JP2005224764A - マイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクター - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロリアクターを用いて副生ガスが発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。
【解決手段】複数の液体Ｌ１，Ｌ２をそれぞれの液体供給路２８を通して等価直径が１ｍｍ以下のマイクロ流路２６に合流させてこれらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体Ｌ１，Ｌ２同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる薄片状流型のマイクロリアクター１０を用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、液体Ｌ１，Ｌ２とは反応しない気体Ｇをマイクロ流路２６に供給して液体層ＬＬの上側に気体層ＧＬを形成し、液液反応により発生して液体層ＬＬを浮上する副生ガスの気泡４６を気体層ＧＬに取り込んで気体Ｇと一緒にマイクロ流路２６外に排出しながら液液反応を行わせる。
【選択図】 図２

Description

本発明はマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターに係り、特に微細なマイクロ流路で副生ガスの発生を伴う液液反応を行うことが可能なマイクロリアクター、及びそれを用いた反応方法に関する。

複数の液体の液液反応の結果として副生ガスを発生する化学反応は多数知られている。例えば、磁気記録媒体を構成する磁性層に含有される金属微粒子の製造においては、金属微粒子を形成する液液反応で副生ガス（例えば水素ガス）の発生を伴う場合がある。

一方、特許文献１及び特許文献２に見られるように、反応生成物の生成物収率や純度を上げたり、危険性や爆発性の試薬を用いた反応を安全に実施したりするための反応装置として、流路幅が１ｍｍ以下の極めて微細なマイクロ流路を使用して複数の流体を反応させるマイクロリアクターが注目されている。このマイクロリアクターは、反応を行うマイクロ流路が上記の通りマイクロスケールのサイズであることに起因して、マイクロ流路を流れる流体は層流支配の流れとなり、これにより反応を行う液体同士は機械的な攪拌を行わなくてもマイクロ流路を層流状態となって流れながら分子の自発的挙動だけで拡散しながら反応を速やかに行うことができる。
特表２００１−５２１９１３号公報 特表２００１−５２１８１６号公報

しかしながら、マイクロリアクターでは副生ガスの発生を伴う液液反応を行えないという問題がある。その理由は、１モルの副生ガスが生成されたとすると、その副生ガスの体積は２２．４Ｌの大きな体積になる為、微細なマイクロ流路を塞いでしまい均一な反応を行えないからである。即ち、副生ガスをマイクロ流路から効率的に除去できないと、発生した副生ガスの気泡がマイクロ流路に溜まって塊となるために、マイクロ流路の流れが気液混合相流、例えば図９に示すスラグ流が発生する。このスラグ流は気泡の塊Ｂと反応させるべき液体Ｌとがマイクロ流路２６の流れ方向に交互に存在する。この結果、液体Ｌの連続処理の流れを妨げたり、乱したりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

非特許文献１（Wolfgang Ehrfeld他、「Microreactors 」、発行元：WILEY-VCH 、発行年月日:2000 年）の第８章（Gas/Liquid Microreactors) には、気液反応のマイクロリアクターとしてFalling-film ReactorやBubble-Column Reactor が開示されているが、このような装置は気液反応を行うための装置であり、液液反応で発生する副生ガスの除去に関しては何ら考慮されていない。従って、気液反応のマイクロリアクターを使用して副生ガスを伴う液液反応を適切に行うことはできない。

このような事情から、マイクロリアクターで副生ガスを発生する化学反応を実施した例は聞いたことがなく、このことはマイクロリアクターを利用できる化学反応の種類を大幅に減少させることとなる。このことからマイクロリアクターでも副生ガスを発生する化学反応を実施できるようにすることが、大きな課題になっている。

本発明は係る事情に鑑みてなされたもので、等価直径が例えば１ｍｍ以下のような微細なマイクロ流路内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路から効率的に脱ガスすることができるので、マイクロリアクターを用いて副生ガスが発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができるマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターを提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させて、これらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる薄片状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給して液体層の上側に気体層を形成し、前記液液反応により発生して前記液体層を浮上する副生ガスを前記気体層に取り込んで前記気体と一緒に前記マイクロ流路外に排出しながら前記液液反応を行わせることを特徴とする。

マイクロリアクターの特徴として、マイクロ流路を流れる液体同士がその接触界面の法線方向へ拡散することで反応が進行するので、反応による副生ガスも反応の進行に伴って少しずつ発生する。従って、発生した副生ガスが集まってマイクロ流路を塞ぐような塊にならないうちに副生ガスを如何に速やかにマイクロ流路外に除去するかが重要になる。

本発明の請求項１によれば、マイクロ流路を流れる液体層の上側に液体とは反応しない気体層を形成するようにしたので、液液反応によって発生した副生ガスは液体層内を浮上して直ちに気体層に取り込まれる。気体層に取り込まれた副生ガスは気体層を流れる気体と一緒にマイクロ流路外に排出される。これにより、等価直径が例えば１ｍｍ以下のような微細なマイクロ流路を有するマイクロリアクターで副生ガスを発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

本発明の請求項２は前記目的を達成するために、マイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給して前記円環状の液体層の外側に円環状の気体層を形成し、前記液液反応によって発生して前記液体層を浮上する副生ガスを前記気体層に取り込んで前記気体と一緒に前記マイクロ流路外に排出しながら前記液液反応を行わせることを特徴とする。

本発明の請求項２は、環状型のマイクロリアクターを用い、液液反応によりマイクロ流路に副生ガスの発生を伴う反応を行う方法であり、マイクロ流路を流れる円環状の液体層の外側に液体とは反応しない環状の気体層を形成し、液液反応によって発生して液体層を浮上する副生ガスを気体層に取り込んで気体と一緒にマイクロ流路外に排出するようにした。これにより、等価直径が例えば１ｍｍ以下のような微細なマイクロ流路を有する環状型のマイクロリアクターで副生ガスが発生する液液反応を行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

請求項３は請求項１又は２において、前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで等価直径とは流路断面を円形に換算した場合の直径を言い、以下同じである。

これは、マイクロ流路の等価直径が小さければ小さいほど副生ガスによりマイクロ流路の流れが不安定化し易く、それだけ本発明が有効だからであり、特に好ましいマイクロ流路の等価直径は５００μｍ以下である。

