JP2011036773A - Reactor and reaction plant - Google Patents
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Description
本発明は、化学合成や化学分析などの分野において液体または気体を流路内で混合して反応させる反応装置及び反応プラントに関する。 The present invention relates to a reaction apparatus and a reaction plant in which a liquid or a gas is mixed and reacted in a channel in fields such as chemical synthesis and chemical analysis.
近年、化学合成や化学分析の分野において、MEMS(Micro Electro Mechanical System)と呼ばれるマイクロ加工技術により製作された反応器が使用され始めている。この
反応器の流路は、断面寸法が数十〜数百μmで形成されており、このような反応器は、マイクロリアクタまたはマイクロミキサと呼ばれる。
In recent years, in the field of chemical synthesis and chemical analysis, a reactor manufactured by a micromachining technique called MEMS (Micro Electro Mechanical System) has begun to be used. The flow path of this reactor is formed with a cross-sectional dimension of several tens to several hundreds μm, and such a reactor is called a microreactor or a micromixer.
マイクロリアクタは、反応する物質を含む流体を2種類以上用意し、合流により微細流路内で互いに接触させて化学反応を生じさせることにより、反応物質を生成する。マイクロリアクタは、流路の幅や高さが小さく形成されており、反応部の体積当たりの表面積が大きく、流路の容積が小さい。そのため、熱交換がよく、物質の混合時間も短いので、反応による副生成物が低減して、反応収率が高くなるといった効果がある。 In the microreactor, two or more kinds of fluids containing a substance to be reacted are prepared, and the reactants are generated by bringing them into contact with each other in a fine flow path by merging and causing a chemical reaction. In the microreactor, the width and height of the flow path are small, the surface area per volume of the reaction part is large, and the volume of the flow path is small. Therefore, heat exchange is good and the mixing time of the substance is short, so that by-products due to the reaction are reduced and the reaction yield is increased.
このようなマイクロリアクタ1台で生産される化学物質量は、毎分数mL程度であり、工業的に大量生産を行う場合には、複数のマイクロリアクタを並列設置することが検討されている。複数のマイクロリアクタを並列させて生産量を増大する方法を、マイクロリアクタのナンバリングアップと称している。 The amount of chemical substances produced by one such microreactor is about several mL per minute, and in the case of industrial mass production, it is considered to install a plurality of microreactors in parallel. A method of increasing the production volume by arranging a plurality of microreactors in parallel is called numbering up of the microreactors.
〔特許文献1〕には、マイクロリアクタのナンバリングアップを行うため、一つの入口に対して複数の出口を有する複数の分岐配管を多段に接続し、分岐配管の出口を並列配置した複数のマイクロリアクタに接続するマイクロリアクタシステムが記載されている。 In [Patent Document 1], in order to increase the numbering of microreactors, a plurality of branch pipes having a plurality of outlets with respect to one inlet are connected in multiple stages, and the outlets of the branch pipes are connected to a plurality of microreactors arranged in parallel. A microreactor system is described.
〔特許文献2〕には、マイクロリアクタユニットを複数並列に配置し、原料供給用の配管にそれぞれ2方バルブ及びニードルバルブを設けてマイクロリアクタユニットの圧力損失をニードルバルブを用いて調整するマイクロリアクタ装置が記載されている。 [Patent Document 2] describes a microreactor device in which a plurality of microreactor units are arranged in parallel, and a two-way valve and a needle valve are respectively provided in a raw material supply pipe to adjust the pressure loss of the microreactor unit using the needle valve. Has been.
〔特許文献1〕に記載のマイクロリアクタシステムは、複数の分岐配管を多段に接続しているので、分岐配管同士または分岐配管とマイクロリアクタを接続する配管が複雑になってしまうという問題がある。又、マイクロリアクタを接続する配管の長さが異なることが多くなり、均等な流量分配がなされないため、生成される反応物に差異が生じるという問題がある。すなわち、濃度を等しくした物質Aが含まれる流体と物質Bが含まれる流体を混合して、目的物質Rを生成する場合、物質Bが含まれる流体の流量が大きいと、R+B→S(副生成物)の反応が生じるため、副生成物Sが多く生成されて目的物質Rの収率が低下するという問題がある。 Since the microreactor system described in [Patent Document 1] has a plurality of branch pipes connected in multiple stages, there is a problem that the branch pipes or the pipes connecting the branch pipes and the microreactor become complicated. In addition, the lengths of the pipes connecting the microreactors are often different, and there is a problem that a difference occurs in the generated reactants because an equal flow rate distribution is not performed. That is, when the target substance R is generated by mixing the fluid containing the substance A having the same concentration and the fluid containing the substance B, if the flow rate of the fluid containing the substance B is large, R + B → S (by-product Reaction) occurs, a large amount of by-product S is generated, and the yield of the target substance R decreases.
