JP2007136253A - Micro-reactor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細な流路で形成された反応部を備えるマイクロリアクタシステムに係り、特に、複数のリアクタを並列配置したものに用いるに好適なマイクロリアクタシステムに関する。 The present invention relates to a microreactor system including a reaction portion formed by a fine flow path, and more particularly to a microreactor system suitable for use in a plurality of reactors arranged in parallel.
近年、流路の幅と高さが数μmから数百μmの微細流路を有する構造体に、お互いに反応する2種類以上の流体を導入し、微細流路内でお互いに接触させて化学反応を生じさせるマイクロリアクタと呼ばれる反応装置が注目されている。 In recent years, two or more kinds of fluids that react with each other are introduced into a structure having a fine flow channel with a width and height of several μm to several hundreds of μm, and are brought into contact with each other in the fine flow channel. Attention has been focused on a reaction device called a microreactor that causes a reaction.
マイクロリアクタは、反応部の体積当たりの表面積が大きく、流路の幅や高さが小さく、流路の容積が小さい。そのため、マイクロリアクタでは、試薬の混合時間が短くなり、試薬に対する熱交換が速くなり、試薬同士の反応効率が高くなるといった効果が期待できる。マイクロリアクタに関しては、例えば、特開2003−47839号公報に記載のものが知られている。 The microreactor has a large surface area per volume of the reaction part, a small width and height of the flow path, and a small volume of the flow path. Therefore, in the microreactor, it is possible to expect an effect that the mixing time of the reagent is shortened, the heat exchange with respect to the reagent is accelerated, and the reaction efficiency between the reagents is increased. As for the microreactor, for example, those described in JP-A-2003-47839 are known.
このようなマイクロリアクタ1つ当たりに生成される化学物質は毎分数mL程度であるため、工業的に大量生産を行う場合には、複数のマイクロリアクタを並列させる方法で実現されることが検討されている。このような方法を、マイクロリアクタのナンバリングアップと称している。 Since such a chemical substance generated per microreactor is about several mL per minute, it is considered to be realized by a method of paralleling a plurality of microreactors in the case of industrial mass production. . Such a method is referred to as numbering up of the microreactor.
マイクロリアクタに関する研究は盛んに行われているが、ナンバリングアップに関連した周辺機器との連携や制御方法といったプラントシステムとしての研究はあまり行われていない。なかでも、ナンバリングアップした複数のマイクロリアクタへ均一に送液する方法の開発が望まれている。 Although research on microreactors has been actively conducted, there has not been much research on plant systems such as coordination with peripheral devices related to numbering up and control methods. In particular, it is desired to develop a method for uniformly feeding liquids to a plurality of numbered microreactors.
本発明の目的は、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能なマイクロリアクタシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a microreactor system that can uniformly feed liquids to a plurality of microreactors in a microreactor system in which the number of microreactors is increased.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、互いに並列に接続される複数のマイクロリアクタと、前記複数のマイクロリアクタの入口に接続される分岐配管とを備え、前記分岐配管は、一つの入口に対して複数の出口を有する複数の分岐配管が多段に接続されているものである。
かかる構成により、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能なものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of microreactors connected in parallel to each other and a branch pipe connected to the inlets of the plurality of microreactors. A plurality of branch pipes having a plurality of outlets are connected in multiple stages.
With this configuration, liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記多段に接続された複数の分岐配管の内、下段側に接続された分岐配管の分岐流路を互いに接続する導圧管を備えるようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, among the plurality of branch pipes connected in multiple stages, a pressure guiding pipe is provided for connecting the branch flow paths of the branch pipes connected to the lower stage side to each other. is there.
(3)上記(1)において、好ましくは、前記複数の分岐配管は、それぞれ、入口に対して、複数の出口が点対称に配置されているものである。 (3) In the above (1), preferably, in each of the plurality of branch pipes, a plurality of outlets are arranged point-symmetrically with respect to the inlet.
(4)上記(1)において、好ましくは、前記分岐配管の出口と前記複数のマイクロリアクタの入口の間に、流量調整用の微細な流路を備えるようにしたものである。 (4) In the above (1), preferably, a fine flow path adjusting flow path is provided between the outlet of the branch pipe and the inlets of the plurality of microreactors.
