JP2010023023A - Gas-liquid reaction apparatus and gas-liquid reaction method - Google Patents

Gas-liquid reaction apparatus and gas-liquid reaction method Download PDF

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JP2010023023A JP2009056775A JP2009056775A JP2010023023A JP 2010023023 A JP2010023023 A JP 2010023023A JP 2009056775 A JP2009056775 A JP 2009056775A JP 2009056775 A JP2009056775 A JP 2009056775A JP 2010023023 A JP2010023023 A JP 2010023023A
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Nichikei Yanagi
日馨 柳
Takahide Fukuyama
高英 福山
Yukihiro Shintani
幸弘 新谷
Mitsue Sato
光恵 佐藤
Kazuma Takenaka
一馬 竹中
Kentaro Suzuki
健太郎 鈴木
Katsumi Isozaki
克巳 磯崎
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Osaka University NUC
Osaka Prefecture University
Yokogawa Electric Corp
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Osaka University NUC
Osaka Prefecture University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To keep the consumption of a reactive gas to the minimum. <P>SOLUTION: A gas-liquid reaction apparatus is provided with: a reaction vessel 10 having a reaction space 11; a liquid material supply unit 20 for supplying a liquid material, containing a reactive substrate, to the reaction space; a gas supply unit 30 for supplying the reactive gas to the reaction space; a liquid pool part 41 which is connected to the reaction space and has a liquid pool space 45 for accumulating a production liquid produced by reacting the reactive substrate with the reactive gas; and a discharge unit 40 for discharging the production liquid in the liquid pool part while keeping the reaction space and the liquid pool space in hermetically-sealed states. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、気液反応装置及び気液反応方法に関するものである。   The present invention relates to a gas-liquid reaction apparatus and a gas-liquid reaction method.

液体原料と反応ガスを混合し、化学反応により所定の生成物を得る気液反応装置及びその反応方法として、反応容器内に原料液と反応ガスとを投入し、密閉加温することにより反応ガスを原料液に溶解させて、容器内を所定時間撹拌するバッチ式プロセスを用いるものが知られている。ところが、上記のバッチ式プロセスを用いた場合には、生産量を増やすために比較的大きな容量の反応容器を使用するため、容器内の均一混合や温度調整が困難であり、選択性の高い反応制御を行うことが容易ではない。   As a gas-liquid reaction apparatus that mixes liquid raw material and reaction gas and obtains a predetermined product by chemical reaction and its reaction method, the raw material liquid and reaction gas are put into a reaction vessel, and the reaction gas is sealed and heated. Is known which uses a batch type process in which a solution is dissolved in a raw material liquid and the inside of the container is stirred for a predetermined time. However, when the batch process described above is used, a reaction vessel with a relatively large capacity is used to increase the production volume, so uniform mixing and temperature adjustment in the vessel is difficult, and the reaction with high selectivity. It is not easy to control.

そこで、近年では、比較的小さな断面積を有する流路内に原料溶液と反応ガスとを流通させながら種々の化学反応を起こさせるフロープロセスの気液反応装置が注目されている。この種の気液反応装置では、混合・加熱・反応等を行う化学反応領域部と、これらを連通させる流路とが設けられており、原料液と反応ガスとを供給することにより、所定の化学反応が実行されるように構成されている。このように、フロー型の気液反応装置を用いた場合には、選択性の高い反応制御を行って高純度の生成物を得ることができる。加えて、フロー型の気液反応装置は、一般に反応領域の容量がバッチ式よりも小さいため、温度等の化学反応条件の精密制御が可能となり、一酸化炭素や弗素、水素に代表される危険性の高いガス種を反応ガスとして高圧下で使用する場合でも、爆発等のリスクを低減できる。   Therefore, in recent years, a gas-liquid reactor of a flow process that causes various chemical reactions while flowing a raw material solution and a reactive gas in a flow path having a relatively small cross-sectional area has attracted attention. In this type of gas-liquid reaction apparatus, a chemical reaction region part that performs mixing, heating, reaction, and the like, and a flow path that communicates these are provided. By supplying a raw material liquid and a reaction gas, a predetermined reaction time is provided. A chemical reaction is configured to be performed. Thus, when a flow-type gas-liquid reactor is used, a highly pure product can be obtained by performing highly selective reaction control. In addition, since the flow-type gas-liquid reactor generally has a smaller reaction area than the batch type, precise control of chemical reaction conditions such as temperature is possible, and dangers represented by carbon monoxide, fluorine, and hydrogen. Even when a highly reactive gas species is used as a reaction gas under high pressure, the risk of explosion and the like can be reduced.

例えば、特許文献1には、フロー型の気液反応装置を用い、微小流路中で反応基質溶液と弗素を含む反応ガスとを流通させることにより直接弗素化する方法が開示されている。この技術では、化学反応を効率的に行えるとともに、高い除熱効率を達成できるため、発熱反応を伴う合成反応を安全に行える点、収率向上が期待できる点及び取扱性が容易な点から特に注目されている。
また、特許文献2には、微小流路内への反応ガス導入部を複数有する気液反応装置を用いることにより、気液混相流での反応を効率的に行う技術が開示されている。
For example, Patent Document 1 discloses a method of directly fluorinating by using a flow-type gas-liquid reactor and circulating a reaction substrate solution and a reaction gas containing fluorine in a microchannel. With this technology, chemical reactions can be performed efficiently and high heat removal efficiency can be achieved. Therefore, the synthesis reaction involving exothermic reactions can be performed safely, the yield can be expected to improve, and the handling is easy. Has been.
Patent Document 2 discloses a technique for efficiently performing a reaction in a gas-liquid mixed phase flow by using a gas-liquid reaction apparatus having a plurality of reaction gas introduction portions into a microchannel.

特表2001−521816号公報JP-T-2001-521816 特開2007−105668号公報JP 2007-105668 A

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
上記の技術では、通常原料液から生成物を得る化学反応に必要なガス量に対して、モル比で数倍以上の過剰量の反応ガスを反応管内に流入させており、反応ガスを多量に浪費するという問題が生じる。
例えば、特許文献1に記載された技術では、原料液及び反応ガスをフロー系で反応管内に流入させて化学合成させた後に、生成物溶液とともに未反応ガス(気相部ガス及び液相内溶存ガス)を反応管外へ流出させる構造であり、反応ガスを多量に浪費する構成となっている。
また、特許文献2に記載された技術では、化学反応後に気液分離器を用いて生成液と反応ガスとを分離して生成液を回収しているが、気液分離器は液体を貯溜するとともに、反応ガスを随時排出する構造であるため、反応ガスの消費量の抑制には寄与しない。
However, the following problems exist in the conventional technology as described above.
In the above technique, an excessive amount of reaction gas, which is several times or more in molar ratio, is caused to flow into the reaction tube with respect to the amount of gas necessary for a chemical reaction to obtain a product from a raw material liquid. The problem of wasting arises.
For example, in the technique described in Patent Document 1, after a raw material liquid and a reaction gas are flown into a reaction tube in a flow system and chemically synthesized, an unreacted gas (gas phase gas and dissolved in the liquid phase is dissolved together with the product solution. Gas) flows out of the reaction tube, and a large amount of reaction gas is wasted.
Moreover, in the technique described in Patent Document 2, the product liquid and the reaction gas are separated by using a gas-liquid separator after the chemical reaction, and the product liquid is recovered, but the gas-liquid separator stores the liquid. At the same time, since the reaction gas is discharged as needed, it does not contribute to the suppression of the reaction gas consumption.

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、反応ガスの消費量を最小限に抑制することが可能な気液反応装置及び気液反応方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a gas-liquid reaction apparatus and a gas-liquid reaction method capable of minimizing reaction gas consumption. .

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の気液反応装置は、反応空間を有する反応容器と、前記反応空間に反応基質を含む液体材料を供給する液体材料供給装置と、前記反応空間に反応気体を供給する気体供給装置と、前記反応空間につながり前記反応基質と前記反応気体とが反応して生成された生成液を溜める液溜空間を有する液溜部とを有する気液反応装置であって、前記反応空間及び前記液溜空間を密封状態にしつつ、前記液溜部の前記生成液を排出する排出装置を有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The gas-liquid reaction device of the present invention includes a reaction vessel having a reaction space, a liquid material supply device that supplies a liquid material containing a reaction substrate to the reaction space, a gas supply device that supplies a reaction gas to the reaction space, A gas-liquid reaction apparatus having a liquid storage section connected to the reaction space and having a liquid storage space for storing a product liquid generated by a reaction between the reaction substrate and the reaction gas, the reaction space and the liquid storage It has a discharge device for discharging the generated liquid from the liquid reservoir while keeping the space sealed.

前記排出装置としては、前記反応空間における前記反応気体の圧力に応じて前記反応気体の供給量を制御する反応気体制御装置と、前記液溜部に、前記液溜空間に開口して設けられた排出孔と、前記液溜部における前記生成液の液位に応じて前記排出孔からの前記生成液の排出量を制御する排出制御装置とを有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器内における反応気体の気圧を所望値に設定するためには、反応空間における反応気体の圧力に応じて反応気体制御装置により反応気体の供給量を制御し、反応気体の気圧が所望値に達した後は反応気体の供給を停止する。また、反応基質との反応により反応気体の気圧が低下した場合には、同様に反応空間における反応気体の圧力に応じて反応気体制御装置により反応気体を供給することにより、反応気体の気圧を所望値に維持することが可能になる。
また、本発明では、液溜部における生成液の液面が排出孔よりも十分に高い位置にあり、反応空間及び液溜空間が密封状態に維持されている場合には、排出孔から所定量(例えば、反応基質と反応気体との反応で生成液が生成される量)で生成液を排出させ、生成液の液面が排出孔よりも低くなる虞があり、反応空間及び液溜空間の密封状態が解除される虞がある場合には、排出孔からの生成液の排出量を抑えて液面の低下を回避することができる。
The discharge device is provided with a reaction gas control device that controls the supply amount of the reaction gas according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, and provided in the liquid storage portion with an opening in the liquid storage space. A configuration having a discharge hole and a discharge control device that controls the discharge amount of the product liquid from the discharge hole in accordance with the liquid level of the product liquid in the liquid reservoir can be suitably employed.
Thus, in the present invention, in order to set the pressure of the reaction gas in the reaction vessel to a desired value, the supply amount of the reaction gas is controlled by the reaction gas control device according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, After the gas pressure reaches the desired value, the supply of the reaction gas is stopped. Also, when the pressure of the reaction gas decreases due to the reaction with the reaction substrate, similarly, the reaction gas is supplied by the reaction gas control device according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, so that the pressure of the reaction gas is desired. It becomes possible to maintain the value.
In the present invention, when the liquid level of the product liquid in the liquid reservoir is sufficiently higher than the discharge hole, and the reaction space and the liquid storage space are maintained in a sealed state, a predetermined amount from the discharge hole. (For example, the amount of product liquid generated by the reaction between the reaction substrate and the reaction gas) is discharged, and the liquid level of the product liquid may be lower than the discharge hole. When there is a possibility that the sealed state is released, it is possible to prevent the liquid level from being lowered by suppressing the discharge amount of the generated liquid from the discharge hole.

また、本発明では、前記反応容器に向けて供給される前記液体材料と前記反応気体とを予備反応させる予備反応装置を有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、予め液体材料と反応気体とを予備反応させるため、反応容器に供給される反応基質及び反応気体を、当該反応容器内での反応に適した条件とすることができる。
Moreover, in this invention, the structure which has the preliminary reaction apparatus which pre-reacts the said liquid material and the said reaction gas supplied toward the said reaction container can be employ | adopted suitably.
Accordingly, in the present invention, since the liquid material and the reaction gas are preliminarily reacted, the reaction substrate and the reaction gas supplied to the reaction container can be set to conditions suitable for the reaction in the reaction container.

上記予備反応装置としては、前記反応基質と前記反応気体との反応特性に応じて、前記反応容器における反応条件とは異なる反応条件で予備反応させる構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、予備反応に適した反応条件が、反応容器内における反応条件と異なる場合にも対応することが可能になり、最適な予備反応条件で予備反応させた反応基質と反応気体とを反応容器に供給することが可能になる。
As the preliminary reaction apparatus, a configuration in which a preliminary reaction is performed under reaction conditions different from the reaction conditions in the reaction vessel can be suitably employed depending on the reaction characteristics between the reaction substrate and the reaction gas.
Accordingly, in the present invention, it is possible to cope with the case where the reaction conditions suitable for the preliminary reaction are different from the reaction conditions in the reaction vessel, and the reaction substrate and the reaction gas that have been pre-reacted under the optimal preliminary reaction conditions. Can be supplied to the reaction vessel.

また、本発明では、前記液溜部の前記生成液を負圧吸引して排出させる吸引装置を有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、液溜部に溜まった生成液を強制的に吸引して効率的に排出することが可能になる。
Moreover, in this invention, the structure which has a suction device which discharges the said production | generation liquid of the said liquid reservoir part by negative-pressure suction can be employ | adopted suitably.
Thereby, in the present invention, the product liquid accumulated in the liquid reservoir can be forcibly sucked and efficiently discharged.

また、上記の気液反応装置における前記液体材料供給装置としては、前記液体材料を前記反応容器の一端側から供給し、前記気体供給装置は、前記反応気体を前記反応容器の他端側から供給する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、液体材料及び反応気体を反応容器の同一側から供給した場合のように、液体材料が反応気体の供給孔から逆流して浸入したり、反応気体が液体材料の供給孔から逆流して浸入することを防止して、安定した液体材料供給及び反応気体供給を実現することができる。
Further, as the liquid material supply device in the gas-liquid reaction device, the liquid material is supplied from one end side of the reaction vessel, and the gas supply device supplies the reaction gas from the other end side of the reaction vessel. It is possible to suitably adopt the configuration.
As a result, in the present invention, the liquid material enters the reaction gas from the reaction gas supply hole in the reverse direction as in the case where the liquid material and the reaction gas are supplied from the same side of the reaction vessel, or the reaction gas flows into the liquid material supply hole. Therefore, the liquid material can be prevented from flowing back and entering, and a stable liquid material supply and reaction gas supply can be realized.

また、上記の気液反応装置における前記液溜部としては、前記反応容器の一部に設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器と独立して液溜部を別途設ける必要がなくなり、装置の小型化及び低価格化を実現することができる。
In addition, as the liquid reservoir in the gas-liquid reaction apparatus, a configuration provided in a part of the reaction vessel can be suitably employed.
As a result, in the present invention, it is not necessary to separately provide a liquid reservoir independently of the reaction vessel, and the apparatus can be reduced in size and price.

