JP2007209973A - Gas-liquid reactor - Google Patents

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Akihisa Hongo
明久 本郷
Isao Umeda
勲 梅田
Yoshiharu Iriuchijima
義治 入内嶋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microreactor which effectively performs a gas-liquid reaction. <P>SOLUTION: This gas-liquid reactor has a reaction vessel 10 filled with fine particles 12 with a diameter of 1 μm to 1 mm, a liquid lead-in port 18 for leading-in a liquid to the reaction vessel 10, a gas lead-in port 20 for leading-in a gas to the reaction vessel 10, and a gas lead-out port 16 for leading-out a reaction product. This constitution forms a fine and curved channel in a clearance between fine particles 12 to accelerate dissolution of gas into liquid. As a result, with the combination with a microchip, or the like, a continuous reactor including gas-liquid reaction comes into practical use. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小空間内で流体と気体を混合させ、連続流れの場で有機合成反応を行う気液反応装置に関するものである。   The present invention relates to a gas-liquid reaction apparatus that mixes a fluid and a gas in a minute space and performs an organic synthesis reaction in a continuous flow field.

複数の原料を混合させて化学反応を行う方法として、容器に原料を投入し、撹拌部材によってこれを所定時間混合させるようにするバッチ式プロセスが有り、これによって多くの工業的な有機反応が実行されている。しかしながら、バッチ式プロセスでは、比較的大きな容器を使用せざるを得ず、均一な混合や温度調整までに時間を要し、選択性の高い反応制御を行うのは難しい。従って、特にそのような制御が厳しく要求される反応については、副生成物の生成による製品純度の低下、収率の低下の問題が有る。また、反応制御することが難しく、爆発の危険性が有るような反応については、安全対策を過剰なほど行う必要が有った。   There is a batch process in which raw materials are charged into a container and mixed by a stirring member for a predetermined time as a method of mixing a plurality of raw materials to perform a chemical reaction, which allows many industrial organic reactions to be performed. Has been. However, in a batch type process, a relatively large container must be used, and time is required until uniform mixing and temperature adjustment, and it is difficult to perform reaction control with high selectivity. Accordingly, there is a problem of reduction in product purity and yield due to the formation of by-products, particularly for reactions that require such control strictly. In addition, it is necessary to take excessive safety measures for reactions that are difficult to control and have a risk of explosion.

例えば、接触水素化反応は反応釜内の反応液中に、Pd触媒を担持した活性炭粒子を懸濁させて行われるが、釜内の内壁に付着した活性炭が乾燥すると、水素と反応して爆発を起こす危険性が有る。そこで、内壁を常時濡らしておくような釜構造が必要になる。反応終了後の液抜き清掃時においても、同様な活性炭粒子の乾燥の問題が釜の底部で発生し、爆発の危険が出てくるため、乾燥しないよう注意深く清掃する必要がある。また水素は液中溶解度が低いため、釜内の圧力を2〜3MPa程度に加圧するケースがあり、イニシャルコストが増大するのみならず、加圧により液中から出たガス成分が爆発の原因を作ることもある。
また、オゾンの酸化性を利用したオゾン反応ではオゾニドという中間体が爆発性を有するため、大きな反応釜ではそれだけ危険性が高い。
For example, the catalytic hydrogenation reaction is performed by suspending activated carbon particles carrying Pd catalyst in the reaction liquid in the reaction kettle. There is a risk of causing Therefore, a hook structure that keeps the inner wall wet at all times is required. At the time of liquid removal cleaning after the completion of the reaction, the same problem of drying activated carbon particles occurs at the bottom of the kettle and there is a risk of explosion, so it is necessary to carefully clean it so that it does not dry. In addition, since hydrogen has low solubility in the liquid, there are cases where the pressure in the kettle is increased to about 2 to 3 MPa, which not only increases the initial cost, but the gas component emitted from the liquid by the pressurization causes the explosion. Sometimes it is made.
In addition, in the ozone reaction utilizing the oxidizing property of ozone, an intermediate called ozonide has explosive properties, so that a large reaction kettle is more dangerous.

一方、近年、微小な流路断面積の流路(微小流路)を用いて溶液や気体を流通させながら種々の化学反応を起こさせるマイクロチャンネルチップが注目されている。マイクロチャンネルチップは、1つのチップ上に混合、加熱、反応等のための領域とこれらを連通させる流路が設けられており、これに素材(原料)を供給すれば、特定の反応が実行されるように構成されている。混合領域は、通常、複数の流路を合流させることにより形成されている。   On the other hand, in recent years, a microchannel chip that causes various chemical reactions while flowing a solution or a gas using a channel (microchannel) having a minute channel cross-sectional area has been attracting attention. A microchannel chip is provided with a region for mixing, heating, reaction, and the like on one chip and a flow path for communicating them, and a specific reaction is performed if a material (raw material) is supplied to this. It is comprised so that. The mixed region is usually formed by joining a plurality of flow paths.

このようなマイクロチャンネルチップを用いることにより、選択性の高い反応制御を行って、純度の高い製品を製造ことができる。また、精密な温度制御を行うことで、爆発性の反応の制御も容易である。時間当たりの収率は大きくないが、連続プロセスとすることで、量産が可能である。   By using such a microchannel chip, a highly selective product can be controlled and a product with high purity can be produced. In addition, it is easy to control an explosive reaction by performing precise temperature control. Although the yield per hour is not large, mass production is possible by using a continuous process.

しかしながら、マイクロチャンネルチップでは液体どうしの混合反応は良好に行えるが、気体−液体間の反応については、気体がうまく流れずに部分的に閉塞を生じる場合がある。また、気体‐液体間の反応については、気体の低溶解性や泡の大きさなどから気体の混合比率が局部的にアンバランスになりがちになる。それを防止するために、機械的な攪拌方法を工夫して泡の大きさを小さくすることで、各部の混合比率を均一にしているが、複雑な装置構成を必要とし、コスト上昇が避けられない。   However, in the microchannel chip, the mixing reaction between the liquids can be performed satisfactorily, but the gas-liquid reaction may cause partial blockage because the gas does not flow well. In addition, regarding the gas-liquid reaction, the gas mixing ratio tends to be locally unbalanced due to the low solubility of the gas and the size of the bubbles. In order to prevent this, the mixing ratio of each part is made uniform by devising a mechanical stirring method to reduce the size of the foam, but it requires a complicated equipment configuration and avoids an increase in cost. Absent.

また、このように気液反応を効率良く行うマイクロリアクタが無いために、例えば、反応過程に気液反応を含むような製造工程(例えば、ペプチド合成工程)を、マイクロチャンネルチップを用いて連続化する場合に、気液反応工程がネックとなって、連続化、自動化が難しいという問題も有る。   In addition, since there is no microreactor that efficiently performs a gas-liquid reaction in this way, for example, a manufacturing process that includes a gas-liquid reaction in the reaction process (for example, a peptide synthesis process) is continued using a microchannel chip. In some cases, the gas-liquid reaction process becomes a bottleneck, and there is a problem that it is difficult to perform continuation and automation.

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、気液反応を効率良く行うマイクロリアクタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a microreactor that efficiently performs a gas-liquid reaction.

前記目的を達成するために、請求項1に記載の気液反応装置は、径が1μm〜1mmである微粒子を充填した反応容器と、前記反応容器に液体を導入する液体導入口と、前記反応容器に気体を導入する気体導入口と、反応生成物を導出する導出口とを有することを特徴とする。   In order to achieve the object, the gas-liquid reaction apparatus according to claim 1 includes a reaction vessel filled with fine particles having a diameter of 1 μm to 1 mm, a liquid inlet for introducing a liquid into the reaction vessel, and the reaction. It has a gas inlet for introducing gas into the container and an outlet for deriving a reaction product.