請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記気体層を、前記複数の液体が合流する合流部位置から前記液液反応が終了する位置までの間に少なくとも形成することを特徴とする。

これは、マイクロ流路を流れる液体の流れの安定化のためには、液液反応の進行に伴って時々刻々発生する副生ガスを随時除去することが好ましいからである。

請求項５は請求項１〜４の何れか１において、前記液体を前記マイクロ流路に供給する供給圧力及び供給流量と、前記気体を前記マイクロ流路に供給する供給圧力及び供給流量とのうち、少なくとも気体の供給圧力及び供給流量を、前記マイクロ流路の流れが環状（Annular)流状態になるように制御することを特徴とする。

これにより、液体層の副生ガスを気体層に取り込み易くすることができる。ここで、環状（Annular)流状態とは、本来は環状の流れのことを言うが、本発明においては必ずしも環状ではなく、気体層と液体層とが各々別々に安定した流れを形成した状態を環状流状態と呼ぶことにする。以下同様である。

請求項６は請求項１〜５の何れか１において、前記気体層の厚みが前記液体層の厚みの８０％以上となるように前記気体を前記マイクロ流路に供給することを特徴とする。

これは、気体層の厚みが液体層の厚みの６０％や７０％程度ではマイクロ流路における流れはスラグ（Slug) 流状態になり易い。しかし、気体や液体の種類や温度等にもよるが、概ね８０％以上であれば環状（Annular)流状態が形成され易いためである。好ましくは気体層の厚みが液体層の厚みの９０％以上であり、特に好ましくは１００％以上である。

本発明の請求項７は前記目的を達成するために、複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させてこれらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせるマイクロリアクターにおいて、前記マイクロリアクターは、前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給する気体供給手段と、前記マイクロ流路に供給される気体を前記マイクロ流路の上側から導入する気体導入路と、前記供給した気体を前記マイクロ流路から排出する気体排出路と、前記マイクロ流路に供給する気体の供給圧力及び供給流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項７は請求項１の反応方法を実施するのに好適な装置構成を示したものである。

請求項７によれば、マイクロ流路における副生ガスの発生によりマイクロ流路の流れが不安定になっている場合でも、マイクロ流路を流れる液体とは反応しない気体をマイクロ流路を流れる液体の上側に供給し、その供給圧力を徐々に上げていくとマイクロ流路には液体層の上側に気液界面で分離された気体層が形成される。これにより、液液反応で発生した副生ガスは安定的に気体層に取り込まれてマイクロ流路外に排出される。この場合、気体や液体の種類や温度等にもよるが、概ね８０％以上であれば環状（Annular)流状態が形成され易いので、この気体層の厚みを維持できるように気体の供給圧力や供給流量を維持するとよい。

請求項８は請求項７において、前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路及び前記気体が流れる気体流路の両方を前記本体部材に形成し、本体部材と蓋部材とを接合することを特徴とする。

請求項８はマイクロ流路の一部を気体を流す気体流路として兼用するように装置本体を構成した場合である。この場合は、マイクロリアクターの装置本体を製造する加工がし易いが、気体層の厚み分だけ液体層の厚みが小さくなるので、それを考慮してマイクロ流路の等価直径を設定することが好ましい。液体層の厚みが小さくなる分、液液反応によって製造される反応生成液の生産効率が下がるからである。

請求項９は請求項７において、前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路を前記本体部材に形成し、前記気体が流れる気体流路を前記蓋部材に形成し、本体部材と蓋部材とを接合することを特徴とする。

請求項９は液体流路とは別に気体を流す気体流路を別途形成するように装置本体を構成した場合である。この場合には、液体層の上の気体層は蓋部材に形成された気体流路を主として流れるので、液体層の厚みはマイクロ流路の等価直径に対応する厚みを確保することができるので、生産効率を上げ易いメリットがある。

しかし、蓋部材に形成される気体流路は、マイクロ流路とは一体空間として形成されるものであり、気体層と液体層の気液界面がマイクロ流路側に形成されたり、気液流路側に形成されることはある。従って、請求項９のように蓋部材に気体流路を形成する場合であっても、本発明の説明では、気体をマイクロ流路に供給するとして説明する。

本発明の請求項１０は前記目的を達成するために、マイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重円筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して副生ガスを伴う液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターにおいて、前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給する気体供給手段と、前記多重円構造の液体供給路の外側に形成され、前記マイクロ流路に供給される気体を円環状の流れとして導入する断面円環状の気体導入路と、前記供給した気体を該マイクロ流路から排出する気体排出路と、前記供給する気体の供給圧力及び供給流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１０は請求項２の反応方法を実施するのに好適な装置構成を示したものである。

請求項１０によれば、マイクロ流路における副生ガスの発生によりマイクロ流路の流れが不安定になっている場合でも、マイクロ流路を流れる液体とは反応しない気体を、断面円環状の気体供給路からマイクロ流路を流れる液体の外側に供給し、その供給圧力を徐々に上げていくとマイクロ流路には円環状の液体層の外側に気液界面で分離された円環状の気体層が形成される。これにより、液液反応で発生した副生ガスは安定的に気体層に取り込まれてマイクロ流路外に排出される。この場合、気体層の厚みが液体層の厚みの８０％以上で安定した気液界面が形成されるので、この気体層の厚みを維持できるように気体の供給圧力や供給流量を維持するとよい。

請求項１１は請求項７〜９の何れか１において、前記マイクロ流路の内壁面には、疎水化処理又は親水化処理が施されていることを特徴とする。

マイクロ流路の内壁面を疎水化処理又は親水化処理すると、マイクロ流路の流れ方向に対して直交する断面における気体層と液体層の気液界面が安定化すると共に、気液界面の面積が大きくなるので液体層の副生ガスを気体層に取り込み易くなるためである。

請求項１２は請求項７〜１１の何れか１において、前記マイクロリアクターの装置本体を形成する材料は、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック樹脂、シリコンの何れかであることを特徴とする。

請求項１２に示す材料が微細なマイクロ流路を形成する微細加工に適しているからである。また、マイクロ流路の流れ状態を観察できるように、透明ガラスや透明プラスチック樹脂を使用するのが一層好ましい。