〔特許文献2〕に記載のマイクロリアクタ装置は、複数のマイクロリアクタのそれぞれの入口にニードルバルブを設けて流量調整を行う構造のため、個々のニードルバルブを調整が必要であり、操作が煩雑になってしまうという問題がある。又、均等な流量分配を行うことが難しく、副生成物Sが多く生成されて目的物質Rの収率が低下するという同様の問題がある。 Since the microreactor device described in [Patent Document 2] has a structure in which a needle valve is provided at each inlet of a plurality of microreactors to adjust the flow rate, it is necessary to adjust each needle valve, which makes the operation complicated. There is a problem of end. In addition, it is difficult to perform uniform flow distribution, and there is a similar problem that a large amount of by-product S is generated and the yield of the target substance R is reduced.
本発明の目的は、ナンバリングアップした複数のマイクロリアクタへ均一に流量を分配でき、高い反応収率のマイクロリアクタにより生産量を増大させることのできる反応装置及び反応プラントを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a reaction apparatus and a reaction plant that can uniformly distribute a flow rate to a plurality of numbered microreactors, and that can increase a production amount by a microreactor having a high reaction yield.
上記目的を達成するために、本発明の反応装置は、旋回流による攪拌効果による物質拡散の増大効果を相乗することにより混合性能を向上させ、処理量を増大させるために、それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合させるための円筒形状の混合流路に対し、複数の流体を混合流路に流入させる入口流路を混合流路の中心軸からオフセットして設置し、混合流路を対称に複数配置したものである。 In order to achieve the above object, the reactor of the present invention synergizes the effect of increasing the substance diffusion due to the stirring effect due to the swirling flow, thereby improving the mixing performance and increasing the throughput. In contrast to a cylindrical mixing channel for mixing a plurality of fluids, an inlet channel for allowing a plurality of fluids to flow into the mixing channel is offset from the central axis of the mixing channel, and the mixing channel Are arranged symmetrically.
本発明によれば、ナンバリングアップした複数のマイクロリアクタのそれぞれに流体を均一に分配でき、高収率のマイクロリアクタにより生産量を増大させることが可能となる。 According to the present invention, fluid can be uniformly distributed to each of a plurality of numbered microreactors, and the production amount can be increased by a high-yield microreactor.
本発明の各実施例について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施例1を図1から図8により説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図2は反応装置の流路部分の平面図、図3は反応装置の流路部分の側面図である。 FIG. 1 is a perspective view of the flow path portion of the reaction apparatus of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the flow path portion of the reaction apparatus, and FIG. 3 is a side view of the flow path portion of the reaction apparatus.