また、上記の気液反応装置における前記液溜部の底部としては、下方に向かうに従って漸次縮径して形成される構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、液溜部の底部が例えば錐状に形成されることにより、先端部(底端部)における断面積を小さくすることができる。そのため、本発明では、生成液の量が少ない場合であっても、より確実に液溜部の底部に生成液を充填することが可能になる。その結果、底端部に生成液の排出孔を配置することにより、排出孔からの反応気体の流出をより確実に防止して、反応空間及び液溜空間の密封状態を維持することができる。
In addition, as the bottom of the liquid reservoir in the gas-liquid reaction apparatus, a configuration in which the diameter is gradually reduced as it goes downward can be suitably employed.
Thereby, in this invention, the cross-sectional area in a front-end | tip part (bottom edge part) can be made small by forming the bottom part of a liquid reservoir part in cone shape, for example. Therefore, in the present invention, it is possible to more reliably fill the bottom of the liquid reservoir with the product liquid even when the amount of the product liquid is small. As a result, by disposing the discharge hole for the product liquid at the bottom end, it is possible to more reliably prevent the reaction gas from flowing out of the discharge hole and maintain the sealed state of the reaction space and the liquid storage space.

また、上記の気液反応装置における前記反応容器としては、管状に形成され、当該反応容器を加熱する加熱装置の外周に巻回して設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器と加熱装置との接触面積が大きくなり、効率的に反応容器を加熱することができる。また、本発明では、一定の設置スペースに対して反応容器の反応空間の長さを大きく確保することが可能になる。そのため、本発明では、反応空間を長く確保することが可能になり、生産性を向上させることができる。
Moreover, as said reaction container in said gas-liquid reaction apparatus, the structure formed in the tubular shape and wound around the outer periphery of the heating apparatus which heats the said reaction container can be employ | adopted suitably.
Thereby, in this invention, the contact area of reaction container and a heating apparatus becomes large, and can heat a reaction container efficiently. Moreover, in this invention, it becomes possible to ensure the length of the reaction space of a reaction container largely with respect to a fixed installation space. Therefore, in the present invention, it is possible to ensure a long reaction space and improve productivity.

また、上記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部としては、平面形状を有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器内における液体材料(原料液)の厚さを、同量の液体材料を例えば円管のように、内面底部が円弧面である場合よりも薄くすることができ、反応気体の液体材料への溶解を効率的に進行させることが可能になる。
この場合、前記内面底部としては、略水平面とすることが好適である。
また、前記内面底部としては、幅方向の断面が中央部に向かうに従って漸次下方に向かう略V字状に形成される構成も好適に採用できる。
Moreover, as an inner surface bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel, a configuration having a planar shape can be suitably employed.
Thereby, in the present invention, the thickness of the liquid material (raw material liquid) in the reaction vessel can be made thinner than the case where the inner surface bottom is an arcuate surface, such as a circular tube, for the same amount of liquid material. It is possible to efficiently dissolve the reaction gas in the liquid material.
In this case, it is preferable that the inner surface bottom is substantially horizontal.
Moreover, as the inner surface bottom portion, a configuration in which a cross section in the width direction is formed in a substantially V shape gradually going downward as it goes toward the central portion can be suitably employed.

また、前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部としては、延在方向が水平方向に対して傾斜して配置される構成も好適に採用できる。
反応容器における前記反応空間に臨む内面底部を水平方向に対して傾斜させることにより、液体材料の流速を容易に調整することが可能になる。
Moreover, as an inner surface bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel, a configuration in which the extending direction is inclined with respect to the horizontal direction can be suitably employed.
By inclining the inner bottom facing the reaction space in the reaction vessel with respect to the horizontal direction, the flow rate of the liquid material can be easily adjusted.

この場合、例えば反応容器を一端側で水平軸周りに回転可能な構成としておき、他端側を昇降させることにより、傾斜角度を任意の値に調整することが可能になり、気液反応特性(液体材料及び反応気体の種類)に応じて最適な傾斜角度を選択することができる。   In this case, for example, the reaction vessel is configured to be rotatable around the horizontal axis on one end side, and by raising and lowering the other end side, the inclination angle can be adjusted to an arbitrary value, and the gas-liquid reaction characteristics ( The optimum tilt angle can be selected according to the type of liquid material and reaction gas.

上記延在方向の前記水平方向に対する傾斜角度は、5°以上、且つ45°以下であることが好ましい。
傾斜角度が5°未満であると、水平の場合と比較し、液体材料の流速の差異が小さく、傾斜による液体材料の流速調整の効果が生じにくい。また45°を超えると液体材料と反応気体との流速が大きくなることで、反応空間における接触時間が短くなり、長時間を要する反応には適さなくなってしまうが、本発明では傾斜角度を5°以上、且つ45°以下とすることにより、これらの不都合を回避することができる。
The inclination angle of the extending direction with respect to the horizontal direction is preferably 5 ° or more and 45 ° or less.
When the inclination angle is less than 5 °, the difference in the flow rate of the liquid material is small compared to the horizontal case, and the effect of adjusting the flow rate of the liquid material by the inclination is less likely to occur. If it exceeds 45 °, the flow rate between the liquid material and the reaction gas increases, so that the contact time in the reaction space is shortened, making it unsuitable for reactions that require a long time. These disadvantages can be avoided by setting the angle to 45 ° or less.

上記の気液反応装置における前記内面底部としては、下流側が上流側よりも上方に位置して設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、重力により液体材料と反応気体との流速が遅くなることになり、反応空間における接触時間を長くすることが可能になる。
As the inner surface bottom portion in the gas-liquid reaction apparatus, a configuration in which the downstream side is positioned higher than the upstream side can be suitably employed.
Thereby, in this invention, the flow velocity of a liquid material and reaction gas will become slow by gravity, and it becomes possible to lengthen the contact time in reaction space.

一方、本発明の気液反応方法は、反応容器内の反応空間に反応基質を含む液体材料及び反応気体を供給する工程と、前記液体材料及び前記反応気体を反応させて生成液を生成する工程と、前記反応空間につながる液溜空間を有する液溜部に前記生成液を溜める工程とを有する気液反応方法であって、前記反応空間及び前記液溜空間を密封状態にしつつ、前記液溜部の前記生成液を排出する工程を有することを特徴とするものである。   On the other hand, the gas-liquid reaction method of the present invention includes a step of supplying a liquid material containing a reaction substrate and a reaction gas to a reaction space in a reaction vessel, and a step of reacting the liquid material and the reaction gas to generate a product liquid. And a step of storing the product liquid in a liquid reservoir portion having a liquid storage space connected to the reaction space, the liquid reservoir while sealing the reaction space and the liquid storage space. A step of discharging a part of the product liquid.

また、上記の気液反応方法においては、前記反応空間における前記反応気体の圧力に応じて前記反応気体の供給量を制御する工程と、前記液溜部における前記生成液の液位に応じて、前記液溜空間に開口して設けられた排出孔からの前記生成液の排出量を制御する工程とを有する手順も好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器内における反応気体の気圧を所望値に設定するためには、反応空間における反応気体の圧力に応じて反応気体の供給量を制御し、反応気体の気圧が所望値に達した後は反応気体の供給を停止する。また、反応基質との反応により反応気体の気圧が低下した場合には、同様に反応空間における反応気体の圧力に応じて反応気体を供給する(補う)ことにより、反応気体の気圧を所望値に維持することが可能になる。
また、本発明では、液溜部における生成液の液面が排出孔よりも十分に高い位置にあり、反応空間及び液溜空間が密封状態に維持されている場合には、排出孔から所定量(例えば、反応基質と反応気体との反応で生成液が生成される量)で生成液を排出させ、生成液の液面が排出孔よりも低くなる虞があり、反応空間及び液溜空間の密封状態が解除される虞がある場合には、排出孔からの生成液の排出量を抑えて液面の低下を回避することができる。
Further, in the gas-liquid reaction method, according to the step of controlling the supply amount of the reaction gas according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, and according to the liquid level of the product liquid in the liquid reservoir, A procedure including a step of controlling the discharge amount of the product liquid from a discharge hole provided to open in the liquid storage space can also be suitably employed.
Thus, in the present invention, in order to set the pressure of the reaction gas in the reaction vessel to a desired value, the supply amount of the reaction gas is controlled according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, and the pressure of the reaction gas is desired. After reaching the value, supply of the reaction gas is stopped. When the pressure of the reaction gas decreases due to the reaction with the reaction substrate, the reaction gas is similarly supplied (supplemented) according to the pressure of the reaction gas in the reaction space, so that the pressure of the reaction gas is set to a desired value. It becomes possible to maintain.
In the present invention, when the liquid level of the product liquid in the liquid reservoir is sufficiently higher than the discharge hole, and the reaction space and the liquid storage space are maintained in a sealed state, a predetermined amount from the discharge hole. (For example, the amount of product liquid generated by the reaction between the reaction substrate and the reaction gas) is discharged, and the liquid level of the product liquid may be lower than the discharge hole. When there is a possibility that the sealed state is released, it is possible to prevent the liquid level from being lowered by suppressing the discharge amount of the generated liquid from the discharge hole.

また、上記の気液反応方法においては、前記反応容器に向けて供給される前記液体材料と前記反応気体とを予備反応させる予備反応工程を有する手順も好適に採用できる。
これにより、本発明では、予め液体材料と反応気体とを予備反応させるため、反応容器に供給される反応基質及び反応気体を、当該反応容器内での反応に適した条件とすることができる。
In the gas-liquid reaction method described above, a procedure including a preliminary reaction step in which the liquid material supplied toward the reaction vessel and the reaction gas are preliminarily reacted can be suitably employed.
Accordingly, in the present invention, since the liquid material and the reaction gas are preliminarily reacted, the reaction substrate and the reaction gas supplied to the reaction container can be set to conditions suitable for the reaction in the reaction container.

また、上記の気液反応方法においては、前記反応基質と前記反応気体との反応特性に応じて、前記反応容器における反応条件とは異なる反応条件で予備反応させる手順も好適に採用できる。
これにより、本発明では、予備反応に適した反応条件が、反応容器内における反応条件と異なる場合にも対応することが可能になり、最適な予備反応条件で予備反応させた反応基質と反応気体とを反応容器に供給することが可能になる。
In the gas-liquid reaction method described above, a procedure in which a preliminary reaction is performed under reaction conditions different from the reaction conditions in the reaction vessel can be suitably employed according to the reaction characteristics between the reaction substrate and the reaction gas.
Accordingly, in the present invention, it is possible to cope with the case where the reaction conditions suitable for the preliminary reaction are different from the reaction conditions in the reaction vessel, and the reaction substrate and the reaction gas that have been pre-reacted under the optimal preliminary reaction conditions. Can be supplied to the reaction vessel.

また、上記の気液反応方法においては、前記液溜部の前記生成液を負圧吸引して排出させる工程を有する手順も好適に採用できる。
これにより、本発明では、液溜部に溜まった生成液を強制的に吸引して効率的に排出することが可能になる。
Moreover, in said gas-liquid reaction method, the procedure which has the process of making the negative pressure suction and discharge | emit the said production | generation liquid of the said liquid reservoir part can also be employ | adopted suitably.
Thereby, in the present invention, the product liquid accumulated in the liquid reservoir can be forcibly sucked and efficiently discharged.

また、上記の気液反応方法においては、前記液体材料を前記反応容器の一端側から供給し、前記反応気体を前記反応容器の他端側から供給する構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、液体材料及び反応気体を反応容器の同一側から供給した場合のように、液体材料が反応気体の供給孔から逆流して浸入したり、反応気体が液体材料の供給孔から逆流して浸入することを防止して、安定した液体材料供給及び反応気体供給を実現することができる。
In the gas-liquid reaction method, a configuration in which the liquid material is supplied from one end side of the reaction vessel and the reaction gas is supplied from the other end side of the reaction vessel can be suitably employed.
As a result, in the present invention, the liquid material enters the reaction gas from the reaction gas supply hole in the reverse direction as in the case where the liquid material and the reaction gas are supplied from the same side of the reaction vessel, or the reaction gas flows into the liquid material supply hole. Therefore, the liquid material can be prevented from flowing back and entering, and a stable liquid material supply and reaction gas supply can be realized.

また、上記の気液反応方法においては、前記液溜部を前記反応容器の一部に設ける構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器と独立して液溜部を別途設ける必要がなくなり、装置の小型化及び低価格化を実現することができる。
Moreover, in said gas-liquid reaction method, the structure which provides the said liquid reservoir part in a part of said reaction container can also be employ | adopted suitably.
As a result, in the present invention, it is not necessary to separately provide a liquid reservoir independently of the reaction vessel, and the apparatus can be reduced in size and price.

また、上記の気液反応方法においては、前記液溜部の底部が、下方に向かうに従って漸次縮径して形成される構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、液溜部の底部が例えば錐状に形成されることにより、先端部(底端部)における断面積を小さくすることができる。そのため、本発明では、生成液の量が少ない場合であっても、より確実に液溜部の底部に生成液を充填することが可能になる。その結果、底端部に生成液の排出孔を配置することにより、排出孔からの反応気体の流出をより確実に防止して、反応空間及び液溜空間の密封状態を維持することができる。
In addition, in the gas-liquid reaction method described above, a configuration in which the bottom of the liquid reservoir is gradually reduced in diameter as it goes downward can be suitably employed.
Thereby, in this invention, the cross-sectional area in a front-end | tip part (bottom edge part) can be made small by forming the bottom part of a liquid reservoir part in cone shape, for example. Therefore, in the present invention, it is possible to more reliably fill the bottom of the liquid reservoir with the product liquid even when the amount of the product liquid is small. As a result, by disposing the discharge hole for the product liquid at the bottom end, it is possible to more reliably prevent the reaction gas from flowing out of the discharge hole and maintain the sealed state of the reaction space and the liquid storage space.

