JP2007144288A - Chemical device - Google Patents

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Takayuki Tejima
隆行 手島
Takeo Yamazaki
剛生 山崎
Koichi Sato
公一 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical device which has a large cross-sectional area of a microchannel and has a large throughput and which is easily decomposed and inexpensive. <P>SOLUTION: The chemical device is to circulate two types of a hydrophilic liquid 9 and a hydrophobic liquid 10 that can not be mixed mutually and has different lyophilic properties between the annular flaky gap 2. The chemical device has a hydrophilic face 6 of one face that is the opposite face between the annular flaky gap 2 and a hydrophobic face 7 of the other face. It is preferable that the parts of the opposite faces between the annular flaky gap are in contact with or the gap in the parts of the opposite faces between the annular flaky gap becomes narrow. The width of the flaky gap is from 1 μm or more to 3,000 μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小な流路幅の流路に相互に混和しない流体を層流で流通させ、流体間で物質移動や化学反応を行なう化学装置に関する。   The present invention relates to a chemical apparatus that causes fluids that are not miscible with each other to flow in a laminar flow in a flow channel having a minute flow channel width and performs mass transfer and chemical reaction between the fluids.

近年、マイクロスケールの流路幅の流路に流体を層流で流通させ接触界面の方向へ拡散し混合するマイクロケミカルデバイスの開発がなされている。これらのマイクロケミカルデバイスはマイクロミキサー又はマイクロリアクターと称され化学反応、微量分析等の分野で開発されている。マイクロケミカルデバイスの流路はマイクロスケールであり、寸法が小さく流路内を流れる流体の流速も小さいためレイノルズ数は小さい。よってマイクロスケールの流路内を流れる流体は一般的なバッチ式の反応装置のような乱流支配でなく層流支配となる。層流支配下では2つの液体の流れを接触させても界面を通じた拡散が支配的となる。またFickの法則により拡散に要する時間は拡散距離の2乗に比例する。すなわち分子拡散は流路幅を小さくすればするほど拡散時間は速くなる。よって流路幅が1/10になれば拡散時間は1/100になる。   In recent years, a microchemical device has been developed in which a fluid is circulated in a laminar flow through a channel having a microscale channel width to diffuse and mix in the direction of the contact interface. These microchemical devices are called micromixers or microreactors and have been developed in the fields of chemical reaction, microanalysis, and the like. The flow path of the microchemical device is micro-scale, and the Reynolds number is small because the dimensions are small and the flow velocity of the fluid flowing in the flow path is small. Therefore, the fluid flowing in the microscale channel is not turbulent as in a general batch reactor, but is laminar. Under laminar flow control, diffusion through the interface is dominant even when two liquid flows are brought into contact. The time required for diffusion is proportional to the square of the diffusion distance according to Fick's law. That is, in the molecular diffusion, the diffusion time becomes faster as the channel width is reduced. Therefore, if the flow path width becomes 1/10, the diffusion time becomes 1/100.

マイクロスケールの空間では機械的攪拌などを用いなくても分子輸送、反応、分離が分子の自発的挙動だけで速やかに行われる。また、反応によって生じた化合物をマイクロスケールの流路内で反応液相から抽出液相へ抽出したり、目的化合物以外の物質を抽出液相に抽出することも可能である。また、マイクロスケール空間では単位体積あたりの表面積が大きいため2液の層流が接触する界面での拡散に非常に有利といわれている。また有機相/水相間での2相化学反応系においては2相の接触する界面の面積が大きいため反応効率が高くなることも示唆する。   In a micro-scale space, molecular transport, reaction, and separation can be performed quickly only by the spontaneous behavior of molecules without using mechanical stirring. It is also possible to extract a compound produced by the reaction from the reaction liquid phase to the extraction liquid phase in a microscale flow path, or to extract substances other than the target compound into the extraction liquid phase. In addition, since the surface area per unit volume is large in the microscale space, it is said to be very advantageous for diffusion at the interface where two liquid laminar flows contact. It also suggests that in a two-phase chemical reaction system between an organic phase and an aqueous phase, the reaction efficiency increases because the area of the interface where the two phases contact is large.

しかし、相互に混和しない2液をマイクロスケールの流路に流通しても、安定した層流を得ることは必ずしも容易ではなく、それぞれが集結し塊となってしまうことがある。それにより混和しない流体間での物質交換効率や有機相/水相間での2相化学反応系においても2相の接触する界面を通じた反応効率の低下を招いてしまう。   However, even if two liquids that are immiscible with each other are circulated through the micro-scale flow path, it is not always easy to obtain a stable laminar flow, and each may be concentrated and become a lump. As a result, the mass exchange efficiency between immiscible fluids and the two-phase chemical reaction system between the organic phase and the aqueous phase also cause a reduction in the reaction efficiency through the interface where the two phases contact.

