JP2006528066A

JP2006528066A - 滞留時間制御可能な反応器

Info

Publication number: JP2006528066A
Application number: JP2006530470A
Authority: JP
Inventors: プロクター，リー・デーヴィッド; ウォー，アントニー・ジョン
Original assignee: フェニックス・ケミカルズ・リミテッド
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2006-12-14
Also published as: GB2401804B; WO2004103551A1; AU2004241773B2; AU2004241773A1; GB0311459D0; GB2401804A; CA2526181A1; EP1626803A1; US20070122321A1

Abstract

本発明は、複数の反応域を含み、第1の反応域が特定の流速でそれを通過する反応混合物に第1の滞留時間を生ずるように構成され、第2の反応域が第1の反応域と直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第2の滞留時間を生ずるように構成され、第2の滞留時間が第1の滞留時間の少なくとも約1.5倍であり、反応器が、さらに、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第1および第2の反応域の少なくとも1つを迂回するための手段を含む反応器に係る。

Description

本発明は、滞留時間可変性の反応器、さらに詳しくは、連続操作に適した滞留時間可変性反応器に関する。
バッチ式または連続式操作システムのいずれかで作動する化学および生物学的反応を行うための種々のタイプの反応器が、現在、使用されている。これら2つのシステムのハイブリッドも、また、見ることができる。バッチ操作反応器内の反応混合物の滞留時間は、反応の開始時間と終了時間とを制御するだけで簡単に変化させることができる。対照的に、連続操作反応器内の反応混合物の滞留時間は、反応器を通る流速によって制御される傾向にあり、その制御は、プロセス反応のプロセス動力学およびその他の基礎に悪影響を及ぼすことなくある限度内で可能なのみである。化学または生物学的反応を連続的に行うことが多くの場合に望ましいので、これまでの場合の連続操作における滞留時間に関して優る制御の度合いを生じさせることは有効であろう。組立て式の構成部分を使用する連続操作システムに係る多数の反応器が開示されており、それによって、反応器装置は、改変されて、反応条件を最適化され、および/または、反応器を改良して、種々の反応に使用可能とされている。これは、また、いずれか1つの所定の時間に使用することのできない多数の構成部分を必要とするので、改良するのに時間がかかり、購入するのに高価である装置を有するという問題を提示する。

U.K.特許出願No．GB841416は、カスケードシステムにより化学反応を行うための装置にてまたは関する改良を開示している。その装置は、閉鎖反応容器；その容器の頂部での反応体のための導入口手段；蒸気を除去するための容器の頂部の開口を含み、その容器は、それを通して反応体が連続して流れる複数の区画を組み込んでいる。このような反応器装置の有する共通の問題は、装置がある種の反応または反応タイプを念頭において設計され、かくして、範囲が限定されるであろう点である。さらに、このような装置は、正確に進行するために反応についての等しい滞留時間を必要とするある種のタイプの連続液体反応に適しておらず、これゆえに、流動管を基体とする装置が、したがって、好ましい。

U.S.特許No．5,580,523は、組み立て反応器システム；および、化合物を合成するための方法を開示している。装置は、多数の一般的構成部分、例えば、ポンプ、フローチャネル、マニフォールド、フローレストリクターおよびバルブを含む。アセンブリーボード上の組み立て反応器、分離器および分析器は、組み立て反応器ユニットがI.D.100μmまでを有するシステムについて、反応域内の滞留時間の制御を最適とする。この反応器システムは、先の反応器容器に関連する固有の問題に取り組むようであるが、すなわち、システムが多数の異なる反応に適合可能であるようだが、種々の構成部分を変更させて、異なる反応のための装置を組み立てることは、時間のかかることである。さらに、このような組み立てシステムは、いずれか1つの所定時間に使用されない大多数の構成部分をもたらすか、または、余分の構成部分を注文したり確保したりで、装置の構成にて遅延を生ずる。

国際特許出願No．WO 02/072254は、効率的な熱伝達に係る反応器装置であって、複数の別個の導管のアセンブリを含み、各導管は、反応器を通る1つ以上の流路を画定し、各々の長さは、各流路に流入する反応体の滞留時間を変化させるように、連結される導管の数を調節することによって変更させうる反応器装置を開示している。この装置は、所定の反応の条件、例えば、滞留時間および熱伝達を変更するために物理的運動およびコネクタの再配置に依拠する。これは、装置を構成するのに時間がかかるので、それ自体問題がある。化学者が装置を新しい設定に設定する必要があり、さらに、このようなマニュアルの設定が装置に損傷をもたらすので(例えば、カップリングに)、反応条件を最適化するのに困難を生じ、これにより、調整するのに高価となり、反応によっては、恐らく、危険となる(例えば、毒性化合物を含め、高温反応)。