また、上記の気液反応方法においては、前記反応容器は管状に形成され、当該反応容器を加熱する加熱装置の外周に巻回して設けられる構成も好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器と加熱装置との接触面積が大きくなり、効率的に反応容器を加熱することができる。また、本発明では、一定の設置スペースに対して反応容器の反応空間の長さを大きく確保することが可能になる。そのため、本発明では、反応空間を長く確保することが可能になり、生産性を向上させることができる。
Moreover, in said gas-liquid reaction method, the said reaction container is formed in a tubular shape, and the structure wound around the outer periphery of the heating apparatus which heats the said reaction container can also be employ | adopted suitably.
Thereby, in this invention, the contact area of reaction container and a heating apparatus becomes large, and can heat a reaction container efficiently. Moreover, in this invention, it becomes possible to ensure the length of the reaction space of a reaction container largely with respect to a fixed installation space. Therefore, in the present invention, it is possible to ensure a long reaction space and improve productivity.

本発明では、液溜部の生成液を排出する際にも反応空間及び液溜空間が密封されるため、反応気体を両空間から流出させることなく、反応空間及び液溜空間に留まらせることが可能になる。そのため、本発明では、未反応の反応ガスを浪費することなく必要最小限の消費に抑制することが可能になる。   In the present invention, since the reaction space and the liquid storage space are sealed even when the product liquid in the liquid storage part is discharged, the reaction gas can be retained in the reaction space and the liquid storage space without flowing out of both the spaces. It becomes possible. Therefore, in the present invention, it is possible to suppress the consumption to the minimum necessary without wasting unreacted reaction gas.

上記の気液反応方法においては、上記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部としては、平面形状を有する構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、反応容器内における液体材料(原料液)の厚さを、同量の液体材料を例えば円管のように、内面底部が円弧面である場合よりも薄くすることができ、反応気体の液体材料への溶解を効率的に進行させることが可能になる。
この場合、前記内面底部としては、略水平面とすることが好適である。
また、前記内面底部としては、幅方向の断面が中央部に向かうに従って漸次下方に向かう略V字状に形成される構成も好適に採用できる。
In the gas-liquid reaction method described above, a configuration having a planar shape can be suitably employed as the inner bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel.
Thereby, in the present invention, the thickness of the liquid material (raw material liquid) in the reaction vessel can be made thinner than the case where the inner surface bottom is an arcuate surface, such as a circular tube, for the same amount of liquid material. It is possible to efficiently dissolve the reaction gas in the liquid material.
In this case, it is preferable that the inner surface bottom is substantially horizontal.
Moreover, as the inner surface bottom portion, a configuration in which a cross section in the width direction is formed in a substantially V shape gradually going downward as it goes toward the central portion can be suitably employed.

また、上記の気液反応方法においては、前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部としては、延在方向が水平方向に対して傾斜して配置される構成も好適に採用できる。
反応容器における前記反応空間に臨む内面底部を水平方向に対して傾斜させることにより、液体材料の流速を容易に調整することが可能になる。
In the gas-liquid reaction method described above, a configuration in which the extending direction is inclined with respect to the horizontal direction can be suitably employed as the inner bottom facing the reaction space in the reaction vessel.
By inclining the inner bottom facing the reaction space in the reaction vessel with respect to the horizontal direction, the flow rate of the liquid material can be easily adjusted.

上記の気液反応方法においては、上記延在方向の前記水平方向に対する傾斜角度は、5°以上、且つ45°以下であることが好ましい。
傾斜角度が5°未満であると、水平の場合と比較し、液体材料の流速の差異が小さく、傾斜による液体材料の流速調整の効果が生じにくい。また45°を超えると液体材料と反応気体との流速が大きくなることで、反応空間における接触時間が短くなり、長時間を要する反応には適さなくなってしまうが、本発明では傾斜角度を5°以上、且つ45°以下とすることにより、これらの不都合を回避することができる。
In the gas-liquid reaction method, the inclination angle of the extending direction with respect to the horizontal direction is preferably 5 ° or more and 45 ° or less.
When the inclination angle is less than 5 °, the difference in the flow rate of the liquid material is small compared to the horizontal case, and the effect of adjusting the flow rate of the liquid material by the inclination is less likely to occur. If it exceeds 45 °, the flow rate between the liquid material and the reaction gas increases, so that the contact time in the reaction space is shortened, making it unsuitable for reactions that require a long time. These disadvantages can be avoided by setting the angle to 45 ° or less.

上記の気液反応方法における前記内面底部としては、下流側が上流側よりも上方に位置して設けられる構成を好適に採用できる。
これにより、本発明では、重力により液体材料と反応気体との流速が遅くなることになり、反応空間における接触時間を長くすることが可能になる。
As the inner surface bottom in the gas-liquid reaction method, a configuration in which the downstream side is provided above the upstream side can be suitably employed.
Thereby, in this invention, the flow velocity of a liquid material and reaction gas will become slow by gravity, and it becomes possible to lengthen the contact time in reaction space.

本発明の実施の形態を示す図であって、気液反応装置の概略的な構成図である。It is a figure which shows embodiment of this invention, Comprising: It is a schematic block diagram of a gas-liquid reaction apparatus. 生成物を生成するフローチャート図である。It is a flowchart figure which produces | generates a product. 第2実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態におおいて生成物を生成するフローチャート図である。It is a flowchart figure which produces | generates a product in 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 5th Embodiment. 第6実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 6th Embodiment. 別形態の気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus of another form. 別形態の気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus of another form. 別形態の気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus of another form. 第7実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 7th Embodiment. 反応管の幅方向の断面図である。It is sectional drawing of the width direction of a reaction tube. 反応管の平面断面図である。It is a top sectional view of a reaction tube. 図12におけるB−B線視断面図である。It is a BB line sectional view in Drawing 12. 反応空間の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of reaction space. 反応空間の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of reaction space. 反応空間の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of reaction space. 反応空間の別形態を示す図である。It is a figure which shows another form of reaction space. 第8実施形態に係る気液反応装置の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the gas-liquid reaction apparatus which concerns on 8th Embodiment. 気液反応装置の変形例を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of a gas-liquid reaction apparatus. ヒータ設置の変形例を示す概略的な構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of heater installation.

以下、本発明の気液反応装置及び気液反応方法の実施の形態を、図1ないし図22を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
Hereinafter, embodiments of the gas-liquid reaction apparatus and gas-liquid reaction method of the present invention will be described with reference to FIGS.
In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.

(第1実施形態)
図1は、本発明に係る気液反応装置の概略的な構成図である。
この図に示す気液反応装置1は、内部に反応空間11を有する反応管(反応容器)10、原料供給装置(液体材料供給装置)20、ガス供給装置(気体供給装置)30、生成物排出装置(排出装置)40、貯留槽50を主体に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas-liquid reaction apparatus according to the present invention.
The gas-liquid reaction apparatus 1 shown in this figure includes a reaction tube (reaction vessel) 10 having a reaction space 11 therein, a raw material supply apparatus (liquid material supply apparatus) 20, a gas supply apparatus (gas supply apparatus) 30, and product discharge. The apparatus (discharge device) 40 and the storage tank 50 are mainly configured.

反応管10は、水平方向に沿って配置され、反応に用いる試薬、反応基質等に対する耐食性及び耐圧性に基づき、ステンレス、真鍮、フッ素系材料、ガラス、塩化ビニール、ポリカーボネイト等から選択された材料で形成されており、堅牢性を考慮してステンレスや真鍮が好適に用いられる。反応管10の大きさ(内径)については、特段の制限はないが、0.005〜1000mmの範囲内のものが好適に用いられる。反応管10の容量についても同様に、特段の制限はないが、0.001〜1Lの範囲内が好ましく、0.01〜0.2Lの範囲内がより好ましい。反応管10の外壁には、温度測定用熱電対、加温用ヒータ、断熱材(いずれも図示せず)が設けられており、反応管10の温度は、熱電対の測定結果に基づいて加温用ヒータの作動を制御する制御器(図示せず)によって制御される。   The reaction tube 10 is arranged along the horizontal direction and is made of a material selected from stainless steel, brass, fluorine-based material, glass, vinyl chloride, polycarbonate, etc., based on the corrosion resistance and pressure resistance against the reagents used in the reaction, the reaction substrate, etc. Stainless steel and brass are preferably used in consideration of the robustness. The size (inner diameter) of the reaction tube 10 is not particularly limited, but those within the range of 0.005 to 1000 mm are preferably used. Similarly, the capacity of the reaction tube 10 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.001 to 1 L, and more preferably in the range of 0.01 to 0.2 L. The outer wall of the reaction tube 10 is provided with a thermocouple for temperature measurement, a heater for heating, and a heat insulating material (all not shown). The temperature of the reaction tube 10 is increased based on the measurement result of the thermocouple. It is controlled by a controller (not shown) that controls the operation of the temperature heater.

原料供給装置20は、反応管10の反応空間11に対して、原料として反応基質を含む液体材料を供給するものであって、原料貯留槽21、送液装置22、逆止弁23を有している。原料貯留槽21に貯留された液体材料(原料)は、ポンプ等で構成される送液装置22により、反応管10の一端側(図1では左側)に接続された送液管24を介して反応管10の反応空間11に供給される。なお、送液装置22と逆止弁23との間にバルブを設けてもよい。   The raw material supply device 20 supplies a liquid material containing a reaction substrate as a raw material to the reaction space 11 of the reaction tube 10, and includes a raw material storage tank 21, a liquid feeding device 22, and a check valve 23. ing. The liquid material (raw material) stored in the raw material storage tank 21 is supplied via a liquid supply pipe 24 connected to one end side (left side in FIG. 1) of the reaction tube 10 by a liquid supply device 22 constituted by a pump or the like. It is supplied to the reaction space 11 of the reaction tube 10. A valve may be provided between the liquid feeding device 22 and the check valve 23.

ガス供給装置30は、反応管10の反応空間11に対して、反応ガス(反応気体)を供給するものであって、ガスボンベ31、流量制御機器32、逆止弁33、圧力計34、リリーフ弁35を有している。ガスボンベ31に貯蔵された反応ガスは、流量制御機器32によって流量制御された後に、逆止弁33、圧力計34、リリーフ弁35及び反応管10の一端側(図1では左側)に接続された導入管36を介して反応管10の反応空間11に供給される。なお、圧力計34とリリーフ弁35との配置順序は、逆の構成としてもよい。   The gas supply device 30 supplies a reaction gas (reaction gas) to the reaction space 11 of the reaction tube 10, and includes a gas cylinder 31, a flow rate control device 32, a check valve 33, a pressure gauge 34, a relief valve. 35. The reaction gas stored in the gas cylinder 31 is connected to the check valve 33, pressure gauge 34, relief valve 35, and one end side of the reaction tube 10 (left side in FIG. 1) after the flow rate is controlled by the flow rate control device 32. It is supplied to the reaction space 11 of the reaction tube 10 through the introduction tube 36. The arrangement order of the pressure gauge 34 and the relief valve 35 may be reversed.

生成物排出装置40は、液溜部41、バルブ42、抵抗体43を有している。液溜部41は、内部に液溜空間45を有しており、反応管10とは排出管44で接続されている。反応管10において原料と反応ガスとの反応で生じた生成物は、排出管44を介してこの液溜空間45に溜められる。また液溜部41の底部には、排出管47が接続されている。排出管47の内部は、液溜部41の底部に液溜空間45に開口して設けられた排出孔46によって液溜空間45と連通している。排出管47には、上記バルブ42及び抵抗体43が順次設けられており、液溜部41に溜められた生成物は、バルブ42が開状態のときに、抵抗体43における流動抵抗に応じた速度で排出孔46から排出管47を介して貯留槽50に排出・貯溜される。   The product discharge device 40 has a liquid reservoir 41, a valve 42, and a resistor 43. The liquid reservoir 41 has a liquid reservoir space 45 inside, and is connected to the reaction tube 10 by a discharge tube 44. The product generated by the reaction between the raw material and the reaction gas in the reaction tube 10 is stored in the liquid storage space 45 through the discharge tube 44. A discharge pipe 47 is connected to the bottom of the liquid reservoir 41. The inside of the discharge pipe 47 communicates with the liquid storage space 45 through a discharge hole 46 provided in the bottom of the liquid storage portion 41 so as to open to the liquid storage space 45. The discharge pipe 47 is provided with the valve 42 and the resistor 43 in order, and the product stored in the liquid reservoir 41 corresponds to the flow resistance in the resistor 43 when the valve 42 is open. It is discharged and stored in the storage tank 50 from the discharge hole 46 through the discharge pipe 47 at a speed.

上記反応管10の反応空間11及びこの反応空間11と排出管44の内部を介して連通する液溜部41の液溜空間45は、バルブ42を閉状態とすることにより、排出管44の内部も含めて密封状態に維持される。   The reaction space 11 of the reaction tube 10 and the liquid storage space 45 of the liquid storage portion 41 that communicates with the reaction space 11 via the inside of the discharge tube 44 are arranged inside the discharge tube 44 by closing the valve 42. And the sealed state is maintained.

また、液溜部41には、液面計48が設けられている。液面計48は、光や超音波を用いて液溜空間45に溜められた生成物の液面の位置(液位)を計測するものであり、液面の位置が所定位置に達したときにON信号を排出制御器49に出力し、液面の位置が所定位置よりも低下しているときにOFF信号を排出制御器49に出力する。排出制御器49は、液面計48の出力に応じてバルブ42の開閉を制御する。   The liquid reservoir 41 is provided with a liquid level gauge 48. The liquid level gauge 48 measures the liquid level position (liquid level) of the product stored in the liquid storage space 45 using light or ultrasonic waves, and when the liquid level position reaches a predetermined position. The ON signal is output to the discharge controller 49, and the OFF signal is output to the discharge controller 49 when the position of the liquid level is lower than the predetermined position. The discharge controller 49 controls the opening / closing of the valve 42 according to the output of the liquid level gauge 48.

