JP5212313B2 - 乳化装置 - Google Patents
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Description
上記乳化用マイクロ流体デバイスは、分散相を流す複数の分散相処理流路と、連続相を流す複数の連続相処理流路と、上記両処理流路と交差する部分で分散相と連続相を液体を合流させて乳化液滴の生成を行なう複数の液滴生成部と、上記各分散相処理流路に分岐して送液する分散相主流路と、上記各連続相処理流路に分岐して送液する連続相主流路と、上記複数の液滴生成部で生成,送出される液滴を合流させて外部へ送出するエマルジョン主流路を有し、
さらに上記各主流路に各液体または洗浄液を送液するためのポンプと、
上記各主流路の排出口に設けられた主流路開閉バルブと、
上記エマルジョン主流路から送出された液体を生成物側と廃液側に切り換える生成物/廃液切換バルブと、
エマルジョンの状態を監視するモニタリング装置と、
装置内圧力を監視する圧力センサと、
上記モニタリング装置と圧力センサの信号に基いて上記各部を制御する制御部を備えたことを特徴とする。
図1に、本発明乳化装置1の実施例1の構成を示す。本実施例では一例として連続相に水と界面活性剤の混合物を、分散相に食用油を用い、水中に油滴が分散したO/W(oil in water)型エマルジョンを生成する乳化について扱う。
液体導入部10には、連続相ポート11と分散相ポート12が設けてある。連続相ポート11は連続相ポンプ71と、分散相ポート12は分散相ポンプ72とそれぞれ図示しない配管と継手によって接続され、ポンプによって送液される原料や洗浄液を、連続相供給口13と分散相供給口14から一層上の分散相分配部20へと吐出する。
前述のプライミング終了後、出口流路切換バルブ84を連続相ポート11の方向に切り換え、任意の液滴直径が得られるように送液量を調整した連続相と分散相を乳化用マイクロ流体デバイス2へ送液する。送液量は分散相処理流路22、液滴生成流路32の大きさと個数、液体の粘性などによって変化するが、通常の場合、連続相の液量が分散相の液量より多く、比率にして3〜10倍程度の液量を取る。なお、送液開始後ポンプの送液量が安定し、プライミング時に送液したエマルジョン主流路41内の液体を置換するまでは液滴径の不揃いなエマルジョンが乳化用マイクロ流体デバイス2外へ吐出される。このため、生成開始直後は生成物/廃液切換バルブ82は廃液タンク95の方向に切り換えて生成液を廃棄し、置換が終了した後に生成物/廃液切換バルブ82を生成物タンク94方向に切り換えてエマルジョンの貯蓄を開始する。この時、ポンプを停止するとエマルジョンの液滴直径が不安定となるため、ポンプは動作させたまま生成物/廃液切換バルブ82の切換を行なう。このためダイヤフラムバルブなどの切り換え応答性の良いバルブを備えることが望ましい。
長時間のエマルジョン生成処理を行った場合、流路壁面に沈殿した微粒子や液中の微細なゴミが徐々に付着、蓄積して壁面が汚れる可能性がある。このような場合、汚れが付着した部分では流路断面積が変化するため、これに伴い流速が変動してエマルジョン液滴直径の均一性を損なう。汚れがさらに進行した場合には、流路を閉塞する可能性もあり、この場合はエマルジョンの生成自体が不可能となる。また、微小な固形粒子を含み沈殿が生じる液体を使用した場合には、粒子の沈殿を伴うため汚れの影響はより顕著となる。
エマルジョン生成処理中の定期的な洗浄の場合は、エマルジョン生成処理を再開するために、配管及び乳化用マイクロ流体デバイス2内の洗浄液を連続相、分散相に置換る液体の置換を第四段階として行なう。上記洗浄の第三段階終了後、洗浄切換バルブ81を連続相タンク91に、分散相タンク92の方向に切り換える。加えて、2個の主流路開閉バルブ83を開き、出口流路切換バルブ84を連続相ポート11の方向に切り換える。この状態で連続相ポンプ71、分散相ポンプ72を稼動させて連続相タンク91、分散相タンク92に納められた連続相、分散相を乳化用マイクロ流体デバイス2へ送液する。この結果、前述した洗浄第一段階と同様に連続相主流路31、分散相主流路21内の洗浄液が連続相と分散相に置き換わる。