本発明によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能となる。 According to the present invention, in a microreactor system in which microreactors are numbered up, liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
以下、図1及び図2を用いて、本発明の第1の実施形態によるマイクロリアクタシステムの構成について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるマイクロリアクタシステムの全体構成について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態によるマイクロリアクタシステムの全体構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the configuration of the microreactor system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
First, the overall configuration of the microreactor system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a microreactor system according to a first embodiment of the present invention.
本実施形態のマイクロリアクタシステムは、100個並列に配置されたマイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100と、分岐配管100A,110Bと、流量計20A,20Bと、バルブ30A,30Bと、ポンプ40A,40Bと、原料流体貯蔵タンク50A,50Bと、反応流体貯蔵タンク60と、入口流路70A−1,70A−2,…,70A−100,70B−1,70B−2,…,70B−100と、出口流路70C−1,70C−2,…,70C−100から構成されている。
The microreactor system of this embodiment includes 100 microreactors 10-1, 10-2,..., 10-100,
ポンプ40A,40Bは、原料流体貯蔵タンク50A,50Bに貯蔵された原料流体を、分岐配管100A,110Bと入口流路路70A−1,70A−2,…,70A−100,70B−1,70B−2,…,70B−100を通って、マイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100に供給する。ポンプ40A,40Bの流量は、流量計20A,20Bとバルブ30A,30Bにより調整される。マイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100において、2種類の原液流体が反応し、反応生成物は、出口流路70C−1,70C−2,…,70C−100を通って、反応流体貯蔵タンク60に排出される。
The
ここで、マイクロリアクタシステムにおいて、以下の式(1)に示すように、化学物質Aと化学物質Bが反応して化学物質Cが生成する反応を行わせる場合を考える。
A + B → C …(1)
原料流体貯蔵タンク50Aに化学物質Aを含む流体を、原料流体貯蔵タンク50Bに化学物質Bを含む流体をそれぞれ同じ濃度で用意する。原料流体貯蔵タンク50A,50Bから、それぞれの流体を同じ流量で分岐配管100A,110Bに供給する。それぞれの流体は、分岐配管で100個の流れに分岐された後、入口流路70A−1,70A−2,…,70A−100,70B−1,70B−2,…,70B−100を通って、マイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100に供給される。化学物質Cを効率よく生成させるためには、マイクロリアクタへ化学物質Aを含む流体と化学物質Bを含む流体をそれぞれ等流量で供給する必要がある。
Here, in the microreactor system, as shown in the following formula (1), consider a case where the chemical substance A and the chemical substance B react to generate a chemical substance C.
A + B → C (1)
A fluid containing chemical substance A is prepared in the raw material
次に、図2を用いて、本実施形態によるマイクロリアクタシステムに用いる分岐配管の構成について説明する。なお、図1に示した分岐配管100A,110Bはそれぞれ同一の構成を有するため、ここでは、分岐配管100として説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態によるマイクロリアクタシステムに用いる分岐配管の構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the branch pipe used in the microreactor system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Since the
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a branch pipe used in the microreactor system according to the first embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
分岐配管100は、同一構成の11個の分岐配管110−0,110−1,…,110−10から構成されている。分岐配管110−1は、1個の入口に対して10個の出口を有する構成であり、他の分岐配管110−1,…,110−10も同一構成である。例えば、分岐配管110−1において、1個の入口0iと、10個の出口0o-1,0o-2,…,0o-10の間は、分岐流路FS0で接続されている。分岐配管110−1の10個の出口には、それぞれ、流路管FP1,FP2,…,FP10によって、10個の他の分岐配管110−1,…,110−10の入口が接続されている。すなわち、単一の分岐配管に対して、複数の分岐配管を2段に接続する構成となっている。従って、分岐配管100は、1個の出口に対して100個の出口を有するものと等価となる。
The
ここで、入口が1個で、出口が複数個のものを用いた場合、その分岐流路の内径や流路長のばらつきにより、各流路の圧力損失に差が生じるため、出口側における流量に偏差が生じる。例えば、1個の分岐配管で、入口が1個で、出口が100個のものを用いた場合、流量偏差は、30%程度となる。 Here, when one inlet is used and a plurality of outlets are used, there is a difference in the pressure loss of each flow path due to variations in the inner diameter and flow length of the branch flow path. Deviation occurs. For example, when one branch pipe with one inlet and 100 outlets is used, the flow rate deviation is about 30%.