上記の気液反応装置1を適用可能な合成反応としては、特に制限はなく、既知の高圧下気液合成反応、または大気圧下気液合成反応に用いることができる。
例えば、ラジカルカルボニル化反応、オレフィンのヒドロホルミル化反応、直接フッ素化反応、酸素酸化反応(アルコールからアルデヒドを得る反応、アルケンからエポキシを得る反応、光一重項酸素酸化反応、エステルのα位酸化反応など)、水素化反応(オレフィンの水素化反応、カルボニル化合物の水素化反応、シアノ基の水素化反応など)、アルカンの光ハロゲン化反応、Heckカルボニル化反応に対して適用可能である。特に、ラジカルカルボニル化反応、オレフィンのヒドロホルミル化反応、直接フッ素化反応、Heckカルボニル化反応に対して好適であり、Heckカルボニル化反応に対しては最適である。
There is no restriction | limiting in particular as synthesis reaction which can apply said gas-liquid reaction apparatus 1, It can use for known high-pressure gas-liquid synthesis reaction or atmospheric pressure gas-liquid synthesis reaction.
For example, radical carbonylation reaction, olefin hydroformylation reaction, direct fluorination reaction, oxygen oxidation reaction (reaction to obtain aldehyde from alcohol, reaction to obtain epoxy from alkene, photosinglet oxygen oxidation reaction, α-position oxidation reaction of ester, etc. ), Hydrogenation reaction (olefin hydrogenation reaction, carbonyl compound hydrogenation reaction, cyano group hydrogenation reaction, etc.), alkane photohalogenation reaction, and Heck carbonylation reaction. Particularly, it is suitable for radical carbonylation reaction, olefin hydroformylation reaction, direct fluorination reaction and Heck carbonylation reaction, and is most suitable for Heck carbonylation reaction.

本実施形態では、反応基質を反応させる際に、触媒を用いてもよいし、使用しなくてもよい。触媒を用いる場合には均一系触媒が好適に用いられ、特に周期律表第4〜12族の元素(金属)及びランタノイドから選ばれる元素(金属)の少なくとも一種を含有するものが用いられる。また、触媒は、周期律表第4〜12族の元素(金属)及びランタノイドから選ばれる触媒金属以外の金属の少なくとも一種を含有するものであってもよい。さらに、触媒としては、ハロゲンを含むものであってもよい。
これらの触媒は、通常、反応基質を含む液体成分中に含有されて反応管10に供給される。触媒の使用量としては、特に制限はないが、反応基質に対して有効成分量として0.1ppm以上、特に1ppm以上、10%以下、特に1%以下とすることが好ましい。
In this embodiment, when reacting the reaction substrate, a catalyst may or may not be used. In the case of using a catalyst, a homogeneous catalyst is preferably used, and in particular, one containing at least one element selected from elements (metals) of Groups 4 to 12 of the periodic table and lanthanoids (metal) is used. Further, the catalyst may contain at least one kind of metal other than the catalytic metal selected from the elements (metals) of Groups 4 to 12 of the periodic table and lanthanoids. Furthermore, the catalyst may contain a halogen.
These catalysts are usually contained in a liquid component containing a reaction substrate and supplied to the reaction tube 10. The amount of the catalyst used is not particularly limited, but it is preferably 0.1 ppm or more, particularly 1 ppm or more, 10% or less, particularly 1% or less as the amount of the active ingredient relative to the reaction substrate.

また、本実施形態においては、反応基質を反応させる際に、溶媒を用いてもよいし、反応基質自体を溶媒と同等量用いて反応を行ってもよい。溶媒を用いる場合には、反応基質を溶解させて反応管10に供給してもよいし、反応基質とは別に供給してもよい。
溶媒としては、水、有機溶媒、イオン液体(イオン性液体、イオン性流体、常温融解塩とも称される)、液体の無機化合物等の1種または2種以上を用いることができる。有機溶媒としては、ヘキサン等の脂肪族系炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ブチルアルデヒドなどのアルデヒド類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジ−n−オクチルフタレート等のエステル類、トリエチルアミン、ピロリジン、ピペリジンなどのアミン類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール類、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール等のジオール類、アセトニトリル等のニトリル類、ピリジン等の複素芳香族化合物、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロエタン等のハロゲン溶媒、酢酸、蟻酸等のカルボン酸類、スルホン酸類、フロリナート(登録商標)等のフッ素系不活性液体が挙げられ、これらの2種以上の任意の割合の混合溶媒を用いることもできる。液体の無機化合物としては、硫酸、リン酸、亜リン酸等のリン酸類、硝酸、過酸化水素水等が挙げられる。溶媒としては、中でも、水系溶媒と有機溶媒が好ましく、更に好ましくは芳香族炭化水素、炭化水素類やアルコール類が好ましく、特に芳香族炭化水素が好適である。
溶媒を用いる場合には、その使用量に制限はなく、用いる反応基質の濃度が溶媒1リットルに対して通常0.001モル以上、好ましくは0.02モル以上、さらに好ましくは0.1モル以上で、20モル以下、好ましくは10モル以下、さらに好ましくは5モル以下となるような量の溶媒を用いることが好ましい。溶媒の量が上記の範囲よりも多いと生産性が低下し少ないと触媒あるいは反応基質を溶解させてしまう点で不利となる。
In this embodiment, when reacting the reaction substrate, a solvent may be used, or the reaction substrate itself may be used in an amount equivalent to the solvent. When a solvent is used, the reaction substrate may be dissolved and supplied to the reaction tube 10, or may be supplied separately from the reaction substrate.
As the solvent, one or more of water, an organic solvent, an ionic liquid (also referred to as an ionic liquid, an ionic fluid, or a room temperature molten salt), a liquid inorganic compound, or the like can be used. Examples of the organic solvent include aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, ketones such as acetone, diethyl ketone, and methyl ethyl ketone, aldehydes such as butyraldehyde, diethyl ether, dibutyl ether, Ethers such as diisobutyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, esters such as ethyl acetate, butyl acetate and di-n-octyl phthalate, amines such as triethylamine, pyrrolidine and piperidine, amides such as dimethylformamide, sulfoxide such as dimethyl sulfoxide , Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, diols such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, nitriles such as acetonitrile, pyridi Heteroaromatic compounds such as carbon tetrachloride, halogen solvents such as chloroform, dichloromethane and dichloroethane, carboxylic acids such as acetic acid and formic acid, sulfonic acids, and fluorine-based inert liquids such as florinate (registered trademark). Two or more kinds of mixed solvents in an arbitrary ratio can also be used. Examples of the liquid inorganic compound include phosphoric acids such as sulfuric acid, phosphoric acid and phosphorous acid, nitric acid, hydrogen peroxide water and the like. Among these, an aqueous solvent and an organic solvent are preferable, and aromatic hydrocarbons, hydrocarbons, and alcohols are more preferable, and aromatic hydrocarbons are particularly preferable.
When a solvent is used, the amount used is not limited, and the concentration of the reaction substrate used is usually 0.001 mol or more, preferably 0.02 mol or more, more preferably 0.1 mol or more with respect to 1 liter of solvent. Therefore, it is preferable to use an amount of the solvent that is 20 mol or less, preferably 10 mol or less, more preferably 5 mol or less. When the amount of the solvent is larger than the above range, the productivity is lowered, and when the amount is small, it is disadvantageous in that the catalyst or the reaction substrate is dissolved.

反応ガス(反応気体)としては、酸素、オゾン、水素、フッ素、塩素、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄、塩化水素ガス、アンモニアガス、メタン、エタン、プロパン、エチレンガス、アセチレンガス等が挙げられ、酸素は一重項酸素及び三重項酸素が挙げられる。また、これらの混合ガス、あるいはこれらの反応ガスと他の気体との混合ガスを用いてもよい。
気体成分中の反応ガスの濃度については、特に制限はないが、体積割合で0.01〜100%の範囲から選択され、好ましくは0.1%以上、より好ましくは5%以上で、特に好ましくは10%以上である。反応ガスの濃度が上記範囲よりも低いと十分な反応効率を得ることが困難である。
Examples of the reaction gas (reaction gas) include oxygen, ozone, hydrogen, fluorine, chlorine, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, hydrogen chloride gas, ammonia gas, methane, ethane, propane, ethylene gas, and acetylene gas. And oxygen includes singlet oxygen and triplet oxygen. Moreover, you may use these mixed gas or mixed gas of these reaction gas and other gas.
The concentration of the reaction gas in the gas component is not particularly limited, but is selected from a range of 0.01 to 100% by volume ratio, preferably 0.1% or more, more preferably 5% or more, particularly preferably. Is 10% or more. If the concentration of the reaction gas is lower than the above range, it is difficult to obtain sufficient reaction efficiency.

次に、上記の気液反応装置1を用いて生成物(合成物)を生成する手順について、図2のフローチャートを用いて説明する。
液溜部41に生成物が溜まっていない状態で反応ガスを反応管10の反応空間11に供給した場合、反応ガスが排出管44から液溜空間45に流入し、排出孔46を介して排出管47から流出してしまうことから、生成物の生成に際しては、まず、バルブ42を閉じる(ステップS1)。ここで、送液管24及び導入管36には、それぞれ逆止弁23、33が設けられており、反応空間11の流体が送液管24及び導入管36を逆流することが阻止され、また排出管47もバルブ42によって閉じていることから、反応空間11及び液溜空間45(及び排出管44の内部)は密封状態となる。
Next, the procedure for producing a product (synthetic product) using the gas-liquid reactor 1 will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the reaction gas is supplied to the reaction space 11 of the reaction tube 10 with no product accumulated in the liquid reservoir 41, the reaction gas flows into the liquid storage space 45 from the discharge tube 44 and is discharged through the discharge hole 46. Since it flows out from the pipe 47, the valve 42 is first closed when producing the product (step S1). Here, the liquid feeding pipe 24 and the introduction pipe 36 are provided with check valves 23 and 33, respectively, to prevent the fluid in the reaction space 11 from flowing back through the liquid feeding pipe 24 and the introduction pipe 36. Since the discharge pipe 47 is also closed by the valve 42, the reaction space 11 and the liquid storage space 45 (and the inside of the discharge pipe 44) are sealed.

続いて、流量制御機器32を用いて反応管10内のガス圧を所望値αMPaに制御する(ステップS2)。このとき、反応管10内の反応空間11におけるガス圧は、圧力計34で計測されており、反応空間11におけるガス圧がαMPaよりも低下した場合には流量制御機器32を用い、ガス圧がαMPaとなるように反応ガスを補填する。補填間隔としては、経時的または間欠的に行うことができる。   Subsequently, the gas pressure in the reaction tube 10 is controlled to a desired value αMPa using the flow rate control device 32 (step S2). At this time, the gas pressure in the reaction space 11 in the reaction tube 10 is measured by the pressure gauge 34, and when the gas pressure in the reaction space 11 falls below αMPa, the gas pressure is adjusted using the flow rate control device 32. The reaction gas is supplemented so as to be α MPa. The filling interval can be performed over time or intermittently.

そして、反応管10内のガス圧が安定するまで所定時間待機した後に(ステップS3)、ガス圧が安定したかどうかを判断し(ステップS4)、ガス圧が安定したら送液装置22を作動させ、原料貯留槽21から原料液を所望の流速(VmL/min)で送液管24を介して反応管10内に流入させる(ステップS5)。
反応空間11に原料液が供給されると、反応ガスと原料液に含まれる反応基質とが反応することにより、原料液(反応基質)の供給量に応じて生成物(生成液)が生成され、排出管44を介して液溜部41に排出される。
Then, after waiting for a predetermined time until the gas pressure in the reaction tube 10 is stabilized (step S3), it is determined whether or not the gas pressure is stabilized (step S4). When the gas pressure is stabilized, the liquid feeding device 22 is operated. Then, the raw material liquid is caused to flow from the raw material storage tank 21 into the reaction tube 10 through the liquid feeding tube 24 at a desired flow rate (VmL / min) (step S5).
When the raw material liquid is supplied to the reaction space 11, the reaction gas and the reaction substrate contained in the raw material liquid react to generate a product (product liquid) according to the supply amount of the raw material liquid (reaction substrate). Then, it is discharged to the liquid reservoir 41 through the discharge pipe 44.

液溜部41における液溜部41に溜まった生成物の液位(液面の位置)が所定位置に達して十分に生成物が液溜部41に溜まったかどうか、すなわち、排出孔46から生成物が流出しない程度に液溜部41の底部に生成物が溜まったかどうかは液面系48がモニターしており、液位が所定位置に達していないときにはOFF信号を排出制御器49に出力し、液位が所定位置に達しているときにはON信号を排出制御器49に出力する。排出制御器49は、液面系48の出力に応じてバルブ42の開閉を制御する(ステップS6)。すなわち、OFF信号が出力されている間はバルブ42の閉状態を維持し、ON信号が出力されるとバルブ42を開く(ステップS7)。これにより、液溜部41に溜まった生成物は、排出孔46から排出される。   Whether the liquid level (position of the liquid level) of the product accumulated in the liquid reservoir 41 in the liquid reservoir 41 reaches a predetermined position and the product is sufficiently accumulated in the liquid reservoir 41, that is, generated from the discharge hole 46. The liquid level system 48 monitors whether or not the product has accumulated at the bottom of the liquid reservoir 41 to such an extent that no product flows out. When the liquid level has not reached the predetermined position, an OFF signal is output to the discharge controller 49. When the liquid level reaches the predetermined position, an ON signal is output to the discharge controller 49. The discharge controller 49 controls the opening and closing of the valve 42 according to the output of the liquid level system 48 (step S6). That is, the valve 42 is kept closed while the OFF signal is output, and the valve 42 is opened when the ON signal is output (step S7). As a result, the product accumulated in the liquid reservoir 41 is discharged from the discharge hole 46.

このとき、排出孔46は生成物に覆われており、液溜空間45において反応ガスが存在する空間は、生成物の液面より上方に形成され、反応ガスは排出孔46から流出することなく密封される。そのため、上記気液反応装置1においては、反応ガスは密封された状態で、生成物のみが排出されることになる。
そして、排出孔46から排出された生成物は、抵抗体43による流動抵抗に応じた流量で排出管47を介して貯留槽50に流出して貯留される。
At this time, the discharge hole 46 is covered with the product, and the space where the reaction gas exists in the liquid storage space 45 is formed above the liquid level of the product, and the reaction gas does not flow out of the discharge hole 46. Sealed. Therefore, in the gas-liquid reactor 1, only the product is discharged while the reaction gas is sealed.
And the product discharged | emitted from the discharge hole 46 flows out into the storage tank 50 through the discharge pipe 47 with the flow volume according to the flow resistance by the resistor 43, and is stored.