図1から図3に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ7(第1のバッファ7ともいう)と、バッファ7の中空部に配置された円筒形状のバッファ6(第2のバッファ6ともいう)と、バッファ7の内側とバッファ6の外側の間に等間隔で配置された4個の円筒形状の混合流路1と、バッファ7と接続され垂直方向に配置される4個の導入流路23(第1の導入流路23ともいう)と、導入流路23及び混合流路1の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路3(第1の入口流路3ともいう)と、バッファ6と接続され垂直方向に配置される4個の導入流路22(第2の導入流路22ともいう)と、導入流路22及び混合流路1の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路2(第2の入口流路2ともいう)で構成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the flow path portion of the reaction apparatus includes a hollow cylindrical buffer 7 (also referred to as a first buffer 7) disposed outside, and a cylinder disposed in the hollow portion of the
ここで、図1から図3では、バッファ6は円筒形状、バッファ7は中空円筒形状の例を示したが、入口流路2及び入口流路3に均一な流量で流体を流入させることができる形状であれば、特に限定はされない。
Here, in FIGS. 1 to 3, an example in which the
バッファ6とバッファ7は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路22,導入流路23に接続されている。導入流路22,導入流路23は、円筒形状である。入口流路2及び入口流路3は矩形状に形成され、導入流路22及び入口流路2により物質A(第1の物質ともいう)を含む流体4を混合流路1に導き、導入流路23及び入口流路3により物質B(第2の物質ともいう)を含む流体5を混合流路1に導いている。
The
このように、入口流路2及び入口流路3が混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されていると、入口流路2から流入した流体4(第1の流体4ともいう)及び入口流路3から流入した流体5(第2の流体ともいう)は、混合流路1の円筒形状に沿うように流れ、混合流路1で旋回流を発生させる。旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに混合流路内の流れを乱流条件で流すことにより、乱流混合によって混合性能が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
As described above, when the
また、混合流路1,入口流路2及び入口流路3の組み合わせをn組配置することで1組の場合と比較して流体の処理流量をn倍にすることができる。本実施例のように4組配置されている場合は、1組の場合と比較して4倍の流量の流体を流すことができ、処理量を増大できる。
Further, by arranging n combinations of the mixing
本実施例では、導入流路22及び導入流路23の断面形状が円筒、入口流路2及び入口流路3が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形,台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路22及び入口流路2については、バッファ6から混合流路1までの圧力損失が4本全て等しくなるように加工し、導入流路23及び入口流路3についても、バッファ7から混合流路1までの圧力損失が4本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
In the present embodiment, an example is shown in which the cross-sectional shapes of the
入口流路2と入口流路3は、図2に示すように、混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置で、混合流路1の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に設置され、混合流路1の中心軸に対して互いに反対側に位置している。
As shown in FIG. 2, the
入口流路2及び入口流路3から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路22の断面積及び長さと、導入流路23の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路2の断面積と長さと、入口流路3の断面積と長さは同じになるように形成されている。混合流路1,導入流路22,入口流路2,入口流路3,導入流路23のそれぞれ1本ずつを1組として、4組がバッファ6の中心軸に対して対称となるように配置されている。ここで、均一な流量とは、入口流路2から混合流路1に流入する流量と、入口流路3から混合流路1に流入する流量の誤差が5%以内の流量のことをいう。
In order to allow fluid to flow from the
なお、図1から図3では、混合流路1,入口流路2及び入口流路3は4組配置されている例を示したが、2組以上の複数組の配置でもよく、その場合でもバッファ6の中心軸に対して回転対称となるように配置する。バッファ6の中心軸に対して回転対称に配置することで、それぞれの入口流路へ均一に流量を配分することができる。
1 to 3 show an example in which four sets of the mixing
図4から図8により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図4は反応装置の斜視図、図5は反応装置の縦断面図、図6は混合流路部の横断面図、図7は入口流路部の横断面図、図8はバッファ部14の横断面図である。 A specific manufacturing method of the reactor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a perspective view of the reaction apparatus, FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the reaction apparatus, FIG. 6 is a cross-sectional view of the mixing flow path section, FIG. 7 is a cross-sectional view of the inlet flow path section, and FIG. It is a cross-sectional view.
反応装置11は、図4に示すように、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の3個の円筒形状の構造物で構成される。
As shown in FIG. 4, the
混合流路部12には、図5,図6に示すように、混合流路部12の中心軸に対して回転対称となるように、4個の円筒形状の孔を貫通加工し、4個の混合流路1を形成している。
As shown in FIGS. 5 and 6, four cylindrical holes are formed in the mixing
入口流路部13には、図5,図7に示すように、入口流路部13の中心軸に対して回転対称となるように、混合流路1の端部側の穴21,入口流路2及び入口流路3がそれぞれ4個ずつ平面上に加工されている。入口流路2及び入口流路3は、混合流路1の中心軸からオフセットした位置に形成されている。入口流路2及び入口流路3の、混合流路1の端部側の穴21とは反対側の端部に、バッファ部14に形成されるバッファ6,7からの流体を入口流路2と入口流路3のそれぞれに供給するための導入流路22と導入流路23が形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 7, the
バッファ部14には、図5,図8に示すように、入口流路部13の入口流路2と入口流路3に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ6とバッファ7が形成されており、バッファ6とバッファ7それぞれに流体を供給するためのバッファ入口流路31とバッファ入口流路32が形成されている。
As shown in FIGS. 5 and 8, in the
混合流路1の出口部分,バッファ入口流路31とバッファ入口流路32の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
Although not shown in the drawings, the fitting process is performed at the outlet portion of the mixing
図4から図8には、Oリング及びボルトを図示していないが、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の接続は、Oリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を分解することが可能なため、流路の点検や洗浄を容易に行うことができる。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤,レーザ溶接,拡散接合,溶着等の方法によって混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を互いに接着してもよい。なお、反応装置11を構成する部材の材料には、金属,ガラス,プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
Although the O-ring and the bolt are not shown in FIGS. 4 to 8, the mixing
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Sの生成を小さくでき、目的物質Rの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。 According to this example, when the number of the microreactor is increased, the liquid can be uniformly fed to each reactor, the production of the by-product S can be reduced, and the production amount can be reduced while maintaining the yield of the target substance R high. Can be increased.
