JP2006272268A - Method of cleaning microchemical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ化学装置の洗浄方法に係り、特に、等価直径が1mm以下の微細なマイクロ流路内において複数の原料流体を用いて、反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の洗浄方法に関する。 The present invention relates to a cleaning method for a microchemical device, and more particularly, to a cleaning method for a microchemical device in which a reaction operation or a unit operation is performed using a plurality of raw material fluids in a fine microchannel having an equivalent diameter of 1 mm or less. .
マイクロリアクターと一般に称されているマイクロ化学装置は、直径数μm〜数百μmのマイクロ空間内の現象を利用した化学反応・物質生産の為の混合・分離等の単位操作又は反応操作を行うものである。このマイクロリアクターは、マイクロ空間内では反応流体の流れが層流になるという現象を利用して、積極的に反応界面を広く長く形成することにより、流体間の反応や混合の高効率化又は高速化ができる革新技術として、近年注目されている。このマイクロリアクターとして、エッチング等の微細加工技術で形成された微細流路を利用した薬液等の精密な反応・混合システムが提案されている。 A microchemical device generally called a microreactor performs unit operations or reaction operations such as mixing and separation for chemical reaction and substance production using phenomena in a micro space with a diameter of several μm to several hundred μm. It is. This microreactor utilizes the phenomenon that the flow of the reaction fluid becomes laminar in the microspace, and actively forms a wide reaction interface to make the reaction and mixing between fluids more efficient or faster. In recent years, it has been attracting attention as an innovative technology that can be integrated into the market. As this microreactor, a precise reaction / mixing system for a chemical solution or the like using a microchannel formed by a microfabrication technique such as etching has been proposed.
しかし、このようなマイクロ空間での反応や混合、それによる生成物が、マイクロ流路内に沈降、吸着、又は結晶化し、マイクロ流路を汚損しやすい。その汚損により、原料の処理量および計量の正確性が維持できず、マイクロリアクターとしての利点が損なわれてしまう。 However, the reaction and mixing in such a micro space and the product resulting therefrom are settled, adsorbed or crystallized in the micro channel, and the micro channel is likely to be contaminated. Due to the fouling, the raw material throughput and metering accuracy cannot be maintained, and the advantages of the microreactor are impaired.
これを解決する手段として、従来は、一般的な化学装置の洗浄方法である、1)物理的洗浄方法(流動のせん断力の利用、固形物との摩擦の利用)、2)化学的洗浄(化学反応の利用、溶解力の利用)が用いられている。さらに、マイクロ化学装置の洗浄作業を行う際は、マイクロ化学装置を分解して手動で行うことが多い。 As means for solving this, conventionally, it is a general chemical apparatus cleaning method: 1) physical cleaning method (use of shearing force of flow, use of friction with solids), 2) chemical cleaning ( Use of chemical reaction, use of dissolving power) is used. Furthermore, when performing a cleaning operation of the microchemical device, the microchemical device is often disassembled and manually performed.
また、特許文献1には、マイクロリアクターの洗浄方法が開示されている。このマイクロリアクターには、マイクロリアクターの上流又は下流に、バルブや絞り手段が設けられている。このバルブや絞り手段を閉じることにより、マイクロ流路内を流路の耐圧限界以下の所定圧まで加圧した後、除圧して洗浄する方法が提案されている。この方法により、流速の急激な変化に付随する、マイクロ流路内壁表面のせん断力によって、マイクロ流路内の汚損が除去できるとされている。
しかしながら、マイクロ化学装置に形成されるマイクロ流路は、複数の流体を導入して合流させる操作、又は分離させる操作等を行うため、複雑な構造や形状となっている場合が多い。図11は従来のY字型流路1を示す概念図である。図11に示すように、特に、流速が遅い部分や流路の分岐部、内壁面等に汚損2が残留しやすい。このため、例えば、反応流体を流通させた状態でマイクロ流路を加圧し、流速を速めるだけでは、汚損の滞留物が除去されにくいといった問題がある。
However, the microchannel formed in the microchemical device often has a complicated structure or shape because an operation for introducing and joining a plurality of fluids or an operation for separating them is performed. FIG. 11 is a conceptual diagram showing a conventional Y-
また、手動で洗浄する毎にマイクロ化学装置の運転を停止し、マイクロ化学装置を分解、洗浄、組立て、等を行うため、単位操作又は反応操作を行う運転の稼働時間が減少する。さらに、手動洗浄により労力の増加を招くといった問題がある。 In addition, the operation of the microchemical apparatus is stopped every time manual cleaning is performed, and the microchemical apparatus is disassembled, cleaned, assembled, and the like, so that the operation time of the operation for performing the unit operation or the reaction operation is reduced. Furthermore, there is a problem that manual cleaning causes an increase in labor.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、単位操作又は反応操作を行う運転中においても、マイクロ流路内の汚損を効率よく除去することができる、マイクロ化学装置の洗浄方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a cleaning method for a microchemical apparatus that can efficiently remove contamination in a microchannel even during an operation in which a unit operation or a reaction operation is performed. The purpose is to provide.
前記課題を解決するために、本発明は、複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が1mm以下である1本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の洗浄方法において、洗浄流体を前記マイクロ流路に流通させ、前記マイクロ流路内において層流渦を発生させて前記マイクロ流路を洗浄することを特徴とするマイクロ化学装置の洗浄方法を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a micro operation in which a reaction operation or a unit operation is performed by merging a plurality of types of raw material fluids into one micro flow channel having an equivalent diameter of 1 mm or less through each fluid supply channel. In a cleaning method for a chemical device, there is provided a cleaning method for a micro chemical device, characterized in that a cleaning fluid is circulated through the microchannel, and a laminar vortex is generated in the microchannel to clean the microchannel. provide.
本発明において、前記層流渦が、層流領域、又は層流から乱流への遷移領域の流れにおいて発生する渦であることが好ましい。 In the present invention, the laminar flow vortex is preferably a vortex generated in a laminar flow region or a flow in a transition region from laminar flow to turbulent flow.
本発明によれば、洗浄流体がマイクロ流路の内を層流で流通する場合、マイクロ流路の内壁付近では、洗浄流体Cがある程度の秩序を保ちながらも渦などの乱れを生じ、周期的な層流渦(例えば、カルマン渦)を発生する。この層流渦は、マイクロ流路の内壁表面に揺れを生じさせ、マイクロ流路の内壁表面に付着した汚損をたたき出す効果を生じる。したがって、マイクロ流路内の汚損が、層流渦により効率よく除去される。 According to the present invention, when the cleaning fluid flows in a laminar flow in the microchannel, the cleaning fluid C is disturbed by a vortex or the like while maintaining a certain degree of order in the vicinity of the inner wall of the microchannel. A laminar flow vortex (for example, Karman vortex) is generated. This laminar flow vortex causes an effect on the inner wall surface of the micro flow path, and produces an effect of knocking out the fouling attached to the inner wall surface of the micro flow path. Therefore, the contamination in the microchannel is efficiently removed by the laminar vortex.
また本発明は、複数種類の原料流体をそれぞれの流体供給路を通して、等価直径が1mm以下である1本のマイクロ流路に合流させて反応操作又は単位操作を行うマイクロ化学装置の洗浄方法において、洗浄流体を前記マイクロ流路に流通させるとともに、前記マイクロ流路の上流側に送気手段を設け、前記マイクロ流路内に流通させる前記洗浄流体に気体を含ませて、前記マイクロ流路を洗浄することを特徴とするマイクロ化学装置の洗浄方法を提供する。 The present invention also relates to a cleaning method for a microchemical apparatus in which a plurality of types of raw material fluids are joined to one microchannel having an equivalent diameter of 1 mm or less through each fluid supply path to perform a reaction operation or a unit operation. The cleaning fluid is circulated through the micro-channel, and an air supply means is provided upstream of the micro-channel, and the cleaning fluid circulated in the micro-channel is made to contain gas so as to clean the micro-channel. A method for cleaning a microchemical device is provided.
本発明によれば、マイクロ流路内に流通させた洗浄流体と気体は、適切な流量比によって気泡流を形成し、この気泡がマイクロ流路の内壁面と接触しながら通過する。これにより、壁面近傍の洗浄流体に振動が生じ、洗浄性が向上する。なお、気体は、空気や窒素等の不活性ガス等が挙げられるが、洗浄流体と反応し洗浄性を低下させない気体であれば、他の種類の気体でもよい。また、原料流体の反応を阻害しない気体が好ましい。 According to the present invention, the cleaning fluid and the gas circulated in the microchannel form a bubble flow with an appropriate flow rate ratio, and the bubbles pass while contacting the inner wall surface of the microchannel. As a result, the cleaning fluid in the vicinity of the wall surface is vibrated to improve the cleaning performance. Examples of the gas include an inert gas such as air and nitrogen, but other types of gases may be used as long as they react with the cleaning fluid and do not deteriorate the cleaning performance. Moreover, the gas which does not inhibit reaction of raw material fluid is preferable.
