaction and cannot be applied to a reaction in which the amount of substance changes before and after the pressure change or the reaction.
For this reason, it is conceivable to use a biaxial extruder or kneader as an apparatus for continuously processing such high-viscosity raw materials and products.

しかし、従来の2軸エクストルーダーやニーダーは、化学反応装置として使用する場合、特に粉体や高粘度の原料をスクリューによる搬送、均一混合等を行ないつつ、原料を連続的に化学反応させることは困難であり、考慮されていなかった。
一方、自動化学分析装置に用いられる混合反応装置として、送液手段を具備した第1の試料液を流すための第1の流路と、送液手段を具備した第2の試料液を流すための第2の流路と、前記第1の試料を複数の微小なノズルから前記第2の試料中に噴出させて混合する混合室と、該混合室で混合された試料を排出させるための第3の流路を備えた混合反応装置が知られている(特許文献1参照)。
しかしながら、この混合反応装置は、第1の試料を複数の微小なノズルから第2の試料中に噴出させて混合するための装置であり、第1および第2の試料を同時に混合するものではない。反応原料の粘度が高いと定量的な供給難しく、拡散係数も低下し、短時間での均一反応もできない。また、粉体や固体材料の化学反応には適用できない。
特開平6−226071号公報
However, when a conventional biaxial extruder or kneader is used as a chemical reaction device, it is particularly possible to carry out chemical reaction of raw materials continuously while carrying powder, high-viscosity raw materials with a screw, uniform mixing, etc. It was difficult and was not considered.
On the other hand, as a mixing reaction apparatus used in an automatic chemical analyzer, a first flow path for flowing a first sample liquid provided with a liquid feeding means and a second sample liquid provided with a liquid feeding means are flowed. A second flow path, a mixing chamber for ejecting and mixing the first sample from a plurality of minute nozzles into the second sample, and a first chamber for discharging the sample mixed in the mixing chamber A mixing reaction apparatus having three flow paths is known (see Patent Document 1).
However, this mixing reaction apparatus is an apparatus for jetting and mixing the first sample into the second sample from a plurality of minute nozzles, and does not mix the first and second samples at the same time. . When the viscosity of the reaction raw material is high, quantitative supply is difficult, the diffusion coefficient is lowered, and uniform reaction cannot be performed in a short time. Further, it cannot be applied to chemical reactions of powders or solid materials.
JP-A-6-226071

本発明が解決しようとする課題は、マイクロリアクターでは、原料として利用できない粉体原料や高粘度原料を連続的に反応させる方法がないことである。   The problem to be solved by the present invention is that in a microreactor, there is no method for continuously reacting powder raw materials and high viscosity raw materials that cannot be used as raw materials.

本発明のエクストルーダー型連続反応装置は、バレルと、このバレルに内設される複数のスクリューと、これら複数のスクリューにより搬送される原料を化学反応させるマイクロリアクター部とを上記バレル内に備え、上記マイクロリアクター部が上記スクリュー下流側に設けられたストップリング外周面と上記バレル内周面とで形成される空隙部であることを特徴とする。
また、マイクロリアクター部を構成するストップリングが触媒機能を有することを特徴とする。
また、エクストルーダー型連続反応装置を構成するストップリング外周面とバレル内周面とのクリアランスが0.3mm以下であることを特徴とする。
また、上記マイクロリアクター部の上流側にニーディングディスクが配置されてなることを特徴とする。
また、上記マイクロリアクター部の下流側にニーディンクディスクが配置され、該ニーディンクディスクは、ニーディンクディスク頂面に対する中心からの頂角が0°以上5°以内であり、すなわち、ニーディンクディスクが一定の厚さを有する平板状であるか、あるいは頂面の幅がニーディンクディスク中心の幅より僅かに薄くなっており、その頂面とバレルのクリアランスが0.3mm以下であることを特徴とする。
また、連続反応装置を構成するエクストルーダーが2軸エクストルーダーであり、上記スクリューが下流側先端部分で該スクリュー軸の回転軸を軸支する両持ち構造からなることを特徴とする。
本発明において、マイクロリアクター部の上流側とはエクストルーダーへの原料供給側をいい、下流側とは原料が反応して得られる製品の払出し側をいう。
The extruder type continuous reaction apparatus of the present invention includes a barrel, a plurality of screws installed in the barrel, and a microreactor unit that chemically reacts raw materials conveyed by the plurality of screws in the barrel. The microreactor portion is a gap formed by an outer peripheral surface of a stop ring provided on the downstream side of the screw and an inner peripheral surface of the barrel.
Moreover, the stop ring which comprises a microreactor part has a catalyst function, It is characterized by the above-mentioned.
Further, the clearance between the outer peripheral surface of the stop ring and the inner peripheral surface of the barrel constituting the extruder type continuous reaction device is 0.3 mm or less.
In addition, a kneading disk is disposed upstream of the microreactor section.
Further, a needing disk is disposed on the downstream side of the microreactor section, and the kneeing disk has an apex angle with respect to the top surface of the needing disk of 0 ° or more and within 5 °, that is, the needing disk is It has a flat plate shape with a certain thickness, or the width of the top surface is slightly thinner than the width of the center of the kneading disk, and the clearance between the top surface and the barrel is 0.3 mm or less. To do.
Moreover, the extruder which comprises a continuous reaction apparatus is a biaxial extruder, and the said screw consists of a double-supported structure which pivotally supports the rotating shaft of this screw shaft in a downstream tip part.
In the present invention, the upstream side of the microreactor section refers to the raw material supply side to the extruder, and the downstream side refers to the product discharge side obtained by the reaction of the raw materials.