本発明の目的は、従来技術反応器装置に関連する1つ以上の問題を克服することである。また、多数の反応に容易に適合可能であり、特に、反応器の滞留時間を変更するのに適合可能である反応器装置を提供することもまた本発明の目的である。したがって、スケールアップの要求およびその他の時々刻々の操作変数、好ましくは、(反応器の運転停止を必要とすることなく)オンラインで応答することのできる反応器を提供することも本発明の目的である。

本発明に従えば、複数の反応域を含み、第1の反応域が特定の流速でそれを通過する反応混合物に第1の滞留時間を生ずるように構成され、第2の反応域が第1の反応域と直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第2の滞留時間を生ずるように構成され、第2の滞留時間が第1の滞留時間の少なくとも約1.5倍であり、反応器がさらに、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第1および第2の反応域の少なくとも1つを迂回するための手段を含む反応器が提供される。

好ましくは、第2の滞留時間は、第1の滞留時間の少なくとも約2倍である。
反応器は、第2の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第3の滞留時間を生ずるように構成された第3の反応域を含み、第3の滞留時間が第2の滞留時間の少なくとも約1.5倍であるのがよい。この場合、反応器は、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第3の反応域を迂回するための手段をさらに含むのがよい。好ましくは、第3の滞留時間は、、第2の滞留時間の少なくとも約2倍である。

反応器は、第3の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第4の滞留時間を生ずるように構成された第4の反応域を含み、第4の滞留時間が第3の滞留時間の少なくとも約1.5倍であるのがよい。この場合、反応器は、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第4の反応域を迂回するための手段をさらに含むのがよい。好ましくは、第4の滞留時間は、第3の滞留時間の少なくとも約2倍である。

反応器は、第(n-1)の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第nの滞留時間を生ずるように構成された第nの反応域を含み、第nの滞留時間が第(n-1)の滞留時間の少なくとも約1.5倍であるのがよい。この場合、反応器は、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第nの反応域を迂回するための手段をさらに含む。好ましくは、第nの滞留時間は、第(n-1)の滞留時間の少なくとも約2倍である
好ましくは、1つ以上の反応域が迂回される時、反応域または先の反応域と反応域または後続の反応域との間の直列連結が維持される。

本発明の反応器は、したがって、ゼロ、1つ以上の反応域を適当に迂回することによってそこを通って流れる特定の反応混合物について滞留時間を緊密に制御可能とする。かくして、3つの反応域を有する本発明の反応器にて、特定の流速について10秒、20秒および40秒の滞留時間を生ずるように、それぞれ、構成し、反応器のオペレータは、所望される滞留時間を容易に設定することができる。かくして、第2および第3の反応域を迂回することによって、滞留時間10が生じうる。第1および第3の反応域を迂回することによって、滞留時間20秒が生じうる。第3の反応域のみを迂回することによって、滞留時間30秒が生じうる。第1および第2の反応域を迂回することによって、滞留時間40秒が生じうる。第2の反応域のみを迂回することによって、滞留時間50秒を生じうる。第1の反応域のみを迂回することによって、滞留時間60秒を生じうる。反応域を迂回しないことによって、滞留時間70を生じうる。明らかなように、選択可能な滞留時間の範囲は、反応域の数とともに増大するであろう。

好ましくは、反応器内または反応器区画内の各反応域は、因子xだけ先行する反応域によって生ずるよりも長い滞留時間を生ずるように構成され、因子xは、少なくとも約1.5、好ましくは、少なくとも約2であるが、それより長くてもよく、また、反応域の異なる対の間で同一または異なっていてもよい。

特定の反応域を迂回するための1つの便利な手段は、反応域導入口の上流に位置する開閉可能なバルブを含む。バルブは、反応混合物を流入させるための1つの導入口を有するが、2つの導出口とそれら2つの導出口の間のバルブを通る流れを開閉するための手段を有する。第1の導出口が選択される時、流入反応混合物は、バルブを通って反応域導入口へと流れる。第2の導出口が選択される時、流入反応混合物は、反応域を回避して、バルブを通って迂回領域へと流れる。好ましくは、第2の開閉可能なバルブは、反応域導出口の下流に位置する。この第2のバルブは、流出反応混合物のための1つの導出口を有するが、2つの導入口とそれら2つの導入口の間のバルブを通る流れを開閉するための手段を有する。反応域が迂回されない時、このバルブは、反応域導出口から反応混合物を受け入れるために開閉する。反応域が迂回される時、このバルブは、迂回領域から反応混合物を受け入れるように開閉する。