また本発明において、前記洗浄流体が、層流渦を発生させることが好ましい。このように、洗浄流体が気体と液体の表面張力による界面を形成しながら、層流渦を発生させて流通するため、マイクロ流路の内壁面により多く振動を与えることができる。したがって、マイクロ流路を効率よく洗浄することができる。 In the present invention, it is preferable that the cleaning fluid generates a laminar vortex. As described above, since the cleaning fluid circulates by generating a laminar vortex while forming an interface due to the surface tension between the gas and the liquid, more vibration can be applied to the inner wall surface of the microchannel. Therefore, the microchannel can be efficiently cleaned.
また本発明において、前記マイクロ化学装置に振動付与手段を設け、前記マイクロ流路に振動を付与することが好ましい。これにより、マイクロ流路内にキャビテーション効果が生じ、マイクロ流路内壁面に振動を与えることにより、汚損を除去することができる。なお、振動周波数は、1kHz〜10MHzが好ましく、1kHz〜1MHzがより好ましく、20kHz〜200kHzがさらに好ましい。すなわち、高周波及び超音波の帯域を用いることが好ましい。また、振動の出力は、1W〜10kWが好ましく、10W〜5kWがより好ましく、100W〜2kWがさらに好ましい。 In the present invention, it is preferable that vibration applying means is provided in the microchemical device to apply vibration to the microchannel. As a result, a cavitation effect is generated in the microchannel, and the contamination can be removed by applying vibration to the inner wall surface of the microchannel. The vibration frequency is preferably 1 kHz to 10 MHz, more preferably 1 kHz to 1 MHz, and further preferably 20 kHz to 200 kHz. That is, it is preferable to use high frequency and ultrasonic bands. The output of vibration is preferably 1 W to 10 kW, more preferably 10 W to 5 kW, and even more preferably 100 W to 2 kW.
また本発明において、前記マイクロ流路内の前記洗浄流体に超音波を印加することが好ましい。この方法により、マイクロ流路内において、極めて小さな気泡や空洞が急速に形成される、又は激しく破壊される等の現象、すなわちキャビテーション効果を生じる。したがって、マイクロ流路内壁面に振動を与え、汚損をかきだすことができる。なお、振動周波数及び出力については、前述と同様である。 In the present invention, it is preferable to apply ultrasonic waves to the cleaning fluid in the microchannel. By this method, a phenomenon such as a very small bubble or cavity being rapidly formed or severely broken in the microchannel, that is, a cavitation effect is generated. Therefore, it is possible to apply vibration to the inner wall surface of the micro flow path to scratch out the dirt. The vibration frequency and output are the same as described above.
また本発明において、前記マイクロ流路の下流に圧力制御手段を設け、前記マイクロ流路内の前記洗浄流体に、所定値以上の圧力を印加した後、除圧することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that pressure control means is provided downstream of the microchannel, and the pressure is removed after applying a pressure of a predetermined value or more to the cleaning fluid in the microchannel.
このように、洗浄流体がマイクロ流路内を流通している状態で、マイクロ流路の下流側に設けられた圧力制御手段により流路を塞がれるため、マイクロ流路内が加圧される。その後、圧力制御手段によりマイクロ流路内が除圧された瞬間、洗浄流体中の圧縮されていた気体が、膨張しながら下流側へ一気に排出される。この時、洗浄流体の流速が増加し、マイクロ流路内の汚損を効率よく除去することができる。 In this way, the flow path is blocked by the pressure control means provided on the downstream side of the micro flow path in a state where the cleaning fluid is flowing through the micro flow path, so that the inside of the micro flow path is pressurized. . Thereafter, at the moment when the pressure in the micro flow path is released by the pressure control means, the compressed gas in the cleaning fluid is discharged to the downstream side while expanding. At this time, the flow rate of the cleaning fluid increases, and the contamination in the microchannel can be efficiently removed.
また本発明において、前記マイクロ流路に前記洗浄流体を流通させるステップと、前記洗浄流体の前記マイクロ流路への流通を停止させるステップと、を備えることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to provide the step which distribute | circulates the said cleaning fluid to the said micro flow path, and the step which stops the distribution | circulation to the said micro flow path of the said cleaning fluid.
このように、洗浄流体の流通を停止することにより、マイクロ流路内を洗浄流体で満たす間、マイクロ流路内の汚損が洗浄流体中に拡散するため、洗浄性が向上する。 Thus, by stopping the flow of the cleaning fluid, the contamination in the microchannel is diffused into the cleaning fluid while the microchannel is filled with the cleaning fluid, so that the cleaning performance is improved.
また本発明において、前記洗浄流体を前記マイクロ流路の一端側から流通させるステップと、前記洗浄流体を前記マイクロ流路の他端側から流通させるステップと、を備えることが好ましい。このように、マイクロ流路内の流路分岐部や隅部等に滞留している汚損を、洗浄流体を流通させる方向を逆にすることにより、汚損を除去することができる。 Moreover, in this invention, it is preferable to provide the step which distribute | circulates the said cleaning fluid from the one end side of the said microchannel, and the step which distribute | circulates the said cleaning fluid from the other end side of the said microchannel. As described above, the contamination staying in the flow channel branching portion or corner portion in the micro flow channel can be removed by reversing the direction in which the cleaning fluid is circulated.
また本発明において、前記マイクロ化学装置に温度調節手段を設け、前記マイクロ流路内の前記洗浄流体を加熱させることが好ましい。このように、マイクロ流路内の洗浄流体を加熱させることにより、マイクロ流路内の汚損が洗浄流体中に拡散する速度が増す。したがって、マイクロ流路内を効率よく洗浄することができる。 In the present invention, it is preferable that a temperature adjusting means is provided in the microchemical device to heat the cleaning fluid in the microchannel. Thus, heating the cleaning fluid in the microchannel increases the rate at which the contamination in the microchannel diffuses into the cleaning fluid. Therefore, the inside of the microchannel can be cleaned efficiently.
また本発明において、前記マイクロ流路に複数種類の前記洗浄流体を流通させる洗浄方法であって、前記マイクロ流路に流通させる最後の前記洗浄流体を、前記マイクロ流路における反応操作又は単位操作を阻害しない流体とすることが好ましい。これにより、反応操作又は単位操作時に、洗浄流体の残留により反応又は混合を阻害されないため、所望の生成物を得ることができる。 Further, in the present invention, a cleaning method for circulating a plurality of types of the cleaning fluid in the microchannel, wherein the last cleaning fluid to be circulated in the microchannel is subjected to a reaction operation or a unit operation in the microchannel. Preferably, the fluid does not hinder. Thereby, during the reaction operation or unit operation, the reaction or mixing is not hindered by the remaining washing fluid, so that a desired product can be obtained.
また本発明において、前記マイクロ流路内に前記洗浄流体を充填して所定時間経過させ、その後、前記マイクロ流路から前記洗浄流体を排出させることが好ましい。このように、運転後にマイクロ流路内に洗浄流体を充填させることにより、マイクロ流路内に汚損が残留したまま乾燥することを抑制することがでる。さらに、マイクロ流路内の汚損を洗浄流体中に拡散させることができるため、洗浄性が向上する。 In the present invention, it is preferable that the microfluidic channel is filled with the cleaning fluid and a predetermined time elapses, and then the cleaning fluid is discharged from the microchannel. As described above, by filling the microchannel with the cleaning fluid after the operation, it is possible to suppress drying with the contamination remaining in the microchannel. Furthermore, since the contamination in the microchannel can be diffused into the cleaning fluid, the cleaning performance is improved.
また本発明において、前記単位操作が、混合、分離、分級、濾過、加熱、冷却、熱交換、抽出、晶析、溶解、蒸発、蒸留、吸収、吸着を含み、前記反応操作が、無機物質や有機物質を対象としたイオン反応、酸化還元反応、電解反応、硝化反応、燃焼反応、燃成反応、焙焼反応、ハロゲン化反応、スルホン化反応、アルキル化反応、エステル化反応、醗酵反応、熱反応、触媒反応、ラジカル反応、重合反応を含むことが好ましい。 In the present invention, the unit operation includes mixing, separation, classification, filtration, heating, cooling, heat exchange, extraction, crystallization, dissolution, evaporation, distillation, absorption, adsorption, and the reaction operation includes an inorganic substance or Ion reaction, redox reaction, electrolytic reaction, nitrification reaction, combustion reaction, combustion reaction, roasting reaction, halogenation reaction, sulfonation reaction, alkylation reaction, esterification reaction, fermentation reaction, heat for organic substances It preferably includes a reaction, a catalytic reaction, a radical reaction, and a polymerization reaction.