本発明の実施例2を図9から図16により説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図9は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図10は反応装置の流路部分の平面図、図11は反応装置の流路部分の側面図である。本実施例は、実施例1と同様に構成されているが、本実施例では、1つの混合流路1に対し、入口流路2を2個、入口流路3を2個の4個の入口流路を設けている。
FIG. 9 is a perspective view of the flow path portion of the reaction apparatus of the present embodiment, FIG. 10 is a plan view of the flow path portion of the reaction apparatus, and FIG. 11 is a side view of the flow path portion of the reaction apparatus. The present embodiment is configured in the same manner as in the first embodiment. However, in this embodiment, two
図9から図11に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ7と、バッファ7の中空部に配置された円筒形状のバッファ6と、バッファ6の外周側に等間隔で配置された4個の円筒形状の混合流路1と、バッファ7と接続され垂直方向に配置される8個の導入流路23と、導入流路23及び混合流路1の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路3と、バッファ6と接続され垂直方向に配置される8個の導入流路22と、導入流路22及び混合流路1の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路2で構成される。
As shown in FIGS. 9 to 11, the flow path portion of the reaction apparatus includes a hollow
バッファ6とバッファ7は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路22,導入流路23に接続されている。導入流路22,導入流路23は、円筒形状である。入口流路2及び入口流路3は矩形状に形成され、導入流路22及び入口流路2により物質Aを含む流体4を混合流路1に導き、導入流路23及び入口流路3により物質Bを含む流体5を混合流路1に導いている。
The
このように、入口流路2及び入口流路3が混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されていると、入口流路2から流入した流体4及び入口流路3から流入した流体5は、混合流路1の円筒形状に沿うように流れ、混合流路1で旋回流を発生させる。
旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに混合流路内の流れを乱流条件で流すことにより、乱流混合によって混合性能が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
Thus, when the
Although the mixing property is improved by the effect of the swirl flow, the mixing performance is further improved by the turbulent mixing by flowing the flow in the mixing channel under the turbulent flow condition. If the mixing performance is improved, side reactions can be suppressed and the fluid can be processed with a high yield.
本実施例では、1つの混合流路1に対し、入口流路2を2個、入口流路3を2個の合計4個の入口流路を設けているので、実施例1に比べて流量を2倍にできる。
In the present embodiment, a total of four inlet channels, two
また、混合流路1,入口流路2及び入口流路3の組み合わせをn組配置することで1組の場合と比較して流体の処理流量をn倍にすることができる。本実施例のように4組配置されている場合は、1組の場合と比較して4倍の流量の流体を流すことができ、処理量を増大できる。ちなみに実施例1と比べると8倍の流量の流体を流すことができる。
Further, by arranging n combinations of the mixing
本実施例では、導入流路22及び導入流路23の断面形状が円筒、入口流路2及び入口流路3が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形,台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路22及び入口流路2については、バッファ6から混合流路1までの圧力損失が8本全て等しくなるように加工し、導入流路23及び入口流路3についても、バッファ7から混合流路1までの圧力損失が8本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
In the present embodiment, an example is shown in which the cross-sectional shapes of the
入口流路2と入口流路3は、図10に示すように、混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置で、混合流路1の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に90度間隔で入口流路2,入口流路3,入口流路2,入口流路3の4個の入口流路が設置されている。
As shown in FIG. 10, the
入口流路2から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路22の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路3から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路23の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路2の断面積と長さと、入口流路3の断面積と長さは同じになるように形成されている。1つの混合流路1と、2本ずつの導入流路22,入口流路2,入口流路3,導入流路23を1組として、4組がバッファ6の中心軸に対して対称となるように配置されている。ここで、均一な流量とは、入口流路2から混合流路1に流入する流量と、入口流路3から混合流路1に流入する流量の誤差が5%以内の流量のことをいう。
In order to allow fluid to flow from the
図12から図16により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図12は反応装置の斜視図、図13は反応装置の縦断面図、図14は混合流路部材の横断面図、図15は入口流路部材の横断面図、図16はバッファ部14の横断面図である。 A specific method for manufacturing the reactor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12 is a perspective view of the reaction apparatus, FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the reaction apparatus, FIG. 14 is a transverse sectional view of the mixing channel member, FIG. 15 is a transverse sectional view of the inlet channel member, and FIG. It is a cross-sectional view.