異なる滞留時間を生ずるための各反応域の構成は、例えば、各反応域内の反応管の中ぐりにより、このような管材料の長さにより、または、その両方により、達成するのがよい。かくして、本発明の1つの好ましい実施態様にて、第1の反応域以降の各反応域が、反応器の使用において、化学または生物学的反応が生ずる内側の管を含み、管の中ぐりが、直前の反応域の管の中くりより大きい。本発明のもう1つの好ましい実施態様にて、第1の反応域以降の各反応域が、反応器の使用において、化学または生物学的反応が生ずる内側の管を含み、管の長さが、直前の反応域の管の長さより長い。例えば、各それぞれの反応域にて、異なる数、形状および/またはサイズのユニットを使用することによって、異なる反応域にて異なる滞留時間を達成させるその他の手段は、当業者であれば、明らかであろう。

反応混合物流が通るかおよび/または迂回する反応域の数は、反応器内にて所望される滞留時間を生ずるように変更させることができる。好ましくは、反応混合物流が通るかおよび/または迂回する反応域の数は、所定の反応が生ずるために必要とされる滞留時間によって決定される。これは、医薬品業界にて特に有益であり、この場合、滞留時間は、製造される化合物の特性、例えば、エナンチオマー過剰および収率を決定することが多い。

本装置は、また、反応条件および/または装置状態をモニターするために装置内に配置された1つ以上のモニター装置を有するのがよい。好ましくは、本装置は、モニター装置からの情報を処理するための処理装置を有する。本装置は、また、装置を制御するための制御装置を有するのがよい。さらに好ましくは、本装置は、反応条件を最適化するために、装置を自動的に調節しうる処理装置を有するのがよい。したがって、上記本明細書に記載したような装置は、例えば、反応混合物をいずれかの所定の容器に通すかまたは迂回させ、反応混合物速度を制御するための1つ以上のポンプを制御することによって反応条件(例えば、滞留時間)を自動的に最適化する多数のアプリケーションのためのコンピュータまたは同等の処理装置にリンクするのがよい。このような処理装置は、また、生ずる組成物または反応のための出発試薬を確認するためにも使用することができる。

さて、例として、添付の図面を参考としつつ、本発明の具体的な実施態様を説明しよう。
図1を参照すると、化学または生物学的反応の連続操作のための簡略化した工程系統図が示されている。図1は、それぞれ、2〜6で表す第2、第3、第4、第5および第6の反応域と直列に連結された第1の反応域1が示されている。図1にて、各反応域は、殻と管反応器として示されているが、その他のタイプの反応器仕様も本発明に従い使用することができることが理解されるであろう。

反応域1は、反応器殻と、殻の内側に、化学または生物学的反応がその反応器の使用にて生ずる内側の複数の反応管とを含む。反応域1は、インライン8にてスチームが供給される加熱ジャケット7により加熱され、冷却された蒸気または凝縮物がインライン9に戻される。反応域2〜6は、同様に構成されている。

反応域2は、反応域1の管の径のほぼ2倍の径である反応管を具備し、それによって、(反応域1および2を通り同一速度で流れる反応混合物流について)反応域1のそれのほぼ2倍の反応域2における有効な滞留時間を生ずる。反応域3の反応管の中ぐりは、同様に、反応域2におけるそれの2倍であり、反応管の中ぐりを増大するこの進行は、かくして、滞留時間を増大させ、残りの反応域3〜6を連続して通る。

全ての反応域を使用する時、反応混合物は、インライン10の反応域1を通過し、反応域1を通って進み、インライン11上にて、反応域2の導入口の直上流の開閉可能な導入口バルブ12に到る。バルブ12に入る反応混合物は、反応域2に向かい、ついで、インライン13上で、反応域2の導出口の直下流の開閉可能なバルブ14に到る。反応混合物は、バルブ14を通過し、インライン15上で、反応域3への導入口の直上流に設けられた開閉可能なバルブ16に進む。反応混合物は、このように、各反応域を通って進む。

しかし、例えば、第3の反応域を迂回すると、開閉可能なバルブ16は、反応混合物がライン15から入るが、ついで、迂回領域17を出る。反応域3の導出口の直下流の開閉可能なバルブ18も、また、迂回領域17から流入反応混合物を受け入れるために開閉され、この反応混合物は、ついで、インライン19上を通過し、反応域4の導入口の直上流に設けた開閉可能なバルブ20に向かう。