また本発明において、前記単位操作又は前記反応操作中に、前記洗浄方法を導入することが好ましい。このように、反応操作又は単位操作中において、マイクロ流路内に析出又は凝集による目詰まりが発生した際、即時に洗浄工程に切り替えることができる。したがって、原料流体の浪費を抑制することができる。 In the present invention, it is preferable to introduce the washing method during the unit operation or the reaction operation. In this way, during the reaction operation or unit operation, when clogging due to precipitation or aggregation occurs in the microchannel, it is possible to immediately switch to the washing step. Therefore, waste of the raw material fluid can be suppressed.
また本発明において、前記洗浄流体を、前記マイクロ流路に複数回流通させることが好ましい。このように、一回の流通では除去しきれないマイクロ流路内の汚損を除去することができる。 In the present invention, it is preferable that the cleaning fluid is circulated through the microchannel a plurality of times. In this way, it is possible to remove the contamination in the microchannel that cannot be removed by one circulation.
以上説明したように、本発明によれば、運転中又は停止中のいずれにおいても、マイクロ流路内の汚損を効率よく除去することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently remove the contamination in the micro flow channel during operation or during stoppage.
以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法の好ましい実施形態について詳説する。図1は、薄片状流型マイクロ化学装置本体30の斜視図であり、図2は、薄片状流型マイクロ化学装置本体30の上面図と、F−F’線断面図である。
Hereinafter, preferred embodiments of a cleaning method for a microchemical apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a flaky flow type microchemical device
まず、図1、2の薄片状流型マイクロ化学装置本体30の詳細について説明する。図1、2に示すように、薄片状流型のマイクロ化学装置本体30には、2種類の原料流体の反応を行うマイクロ流路32と、マイクロ流路32に2種類の原料流体を合流させる2本の流体供給路34A、34Bと、からなるY字型流路が形成されている。また、2本の流体供給路34A、34Bの上流端には、2種類の原料流体をそれぞれ導入させる流入口36、37が形成されている。また、マイクロ流路32の下流端には、反応により得られる生成物を流出させる流出口38が形成されている。
First, the details of the flaky flow type microchemical device
マイクロ流路32は断面が円形の微小流路である。マイクロ流路32断面の等価直径は、1mm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。なお、断面形状は、円形以外に矩形、台形、半円形などが採用できる。
The
マイクロ化学装置本体30を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属(鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属)、樹脂(フッ素樹脂、アクリル樹脂等)、ガラス(石英等)、セラミックス(シリコン等)などが好ましく使用できる。
As a material of the member constituting the microchemical device
マイクロ化学装置本体30を製作するには、微細加工技術が適用される。図3のマイクロ化学装置本体30は、マイクロ流路32、流体供給路34A、34B、流入口36、37、流出口38が形成された本体部材31の上に、平板状の蓋部材33を被せて接合させて製作される。適用可能な微細加工技術としては、例えば次のようなものがある。
A microfabrication technique is applied to manufacture the microchemical device
(1)X線リソグラフィと電気めっきを組み合わせた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
(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)イオンビーム加工法
本体部材31と蓋部材33との接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形によるY字型流路の破壊を伴わず、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、材料に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挙げられる。セラミックスの接合については、金属のような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程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに440〜500℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、HF(フッ化水素)水溶液を用いた接合等がある。
(1) LIGA technology combining X-ray lithography and electroplating (2) High aspect ratio photolithography using EPON SU8 (3) Mechanical micro cutting (4) High aspect ratio processing of silicon by deep RIE ( 5) Hot Emboss processing method (6) Stereolithography method (7) Laser processing method (8) Ion beam processing method The joining method of the
このマイクロ化学装置30における原料流体とは、生成物を得るために必要な流体であり、液体、気体、液体中に固体微粒子等が分散された固液混合物、液体中に気体が溶解せずに分散した気液混合物等を指す。また、流体が2種類以上ある場合、流体の種類、化学組成、表面張力、比重、粘度等が異なる場合のみならず、例えば、温度、気液比や、固液比などの状態が異なる場合も、原料流体に含まれる。
The raw material fluid in the
また本発明において、この流体供給手段は、マイクロ化学装置30よりも上流側の各配管又は下流側の各配管いずれかに配置される。流体供給手段の具体的な例としては、送液ポンプ、空気ポンプ等が挙げられるが、流体を層流で供給する駆動機能を有するものであれば、他の供給手段でもよい。
Further, in the present invention, the fluid supply means is disposed in each of the pipes upstream or downstream of the
また本発明において、洗浄流体は、マイクロ流路内の汚損物を除去する流体である。 In the present invention, the cleaning fluid is a fluid that removes contaminants in the microchannel.
この洗浄流体とは、液体、気体、固体中に固体微粒子等が分散された固液混合物、気体中に固体微粒子等が分散された固気混合物、液体中に気体が溶解せずに分散した気液混合物等を指す。また、流体が2種類以上ある場合、流体の種類、化学組成、表面張力、比重、粘度等が異なる場合のみならず、例えば、温度、気液比や固液比等の状態が異なる場合も、洗浄流体に含まれる。 The cleaning fluid is a liquid, gas, a solid-liquid mixture in which solid fine particles are dispersed in a solid, a solid-gas mixture in which solid fine particles are dispersed in a gas, or a gas in which a gas is not dissolved but dispersed in a liquid. Refers to liquid mixture. In addition, when there are two or more types of fluid, not only when the type of fluid, chemical composition, surface tension, specific gravity, viscosity, etc. are different, but also when, for example, the temperature, gas-liquid ratio, solid-liquid ratio, etc. are different, Included in cleaning fluid.
洗浄流体の具体的な例については、汚損の種類に依存するが、例えば、水、界面活性剤水溶液、メタノール、エタノール等のアルコール類、ベンゼンやアセトン等、が挙げられる。 Specific examples of the cleaning fluid depend on the type of fouling, and examples thereof include water, an aqueous surfactant solution, alcohols such as methanol and ethanol, benzene and acetone.
また本発明において、脈流を発生させる流体供給手段は、洗浄流体の流動と停止を交互に行うものであり、例えば、脈流ポンプが挙げられるが、脈流を発生させる機能を有するものであれば、他の手段でもよい。 In the present invention, the fluid supply means for generating the pulsating flow alternately performs the flow and stop of the cleaning fluid. For example, a pulsating flow pump may be used, but it may have a function of generating the pulsating flow. Other means may be used.
また本発明において、送気手段は、気体を供給するものであり、例えば、空気ポンプが挙げられるが、気体を供給する機能を有するものであれば、他の手段でもよい。 In the present invention, the air supply means supplies gas, and examples thereof include an air pump, but other means may be used as long as it has a function of supplying gas.
また本発明において、振動付与手段は、マイクロ流路内の洗浄流体に振動を付与するものであり、例えば、超音波振動子が挙げられるが、振動させる機能を有するものであれば、他の手段でもよい。 Further, in the present invention, the vibration applying means applies vibration to the cleaning fluid in the microchannel, and examples thereof include an ultrasonic vibrator, but other means as long as it has a function of vibrating. But you can.
また本発明において、圧力制御手段は、流路の一部に設けられ、マイクロ流路又はマイクロ流路内の洗浄流体を加圧するものであり、例えば、減圧弁、背圧弁、電磁弁、バルブ、ダンパ等が挙げられる。但し、流路内の洗浄流体を加圧する機能を有するものであれば、他の手段でもよい。 In the present invention, the pressure control means is provided in a part of the flow path and pressurizes the micro flow path or the cleaning fluid in the micro flow path. For example, a pressure reducing valve, a back pressure valve, a solenoid valve, a valve, Examples include dampers. However, other means may be used as long as it has a function of pressurizing the cleaning fluid in the flow path.
また本発明において、温度調節手段は、温水や油を用いた恒温循環槽、各種ヒータ、熱風発生機等、が挙げられるが、温度の制御又は調節する機能を有するものであれば、他の手段でもよい。 In the present invention, the temperature adjusting means may be a constant temperature circulation tank using hot water or oil, various heaters, a hot air generator, etc., but other means as long as it has a function of controlling or adjusting temperature. But you can.
以下、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a method for cleaning a microchemical apparatus according to the present invention will be described in detail.