請求項1に記載の発明においては、反応容器内において径が1μm〜1mmである微粒子の隙間に、微細かつ曲線的な流路が形成され、乱流中での拡散により、液体への気体の溶解が促進される。
なお、粒径が小さすぎると、曲線的な流路における圧損が高くなって流体の流れを阻害し、一方、粒径が大きすぎると流路断面寸法が大きくなって、十分な気体の分散効果を得ることができない。
In the first aspect of the present invention, a fine and curved flow path is formed in the gap between the fine particles having a diameter of 1 μm to 1 mm in the reaction vessel, and the gas to the liquid is diffused by diffusion in the turbulent flow. Dissolution is promoted.
If the particle size is too small, the pressure loss in the curved channel is increased and the flow of the fluid is hindered. On the other hand, if the particle size is too large, the channel cross-sectional dimension is increased and sufficient gas dispersion effect is obtained. Can't get.

請求項2に記載の気液反応装置は、請求項1に記載の発明において、前記微粒子が、多孔質状のシリカ、アルミナ、SiCの少なくとも1つを含むことを特徴とする。
請求項2に記載の発明においては、微粒子が多孔質状であるので、比表面積が増大し、乱流の惹起や、反応のサイトの増加を促す。
A gas-liquid reaction apparatus according to a second aspect is characterized in that, in the invention according to the first aspect, the fine particles include at least one of porous silica, alumina, and SiC.
In the second aspect of the present invention, since the fine particles are porous, the specific surface area is increased, and turbulent flow is induced and reaction sites are increased.

請求項3に記載の気液反応装置は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記微粒子が、触媒を担持していることを特徴とする。
請求項3に記載の発明においては、微粒子に担持された触媒が反応を促進する。比表面積の大きい微粒子の表面に触媒を担持させることにより、高い反応効率を得ることができる。粒径が小さすぎると、曲線的な流路における圧損が高くなって流体の流れを阻害し、一方、粒径が大きすぎると比表面積が小さくなって、十分な気体の触媒効果を得ることができない。
A gas-liquid reaction apparatus according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect, wherein the fine particles carry a catalyst.
In the invention according to claim 3, the catalyst supported on the fine particles accelerates the reaction. By supporting the catalyst on the surface of fine particles having a large specific surface area, high reaction efficiency can be obtained. If the particle size is too small, the pressure loss in the curved flow path becomes high and the flow of the fluid is inhibited. On the other hand, if the particle size is too large, the specific surface area becomes small and a sufficient gas catalytic effect can be obtained. Can not.

請求項4に記載の気液反応装置は、請求項3に記載の発明において、前記触媒がPd、Ni、Co、Pt、Cuのいずれかを含むことを特徴とする。
請求項5に記載の気液反応装置は、請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の発明において、前記触媒が、ウェット処理により担持させられていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明においては、触媒をウェット処理により担持させることにより、微細孔の内部まで担持させることができる。
A gas-liquid reaction apparatus according to a fourth aspect is characterized in that, in the invention according to the third aspect, the catalyst contains any one of Pd, Ni, Co, Pt, and Cu.
The gas-liquid reaction apparatus according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 2 to 4, the catalyst is supported by wet treatment.
In the invention according to claim 5, the catalyst can be supported up to the inside of the fine pores by supporting it by wet treatment.

請求項6に記載の気液反応装置は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の発明において、液中に注入した気体を液の流れの中で分散させる分散板を有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明においては、液中に注入した気体が液の流れの中で肥大化しても、分散板により分散させられて微細化し、効率的な混合や反応を促進する。
The gas-liquid reactor according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, further comprising a dispersion plate for dispersing the gas injected into the liquid in the flow of the liquid. And
In the invention described in claim 6, even when the gas injected into the liquid is enlarged in the flow of the liquid, it is dispersed by the dispersion plate and refined to promote efficient mixing and reaction.

請求項7請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の発明において、前記反応容器の温度を調節する温度調節手段を有することを特徴とする。
請求項6に記載の発明においては、流路内の流体を混合や反応に適した温度条件に維持し、所望の処理の効率を向上させる。
[7] The invention according to any one of [1] to [5], further comprising temperature adjusting means for adjusting the temperature of the reaction vessel.
In the invention according to claim 6, the fluid in the flow path is maintained at a temperature condition suitable for mixing and reaction, and the efficiency of the desired treatment is improved.

請求項8に記載の気液反応装置は、反応容器内の空間を、孔径0.5μm以下の多孔質膜により区画し、一方の空間に気体を、他方の空間に液体を導入し、気体を前記多孔質膜を透過させることにより、液体中に溶解させることを特徴とする。
請求項8に記載の発明においては、気体が多孔質膜を透過することにより、気体を液体中に微細に分散させて、溶解を促進する。
The gas-liquid reactor according to claim 8 divides the space in the reaction vessel with a porous membrane having a pore diameter of 0.5 μm or less, introduces gas into one space, introduces liquid into the other space, It is characterized by dissolving in a liquid by permeating the porous membrane.
In the invention according to claim 8, the gas permeates the porous membrane, so that the gas is finely dispersed in the liquid to promote dissolution.

請求項9に記載の気液反応装置は、請求項8に記載の発明において、前記多孔質膜が、PTFE(polytetrafluoroethylene)又はPCTFE(polychlorotrifluoroethylene)からなることを特徴とする。
請求項10に記載の気液反応装置は、請求項8又は9に記載の気液反応装置を前段に配置し、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の気液反応装置を後段に配置し、前段の気液反応装置において気液を混合させた後で、後段の気液反応装置において触媒によって反応を促進することを特徴とする。
請求項10に記載の発明においては、前段の気液反応装置において気液を混合させるので、後段の気液反応装置において触媒によってより効率的に反応が促進される。
The gas-liquid reactor according to claim 9 is characterized in that, in the invention according to claim 8, the porous membrane is made of PTFE (polytetrafluoroethylene) or PCTFE (polychlorotrifluoroethylene).
The gas-liquid reaction apparatus according to claim 10 has the gas-liquid reaction apparatus according to claim 8 or 9 disposed in the preceding stage, and the gas-liquid reaction apparatus according to any one of claims 1 to 7 disposed in the subsequent stage. It arrange | positions, and after making a gas-liquid reactor mix in a front | former stage gas-liquid reactor, reaction is accelerated | stimulated with a catalyst in a back | latter stage gas-liquid reactor.
In the invention according to the tenth aspect, the gas-liquid is mixed in the preceding gas-liquid reactor, so that the reaction is more efficiently promoted by the catalyst in the latter gas-liquid reactor.

請求項1ないし請求項10に記載の気液反応装置によれば、気液反応を効率良く行うことができ、それにより、マイクロチップ等と組み合わせて、気液反応を含む連続的な反応装置を実用化することができる。   According to the gas-liquid reactor according to any one of claims 1 to 10, a gas-liquid reaction can be performed efficiently, whereby a continuous reactor including a gas-liquid reaction is combined with a microchip or the like. It can be put into practical use.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図1はこの発明の気液反応装置の一例である。
この気液反応装置は、筒状容器10内の反応空間に、多孔質等からなる微粒子12を充填したもので、筒状容器10の一端に液体と気体を個別に供給する導入部14が、他方に反応後の気体含有液体を導出する導出部16が設けられている。筒状容器10は、耐食性を有する素材から形成され、必要な混合および反応時間を確保するために充分な長さを有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a gas-liquid reactor of the present invention.
This gas-liquid reaction apparatus is such that the reaction space in the cylindrical container 10 is filled with fine particles 12 made of a porous material or the like, and an introduction unit 14 for individually supplying liquid and gas to one end of the cylindrical container 10 includes: On the other hand, a lead-out part 16 for leading the gas-containing liquid after reaction is provided. The cylindrical container 10 is formed from a material having corrosion resistance, and has a sufficient length to ensure necessary mixing and reaction time.