本発明のエクストルーダー型連続反応装置は、マイクロリアクター部がストップリング外周面と上記バレル内周面とで形成される空隙部であるので、エクストルーダーの精度を維持してマイクロリアクター部を形成することができる。粉体や固形物の原料であっても上流側のニーディングディスクの組み合わせとバレル温度、フィード量、スクリュー回転数などの運転条件で反応可能なように粉砕・分散・溶融させ、該マイクロリアクター部で化学反応させることができる。   In the extruder type continuous reaction apparatus of the present invention, since the microreactor part is a gap formed by the outer peripheral surface of the stop ring and the inner peripheral surface of the barrel, the microreactor part is formed while maintaining the accuracy of the extruder. be able to. The microreactor part is pulverized, dispersed, and melted so that it can react under the operating conditions such as barrel temperature, feed amount, screw rotation speed, etc. Can be chemically reacted.

本発明の連続反応装置の一実施例を図1により説明する。図1は2軸エクストルーダー型連続反応装置の断面図を示す。
連続反応装置1は、バレル2と、このバレル2内に平行に配置されている2本のスクリュー3、3と、原料を化学反応させるマイクロリアクター部4とを有する2軸エクストルーダー型連続反応装置である。
バレル2は、スクリュー軸に直角となる断面図的にみてまゆ型形状をしており、このまゆ型形状内に2本のスクリュー3、3が内設されている。2本のスクリュー3、3は、それぞれ同方向回転あるいは異方向回転いずれであってもよい。
An embodiment of the continuous reaction apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a sectional view of a biaxial extruder type continuous reaction apparatus.
The continuous reaction apparatus 1 is a biaxial extruder type continuous reaction apparatus having a barrel 2, two screws 3 and 3 arranged in parallel in the barrel 2, and a microreactor section 4 for chemically reacting raw materials. It is.
The barrel 2 has an eyebrow shape in a cross-sectional view perpendicular to the screw shaft, and two screws 3 and 3 are provided in the eyebrow shape. The two screws 3 and 3 may be rotated in the same direction or in different directions.