請求項１３は請求項７〜１２の何れか１において、前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする。

これは、マイクロ流路の等価直径が小さければ小さいほど副生ガスによりマイクロ流路の流れが不安定化し易く、それだけ本発明が有効だからであり、特に好ましいマイクロ流路の等価直径は５００μｍ以下である。

以上説明したように、本発明のマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターによれば、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路から効率的に脱ガスすることができるので、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、マイクロ流路における液体の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロリアクターを用いた反応方法及びマイクロリアクターの最良の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るマイクロリアクターの第１の実施の形態を概念的に示した斜視図であり、薄片状流型のマイクロリアクター１０の場合である。図２（Ａ）はマイクロリアクター本体（以下、装置本体１２という）の上面図、図２（Ｂ）は図（Ａ）のａ−ａ線に沿った断面図である。

図１に示すように、薄片状流型のマイクロリアクター１０は、主として、装置本体１２と、液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２を液体供給管１４、１４を介して装置本体１２に供給する液体供給手段１６、１６と、液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇを気体供給管１８を介して装置本体１２に供給する気体供給手段２０とで構成される。尚、本実施の形態では２種類の液体Ｌ１、Ｌ２で副生ガスの発生を伴う液液反応を行う例で説明する。

図２に示すように、装置本体１２は本体部材２２と蓋部材２４とで構成され、本体部材２２には２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応を行うマイクロ流路２６と該マイクロ流路２６に液体Ｌ１、Ｌ２を合流させる２本の液体供給路２８、２８とから成るＹ字型液体流路３０が形成される。また、マイクロ流路２６の終端位置には液液反応による反応生成液ＬＭを排出させる液体排出口３２が形成される。一方、蓋部材２４には２本の液体供給路２８、２８に液体Ｌ１、Ｌ２を導入する２個の液体導入口３４、３４が形成され、２個の液体導入口３４、３４に上記した２本の液体供給管１４、１４がそれぞれ連結される。また、２本の液体供給路２８、２８がマイクロ流路２６に合流する合流部３８位置に対応した蓋部材２４の位置には、マイクロ流路２６の上側からマイクロ流路２６に気体Ｇを導入する気体導入口４０が形成され、この気体導入口４０に上記した気体供給管１８が連結される。また、液体排出口３２の位置に対応する蓋部材２４の位置には、マイクロ流路２６に供給された気体を排出する気体排出口４２が形成される。これにより、Ｙ字型液体流路３０を流れる２種類の液体Ｌ１、Ｌ２の合流部３８位置に、気体導入口４０から導入された気体Ｇは、マイクロ流路２６を流れて気体排出口４２から排出される。ここで使用する気体Ｇは、液体Ｌ１、Ｌ２と反応しない気体Ｇであれば空気でもよいが、汎用的に使用するためには、窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。

マイクロ流路２６は、等価直径が１ｍｍ（１０００μｍ）以下、好ましくは５００μｍ以下のマイクロチャンネル状の微細流路が好ましい。マイクロ流路２６は、径方向断面の形状が四角形状のものが一般的であるが四角形状に限定するものではない。また、液体供給路２８、２８を２本で構成する場合には、１本の液体供給路２８の等価直径はマイクロ流路２６の半分になるように設計することが好ましい。例えば、径方向断面が四角形状のマイクロ流路２６の幅を５００μｍ、深さを２００μｍとした場合には、１本の液体供給路２８の幅を２５０μｍ、深さを２００μｍとする。また、マイクロ流路２６の長さＬ（図２参照）は、液液反応が終了するに足る長さに設定され、液液反応の種類によって異なる。

かかるマイクロオーダーの微細なＹ字型液体流路３０を有する装置本体１２を製作するには微細加工技術が使用され、本体部材２２にＹ字型液体流路３０や液体Ｌ１、Ｌ２や気体Ｇの導入口３４、４０、排出口３２、４２を微細加工技術で形成し、本体部材２２の上面に蓋部材２４を被せて本体部材２２と蓋部材を接合することにより製作される。微細加工技術としては、例えば次のようなものがある。
(1) Ｘ線リソグラフィと電気メッキを組み合わせたＬＩＧＡ技術
(2) ＥＰＯＮ ＳＵ８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法
(3) 機械的マイクロ切削加工（ドリル径がマイクロオーダのドリルを高速回転するマイクロドリル加工等）
(4) Ｄｅｅｐ ＲＩＥによるシリコンの高アスペクト比加工法
(5) Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法
(6) 光造形法
(7) レーザー加工法
(8) イオンビーム法
また、装置本体１２を製作するのための材料としては、耐熱、耐圧及び耐溶剤性、加工容易性等の要求に応じて、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック、シリコン、及びテフロン等を好適に使用できる。装置本体１２の製作においては、Ｙ字型液体流路３０の製作は勿論重要であるが、該Ｙ字型液体流路３０に被せる蓋部材２４を本体部材２２に接合する接合技術も重要である。蓋部材２４の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形によるＹ字型液体流路３０の破壊を伴わず寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば、圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料としてシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等がある。セラミックスの接合については、金属のようにメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してglass solderなる接合剤をスクリーン印刷で８０μｍに印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００°Ｃで処理する方法がある。また、研究段階ではあるが、新しい接合技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接結合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。

本発明のマイクロリアクター１０で使用する液体供給手段１６及び気体供給手段２０としては、液体Ｌ１、Ｌ２や気体Ｇの供給圧力制御を兼ね備えた連続流動方式型のシリンジポンプを好適に使用することができ、以下シリンジポンプ１６、２０の例で説明する。マイクロリアクターの場合、液体Ｌ１、Ｌ２や気体Ｇをマイクロ流路２６に導入する流体制御技術が必要であり、特にマイクロオーダーの微細なマイクロ流路２６での液体や気体の挙動は、マクロスケールとは異なる性質をもつため、マイクロスケールに適した流体制御方式を適用しなくてはならない。連続流動方式は、装置本体１２の内部や装置本体１２に至る流路内は全て流体で満たされ、外部に用意したシリンジポンプ１６、２０によって、流体全体を駆動する方式であり、マイクロ流路２６に供給する液体Ｌ１、Ｌ２の供給圧力、供給流量及び気体Ｇの供給圧力及び供給流量を任意に制御することができる。また、図１のように、液体供給管１４の液体供給口３４に近い位置及び気体供給管１８の気体導入口４０に近い位置には、それぞれ圧力計４４、４４、４４が設けられ、液体Ｌ１、Ｌ２の供給圧力及び気体Ｇの供給圧力がモニタリングされる。