図2(a)は、導入部14に関する実施の形態を示すもので、液体を導入する複数のノズル18と、気体を導入するポーラスノズル20とから構成されている。気体はヘッダ空間22を経由してポーラスノズル20の微細孔から均一に分散された状態で反応空間に導入される。もちろん、気体と液体をそれぞれ噴射するノズルを適宜に分散配置するようにしてもよい。反応生成物にガスが含まれるような場合には、必要に応じて導出部16にも導入部14と同様の構成を設け、気液分離して導出するようにしてもよい。   FIG. 2A shows an embodiment relating to the introduction portion 14, which is composed of a plurality of nozzles 18 for introducing a liquid and a porous nozzle 20 for introducing a gas. The gas is introduced into the reaction space via the header space 22 in a state of being uniformly dispersed from the fine holes of the porous nozzle 20. Of course, the nozzles for ejecting the gas and the liquid may be appropriately distributed. If the reaction product contains gas, the derivation unit 16 may be provided with the same configuration as the introduction unit 14 as necessary, and the gas may be separated by gas-liquid separation.

筒状容器10には、温度調節手段が設けられている。これは、例えば、図2(a)に示すように、加熱冷却媒体を流通させる温調ジャケット24であり、筒状容器10の径は、内部の流体が温調ジャケット24により充分に加熱又は冷却されるような寸法に設定されている。また、筒状容器10はこのような加熱又は冷却が効率良く行われるような熱伝導性を有している。   The cylindrical container 10 is provided with temperature adjusting means. For example, as shown in FIG. 2 (a), this is a temperature control jacket 24 through which a heating / cooling medium is circulated, and the diameter of the cylindrical container 10 is sufficient to heat or cool the internal fluid by the temperature control jacket 24. The dimensions are set to be Moreover, the cylindrical container 10 has thermal conductivity that allows such heating or cooling to be performed efficiently.

内部に充填される微粒子12は、その表面が反応を惹起するサイトとなるので、表面積が大きい方が好ましい。従って、微粒子12の粒子径は、1μm〜1mmが好ましい。粒度が揃っていれば、より小さい粒径を選定できる。また、図2(b)に示すように、多孔質の微粒子12を用いることで、表面積比率は格段に向上する。たとえば平均粒径0.4mmの多孔質シリカは1gあたりの表面積が1mに達する。 Since the surface of the fine particles 12 filled therein becomes a site that induces a reaction, it is preferable that the surface area be large. Therefore, the particle diameter of the fine particles 12 is preferably 1 μm to 1 mm. If the particle size is uniform, a smaller particle size can be selected. Further, as shown in FIG. 2B, the surface area ratio is remarkably improved by using the porous fine particles 12. For example, porous silica having an average particle size of 0.4 mm has a surface area of 1 m 2 per gram.

このような構成の気液反応装置において、それぞれの導入部14から導入された液体と気体は、それぞれの速度で容器10内に充填された1μm〜1mmの微粒子12の間を流れ、その間に気体は液中にその拡散速度に応じて溶解する。ここで、液体の流れが層流状態であると溶解に時間が掛かるが、この実施の形態の装置では、液体は微粒子間を乱流に近い状態で流れるので、混合が促進され、反応が効率的に起きる。反応後の液は導出部16から排出される。このような構成の気液反応装置により、連続流方式でも、気液混合反応を効率良く行うことができる。   In the gas-liquid reaction apparatus having such a configuration, the liquid and the gas introduced from the respective introduction portions 14 flow between the fine particles 12 having a size of 1 μm to 1 mm filled in the container 10 at the respective speeds. Dissolves in the liquid according to its diffusion rate. Here, when the liquid flow is in a laminar flow state, it takes time to dissolve, but in the apparatus of this embodiment, the liquid flows in a state close to turbulent flow between the fine particles, so that mixing is promoted and the reaction is efficient. Get up. The liquid after the reaction is discharged from the outlet 16. With the gas-liquid reaction apparatus having such a configuration, the gas-liquid mixing reaction can be efficiently performed even in a continuous flow system.

なお、微粒子12に触媒を担持させることにより、反応がより促進される。触媒はPd, Pt, Cu, Zr, Nb, Co, Ni等から選ばれるが、水素吸蔵量の高いPdが最も好ましい。図2(b)に示すような多孔質微粒子12に対して、Pdを孔内に均一に成膜するには、スパッタリング等のドライプロセスより、ウェット処理が好ましい。Pdの場合は、塩化パラジウムによる無電解めっきか、Pd錯塩を使った還元吸着が好ましい。発明者等の実験では、真空蒸着では孔内への均一な膜は得られなかった。   The reaction is further promoted by supporting the catalyst on the fine particles 12. The catalyst is selected from Pd, Pt, Cu, Zr, Nb, Co, Ni and the like, but Pd having a high hydrogen storage capacity is most preferable. In order to uniformly form Pd in the pores with respect to the porous fine particles 12 as shown in FIG. 2B, a wet treatment is preferable to a dry process such as sputtering. In the case of Pd, electroless plating with palladium chloride or reduction adsorption using a Pd complex salt is preferable. In the experiments by the inventors, a uniform film in the hole could not be obtained by vacuum deposition.

以下に、微粒子12の触媒成膜処理の条件を示す。
(1)無電解めっきの場合
液組成 塩化パラジウム 2.0 g/L
エチレンジアミン 4.6 g/L
チオジグリコール酸 50 mg/L
トリメチルアミンボラン 4.4 mg/L
pH 塩酸で pH7に調整
温度 50〜60℃
(2)Pd錯塩の場合
液組成 [Pd(NH4)4]Cl2 0.1 Mol/L
温度 室温
時間 12時間放置
無電解めっき、Pd錯塩いずれの場合でも成膜、乾燥後、水素気流中、300℃で4時間の還元処理を行い、水素吸蔵を行う。
The conditions for the catalyst film formation treatment of the fine particles 12 are shown below.
(1) For electroless plating Liquid composition Palladium chloride 2.0 g / L
Ethylenediamine 4.6 g / L
Thiodiglycolic acid 50 mg / L
Trimethylamine borane 4.4 mg / L
pH adjusted to pH 7 with hydrochloric acid Temperature 50-60 ℃
(2) In case of Pd complex salt Liquid composition [Pd (NH 4 ) 4 ] Cl 2 0.1 Mol / L
Temperature Room temperature Time Leave for 12 hours In both cases of electroless plating and Pd complex salt, after film formation and drying, reduction treatment is performed at 300 ° C. for 4 hours in a hydrogen stream to store hydrogen.

上記において、反応が発熱性の場合には、温調ジャケット24に冷却媒体を流し、反応が吸熱性の場合には、加熱媒体を流すことによって、反応空間内の流体の温度を反応の進行に適した一定温度に維持する。この実施の形態の気液反応装置では、反応器が小型であること、連続流であるため常に反応器全域で液が充満していること、メンテ時は反応器ごと交換すればよいことなど、爆発に対する危険は激減する。急激な発熱反応(爆発性反応)であれば、冷却媒体の流量を増加するとともに、気体の供給量を少なくするように調整することで、爆発を抑制することができる。   In the above, when the reaction is exothermic, a cooling medium is allowed to flow through the temperature control jacket 24. When the reaction is endothermic, the heating medium is allowed to flow so that the temperature of the fluid in the reaction space is increased. Maintain a suitable constant temperature. In the gas-liquid reaction apparatus of this embodiment, the reactor is small, the liquid is always filled in the entire reactor because it is a continuous flow, the entire reactor may be replaced at the time of maintenance, etc. The risk of explosion is greatly reduced. If it is a rapid exothermic reaction (explosive reaction), the explosion can be suppressed by increasing the flow rate of the cooling medium and adjusting the gas supply amount to be small.