マイクロケミカルデバイスが種々開発されている中、特許文献1では流路の内面の水との接触角が低接触角部分と高接触角部分が流路の上流から下流にかけて連続的形成されているマイクロケミカルデバイスが開示されている。また特許文献2では流路内壁の片側内壁の親媒性ともう一方の片側内壁の親媒性を異ならせたマイクロケミカルデバイスが開示されている。これらのマイクロケミカルデバイスでは親媒性の異なる流体のうち疎水性の流体は疎水性の内壁側で安定した層流を、親水性の流体は親水性の内壁側で層流を形成しやすくなり抽出効率の低下を抑制することができるとされている。
特開2001−340753号公報 特開2004−305937号公報
While various microchemical devices have been developed, in Patent Document 1, the contact angle with the water on the inner surface of the flow path is formed continuously from a low contact angle portion and a high contact angle portion from the upstream to the downstream of the flow path. A chemical device is disclosed. Patent Document 2 discloses a microchemical device in which the amphiphilicity of one inner wall of the flow path inner wall is different from that of the other inner wall. In these microchemical devices, among the fluids with different amphiphilic properties, hydrophobic fluids tend to form a stable laminar flow on the hydrophobic inner wall side, and hydrophilic fluids easily form a laminar flow on the hydrophilic inner wall side. It is said that a decrease in efficiency can be suppressed.
JP 2001-340753 A JP 2004-305937 A

しかしながら、特許文献1、2に開示しているマイクロケミカルデバイスはチップにエッチング等で掘り込んだ溝を流路として利用していることよりマイクロオーダーの流路の断面積は小さいため処理量は必ずしも十分であるとはいえない。また、貼り合わせ等によって作製したチップは高価である上、分解が容易でなく長期間使用した際に流路が汚染された場合に破棄しなければならない可能性がある。また汚染の際、流路に洗浄液を流し、洗浄してもよいが洗浄後に流路の内壁が所望の親水性と疎水性が必ずしも保持されているとは限らない。   However, since the microchemical device disclosed in Patent Documents 1 and 2 uses a groove dug in a chip by etching or the like as a flow path, the cross-sectional area of the micro-order flow path is small, so the processing amount is not necessarily limited. That's not enough. Further, a chip manufactured by bonding or the like is expensive, and is not easily disassembled, and may have to be discarded when the flow path is contaminated when used for a long period of time. In the case of contamination, a cleaning liquid may be poured into the flow path to perform cleaning, but the inner wall of the flow path does not always maintain the desired hydrophilicity and hydrophobicity after cleaning.

本発明は、この様な背景技術を鑑みてなされたものであり、マイクロ流路の断面積が大きく、処理量が大きく、分解が容易で安価な化学装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such background art, and an object of the present invention is to provide a chemical apparatus that has a large cross-sectional area of a microchannel, a large processing amount, is easy to decompose, and is inexpensive.

本発明の化学装置は、環形の薄片状の隙間に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を流通させる化学装置であって、該環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有することを特徴とする。   The chemical device of the present invention is a chemical device for circulating two kinds of fluids having different lyophilicity, which are not miscible with each other, in one of the annular flaky gaps, and one of the opposing faces of the annular flaky gap. The surface has a hydrophilic surface, and the other surface has a hydrophobic surface.

前記環形の薄片状の隙間の対向する面の一部が接していることが好ましい。
前記環形の薄片状の隙間の対向する面の一部における隙間が狭くなつていることが好ましい。
It is preferable that a part of the opposing surface of the annular flaky gap is in contact.
It is preferable that a gap in a part of the facing surface of the ring-shaped flaky gap is narrow.

前記薄片状の隙間の幅が1μm以上3000μm以下であることが好ましい。   The width of the flaky gap is preferably 1 μm or more and 3000 μm or less.

本発明の化学装置は相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体間の接触界面の面積が大きくなるため、効率の良い抽出や接触界面を通じた化学反応が行える。環状の薄片状の隙間の幅を維持したまま断面積を大きくすることができるため処理流体量を大きくすることができる。円管と円柱を結合部材にはめ込むことによって結合されているため、容易に円管と円柱を独立に取り外すことが可能であるので、汚染時等の場合には洗浄や交換が可能である。本発明の化学装置は半導体プロセスを用いず、融着等の特別な加工装置が必要なく機械加工で作製可能であるため安価で作製することができる。   In the chemical apparatus of the present invention, the area of the contact interface between two types of fluids that are immiscible with each other and different in hydrophilicity increases, so that efficient extraction and chemical reaction through the contact interface can be performed. Since the cross-sectional area can be increased while maintaining the width of the annular flaky gap, the amount of processing fluid can be increased. Since the circular tube and the cylinder are coupled by being fitted into the coupling member, the circular tube and the column can be easily detached independently, and thus can be cleaned or replaced in the case of contamination or the like. Since the chemical apparatus of the present invention does not use a semiconductor process and does not require a special processing apparatus such as fusion, and can be manufactured by machining, it can be manufactured at low cost.

本発明の基本的な構成要素及びより具体的な態様の詳細及び作用について典型的な例によって以下に説明する。
本発明の化学装置1について図1を用いて説明する。図1は、本発明の化学装置の一実施態様の流体の流れ方向を示す断面図である。図1(a)は化学装置の流体の流れ方向を示す断面図、図1(b)は化学装置の流体の流れ方向に対し法線方向のAA線断面図、図1(c)は化学装置の流出口の流体の流れ方向に対し法線方向のBB線断面図である。
The details and operation of the basic components and more specific aspects of the present invention are described below by way of typical examples.
A chemical apparatus 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the fluid flow direction of one embodiment of the chemical apparatus of the present invention. 1A is a cross-sectional view showing the flow direction of the fluid in the chemical apparatus, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in the normal direction to the flow direction of the fluid in the chemical apparatus, and FIG. It is BB sectional drawing of a normal line direction with respect to the flow direction of the fluid of an outflow port.