反応装置11は、図12に示すように、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の3個の円筒形状の構造物で構成される。
As shown in FIG. 12, the
混合流路部12には、図13,図14に示すように、混合流路部12の中心軸に対して回転対称となるように、4個の円筒形状の孔を貫通加工し、4個の混合流路1を形成している。
As shown in FIGS. 13 and 14, four cylindrical holes are formed in the mixing
入口流路部13には、図13,図15に示すように、入口流路部13の中心軸に対して回転対称となるように、混合流路1の端部側の穴21,入口流路2及び入口流路3がそれぞれ8個ずつ平面上に加工されている。入口流路2及び入口流路3は、混合流路1の中心軸からオフセットした位置に形成されている。入口流路2及び入口流路3の、混合流路1の端部側の穴21とは反対側の端部に、バッファ部14に形成されるバッファ6,7からの流体を入口流路2と入口流路3のそれぞれに供給するための導入流路22と導入流路23が形成されている。
As shown in FIGS. 13 and 15, the
バッファ部14には、図13,図16に示すように、入口流路部13の入口流路2と入口流路3に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ6とバッファ7が形成されており、バッファ6とバッファ7それぞれに流体を供給するためのバッファ入口流路31とバッファ入口流路32が形成されている。
As shown in FIGS. 13 and 16, the
混合流路1の出口部分,バッファ入口流路31とバッファ入口流路32の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
Although not shown in the drawings, the fitting process is performed at the outlet portion of the mixing
図12から図16には、Oリング及びボルトを図示していないが、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の接続は、Oリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を分解することが可能なため、流路の点検や洗浄を容易に行うことができる。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤,レーザ溶接,拡散接合,溶着等の方法によって混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を互いに接着してもよい。なお、反応装置11を構成する部材の材料には、金属,ガラス,プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
Although the O-ring and the bolt are not shown in FIGS. 12 to 16, the mixing
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Sの生成を小さくでき、目的物質Rの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。 According to this example, when the number of the microreactor is increased, the liquid can be uniformly fed to each reactor, the production of the by-product S can be reduced, and the production amount can be reduced while maintaining the yield of the target substance R high. Can be increased.
本発明の実施例3を図17から図25により説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図17は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図18は反応装置の流路部分の平面図、図19は反応装置の流路部分の側面図である。 FIG. 17 is a perspective view of the flow path portion of the reaction apparatus of the present embodiment, FIG. 18 is a plan view of the flow path section of the reaction apparatus, and FIG. 19 is a side view of the flow path section of the reaction apparatus.