図3(a)は、内部にも温調ジャケット24を設置して、微粒子12を充填した反応空間が筒状となるようにしたものである。このようにすることで、反応空間と温調ジャケット24との境界面積を大きくして、温度調節効果を向上させている。また、同図(b)に示すように、反応空間を平板状にして、表裏にジャケットを設置するようにしていもよい。なお、温調手段としては、熱媒体を使うものに限られず、適宜のものを採用することができ、例えば加熱の場合には、図4に示すように、コイル状のヒータ24aを用いても良い。   FIG. 3A shows a case where a temperature control jacket 24 is also provided in the interior so that the reaction space filled with the fine particles 12 has a cylindrical shape. By doing in this way, the boundary area of reaction space and the temperature control jacket 24 is enlarged, and the temperature control effect is improved. Further, as shown in FIG. 2B, the reaction space may be flat and jackets may be installed on the front and back sides. The temperature control means is not limited to the one using a heat medium, and an appropriate one can be adopted. For example, in the case of heating, a coiled heater 24a can be used as shown in FIG. good.

図5は、この発明の他の実施の形態であり、膜方式の気液反応装置である。この実施の形態の気液反応装置では、筒状容器10a内に筒状の多孔質膜26が配置されている。筒状容器10aには、液体導入口28、気体導入口30、および導出口32が設けられ、外周部には加熱冷却媒体を流通させる温調ジャケット34(温調手段)が設けられている。   FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, which is a membrane type gas-liquid reactor. In the gas-liquid reactor of this embodiment, a cylindrical porous film 26 is disposed in the cylindrical container 10a. The cylindrical container 10 a is provided with a liquid inlet 28, a gas inlet 30, and an outlet 32, and a temperature adjustment jacket 34 (temperature adjustment means) for circulating a heating / cooling medium is provided on the outer periphery.

気体は、多孔質膜26の内側の空間に気体導入口30から流入し、液体は多孔質膜26の外側の空間に液体導入口28から流入する。多孔質膜26の孔の径は、気体は通し、液体は通さない0.5μm以下、好ましくは0.1〜0.2μmで、材料はPTFE(polytetrafluoroethylene)、PCTFE(polychlorotrifluoroethylene)等が好ましい。さらにPTFEとしては、ゴアテックス(商品名:ジャパンゴアテックス株式会社)が好ましい。気体は多孔質膜26の孔内をぬって移動し、矢印のような経路で液体中に流入し、これと接触する。微細化された気体が液と接し、液中に強制拡散することで、気体が液中に、一時的に許容溶解度を超えて存在することになり、反応に対する効率が上昇する。反応が終えた液は導出口32から排出される。   The gas flows into the space inside the porous membrane 26 from the gas inlet 30, and the liquid flows into the space outside the porous membrane 26 from the liquid inlet 28. The pore diameter of the porous membrane 26 is 0.5 μm or less, preferably 0.1 to 0.2 μm, which allows gas to pass but not liquid, and the material is preferably PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene) or the like. Furthermore, as PTFE, Gore-Tex (trade name: Japan Gore-Tex Co., Ltd.) is preferable. The gas moves through the pores of the porous membrane 26, flows into the liquid through a path indicated by an arrow, and comes into contact therewith. When the fine gas comes into contact with the liquid and forcibly diffuses in the liquid, the gas temporarily exists in the liquid in excess of the allowable solubility, and the efficiency for the reaction increases. The liquid after the reaction is discharged from the outlet 32.

図5の実施の形態の装置により実施される好適な反応として、図6(a)に示すような、オゾンを酸化剤に使ったオゾノロシス反応がある。オゾンは分解する仮定で酸素と活性酸素になり、この活性酸素が強い酸化剤としての働きがある。液体として、トランススチルベンをジクロルメタンとメタノールの溶媒に溶かしたものを液体流入口より供給し、これに気体流入口よりオゾンを注入する。この場合、反応を停止させるためジメチルサルファイドでクエンチする。また、この実施の形態の装置は、図6(b)に示すような、ダイオキシンの酸化分解にも使用できる。なお、反応効率を高めるためオゾン分解触媒を使用してもよく、この場合は、第1の実施の形態の装置が好適である。   As a suitable reaction performed by the apparatus of the embodiment shown in FIG. 5, there is an ozonolysis reaction using ozone as an oxidizing agent as shown in FIG. 6 (a). Ozone becomes oxygen and active oxygen on the assumption that it decomposes, and this active oxygen functions as a strong oxidizing agent. A liquid obtained by dissolving transstilbene in a solvent of dichloromethane and methanol is supplied from a liquid inlet, and ozone is injected from the gas inlet. In this case, quench with dimethyl sulfide to stop the reaction. The apparatus of this embodiment can also be used for dioxin oxidative decomposition as shown in FIG. Note that an ozonolysis catalyst may be used to increase the reaction efficiency. In this case, the apparatus of the first embodiment is suitable.

図5の装置においても、反応器が小型であること、連続流であるため常に反応器全域で液が充満していること、メンテ時は反応器ごと交換すればよいことなど、爆発に対する危険は激減する。なお、温調手段との接触面積を大きくするために、先の実施の形態の説明において図3で示したような変形例が可能である。   Even in the apparatus of FIG. 5, there is no danger of explosion, such as the fact that the reactor is small, continuous liquid is always filled with liquid, and that the reactor must be replaced during maintenance. Decrease dramatically. In order to increase the contact area with the temperature control means, a modification as shown in FIG. 3 in the description of the previous embodiment is possible.

図7は、この発明の他の実施の形態の気液反応装置であり、上述した2つの実施の形態の気液反応装置を直列に配置したものである。ここでは、第2の実施の形態の膜方式の気液反応装置を前段に配置して、これを気液混合手段として使用している。ポンプ36で圧送された試薬を含む液体と、ガスボンベ38から圧送された気体は、前段の容器10a内で混合し、さらに後段の気液反応装置内に入り、微粒子12に担持された触媒の作用により反応が促進する。反応生成物である液体は導出口32から排出され、貯槽40に蓄えられる。   FIG. 7 shows a gas-liquid reactor according to another embodiment of the present invention, in which the gas-liquid reactor according to the above-described two embodiments is arranged in series. Here, the film-type gas-liquid reactor of the second embodiment is disposed in the previous stage and used as a gas-liquid mixing means. The liquid containing the reagent pumped by the pump 36 and the gas pumped from the gas cylinder 38 are mixed in the front container 10a, and then enter the gas-liquid reactor at the rear stage, and the action of the catalyst supported on the fine particles 12 is obtained. Promotes the reaction. The liquid which is a reaction product is discharged from the outlet 32 and stored in the storage tank 40.