本発明の化学装置1は環形の薄片状の隙間2に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を流通させる。本発明において親媒性の異なる流体とは親水性の流体と疎水性の流体を表す。親水性の流体としての一例としてはエタノールや水等であり、疎水性の流体の一例としてはn−へキサンや酢酸エチルやトルエンやキシレン等が挙げられる。   The chemical apparatus 1 according to the present invention allows two kinds of fluids having different ambiphilic properties to flow through the annular flaky gap 2. In the present invention, fluids having different lyophilic properties represent a hydrophilic fluid and a hydrophobic fluid. Examples of the hydrophilic fluid include ethanol and water, and examples of the hydrophobic fluid include n-hexane, ethyl acetate, toluene, xylene, and the like.

化学装置1の環形の薄片状の隙間2は円管3の軸中心に円柱4を配置することによって形成される。円柱を用いず円管を用いてもよい。円管を用いれば円柱に対し軸中心に空隙があるので部材の費用を低くすることができる。また、化学装置1自体の軽量化という効果も奏する。環形の薄片状の隙間2には導入口5から相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を導入する。図1では円管3の内径表面は親水性表面6を有し、円柱4の表面は疎水性表面7を有する。円管と円柱の親媒性はこれの反対、即ち円管の内径表面が疎水性表面で、円柱の表面が親水性表面であっても良い。   The ring-shaped flaky gap 2 of the chemical device 1 is formed by arranging a column 4 at the axial center of the circular tube 3. A circular tube may be used without using a cylinder. If a circular tube is used, the cost of the member can be reduced because there is a gap in the center of the axis relative to the cylinder. Moreover, there exists an effect of weight reduction of the chemical apparatus 1 itself. Two types of fluids having different amphiphilic properties, which are not miscible with each other, are introduced into the annular flaky gap 2 from the introduction port 5. In FIG. 1, the inner diameter surface of the circular tube 3 has a hydrophilic surface 6, and the surface of the cylinder 4 has a hydrophobic surface 7. The lyophilicity of the circular tube and the cylinder may be opposite, that is, the inner surface of the circular tube may be a hydrophobic surface and the surface of the cylinder may be a hydrophilic surface.

本発明の化学装置1は環形の薄片状の隙間の対向する面の一部が接することが好ましい。これにより、流出口8から流出した流体が小さな複数の塊となりにくく2液の界面が安定した形で流出する。図1に示すように円柱4の一端の一部を太くすることによって、環形の薄片状の隙間の対向する面の一部を接触させることができる。図1に示すように流出口8側の薄片状の隙間の対向する面の一部を接触させれば同心円状に形成されていた親水性液体9と疎水性液体10との2相の断面形状を変えて流出口8から流出させることができる。これにより流出した2液は重力方向に対し上下の位置関係の2相に分離された形態を形成することができる。   In the chemical device 1 of the present invention, it is preferable that a part of the opposed surfaces of the annular flaky gap contact each other. As a result, the fluid flowing out from the outlet 8 is unlikely to become a plurality of small lumps, and the interface between the two liquids flows out in a stable manner. As shown in FIG. 1, by thickening a part of one end of the column 4, it is possible to make a part of the opposed surfaces of the annular flaky gap contact each other. As shown in FIG. 1, the two-phase cross-sectional shape of the hydrophilic liquid 9 and the hydrophobic liquid 10 which are formed concentrically when a part of the opposing surfaces of the flaky gap on the outlet 8 side is brought into contact with each other. It can be made to flow out from the outlet 8 by changing. As a result, the two liquids that have flowed out can be separated into two phases that are in a positional relationship with respect to the direction of gravity.

また、本発明の化学装置1は環形の薄片状の隙間の対向する面の一部における隙間が狭くなつていることが好ましい。図3は、本発明の化学装置の他の実施態様の流体の流れ方向を示す断面図である。図3(a)は化学装置の流体の流れ方向を示す断面図、図3(b)は化学装置の流体の流れ方向に対し法線方向のCC線断面図、図3(c)は化学装置の流出口の流体の流れ方向に対し法線方向のDD線断面図である。図3に示す様に、化学装置の流出口において、環形の薄片状の隙間の対向する面の隙間を狭くすることにより、薄片状の隙間に流体が留まることなく、かつ流出口から流出した流体が小さな複数の塊となりにくく2液の界面が安定した形で流出する。なお、狭くする隙間は、薄片状の隙間に流体が留まることがない程度が好ましい。   Moreover, it is preferable that the chemical | medical apparatus 1 of this invention has the clearance gap in a part of the surface where the ring-shaped flaky clearance opposes narrow. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the flow direction of fluid in another embodiment of the chemical apparatus of the present invention. 3A is a cross-sectional view showing the flow direction of the fluid in the chemical apparatus, FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the CC line in the normal direction to the flow direction of the fluid in the chemical apparatus, and FIG. It is DD sectional drawing of a normal line direction with respect to the flow direction of the fluid of an outflow port. As shown in FIG. 3, at the outlet of the chemical apparatus, by narrowing the gap between the opposing surfaces of the ring-shaped flaky gap, the fluid does not stay in the flaky gap and flows out of the outlet. Are difficult to form a plurality of small lumps, and the interface between the two liquids flows out in a stable form. The narrowing gap is preferably such that no fluid remains in the flaky gap.