スクリュー3、3の構成の一例を図2に示す。図2はスクリューの斜視図であり、図2(a)はスクリュー軸芯および軸芯に連結体を嵌合する状態を示す図であり、図2(b)は嵌合後のスクリューを示す。スクリュー3は、スクリュー軸芯3aに嵌合するスクリュー5、ニーディングディスクブロック6およびストップリング7との連結体より構成される。
スクリュー5にはバレル内の原料を供給部2aより前進させるフォワードスクリューあるいは後退させるリバーススクリューがある。また、ニーディングディスクブロック6には、同一または異なった厚さのニーディングディスクを複数個位相を変えて組み合わせることにより反応対象物をバレル内で混練・剪断する程度を制御することができる。
ストップリング7はスクリューの下流側に設けられる。図3に示すように、ストップリング7の外周面7aとバレル内周面2cとで空隙部4aを形成する。この空隙部4aおよびストップリング同士の空隙部がスクリューにより搬送される原料を化学反応させるマイクロリアクター部4となる。
An example of the configuration of the screws 3 and 3 is shown in FIG. FIG. 2 is a perspective view of the screw, FIG. 2 (a) is a view showing a screw shaft core and a state in which a coupling body is fitted to the shaft core, and FIG. 2 (b) shows the screw after fitting. The screw 3 is composed of a connecting body of a screw 5, a kneading disk block 6, and a stop ring 7 that are fitted to the screw shaft core 3a.
The screw 5 includes a forward screw that advances the raw material in the barrel from the supply unit 2a or a reverse screw that moves backward. Further, the kneading disk block 6 can control the degree of kneading and shearing the reaction object in the barrel by combining a plurality of kneading disks having the same or different thickness with different phases.
The stop ring 7 is provided on the downstream side of the screw. As shown in FIG. 3, a gap 4a is formed by the outer peripheral surface 7a of the stop ring 7 and the barrel inner peripheral surface 2c. The gap portion 4a and the gap portion between the stop rings become the microreactor portion 4 that chemically reacts the raw material conveyed by the screw.

マイクロリアクター部4のスクリュー軸直径方向断面(A−A断面)を図3に、またB−B断面を図4に示す。空隙部4aを形成するクリアランスは好ましくは100μm〜1000μm、より好ましくは200μm〜500μmである。また、ストップリング7の幅Lは、バレル内径が80mm〜160mmの場合、6mm〜20mmであり、1組以上のストップリングを組込む。
ストップリングの機械加工精度は、表面の処理加工ひずみを加えても数10μmであるので、クリアランスを100μm〜1000μmに維持することができる。また、化学反応中の原料が潤滑剤の働きをし、液体摩擦状態となっていることと、ストップリングの高速回転で軸芯を中心に浮いた状態となることにより、空隙部4aを形成するクリアランスは円周上ほぼ同じクリアランス状態になる。
また、スクリュー軸の回転軸を軸支する両持ち構造とすることにより、重力による軸の重み変形が少なくなる。
The screw reactor diameter direction cross section (AA cross section) of the microreactor part 4 is shown in FIG. 3, and the BB cross section is shown in FIG. The clearance for forming the gap 4a is preferably 100 μm to 1000 μm, more preferably 200 μm to 500 μm. The width L of the stop ring 7 is 6 mm to 20 mm when the barrel inner diameter is 80 mm to 160 mm, and incorporates one or more sets of stop rings.
Since the machining accuracy of the stop ring is several tens of μm even when surface processing distortion is applied, the clearance can be maintained at 100 μm to 1000 μm. Further, the raw material in the chemical reaction functions as a lubricant and is in a liquid friction state, and the air gap 4a is formed by floating around the shaft core by high-speed rotation of the stop ring. Clearance is almost the same clearance on the circumference.
Further, by adopting a double-supported structure that supports the rotating shaft of the screw shaft, the weight deformation of the shaft due to gravity is reduced.

マイクロリアクター部4を通過するとき原料は、混練と同時に溶融状態になり、分子接触による化学反応が進行する。
従来のマイクロリアクターでは層流状態で反応が進行する。本願発明のストップリングを用いるマイクロリアクターでは、ストップリングでは軸が回転していることと、ストップリングの段差により、乱流的要素が加わり、有効に反応が進行する。
When passing through the microreactor section 4, the raw material is in a molten state simultaneously with kneading, and a chemical reaction by molecular contact proceeds.
In a conventional microreactor, the reaction proceeds in a laminar flow state. In the microreactor using the stop ring of the present invention, a turbulent element is added due to the rotation of the shaft in the stop ring and the step difference of the stop ring, and the reaction proceeds effectively.

