JP4779173B2 - マイクロリアクタ - Google Patents
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Description
[第1実施例]
「実験装置」
・流出口の内周(海部)の直径 2.5mm
・島部の直径 260μm
・島部の数 7
・島部の断面積/海部の断面積 1:9.3
・反応管の内周の直径 4mm
・反応管の長さ(LSM) 10cm
・分離デバイスの体積 8ml
・分離デバイスにおける二液の界面面積 2cm2
「実験操作」
θ[min]=Vr/(Va+Vo)/t ‥(2)
[第2実施例]
「実験装置」
・エレメントの縦寸法 3.2mm
・ 〃 の横寸法 5.9mm
・スタティックミキサの長さ(LSM) 9.1cm
「実験操作」
[第3実施例]
「実験装置」
「実験操作」
[第4実施例]
「実験装置」
「実験操作」
[第5実施例]
「実験装置」
「実験操作」
[実験結果の考察]
反応管が[上向き設置]の場合では、層の厚さ(前後長)が不均一な油層と水層の塊が交互にできる不規則な縞模様になった。このとき、油相が壁面を伝って上にある水層を追い越すような動きが確認できたので、表面張力や重力のためと思われる。図10に反応管が[横向き設置]のときの[海部:油相]で流量3ml/minでの流動の様子を示す。この場合は、二相が交互に等しい長さの層を形成する縞模様(層状)の流動が見られている。また、図11に反応管が[横向き設置]のときの[島部:水相]と[海部:油相]における反応時間θと抽出百分率Eについて示す。これにおいて、[海部:油相]で層状の流動をさせる抽出よりも[島部:水相]で水滴の分散相を作るときの抽出の方が1/3の反応時間で足りている(前者は0.6min、後者は0.2min)。このことより、この海島デバイスを使用した場合、層状の流動よりも液滴の分散相を作る流動の方が高い抽出率を得ることができるといえる。
図12 にスタティックミキサを用いた実験装置の正抽出実験の結果を示す。スタティックミキサは、10ml/min以上の高流速において、その性能を大きく発揮するといえる。また、「海島+LSM9.1」と「海島+SMなし」を比べると、10ml/minでスタティックミキサの有無は抽出率に影響を与えなかった。このことより、海島デバイスは、流量10ml/minでは、合流部での合流だけでスタティックミキサによって混合が十分に行われている程度の混合状態を呈しているといえる。また、合流部に海島デバイスを用いた方が、常に高い抽出率が得られていることから、予め流動を乱していた方がY字管で単純に二液を合流させるよりも、高い抽出率が得られるといえる。すなわち、この海島デバイスは、反応率の向上に有意義であることが確認できた。
図13に流量を変えて反応時間を変化させた正抽出実験の結果と、同じ装置を用いて流量を3〜40ml/minまで変化させて一回だけ流して反応時間を変化させた「流量を変えたとき」の結果と合わせて、繰返し正抽出実験の結果を示した。「流量を変えたとき」では、抽出率70%となるまでに反応時間は約6secかかるが、流量40ml/minでの繰返し正抽出では約2.5secで70%を達成できる。このことより、高流速で流動を乱す方が高い反応率を得られることがわかる。
実験結果を図14に示すが、ここでの「流量変」の流量は、それぞれプロットの左から20、10、5、3ml/minである。また、逆抽出に用いた二液10mLずつを30mLフラスコで、マグネチックスターラーにより、二液の界面に滴の層ができ始める程の状態で撹拌を行ったフラスコでの逆抽出実験についてを図15に示した。
再現性についての実験結果を、横軸に反応時間、縦軸に抽出百分率をとったグラフで図16に示す。合流部にY字管のみの場合では、3回実験を行なった結果、10%ほど抽出率がばらついた。また、合流部にプラスチック網を詰めたY字管を用いた場合では、何もない通常のY字管を用いたものに比べてある程度の再現性が見られる結果となった。
1)縞模様の流動のように、規則正しい層状の流れを作り、遅い流速で反応時間を長くするよりも、海島デバイスのような液を乱す(大きな界面面積を確保する)合流部と、スタティックミキサのように反応管での混合を促進するものを組み合わせて、早い流速で液を流し、細かく乱れた流動状態を作った方が高い反応率を得ることができる。このことより、本発明の海島デバイスは有意義であることがいえる。
2)スタティックミキサを用いて混合を行なう際に、混合前に流動を乱すような合流のさせ方によって流動を乱した方が、抽出率の再現性が高いことがわかった。この点でも、本発明にかかる海島デバイスは意義のあるものといえる。
2 筐体
3 第1流入口
4 第2流入口
5 流出口
6 ノズル
7 ノズル形成体
8 反応管
9 分離デバイス
10 シリンジポンプ
11 シリンジポンプ
12 スタティックミキサ
12a左エレメント
12b右エレメント
13 第二ノズル
14 第二ノズル形成体
15 第3流入口
16 Y字管
17 プラスチック網
a 島部
b 海部
Claims (5)
- 上流側から第1及び第2流入口を順に配し、下流側に流出口が形成された筐体内で第1及び第2流入口から別々に供給される二つの反応液を接触させて筐体内を流通させながら反応させるマイクロリアクタにおいて、筐体内に、筐体内の第1流入口と第2流入口の間を複数のノズルが形成されたノズル形成体で仕切り、第1流入口から一の反応液を供給してノズルの下流直後にノズルの形状に即した流体である島部とするとともに、ノズル形成体の下流における第2流入口から他の反応液を供給して海部とし、島部と海部とを合流させる一方、筐体を各反応液が合流した時点から下流側に向かって先細りにして流出口に続けた海島合流デバイスを設けたことを特徴とするマイクロリアクタ。
- 各ノズルが同一又は異種の形状をしている請求項1のマイクロリアクタ。
- 各ノズルの断面形状が円形をしている請求項1又は2のマイクロリアクタ。
- 各ノズルの断面形状が非円形をしている請求項1又は2のマイクロリアクタ。
- 第2流入口の下流にノズル形成体のノズル径よりも大きな径を有するノズルが形成された第2ノズル形成体を挿設するとともに、第2ノズル形成体の下流に第3流入口を形成する構成を順に構築し、各流入口からそれぞれ反応液を供給して三以上の反応液を合流させて反応させる請求項1〜4いずれかのマイクロリアクタ。
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JP2005052275A JP4779173B2 (ja) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | マイクロリアクタ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005052275A JP4779173B2 (ja) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | マイクロリアクタ |
Publications (2)
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JP2006231255A JP2006231255A (ja) | 2006-09-07 |
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- 2005-02-28 JP JP2005052275A patent/JP4779173B2/ja active Active
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