反応域2〜6のいずれか1つまたは2つ以上を迂回することは容易に可能であることが理解されるであろう。特定域が迂回される時、反応混合物の流れは、いずれかの迂回反応域をも連続して通る。このように、反応器のオペレータは、反応器を連続的に通って進行する反応のための特定の所望される滞留時間を緊密に制御するように選択することが可能である。

プラント、配管、制御バルブ、ポンプ、レリースバルブ、流速制御器および図に示したその他の標準装備の構成は、単なる例を示すものであり、本明細書を一読すれば、本発明の反応器が図1に示した構成に限定されるものではないことが理解されるであろう。

図1は、反応器装置の1つのプランを示す。

Claims

複数の反応域を含み、第1の反応域が特定の流速でそれを通過する反応混合物に第1の滞留時間を生ずるように構成され、第2の反応域が第1の反応域と直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第2の滞留時間を生ずるように構成され、第2の滞留時間が第1の滞留時間の少なくとも約1.5倍であり、反応器が、さらに、反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第1および第2の反応域の少なくとも1つを迂回するための手段を含む反応器。
第2の滞留時間が第1の滞留時間の少なくとも約2倍である、請求項1に記載の反応器。
第2の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第3の滞留時間を生ずるように構成された第3の反応域を含み、第3の滞留時間が第2の滞留時間の少なくとも約1.5倍である、請求項1または2に記載の反応器。
反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第3の反応域を迂回するための手段をさらに含む、請求項3に記載の反応器。
第3の滞留時間が第2の滞留時間の少なくとも約2倍である、請求項3または4に記載の反応器。
第3の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第4の滞留時間を生ずるように構成された第4の反応域を含み、第4の滞留時間が第3の滞留時間の少なくとも約1.5倍である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の反応器。
反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第4の反応域を迂回するための手段をさらに含む、請求項6に記載の反応器。
第4の滞留時間が第3の滞留時間の少なくとも約2倍である、請求項6または7に記載の反応器。
第(n-1)の反応域に直列に連結され、かつ、特定の流速でそれを通過する反応混合物に第nの滞留時間を生ずるように構成された第nの反応域を含み、第nの滞留時間が第(n-1)の滞留時間の少なくとも約1.5倍である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の反応器。
反応器を通過する反応混合物の有効滞留時間を低下させるために第nの反応域を迂回するための手段をさらに含む、請求項9に記載の反応器。
第nの滞留時間が第(n-1)の滞留時間の少なくとも約2倍である、請求項9または10に記載の反応器。
反応域が迂回される時、反応域または先の反応域と反応域または後続の反応域との間の直列連結が維持される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の反応器。
1つ以上の反応域が迂回される時、残りの(迂回しない)反応域の直列連結が維持される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の反応器。
特定の反応域を迂回するための手段が反応域導入口の上流に位置する開閉可能なバルブを含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の反応器。
バルブが、反応混合物を流入させるための1つの導入口を有するが、2つの導出口とそれら2つの導出口の間のバルブを通る流れを開閉するための手段を有する、請求項14に記載の反応器。
第1の導出口が選択される時、流入反応混合物がバルブを通って反応域導入口に流入する、請求項15に記載の反応器。
第2の導出口が選択される時、流入反応混合物が、反応域を回避して、バルブを通って迂回領域に流入する、請求項16に記載の反応器。
第2の開閉可能なバルブが反応域導出口の下流に位置する、請求項17に記載の反応器。
第2のバルブが、反応混合物を流出するための導出口を有するが、2つの導入口とそれら2つの導入口との間のバルブを通る流れを開閉するための手段を有する、請求項18に記載の反応器。
反応域が迂回されない時、第2のバルブが、反応領域導出口から反応混合物を受け入れるために開閉される、請求項19に記載の反応器。
反応域が迂回される時、第2のバルブが、迂回領域から反応混合物を受け入れるために開閉される、請求項20に記載の反応器。
異なる滞留時間を生ずるための各反応域の構成が、各反応域内の反応管の中ぐりにより、このような管材料の長さにより、または、その両方により、達成される、請求項1〜21のいずれか1項に記載の反応器。
第1の反応域以降の各反応域が、反応器の使用において、化学または生物学的反応が生ずる内側に管を含み、管の中ぐりが、直前の反応域の管の中くりより大きい、請求項22に記載の反応器。
第1の反応域以降の各反応域が、反応器の使用において、化学または生物学的反応が生ずる内側に管を含み、管の長さが、直前の反応域の管の長さより長い、請求項22または23に記載の反応器。