化学反応の活性化エネルギーが低く、発熱型である場合、例えば中和反応などでは、分子同士間の接触さえ十分ならば、瞬時に効率よく反応は進行する。このような原料では、ストップリングの外周とバレルのクリアランスが500μmから1000μmで、かつ触媒がなくても、反応は進行する。
一方、多くの有機合成反応では、多段階型であり、初期反応の活性化エネルギーが比較的高いことが多い。これらを,有効に反応させるためには、熱分解されない程度に反応温度を高く設定するとともに、反応の場にストップリング回転によるせん断力を与え,反応分子間の接触頻度を高くすることが有効である。そのため、ストップリングの外周とバレルとのクリアランスを定めることが必要となる。
When the activation energy of the chemical reaction is low and the reaction is exothermic, for example, in the neutralization reaction, the reaction proceeds instantaneously and efficiently as long as the contact between the molecules is sufficient. With such a raw material, the reaction proceeds even if the clearance between the outer periphery of the stop ring and the barrel is 500 μm to 1000 μm and there is no catalyst.
On the other hand, many organic synthesis reactions are multistage, and the activation energy of the initial reaction is often relatively high. In order to make these react effectively, it is effective to set the reaction temperature so high that it is not thermally decomposed, and to apply shear force due to stop ring rotation to the reaction field to increase the contact frequency between the reaction molecules. is there. Therefore, it is necessary to determine the clearance between the outer periphery of the stop ring and the barrel.

ストップリング7は2重同心円状に形成し(図4(a))、一つのストップリング7の大径側を他のストップリング7の小径側に噛み合わせ、この2個のストップリング7は2本のスクリュー3、3にそれぞれ嵌合して、スクリューの回転とともに回転する。
無触媒反応の場合、ストップリング7のみでも反応が進行する。
触媒反応の場合、ストップリング7の小径側にリング状の触媒作用を有する物質7aを差し込んでマイクロリアクター部4とすることができる(図4(b))。
また、最外層の一部に触媒作用を持つ物質7aを溶着等により形成することができる(図4(c))。この場合、触媒作用による化学反応はマイクロリアクター部4内のみでなく、マイクロリアクター部4の前後でも生じさせることができる。
The stop ring 7 is formed in a double concentric shape (FIG. 4A), the large diameter side of one stop ring 7 is engaged with the small diameter side of the other stop ring 7, and the two stop rings 7 are 2 Each of the screws 3 and 3 is fitted and rotated with the rotation of the screw.
In the case of a non-catalytic reaction, the reaction proceeds even with the stop ring 7 alone.
In the case of a catalytic reaction, a microreactor section 4 can be formed by inserting a ring-like substance 7a having a catalytic action into the small diameter side of the stop ring 7 (FIG. 4B).
Further, a substance 7a having a catalytic action can be formed on a part of the outermost layer by welding or the like (FIG. 4C). In this case, the chemical reaction by the catalytic action can be generated not only in the microreactor unit 4 but also before and after the microreactor unit 4.

マイクロリアクター部4の温度制御機構は、バレル外側に設けられた電熱ヒータ、高温水蒸気、熱媒、通電加熱等による加熱装置および水冷、空冷、チラー冷却あるいは液体窒素等による冷却装置により構成される。例えば、通電加熱による加熱装置は、反応対象物自体に通電することにより、そのジュール熱を利用して加熱する方式であり、品温の制御をより容易なことから食品化学等において採用されている加熱方法である。   The temperature control mechanism of the microreactor unit 4 includes an electric heater provided outside the barrel, a heating device using high-temperature steam, a heating medium, electric heating, and the like, and a cooling device using water cooling, air cooling, chiller cooling, liquid nitrogen, or the like. For example, a heating device by energization heating is a method of heating by utilizing the Joule heat by energizing the reaction object itself, and is adopted in food chemistry and the like because it is easier to control the product temperature. It is a heating method.