相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体は環形の薄片状の隙間では隙間の対向する面の一方の面が親水性表面6を有し、もう一方の面が疎水性表面7を有するため、親水性液体9は親水性表面6側で安定した層流をなし、一方疎水性液体10は疎水性表面7側で安定した層流を形成する。これにより相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体間に安定した界面が形成され、界面を通じた物質移動や化学反応が行われる。   Two types of fluids that are not miscible with each other and have different lyophilic properties include a hydrophilic surface 6 on one side of the opposite surface of the gap and a hydrophobic surface 7 on the other side. Therefore, the hydrophilic liquid 9 forms a stable laminar flow on the hydrophilic surface 6 side, while the hydrophobic liquid 10 forms a stable laminar flow on the hydrophobic surface 7 side. As a result, a stable interface is formed between two types of fluids that are not miscible with each other and have different amphiphilic properties, and mass transfer and chemical reaction are performed through the interface.

導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体はそれぞれ異なる導入口5から別々に導入してもよいが、同じ導入口5から導入してもよい。導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体がエマルジョンの状態や懸濁した状態であっても、環形の薄片状の隙間では隙間を流れていく間に親水性表面6は親水性表面6側で安定した層流をなし、一方疎水性液体10は疎水性表面7側で安定した層流を形成していき、2相を分離することができ安定した界面を形成することができる。   Two types of fluids having different hydrophilicity that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 may be introduced separately from different introduction ports 5, but may be introduced from the same introduction port 5. Even if two types of fluids that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 are in an emulsion state or a suspended state, a hydrophilic surface is formed while the annular flake-like gap flows through the gap. 6 has a stable laminar flow on the hydrophilic surface 6 side, while the hydrophobic liquid 10 forms a stable laminar flow on the hydrophobic surface 7 side and can separate the two phases to form a stable interface. can do.

これにより相互に混和しない親媒性の異なる反応液相から抽出液相へ目的化合物を抽出したり、反応液相から目的化合物以外のものを抽出層に物質移動させることが可能になる。   As a result, it becomes possible to extract the target compound from the reaction liquid phase that is not miscible with each other to the extraction liquid phase, or to transfer substances other than the target compound from the reaction liquid phase to the extraction layer.

本発明に用いられる化学装置1として使用される材料は使用する流体に対して耐熱、耐圧および耐溶剤性の点で好適なものから選択する。例えば金属、ガラス、シリコン、テフロン(登録商標)、セラミックスであるが、好ましくは金属である。金属の例としてステンレス、ハステロイ(Ni−Fe系合金)ニッケル、金、白金、タンタル等が挙げられるが本発明に用いる化学装置1の流路の金属材料はこれらに限定するものでない。また、流路の耐食性や所望の表面エネルギーを得るために表面にライニング加工を施したものを用いてもよい。   The material used as the chemical apparatus 1 used in the present invention is selected from materials suitable for the fluid to be used in terms of heat resistance, pressure resistance and solvent resistance. For example, metal, glass, silicon, Teflon (registered trademark), and ceramics are preferable, but metal is preferable. Examples of the metal include stainless steel, hastelloy (Ni—Fe alloy) nickel, gold, platinum, tantalum and the like, but the metal material of the flow path of the chemical device 1 used in the present invention is not limited to these. Moreover, in order to obtain the corrosion resistance of a flow path and desired surface energy, you may use what gave the surface the lining process.

円管3及び円柱4の表面の親媒性において親水化の方法としてはプラズマ処理や表面の化学修飾や親水性樹脂のコーティング等によって可能ではあるがこれらに限定するものではなく流通する流体に対して耐性のある方法で行なうことが好ましい。一方疎水化の方法としては、プラズマ処理や表面の化学修飾や疎水性樹脂のコーティング等によって可能ではあるがこれらに限定するものではなく流通する流体に対して耐性のある方法で行なうことが好ましい。使用する円管3及び円柱4の材質自体があらかじめ所望の親媒性を有しているのであればこれらの処理は行なわなくて済む。   In the lyophilicity of the surfaces of the circular tube 3 and the cylinder 4, as a method of hydrophilization, plasma treatment, chemical modification of the surface, coating with a hydrophilic resin, etc. are possible, but not limited to these. It is preferable to carry out the method in a resistant manner. On the other hand, the method of hydrophobizing can be performed by plasma treatment, chemical modification of the surface, coating with a hydrophobic resin, or the like, but is not limited thereto, and is preferably performed by a method that is resistant to the circulating fluid. If the material of the circular tube 3 and the cylinder 4 to be used has a desired lyophilic property in advance, these processes need not be performed.

本発明の化学装置1は結合部材11に円管3及び円柱4をはめ込むことによって円管3の軸中心に円柱4を配置することができる。結合部材6の加工は特に半導体プロセスを使用しなくても機械加工で加工でき安価で作製することが可能である。結合部材11に導入口5を設けることによって環形の薄片状の隙間に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を流通することができる。円管3及び円柱4は容易に結合部材11から取り外すことができるので円管3と円柱4を個別に洗浄や交換をすることが可能になる。   The chemical apparatus 1 of the present invention can arrange the cylinder 4 at the axial center of the circular tube 3 by fitting the circular tube 3 and the circular column 4 into the coupling member 11. The connecting member 6 can be processed by machining without using a semiconductor process, and can be manufactured at low cost. By providing the introduction port 5 in the coupling member 11, two kinds of fluids having different amphiphilic properties that are not miscible with each other can be circulated in the annular flaky gap. Since the circular tube 3 and the column 4 can be easily detached from the coupling member 11, the circular tube 3 and the column 4 can be individually cleaned and replaced.