それに対して、1個の分岐配管で、入口が1個で、出口が10個のものを用いた場合、流量偏差は、2〜3%程度である。この入口が1個で、出口が10個の分岐配管を、図2に示したように、2段配置とした場合、全体としての流量偏差は、5%程度である。従って、入口が1個で、出口が100個のものを用いた場合に比べて、流量偏差を大幅に低減することができる。 On the other hand, when one branch pipe with one inlet and ten outlets is used, the flow rate deviation is about 2-3%. When a branch pipe having one inlet and ten outlets is arranged in two stages as shown in FIG. 2, the flow rate deviation as a whole is about 5%. Therefore, the flow rate deviation can be greatly reduced as compared with the case of using one having one inlet and 100 outlets.
なお、図示の例は、2段配置であるが、3段以上の配置とすることもできる。例えば、入口が1個で、出口が5個の分岐配管を3段配置することで、入口が1個で、出口が125個の相当の分岐配管とすることができる。また、同一構成のものを2段配置するものに限らず、第1段の出口の数に対して、第2段の出口の数を変えることもできる。例えば、第1段を入口が1個で、出口が10個の分岐配管とし、第2段を入口が1個で、出口が5個の分岐配管を10個配置することで、入口が1個で、出口が50個の相当の分岐配管とすることができる。 Although the illustrated example has a two-stage arrangement, it can be arranged in three or more stages. For example, by arranging three stages of branch pipes with one inlet and five outlets, it is possible to obtain a corresponding branch pipe with one inlet and 125 outlets. Further, the number of outlets in the second stage can be changed with respect to the number of outlets in the first stage without being limited to the one having the same configuration in two stages. For example, the first stage has one inlet and the outlet has ten branch pipes, and the second stage has one inlet and the outlet has five branch pipes, thereby having one inlet. Thus, it is possible to provide a branch pipe with 50 outlets.
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in the microreactor system in which the microreactors are numbered up, liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
次に、図3を用いて、本発明の第2の実施形態によるマイクロリアクタシステムの構成について説明する。本実施形態によるマイクロリアクタシステムの全体構成は、図1に示したものと同様である。
図3は、本発明の第2の実施形態によるマイクロリアクタシステムに用いる分岐配管の構成を示すブロック図である。なお、図1,図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the microreactor system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall configuration of the microreactor system according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a branch pipe used in the microreactor system according to the second embodiment of the present invention. 1 and 2 indicate the same parts.
本実施形態における分岐配管100’は、図2の分岐配管100と同様に、同一構成の11個の分岐配管110−0,110−1,…,110−10から構成されている。分岐配管110−1の10個の出口には、それぞれ、流路管FP1,FP2,…,FP10によって、10個の他の分岐配管110−1,…,110−10の入口が接続されている。すなわち、単一の分岐配管に対して、複数の分岐配管を2段に接続する構成となっている。従って、分岐配管100は、1個の出口に対して100個の出口を有するものと等価となる。
The
さらに、本実施形態では、2段目に位置する10個の分岐配管110−1,…,110−10において、隣接する分岐配管の分岐流路を導圧管PPによって接続している。すなわち、分岐配管110−1と分岐配管110−2を例にすると、分岐配管110−1の分岐流路FS1と、分岐配管110−2の分岐流路FS2とは、導圧管PP1−2によって接続されている。同様にして、分岐配管110−2の分岐流路FS2に接続された導圧管PP2−3は、隣接する分岐配管110−3の分岐流路に接続されている。また、分岐配管110−9の分岐流路に接続された導圧管PP9−10は、隣接する分岐配管110−10の分岐流路FS10に接続されている。 Further, in the present embodiment, in the ten branch pipes 110-1,..., 110-10 located in the second stage, the branch flow paths of the adjacent branch pipes are connected by the pressure guiding pipe PP. That is, taking the branch pipe 110-1 and the branch pipe 110-2 as an example, the branch flow path FS1 of the branch pipe 110-1 and the branch flow path FS2 of the branch pipe 110-2 are connected by the pressure guiding pipe PP1-2. Has been. Similarly, the pressure guiding pipe PP2-3 connected to the branch flow path FS2 of the branch pipe 110-2 is connected to the branch flow path of the adjacent branch pipe 110-3. Further, the pressure guiding pipe PP9-10 connected to the branch flow path of the branch pipe 110-9 is connected to the branch flow path FS10 of the adjacent branch pipe 110-10.