図3〜6は、本発明の薄片状流型マイクロ化学装置本体30における洗浄方法を示す図である。なお、各図において、図1〜2と同一の符号を示す部分は、同一の物又は機能を有するものとする。
3-6 is a figure which shows the washing | cleaning method in the flaky flow type microchemical apparatus
本発明における第一の実施形態について説明する。この実施形態は、図3の薄片状流型マイクロ化学装置本体30において、マイクロ流路32に洗浄流体を流通させ、マイクロ流路32内に層流渦を発生させて洗浄する方法である。まず、図3に示すように、洗浄流体貯蔵部12から、洗浄流体Cを脈流で発生させる図示しない流体供給手段(例えば、脈流ポンプ等)を介して、配管18、配管20を流通させ、流体供給路34A、34Bよりマイクロ流路32に流通させる。この時、洗浄流体Cが、マイクロ流路32内を層流で流通するよう供給する。このような層流流れの中においては、マイクロ流路32の内壁付近では、洗浄流体Cがある程度の秩序を保ちながらも渦などの乱れを生じ、周期的な層流渦(例えば、カルマン渦)を発生する(これは、流れの中にある障害物の表面で流体が引きずられることにより、障害物の付近とそれ以外の部分との圧力の差が発生して渦ができると考えられる)。また、脈流で供給する場合、さらに洗浄流体の脈流が外部力として層流を乱すため、前述と同様に、層流渦が発生する。この層流渦は、マイクロ流路32の内壁表面に揺れを生じさせ、マイクロ流路の内壁表面に付着した汚損をたたき出す効果を生じ、マイクロ流路32内の汚損を除去することができる。
A first embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the flaky flow type microchemical device
本発明における第二の実施形態について説明する。この実施形態は、図4の薄片状流型マイクロ化学装置本体30において、洗浄流体Cに気体4を含ませ、マイクロ流路32内をバブリング洗浄する方法である。この方法を実現する構成は、図4に示すように、脈流を発生させる図示しない流体供給手段(例えば、脈流ポンプ等)とマイクロ流路32の流入口36及び37との間に、気体4を流入させる送気手段(例えば、空気ポンプ等)11と、送気手段11と配管18、配管20をそれぞれ連結する配管28A、28Bを設けたこと以外は、第一の実施形態と同様である。
A second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a method of bubbling and cleaning the inside of the
図4に示すように、まず、洗浄流体Cを、洗浄流体貯蔵部12から脈流を発生させる図示しない流体供給手段(例えば、脈流ポンプ等)を介して、配管18、20に流通させる。そして、送気手段11から配管28A、28Bを通して、配管18、20内に流通する洗浄流体Cに気体4を混入させる。この気体4が混入された洗浄流体Dを、流体供給路34A、34Bよりマイクロ流路32に流通させる。これにより、洗浄流体Dは、マイクロ流路32内においてセグメンテッドフローを形成する。このセグメンテッドフローは、マイクロ流路の内壁面上に気体4と液体の表面張力による界面を形成しながら流れていくものであるため、マイクロ流路の内壁面に周期的に振動を与えるようになり、マイクロ流路32内の汚損が除去される。
As shown in FIG. 4, first, the cleaning fluid C is circulated through the
本発明における第三の実施形態について説明する。この実施形態は、図5の薄片状流型マイクロ化学装置本体30において、マイクロ流路32内の洗浄流体Dに、所定の圧力の印加と除圧を行うことにより、マイクロ流路32内を洗浄する方法である。
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the flaky flow type microchemical device
この方法を実現する構成は、図5に示すように、マイクロ流路32の下流に圧力制御手段13を設けたこと以外は、第二の実施形態と同様である。図5(A)に示すように、まず、送気手段11により気体4が混入された洗浄流体Dを、流体供給路34A、34Bよりマイクロ流路32に流通させる。次いで、図5(B)に示すように、洗浄流体Dをマイクロ流路32に流通させながら、圧力制御手段13(例えば、背圧弁等)を作動させ、マイクロ流路32の下流側の流路を閉鎖する。これにより、マイクロ流路32内の気体4が混入された洗浄流体Dを加圧させる。次いで、マイクロ流路32の耐圧値以下の所定の圧力値以上に印加した後、図5(C)に示すように、圧力制御手段13を作動させることにより、マイクロ流路32の下流側の流路を開き、一気にマイクロ流路32内の圧力を開放させる。これにより、洗浄流体Dに混入している気体4が、膨張しながら一気にマイクロ流路32の下流へ流される。またこの時、マイクロ流路32内を流れる洗浄流体Dの流速が速くなるため、マイクロ流路32内の汚損を効率よく除去することができる。
The configuration for realizing this method is the same as that of the second embodiment except that a pressure control means 13 is provided downstream of the microchannel 32 as shown in FIG. As shown in FIG. 5A, first, the cleaning fluid D in which the
本発明における第四の実施形態について説明する。この実施形態は、図6の薄片状流型マイクロ化学装置本体30において、洗浄流体Cをマイクロ流路32に順方向と、逆方向とに流通させ、マイクロ流路32内を洗浄する方法である。図6(A)に示すように、まず、洗浄流体Cを流体供給路34A、34Bよりマイクロ流路32に流通させて洗浄する(運転A)。次いで、図6(B)に示すように図6(A)とは逆方向に、洗浄流体Cを流出口38よりマイクロ流路32に流通させる(運転B)。その後、再度、運転Aと運転Bを交互に行う。これにより、洗浄流体Cを一方向に流通させるだけでは除去しにくい箇所に溜まった汚損を、マイクロ流路32内から効率よく除去することができる。また、この洗浄方法において使用する洗浄流体は、気体4を混入したものでもよい。
A fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, in the flaky flow type microchemical device
次に、図1、2とは異なるマイクロ化学装置の形態について説明する。 Next, the form of the microchemical apparatus different from FIGS.
図7(A)、(B)は、薄片状流型マイクロ化学装置本体30とは別の実施形態である、円筒状流型マイクロ化学装置本体40の斜視図であり、図8は、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を構成するプレートのマイクロ流路付近の断面図であり、図9は、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を構成するプレートのリブ形状を示す部分斜視図であり、図10は、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を構成するプレートの流出側を示す部分斜視図である。
FIGS. 7A and 7B are perspective views of a cylindrical flow type microchemical device
図7(A)、(B)に示すように、円筒状流型マイクロ化学装置本体40は、3液を同芯円状に層流化して同時に混合させることにより反応又は混合させる装置である。マイクロ化学装置本体40は、プレート42と、プレート42の上流側及び下流側にそれぞれ配置されてプレート42を挟持する蓋部材44及び受け部材46と、で構成される。この蓋部材44とプレート42は、蓋部材44の凸部71と凹部73とを接続させることにより、一体化させる。また、受け部材46と、プレート42と、蓋部材44とを貫通するよう、それぞれにねじ穴70、72、74が形成されている。これらのねじ穴72、74、76を、ねじ76が貫通して一体化され、円筒状流型マイクロ化学装置本体40が形成される。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the cylindrical flow type microchemical device
蓋部材44の上流側には、3本の流入用の配管48A、48B、48Cがそれぞれ着脱自在に取付けられるコネクタ40A、40B、40Cが設けられ、3種類の原料流体A、B、Cが流入される。プレート42には、配管48A、48B、48Cから、それぞれ流出する流体を同芯円状に層流化するマイクロ流路54が形成されている。受け部材46には、マイクロ流路54から流出した3液を同時に混合又は反応させて混合流体(生成物)とする混合流路58が形成されており、また同様に、受け部材46の下流側にも、コネクタに着脱自在に取付けられた流出用のチューブ50が設けられ、生成物Dが排出される。
The upstream side of the
蓋部材44には、配管48A、48B、48Cからの流体がそれぞれ流入する蓋部材貫通孔44A、44B、44Cが形成されている。
The
図8、9に示すように、プレート42の中央には、蓋部材貫通孔44Aに連通するプレート貫通孔42Aが形成され、プレート貫通孔42Aの内径はプレート貫通孔42A内を流体が層流となって流れるように(すなわち、レイノルズ数が2320以下になるように)決められている。また、蓋部材貫通孔44Aとプレート貫通孔42Aとは径が同じにされており、蓋部材貫通孔44Aとプレート貫通孔42Aとの間に段差が生じないようにされている。
As shown in FIGS. 8 and 9, a plate through
また、プレート42には、プレート貫通孔42Aの周囲にスリット状に形成されたスリット円筒状貫通孔42Bと、スリット円筒状貫通孔42B及び蓋部材貫通孔44Bに連通する径方向流路43Bと、が形成され、径方向流路43Bの流路断面積はボトルネックとならないように設定されている。
The
さらに、プレート42には、スリット円筒状貫通孔42Bの周囲に形成された厚肉短円筒状凹部42Cと、蓋部材貫通孔44Cに連通する外層用貫通孔41Cと、外層用貫通孔41C及び厚肉短円筒状凹部42Cに連通する径方向流路43Cと、が形成されている。径方向流路43Cは、径方向流路43Bと略対称位置に形成されており、また径方向流路43Cの流路断面積はボトルネックとならないように設定されている。
Further, the
プレート貫通孔42Aとスリット円筒状貫通孔42Bとは、薄厚短円筒状の内側隔壁板部62で区分けされており、スリット円筒状貫通孔42Bと厚肉短円筒状凹部42Cとは、薄厚短円筒状の中側隔壁板部64で区分けされている。
The plate through-
プレート42は、厚肉短円筒状凹部42Cの底部を形成すると共にスリット円筒状貫通孔42Bの外周側の流路壁を形成している流路壁形成部66を有しており、中側隔壁板部64は流路壁形成部66の最も内側から流出方向に沿って延び出している。