ここで、抵抗体43による流動抵抗に応じて液溜部41から生成物が流出する流量と、送液装置22の作動による原料液(反応基質)の供給量に応じて生成される生成物の生成量とが均衡している場合には、液溜部41における生成物の液位は略一定に維持される。一方、液溜部41から流出する生成物の流量が生成物の生成量よりも大きい場合には、液溜部41における生成物の液位は徐々に低下する。そして、生成物の液位が所定位置を下回り、液面計48がOFF信号を出力したことを排出制御器49が検知すると(ステップS8)、排出制御器49はバルブ42を閉じる(ステップS9)。これにより、液溜部41からの生成物の流出が止まり、生成物の液位の低下により排出孔46が露出し、反応ガスが排出孔46から流出することが回避される。   Here, according to the flow resistance by the resistor 43, the flow rate of the product flowing out from the liquid reservoir 41 and the amount of the product generated according to the supply amount of the raw material liquid (reaction substrate) by the operation of the liquid feeding device 22 When the production amount is balanced, the liquid level of the product in the liquid reservoir 41 is maintained substantially constant. On the other hand, when the flow rate of the product flowing out from the liquid reservoir 41 is larger than the amount of product produced, the liquid level of the product in the liquid reservoir 41 gradually decreases. When the discharge controller 49 detects that the liquid level of the product falls below a predetermined position and the level gauge 48 outputs an OFF signal (step S8), the discharge controller 49 closes the valve 42 (step S9). . As a result, the outflow of the product from the liquid reservoir 41 stops, the discharge hole 46 is exposed due to the decrease in the liquid level of the product, and the reaction gas is prevented from flowing out of the discharge hole 46.

この後、貯留槽50に生成物が必要量貯溜されたかどうかを判断し(ステップS10)、必要量が得られていない場合には、上記ステップS5〜ステップS9を繰り返し、必要量が得られた場合には生成物の生成が完了する。   Thereafter, it is determined whether a necessary amount of product is stored in the storage tank 50 (step S10). If the necessary amount is not obtained, the above steps S5 to S9 are repeated to obtain the necessary amount. In some cases, product formation is complete.

なお、上記ステップS5〜ステップS9の間では、反応空間11におけるガス圧は圧力計34でモニターされており、原料液との反応に伴う反応ガスの消費によりガス圧が低下した際には、低下したガス圧に相当する量の反応ガスを、ガス供給装置30により連続的または間欠的に反応管10内に供給することにより、反応管10内を所望ガス圧αMPaに一定に制御できる。制御範囲としては、α±20%以内が好ましく、α±5%以内がより好ましい。   In addition, between the said step S5-step S9, the gas pressure in the reaction space 11 is monitored with the pressure gauge 34, and when gas pressure falls by consumption of the reaction gas accompanying reaction with a raw material liquid, it will fall. By supplying the reaction gas in an amount corresponding to the gas pressure into the reaction tube 10 continuously or intermittently by the gas supply device 30, the inside of the reaction tube 10 can be controlled to a desired gas pressure αMPa. The control range is preferably within α ± 20%, and more preferably within α ± 5%.

以上説明したように、本実施の形態では、反応管10の反応空間11及び液溜部41の液溜空間45を密封状態に維持しつつ、液溜部41の生成物を排出するため、反応ガスの消費量を必要最低限に抑制しつつ所定量の生成物を得ることが可能になる。そのため、本実施形態では、気液反応により生成物を得る工業プロセスに、上述した気液反応装置1及び気液反応方法を適用することにより、反応ガスの浪費を大幅に抑制することが可能になり、反応に用いる化学品のコストを低減することができる。   As described above, in the present embodiment, the reaction space 11 of the reaction tube 10 and the liquid reservoir space 45 of the liquid reservoir 41 are maintained in a sealed state, and the product in the liquid reservoir 41 is discharged. A predetermined amount of product can be obtained while suppressing the consumption of gas to the minimum necessary. Therefore, in the present embodiment, waste of reaction gas can be greatly suppressed by applying the gas-liquid reaction apparatus 1 and the gas-liquid reaction method described above to an industrial process for obtaining a product by gas-liquid reaction. Thus, the cost of chemicals used for the reaction can be reduced.

(第2実施形態)
続いて、気液反応装置1の第2実施形態について、図3及び図4を参照して説明する。
これらの図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第2実施形態では、生成物排出装置40に送液装置が設けられる点で第1実施形態と異なっており、他の構成は第1実施形態と同様であるため、以下、この点について説明する。
(Second Embodiment)
Then, 2nd Embodiment of the gas-liquid reaction apparatus 1 is described with reference to FIG.3 and FIG.4.
In these drawings, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The second embodiment is different from the first embodiment in that a liquid delivery device is provided in the product discharge device 40, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, this point will be described below. .

図3に示すように、第2実施形態における気液反応装置1は、排出管47のバルブ42と抵抗体43との間に送液ポンプ等からなる送液装置52が設けられている。この送液装置52の駆動は、排出制御器49により制御される。排出制御器49は、液面計48の計測結果に基づいて、バルブ42の開閉及び送液装置52の駆動を制御する構成となっている。
他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
なお、送液装置52の駆動は、必ずしも液面計48の計測結果と連携させる必要はない。
As shown in FIG. 3, in the gas-liquid reaction device 1 in the second embodiment, a liquid feeding device 52 including a liquid feeding pump or the like is provided between the valve 42 of the discharge pipe 47 and the resistor 43. The driving of the liquid feeding device 52 is controlled by a discharge controller 49. The discharge controller 49 is configured to control opening / closing of the valve 42 and driving of the liquid feeding device 52 based on the measurement result of the liquid level gauge 48.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
The driving of the liquid feeding device 52 is not necessarily linked with the measurement result of the liquid level gauge 48.

上記構成の気液反応装置1では、図4に示すフローチャートのように、ステップS6で液面計48からON信号が出力されると、排出制御器49がバルブ42を開くとともに、送液装置52を駆動する(ステップS17)。これにより、液溜部41に溜められた生成物は、排出管47を介して貯溜層50に流出して貯溜される。
このように本実施形態でも、上記第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
In the gas-liquid reactor 1 configured as described above, when an ON signal is output from the level gauge 48 in step S6, the discharge controller 49 opens the valve 42 and the liquid feeding device 52 as shown in the flowchart of FIG. Is driven (step S17). As a result, the product stored in the liquid reservoir 41 flows out to the storage layer 50 through the discharge pipe 47 and is stored.
Thus, also in this embodiment, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained.

なお、上記第2実施形態では、排出制御器49が送液装置52の駆動を制御する構成としたが、さらに送液装置22の駆動も制御する構成としてもよい。
この構成では、送液装置22の駆動による原料の供給量と同期して、当該原料供給量と対応する量の生成物を排出させることにより、液溜部41に溜められた生成物の液位を常時一定とすることが可能になり、連続的な生成物の生成を容易に実現することができる。
また、排出制御器49は、必須の構成ではなく、送液装置22と送液装置52とが互いに連携するだけでもよい。
In the second embodiment, the discharge controller 49 controls the driving of the liquid feeding device 52. However, the driving of the liquid feeding device 22 may be further controlled.
In this configuration, the liquid level of the product stored in the liquid reservoir 41 is discharged by discharging the amount of product corresponding to the amount of raw material supply in synchronization with the amount of raw material supplied by driving the liquid feeding device 22. Can be made constant at all times, and continuous product production can be easily realized.
Further, the discharge controller 49 is not an essential configuration, and the liquid feeding device 22 and the liquid feeding device 52 may be linked with each other.

(第3実施形態)
続いて、気液反応装置1の第3実施形態について、図5を参照して説明する。
この図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
第3実施形態では、原料液と反応ガスとを予備反応させる予備反応管が設けられる点で第1実施形態と異なっており、他の構成は第1実施形態と同様であるため、以下、この点について説明する。
(Third embodiment)
Then, 3rd Embodiment of the gas-liquid reaction apparatus 1 is described with reference to FIG.
In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The third embodiment is different from the first embodiment in that a preliminary reaction tube for prereacting the raw material liquid and the reaction gas is provided, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. The point will be described.

図5に示すように、第3実施形態における気液反応装置1は、反応管10の上流側に予備反応管(予備反応装置)15が設けられている。予備反応管15は、反応管10と同様の構成を有し、且つ反応管10とは独立して圧力・温度等の反応条件を設定可能となっている。そして、本実施形態の気液反応装置1では、原料供給装置20から反応管10に向けて供給される原料液、及びガス供給装置30から反応管10に向けて供給される反応ガスはこの予備反応管15に導入され、予備反応(予備混合)された原料液及び反応ガスが反応管10に供給される。   As shown in FIG. 5, the gas-liquid reactor 1 in the third embodiment is provided with a preliminary reaction tube (preliminary reaction device) 15 on the upstream side of the reaction tube 10. The preliminary reaction tube 15 has the same configuration as the reaction tube 10 and can set reaction conditions such as pressure and temperature independently of the reaction tube 10. In the gas-liquid reaction device 1 of the present embodiment, the raw material liquid supplied from the raw material supply device 20 toward the reaction tube 10 and the reaction gas supplied from the gas supply device 30 toward the reaction tube 10 are reserved. The raw material liquid and reaction gas introduced into the reaction tube 15 and subjected to preliminary reaction (preliminary mixing) are supplied to the reaction tube 10.

上記の構成の気液反応装置1では、原料液の反応基質及び反応ガスの反応特性に応じて反応条件が設定される。この反応条件としては、例えば反応温度が低い方が好ましい場合には冷却処理が行われ、高い方が好ましい場合には加熱処理が行われる。同様に、反応ガスのガス圧についても、上記反応特性に応じて適宜設定される。   In the gas-liquid reactor 1 configured as described above, reaction conditions are set according to the reaction characteristics of the reaction substrate of the raw material liquid and the reaction gas. As this reaction condition, for example, when a lower reaction temperature is preferable, a cooling treatment is performed, and when a higher reaction temperature is preferable, a heat treatment is performed. Similarly, the gas pressure of the reaction gas is appropriately set according to the reaction characteristics.

このように、本実施形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、反応管10における反応条件とは異なる反応条件で原料液と反応ガスとを予備反応させることができ、反応管10における反応条件に対して、予備反応管15における予備反応条件が異なっている場合でも、最適な反応条件で原料液と反応ガスとを予備反応させることが可能になり、反応管10に向けて最適な状態で原料液と反応ガスとを供給することができ、より効率的な気液反応を実現することができる。   Thus, in this embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as the first embodiment, the raw material liquid and the reaction gas are pre-reacted under reaction conditions different from the reaction conditions in the reaction tube 10. Even when the pre-reaction conditions in the pre-reaction tube 15 are different from the reaction conditions in the reaction tube 10, the raw material liquid and the reaction gas can be pre-reacted under the optimum reaction conditions. The raw material liquid and the reaction gas can be supplied toward the reaction tube 10 in an optimum state, and a more efficient gas-liquid reaction can be realized.

(第4実施形態)
続いて、気液反応装置1の第4実施形態について、図6を参照して説明する。
なお、図6においては、反応管10以外の周辺装置については簡略化して図示している。この図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、反応管10と液溜部41とを分離して設ける構成としたが、第4実施形態では、液溜部41を反応管10の一部に設ける場合について説明する。
(Fourth embodiment)
Then, 4th Embodiment of the gas-liquid reaction apparatus 1 is described with reference to FIG.
In FIG. 6, peripheral devices other than the reaction tube 10 are shown in a simplified manner. In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the above embodiment, the reaction tube 10 and the liquid reservoir 41 are separately provided. In the fourth embodiment, a case where the liquid reservoir 41 is provided in a part of the reaction tube 10 will be described.

図6に示すように、反応管10は、生成物排出側の端部が鉛直方向の下方に向けて屈曲して形成されている。そして、本実施形態では、この屈曲部が液溜部41とされており、内部の液溜空間45は反応管10内の反応空間11と連通して設けられている。
屈曲部の屈曲角度としては、特に制限されるものではないが、内角が0度より大きく180度より任意の角度を選択することができ、30〜135度の範囲が好ましく、75〜105度の範囲が最適である。
なお、図6では図示していないが、液溜部41には液面計等が設けられている(これ以降の実施形態についても同様)。
As shown in FIG. 6, the reaction tube 10 is formed such that the end portion on the product discharge side is bent downward in the vertical direction. In the present embodiment, the bent portion serves as a liquid reservoir 41, and an internal liquid reservoir space 45 is provided in communication with the reaction space 11 in the reaction tube 10.
The bending angle of the bent portion is not particularly limited, but the inner angle can be selected from an angle greater than 0 degree and greater than 180 degrees, preferably in the range of 30 to 135 degrees, and preferably in the range of 75 to 105 degrees. The range is optimal.
Although not shown in FIG. 6, the liquid reservoir 41 is provided with a liquid level gauge or the like (the same applies to the following embodiments).

上記構成の気液反応装置1では、反応空間11における反応で生成された生成物は、順次液溜部41に溜まり、その液位に応じて排出管47から排出される。
従って、本実施形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、液溜部41を反応管10と独立して設ける必要がないことから、装置の小型軽量化及び低価格化を実現することができる。
なお、本実施形態で示した反応管10は、必ずしも鉛直方向の下方に向けて屈曲する必要はなく、水平方向に延在する反応管10の本体に対して90度以上の角度で、且つ下方に向く成分を有する角度で屈曲する構成であってもよい。
In the gas-liquid reactor 1 configured as described above, the products generated by the reaction in the reaction space 11 are sequentially accumulated in the liquid reservoir 41 and are discharged from the discharge pipe 47 according to the liquid level.
Therefore, in this embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as in the first embodiment, it is not necessary to provide the liquid reservoir 41 independently from the reaction tube 10, so that the apparatus can be reduced in size and weight. In addition, the price can be reduced.
The reaction tube 10 shown in the present embodiment does not necessarily have to be bent downward in the vertical direction, and is at an angle of 90 degrees or more with respect to the main body of the reaction tube 10 extending in the horizontal direction. It may be configured to bend at an angle having a component that is oriented toward the surface.

(第5実施形態)
続いて、気液反応装置1の第5実施形態について、図7を参照して説明する。
なお、図7においても、反応管10以外の周辺装置については簡略化して図示している。この図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、原料供給装置20及びガス供給装置30の双方が反応管10の一端側から原料液、反応ガスをそれぞれ供給する構成としたが、第5実施形態では互いに異なる側から供給する構成としている。
(Fifth embodiment)
Then, 5th Embodiment of the gas-liquid reaction apparatus 1 is described with reference to FIG.
In FIG. 7 as well, peripheral devices other than the reaction tube 10 are shown in a simplified manner. In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the above embodiment, both the raw material supply device 20 and the gas supply device 30 are configured to supply the raw material liquid and the reaction gas from one end side of the reaction tube 10 respectively, but in the fifth embodiment, the raw material supply device 20 and the gas supply device 30 are supplied from different sides. It is configured.