環形の薄片状の隙間2の幅は1μm以上で3000μm以下でありマイクロスケールである。マイクロスケールにおける分子拡散は流路幅を小さくすればするほど拡散時間は速くなる。したがって流路幅として3000μm以下であり、好ましくは1000μm以下であり、好ましくは500μm以下である。環形の薄片状の隙間2は円管3の内径と円柱4の外形の差から形成される。したがって所望の環形の薄片状の隙間2の幅を形成していれば円管3と円柱4の径をそれぞれ大きくすることができる。これによって環形の薄片状の隙間2の断面積が大きくなり処理量を大きくすることができ、さらに2種類の流体の接触界面も大きくなるため物質の界面を通じての移動が効率的になり抽出効率が向上する。   The width of the annular flaky gap 2 is not less than 1 μm and not more than 3000 μm, which is a microscale. The molecular diffusion on the microscale becomes faster as the channel width is reduced. Therefore, the channel width is 3000 μm or less, preferably 1000 μm or less, and preferably 500 μm or less. The annular flaky gap 2 is formed by the difference between the inner diameter of the circular tube 3 and the outer shape of the cylinder 4. Therefore, if the width of the desired annular flaky gap 2 is formed, the diameters of the circular tube 3 and the cylinder 4 can be increased. As a result, the cross-sectional area of the ring-shaped flaky gap 2 is increased, the processing amount can be increased, and the contact interface between the two kinds of fluids is also increased. improves.

また、有機相/水相間での2相化学反応系においても2相の接触する界面の面積が大きいため反応効率が高くなることも示唆する。   It also suggests that in a two-phase chemical reaction system between an organic phase and an aqueous phase, the reaction efficiency increases because the area of the interface where the two phases contact is large.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
実施例1
本実施例の化学装置について図1を参照して説明する。図1は本発明の実施例1の化学装置の一例を示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
The chemical apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of a chemical apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

化学装置1は導入口5から環形の薄片状の隙間2に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を導入する。本実施例の環形の薄片状の隙間は円管3の軸中心に円柱4を配置することによって形成される。円管3と円柱4は結合部材11によって結合され円管3の軸中心に円柱4が配置される。円管3と円柱4は結合部材11から独立に取り外すことが可能である。したがって、使用後に円管3と円柱4を独立に取り外し洗浄や交換をすることが可能になる。結合部材11には導入口5が形成されている。導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体はそれぞれ異なる導入口5から別々に導入してもよいし、同じ導入口5から導入してもよい。   The chemical apparatus 1 introduces two types of fluids having different philicity that are not miscible with each other into the annular flaky gap 2 from the introduction port 5. The annular flaky gap of the present embodiment is formed by arranging the column 4 at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the column 4 are coupled by the coupling member 11, and the column 4 is disposed at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the cylinder 4 can be detached from the coupling member 11 independently. Therefore, after use, the circular tube 3 and the cylinder 4 can be detached and cleaned or replaced independently. An inlet 5 is formed in the coupling member 11. Two types of fluids that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 may be introduced separately from different introduction ports 5 or may be introduced from the same introduction port 5.

円柱4の径は26mmφで円管3の内径は26.6mmφであり、これによって形成される環状の薄片状の隙間2として300μmの隙間が形成される。円柱4の一端は図1に示すように円管3の内壁に接するように一部の径が大きくなっている。円柱4の材質はテフロン(登録商標)からなり、高い疎水性表面7を有する。それに対し円管3はプラズマオゾン洗浄されたガラスからなり、高い親水性表面6を有する。これにより環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有するようになる。   The diameter of the cylinder 4 is 26 mmφ and the inner diameter of the circular tube 3 is 26.6 mmφ, and a 300 μm gap is formed as the annular flaky gap 2 formed thereby. As shown in FIG. 1, one end of the cylinder 4 has a part of the diameter that is in contact with the inner wall of the circular tube 3. The material of the cylinder 4 is made of Teflon (registered trademark) and has a highly hydrophobic surface 7. On the other hand, the circular tube 3 is made of plasma ozone-cleaned glass and has a highly hydrophilic surface 6. As a result, one of the opposing surfaces of the ring-shaped flaky gap has a hydrophilic surface, and the other surface has a hydrophobic surface.