The
プレート42の一辺の長さLは、厚肉短円筒状凹部42Cの外径Dの1.5倍よりも長くされている。プレート42は、2枚の板部材をそれぞれ加工した上で貼り合わせてもよいし、一枚の板状部材を削り込んで製作してもよい。
The length L of one side of the
図8に示すように、受け部材46には上述の混合流路58が形成されており、厚肉短円筒状凹部42C、スリット円筒状貫通孔42B、及びプレート貫通孔42Aからそれぞれ流出する流体が混合流路58で混合して反応するようになっている。また、受け部材46の上流側には、円筒状流型マイクロ化学装置40の組立て時に厚肉短円筒状凹部42Cに挿入され、中側隔壁板部64との間でスリットリング状の外層流路45Cを形成するリング状の隆起部47が形成されている。
As shown in FIG. 8, the above-described
図9に示すように、スリット円筒状貫通孔42Bには、内側隔壁板部64と流路壁形成部66とに連続し流出方向に沿っている複数個のリブ68が配設されている。このリブ68は、径方向流路43B、43Cが形成されている空間部分を避けて、互いの間隔がほぼ均等になるように配設されている。また、スリット円筒状貫通孔42Bの流出口近くでは、流体を円管状に層流で流出させるために、リブ68が設けられていない。
As shown in FIG. 9, the slit cylindrical through
以上のような構成により、外層流路45C、スリット円筒状貫通孔42B、及びプレート貫通孔42Aのそれぞれを流れる流体は、同一方向でしかも層流で流れる。
With the configuration described above, the fluid flowing through each of the outer
寸法の一例としては、図8に示すように、プレート貫通孔42Aの径dが500μm、スリット円筒状貫通孔42Bの流路幅(隙間)Wが100μm、プレート42の厚みTが600μm、リブ68の肉厚t(図9参照)が100μmである。3液を同芯円状の層流としてプレート42から流出させるためには、レイノルズ数が臨界レイノルズ数(円管の場合2320)以下であれば、上記の寸法を変更しても構わない。
As an example of the dimensions, as shown in FIG. 8, the diameter d of the plate through
なお、反応させたい物質の拡散速度が、通常、あまり大きくないため、プレート貫通孔42A、スリット円筒状貫通孔42B、及び厚肉短円筒状凹部42Cの径が大きいほど長い反応時間を要する。このため、これらの径が1mm以下であることが好ましい。また、加工上での制約や、流す流体の流動抵抗と収量との関係などを考慮し、これらの径は1μm以上であることがより好ましい。
Since the diffusion rate of the substance to be reacted is usually not so high, the longer the reaction time is required, the larger the diameters of the plate through
また円筒状流型マイクロ化学装置40の材質については、薄片流型マイクロ化学装置本体30と同様である。
The material of the cylindrical flow type
次に、本発明における第二の実施形態を、円筒状流型マイクロ化学装置本体40に適用した運転方法について説明する。まず、洗浄流体Cを円筒状流型マイクロ化学装置本体40に流通させる前に、図4に示すように、洗浄流体Cに送気手段11により気体を含ませる(洗浄流体D)。その後、図7(A)、(B)に示すように、洗浄流体Dを、蓋部材44の上流側にある流入用の配管48A、48B、48Cより、マイクロ流路54内のプレート貫通孔42A、円筒状貫通孔42B、厚肉短円筒状凹部42Cにそれぞれ流通させる。そして、マイクロ流路54内のそれぞれ層流化した3液が、混合流路58内を流通し、流出口50より排出される(洗浄流体D’)。この時、洗浄流体Dがマイクロ流路54及び混合流路58内を流通している間、洗浄流体Dは脈流で供給される。これにより、マイクロ流路54及び混合流路58の内壁付近では、洗浄流体Dが渦などの乱れを生じ、周期的な層流渦(例えば、カルマン渦)を発生する。この層流渦が、マイクロ流路54及び混合流路58の内壁面に揺れを生じさせ、混合流路58の内壁面に付着した汚損をたたき出すことにより、混合流路58内を効率よく洗浄することができる。また、洗浄流体Dは、混合流路58の内壁面上に気体4と液体の表面張力による界面を形成しながら流れていくため、混合流路58の内壁面に周期的に振動を与えるようになり、混合流路58内を効率よく洗浄することができる。
Next, an operation method in which the second embodiment of the present invention is applied to the cylindrical flow type
また、本発明における第二の実施形態以外にも、混合流路58内に層流渦を発生させて混合流路58を洗浄する方法や、混合流路58内の洗浄流体に、所定の圧力の印加と除圧を行い、混合流路58を洗浄する方法や、洗浄流体を混合流路58に順方向と、逆方向とに流通させ、混合流路58を洗浄する方法、混合流路58に振動を付与し、又は超音波を印加して洗浄する方法、洗浄流体を混合流路58に充填し、混合流路58を加熱させて洗浄する方法、複数回洗浄流体を混合流路58に流通させて洗浄する方法等、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法を適用することができる。
In addition to the second embodiment of the present invention, a method of cleaning the mixing
[実施例A]
以下に、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法が適用される例として、単分散性に優れたハロゲン化銀分散溶液を、薄片状流型マイクロ化学装置本体30で合成し、その後薄片状流型マイクロ化学装置本体30内を洗浄する場合について述べる。
[Example A]
In the following, as an example to which the microchemical apparatus cleaning method according to the present invention is applied, a silver halide dispersion solution having excellent monodispersibility is synthesized in the flaky flow type
感光材料用のハロゲン化銀分散溶液の合成方法は、硝酸銀水溶液(溶液P)と、ハロゲン化塩水溶液(溶液Q)とを、接触させることにより行う。 A method for synthesizing a silver halide dispersion solution for a light-sensitive material is performed by bringing an aqueous silver nitrate solution (solution P) into contact with an aqueous halide salt solution (solution Q).
本実施例における感光性ハロゲン化銀は、ハロゲン組成として特に制限はなく、塩化銀、塩臭化銀、臭化銀、ヨウ臭化銀、ヨウ塩臭化銀である。その中でも臭化銀およびヨウ臭化銀が好ましい。粒子内におけるハロゲン組成の分布は均一であってもよく、ハロゲン組成がステップ状に変化したものでもよく、又は連続的に変化したものでもよい。また、コア/シェル構造を有するハロゲン化銀粒子を好ましく用いることができる。ハロゲン化銀粒子の構造としては、2〜5重構造が好ましく、2〜4重構造のコア/シェル粒子がより好ましい。 The photosensitive silver halide in this example is not particularly limited as a halogen composition, and is silver chloride, silver chlorobromide, silver bromide, silver iodobromide, silver iodochlorobromide. Of these, silver bromide and silver iodobromide are preferred. The distribution of the halogen composition in the grains may be uniform, the halogen composition may be changed stepwise, or may be continuously changed. Further, silver halide grains having a core / shell structure can be preferably used. The structure of the silver halide grains is preferably a 2- to 5-fold structure, more preferably a 2- to 4-fold core / shell grain.
また、感光性ハロゲン化銀粒子は、周期律表(第1〜18族までを示す)の第8族〜第10族の金属または金属錯体を含有することができる。周期律表の第8族〜第10族の金属または金属錯体の中心金属としては、ロジウム、ルテニウム、イリジウムが好ましい。これら金属錯体は1種類でもよいし、同種金属及び異種金属の錯体を2種以上併用してもよい。金属錯体の含有率は、銀1モルに対し1×10−9モルから1×10−3モルの範囲が好ましい。
Moreover, the photosensitive silver halide grain can contain a metal or a metal complex of Group 8 to Group 10 of the Periodic Table (showing
本実施例に用いるハロゲン化銀分散溶液に含有されるゼラチンとしては、種々のゼラチンを使用することができる。感光性ハロゲン化銀乳剤の有機銀塩含有塗布液中での分散状態を良好に維持するために、分子量は、500〜60,000の低分子量ゼラチンを使用するのが好ましい。 Various gelatins can be used as the gelatin contained in the silver halide dispersion used in this example. In order to satisfactorily maintain the dispersion state of the photosensitive silver halide emulsion in the organic silver salt-containing coating solution, it is preferable to use low molecular weight gelatin having a molecular weight of 500 to 60,000.