図8は、図7の気液反応装置を用いた連続流式のペプチド合成装置を示すものである。このペプチド合成装置は、原料であるN保護アミノ酸を有機溶媒に溶解させた混合液を収容するn個の原料液容器2(2−1,2−2,・・,2−n)と、同じく原料であるC保護ペプチドとN保護アミノ酸を予備混合して保持する予備混合容器(予備混合手段)3−1,3−2と、縮合剤を収容する縮合剤容器4と、これらを導入して混合・反応させる流路を有するマイクロリアクタ5と、マイクロリアクタ5の下流側に設置した油水分離器6と、分離された流体に水素ガスを混合させ、触媒によって水素化反応を行わせる気液反応装置7とを備えて構成されている。気液反応装置7は、この発明の第1の実施の形態である気液反応装置(気液混合器)8と、第2の実施の形態である気液反応装置(触媒反応器)9から構成されている。
原料液容器2と触媒反応器9の出口は、それぞれ予備混合容器3−1,3−2に、開閉弁VおよびポンプPを有する管路を介して接続されている。
FIG. 8 shows a continuous flow type peptide synthesizer using the gas-liquid reactor of FIG. This peptide synthesizer is similar to n raw material liquid containers 2 (2-1, 2-2,..., 2-n) that contain a mixed solution in which an N-protected amino acid as a raw material is dissolved in an organic solvent. Premixing containers (premixing means) 3-1 and 3-2 for premixing and holding the raw material C-protected peptide and N-protected amino acid, a condensing agent container 4 for storing a condensing agent, and introducing these A microreactor 5 having a flow path for mixing and reacting, an oil / water separator 6 installed on the downstream side of the microreactor 5, and a gas-liquid reaction device 7 for mixing hydrogen gas into the separated fluid and performing a hydrogenation reaction with a catalyst. And is configured. The gas-liquid reaction device 7 includes a gas-liquid reaction device (gas-liquid mixer) 8 according to the first embodiment of the present invention and a gas-liquid reaction device (catalyst reactor) 9 according to the second embodiment. It is configured.
The outlet of the raw material liquid container 2 and the catalytic reactor 9 are connected to the premixing containers 3-1 and 3-2 via pipe lines having the on-off valve V and the pump P, respectively.

N保護アミノ酸は、アミノ基に保護基を結合させて不活性化したアミノ酸であり、C保護ペプチドはカルボキシル基に保護基を結合させて不活性化した(k)ペプチドである。なお、ここで(k)ペプチドとは、k番目の処理において用いるアミノ酸残基k個を有するペプチドを言う。つまり、k回目の反応では、
(k)ペプチド+アミノ酸→(k+1)ペプチド
の反応が起き、生成されたペプチドが次回の反応の原料となる。
The N-protected amino acid is an amino acid inactivated by binding a protective group to an amino group, and the C-protected peptide is a peptide (k) inactivated by binding a protective group to a carboxyl group. Here, the (k) peptide means a peptide having k amino acid residues used in the k-th treatment. In other words, in the k-th reaction,
The reaction of (k) peptide + amino acid → (k + 1) peptide occurs, and the generated peptide becomes the raw material for the next reaction.

N保護アミノ酸としては、例えば、カルボベンゾキシルアミノ酸(k)、C保護ペプチドとしては、例えば(k)ペプチド−t−ブチルエステルが挙げられる。これらも、k番目の反応に用いるアミノ酸あるいはペプチドを意味している(k=1〜n)。   Examples of the N-protected amino acid include carbobenzoxyl amino acid (k), and examples of the C-protected peptide include (k) peptide-t-butyl ester. These also mean amino acids or peptides used for the k-th reaction (k = 1 to n).

縮合剤は、N保護アミノ酸とC保護ペプチドのカルボキシル基とアミノ基を脱水縮合してペプチド結合させるもので、反応に応じて適宜のものを使用するが、本発明では、後段で反応生成物から分離を容易にするために、有機溶媒への溶解性とともに水溶性を有する縮合剤が好ましい。特に、副生する尿素誘導体が水溶性であるような、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC)やジイソプロビルカルボジイミド(DIPCDI)が好ましい。   The condensing agent is an agent that dehydrates and condenses a carboxyl group and an amino group of an N-protected amino acid and a C-protected peptide, and uses an appropriate one depending on the reaction. In order to facilitate separation, a condensing agent having water solubility as well as solubility in an organic solvent is preferable. In particular, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and diisopropylpropylcarbodiimide (DIPCDI) are preferable because the by-produced urea derivative is water-soluble.

マイクロリアクタ(混合反応手段)5は、流路幅(流れ方向と直角方向の分子の拡散移動距離)が500μm以下の微細流路を合流させる混合流路を含む基板ユニットとして構成されており、流路寸法や形状は、実行する反応に合わせて設計される。この例では、単純なY字流路を用いているが、複数流路を交互に合流させる形式のものでもよい。一方の導入流路には予備混合容器(予備混合手段)3−1,3−2が、他方の流路には縮合剤容器4が、それぞれポンプPを有する管路を介して接続されている。マイクロリアクタ5には、反応に応じて、加熱・保温手段を設けるとともに、圧力計、分析手段等を設置し、反応をモニターすることが好ましい。   The microreactor (mixing reaction means) 5 is configured as a substrate unit including a mixing channel that joins microchannels having a channel width (a diffusion movement distance of molecules perpendicular to the flow direction) of 500 μm or less. Dimensions and shapes are designed for the reaction to be performed. In this example, a simple Y-shaped channel is used, but a type in which a plurality of channels are alternately joined may be used. Preliminary mixing containers (preliminary mixing means) 3-1 and 3-2 are connected to one introduction flow path, and a condensing agent container 4 is connected to the other flow path via a pipe line having a pump P, respectively. . It is preferable that the microreactor 5 is provided with a heating / warming means according to the reaction, and a pressure gauge, an analysis means, etc. are installed to monitor the reaction.

油水分離器6は、この例では筒状の容器50の内部に撥水性を有する多孔質膜から構成された濾過管52が配置された二重管構造となっており、濾過管52に所定の圧力で反応生成流体を流すことにより、濾過管52の細孔から水溶性成分のみを排出して分離するものである。撥水性を有する多孔質膜の素材としては、PTFE(polytetrafluoroethylene)、PCTFE(polychlorotrifluoroethylene)等が好適に用いられ、平均孔径は、1μm以下、好ましくは0.1〜0.5μm、さらに好ましくは0.1〜0.2μmである。さらに、PTFEとしては、ゴアテックス(商品名:ジャパンゴアテックス株式会社)が好ましい。多孔質膜を形成する方法は、焼結による方法、ハニカム構造を形成する方法、あるいはその他の濾過膜を製造する各種の方法を適宜に採用することができる。   In this example, the oil / water separator 6 has a double tube structure in which a filter tube 52 made of a porous membrane having water repellency is disposed inside a cylindrical container 50. By flowing the reaction product fluid under pressure, only the water-soluble component is discharged and separated from the pores of the filter tube 52. As the material of the porous film having water repellency, PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), etc. are preferably used, and the average pore diameter is 1 μm or less, preferably 0.1 to 0.5 μm, more preferably 0.1 to 0.2 μm. is there. Furthermore, as PTFE, Gore-Tex (trade name: Japan Gore-Tex Co., Ltd.) is preferable. As a method of forming the porous membrane, a method of sintering, a method of forming a honeycomb structure, or various methods of manufacturing other filtration membranes can be appropriately employed.

このペプチド合成装置では、気液反応装置7は、前段で生成されたペプチドのアミノ基側末端の保護基(カルボベンゾキシ基、ベンジル基等)の接触水素化による脱保護反応を行う。例えば、図9(a)はオキシフェニールアラニンに水素が作用して保護基(カルボベンゾキシ基)が外れる反応であり、図9(b)はベンゾイルフェニールアラニンに水素が作用して保護基(ベンジル基)が外れる反応である。このようにして、脱C保護反応を行って次のペプチド結合反応に備えるようになっている。   In this peptide synthesizer, the gas-liquid reactor 7 performs a deprotection reaction by catalytic hydrogenation of a protecting group (carbobenzoxy group, benzyl group, etc.) at the amino group side terminal of the peptide produced in the preceding stage. For example, FIG. 9A shows a reaction in which hydrogen acts on oxyphenylalanine to remove the protecting group (carbobenzoxy group), and FIG. 9B shows a reaction in which hydrogen acts on benzoylphenylalanine to protect the protecting group (benzyl). This is a reaction in which the group is removed. In this way, the de-C protection reaction is performed to prepare for the next peptide binding reaction.