図2にて説明したように、1個の分岐配管で、入口が1個で、出口が10個のものを用いた場合、流量偏差は、2〜3%程度である。この分岐配管を、図2に示したように、図2に示したように、2段配置とした場合、全体としての流量偏差は、5%程度である。これは、分岐配管110−0と、分岐配管110−1,…,110−10とをそれぞれ接続する流路管FP1,…,FP10における流路抵抗の差によって、分岐配管100の全体のしての流量偏差が単独の場合よりも大きくなることによる。
As described with reference to FIG. 2, when one branch pipe has one inlet and ten outlets, the flow rate deviation is about 2 to 3%. As shown in FIG. 2, when this branch pipe is arranged in two stages as shown in FIG. 2, the flow rate deviation as a whole is about 5%. This is because the
それに対して、本実施形態では、2段目に位置する10個の分岐配管110−1,…,110−10において、隣接する分岐配管の分岐流路を導圧管PPによって接続している。したがって、流路管FP1,…,FP10における流路抵抗の差があったとしても、分岐流路FS1,…,分岐流路FS10は、それぞれ、導圧管PPによって接続されているため、等圧にできるので、流量偏差を低減できるものである。 On the other hand, in this embodiment, in the ten branch pipes 110-1,..., 110-10 located in the second stage, the branch flow paths of the adjacent branch pipes are connected by the pressure guiding pipe PP. Accordingly, even if there is a difference in flow resistance between the flow pipes FP1,..., FP10, the branch flow paths FS1,. Therefore, the flow rate deviation can be reduced.
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、流量偏差をさらに低減して、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能となる。 As described above, according to this embodiment, in the microreactor system in which the number of microreactors is increased, the flow rate deviation can be further reduced and the liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
次に、図4を用いて、本発明の第3の実施形態によるマイクロリアクタシステムの構成について説明する。本実施形態によるマイクロリアクタシステムの全体構成は、図1に示したものと同様である。
図4(A)は、本発明の第2の実施形態によるマイクロリアクタシステムに用いる単一の分岐配管の構成を示す平面図である。図4(B)は、本発明の第2の実施形態によるマイクロリアクタシステムに用いる単一の分岐配管の構成を示す正面図である。なお、図1,図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the microreactor system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overall configuration of the microreactor system according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 4A is a plan view showing a configuration of a single branch pipe used in the microreactor system according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4B is a front view showing the configuration of a single branch pipe used in the microreactor system according to the second embodiment of the present invention. 1 and 2 indicate the same parts.
本実施形態では、分岐配管100の構成は、図2若しくは図3に示した構成であるが、分岐配管100の中に用いる分岐配管110−1,…,110−11の構成を、図4に示した分岐配管110’としているものである。
In this embodiment, the configuration of the
分岐配管110’は、図4に示すように、円柱形状の分岐配管本体の上部の円形の中央に入口iが設けられ、円柱の側面に等間隔で10個の出口o−1,…,o−10が設けられている。すなわち、入口iに対して、出口o−1,…,o−10は点対称に配置されている。入口iと出口o−1,…,o−10の間は、分岐流路FSで接続されている。分岐流路FSの内径は全て等しくしている。また、入口iと各出口o−1,…,o−10との接続する分岐流路FSの長さは、それぞれ等しくなっている。その結果、入口iと各出口o−1,…,o−10との接続する分岐流路FSの流路抵抗を等しくでき、圧力損失を等しくできる。
As shown in FIG. 4, the
図2にて説明したように、1個の分岐配管で、入口が1個で、出口が10個のものを用いた場合、流量偏差は、2〜3%程度であるが、図4に示すように、分岐配管の流路抵抗を等しくできることで、分岐配管110’における流量偏差をさらに低減することができる。したがって、図4に示す分岐配管110’を2段接続した場合の全体としての流量偏差も低減することができる。
As shown in FIG. 2, when one branch pipe with one inlet and ten outlets is used, the flow rate deviation is about 2 to 3%. As described above, since the flow path resistance of the branch pipe can be made equal, the flow rate deviation in the
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、流量偏差をさらに低減して、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能となる。 As described above, according to this embodiment, in the microreactor system in which the number of microreactors is increased, the flow rate deviation can be further reduced and the liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
次に、図5を用いて、本発明の第4の実施形態によるマイクロリアクタシステムの構成について説明する。