マイクロリアクター部4内での化学反応を十分に進行させるために、反応前に2軸エクストルーダー内部で均一な混練が行なわれ、安定した搬送力が必要となる。そのために、本発明は混練度が高く、安定した搬送力が得られる構造とする。
例えば、混練度の高いスクリュー構造としては、リバース機能を有する組み込みで厚みのあるニーディングディスクを使用することが好ましい。
ニーディングディスク6は、同一または異なった厚さのディスク片を複数個組み合わせることにより原料をバレル2内で混練・剪断するニーディングディスク、前進させるフォワードディスク、あるいは後退させるリバースディスクとすることができる。すなわち、円周面に対して凸状部6aおよび凹状部6bを有するディスク片を複数枚準備しスクリュー軸芯3a上にて嵌合連結する場合において、スクリューを平面図的にみて連結される1つおきの凸状部6aまたは凹状部6bの軌跡が軸芯に平行となるように順にディスク片を配置することにより、混練・剪断機能を有するニーディングディスクとすることができる(図2)。また、連結される凸状部6aまたは凹状部6bの軌跡が軸芯3aに対して所定の角度を有するように順にディスク片を配置することにより、フォワードディスク、あるいはリバースディスクとすることができる(図2)。なお、ニーディングディスクであってもディスク片の円周面にテーパーを設けることによりフォワードディスク、あるいはリバースディスクとすることができる。
本発明において、混練を効果的に行なうためにはリバース型にニーディングディスクを組み合わせることが好ましい。
In order to sufficiently advance the chemical reaction in the microreactor unit 4, uniform kneading is performed inside the biaxial extruder before the reaction, and a stable conveying force is required. Therefore, the present invention has a structure in which the degree of kneading is high and a stable conveying force can be obtained.
For example, as a screw structure having a high degree of kneading, it is preferable to use a thick kneading disk having a reverse function.
The kneading disk 6 may be a kneading disk that kneads and shears the raw material in the barrel 2 by combining a plurality of disk pieces of the same or different thickness, a forward disk that moves forward, or a reverse disk that moves backward. . That is, when preparing a plurality of disk pieces having convex portions 6a and concave portions 6b with respect to the circumferential surface and fitting and connecting them on the screw shaft core 3a, the screws are connected in a plan view 1 A kneading / shearing function kneading disk can be obtained by arranging the disk pieces in order such that the locus of every other convex part 6a or concave part 6b is parallel to the axial center (FIG. 2). Further, by arranging the disk pieces in order so that the locus of the convex part 6a or the concave part 6b to be connected has a predetermined angle with respect to the axis 3a, a forward disk or a reverse disk can be obtained ( Figure 2). Even a kneading disk can be made a forward disk or a reverse disk by providing a taper on the circumferential surface of the disk piece.
In the present invention, it is preferable to combine a kneading disk with a reverse type in order to perform kneading effectively.

また、安定した搬送力を得るために、反応領域直前の完全噛合い型スクリューチップとバレル間のクリアランスを好ましくは500μm以下、より好ましくは300μm以下にする。
反応させる原料が粉体原料であれば、クリアランスが500μm以上でも十分搬送できる。また、粘度によって異なるが、液系原料では、バレルとスクリュー間のクリアランスが、100μm以下、スクリュー・スクリュー間のクリアランスが、200μm以下であることが好ましい。
バレルとスクリュー間のクリアランスは、バレルの内径によっても異なり、内径が小さくなるほどクリアランスも小さくしなければならない。例えば、バレルの内径が60mm以下の場合は、該クリアランスは100μm以下であることが好ましい。
In order to obtain a stable conveying force, the clearance between the fully meshed screw tip immediately before the reaction region and the barrel is preferably 500 μm or less, more preferably 300 μm or less.
If the raw material to be reacted is a powder raw material, it can be sufficiently conveyed even if the clearance is 500 μm or more. Moreover, although it changes with viscosities, it is preferable that the clearance between a barrel and a screw is 100 μm or less and the clearance between a screw and a screw is 200 μm or less.
The clearance between the barrel and screw also depends on the inner diameter of the barrel, and the smaller the inner diameter, the smaller the clearance must be. For example, when the inner diameter of the barrel is 60 mm or less, the clearance is preferably 100 μm or less.