図7に示すように、原料供給装置20は、送液管24が反応管10の一端側(図7中、左側)に接続され、ガス供給装置30は導入管36が反応管10の他端側(図7中、右側)に接続され、互いに異なる側から原料液、反応ガスを供給する。
そのため、本実施形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、原料液及び反応ガスを反応管10の同一側から供給した場合のように、原料液が導入管36に逆流して浸入したり、反応ガスが送液管24に逆流して浸入することを防止して、安定した原料液供給及び反応ガス供給を実現することができる。
なお、本実施形態では、ガス供給装置30の導入管36が反応管10の他端側の端部に設けられる構成としたが、これに限定されるものではなく、送液管24と対向しない範囲であれば、例えば反応管10の長さ方向略中央部に設ける構成としてもよい。
As shown in FIG. 7, in the raw material supply apparatus 20, the liquid feeding pipe 24 is connected to one end side (left side in FIG. 7) of the reaction tube 10, and in the gas supply apparatus 30, the introduction pipe 36 is the other end of the reaction tube 10. It is connected to the side (right side in FIG. 7), and the raw material liquid and the reaction gas are supplied from different sides.
Therefore, in this embodiment, in addition to obtaining the same operation and effect as the first embodiment, the raw material liquid is introduced as in the case where the raw material liquid and the reaction gas are supplied from the same side of the reaction tube 10. It is possible to prevent the liquid 36 from flowing back into the pipe 36 and to prevent the reaction gas from flowing back into the liquid feeding pipe 24 and to enter the liquid feed pipe 24, thereby realizing a stable raw material liquid supply and reaction gas supply.
In the present embodiment, the introduction pipe 36 of the gas supply device 30 is provided at the end on the other end side of the reaction tube 10. However, the present invention is not limited to this and does not face the liquid feeding pipe 24. If it is a range, it is good also as a structure provided in the approximate center part of the length direction of the reaction tube 10, for example.

(第6実施形態)
続いて、気液反応装置1の第6実施形態について、図8を参照して説明する。
なお、図8においても、反応管10以外の周辺装置については簡略化して図示している。この図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、反応管10を水平方向に沿って配置する構成としたが、第6実施形態では鉛直方向に沿って配置している。
(Sixth embodiment)
Then, 6th Embodiment of the gas-liquid reaction apparatus 1 is described with reference to FIG.
In FIG. 8 as well, peripheral devices other than the reaction tube 10 are shown in a simplified manner. In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the above embodiment, the reaction tube 10 is arranged along the horizontal direction, but in the sixth embodiment, the reaction tube 10 is arranged along the vertical direction.

本実施形態では、上記第1実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、反応管10を水平に配置する場合と比べて、気液反応装置1の設置面積を小さくすることができ、換言すると、同じ設置面積に対してより多くの気液反応装置1を設置することができ、生産性を向上させることが可能になる。   In the present embodiment, in addition to obtaining the same operations and effects as in the first embodiment, the installation area of the gas-liquid reactor 1 can be reduced as compared with the case where the reaction tube 10 is arranged horizontally. In other words, more gas-liquid reaction apparatuses 1 can be installed in the same installation area, and productivity can be improved.

なお、反応管10を鉛直方向に沿って配置する構成を採る場合には、第4実施形態と同様に、図9に示すように、反応管10の一部(下端部)に液溜部41を設ける構成としてもよい。この構成では、さらなる小型化を実現することができる。
また、反応管10の一部に液溜部41を設ける構成としては、図10(a)に示すように、反応管10の下端部を水平方向に屈曲し、この屈曲部を液溜部41としても、同様の作用・効果を得ることができる。
In addition, when taking the structure which arrange | positions the reaction tube 10 along a perpendicular direction, as shown in FIG. 9, as shown in FIG. 9, the liquid reservoir 41 is provided in a part (lower end part) of the reaction tube 10. It is good also as a structure which provides. With this configuration, further downsizing can be realized.
Further, as a configuration in which the liquid reservoir 41 is provided in a part of the reaction tube 10, as shown in FIG. 10A, the lower end of the reaction tube 10 is bent in the horizontal direction, and the bent portion is used as the liquid reservoir 41. However, the same operation and effect can be obtained.

また、上述した気液反応装置1では、反応ガスが排出孔46から流出しないように、生成物が排出孔を十分に覆った状態で生成物を排出する必要があるが、反応管10の一部に液溜部41を設ける場合には、特に生成物の生成速度が比較的小さい場合に、反応ガスが流出する可能性が高まる。そのため、液溜部41の底部については、図10(b)に示されるように、下方に向かうに従って漸次縮径する漏斗状(錐状)に形成し、その底端部に排出孔46を設けることにより、生成物の生成量が少ない場合でも先端部(底端部)における断面積が小さいことから生成物が溜まりやすく排出孔46を覆うことができ、反応ガスの流出をより効果的に防ぐことができる。   In the gas-liquid reactor 1 described above, the product needs to be discharged in a state where the product sufficiently covers the discharge hole so that the reaction gas does not flow out of the discharge hole 46. In the case where the liquid reservoir 41 is provided in the part, there is an increased possibility that the reaction gas flows out particularly when the production rate of the product is relatively low. Therefore, as shown in FIG. 10B, the bottom of the liquid reservoir 41 is formed in a funnel shape (conical shape) that gradually decreases in diameter as it goes downward, and a discharge hole 46 is provided at the bottom end. As a result, even when the amount of product generated is small, the cross-sectional area at the tip (bottom end) is small, so that the product can easily accumulate and the discharge hole 46 can be covered, and the outflow of the reaction gas can be prevented more effectively. be able to.

なお、例えば、反応空間11を密封するための液面の位置は、液溜部41にあるものに限らず、排出管47内や抵抗体43内にあるものでもよい。   For example, the position of the liquid level for sealing the reaction space 11 is not limited to that in the liquid reservoir 41 but may be in the discharge pipe 47 or the resistor 43.

また、例えば、上記実施形態では、反応管10の外壁に加温用ヒータ(加熱装置)を設ける構成として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば図11に示すように、長尺管状の反応管10を円筒状の加熱装置Hの外周に巻回する構成としてもよい。
この構成では、反応管10と加熱装置Hとの接触面積が大きくなり、効率的に反応管10を加熱することができる。また、この構成では、一定の設置スペースに対して反応管10の反応空間の長さを大きく確保することが可能になる。そのため、本発明では、反応空間を長く確保することが可能になり、滞留時間も長くなり生産性を向上させることができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, the configuration in which the heater for heating (heating device) is provided on the outer wall of the reaction tube 10 is described. However, the present invention is not limited to this. For example, as illustrated in FIG. The tubular reaction tube 10 may be wound around the outer periphery of the cylindrical heating device H.
In this configuration, the contact area between the reaction tube 10 and the heating device H is increased, and the reaction tube 10 can be efficiently heated. Also, with this configuration, it is possible to ensure a large reaction space length of the reaction tube 10 with respect to a certain installation space. Therefore, in the present invention, it becomes possible to secure a long reaction space, and the residence time becomes long, so that productivity can be improved.

(第7実施形態)
続いて、気液反応装置1の第7実施形態について、図12乃至図19を参照して説明する。
なお、これらの図においても、反応管10以外の周辺装置については簡略化して図示している。この図において、図1及び図2に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の実施形態では、反応管10を例えば円管としているが、第7実施形態では断面矩形の角管を用いる例について説明する。
(Seventh embodiment)
Subsequently, a seventh embodiment of the gas-liquid reactor 1 will be described with reference to FIGS. 12 to 19.
In these figures, peripheral devices other than the reaction tube 10 are also shown in a simplified manner. In this figure, the same components as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the above embodiment, the reaction tube 10 is, for example, a circular tube. In the seventh embodiment, an example using a rectangular tube having a rectangular cross section will be described.

図12に示すように、本実施形態における反応管10は、外観で直方体形状を呈しており、図13の幅方向の断面図(図12におけるA−A線視断面図)に示されるように、反応空間11に臨む内面底部10aは平面形状で形成されている。
より詳細には、本実施形態における反応管10は、平板の薄板により断面矩形の反応空間11を形成し、その底部10aは水平方向に延びる平面(略水平面)となっている。
As shown in FIG. 12, the reaction tube 10 in the present embodiment has a rectangular parallelepiped shape in appearance, and is shown in a cross-sectional view in the width direction of FIG. 13 (a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 12). The inner bottom 10a facing the reaction space 11 is formed in a planar shape.
More specifically, the reaction tube 10 in the present embodiment forms a reaction space 11 having a rectangular cross section with a thin plate, and its bottom portion 10a is a flat surface (substantially horizontal surface) extending in the horizontal direction.

また、図14に平面断面図として示すように、反応空間11は平面視矩形に形成されており、送液管24(導入管36)と排出管44とは、原料液及び反応ガス(生成物を含む、以下流体と称する)の流動方向(図14では紙面上下方向)に間隔をあけて配置されている。図15に、B−B線視断面図として示されているように、反応空間11は流体の流動方向においても断面矩形に形成され、反応管10の底部10aは平面形状に構成されている。   14, the reaction space 11 is formed in a rectangular shape in plan view, and the liquid feeding pipe 24 (introduction pipe 36) and the discharge pipe 44 are composed of a raw material liquid and a reaction gas (product). , And hereinafter referred to as a fluid) with a gap in the flow direction (the vertical direction in FIG. 14). As shown in FIG. 15 as a cross-sectional view taken along line B-B, the reaction space 11 is also formed in a rectangular cross section in the fluid flow direction, and the bottom 10a of the reaction tube 10 is formed in a planar shape.

上記反応管10の材料については特段の制限はなく、反応に用いる試薬に対する耐腐食性並びに耐圧性を考慮して、ステンレス、真鍮、フッ素系樹脂材、ガラス、塩ビ、ポリカーボネイト等を選択でき、堅牢性を考慮した場合にはステンレスまたは真鍮を用いることが好適である。   There are no particular restrictions on the material of the reaction tube 10, and stainless steel, brass, fluorine-based resin material, glass, PVC, polycarbonate, etc. can be selected in consideration of the corrosion resistance and pressure resistance of the reagents used in the reaction. In consideration of the properties, it is preferable to use stainless steel or brass.

また、反応管10の内部(反応空間11)のサイズについては特段の制限はないが、幅及び深さはそれぞれ0.005〜1000mmの範囲内であることが好ましく、特に10〜150mmの範囲であればより好適である。また、反応空間11の幅と高さとの比には特段の制限はないが、0.1〜150000の範囲内であることが好ましく、特に1〜15000の範囲であればより好適である。これは、比が上記範囲以下であると、反応ガスの原料液への溶解速度が遅くなり、反応が効率よく進行しないためである。さらに、反応管10の容量(反応空間11の体積)についても特段の制限はないが、0.01〜1.0Lの範囲内であることが望ましい。0.05〜0.2Lであればより好適である。また、液溜部41の容量についても、特段の制限はないが、0.01〜1.0Lの範囲内であることが望ましい。   Further, the size of the inside of the reaction tube 10 (reaction space 11) is not particularly limited, but the width and the depth are preferably in the range of 0.005 to 1000 mm, particularly in the range of 10 to 150 mm. If there is, it is more suitable. The ratio of the width and height of the reaction space 11 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 150,000, and more preferably in the range of 1 to 15000. This is because when the ratio is less than or equal to the above range, the dissolution rate of the reaction gas into the raw material liquid becomes slow, and the reaction does not proceed efficiently. Further, the capacity of the reaction tube 10 (volume of the reaction space 11) is not particularly limited, but is preferably within a range of 0.01 to 1.0 L. If it is 0.05-0.2L, it is more suitable. The capacity of the liquid reservoir 41 is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.01 to 1.0 L.

上記構成の反応管10においては、図13及び図15に示されるように、反応管10に供給された原料液Gは、底部10aが平面形状であることから、上述した実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、底部が円弧形状である円管に同量の原料液を供給した場合と比較して、反応空間11における原料液Gの厚みを薄くすることができるため、反応ガスの原料液の溶解を効率よく進行させることが可能になる。
そのため、本実施形態では、反応ガスを原料液へ溶解するためのコスト及び工数を低減することが可能となる。
In the reaction tube 10 having the above-described configuration, as shown in FIGS. 13 and 15, the raw material liquid G supplied to the reaction tube 10 has the same action as that of the above-described embodiment because the bottom 10 a has a planar shape. In addition to obtaining the effect, the thickness of the raw material liquid G in the reaction space 11 can be reduced compared to the case where the same amount of the raw material liquid is supplied to a circular tube having a circular arc bottom. It is possible to efficiently dissolve the reaction gas raw material solution.
Therefore, in this embodiment, it becomes possible to reduce the cost and man-hour for melt | dissolving a reactive gas in a raw material liquid.

なお、反応管10(反応空間11)の平面形状は、図14に示した矩形に限られず、例えば図16(a)に示すような多角形(図では6角形)や、図16(b)に示すような三角形、さらに図16(c)に示すように、矩形の角部を円弧形状としたものとしてもよい。三角形や多角形にした場合、角部に円弧形状を設けることにより、エンドミル等の切削工具を用いた切削工程で反応管10を容易に製造することができ、製造効率を向上させることができる。また、加工方法についても、上記切削加工の他に、レーザ加工、ウェットエッチング、ドライエッチング、サンドブラスト加工等の各種工法を用いることができる。   Note that the planar shape of the reaction tube 10 (reaction space 11) is not limited to the rectangle shown in FIG. 14, for example, a polygon (hexagon in the figure) as shown in FIG. 16 (a) or FIG. 16 (b). Further, it is also possible to make the corners of the rectangle arcuate as shown in FIG. When the triangular or polygonal shape is used, the reaction tube 10 can be easily manufactured by a cutting process using a cutting tool such as an end mill by providing an arc shape at the corner, and the manufacturing efficiency can be improved. In addition to the above-described cutting processing, various processing methods such as laser processing, wet etching, dry etching, and sand blasting can be used for the processing method.