導入口5から相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体は環形の薄片状の隙間では隙間を流れていく間に親水性の方の流体は親水性表面側で安定した層流をなし、一方疎水性の流体は疎水性表面側で安定した層流を形成していき、薄片状の隙間では2相に分離される。ここで分離された2液の界面から物質移動がなされるが、本実施例の化学装置1では接触する2相の接触界面の面積が大きいため効率の良い抽出が行われる。また、有機相/水相間での2相化学反応系においても2相の接触する界面の面積が大きいため反応効率が高くなる。
混和しない親媒性の異なる2種類の流体には、水と酢酸エチルを用いる。
Two types of fluids with different lyophilicity that are not miscible with each other from the introduction port 5 flow through the gap in the annular flake-like gap, while the hydrophilic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophilic surface side On the other hand, the hydrophobic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophobic surface side, and is separated into two phases in the flaky gap. Mass transfer is performed from the interface between the two liquids separated here, but in the chemical apparatus 1 of the present embodiment, since the area of the contact interface of the two phases in contact is large, efficient extraction is performed. Also, in a two-phase chemical reaction system between an organic phase and an aqueous phase, the reaction efficiency is increased because the area of the interface where the two phases contact is large.
Water and ethyl acetate are used for the two types of fluids that are not miscible and have different amphiphilic properties.

実施例2
本実施例の化学装置について図2を参照して説明する。図2は本発明の実施例2の化学装置の一例を示す。
Example 2
The chemical apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows an example of a chemical apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

化学装置1は導入口5から環形の薄片状の隙間2に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を導入する。本実施例の環形の薄片状の隙間は円管3の軸中心に円管3とは径の異なる円管12を配置することによって形成される。円管3と円管12は結合部材11によって結合され円管3の軸中心に円管12が配置される。円管3と円管12とは結合部材11から独立に取り外すことが可能である。したがって、使用後に円管3と円管12を独立に取り外し洗浄や交換をすることが可能になる。結合部材11には導入口5が形成されている。導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体はそれぞれ異なる導入口5から別々に導入してもよいし、同じ導入口5から導入してもよい。   The chemical apparatus 1 introduces two types of fluids having different philicity that are not miscible with each other into the annular flaky gap 2 from the introduction port 5. The annular flaky gap of this embodiment is formed by arranging a circular tube 12 having a diameter different from that of the circular tube 3 at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 are coupled by the coupling member 11, and the circular tube 12 is disposed at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 can be detached from the coupling member 11 independently. Therefore, after use, the circular tube 3 and the circular tube 12 can be independently removed and cleaned or replaced. An inlet 5 is formed in the coupling member 11. Two types of fluids that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 may be introduced separately from different introduction ports 5 or may be introduced from the same introduction port 5.

円管12の外径は26mmφで円管3の内径は27mmφであり、これによって形成される環状の薄片状の隙間2として500μmの隙間が形成される。円管12の一端は図2に示すように円管3の内壁に接するように一部の径が大きくなっている。円管12の材質はプラズマオゾン洗浄されたガラスからなり、高い親水性表面を有する。それに対し円管3はプラズマオゾン洗浄されたガラスをフッ素系官能基を有するシランカップリング剤にて表面修飾しており、高い疎水性表面を有する。これにより環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有するようになる。   The outer diameter of the circular tube 12 is 26 mmφ and the inner diameter of the circular tube 3 is 27 mmφ, and a 500 μm gap is formed as the annular flaky gap 2 formed thereby. As shown in FIG. 2, one end of the circular tube 12 has a part of the diameter that is in contact with the inner wall of the circular tube 3. The material of the circular tube 12 is made of glass that has been subjected to plasma ozone cleaning, and has a highly hydrophilic surface. On the other hand, the circular tube 3 is obtained by modifying the surface of the plasma ozone-cleaned glass with a silane coupling agent having a fluorine functional group, and has a high hydrophobic surface. As a result, one of the opposing surfaces of the ring-shaped flaky gap has a hydrophilic surface, and the other surface has a hydrophobic surface.

導入口5から相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体は環形の薄片状の隙間では隙間を流れていく間に親水性の方の流体は親水性表面側で安定した層流をなし、一方疎水性の流体は疎水性表面側で安定した層流を形成していき、薄片状の隙間では2相に分離される。ここで分離された2液の界面から物質移動がなされるが、本実施例の化学装置1では接触する2相の接触界面の面積が大きいため効率の良い抽出が行われる。また、有機相/水相間での2相化学反応系においても2相の接触する界面の面積が大きいため反応効率が高くなる。
混和しない親媒性の異なる2種類の流体には、弱酸性の水溶液とトルエンを用いる。
Two types of fluids with different lyophilicity that are not miscible with each other from the inlet 5 flow through the gaps in the ring-shaped flaky gap, while the hydrophilic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophilic surface side On the other hand, the hydrophobic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophobic surface side, and is separated into two phases in the flaky gap. Mass transfer is performed from the interface between the two liquids separated here, but in the chemical apparatus 1 of the present embodiment, since the area of the contact interface of the two phases in contact is large, efficient extraction is performed. Also, in a two-phase chemical reaction system between an organic phase and an aqueous phase, the reaction efficiency is increased because the area of the interface where the two phases contact is large.
Weakly acidic aqueous solution and toluene are used for the two types of fluids having different hydrophilicity that are not miscible.

実施例3
図2に示す円管12外径を50mmφにし円管3の内径を51mmφにした以外は実施例2と同様な化学装置1である。環状の薄片状の隙間2は実施例2と同様に500μmであっても、環状の薄片状の隙間2の断面積が大きくなり、第1の供給口2ならびに第2の供給口3から単位時間あたりに供給できる流体量を大きくすることができるため処理量を大きくできる。
Example 3
The chemical apparatus 1 is the same as that of Example 2 except that the outer diameter of the circular tube 12 shown in FIG. 2 is 50 mmφ and the inner diameter of the circular tube 3 is 51 mmφ. Even if the annular flaky gap 2 is 500 μm as in the second embodiment, the cross-sectional area of the annular flaky gap 2 is increased, and the unit time from the first supply port 2 and the second supply port 3 is increased. Since the amount of fluid that can be supplied per unit can be increased, the amount of processing can be increased.