次に、薄片状流型マイクロ化学装置30において、ハロゲン化銀分散溶液を合成する具体的な例について説明する。
Next, a specific example of synthesizing a silver halide dispersion solution in the flaky flow type
まず、蒸留水1421mLに1質量%臭化カリウム溶液3.1mLを加え、さらに0.5moL/L濃度の硫酸を3.5mL、フタル化ゼラチン31.7gをそれぞれ添加した。この溶液の液温を30℃に保ち、ステンレス製反応壺中で攪拌しながら硝酸銀22.22gに蒸留水を加え、95.4mLに希釈して溶液Aとした。さらに、溶液Aに臭化カリウム15.3gとヨウ化カリウム0.8gを蒸留水にて容量97.4mLに希釈した溶液Bを、一定流量で45秒間かけて全量添加し、溶液Cを作製した。 First, 3.1 mL of a 1% by mass potassium bromide solution was added to 1421 mL of distilled water, and 3.5 mL of 0.5 mol / L sulfuric acid and 31.7 g of phthalated gelatin were added. While maintaining the temperature of this solution at 30 ° C., while stirring in a stainless steel reaction vessel, distilled water was added to 22.22 g of silver nitrate and diluted to 95.4 mL to obtain Solution A. Furthermore, Solution B, in which 15.3 g of potassium bromide and 0.8 g of potassium iodide were diluted with distilled water to a volume of 97.4 mL, was added to Solution A over a period of 45 seconds to prepare Solution C. .
その後、溶液Cに3.5質量%の過酸化水素水溶液を10mL添加し、さらにベンツイミダゾールの10質量%水溶液を10.8mL添加した。さらに、硝酸銀51.86gに蒸留水を加えて317.5mLに希釈し、溶液P(硝酸銀水溶液)とした。また、臭化カリウム44.2gとヨウ化カリウム2.2gを蒸留水にて容量400mLに希釈し、溶液Q(ハロゲン化塩水溶液)を作製した。そして、溶液Pを、流入口36より一定流量で約20分間かけて全量をマイクロ流路32に流通させ、溶液QはpAgを8.1に維持しながら、流入口37よりマイクロ流路32に流通させ、マイクロ流路32内で混合させた。このようにして、ハロゲン化銀分散溶液を合成した。
Thereafter, 10 mL of a 3.5 mass% aqueous hydrogen peroxide solution was added to Solution C, and 10.8 mL of a 10 mass% aqueous solution of benzimidazole was further added. Further, distilled water was added to 51.86 g of silver nitrate to dilute to 317.5 mL to obtain a solution P (silver nitrate aqueous solution). Further, 44.2 g of potassium bromide and 2.2 g of potassium iodide were diluted to a volume of 400 mL with distilled water to prepare a solution Q (an aqueous halide salt solution). Then, the entire amount of the solution P is circulated from the
以上のように、薄片状流型マイクロ化学装置本体30内において、硝酸銀水溶液(溶液P)とハロゲン化塩水溶液(溶液Q)とを接触させることにより、ハロゲン化銀分散溶液を合成することができる。
As described above, a silver halide dispersion solution can be synthesized by bringing a silver nitrate aqueous solution (solution P) and a salt halide aqueous solution (solution Q) into contact in the flaky flow type
次に、ハロゲン化銀分散溶液を合成する運転を停止した後、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法を適用した場合の、洗浄性の評価方法について説明する。 Next, a method for evaluating the cleaning property when the cleaning method for the microchemical apparatus according to the present invention is applied after the operation of synthesizing the silver halide dispersion is stopped will be described.
ハロゲン化銀分散溶液の合成を行った後、流体供給路36、37よりマイクロ流路32に洗浄流体を流通させ、マイクロ流路32の流出口38より排出される洗浄流体の透明度を測定することにより、洗浄性を評価した。具体的な方法としては、まず、流出口38より排出される洗浄流体をサンプリングした。次いで、分光光度計によりサンプリングした洗浄流体の吸光度を測定し、検出限界となった時を洗浄完了時間とした。また、マイクロ化学装置本体30の洗浄を終了した後、マイクロ化学装置本体30を分解し、洗浄性について目視で評価した。
After synthesizing the silver halide dispersion, the cleaning fluid is circulated from the
(実施例1)脈流洗浄を行う場合
ハロゲン化銀分散溶液の合成を行った後、脈流を発生させる1連ダイヤフラムポンプ((株)タクミナ製)を用いて、室温(約20℃)の蒸留水を100mL/分の流量で、流体供給路36、37よりマイクロ流路32に流通させた。この時、マイクロ流路内を洗浄流体が層流渦を形成しながら流通していることを確認することができた。その後、マイクロ流路32の流出口38より排出される洗浄流体をサンプリングし、分光光度計を用いて吸光度を測定した。そして、サンプリングした洗浄流体の吸光度が検出限界になるまでの洗浄完了時間を測定したところ、3〜4分であった。その後、マイクロ化学装置本体30を分解して観察した結果、マイクロ流路32内の汚損は、ほぼ完全に除去され、洗浄性が高いことを確認した。
(Example 1) When performing pulsating washing After synthesizing a silver halide dispersion solution, using a single diaphragm pump (manufactured by Takumina Co., Ltd.) that generates pulsating flow, room temperature (about 20 ° C) Distilled water was circulated from the
(比較例1)脈流洗浄を行わない場合
ハロゲン化銀分散溶液の合成を行った後、脈流の少ない3連プランジャーポンプ(富士テクノ工業(株)製)を用いて、室温(約20℃)の蒸留水を100mL/分の流量で、流体供給路36、37よりマイクロ流路32に流通させた。この時、マイクロ流路32内には洗浄流体による層流渦は発生しなかった。その後、マイクロ流路32の流出口38より排出される洗浄流体をサンプリングし、分光光度計を用いて吸光度を測定した。そして、サンプリングした洗浄流体の吸光度が検出限界になるまでの洗浄完了時間を測定したところ、5〜6分であった。その後、マイクロ化学装置本体30を分解して観察した結果、マイクロ流32路内の汚損が残留していることを確認した。
(Comparative Example 1) When no pulsating washing is performed After synthesizing a silver halide dispersion solution, a triple plunger pump (manufactured by Fuji Techno Industry Co., Ltd.) with little pulsating flow is used, and room temperature (about 20 ° C) distilled water was circulated from the
[実施例B]
次に、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法が適用される他の例として、単分散性に優れた顔料微粒子分散液を、円筒状流型マイクロ化学装置本体40で合成し、その後円筒状流型マイクロ化学装置本体40内を洗浄する場合について述べる。
[Example B]
Next, as another example to which the method for cleaning a microchemical device according to the present invention is applied, a pigment fine particle dispersion excellent in monodispersibility is synthesized in a cylindrical flow type
顔料微粒子分散液の合成は、溶液P、Q、及び機能性溶液Rの3液を接触させることにより行う。 The pigment fine particle dispersion is synthesized by bringing the three solutions P and Q and the functional solution R into contact with each other.
次に、円筒状流型マイクロ化学装置本体40において、顔料微粒子分散液を合成する具体的な例について説明する。
Next, a specific example of synthesizing the pigment fine particle dispersion in the cylindrical flow type microchemical device
溶液Pは、ジメチルスルホキシド(DMSO)と、ポリマーとしてPVPと、アルカリ剤として0.8モルKOHと、顔料としてピグメントレッドとを混合して調整した。この時の顔料濃度は1.0wt%であった。 Solution P was prepared by mixing dimethyl sulfoxide (DMSO), PVP as a polymer, 0.8 mol KOH as an alkaline agent, and Pigment Red as a pigment. The pigment concentration at this time was 1.0 wt%.
溶液Qは、水と、界面活性剤としてW−136(三協化学株式会社製)とを混合して調整した。この時の界面活性剤濃度は0.84wt%であった。 Solution Q was prepared by mixing water and W-136 (manufactured by Sankyo Chemical Co., Ltd.) as a surfactant. The surfactant concentration at this time was 0.84 wt%.
機能性液体Rは、スルホキシド(DMSO)と、アルカリ剤として0.8モルKOHと、ポリマーとしてPVPとを混合して調整した。 The functional liquid R was prepared by mixing sulfoxide (DMSO), 0.8 mol KOH as an alkali agent, and PVP as a polymer.