第１の実施の形態では特に示さないが、マイクロリアクター１０での液液反応の温度を制御する温度制御手段を設けることが好ましい。マイクロリアクター１０において反応を行う際の温度制御方法には、古典的な方法として、温水、冷水をマイクロリアクター内に供給する方法がある。この他にも、従来から行われている温度制御方法には、金属抵抗線やPolysilicon などのヒータ構造をマイクロリアクターに作り込む方法などがあり、金属抵抗線やPolysilicon などのヒータ構造の場合には、加熱についてはこれを使用し、冷却については自然冷却でサーマルサイクルを行うことで温度を制御する。この場合の温度のセンシングについては、金属抵抗線の場合には同じ抵抗線をもう一つ作り込んでおき、その抵抗値の変化に基づいて温度検出を行い、Polysilicon の場合には、熱電対を用いて温度検出を行う方法が一般的に採用されている。また、近年においては、ペルチェ素子を用いた温度制御機能を装置本体１２内に組み込むことで、反応の際の温度制御を精度良く行うことも試みられている。いずれにしても、温度制御そのものは、従来からの温度制御技術でもペルチェ素子に代表される新規な温度制御技術でも可能であり、用途や装置本体１２の材料等に応じた加熱・冷却機構と温度センシング機構の選択、ならびに外部制御系の構成を組み合わせて最適な方法を選択することが重要である。

次に、上記の如く構成された薄片状流型のマイクロリアクター１０を用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行う本発明の反応方法を説明する。

シリンジポンプ１６、１６から液体供給路２８、２８に供給された液体Ｌ１、Ｌ２は、合流部３８で１本のマイクロ流路２６に合流し、薄片状の層流として流通しつつ、液体Ｌ１、Ｌ２同士がその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行う。かかる液液反応によって副生ガスが発生し、発生した副生ガスの気泡はマイクロ流路２６に溜まって塊となるために、マイクロ流路２６には気液混相流状態のスラグ流が発生する。これにより、反応させるべき液体Ｌ１、Ｌ２の連続処理の流れが妨げられたり、乱されたりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

そこで、本発明の反応方法では、図３に示すように、液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇをマイクロ流路２６に供給して液体Ｌ１、Ｌ２からなる液体層ＬＬ（Liquid Layer）の上側に気体層ＧＬ（Gas Layer ）を形成し、液液反応により発生して液体層ＬＬを浮上する副生ガスを気体層ＧＬに取り込んで気体Ｇと一緒にマイクロ流路２６外に排出しながら液液反応を行わせるようにした。気体Ｇをマイクロ流路２６に流す際に重要なことは、マイクロ流路２６の液体Ｌ１、Ｌ２が気体Ｇの流れを塞いだり、気体Ｇと液体Ｌ１、Ｌ２とが混ざり合って気液混相流状態にならないようにすることである。このためには気体Ｇのシリンジポンプ２０を制御してマイクロ流路２６に供給する気体Ｇの供給圧力及び供給流量を最適化することである。即ち、液体供給路２８からマイクロ流路２６に合流する液体Ｌ１、Ｌ２の流れの上側に該液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇを供給し、気体Ｇの供給圧力を徐々に上げていくと、マイクロ流路２６の流れがスラグ（Slug) 流状態から環状（Annular)流状態になり、図３のように液体層ＬＬの上側に気液界面４８で分離された気体層ＧＬが形成される。この環状（Annular)流状態で気体Ｇの供給圧力や供給流量を維持する。この結果、液液反応により発生して液体層ＬＬを浮上する副生ガスの気泡４６は、マイクロ流路２６に溜まることなく液体層ＬＬを浮上して気体層ＧＬに随時取り込まれ、気体層ＧＬに取り込まれた副生ガスは気体排出口４２から気体Ｇと一緒に排出される。これにより、副生ガスの発生を伴う液液反応をマイクロリアクター１０で行ってもマイクロ流路２６の流れが不安定になることがない。従って、反応の平衡が反応促進側に進み易くなると共に、反応温度を精度良く制御し易くなる。この場合、液液反応の種類によって副生ガスの発生量が異なり、マイクロ流路２６の流れが環状（Annular)流状態になり易い場合となり難い場合とがあるので、液体Ｌ１、Ｌ２をマイクロ流路２６に供給する圧力や流量と、気体Ｇをマイクロ流路２６に供給する圧力や流量のうちの少なくとも気体の圧力や流量を、マイクロ流路２６の流れが環状（Annular)流状態になるように制御することが必要である。環状（Annular)流状態は、気体や液体の種類や温度等にもよるが、図３のように、液体層ＬＬの厚みＨ２に対して気体層ＧＬの厚みＨ１が概ね８０％以上において形成され易い。従って、液体供給管１４を流れる液体Ｌ１、Ｌ２の圧力及び気体供給管１８を流れる気体Ｇの圧力をそれぞれの圧力計４４（図１参照）でモニタリングしながら、液体Ｌ１、Ｌ２及び気体Ｇのシリンジポンプ１６、２０からの供給流量を制御するとよい。

また、マイクロ流路２６の内壁面２６Ａには、疎水性処理又は親水性処理を施すことが好ましい。マイクロ流路２６の内壁面２６Ａを疎水化すると、マイクロ流路２６の流れ方向に対して直交する断面における気体層ＧＬと液体層ＬＬの気液界面４８の形状は、図４に示すように、上側の気体層ＧＬが下側の液体層ＬＬを抱き込む逆凹形状になる。また、マイクロ流路２６の内壁面２６Ａを親水化すると、マイクロ流路２６の流れ方向に対して直交する断面における気体層ＧＬと液体層ＬＬの気液界面４８の形状は、図５に示すように、下側の液体層ＬＬが上側の気体層ＧＬを抱き込む凹形状に形成される。これにより、疎水化処理と親水化処理の何れの場合も、気液界面４８が安定化すると共に、気液界面４８の面積が直線状（図３の気液界面）の場合よりも大きくなるので液体層ＬＬの副生ガスを気体層ＧＬに取り込み易くなる。特に、マイクロリアクター１０のマイクロ流路２６は等価直径が１ｍｍ以下の微細な流路であるため、気液界面４８の面積増加によるガス取り込み効果を向上させることができる。