また、反応空間11の幅方向の断面形状についても、図13に示した矩形状に限定されるものではなく、底部10aに平面形状(略水平面)が形成されていれば、例えば図17(a)に示すような多角形(図では6角形)や、図17(b)に示すように、矩形の両端部を円弧形状としたものとしてもよい。さらに、平面形状を有するが水平面ではない形態としては、図17(c)に示すように、幅方向の断面が中央部に向かうに従って漸次下方に向かうV字状に形成されていてもよい。この構成でも、底部が円弧形状である円管に同量の原料液を供給した場合と比較して、反応空間11における原料液Gの厚みを薄くすることができるため、反応ガスの原料液の溶解を効率よく進行させることが可能になる。   Further, the cross-sectional shape in the width direction of the reaction space 11 is not limited to the rectangular shape shown in FIG. 13, and if a planar shape (substantially horizontal plane) is formed on the bottom 10 a, for example, FIG. ) (A hexagon in the figure), or as shown in FIG. 17B, both ends of the rectangle may have an arc shape. Furthermore, as a form which has a planar shape but is not a horizontal surface, as shown in FIG.17 (c), you may form in the V shape which goes to the downward direction gradually as the cross section of a width direction goes to a center part. Even in this configuration, the thickness of the raw material liquid G in the reaction space 11 can be reduced compared to the case where the same amount of the raw material liquid is supplied to a circular tube having an arc shape at the bottom. It becomes possible to make dissolution proceed efficiently.

また、反応空間11の流体の流動方向の断面形状についても、図15に示した水平方向に延びる矩形状に限られず、例えば図18(a)に示すように、底部10aが下流側に向かうに従って漸次下方に向かって傾斜する形状や、反応空間11が一定の幅をもって、下流側に向かうに従って漸次下方に向かって傾斜する形状であってもよい。これらの形状を有する場合には、後述する第8実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。   Further, the cross-sectional shape in the flow direction of the fluid in the reaction space 11 is not limited to the rectangular shape extending in the horizontal direction shown in FIG. 15. For example, as shown in FIG. The shape may be inclined gradually downward or the reaction space 11 may have a certain width and gradually inclined downward toward the downstream side. In the case of having these shapes, the same actions and effects as those of the eighth embodiment described later can be obtained.

また、反応管10への送液管24(導入管36)及び排出管44の接続位置についても、図14で示した流体の流動方向に配列する構成以外にも、図19(a)に示すように、対角線上に配置する構成としてもよい。この構成では、原料液の流動長を大きくすることができ、反応ガスの溶解を効率よく進行させることができる。複数種類の原料液や反応ガスを用いる場合には、予め混合したものを反応空間11に導入してもよいし、図19(b)、(c)に示すように、例えば3種類の原料液や反応ガスを用いる場合には、種類毎に個別に導入口を設けてもよい。   Further, the connection position of the liquid feeding pipe 24 (introducing pipe 36) and the discharge pipe 44 to the reaction pipe 10 is shown in FIG. 19A in addition to the arrangement arranged in the fluid flow direction shown in FIG. Thus, it is good also as a structure arrange | positioned on a diagonal line. In this configuration, the flow length of the raw material liquid can be increased, and the reaction gas can be efficiently dissolved. In the case of using a plurality of types of raw material liquids and reaction gases, those previously mixed may be introduced into the reaction space 11 or, for example, as shown in FIGS. When a reaction gas is used, an introduction port may be provided for each type.

(第8実施形態)
続いて、気液反応装置1の第8実施形態について、図20を参照して説明する。
なお、この図においても、反応管10以外の周辺装置については簡略化して図示している。この図において、図1に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
上記の第1実施形態では、反応管10を水平方向に延在するように配置しているが、第8実施形態では水平方向に対して傾斜させている。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the gas-liquid reactor 1 will be described with reference to FIG.
In this figure as well, peripheral devices other than the reaction tube 10 are shown in a simplified manner. In this figure, the same reference numerals are given to the same elements as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted.
In the first embodiment, the reaction tube 10 is arranged to extend in the horizontal direction, but in the eighth embodiment, the reaction tube 10 is inclined with respect to the horizontal direction.

すなわち、図20に示すように、本実施形態における反応管10は、流体の下流側に向かうに従って漸次下方に向かうように、水平方向に対して角度θで傾斜して配置されている。角度θとしては、5°以上、且つ45°以上が好ましい。
他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
That is, as shown in FIG. 20, the reaction tube 10 in the present embodiment is disposed so as to be inclined at an angle θ with respect to the horizontal direction so as to gradually go downward as it goes downstream of the fluid. The angle θ is preferably 5 ° or more and 45 ° or more.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.

第1実施形態で示した反応管10の水平配置の場合、反応ガスと原料液とが安定した相状態を形成することが困難な場合があり、この場合、反応効率が低下する、あるいは安定した生成物製造が困難になる可能性がある。一方、図8乃至図10で示した反応管10の垂直配置(鉛直方向の配置)の場合、安定した気液2層流が形成されるものの、原料液の移動速度が重力の作用により増大してしまい、反応ガスと原料液とを長時間接触させることが困難になり、長時間の反応を要する合成反応には適さないことが想定される。   In the case of the horizontal arrangement of the reaction tube 10 shown in the first embodiment, it may be difficult to form a stable phase state between the reaction gas and the raw material liquid. In this case, the reaction efficiency is reduced or stabilized. Product manufacture can be difficult. On the other hand, in the case of the vertical arrangement (vertical arrangement) of the reaction tubes 10 shown in FIGS. 8 to 10, although a stable gas-liquid two-layer flow is formed, the moving speed of the raw material liquid increases due to the action of gravity. Therefore, it is difficult to make the reaction gas and the raw material liquid contact for a long time, and it is assumed that the reaction gas is not suitable for a synthesis reaction that requires a long time reaction.

そこで、上記構成の気液反応装置1においては、反応管10が水平方向に対して傾斜しているため、原料液が一定の速度で移動するため、安定した2層流を形成することが可能になる。また、本実施形態では、鉛直方向に反応管10を配置するほど原料液の移動速度が大きくならないため、原料液と反応ガスとを所定時間で合成反応させることも可能になる。   Therefore, in the gas-liquid reactor 1 having the above configuration, since the reaction tube 10 is inclined with respect to the horizontal direction, the raw material liquid moves at a constant speed, so that a stable two-layer flow can be formed. become. Moreover, in this embodiment, since the moving speed of the raw material liquid does not increase as the reaction tube 10 is arranged in the vertical direction, the raw material liquid and the reaction gas can be synthesized and reacted in a predetermined time.

なお、傾斜角度θとしては、5°未満の場合には水平の場合での流速との差が小さく、また45°を超えると原料液の移動速度が大きくなり、原料液と反応ガスとの接触時間が短くなる可能性があるため、5°以上、且つ45°以下であることが好ましい。   When the inclination angle θ is less than 5 °, the difference between the horizontal flow rate and the horizontal flow rate is small, and when it exceeds 45 °, the moving speed of the raw material liquid increases and the contact between the raw material liquid and the reaction gas occurs. Since time may be shortened, it is preferably 5 ° or more and 45 ° or less.

また、傾斜角度θの調整方法としては、反応管10を例えば図20中、紙面と垂直な方向の軸周りに回転可能に軸支し、油圧アクチュエータや電動アクチュエータ等の直動機構を用いて反応管10の一端を昇降させることにより、任意の傾斜角度に反応管10を配置することが可能になり、反応ガス及び原料液の反応特性に応じた最適な傾斜角度(すなわち原料液の移動速度)に容易に設定することができる。   Further, as a method for adjusting the inclination angle θ, for example, the reaction tube 10 is rotatably supported around an axis in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 20, and reaction is performed using a linear motion mechanism such as a hydraulic actuator or an electric actuator. By raising and lowering one end of the tube 10, the reaction tube 10 can be arranged at an arbitrary inclination angle, and an optimum inclination angle (that is, the movement speed of the raw material liquid) according to the reaction characteristics of the reaction gas and the raw material liquid. Can be set easily.

なお、図20に示した反応管10においては、原料供給装置20及びガス供給装置30の双方が反応管10の一端側から原料液、反応ガスをそれぞれ供給する構成としたが、図21に示すように、第5実施形態(図7参照)と同様に、送液管24が反応管10の一端側(図21中、左側)に接続され、ガス供給装置30は導入管36が反応管10の他端側(図21中、右側)に接続され、互いに異なる側から原料液、反応ガスを供給する構成としてもよい。
この構成では、原料液及び反応ガスを反応管10の同一側から供給した場合のように、原料液が導入管36に逆流して浸入したり、反応ガスが送液管24に逆流して浸入することを防止して、安定した原料液供給及び反応ガス供給を実現することができる。
In the reaction tube 10 shown in FIG. 20, both the raw material supply device 20 and the gas supply device 30 are configured to supply the raw material liquid and the reaction gas from one end side of the reaction tube 10, respectively, as shown in FIG. In the same manner as in the fifth embodiment (see FIG. 7), the liquid feeding pipe 24 is connected to one end side (left side in FIG. 21) of the reaction tube 10, and the gas supply device 30 has the introduction pipe 36 in the reaction tube 10. It is good also as a structure connected to the other end side (right side in FIG. 21), and supplying a raw material liquid and a reactive gas from a mutually different side.
In this configuration, as in the case where the raw material liquid and the reaction gas are supplied from the same side of the reaction tube 10, the raw material liquid flows back into the introduction pipe 36 or the reaction gas flows back into the liquid feeding pipe 24 and enters. Therefore, stable raw material liquid supply and reaction gas supply can be realized.

また、本実施形態では、反応管10が流体の下流側に向かうに従って漸次下方に向かうように、水平方向に対して傾斜して配置する構成を例示したが、これとは逆に、流体の下流側に向かうに従って漸次上方に向かうように、水平方向に対して傾斜して配置する構成としてもよい。
この構成では、重力の作用により、移動速度が漸次遅くなることから、反応空間11における反応ガスと原料液との接触時間を長くすることが可能になる。
Further, in the present embodiment, the configuration in which the reaction tube 10 is arranged to be inclined with respect to the horizontal direction so as to gradually move downward as it goes to the downstream side of the fluid has been exemplified. It is good also as a structure which inclines with respect to a horizontal direction and arrange | positions so that it may go gradually upwards as it goes to the side.
In this configuration, the moving speed gradually decreases due to the action of gravity, so that the contact time between the reaction gas and the raw material liquid in the reaction space 11 can be increased.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、反応管10の加熱方法として、反応管10の外壁に加温用ヒータ(加熱装置)を設ける構成や、長尺管状の反応管10を円筒状の加熱装置Hの外周に巻回する構成を例示したが、これらの構成の他に、図22に示すように、反応管10の内部にヒータHを九十九折り状に挿入(埋設)する構成としてもよい。   For example, in the above embodiment, as a method for heating the reaction tube 10, a configuration in which a heater (heating device) is provided on the outer wall of the reaction tube 10, or a long tubular reaction tube 10 is arranged on the outer periphery of a cylindrical heating device H. In addition to these configurations, the heater H may be inserted (embedded) in a ninety-nine fold shape inside the reaction tube 10 as shown in FIG.

また、上記実施形態では、反応管10の内部に反応ガスを充填した後に原料液を送液する構成としたが、これに限定するものではなく、原料液を一定量送液した後に反応ガスを封入する構成としてもよい。また、反応ガスと原料液との少なくなくとも一方を反応管10内に導入する前に、原料液に使用される溶媒のみ又は原料液を先に反応管10内に導入して液溜部41に貯蔵させてもよい。この場合、例えば以下のステップを踏まえて上記第1実施形態と同様の手順で生成物を生成することがある。
(1)原料液または溶媒の流量制御のためのバルブを開けて、原料液に使用される溶媒のみ又は原料液を導入する。
(2)溶媒又は原料液の導入を止めるために、これらの流量を制御するためのバルブを閉める。
(3)一方でガスの流量制御のためのバルブを開けてガスを導入する。
(4)ガスの導入を止めるためにバルブを閉める。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which sends a raw material liquid after filling the reaction gas in the inside of the reaction tube 10, it is not limited to this, A reaction gas is supplied after feeding a fixed amount of raw material liquid. It is good also as a structure to enclose. In addition, before introducing at least one of the reaction gas and the raw material liquid into the reaction tube 10, only the solvent used for the raw material liquid or the raw material liquid is first introduced into the reaction tube 10 and the liquid reservoir 41. May be stored. In this case, for example, a product may be generated in the same procedure as in the first embodiment based on the following steps.
(1) Open the valve for controlling the flow rate of the raw material liquid or solvent, and introduce only the solvent used for the raw material liquid or the raw material liquid.
(2) To stop the introduction of the solvent or the raw material liquid, the valves for controlling these flow rates are closed.
(3) On the other hand, the gas flow control valve is opened to introduce the gas.
(4) Close the valve to stop gas introduction.

上述した貯留槽50は、通常大気圧下とするが、貯留槽50内を加圧して溶存ガスの気相再移動を抑制する構成としてもよい。また、貯留槽50を反応管10内のガス圧αよりも低いβとし、その差圧により溶存ガスを気相に再移動させることにより、未反応ガスを回収する構成とすることも可能である。   Although the storage tank 50 mentioned above is normally set to atmospheric pressure, it is good also as a structure which pressurizes the inside of the storage tank 50 and suppresses the gaseous-phase remigration of dissolved gas. It is also possible to adopt a configuration in which the storage tank 50 is set to β lower than the gas pressure α in the reaction tube 10 and the unreacted gas is recovered by moving the dissolved gas back to the gas phase by the differential pressure. .

また、上述した抵抗体43としては、反応管10(反応空間11)及び液溜部41(液溜空間45)に対して所望の背圧を付与できればよく、抵抗体43の構造については特に制限はなく、例えば背圧弁、内径の小さな中空配管(SUS製、PEEK製等)、粒子充填管、隔膜、無機物または有機物の一体型構造体(所謂、モノリス型構造体)を内部に構築した抵抗管等を用いることができる。実用上では、背圧弁、粒子充填管、あるいは中空配管を使用すれば効果的である。   Moreover, as the resistor 43 described above, a desired back pressure may be applied to the reaction tube 10 (reaction space 11) and the liquid reservoir 41 (liquid reservoir space 45), and the structure of the resistor 43 is particularly limited. For example, a back pressure valve, a hollow pipe with a small inner diameter (made by SUS, made by PEEK, etc.), a particle-filled pipe, a diaphragm, an inorganic or organic integrated structure (so-called monolithic structure) built inside Etc. can be used. In practical use, it is effective to use a back pressure valve, a particle-filled pipe, or a hollow pipe.