図17から図19に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ7と、バッファ7の中空部に配置された円筒形状のバッファ6と、バッファ6の外周側に等間隔で配置された4個の円筒形状の導入流路22と、バッファ7の外周側に等間隔で配置された4個の円筒形状の導入流路23と、導入流路22及び旋回発生流路8の密閉された端部側に接続され水平方向に配置される入口流路2と、導入流路23及び旋回発生流路8の密閉された端部側に接続され水平方向に配置される入口流路3と、旋回発生流路8に接続される混合流路1で構成される。
As shown in FIGS. 17 to 19, the flow path portion of the reaction apparatus includes a hollow
入口流路2と入口流路3は、図18に示すように、旋回発生流路8の密閉された端部で、旋回発生流路8の中心軸に対して垂直方向に放射状に接続され、交互に4本ずつ配置されている。旋回発生流路8は、混合流路1に接続され、旋回発生流路8の中心軸は、混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されている。
As shown in FIG. 18, the
バッファ6とバッファ7は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路22,導入流路23に接続されている。導入流路22,導入流路23は、円筒形状である。入口流路2及び入口流路3は矩形状に形成され、導入流路22及び入口流路2により物質Aを含む流体4を旋回発生流路8に導き、導入流路23及び入口流路3により物質Bを含む流体5を旋回発生流路8に導いている。
The
本実施例では、導入流路22及び導入流路23の断面形状が円筒、入口流路2及び入口流路3が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形,台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路22及び入口流路2については、バッファ6から旋回発生流路8までの圧力損失が4本全て等しくなるように加工し、導入流路23及び入口流路3についても、バッファ7から旋回発生流路8までの圧力損失が4本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
In the present embodiment, an example is shown in which the cross-sectional shapes of the
上述したように、入口流路2及び入口流路3が旋回発生流路8中心軸に対して直角方向に交わる同一平面上に交互に配置されていると、入口流路2から流入した流体4及び入口流路3から流入した流体5は、図20に示すように旋回発生流路8の入口断面で均等に分布する。
As described above, when the
旋回発生流路8の中心軸は、混合流路1の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されているので、流体は混合流路1の円筒形状に沿うように流れ、混合流路1で旋回流を発生させる。旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに混合流路内の流れを乱流条件で流すことにより、乱流混合によって混合性能が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
Since the central axis of the swirl
本実施例では、1つの混合流路1に対し、入口流路2を4個、入口流路3を4個の合計8個の入口流路を設けているので、実施例1と同等の処理流量にすることができる。
In the present embodiment, four
また、入口流路2及び入口流路3の組み合わせをn組配置することで1組の場合と比較して流体の処理流量をn倍にすることができる。
Further, by arranging n combinations of the
図21から図25により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図21は反応装置の斜視図、図22は反応装置の縦断面図、図23は混合流路部材の横断面図、図24は入口流路部材の横断面図、図25はバッファ部14の横断面図である。 A specific manufacturing method of the reaction apparatus of this example will be described with reference to FIGS. 21 is a perspective view of the reaction apparatus, FIG. 22 is a longitudinal sectional view of the reaction apparatus, FIG. 23 is a transverse sectional view of the mixing channel member, FIG. 24 is a transverse sectional view of the inlet channel member, and FIG. It is a cross-sectional view.
反応装置11は、図21に示すように、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の3個の円筒形状の構造物で構成される。
As shown in FIG. 21, the
混合流路部12には、図22,図23に示すように、中心軸付近から外周まで1つの円筒形状の穴を加工して混合流路1を形成している。混合流路1の中心軸側の端部で中心軸からオフセットした位置の縦方向に円筒形状の穴24を加工して旋回発生流路8を形成している。
As shown in FIGS. 22 and 23, the mixing
入口流路部13には、図22,図24に示すように、旋回発生流路8の端部側で1個の穴24に放射状を接続された、入口流路2及び入口流路3がそれぞれ4個ずつ平面上に形成されている。入口流路2と入口流路3の、穴24とは反対側の端部に、バッファ6とバッファ7から流体を、入口流路2と入口流路3のそれぞれに供給するための導入流路22と導入流路23が形成されている。
As shown in FIGS. 22 and 24, the
バッファ部14には、図22,図25に示すように、入口流路部13の入口流路2と入口流路3に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ6とバッファ7が形成されており、バッファ6とバッファ7にそれぞれ流体を供給するためのバッファ入口流路31とバッファ入口流路32が形成されている。
As shown in FIGS. 22 and 25, in the
混合流路1の出口部分,バッファ入口流路31とバッファ入口流路32の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
Although not shown in the drawings, the fitting process is performed at the outlet portion of the mixing
図12から図16には、Oリング及びボルトを図示していないが、混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14の接続は、Oリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を分解することが可能なため、流路の点検や洗浄を容易に行うことができる。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤,レーザ溶接,拡散接合,溶着等の方法によって混合流路部12,入口流路部13及びバッファ部14を互いに接着してもよい。なお、反応装置11を構成する部材の材料には、金属,ガラス,プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
Although the O-ring and the bolt are not shown in FIGS. 12 to 16, the mixing
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Sの生成を小さくでき、目的物質Rの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。 According to this example, when the number of the microreactor is increased, the liquid can be uniformly fed to each reactor, the production of the by-product S can be reduced, and the production amount can be reduced while maintaining the yield of the target substance R high. Can be increased.