図5は、本発明の第4の実施形態によるマイクロリアクタシステムの全体構成を示すブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the microreactor system according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a microreactor system according to a fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
本実施形態では、図1に示した構成に対して、分岐配管100A,110Bと、マイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100との間に、調整用マイクロ流路80A,80Bが配置されている。
In the present embodiment, adjustment
マイクロリアクタシステムにおいて、マイクロリアクタ10−1,10−2,…,10−100、入口流路70A−1,70A−2,…,70A−100,70B−1,70B−2,…,70B−100と、出口流路70C−1,70C−2,…,70C−100は、それぞれ全く同じ寸法で製作されることはまれである。マイクロリアクタでは、微細な流路の高さ,幅,長さ(流路断面が長方形の場合)に、出入口の流路では、流路径,長さ(流路断面が円形の場合)に寸法公差が発生する。そのため、それぞれの入口流路から出口流路までの圧力損失に差が生じるため、マイクロリアクタ内で2液が等流量で流れなくなり、反応効率が低下する可能性がある。
In the microreactor system, microreactors 10-1, 10-2,..., 10-100,
そこで、マイクロリアクタシステムの試運転時などに、流量検定を行い、等流量となるように圧力損失を調整用マイクロ流路80A,80Bにより調整する。図5では、流路径の等しいマイクロ流路を用いて、その長さを調整している。
Therefore, at the time of trial operation of the microreactor system, the flow rate is verified, and the pressure loss is adjusted by the adjusting
調整用マイクロ流路の調整方法は他に、流路長さの等しいマイクロ流路を用いてその径を調整する方法もある。 In addition to the adjustment method of the adjustment microchannel, there is also a method of adjusting the diameter using microchannels having the same channel length.
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、流量偏差をさらに低減して、複数のマイクロリアクタへ均一に送液可能となる。 As described above, according to this embodiment, in the microreactor system in which the number of microreactors is increased, the flow rate deviation can be further reduced and the liquid can be uniformly fed to a plurality of microreactors.
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、マイクロリアクタをナンバリングアップしたマイクロリアクタシステムにおいて、それぞれのマイクロリアクタの入口に流量計やバルブを設置することなく、安価で単純な配管構造により、複数のマイクロリアクタへ均一に送液することができる。
As described above, according to each embodiment of the present invention, in a microreactor system in which the number of microreactors is increased, a plurality of inexpensive and simple piping structures can be used without installing a flow meter or a valve at the inlet of each microreactor. Can be uniformly fed to the microreactor.
10−1,10−2,…,10−100…マイクロリアクタ
20A,20B…流量計
30A,30B…バルブ
40A,40B…ポンプ
50A,50B…原料流体貯蔵タンク
60…反応流体貯蔵タンク
70A−1,70A−2,…,70A−100,70B−1,70B−2,…,70B−100…入口流路
70C−1,70C−2,…,70C−100…出口流路
80A,80B…調整用マイクロ流路
100,100’,100A,110B,110−0,110−10…分岐配管
PP…導圧管
10-1, 10-2, ..., 10-100 ...
Claims (4)
前記複数のマイクロリアクタの入口に接続される分岐配管とを備え、
前記分岐配管は、一つの入口に対して複数の出口を有する複数の分岐配管が多段に接続されていることを特徴とするマイクロリアクタシステム。 A plurality of microreactors connected in parallel to each other;
A branch pipe connected to the inlets of the plurality of microreactors,
The microreactor system is characterized in that the branch pipe has a plurality of branch pipes having a plurality of outlets with respect to one inlet.
前記多段に接続された複数の分岐配管の内、下段側に接続された分岐配管の分岐流路を互いに接続する導圧管を備えることを特徴とするマイクロリアクタシステム。 The microreactor system according to claim 1,
A microreactor system comprising a pressure guiding pipe for connecting branching channels of a branching pipe connected to a lower stage among a plurality of branching pipes connected in multiple stages.
前記複数の分岐配管は、それぞれ、入口に対して、複数の出口が点対称に配置されていることを特徴とするマイクロリアクタシステム。 The microreactor system according to claim 1,
Each of the plurality of branch pipes has a plurality of outlets arranged in point symmetry with respect to the inlet.
前記分岐配管の出口と前記複数のマイクロリアクタの入口の間に、流量調整用の微細な流路を備えることを特徴とするマイクロリアクタシステム。 The microreactor system according to claim 1,
A microreactor system comprising a fine flow rate adjusting channel between an outlet of the branch pipe and an inlet of the plurality of microreactors.
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