また、上述した液面計、リリーフ弁、逆止弁については、必要に応じて用いればよく、個々に省略することも可能である。
反応管10内のガス圧については、通常一定値αで制御されるが、実施する気液反応の化学特性に応じて気液反応中にα値を変動させてもよい。
Further, the above-described liquid level gauge, relief valve, and check valve may be used as necessary, and may be omitted individually.
The gas pressure in the reaction tube 10 is usually controlled at a constant value α, but the α value may be varied during the gas-liquid reaction according to the chemical characteristics of the gas-liquid reaction to be performed.

また、気液反応後に反応管10内に封入された反応ガスを回収する目的で反応管10または液溜部41に連結された切替バルブを設置し、気液反応後に当該切替バルブを介して反応管10内に滞留する未反応ガスを回収する構成としてもよい。   In addition, a switching valve connected to the reaction tube 10 or the liquid reservoir 41 is installed for the purpose of collecting the reaction gas sealed in the reaction tube 10 after the gas-liquid reaction, and the reaction is performed via the switching valve after the gas-liquid reaction. It is good also as a structure which collect | recovers the unreacted gas which stays in the pipe | tube 10.

また、気液反応後に回収された生成液については、生成物を分離後に溶媒を再利用する構成としてもよい。
上記実施形態における気液反応で用いる反応ガスについては、圧力及び温度の制御により超臨界状態(超臨界流体)であってもよい。
Moreover, about the product liquid collect | recovered after gas-liquid reaction, it is good also as a structure which reuses a solvent after isolate | separating a product.
The reaction gas used in the gas-liquid reaction in the above embodiment may be in a supercritical state (supercritical fluid) by controlling pressure and temperature.

なお、本発明の気液反応装置に適した反応管内部の気液相状態としては、反応管径、反応管長、反応ガス種、反応ガス濃度、反応ガス圧、原料溶媒種、原料溶媒流速などの個々因子の制御によって、(i)成層流(層状流;stratified flow)、(ii)気体プラグと液体プラグが交互に流れるプラグ流(plug flow)、(iii)気体プラグと液体スラグが交互に流れるスラグ流(slug flow)、(iv)気泡流(bubbly flow)、(v)チャーン流(churn flow)、(vi)環状流(annular flow)、(vii)環状噴霧流(annular-sidpersed flow)、(viii)せん状流(plug flow)が挙げられる。
また、本発明の気液反応装置においては、反応効率を考慮すると、成層流またはスラグ流が好ましく、最も好ましくは成層流である。
The gas-liquid phase state inside the reaction tube suitable for the gas-liquid reaction apparatus of the present invention includes reaction tube diameter, reaction tube length, reaction gas species, reaction gas concentration, reaction gas pressure, material solvent species, material solvent flow rate, etc. (I) stratified flow (stratified flow), (ii) plug flow in which gas plug and liquid plug alternately flow, (iii) gas plug and liquid slug alternately Flowing slug flow, (iv) bubbly flow, (v) churn flow, (vi) annular flow, (vii) annular-sidpersed flow (Viii) plug flow.
In the gas-liquid reactor of the present invention, a stratified flow or a slag flow is preferable, and a stratified flow is most preferable in consideration of reaction efficiency.

1…気液反応装置、 10…反応管(反応容器)、 11…反応空間、 15…予備反応管(予備反応装置)、 20…原料供給装置(液体材料供給装置)、 30…ガス供給装置(気体供給装置)、 40…生成物排出装置(排出装置)、 41…液溜部、 H…加熱装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas-liquid reaction device, 10 ... Reaction tube (reaction vessel), 11 ... Reaction space, 15 ... Preliminary reaction tube (preliminary reaction device), 20 ... Raw material supply device (liquid material supply device), 30 ... Gas supply device ( Gas supply device), 40 ... product discharge device (discharge device), 41 ... liquid reservoir, H ... heating device

Claims (30)

反応空間を有する反応容器と、前記反応空間に反応基質を含む液体材料を供給する液体材料供給装置と、前記反応空間に反応気体を供給する気体供給装置と、前記反応空間につながり前記反応基質と前記反応気体とが反応して生成された生成液を溜める液溜空間を有する液溜部とを有する気液反応装置であって、
前記反応空間及び前記液溜空間を密封状態にしつつ、前記液溜部の前記生成液を排出する排出装置を有することを特徴とする気液反応装置。
A reaction vessel having a reaction space; a liquid material supply device for supplying a liquid material containing a reaction substrate to the reaction space; a gas supply device for supplying a reaction gas to the reaction space; and the reaction substrate connected to the reaction space; A gas-liquid reaction device having a liquid storage part having a liquid storage space for storing a product liquid generated by reaction with the reaction gas,
A gas-liquid reaction apparatus comprising: a discharge device that discharges the product liquid in the liquid storage section while sealing the reaction space and the liquid storage space.
請求項1記載の気液反応装置において、
前記排出装置は、前記反応空間における前記反応気体の圧力に応じて前記反応気体の供給量を制御する反応気体制御装置と、
前記液溜部に、前記液溜空間に開口して設けられた排出孔と、
前記液溜部における前記生成液の液位に応じて前記排出孔からの前記生成液の排出量を制御する排出制御装置とを有することを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 1,
The exhaust device is a reaction gas control device that controls a supply amount of the reaction gas according to a pressure of the reaction gas in the reaction space;
A discharge hole provided in the liquid reservoir portion so as to open to the liquid reservoir space;
A gas-liquid reaction apparatus comprising: a discharge control device that controls a discharge amount of the product liquid from the discharge hole in accordance with a liquid level of the product liquid in the liquid reservoir.
請求項1または2記載の気液反応装置において、
前記反応容器に向けて供給される前記液体材料と前記反応気体とを予備反応させる予備反応装置を有することを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 1 or 2,
A gas-liquid reaction apparatus comprising: a pre-reaction apparatus that pre-reacts the liquid material and the reaction gas supplied toward the reaction container.
請求項3記載の気液反応装置において、
前記予備反応装置は、前記反応基質と前記反応気体との反応特性に応じて、前記反応容器における反応条件とは異なる反応条件で予備反応させることを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 3,
The pre-reaction apparatus performs a pre-reaction under reaction conditions different from the reaction conditions in the reaction vessel in accordance with reaction characteristics between the reaction substrate and the reaction gas.
請求項1から4のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記液溜部の前記生成液を負圧吸引して排出させる吸引装置を有することを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reaction device according to any one of claims 1 to 4,
A gas-liquid reaction device comprising a suction device that sucks and discharges the product liquid in the liquid reservoir by negative pressure.
請求項1から5のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記液体材料供給装置は、前記液体材料を前記反応容器の一端側から供給し、
前記気体供給装置は、前記反応気体を前記反応容器の他端側から供給することを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reactor according to any one of claims 1 to 5,
The liquid material supply device supplies the liquid material from one end side of the reaction vessel,
The gas supply device supplies the reaction gas from the other end of the reaction vessel.
請求項1から6のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記液溜部は、前記反応容器の一部に設けられることを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reaction device according to any one of claims 1 to 6,
The gas-liquid reaction apparatus, wherein the liquid reservoir is provided in a part of the reaction vessel.
請求項1から7のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記液溜部の底部は、下方に向かうに従って漸次縮径して形成されることを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reactor according to any one of claims 1 to 7,
The gas-liquid reactor is characterized in that the bottom of the liquid reservoir is formed with a diameter that gradually decreases in the downward direction.
請求項1から8のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記反応容器は管状に形成され、当該反応容器を加熱する加熱装置の外周に巻回して設けられることを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reaction device according to any one of claims 1 to 8,
The gas-liquid reaction apparatus is characterized in that the reaction container is formed in a tubular shape and is wound around an outer periphery of a heating apparatus for heating the reaction container.
請求項1から9のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部は、平面形状を有することを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reaction device according to any one of claims 1 to 9,
The gas-liquid reaction apparatus characterized in that an inner bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel has a planar shape.
請求項10記載の気液反応装置において、
前記内面底部は、略水平面であることを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 10,
The gas-liquid reaction apparatus characterized in that the inner bottom is a substantially horizontal plane.
請求項10記載の気液反応装置において、
前記内面底部は、幅方向の断面が中央部に向かうに従って漸次下方に向かうV字状に形成されていることを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 10,
The gas-liquid reactor is characterized in that the bottom surface of the inner surface is formed in a V-shape that gradually goes downward as the cross section in the width direction goes to the center.
請求項1から12のいずれか一項に記載の気液反応装置において、
前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部は、延在方向が水平方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする気液反応装置。
In the gas-liquid reaction device according to any one of claims 1 to 12,
The gas-liquid reaction apparatus characterized in that the inner surface bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel is arranged such that the extending direction is inclined with respect to the horizontal direction.
請求項13記載の気液反応装置において、
前記延在方向の前記水平方向に対する傾斜角度は、5°以上、且つ45°以下であることを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 13,
The gas-liquid reaction apparatus, wherein an inclination angle of the extending direction with respect to the horizontal direction is not less than 5 ° and not more than 45 °.
請求項13または14記載の気液反応装置において、
前記内面底部は、下流側が上流側よりも上方に位置して設けられることを特徴とする気液反応装置。
The gas-liquid reactor according to claim 13 or 14,
The gas-liquid reaction apparatus is characterized in that the bottom surface of the inner surface is provided such that the downstream side is positioned higher than the upstream side.
反応容器内の反応空間に反応基質を含む液体材料及び反応気体を供給する工程と、前記液体材料及び前記反応気体を反応させて生成液を生成する工程と、前記反応空間につながる液溜空間を有する液溜部に前記生成液を溜める工程とを有する気液反応方法であって、
前記反応空間及び前記液溜空間を密封状態にしつつ、前記液溜部の前記生成液を排出する工程を有することを特徴とする気液反応方法。
A step of supplying a liquid material containing a reaction substrate and a reaction gas to a reaction space in the reaction vessel; a step of reacting the liquid material and the reaction gas to generate a product liquid; and a liquid storage space connected to the reaction space. A gas-liquid reaction method comprising a step of storing the product liquid in a liquid reservoir part,
A gas-liquid reaction method comprising a step of discharging the product liquid in the liquid reservoir while keeping the reaction space and the liquid reservoir space in a sealed state.
請求項16記載の気液反応方法において、
前記反応空間における前記反応気体の圧力に応じて前記反応気体の供給量を制御する工程と、
前記液溜部における前記生成液の液位に応じて、前記液溜空間に開口して設けられた排出孔からの前記生成液の排出量を制御する工程とを有することを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 16,
Controlling the supply amount of the reaction gas according to the pressure of the reaction gas in the reaction space;
And a step of controlling a discharge amount of the product liquid from a discharge hole provided in the liquid storage space in accordance with a liquid level of the product liquid in the liquid reservoir. Reaction method.
請求項16または17記載の気液反応方法において、
前記反応容器に向けて供給される前記液体材料と前記反応気体とを予備反応させる予備反応工程を有することを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 16 or 17,
A gas-liquid reaction method comprising a pre-reaction step of pre-reacting the liquid material and the reaction gas supplied toward the reaction vessel.
請求項18記載の気液反応方法において、
前記反応基質と前記反応気体との反応特性に応じて、前記反応容器における反応条件とは異なる反応条件で予備反応させることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 18,
A gas-liquid reaction method, wherein a pre-reaction is performed under reaction conditions different from the reaction conditions in the reaction vessel in accordance with reaction characteristics between the reaction substrate and the reaction gas.
請求項16から19のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記液溜部の前記生成液を負圧吸引して排出させる工程を有することを特徴とする気液反応方法。
In the gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 19,
A gas-liquid reaction method comprising a step of sucking and discharging the product liquid in the liquid reservoir by negative pressure.
請求項16から20のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記液体材料を前記反応容器の一端側から供給し、前記反応気体を前記反応容器の他端側から供給することを特徴とする気液反応方法。
In the gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 20,
A gas-liquid reaction method, wherein the liquid material is supplied from one end side of the reaction vessel, and the reaction gas is supplied from the other end side of the reaction vessel.
請求項16から21のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記液溜部を、前記反応容器の一部に設けることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 21,
A gas-liquid reaction method, wherein the liquid reservoir is provided in a part of the reaction vessel.
請求項16から22のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記液溜部の底部は、下方に向かうに従って漸次縮径して形成されることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 22,
The gas-liquid reaction method, wherein the bottom of the liquid reservoir is formed with a gradually reduced diameter as it goes downward.
請求項16から23のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記反応容器は管状に形成され、当該反応容器を加熱する加熱装置の外周に巻回して設けられることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 23,
The gas-liquid reaction method, wherein the reaction vessel is formed in a tubular shape and is wound around an outer periphery of a heating device for heating the reaction vessel.
請求項16から24のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部は、平面形状を有することを特徴とする気液反応方法。
In the gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 24,
The gas-liquid reaction method, wherein an inner bottom portion facing the reaction space in the reaction vessel has a planar shape.
請求項25記載の気液反応方法において、
前記内面底部は、略水平面であることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 25,
The gas-liquid reaction method, wherein the inner bottom is a substantially horizontal plane.
請求項25記載の気液反応方法において、
前記内面底部は、幅方向の断面が中央部に向かうに従って漸次下方に向かうV字状に形成されていることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 25,
The gas-liquid reaction method, wherein the inner bottom portion is formed in a V shape that gradually goes downward as the cross section in the width direction goes to the central portion.
請求項16から27のいずれか一項に記載の気液反応方法において、
前記反応容器における前記反応空間に臨む内面底部は、延在方向が水平方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする気液反応方法。
In the gas-liquid reaction method according to any one of claims 16 to 27,
A gas-liquid reaction method, wherein an extending direction of the inner bottom facing the reaction space in the reaction vessel is inclined with respect to a horizontal direction.
請求項28記載の気液反応方法において、
前記延在方向の前記水平方向に対する傾斜角度は、5°以上、且つ45°以下であることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 28, wherein
The gas-liquid reaction method, wherein an inclination angle of the extending direction with respect to the horizontal direction is 5 ° or more and 45 ° or less.
請求項28または29記載の気液反応方法において、
前記内面底部は、下流側が上流側よりも上方に位置して設けられることを特徴とする気液反応方法。
The gas-liquid reaction method according to claim 28 or 29,
The gas-liquid reaction method, wherein the inner surface bottom portion is provided such that the downstream side is positioned higher than the upstream side.
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