このように本発明によれば、等価直径が１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路２６内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路２６から効率的に脱ガスすることができるので、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、マイクロ流路２６における液体Ｌ１、Ｌ２の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

尚、上述した本発明の反応方法では、マイクロ流路２６に予め液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２を流しておいてから、マイクロ流路２６に気体Ｇを流すことで説明したが、マイクロ流路２６に気体Ｇを流しておいてから液体Ｌ１、Ｌ２を流してそれぞれの供給圧力や供給流量を制御して液体層ＬＬの上側に気体層ＧＬが形成されるようにしてもよい。更には、マイクロ流路２６に液体Ｌ１、Ｌ２と気体Ｇを同時に流してそれぞれの供給圧力や供給流量を制御して液体層ＬＬの上側に気体層Ｇが形成されるようにしてもよい。

また、図２における装置本体１２では、マイクロ流路２６に気体Ｇを流したときに、マイクロ流路の一部（上側）を気体Ｇが流れる気体流路として兼用するようにしたが、図６に示すように、Ｙ字型液体流路３０と気体流路５０とを本体部材２２と蓋部材２４とに別々に形成してもよい。尚、図６（Ｂ）は気体流路５０とＹ字型液体流路３０の関係を概念的に示す断面図である。即ち、図６に示すように、Ｙ字型液体流路３０の液体が流れる液体流路スペースを本体部材２２に形成し、気体が流れる気体流路５０を蓋部材２４に形成し、本体部材２２に蓋部材２４を接合することで装置本体１２を製作する。また、気体流路５０は、気体導入口４０から合流部３８位置までの気体供給路５２と合流部３８位置から気体排出口４２までのガス取込み流路５４とで構成される。図２の場合には、マイクロ流路２６に液体層ＬＬと気体層ＧＬとの両方が形成されるので、気体層ＧＬの厚み分だけ液体層ＬＬの厚みが小さくなる。従って、それを考慮してマイクロ流路２６の等価直径を設定することが好ましい。液体層ＬＬの厚みが小さくなる分、液液反応によって製造される生成液ＬＭの生産効率が下がるからである。これに対し、図６の場合には、液体層ＬＬは主としてマイクロ流路２６に形成され、液体層ＬＬの上の形成される気体層ＧＬは蓋部材２４に形成された気体流路５０を主として流れるので、液液反応を行う液体層ＬＬの厚みはマイクロ流路２６の等価直径に対応する厚みを確保することができ、生産効率を上げ易い。尚、当然のことであるが、気体流路５０のうちのガス取込み流路５４はマイクロ流路２６と一体空間であるので、気体Ｇの供給圧力や供給流量によっては、気体層ＧＬの一部がマイクロ流路２６側に形成されたり、液体層ＬＬの一部がガス取込み流路５４に形成されたりすることはある。要は、図６の場合には、気体層ＧＬのための気体流路５０をマイクロ流路２６とは別に形成することを趣旨とするものである。

次に、本発明のマイクロリアクターの第２の実施の形態である、円環状流型のマイクロリアクター６０の場合について説明する。この場合も液液反応を行う液体を２種類の液体Ｌ１、Ｌ２を使用した場合で説明する。

図７に示されるように、円環状型のマイクロリアクター６０は、全体として略円柱状に形成されており、装置本体の外殻部を構成する円管状の円管部材６２を備えている。ここで、図中における直線Ｓは装置の軸心を示しており、この軸心Ｓに沿った方向を装置本体の軸方向として以下の説明を行う。この円管部材６２の先端面には液体Ｌ１、Ｌ２が反応した後の反応生成液ＬＭの吐出口６４が開口し、また円管部材６２の先端部には吐出口６４の外周側に延出するようにリング状のフランジ部６６が設けられる。このフランジ部６６は反応生成液ＬＭに対して次の処理を行う配管等に接続される。

円管部材６２の基端部側には胴体部６７よりも大径な大径部６８を有しており、この大径部６８内の空間が中心に円形の空間部を有する２枚の第１仕切板７０及び第２仕切板７２により軸方向に沿って略３等分されるように区画されており、これらの第１及び第２の仕切板７０，７２により区画された３個の空間は先端側から基端側へ向って順に、気体ヘッダ部７４、第１の液体ヘッダ部７６及び第２の液体ヘッダ部７８とされる。

円管部材６２の基端面は円板状の蓋板８０により閉塞されており、この蓋板８０の中心部には円形の嵌挿穴８２が穿設されている。円管部材６２内には、その基端部側から円管部材６２内へ挿入されるように円柱状の整流部材８４が同軸的に設けられており、整流部材８４の基端部は蓋板８０の嵌挿穴８２に嵌挿支持されている。