反応原料がマイクロリアクター部4で化学反応を起こして得られた製品は、反応後、せん断による発熱を防止し、バレル表面に付着することにより発生する不均一反応を防止する必要がある。このため、マイクロリアクター部4の下流側にニーディングディスクを使用することが好ましい。ニーディングディスク部に充填した原料は、バレルおよびシャフト(軸芯)からの冷却により有効に熱交換をすることができる。ニーディングディスクは、頂面が小さく、頂面とバレルクリアランスが300μm以下のものを使用することができる。また、2条のニーディングディスク体でよいが、この場合一方の頂面は他方の頂面よりクリアランスが大きい方が好ましい。具体的には、ニーディンクディスクは、ニーディンクディスク頂面に対する中心からの頂角が0°以上5°以内であり、その頂面とバレルのクリアランスが0.3mm以下であることが好ましい。   The product obtained by causing the reaction raw material to undergo a chemical reaction in the microreactor section 4 needs to prevent heat generation due to shearing after the reaction and to prevent a heterogeneous reaction caused by adhering to the barrel surface. For this reason, it is preferable to use a kneading disk on the downstream side of the microreactor section 4. The raw material filled in the kneading disk can be effectively exchanged heat by cooling from the barrel and the shaft (axial core). A kneading disc having a small top surface and a top surface and barrel clearance of 300 μm or less can be used. In addition, a two-kneading disk body may be used, but in this case, it is preferable that one top surface has a larger clearance than the other top surface. Specifically, it is preferable that the knee-ink disc has an apex angle with respect to the top surface of the knee-ink disc from 0 ° to 5 ° and a clearance between the top surface and the barrel is 0.3 mm or less.

本発明のエクストルーダー型連続反応装置は、スクリューを複数本有する多軸エクストルーダーであることが好ましく、特にスクリューを2本有する2軸エクストルーダーがより好ましい。また、2軸エクストルーダーの場合、スクリューが出口先端部分で該スクリュー軸の回転軸を軸支する両持ち構造からなることが好ましい。このような両持ち構造とすることにより、マイクロリアクター部4にて化学反応を十分に進行させることができる。なお、スクリューのL/Dは24以上が好ましい。   The extruder type continuous reaction apparatus of the present invention is preferably a multiaxial extruder having a plurality of screws, and more preferably a biaxial extruder having two screws. In the case of a biaxial extruder, it is preferable that the screw has a double-supported structure in which the rotating shaft of the screw shaft is supported at the exit tip. By adopting such a dual-support structure, the chemical reaction can be sufficiently advanced in the microreactor section 4. The screw L / D is preferably 24 or more.

本発明のエクストルーダー型連続反応装置を用いた化学反応の例について説明する。
反応させる原料の形態としては、スクリューに食い込み、混合および搬送できる原料であり、溶融温度が約400℃以下の原料であれば使用できる。例えば原料形態として粉体、液体、またはこれらの混合体等を使用できる。また、化学反応の対象としては、素反応や有機反応に限定することなく、種々の化学反応に適用できる。
原料の供給方法は、反応装置内に定量的に供給できる方法であればよく、例えば定重量粉体フィーダーや液体を圧入する方法等が挙げられる。
供給される原料は、反応理論モル比で供給し、エクストルーダー型連続反応装置に供給する前は、事前混合等を行なわない。化学反応は、エクストルーダー型連続反応装置のマイクロリアクター部内にて−挙に進行させた方が有効なためである。
An example of a chemical reaction using the extruder type continuous reaction apparatus of the present invention will be described.
As a form of the raw material to be reacted, it is a raw material that can be bitten into a screw, mixed and conveyed, and any raw material having a melting temperature of about 400 ° C. or less can be used. For example, powder, liquid, or a mixture thereof can be used as a raw material form. Further, the target of the chemical reaction is not limited to the elementary reaction or the organic reaction, and can be applied to various chemical reactions.
The raw material supply method may be any method as long as it can be quantitatively supplied into the reactor, and examples thereof include a constant-weight powder feeder and a method of press-fitting a liquid.
The raw material to be supplied is supplied at a reaction theoretical molar ratio and is not premixed before being supplied to the extruder type continuous reaction apparatus. This is because it is more effective for the chemical reaction to proceed in the microreactor part of the extruder type continuous reaction apparatus.