これらの溶液P,Q,及び機能性溶液Rを、円筒状流型マイクロ化学装置本体40の流入用の配管48A、48C、48Bより、マイクロ流路54内のプレート貫通孔42A、厚肉短円筒状凹部42C、円筒状貫通孔42Bにそれぞれ流通させ、原料溶液P、Q同士の間に機能性溶液Rによる機能層がはさまれた同芯円の3層構造(図10参照)となるよう流通させた。この3層の構造は、中心層が溶液P、外層が溶液Q、中間層が機能性溶液Rとなっている。
The solution P, Q and the functional solution R are supplied from the
この時、中心層を形成する溶液Pの流量を1mL/時間とし、外層を形成する溶液Qの流量を48mL/時間とし、中間層を形成する機能性溶液Rの流量を0.2mL/時間とするよう、溶液P、Q及び機能性溶液Rをマイクロ流路54及び混合流路58内に流通させた。このようにして、混合流路58において顔料微粒子分散液を合成し、7時間の連続製造を行った。
At this time, the flow rate of the solution P forming the central layer is 1 mL / hour, the flow rate of the solution Q forming the outer layer is 48 mL / hour, and the flow rate of the functional solution R forming the intermediate layer is 0.2 mL / hour. Thus, the solutions P and Q and the functional solution R were circulated in the
また、顔料微粒子分散液を合成する運転を停止した後、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法を適用した場合の、洗浄性の評価方法については、前述のハロゲン化銀分散溶液の場合と同様に行った。 Further, after the operation of synthesizing the pigment fine particle dispersion is stopped, the cleaning property evaluation method when the cleaning method of the microchemical device according to the present invention is applied is the same as that of the above-described silver halide dispersion solution. Went to.
(実施例1)気泡を混入させた洗浄溶液で洗浄する場合
まず、ジメチルスルホキシド(DMSO)と水とを、体積比率で90:10となるよう洗浄溶液を調整した。顔料微粒子分散液の合成を行った後、室温(約20℃)下で、この洗浄溶液に空気を0.05mL/分の流量で混入させながら、この洗浄溶液を0.5mL/分の流量で、マイクロ流路54内のプレート貫通孔42A、厚肉短円筒状凹部42C、円筒状貫通孔42B、及び混合流路58内に流通させた。
(Example 1) Washing with a cleaning solution mixed with bubbles First, a cleaning solution was prepared such that dimethyl sulfoxide (DMSO) and water had a volume ratio of 90:10. After synthesizing the pigment fine particle dispersion, the cleaning solution was added at a flow rate of 0.5 mL / min while mixing air at a flow rate of 0.05 mL / min at room temperature (about 20 ° C.). Then, the plate was passed through the plate through
この時、マイクロ流路54及び混合流路58内で、洗浄溶液中の気泡がマイクロ流路54及び混合流路58内で、セグメンテッドフローを形成するのを確認することができた。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40より排出される洗浄流体をサンプリングし、分光光度計を用いて吸光度を測定した。そして、サンプリングした洗浄流体の吸光度が検出限界になるまでの洗浄完了時間を測定したところ、15分であった。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を分解して観察した結果、混合流路58内の汚損が、ほぼ除去されていることを確認することができた。
At this time, it was confirmed that bubbles in the cleaning solution formed a segmented flow in the
(実施例2)気泡を混入させた洗浄溶液+超音波で洗浄する場合
まず、ジメチルスルホキシド(DMSO)と水とを、体積比率で90:10となるよう洗浄溶液を調整した。顔料微粒子分散液の合成を行った後、この洗浄溶液に空気を0.05mL/分の流量で混入させながら、室温(約20℃)下で、洗浄溶液を0.5mL/分の流量で、マイクロ流路54内のプレート貫通孔42A、厚肉短円筒状凹部42C、円筒状貫通孔42B、及び混合流路58内に流通させた。また、この間、円筒状流型マイクロ化学装置40を超音波洗浄器(ブランソン社製)の中に入れ、出力320W、周波数44kHzの条件で、円筒状流型マイクロ化学装置40に振動を付与した。
(Example 2) Washing solution containing bubbles and washing with ultrasonic waves First, dimethylsulfoxide (DMSO) and water were adjusted to a volume ratio of 90:10. After the pigment fine particle dispersion was synthesized, the cleaning solution was mixed at a flow rate of 0.5 mL / min at room temperature (about 20 ° C.) while air was mixed into the cleaning solution at a flow rate of 0.05 mL / min. The micro-channels 54 were passed through the plate through-
この時、マイクロ流路54及び混合流路58内で、洗浄溶液中の気泡がマイクロ流路54及び混合流路58の内壁面と無秩序に接触していることを確認することができた。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40より排出される洗浄流体をサンプリングし、分光光度計を用いて吸光度を測定した。そして、サンプリングした洗浄流体の吸光度が検出限界になるまでの洗浄完了時間を測定したところ、5〜6分であった。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を分解して観察した結果、混合流路58内の汚損は、ほぼ完全に除去され、洗浄性が高いことを確認した。
At this time, it was confirmed that the bubbles in the cleaning solution were in random contact with the inner wall surfaces of the
(比較例)気泡を混入させていない洗浄溶液で洗浄する場合
まず、ジメチルスルホキシド(DMSO)と水とを、体積比率で90:10となるよう洗浄溶液を調整した。顔料微粒子分散液の合成を行った後、シリンジポンプ(ハーバード社製)を用いて、室温(約20℃)下で、この洗浄溶液を0.5mL/分の流量で、マイクロ流路54内のプレート貫通孔42A、厚肉短円筒状凹部42C、円筒状貫通孔42B、及び混合流路58内に流通させた。
(Comparative example) When washing with a washing solution in which bubbles are not mixed First, a washing solution was prepared such that dimethyl sulfoxide (DMSO) and water were in a volume ratio of 90:10. After synthesizing the pigment fine particle dispersion, this washing solution is flowed at a flow rate of 0.5 mL / min at room temperature (about 20 ° C.) using a syringe pump (Harvard). The plate was passed through the plate through
この時、混合流路58内には洗浄流体による層流渦は発生しなかった。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40より排出される洗浄溶液をサンプリングし、分光光度計を用いて吸光度を測定した。そして、サンプリングした洗浄流体の吸光度が検出限界になるまでの洗浄完了時間を測定したところ、30分であった。その後、円筒状流型マイクロ化学装置本体40を分解して観察した結果、混合流路58内の汚損が、流出口付近で残留していることを確認した。
At this time, no laminar vortex was generated in the mixing
以上のように、本発明に係るマイクロ化学装置の洗浄方法を適用することにより、運転中においても、マイクロ流路内の汚損を効率よく除去することができ、生成物品質を向上させることができる。 As described above, by applying the method for cleaning a microchemical device according to the present invention, it is possible to efficiently remove the fouling in the microchannel and improve the product quality even during operation. .
なお、顔料微粒子分散液の合成方法として、実施例Bではピグメントレッドの例で説明したが、これに限定されるものではなく、マゼンタ顔料、イエロー顔料、またはシアン顔料を用いることもできる。詳しくは、ペリレン、ペリノン、キナクリドン、キナクリドンキノン、アントラキノン、アントアントロン、ベンズイミダゾロン、ジスアゾ縮合、ジスアゾ、アゾ、インダントロン、フタロシアニン、トリアリールカルボニウム、ジオキサジン、アミノアントラキノン、ジケトピロロピロール、チオインジゴ、イソインドリン、イソインドリノン、ピラントロンまたはイソビオラントロン系顔料またはそれらの混合物などのマゼンタ顔料、イエロー顔料、またはシアン顔料等を用いることができる。 As a method for synthesizing the pigment fine particle dispersion, the example of Pigment Red has been described in Example B. However, the present invention is not limited to this, and a magenta pigment, a yellow pigment, or a cyan pigment can also be used. Specifically, perylene, perinone, quinacridone, quinacridonequinone, anthraquinone, anthanthrone, benzimidazolone, disazo condensation, disazo, azo, indanthrone, phthalocyanine, triarylcarbonium, dioxazine, aminoanthraquinone, diketopyrrolopyrrole, thioindigo, A magenta pigment such as isoindoline, isoindolinone, pyranthrone or isoviolanthrone pigment, or a mixture thereof, a yellow pigment, or a cyan pigment can be used.