円管部材６２内には、円管部材６２内の空間を軸方向に沿って区画する円筒状の第１隔壁部材８６及び第２隔壁部材８８が多重円筒状に設けられる。第１隔壁部材８６はその基端面が第１仕切板７０の開口部の周縁から円管部材６２の軸方向に突出するように第１仕切板７０に一体的に設けられる。同様に、第２隔壁部材８８はその基端面が第２仕切板７２の開口部の周縁から円管部材６２の軸方向に突出するように第２仕切板７０に一体的に設けられる。これらの第１及び第２の隔壁部材８６、８８は、円管部材６２及び整流部材８４とそれぞれ同軸的に配置されており、円管部材６２と整流部材８４との間の断面円環状の空間を同軸的に３分割するように区画している。そして、円管部材６２の内周面と第１隔壁部材８６の外周面との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ９０が介装されると共に、第１隔壁部材８６と第２隔壁部材８８との間に複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ９２が介装される。更に、第２隔壁部材８８の内周面と整流部材８４の外周面との間にも複数個（本実施の形態では４個）のスペーサ９４が介装される。これら複数個のスペーサ９０、９２、９４はそれぞれ矩形プレート状に形成され、その表裏面部が円管部材６２内における流通方向（矢印Ｆ方向）と平行になるように支持される。これらのスペーサ９０、９２、９４は、２個の隔壁部材８６、８８及び整流部材８４を円管部材６２に対して連結固定し、３つの供給路９６、９８、１００の径方向の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を設定している。ここで、第１及び第２の隔壁部材８６、８８により区画された断面円環状の空間を、外側から順に気体供給路９６、液体Ｌ１の第１の液体供給路９８及び液体Ｌ２の第２の液体供給路１００とされる。また、円管部材６２の基端部側外周面には、気体ヘッダ部７４に連通する嵌装穴が穿設されると共に、該嵌装穴に気体供給管１０２が接続される。また、円管部材６２の基端面に設けられた蓋板８０には、第１の液体ヘッダ部７６及び第２の液体ヘッダ部７８に連通する嵌挿穴が穿設され、これらの嵌挿穴に第１及び第２の液体供給配管１０４、１０６がそれぞれ接続される。そして、２本の液体供給管１０４、１０６には図１に示した液体Ｌ１、Ｌ２を供給するシリンジポンプ１６、１６がそれぞれ接続され、気体供給管１０２には図１に示した気体用のシリンジポンプ２０が接続される。これにより、液体供給管１０４、１０６を通して第１及び第２の液体供給路９８、１００には液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２が加圧状態で供給されると共に、気体供給管９０を通して気体供給路９６には液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇが加圧状態で供給される。

また、円管部材６２内には、第１及び第２の隔壁部材８６、８８よりも先端側であって整流部材８４の円錐部８４Ａよりも基端部側に気体供給路９６、第１及び第２の液体供給路９８、１００に連通する断面円環状の空間が形成され、この断面円環状の空間は、液体Ｌ１、Ｌ２とが合流して副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロ流路１０８とされると共に、該マイクロ流路１０８は断面円環状で流れる液体Ｌ１、Ｌ２の外側に気体供給路９６からの気体Ｇを円環状に流すための気体流路としても兼用される。

また、円管部材６２の先端周面にはマイクロ流路１０８に供給された気体Ｇを排出するための気体排出管１１０が設けられる。

図７（Ｂ）に示されるように、気体供給路９６、第１及び第２の液体供給路９８、１００の先端部には、それぞれマイクロ流路１０８内へ開口する気体供給口１１２及び第１及び第２の液体供給口１１４、１１６が形成される。これらの供給口１１２、１１４、１１６は、それぞれ軸心Ｓを中心とする円軌跡に沿って断面円環状に開口し、互いに同心円状となるように配設されている。ここで、開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３（図７（Ａ）参照）は、それぞれの供給口１１２、１１４、１１６の開口面積を規定し、この供給口１１２、１１４、１１６の開口面積と気体Ｇ及び液体Ｌ１、Ｌ２の供給量に応じて、供給口１１２、１１４、１１６を通してマイクロ流路１０８内へ導入される気体Ｇ及び液体Ｌ１、Ｌ２の初期流速が定まる。

円管部材６２内におけるマイクロ流路１０８よりも先端側の空間は、マイクロ流路１０８内で液体Ｌ１、Ｌ２の反応が行われた反応生成液ＬＭが吐出口６４に向かって流れる出液路１１８とされる。ここで、反応生成液ＬＭが液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応により生成される場合には、マイクロ流路１０８内の出口部で液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応が完了している必要がある。従って、マイクロ流路１０８の流通方向に沿った路長ＰＬ（図７（Ａ）参照）は、液体Ｌ１、Ｌ２の液液反応が完了する長さに設定する必要がある。

第２の実施の形態の場合にも、マイクロリアクター１０での液液反応の温度を制御する温度制御手段を設けることが好ましく、上記した第１の実施の形態で説明した温度制御手段を使用することができる。また、この円環状流型のマイクロリアクター６０の装置本体に用いられる材料も、上記した薄片状流型のマイクロリアクター１０の場合と同様である。

次に、上記の如く構成された円環状流型のマイクロリアクター６０を用いて副生ガスを伴う液液反応を行う本発明の反応方法を説明する。

シリンジポンプ１６，１６から第１及び第２の液体供給路９８、１００に供給された液体Ｌ１、Ｌ２は、マイクロ流路１０８で合流して同心円状に積層された断面円環状の層流となって流通する。そして、マイクロ流路１０８内を流通する２つの液体Ｌ１、Ｌ２は、互いに隣接する層流間の接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行う。かかる液液反応によって発生した副生ガスの気泡はマイクロ流路１０８に溜まって塊となるために、マイクロ流路１０８にはスラグ流が発生する。これにより、反応させるべき液体Ｌ１、Ｌ２の連続処理の流れを妨げたり、乱したりすることで連続処理の流れが不安定になって反応場が不均一になると共に、反応の平衡が反応促進側に進みにくくなる。また、反応のための液温制御を行う場合、副生ガスを連続処理の流れの中で効率的に除去できないと、気体は熱伝導率が小さいので、反応温度を精度良く制御できなくなる。

そこで、本発明の反応方法では、液液反応を行う液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇをマイクロ流路１０８に供給して、図８に示すように、円環状の液体層ＬＬの外側に円環状の気体層ＧＬを形成し、液液反応によって発生して液体層ＬＬを浮上する副生ガスの気泡４６を気体層ＧＬに取り込んで気体Ｇと一緒にマイクロ流路１０８外に排出しながら液液反応を行わせるようにした。ここで、気体Ｇをマイクロ流路１０８に流す際に重要なことは、第１の実施の形態で説明したと同様であり、気体Ｇと液体Ｌ１、Ｌ２とが混ざり合って気液混相流状態にならないようにすることである。即ち、液体供給路９８、１００からマイクロ流路１０８に合流して円環状の液体Ｌ１、Ｌ２の流れの外側に、円環状の気体供給路９６から液体Ｌ１、Ｌ２とは反応しない気体Ｇを円環状に供給し、気体Ｇの供給圧力を徐々に上げていくと、マイクロ流路１０８の流れがスラグ（Slug) 流状態から環状（Annular)流状態になり、図８のように液体層ＬＬの外側に気液界面１２０で分離された気体層ＧＬが形成される。この環状（Annular)流状態で気体Ｇの供給圧力や供給流量を維持する。この結果、液液反応により発生して液体層ＬＬを浮上する副生ガスの気泡４６は、マイクロ流路１０８に溜まることなく液体層ＬＬを浮上して気体層ＧＬに随時取り込まれ、気体層ＧＬに取り込まれた副生ガスは気体排出管１１０から気体Ｇと一緒に排出される。また、円環状流型のマイクロリアクター６０で本発明の反応方法を行う場合にも、環状（Annular)流状態は、液体層ＬＬの厚み（Ｈ１）に対して気体層ＧＬの厚み（Ｈ２）が概ね８０％以上の方が形成され易い。