次に、上記のように構成されたペプチド合成装置を用いて、(n+1)個のアミノ残基を有するペプチド(=(n+1)ペプチド)を合成する工程について説明する。第1の予備混合容器3−1には、事前にN末端が活性化されたアミノ酸、例えば、アミノ酸−t−ブチルエステルの有機系溶媒液が準備されている。1回目の合成では、その予備混合容器3−1にN保護アミノ酸、例えば、カルボベンゾキシルアミノ酸(1)が導入され、適当な手段、例えば、容器に設置した撹拌翼で混合される。このアミノ酸−t−ブチルエステルとカルボベンゾキシルアミノ酸(1)を含む有機系溶媒液はポンプPで圧送され、マイクロリアクタ5の片側の入口に導入される。水溶性縮合剤であるカルボジイミド水溶液はポンプPで圧送され、マイクロリアクタ5のもう一つの入口から導入される。   Next, a step of synthesizing a peptide having (n + 1) amino residues (= (n + 1) peptide) using the peptide synthesizer configured as described above will be described. In the first premixing container 3-1, an organic solvent solution of an amino acid whose N-terminal is activated in advance, for example, amino acid-t-butyl ester, is prepared. In the first synthesis, an N-protected amino acid such as carbobenzoxyl amino acid (1) is introduced into the premixing vessel 3-1, and mixed with an appropriate means such as a stirring blade installed in the vessel. The organic solvent liquid containing this amino acid-t-butyl ester and carbobenzoxyl amino acid (1) is pumped by the pump P and introduced into the inlet on one side of the microreactor 5. An aqueous carbodiimide solution that is a water-soluble condensing agent is pumped by a pump P and introduced from another inlet of the microreactor 5.

マイクロリアクタ5の中で2液は1:1の当量で混合され、選択性が高く収率が高い脱水縮合反応が行われ、2個のアミノ酸残基を有するジペプチドが生成される。マイクロリアクタ5からの流出液は、生成したペプチドを含む有機溶媒と、未反応のアミノ酸誘導体、カルボジイミド試薬および副生物の水溶性ウレアが含まれる二相混合液である。   In the microreactor 5, the two liquids are mixed at an equivalent amount of 1: 1, and a dehydration condensation reaction with high selectivity and high yield is performed to produce a dipeptide having two amino acid residues. The effluent from the microreactor 5 is a two-phase mixed solution containing an organic solvent containing the produced peptide, an unreacted amino acid derivative, a carbodiimide reagent, and a by-product water-soluble urea.

この二相混合液は、連続式油水分離器6に導入され、有機相(油性成分)と水性成分とに分離される。分離された水性成分は排出容器54に排出されて系外に出され、有機相中のジペプチドはさらに気液混合器8に導入されて、水素が導入される。水素を溶解したジペプチド溶液は、触媒反応器9に導入され、Pd触媒の効果により接触水素化反応が行われる。これにより、カルボベンゾキシル基が除去され、ジペプチド−t−ブチルエステルが生成される。これは、有機系溶媒と一緒に、予備混合容器3−2に溜められる。ここまでが1回目のペプチド合成反応となる。   This two-phase mixed liquid is introduced into the continuous oil-water separator 6 and separated into an organic phase (oil component) and an aqueous component. The separated aqueous component is discharged into the discharge container 54 and discharged out of the system, and the dipeptide in the organic phase is further introduced into the gas-liquid mixer 8 and hydrogen is introduced. The dipeptide solution in which hydrogen is dissolved is introduced into the catalytic reactor 9, and a catalytic hydrogenation reaction is performed by the effect of the Pd catalyst. This removes the carbobenzoxyl group and produces dipeptide-t-butyl ester. This is stored in the premix container 3-2 together with the organic solvent. This is the first peptide synthesis reaction.

2回目の合成反応では、予備混合容器3−2に溜められたジペプチド−t−ブチルエステルに、カルボベンゾキシルアミノ酸(2)が導入され、混合される。この混合液はポンプPにより、マイクロリアクタ5の片側の入口に導入され、1回目と同じように水溶性カルボジイミド水溶液と混合反応し、1回目と同じ工程を経て、トリ(3)ペプチド−t−ブチルエステルが生成される。生成された溶液は、既に空になり、洗浄した予備混合容器3−1に溜められる。予備混合容器3−1、3−2は繰り返される合成ごとに交替して使用されるが、勿論3個以上の予備混合容器を使うようにしてもよい。同様の反応操作をn回繰り返した後で、トリフルオロ酢酸(TFA)によりt−ブチルエステルを除去することで、(n+1)ペプチドが得られる。   In the second synthesis reaction, the carbobenzoxyl amino acid (2) is introduced and mixed into the dipeptide-t-butyl ester stored in the premixing vessel 3-2. This mixed liquid is introduced into the inlet on one side of the microreactor 5 by the pump P, mixed and reacted with the water-soluble carbodiimide aqueous solution in the same way as the first time, and after the same process as the first time, tri (3) peptide-t-butyl Esters are produced. The produced solution is already emptied and stored in the cleaned premixing container 3-1. The premixing containers 3-1 and 3-2 are used alternately for each repeated synthesis. Of course, three or more premixing containers may be used. After repeating the same reaction operation n times, the (n + 1) peptide is obtained by removing the t-butyl ester with trifluoroacetic acid (TFA).

この実施の形態の連続合成装置により、ペプチドの液相合成をマイクロリアクタ5を用いて連続的に実行することが可能になった。またカルボベンゾキシルアミノ酸の量がマイクロリアクタ5を用いて等当量で済むこと、および任意の段階で必要に応じてカラムクロマト精製が可能であることから、ペプチド固相合成法、従来の液相合成法と比較して、純度の高い目的のペプチドがより容易にかつ経済的に得られる。   With the continuous synthesizer of this embodiment, liquid phase synthesis of peptides can be continuously performed using the microreactor 5. Moreover, since the amount of carbobenzoxyl amino acid can be equalized using the microreactor 5 and column chromatography purification is possible at any stage as required, the peptide solid phase synthesis method, the conventional liquid phase synthesis method Compared to, the target peptide with high purity can be obtained more easily and economically.

また、マイクロリアクタ5から触媒反応器9までの工程を連続流方式にしたことで、滞留個所が無く、反応に掛かる滞留時間、分離や混合に掛かる時間を全て均一に制御できるため、高品質なペプチドを製造することが可能になった。   In addition, since the process from the microreactor 5 to the catalytic reactor 9 is a continuous flow system, there is no stagnation, and the residence time required for the reaction and the time required for separation and mixing can all be controlled uniformly. It became possible to manufacture.

図10及び図11は、この発明の他の実施の形態の気液反応装置を示すもので、分散板60を微粒子12によって形成される流路に交差するように配置したものである。分散板60は、図11(b)及び(c)に示すように、円孔や放射状のスリットからなる微細な開口62a,62bが形成されており、これらの開口62a,62bの密度は微粒子12によって形成される隙間の密度より小さく設定されている。従って、微粒子12によって形成された連続流路中において気体が集合して肥大化した場合、これを再度微粒化させ、液体中に分散させる作用が有る。   10 and 11 show a gas-liquid reaction apparatus according to another embodiment of the present invention, in which a dispersion plate 60 is arranged so as to intersect with a flow path formed by the fine particles 12. As shown in FIGS. 11B and 11C, the dispersion plate 60 is formed with fine openings 62a and 62b made of circular holes or radial slits, and the density of these openings 62a and 62b is the fine particle 12. Is set to be smaller than the density of the gap formed. Therefore, when the gas collects and enlarges in the continuous flow path formed by the fine particles 12, it has the effect of atomizing it again and dispersing it in the liquid.