更に詳しくは、たとえば、C.I.ピグメントレッド190(C.I.bangou71140)、C.I.ピグメントレッド224(C.I.番号71127)、C.I.ピグメントバイオレット29(C.I.番号71129)等のペリレン系顔料、C.I.ピグメントオレンジ43(C.I.番号71105)、もしくはC.I.ピグメントレッド194(C.I.番号71100)等のペリノン系顔料、C.I.ピグメントバイオレット19(C.I.番号73900)、C.I.ピグメントバイオレット42、C.I.ピグメントレッド122(C.I.番号73915)、C.I.ピグメントレッド192、C.I.ピグメントレッド202(C.I.番号73907)、C.I.ピグメントレッド207(C.I.番号73900、73906)、もしくはC.I.ピグメントレッド209(C.I.番号73905)のキナクリドン系顔料、C.I.ピグメントレッド206(C.I.番号73900/73920)、C.I.ピグメントオレンジ48(C.I.番号73900/73920)、もしくはC.I.ピグメントオレンジ49(C.I.番号73900/73920)等のキナクリドンキノン系顔料、C.I.ピグメントイエロー147(C.I.番号60645)等のアントラキノン系顔料、C.I.ピグメントレッド168(C.I.番号59300)等のアントアントロン系顔料、C.I.ピグメントブラウン25(C.I.番号12510)、C.I.ピグメントバイオレット32(C.I.番号12517)、C.I.ピグメントイエロー180(C.I.番号21290)、C.I.ピグメントイエロー181(C.I.番号11777)、C.I.ピグメントオレンジ62(C.I.番号11775)、もしくはC.I.ピグメントレッド185(C.I.番号12516)等のベンズイミダゾロン系顔料、C.I.ピグメントイエロー93(C.I.番号20710)、C.I.ピグメントイエロー94(C.I.番号20038)、C.I.ピグメントイエロー95(C.I.番号20034)、C.I.ピグメントイエロー128(C.I.番号20037)、C.I.ピグメントイエロー166(C.I.番号20035)、C.I.ピグメントオレンジ34(C.I.番号21115)、C.I.ピグメントオレンジ13(C.I.番号21110)、C.I.ピグメントオレンジ31(C.I.番号20050)、C.I.ピグメントレッド144(C.I.番号20735)、C.I.ピグメントレッド166(C.I.番号20730)、C.I.ピグメントレッド220(C.I.番号20055)、C.I.ピグメントレッド221 (C.I.番号20065)、C.I.ピグメントレッド242(C.I.番号20067)、C.I.ピグメントレッド248、C.I.ピグメントレッド262、もしくはC.I.ピグメントブラウン23(C.I.番号20060)等のジスアゾ縮合系顔料、C.I.ピグメントイエロー13(C.I.番号21100)、C.I.ピグメントイエロー83(C.I.番号21108)、もしくはC.I.ピグメントイエロー188(C.I.番号21094)等のジスアゾ系顔料、C.I.ピグメントレッド187(C.I.番号12486)、C.I.ピグメントレッド170(C.I.番号12475)、C.I.ピグメントイエロー74(C.I.番号11714)、C.I.ピグメントレッド48(C.I.番号15865)、C.I.ピグメントレッド53(C.I.番号15585)、C.I.ピグメントオレンジ64(C.I.番号12760)、もしくはC.I.ピグメントレッド247(C.I.番号15915)等のアゾ系顔料、C.I.ピグメントブルー60(C.I.番号69800)等のインダントロン系顔料、C.I.ピグメントグリーン7(C.I.番号74260)、C.I.ピグメントグリーン36(C.I.番号74265)、ピグメントグリーン37(C.I.番号74255)、ピグメントブルー16(C.I.番号74100)、C.I.ピグメントブルー75(C.I.番号74160:2)、もしくは15(C.I.番号74160)等のフタロシアニン系顔料、C.I.ピグメントブルー56(C.I.番号42800)、もしくはC.I.ピグメントブルー61(C.I.番号42765:1)等のトリアリールカルボニウム系顔料、C.I.ピグメントバイオレット23(C.I.番号51319)、もしくはC.I.ピグメントバイオレット37(C.I.番号51345)等のジオキサジン系顔料、C.I.ピグメントレッド177(C.I.番号65300)等のアミノアントラキノン系顔料、C.I.ピグメントレッド254(C.I.番号56110)、C.I.ピグメントレッド255(C.I.番号561050)、C.I.ピグメントレッド264、C.I.ピグメントレッド272(C.I.番号561150)、C.I.ピグメントオレンジ71、もしくはC.I.ピグメントオレンジ73等のジケトピロロピロール系顔料、C.I.ピグメントレッド88(C.I.番号73312)等のチオインジゴ系顔料、C.I.ピグメントイエロー139(C.I.番号56298)、C.I.ピグメントオレンジ66(C.I.番号48210)等のイソインドリン系顔料、C.I.ピグメントイエロー109(C.I.番号56284)、もしくはC.I.ピグメントオレンジ61(C.I.番号11295)等のイソインドリノン系顔料、C.I.ピグメントオレンジ40(C.I.番号59700)、もしくは、C.I.ピグメントレッド216(C.I.番号59710)等のピラントロン系顔料、またはC.I.ピグメントバイオレット31(60010)等のイソビオラントロン系顔料である。
More specifically, for example, C.I. I. Pigment Red 190 (C.I. bangou 71140), C.I. I. Pigment red 224 (C.I. No. 71127), C.I. I. Perylene pigments such as CI Pigment Violet 29 (C.I. No. 71129); I. Pigment orange 43 (C.I. No. 71105), or C.I. I. Perinone pigments such as CI Pigment Red 194 (C.I. No. 71100); I. Pigment violet 19 (C.I. No. 73900), C.I. I.
2…汚損、4…気体、10A、10B…原料流体貯蔵部、11…送気手段、12…洗浄流体貯蔵部、13…圧力制御手段、14…生成物回収部、18、20、28A、28B…配管、30…薄片状流型マイクロ化学装置本体、31…本体部材、32…マイクロ流路、33…蓋部材、34A、34B…流体供給路、36、37…流入口、38…流出口、40…円筒状流型マイクロ化学装置、42…プレート、42A…プレート貫通孔、42B…円筒状貫通孔、42C…厚肉短円筒状凹部、44…蓋部材、44A、44B、44C…蓋部材貫通孔、45C…外層流路、46…受け部材、48A、48B、48C…配管、54…マイクロ流路(円筒状流型)、58…混合流路
2 ... Fouling, 4 ... Gas, 10A, 10B ... Raw material storage unit, 11 ... Air supply means, 12 ... Cleaning fluid storage unit, 13 ... Pressure control means, 14 ... Product recovery unit, 18, 20, 28A, 28B ... Piping, 30 ... Flame flow type microchemical device main body, 31 ... Main body member, 32 ... Micro flow path, 33 ... Cover member, 34A, 34B ... Fluid supply path, 36, 37 ... Inlet, 38 ... Outlet, DESCRIPTION OF
Claims (16)
洗浄流体を前記マイクロ流路に流通させ、前記マイクロ流路内において層流渦を発生させて前記マイクロ流路を洗浄することを特徴とするマイクロ化学装置の洗浄方法。 In a cleaning method of a microchemical apparatus in which a plurality of types of raw material fluids are joined to one micro flow channel having an equivalent diameter of 1 mm or less through each fluid supply path to perform a reaction operation or a unit operation,
A cleaning method for a microchemical device, wherein a cleaning fluid is circulated through the microchannel and laminar vortices are generated in the microchannel to clean the microchannel.
洗浄流体を前記マイクロ流路に流通させるとともに、前記マイクロ流路の上流側に送気手段を設け、前記洗浄流体に気体を混入させて前記マイクロ流路を洗浄することを特徴とするマイクロ化学装置の洗浄方法。 In a cleaning method of a microchemical apparatus in which a plurality of types of raw material fluids are joined to one micro flow channel having an equivalent diameter of 1 mm or less through each fluid supply path to perform a reaction operation or a unit operation,
A microchemical apparatus characterized in that a cleaning fluid is circulated through the microchannel, an air supply means is provided upstream of the microchannel, and a gas is mixed into the cleaning fluid to clean the microchannel. Cleaning method.
前記マイクロ流路内の前記洗浄流体に、所定値以上の圧力を印加した後、除圧する請求項1〜6のいずれか1項に記載のマイクロ化学装置の洗浄方法。 A pressure control means is provided downstream of the microchannel,
The method for cleaning a microchemical device according to any one of claims 1 to 6, wherein the pressure is released after applying a pressure of a predetermined value or more to the cleaning fluid in the microchannel.
前記マイクロ流路内の前記洗浄流体を加熱させる請求項1〜9のいずれか1項に記載のマイクロ化学装置の洗浄方法。 The microchemical device is provided with temperature control means,
The method for cleaning a microchemical device according to any one of claims 1 to 9, wherein the cleaning fluid in the microchannel is heated.
The manufacturing method of the pigment which introduce | transduced the washing | cleaning method of the microchemical apparatus of any one of Claims 1-15.
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