旋回発生流路8は、流体の混合性が悪いため、副反応を抑制するためにも長さが短いほうがよい。本実施例では、混合流路1と旋回発生流路8は90度で交わっているが、旋回発生流路8の長さを短くするために、混合流路1と旋回発生流路8がなす角度を90度以上180度未満にしてもよい。
Since the swirl
本実施例では、入口流路2及び入口流路3をそれぞれ4本ずつ設置しているが、それぞれ1本ずつ以上設置されていればよい。そのとき、流れが均等になるように入口流路2及び入口流路3の配置を旋回発生流路8の中心軸に対して回転対象となるよう設置するのがよい。
In the present embodiment, four
本実施例によれば、複数の流体の混合性を向上させることが可能となるため、副反応を抑制して高収率で生産性の高い混合流路を提供できる。 According to the present embodiment, it is possible to improve the mixing property of a plurality of fluids, and therefore, it is possible to provide a mixing channel with high yield and high productivity by suppressing side reactions.
本発明の実施例4を図26により説明する。図26は、実施例1から3で示した反応装置のいずれかを用いた反応プラントの構成図である。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 26 is a configuration diagram of a reaction plant using any of the reaction apparatuses shown in Examples 1 to 3.
原料貯蔵タンク41aには物質Aが含まれる流体4が貯蔵され、原料貯蔵タンク41bには物質Bが含まれる流体5が貯蔵されている。原料貯蔵タンク41aには、開閉弁42aを介してポンプ43aが接続され、原料貯蔵タンク41bには、開閉弁42bを介してポンプ43bが接続されている。
The raw
ポンプ43aには、圧力計44a,流量調節弁45a,流量計46aが順次接続され、ポンプ43bには、圧力計44b,流量調節弁45b,流量計46bが順次接続されている。流量計46aに接続される配管47aには熱媒体の流路48aにより熱媒体が供給され熱交換するようになっており、流量計46bに接続される配管47bには熱媒体の流路48bにより熱媒体が供給され熱交換するようになっている。
A
配管47aと配管47bは、恒温槽49内に設置された反応装置11に接続され、反応装置11は恒温槽49内に設置された反応流路50に接続され、反応流路50は生成物貯蔵タンク41cに接続されている。生成物貯蔵タンク41cの下部には開閉弁42cが設けられ、生成物貯蔵タンク41cから生成物を取り出すようになっている。
The
原料貯蔵タンク41aに貯蔵されている物質Aを含む流体4は、流量計46aで計測された流量計測値がフィードバックされて流量調節弁45aが調整され、ポンプ43aにより反応装置11に送られる。原料貯蔵タンク41bに貯蔵されている物質Bを含む流体5は、流量計46bで計測された流量計測値がフィードバックされて流量調節弁45bが調整され、ポンプに43bより反応装置11に送られる。
The
反応装置11と反応流路50は、恒温槽49内に設置されており、熱媒体の流路48cにより供給される熱媒体により設定された温度となるように制御されている。反応装置11に送られた流体4と流体5は、実施例1から3で説明したように、円筒形状の混合流路1に流入し旋回流を形成する。このような流れになると、二種類の流体の拡散距離が減少し、旋回流の効果により、混合性が向上し、二種類の原料は反応装置11と反応流路50内で混合、反応した後、生成物貯蔵タンク41cに貯蔵される。
The
本実施例によれば、反応装置を用いた反応プラントでは、高収率で生産量の高い反応物質を生産することが可能となる。 According to the present embodiment, a reaction plant using a reaction apparatus can produce a reactant with a high yield and a high production amount.
1 混合流路
2,3 入口流路
4,5 流体
6,7 バッファ
8 旋回発生流路
11 反応装置
12 混合流路部
13 入口流路部
14 バッファ部
21,24 穴
22,23 導入流路
31,32 バッファ入口流路
41 貯蔵タンク
42 開閉弁
43 ポンプ
44 圧力計
45 流量調節弁
46 流量計
47 配管
48 熱媒体の流路
49 恒温槽
50 反応流路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
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JP2009185397A JP2011036773A (en) | 2009-08-10 | 2009-08-10 | Reactor and reaction plant |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017111119A1 (en) | 2015-12-25 | 2017-06-29 | ウシオケミックス株式会社 | Microreactor |
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2009
- 2009-08-10 JP JP2009185397A patent/JP2011036773A/en active Pending
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