供給された原料は、ニーディングディスク体で混合され、スクリューにより搬送され、マイクロリアクター部で反応して目的となる製品が得られる。この製品は反応後直ちにマイクロリアクター部下流側に配置されたニーディングディスクにより冷却され、製品が払出しされる。   The supplied raw materials are mixed by a kneading disk body, conveyed by a screw, and reacted in a microreactor section to obtain a target product. Immediately after the reaction, the product is cooled by a kneading disk disposed on the downstream side of the microreactor section, and the product is discharged.

本発明のエクストルーダー型連続反応装置は、固体−固体、固体−液体等種々の原料の化学反応に利用できるので、無機合成の他、有機合成など各種の化学合成反応に応用できる。   Since the extruder type continuous reaction apparatus of the present invention can be used for chemical reactions of various raw materials such as solid-solid and solid-liquid, it can be applied to various chemical synthesis reactions such as organic synthesis in addition to inorganic synthesis.

2軸エクストルーダー型連続反応装置の断面図である。It is sectional drawing of a biaxial extruder type | mold continuous reaction apparatus. スクリューの斜視図である。It is a perspective view of a screw. スクリュー軸直径方向断面図である。It is screw shaft diameter direction sectional drawing. 図3のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 連続反応装置
2 バレル
3 スクリュー
4 マイクロリアクター部
5 スクリュー体
6 ディスク体
7 ストップリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Continuous reaction apparatus 2 Barrel 3 Screw 4 Microreactor part 5 Screw body 6 Disc body 7 Stop ring

Claims (6)

バレルと、このバレルに内設される複数のスクリューと、これら複数のスクリューにより搬送される原料を化学反応させるマイクロリアクター部とを前記バレル内に備えたエクストルーダー型連続反応装置であって、
前記マイクロリアクター部は、前記スクリュー下流側に設けられたストップリング外周面と前記バレル内周面とで形成される空隙部であることを特徴とするエクストルーダー型連続反応装置。
An extruder type continuous reaction apparatus provided with a barrel, a plurality of screws installed in the barrel, and a microreactor unit for chemically reacting raw materials conveyed by the plurality of screws in the barrel,
The extruder type continuous reaction apparatus, wherein the microreactor part is a gap part formed by an outer peripheral surface of a stop ring provided on the downstream side of the screw and an inner peripheral surface of the barrel.
前記ストップリングが触媒機能を有することを特徴とする請求項1記載のエクストルーダー型連続反応装置。   The extruder type continuous reaction apparatus according to claim 1, wherein the stop ring has a catalytic function. 前記ストップリング外周面と前記バレル内周面とのクリアランスが0.3mm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のエクストルーダー型連続反応装置。   The extruder type continuous reaction apparatus according to claim 1 or 2, wherein a clearance between the outer peripheral surface of the stop ring and the inner peripheral surface of the barrel is 0.3 mm or less. 前記マイクロリアクター部の上流側にニーディングディスクが配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載のエクストルーダー型連続反応装置。   The extruder type continuous reaction apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a kneading disk is disposed upstream of the microreactor section. 前記マイクロリアクター部の下流側にニーディンクディスクが配置され、該ニーディンクディスクは、ニーディンクディスク頂面に対する中心からの頂角が0°以上5°以内であり、その頂面とバレルのクリアランスが0.3mm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載のエクストルーダー型連続反応装置。   A kneeding disk is disposed downstream of the microreactor unit, and the kneeding disk has an apex angle of 0 ° or more and within 5 ° from the center with respect to the top surface of the kneeding disk, and the clearance between the top surface and the barrel is The extruder type continuous reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the extruder type continuous reaction apparatus is 0.3 mm or less. 前記エクストルーダーが2軸エクストルーダーであり、前記スクリューが下流側先端部分で該スクリュー軸の回転軸を軸支する両持ち構造からなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載のエクストルーダー型連続反応装置。   6. The extruder according to claim 1, wherein the extruder is a biaxial extruder, and the screw has a double-supported structure that supports a rotating shaft of the screw shaft at a downstream end portion. The extruder type continuous reaction apparatus according to item.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105542080A (en) * 2015-12-31 2016-05-04 广东工业大学 Method for preparing petroleum resin in microreactor
CN106478940A (en) * 2016-11-01 2017-03-08 株洲时代新材料科技股份有限公司 Prepare continuous micro-reaction device, method and the product of meta-aramid resin

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