実施例4
本実施例の化学装置1は導入口5から環形の薄片状の隙間2に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を導入する。本実施例の環形の薄片状の隙間は円管3の軸中心に円管12を配置することによって形成される。円管3と円管12とは結合部材11によって結合され円管3の軸中心に円管12が配置される。円管3と円管12とは結合部材11から独立に取り外すことが可能である。したがって、使用後に円管3と円管12を独立に取り外し洗浄や交換をすることが可能になる。結合部材11には導入口5が形成されている。導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体はそれぞれ異なる導入口5から別々に導入してもよいし、同じ導入口5から導入してもよい。
Example 4
The chemical apparatus 1 of the present embodiment introduces two kinds of fluids having different amphiphilic properties that are not miscible with each other into the annular flaky gap 2 from the inlet 5. The annular flaky gap of this embodiment is formed by arranging the circular tube 12 at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 are coupled by the coupling member 11, and the circular tube 12 is disposed at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 can be detached from the coupling member 11 independently. Therefore, after use, the circular tube 3 and the circular tube 12 can be independently removed and cleaned or replaced. An inlet 5 is formed in the coupling member 11. Two types of fluids that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 may be introduced separately from different introduction ports 5 or may be introduced from the same introduction port 5.

円管12の径は50mmφで円管3の内径は50.6mmφであり、これによって形成される環状の薄片状の隙間2として300μmの隙間が形成される。円管12の一端は円管3の内壁に接するように一部の径が大きくなっている。円管12の材質はテフロン(登録商標)からなり、高い疎水性表面を有する。それに対し円管3はプラズマオゾン洗浄されたガラスからなり、高い親水性表面を有する。環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有するようになる。環状の薄片状の隙間2は実施例1と同様に300μmであっても、環状の薄片状の隙間2の断面積が大きくなり、第1の供給口2ならびに第2の供給口3から単位時間あたりに供給できる流体量を大きくすることができるため処理量を大きくできる。さらに円柱4を用いず円管12を用いることによって高価なテフロン(登録商標)の部材費を低く抑えることができる。   The diameter of the circular tube 12 is 50 mmφ and the inner diameter of the circular tube 3 is 50.6 mmφ, and a 300 μm gap is formed as the annular flaky gap 2 formed thereby. One end of the circular tube 12 is partly large in diameter so as to contact the inner wall of the circular tube 3. The circular tube 12 is made of Teflon (registered trademark) and has a highly hydrophobic surface. On the other hand, the circular tube 3 is made of plasma ozone-cleaned glass and has a highly hydrophilic surface. One of the opposing surfaces of the ring-shaped flaky gap has a hydrophilic surface, and the other surface has a hydrophobic surface. Even if the annular flaky gap 2 is 300 μm as in the first embodiment, the cross-sectional area of the annular flaky gap 2 is increased, and the unit time from the first supply port 2 and the second supply port 3 is increased. Since the amount of fluid that can be supplied per unit can be increased, the amount of processing can be increased. Furthermore, by using the circular tube 12 without using the column 4, the cost of expensive Teflon (registered trademark) can be kept low.

実施例5
本実施例の化学装置について図3を参照して説明する。図3は本発明の実施例5の化学装置の一例を示す。
Example 5
The chemical apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example of a chemical apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.

化学装置1は導入口5から環形の薄片状の隙間2に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を導入する。本実施例の環形の薄片状の隙間は円管3の軸中心に円管3とは径の異なる円管12を配置することによって形成される。円管3と円管12は結合部材11によって結合され円管3の軸中心に円管12が配置される。円管3と円管12とは結合部材11から独立に取り外すことが可能である。したがって、使用後に円管3と円管12を独立に取り外し洗浄や交換をすることが可能になる。結合部材11には導入口5が形成されている。導入口5から導入する相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体はそれぞれ異なる導入口5から別々に導入してもよいし、同じ導入口5から導入してもよい。   The chemical apparatus 1 introduces two types of fluids having different philicity that are not miscible with each other into the annular flaky gap 2 from the introduction port 5. The annular flaky gap of this embodiment is formed by arranging a circular tube 12 having a diameter different from that of the circular tube 3 at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 are coupled by the coupling member 11, and the circular tube 12 is disposed at the axial center of the circular tube 3. The circular tube 3 and the circular tube 12 can be detached from the coupling member 11 independently. Therefore, after use, the circular tube 3 and the circular tube 12 can be independently removed and cleaned or replaced. An inlet 5 is formed in the coupling member 11. Two types of fluids that are immiscible with each other introduced from the introduction port 5 may be introduced separately from different introduction ports 5 or may be introduced from the same introduction port 5.