これにより、本発明の第２の実施の形態の場合にも、等価直径が例えば１ｍｍ以下の微細なマイクロ流路１０８内の液液反応によって発生する副生ガスをマイクロ流路１０８から効率的に脱ガスすることができるので、液液反応に伴って副生ガスが発生する化学反応をマイクロリアクターで行っても、マイクロ流路１０８における液体Ｌ１、Ｌ２の流れを不安定化させることなく液液反応を行うことができる。

本発明の薄片状流型のマイクロリアクター１０を用いて２つの液体Ｌ１、Ｌ２で副生ガスの発生を伴う液液反応を実施した実施例を以下に説明する。装置本体１２は図６のように蓋部材２４に気体流路５０を形成し、本体部材２２にＹ字型液体流路３０を形成するタイプのものを使用した。

（マイクロリアクターの製作）
マイクロリアクター１０の装置本体１２は、透明ガラス板を機械加工により切削加工することで製作した。先ず、本体部材２２を製作するためのガラスプレートを準備し、ＰＭＴ社製のマシニングセンター（ＭＣ機）にダイヤモンド焼結型のマイクロドリルを用いて２本の液体供給路２８と１本のマイクロ流路２６とでなるＹ字型液体流路３０を形成した。液体供給路２８は幅２５０μｍ、深さ２００μｍとし、マイクロ流路２６は幅５００μｍ、深さ２００μｍとした。そして、それぞれの液体供給路２８の端部にガラスプレートを貫通するかたちで１０００μｍの液体導入口３４を開け、この２つの液体導入口３４に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブ（液体供給管１４）をそれぞれ差し込み接着剤で固定した。液体導入口３４に接続されていないテフロンチューブの一端は、液体用のシリンジポンプ１６に接続した。また、マイクロ流路２６の終端部にガラスプレートを貫通するかたちで１０００μｍの液体排出口３２を開け、この液体排出口３２に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブをそれぞれ差し込み接着剤で固定した。

一方、蓋部材２４を製作するためのガラスプレートには、本体部材２２と同じ機械加工によって、気体供給路５２とガス取込み流路５４とでなる気体流路５０を切削加工した。そして、本体部材２２に蓋部材２４を被せて接着剤により接合した。これにより、マイクロ流路２６の上側にガス取込み流路５４が一体空間として形成される。気体流路５０の幅はマイクロ流路２６と同じ５００μｍとし、深さは１６０μｍとした。気体流路５０の深さはマイクロ流路２６の深さの８０％となる。また気体供給路５２の端部にガラスプレートを貫通するかたちで気体導入口４０を形成し、この気体導入口４０の径を１０００μｍとし、この気体導入口４０に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブを差し込み接着剤で固定した。気体導入口４０に接続されていないテフロンチューブの一端は、気体用のシリンジポンプ２０に接続した。また、気体流路５０の終端位置には、ガラスプレートを貫通するかたちで１０００μｍの気体排出口４２を開け、この気体排出口４２に外径９５０μｍ、内径２５０μｍのテフロンチューブをそれぞれ差し込み接着剤で固定した。これにより、本発明のマイクロリアクターを製作した。

そして、このマイクロリアクター１０を使用して副生ガスの発生を伴う液液反応を以下の通り実施した。この場合、マイクロ流路２６に液体Ｌ１、Ｌ２と気体Ｇを流して環状（Annular)流状態を形成するには、実験的に気体Ｇの供給圧力や供給流量の制御が必要であるが、条件設定は先ず反応させたい液体Ｌ１、Ｌ２が所定の長さの流路内で拡散による液液反応が終了する条件を設定し、次に気体Ｇを流して気液界面４８が安定する条件の気体Ｇの供給圧力や供給流量を決める手順で行った。

副生ガスの発生を伴う液液反応としては、二酸化マンガンの粉末１ｇを水１００ｍｌに分散した二酸化マンガン水溶液Ｌ１と過酸化水素水Ｌ２を反応させて、副生ガスとして酸素ガスを発生させる反応実験を行った。液体Ｌ１、Ｌ２の流量としては、二酸化マンガン水溶液Ｌ１及び過酸化水素水Ｌ２ともに１００μｌ／分に設定した。液体供給路２８は幅や深さ、マイクロ流路２６の幅や深さは上記の通りであり、マイクロ流路の長さを３０ｃｍとした。また気体流路５０の幅や深さは上記の通りである。

そして、２つの液体Ｌ１、Ｌ２を液体供給路２８からマイクロ流路２６に合流させて液液反応を行わせ、液液反応により酸素ガスが発生する状況を観察した。その結果、液液反応の進行に伴って発生するガス容積が増加し、気液混相流状態が観察され、マイクロ流路２６の流れが不均一になった。このような状況で、蓋部材２４に設けた気体導入口４０からマイクロ流路２６を流れる液体Ｌ１，Ｌ２の上に空気を導入して、その圧力を徐々い上げていくと流れはスラグ（Slug) 流状態から環状（Annular)流状態になり、液体層ＬＬの上側に気液界面４８で分離した気体層ＧＬが形成された。そして、液液反応で発生する酸素ガスは液体層ＬＬを浮上して気体層ＧＬに取り込まれ気体排出口４２から空気Ｇと一緒に安定的に排出することができた。この環状（Annular)流状態で安定した時の圧力計４４の圧力は、液体Ｌ１、Ｌ２が０．１５ｋｇ／ｃｍ² であり、空気Ｇが０．２０ｋｇ／ｃｍ² であった。