この実施の形態では、微粒子12を収容する容器は、図11(a)に示すように、筒状の側板64とその両端を覆う分散板60から構成されたユニット容器66となっている。そして、図10に示すように、適宜の数のユニット容器66をより長い筒状の容器本体68に直列に収容することにより、分散板60を均等に配置した微粒子12による流路を構成している。図11(d)に示すように、分散板60は、各ユニット容器66の側板64の端部より内側に配置されており、隣接する分散板60どうしは直接接触せず、間に微小空間70を形成するようになっている。これにより、分散板60が互いの微細開口62a,62bを閉塞しないようになっている。   In this embodiment, the container for storing the fine particles 12 is a unit container 66 composed of a cylindrical side plate 64 and a dispersion plate 60 covering both ends thereof, as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 10, a suitable number of unit containers 66 are accommodated in series in a longer cylindrical container body 68 to form a flow path by the fine particles 12 in which the dispersion plates 60 are evenly arranged. Yes. As shown in FIG. 11 (d), the dispersion plate 60 is disposed inside the end of the side plate 64 of each unit container 66, and the adjacent dispersion plates 60 are not in direct contact with each other, and the minute space 70 is interposed therebetween. Is supposed to form. This prevents the dispersion plate 60 from closing the fine openings 62a and 62b.

容器本体68の端部には、気体及び液体の導入路72,74が導入空間76で合流するように設けられ、他方には導出路78が設けられている。また、容器本体68の外周を覆うように、温度調節装置80が設けられている。温度調節装置80は電気的な発熱体や温度調節用の熱媒体流路等の適宜の手段を採用することができる。   At the end of the container main body 68, gas and liquid introduction paths 72 and 74 are provided so as to merge in the introduction space 76, and a lead-out path 78 is provided on the other side. A temperature adjusting device 80 is provided so as to cover the outer periphery of the container body 68. The temperature adjusting device 80 can employ appropriate means such as an electric heating element or a heat medium flow path for temperature adjustment.

この実施の形態の気液反応装置では、導入路72,74から導入空間76に導入された気体及び液体は、分散板60の微細開口62a,62bを経由して分散させられた状態で最初のユニット容器66に入り、微粒子12によって形成された微細流路において液体と気体との接触混合が促進され、微粒子12表面に触媒を担持した場合は触媒の作用によって反応が進行する。   In the gas-liquid reactor of this embodiment, the gas and liquid introduced into the introduction space 76 from the introduction paths 72 and 74 are first dispersed in the state of being dispersed via the fine openings 62a and 62b of the dispersion plate 60. When entering the unit container 66, contact mixing of the liquid and gas is promoted in the fine flow path formed by the fine particles 12, and when the catalyst is supported on the surface of the fine particles 12, the reaction proceeds by the action of the catalyst.

この混合流体は、さらにユニット容器66の他端の分散板60の微細開口62a,62b、微小空間70、次のユニット容器66の分散板60の微細開口62a,62bを経由して、次のユニット容器66中の微粒子12によって形成された微細流路に導入され、さらに混合や反応が行われる。以下、ユニット容器66ごとにこの過程を繰り返し、最終的に導出路78から導出される。この過程において、微粒子流路において肥大化した気体は分散板60を経由するごとに再度微細化し、液体中に分散させられるので、気体の肥大化による反応効率の低下が防止される。   This mixed fluid further passes through the fine openings 62a and 62b of the dispersion plate 60 at the other end of the unit container 66, the minute space 70, and the fine openings 62a and 62b of the dispersion plate 60 of the next unit container 66, and the next unit. It is introduced into a fine channel formed by the fine particles 12 in the container 66, and further mixing and reaction are performed. Thereafter, this process is repeated for each unit container 66 and finally derived from the outlet path 78. In this process, the gas enlarged in the fine particle flow path is refined and dispersed in the liquid every time it passes through the dispersion plate 60, so that a reduction in reaction efficiency due to gas enlargement is prevented.

また、この実施の形態では、気体の肥大化による反応効率の低下が、適宜間隔では配置した分散板60によって防止されるので、微粒子12による微細流路を長く設定することができる。また、全体の流路はユニット容器66を順次容器本体68に配置することにより、簡単な作業で構成することができ、長さの変更、メンテナンスや交換も容易である。   Further, in this embodiment, a reduction in reaction efficiency due to gas enlargement is prevented by the dispersion plate 60 arranged at appropriate intervals, so that the fine flow path by the fine particles 12 can be set long. Further, the entire flow path can be configured with simple operations by sequentially arranging the unit containers 66 in the container main body 68, and the length can be easily changed, maintained, and replaced.

(実施例)
図10の装置を用いて、Pd触媒を使った水素添加反応を行った。図10のユニット容器66の粒子が充填される容積は内径5mm、長さ10mmである。ユニット容器66は9個直列に並んでおり、粒子充填部分の長さは90mmとなる。異なる粒子径のリカ粒子表面にPdを担持させてユニット容器66に入れ、導入路より容器本体68内に溶媒エタノールの水素混合液体を100ml/hの流量で導入した際の圧力損失と触媒効果を測定した。結果は、図12に示すようになった。触媒効果は、バッチ式処理装置の場合を1として表した反応速度を表す。
(Example)
A hydrogenation reaction using a Pd catalyst was performed using the apparatus shown in FIG. The volume of the unit container 66 in FIG. 10 filled with particles has an inner diameter of 5 mm and a length of 10 mm. Nine unit containers 66 are arranged in series, and the length of the particle filling portion is 90 mm. The pressure loss and catalytic effect when Pd is supported on the surface of the Lica particles having different particle diameters and placed in the unit container 66 and the hydrogen mixed liquid of solvent ethanol is introduced into the container body 68 from the introduction path at a flow rate of 100 ml / h. It was measured. The result was as shown in FIG. The catalytic effect represents a reaction rate expressed as 1 in the case of a batch processing apparatus.

粒子径300nm〜1μmのシリカ粒子表面にPdを担持させたもの(比較例1)では、使用したポンプの最高使用圧力1MPaを超えても、全く液の移動が生じなかった。次に、粒子径を10〜50μmにすると、液の通過は見られたが圧力損失が0.5MPa前後に達した。粒子径を300〜500μmにすると圧力は0.1MPa以下になり、触媒効果も従来のバッチ式処理に比べ300倍の反応速度が得られた。さらに粒子径を3〜5mmまで大きくしたもの(比較例2)では、圧力損失はほとんど無くなったが触媒効果が減少した。   In the case where Pd was supported on the surface of silica particles having a particle diameter of 300 nm to 1 μm (Comparative Example 1), no liquid movement occurred even when the maximum operating pressure of the used pump exceeded 1 MPa. Next, when the particle size was adjusted to 10 to 50 μm, the passage of the liquid was observed, but the pressure loss reached around 0.5 MPa. When the particle size was 300 to 500 μm, the pressure became 0.1 MPa or less, and the catalytic effect was 300 times faster than the conventional batch process. Further, in the case where the particle diameter was increased to 3 to 5 mm (Comparative Example 2), the pressure loss was almost eliminated, but the catalytic effect was reduced.

この結果より、粘度がエタノールレベルの溶媒をベースとするときは、粒子径400μm前後が好ましいことが分かる。一方、粘度が水レベルのときは粒子径600μm前後が好ましいと考えられる。最適粒径は液体の粘度や水溶・難水溶度によっても変わってくる。圧力損失が低くかつ触媒効果のある粒径は1μm〜1mmであり、最も好ましくは100μm〜1mmである。   From this result, it is understood that when the viscosity is based on a solvent having an ethanol level, a particle diameter of about 400 μm is preferable. On the other hand, when the viscosity is at the water level, a particle size of around 600 μm is considered preferable. The optimum particle size varies depending on the viscosity of the liquid and the water and poor water solubility. The particle size with low pressure loss and catalytic effect is 1 μm to 1 mm, most preferably 100 μm to 1 mm.