円管12の外径は26mmφで円管3の内径は27mmφであり、これによって形成される環状の薄片状の隙間2として500μmの隙間が形成される。円管12の一端は図2に示すように円管3の内壁との隙間の一部が5μmになるように一部の径が大きくなっている。円管12の材質はプラズマオゾン洗浄されたガラスからなり、高い親水性表面を有する。それに対し円管3はプラズマオゾン洗浄されたガラスをフッ素系官能基を有するシランカップリング剤にて表面修飾しており、高い疎水性表面を有する。これにより環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有するようになる。   The outer diameter of the circular tube 12 is 26 mmφ and the inner diameter of the circular tube 3 is 27 mmφ, and a 500 μm gap is formed as the annular flaky gap 2 formed thereby. As shown in FIG. 2, the diameter of one end of the circular tube 12 is large so that a part of the gap with the inner wall of the circular tube 3 is 5 μm. The material of the circular tube 12 is made of glass that has been subjected to plasma ozone cleaning, and has a highly hydrophilic surface. On the other hand, the circular tube 3 is obtained by modifying the surface of the plasma ozone-cleaned glass with a silane coupling agent having a fluorine functional group, and has a high hydrophobic surface. As a result, one of the opposing surfaces of the ring-shaped flaky gap has a hydrophilic surface, and the other surface has a hydrophobic surface.

導入口5から相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体は環形の薄片状の隙間では隙間を流れていく間に親水性の方の流体は親水性表面側で安定した層流をなし、一方疎水性の流体は疎水性表面側で安定した層流を形成していき、薄片状の隙間では2相に分離される。ここで分離された2液の界面から物質移動がなされるが、本実施例の化学装置1では接触する2相の接触界面の面積が大きいため効率の良い抽出が行われる。また、有機相/水相間での2相化学反応系においても2相の接触する界面の面積が大きいため反応効率が高くなる。   Two types of fluids with different lyophilicity that are not miscible with each other from the inlet 5 flow through the gaps in the ring-shaped flaky gap, while the hydrophilic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophilic surface side On the other hand, the hydrophobic fluid forms a stable laminar flow on the hydrophobic surface side, and is separated into two phases in the flaky gap. Mass transfer is performed from the interface between the two liquids separated here, but in the chemical apparatus 1 of the present embodiment, since the area of the contact interface of the two phases in contact is large, efficient extraction is performed. Also, in a two-phase chemical reaction system between an organic phase and an aqueous phase, the reaction efficiency is increased because the area of the interface where the two phases contact is large.

混和しない親媒性の異なる2種類の流体には、弱アルカリ性の水溶液とジエチルエーテルを用いる。   Weakly alkaline aqueous solution and diethyl ether are used for the two types of fluids having different hydrophilicity that are not miscible.

本発明の化学装置は相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体間の接触界面の面積が大きくなるため、効率の良い抽出や接触界面を通じた化学反応が行え、処理流体量を大きくすることができるので量産用の化学反応装置や液−液抽出装置等に利用することができる。   The chemical apparatus of the present invention increases the area of the contact interface between two types of fluids that are immiscible with each other, so that efficient extraction and chemical reaction through the contact interface can be performed, and the amount of processing fluid is increased. Therefore, it can be used for a chemical reaction apparatus for mass production, a liquid-liquid extraction apparatus, and the like.

本発明の化学装置の一実施態様の流体の流れ方向を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow direction of the fluid of one embodiment of the chemical apparatus of this invention. 本発明の実施例2の化学装置の流体の流れ方向の断面図である。It is sectional drawing of the flow direction of the fluid of the chemical apparatus of Example 2 of this invention. 本発明の化学装置の他の実施態様の流体の流れ方向を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow direction of the fluid of the other embodiment of the chemical apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 化学装置
2 薄片状の隙間
3 円管
4 円柱
5 導入口
6 親水性表面
7 疎水性表面
8 流出口
9 親水性液体
10 疎水性液体
11 結合部材
12 円管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical apparatus 2 Flaky gap 3 Circular pipe 4 Cylinder 5 Inlet 6 Hydrophilic surface 7 Hydrophobic surface 8 Outflow port 9 Hydrophilic liquid 10 Hydrophobic liquid 11 Bonding member 12 Circular pipe

Claims (4)

環形の薄片状の隙間に相互に混和しない親媒性の異なる2種類の流体を流通させる化学装置であって、該環形の薄片状の隙間の対向する面の一方の面が親水面を有し、もう一方の面が疎水面を有することを特徴とする化学装置。   A chemical apparatus for circulating two kinds of fluids having different lyophilicity that are not miscible with each other in an annular flaky gap, wherein one of the opposing faces of the annular flaky gap has a hydrophilic surface The chemical device is characterized in that the other surface has a hydrophobic surface. 前記環形の薄片状の隙間の対向する面の一部が接していることを特徴とする請求項1に記載の化学装置。   The chemical apparatus according to claim 1, wherein a part of an opposing surface of the annular flaky gap is in contact. 前記環形の薄片状の隙間の対向する面の一部における隙間が狭くなつていることを特徴とする請求項1に記載の化学装置。   The chemical device according to claim 1, wherein a gap in a part of an opposing surface of the annular flaky gap is narrow. 前記薄片状の隙間の幅が1μm以上3000μm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の化学装置。   4. The chemical device according to claim 1, wherein a width of the flaky gap is 1 μm or more and 3000 μm or less. 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013060426A (en) * 2011-08-22 2013-04-04 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology High-temperature and high-pressure cross coupling method

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