本発明の第１の実施の形態である薄片状流型のマイクロリアクターを概念的に説明する斜視図 マイクロリアクターの装置本体の上面図と断面図 本発明の薄片状流型のマイクロリアクターを用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行った場合のマイクロ流路の流れを説明する説明図 マイクロ流路の内壁面を疎水化したときの気液界面の形状を説明する説明図 マイクロ流路の内壁面を親水化したときの気液界面の形状を説明する説明図 本発明に係る薄片状流型のマイクロリアクターの装置本体の変形例を説明する上面図と概念的な断面図 本発明の第２の実施の形態である円環状流型のマイクロリアクターを説明する断面図 本発明の円環状流型のマイクロリアクターを用いて副生ガスの発生を伴う液液反応を行った場合のマイクロ流路の流れを説明する説明図。 従来のマイクロリアクターで副生ガスを伴う反応を行ったときのマイクロ流路の流れを説明する説明図

符号の説明

１０…薄片状流型のマイクロリアクター、１２…装置本体、１４…液体供給管、１６…液体供給手段、１８…気体供給管、２０…気体供給手段、２２…本体部材、２４…蓋部材、２６…マイクロ流路、２８…液体供給路、３０…Ｙ字型液体流路、３２…液体排出口、３４…液体導入口、３８…合流部、４０…気体導入口、４２…気体排出口、４４…圧力計、４６…気泡、４８…気液界面、５０…気体流路、５２…気体供給路、５４…ガス取込み流路、６０…円環状流型のマイクロリアクター、６２…円管部材、６４…吐出口、６６…フランジ部、６８…大径部、７０…第１仕切板、７２…第２仕切板、７４…気体ヘッダ部、７６…第１の液体ヘッダ部、７８…第２の液体ヘッダ部、８０…蓋板、８２…嵌挿穴、８４…整流部材、８６…第１の隔壁部材、８８…第２の隔壁部材、９０、９２、９４…スペーサ、９６…気体供給路、９８…第１の液体供給路、１００…第２の液体供給路、１０２…気体供給管、１０４…第１の液体供給管、１０６…第２の液体供給管、１０８…マイクロ流路、１１０…気体排出管、１１２…気体供給口、１１４…第１の液体供給口、１１６…第２の液体供給口、１１８…出液路

Claims (13)

1. 複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させて、これらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる薄片状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、
   前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給して液体層の上側に気体層を形成し、前記液液反応により発生して前記液体層を浮上する副生ガスを前記気体層に取り込んで前記気体と一緒に前記マイクロ流路外に排出しながら前記液液反応を行わせることを特徴とするマイクロリアクターを用いた反応方法。
2. マイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターを用いて、副生ガスの発生を伴う液液反応を行うマイクロリアクターの反応方法において、
   前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給して前記円環状の液体層の外側に円環状の気体層を形成し、前記液液反応によって発生して前記液体層を浮上する副生ガスを前記気体層に取り込んで前記気体と一緒に前記マイクロ流路外に排出しながら前記液液反応を行わせることを特徴とするマイクロリアクターを用いた反応方法。
3. 前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２のマイクロリアクターを用いた反応方法。
4. 前記気体層を、前記複数の液体が合流する合流部位置から前記液液反応が終了する位置までの間に少なくとも形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロリアクターを用いた反応方法。
5. 前記液体を前記マイクロ流路に供給する供給圧力及び供給流量と、前記気体を前記マイクロ流路に供給する供給圧力及び供給流量とのうち、少なくとも気体の供給圧力及び供給流量を、前記マイクロ流路の流れが環状（Annular)流状態になるように制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１のマイクロリアクターを用いた反応方法。
6. 前記気体層の厚みが前記液体層の厚みの８０％以上となるように前記気体を前記マイクロ流路に供給することを特徴とする請求項１〜５の何れか１のマイクロリアクターを用いた反応方法。
7. 複数の液体をそれぞれの液体供給路を通してマイクロ流路に合流させてこれらの液体を薄片状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して液液反応を行わせるマイクロリアクターにおいて、
   前記マイクロリアクターは、
   前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給する気体供給手段と、
   前記マイクロ流路に供給される気体を前記マイクロ流路の上側から導入する気体導入路と、
   前記供給した気体を前記マイクロ流路から排出する気体排出路と、
   前記マイクロ流路に供給する気体の供給圧力及び供給流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするマイクロリアクター。
8. 前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路及び前記気体が流れる気体流路の両方を前記本体部材に形成し、本体部材と蓋部材とを接合することを特徴とする請求項７のマイクロリアクター。
9. 前記マイクロリアクターの装置本体を本体部材と蓋部材とで構成し、前記液体供給路から前記マイクロ流路の終端に至る液体流路を前記本体部材に形成し、前記気体が流れる気体流路を前記蓋部材に形成し、本体部材と蓋部材とを接合することを特徴とする請求項７のマイクロリアクター。
10. マイクロ流路に連通する複数の液体供給路を同心軸の多重円筒構造にして、複数の液体を前記液体供給路を通して前記マイクロ流路に合流させることにより、これらの液体を同心軸状に積層させて該同心軸に直交する断面が円環状の層流として流通させつつ、液体同士をその接触界面の法線方向へ拡散して副生ガスを伴う液液反応を行わせる円環状流型のマイクロリアクターにおいて、
    前記液体とは反応しない気体を前記マイクロ流路に供給する気体供給手段と、
    前記多重円構造の液体供給路の外側に形成され、前記マイクロ流路に供給される気体を円環状の流れとして導入する断面円環状の気体導入路と、
    前記供給した気体を該マイクロ流路から排出する気体排出路と、
    前記供給する気体の供給圧力及び供給流量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするマイクロリアクター。
11. 前記マイクロ流路の内壁面には、疎水性処理又は親水性処理が施されていることを特徴とする請求項７〜９の何れか１のマイクロリアクターを用いた反応方法。
12. 前記マイクロリアクターの装置本体を形成する材料は、金属、ガラス、セラミックス、プラスチック樹脂、シリコンの何れかであることを特徴とする請求項７〜１１の何れか１のマイクロリアクター。
13. 前記マイクロ流路の等価直径は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７〜１２の何れか１のマイクロリアクター。

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