図13は、この発明の他の実施の形態の気液反応装置を示すもので、多孔質体によって形成された筒状容器80内に微粒子12を充填したものである。筒状容器80と外容器82の間には、気体を供給するための気体流路84が形成されている。多孔質体によって形成された筒状容器80筒状容器80は、長手方向にわたって気体流路84を形成しているので、気体を微粒化させて微粒子間の液体中に分散させる作用が有る。装置の末端部分は密閉筒86となっており、気体流路84は末端までは延びていない。反応の時間が不十分となるからである。この実施の形態では筒状容器80を外側に形成したが、内側に形成してもよく、内外双方に形成してもよい。   FIG. 13 shows a gas-liquid reactor according to another embodiment of the present invention, in which fine particles 12 are filled in a cylindrical container 80 formed of a porous body. A gas flow path 84 for supplying gas is formed between the cylindrical container 80 and the outer container 82. Cylindrical container 80 formed of a porous body Since the cylindrical container 80 forms the gas flow path 84 in the longitudinal direction, it has the effect of atomizing the gas and dispersing it in the liquid between the fine particles. The end portion of the apparatus is a sealed cylinder 86, and the gas flow path 84 does not extend to the end. This is because the reaction time becomes insufficient. In this embodiment, the cylindrical container 80 is formed on the outer side, but may be formed on the inner side or on both the inner and outer sides.

この発明の一実施の形態の気液反応装置を示す(a)断面図、(b)斜視図である。It is (a) sectional drawing and (b) perspective view which show the gas-liquid reaction device of one embodiment of this invention. (a)は、図1の実施の形態の要部を拡大して示す図、(b)は、微粒子1212を拡大して示す図である。(A) is a figure which expands and shows the principal part of embodiment of FIG. 1, (b) is a figure which expands and shows the microparticles | fine-particles 1212. (a)は、他の実施の形態の要部を拡大して示す図、(b)は、さらに他の実施の形態を示す斜視図である。(A) is a figure which expands and shows the principal part of other embodiment, (b) is a perspective view which shows other embodiment. この発明のさらに他の実施の形態の気液反応装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas-liquid reaction apparatus of further another embodiment of this invention. この発明のさらに他の実施の形態の気液反応装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas-liquid reaction apparatus of further another embodiment of this invention. 図5に示す実施の形態の装置で行われる反応の一例を示す化学反応式である。6 is a chemical reaction formula showing an example of a reaction performed in the apparatus of the embodiment shown in FIG. この発明のさらに他の実施の形態の気液反応装置を示す図である。It is a figure which shows the gas-liquid reaction apparatus of further another embodiment of this invention. 図7の実施の形態の気液反応装置を用いたペプチド合成装置の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment of the peptide synthesizer using the gas-liquid reaction apparatus of embodiment of FIG. 図8に示す実施の形態の装置で行われる反応の一例を示す化学反応式である。It is a chemical reaction formula which shows an example of the reaction performed with the apparatus of embodiment shown in FIG. この発明のさらに他の実施の形態の気液反応装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas-liquid reaction apparatus of further another embodiment of this invention. (a)は、図10に示す実施の形態の装置の要部を示す図であり、(b)はその平面図、(c)は変形例の平面図である。(A) is a figure which shows the principal part of the apparatus of embodiment shown in FIG. 10, (b) is the top view, (c) is a top view of a modification. 図10の気液反応装置の作用を示すグラフである。It is a graph which shows the effect | action of the gas-liquid reaction apparatus of FIG. この発明のさらに他の実施の形態の気液反応装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the gas-liquid reaction apparatus of further another embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、10a、 容器
12 微粒子12
14 導入部
16 導出部
24 温調ジャケット
26 多孔質膜
28 液体導入口
30 気体導入口
32 導出口
34 温調ジャケット
60 分散板
66 ユニット容器
68 容器本体
72,74 導入路
76 導出路
10, 10a, container 12 fine particle 12
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Introduction part 16 Derivation part 24 Temperature control jacket 26 Porous membrane 28 Liquid introduction port 30 Gas introduction port 32 Outlet port 34 Temperature control jacket 60 Dispersion plate 66 Unit container 68 Container main body 72,74 Introduction path 76 Derivation path

Claims (10)

径が1μm〜1mmである微粒子を充填した反応容器と、
前記反応容器に液体を導入する液体導入口と、
前記反応容器に気体を導入する気体導入口と、
反応生成物を導出する導出口とを有することを特徴とする気液反応装置。
A reaction vessel filled with fine particles having a diameter of 1 μm to 1 mm;
A liquid inlet for introducing liquid into the reaction vessel;
A gas inlet for introducing gas into the reaction vessel;
A gas-liquid reactor characterized by having an outlet for deriving a reaction product.
前記微粒子が、多孔質状のシリカ、アルミナ、SiCのいずれかを素材とすることを特徴とする請求項1に記載の気液反応装置。   The gas-liquid reactor according to claim 1, wherein the fine particles are made of porous silica, alumina, or SiC. 前記微粒子が、触媒を担持していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の気液反応装置。   The gas-liquid reaction apparatus according to claim 1 or 2, wherein the fine particles carry a catalyst. 前記触媒がPd、Ni、Co、Pt、Cuのいずれかを含むことを特徴とする請求項3に記載の気液反応装置。   The gas-liquid reactor according to claim 3, wherein the catalyst contains any one of Pd, Ni, Co, Pt, and Cu. 前記触媒が、ウェット処理により担持させられていることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の気液反応装置。   The gas-liquid reaction apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the catalyst is supported by wet treatment. 液中に注入した気体を液の流れの中で分散させる分散板を有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の気液反応装置。   6. The gas-liquid reaction apparatus according to claim 1, further comprising a dispersion plate that disperses the gas injected into the liquid in the flow of the liquid. 前記反応容器を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の気液反応装置。   The gas-liquid reaction apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising heating means for heating the reaction vessel. 反応容器内の空間を、孔径0.5μm以下の多孔質膜により区画し、一方の空間に気体を、他方の空間に液体を導入し、気体を前記多孔質膜を透過させることにより、液体中に溶解させることを特徴とする気液反応装置。   A space in the reaction vessel is partitioned by a porous membrane having a pore size of 0.5 μm or less, a gas is introduced into one space, a liquid is introduced into the other space, and the gas is allowed to permeate the porous membrane. A gas-liquid reactor characterized by being dissolved in 前記多孔質膜が、PTFE(polytetrafluoroethylene)又はPCTFE(polychlorotrifluoroethylene)からなることを特徴とする請求項6に記載の気液反応装置。   The gas-liquid reactor according to claim 6, wherein the porous membrane is made of PTFE (polytetrafluoroethylene) or PCTFE (polychlorotrifluoroethylene). 請求項8又は9に記載の気液反応装置を前段に配置し、請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の気液反応装置を後段に配置し、前段の気液反応装置において気液を混合させた後で、後段の気液反応装置において触媒によって反応を促進することを特徴とする気液反応装置。   The gas-liquid reaction apparatus according to claim 8 or 9 is disposed in the front stage, the gas-liquid reaction apparatus according to any one of claims 1 to 7 is disposed in the rear stage, and the gas-liquid reaction apparatus in the front-stage gas-liquid reaction apparatus A gas-liquid reactor characterized in that the reaction is promoted by a catalyst in the latter gas-liquid reactor after mixing.
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