Claims (7)
- 2種類の液体を送液し、微小流路内で第1の液体である分散相の周囲を第2の液体である連続相が覆うシースフローを形成し、分散相と連続相の速度差によって分散相を分断、液滴化してエマルジョンを得る乳化用マイクロ流体デバイスを搭載した乳化装置において、
上記乳化用マイクロ流体デバイスは、分散相を流す複数の分散相処理流路と、連続相を流す複数の連続相処理流路と、上記両処理流路と交差する部分で分散相と連続相を液体を合流させて乳化液滴の生成を行なう複数の液滴生成部と、上記各分散相処理流路に分岐して送液する分散相主流路と、上記各連続相処理流路に分岐して送液する連続相主流路と、上記複数の液滴生成部で生成,送出される液滴を合流させて外部へ送出するエマルジョン主流路を有し、
さらに上記各主流路に各液体または洗浄液を送液するためのポンプと、
上記各主流路の排出口に設けられた主流路開閉バルブと、
上記エマルジョン主流路から送出された液体を生成物側と廃液側に切り換える生成物/廃液切換バルブと、
エマルジョンの状態を監視するモニタリング装置と、
装置内圧力を監視する圧力センサと、
上記モニタリング装置と圧力センサの信号に基いて上記各部を制御する制御部を備えたことを特徴とする乳化装置。 - 請求項1記載の乳化装置において、
上記液滴生成部は、上記分散相処理流路が分散相を下方から上方に流すように配置され、上記連続相処理流路がこの分散相に横方向から合流するように配置され、合流後の液滴を上方に流して上記エマルジョン主流路に送液する液滴生成流路を備えたことを特徴とする乳化装置。 - 請求項1または2に記載の乳化装置において、
上記乳化用マイクロ流体デバイスは、上向きの複数の分散相処理流路を有する分散相分配部と、横向きの複数の連続相処理流路とこの流路に連なる上向きの液滴生成流路を有し上記分散相分配部の上に積層される連続相分配部と、上記エマルジョン主流路を有し上記連続相分配部の上に積層される液体排出部を備え、
上記各部を積層することにより、上記分散相分配部と連続相分配部の積層部分に前記液滴生成部が形成され、この液滴生成部に上記分散相処理流路、連続相処理流路および液滴生成流路が連通することを特徴とする乳化装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の乳化装置において、
上記液滴生成部の、合流前の分散相処理流路の寸法に対して、合流後の液滴生成流路の寸法が同等かより大きく、且つ合流後の液滴生成流路の入口に漏斗状の面取り構造を持つことを特徴とする乳化装置。 - 請求項1に記載の乳化装置において、
上記連続相主流路は、上記連続相処理流路から上記分散相処理流路に両側から液体を送液可能なように、分散相処理流路を両側から挟むように蛇行形に配置され、且つ蛇行形の両端の直線部分が中央の直線部分に比べて幅広であることを特徴とする乳化装置。 - 請求項1の乳化装置において、
各流路内のエアーを除去するプライミング処理と、沈殿物などの汚れを除去する洗浄処理を実施する際に、まず、上記主流路開閉バルブを開くと共に上記生成物/廃液切換バルブを廃棄側に切り換えた状態で、上記ポンプにより所定液を上記各主流路に供給し、次いで上記主流路開閉バルブを閉じて上記ポンプにより所定液を上記処理流路及び液滴生成部に供給し、次いで上記出口流路切換バルブを開いてエマルジョン主流路に上記ポンプにより所定液を送液するように、上記制御部により上記ポンプおよび各バルブを制御することを特徴とする乳化装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の乳化装置において、
前記液滴生成部はさらに、前記分散相処理流路に交差する連続相処理流路に加え、前記液滴生成流路に交差する第2以降の連続相処理流路を備え、上記分散相処理流路と連続相処理流路の合流部で形成されたシースフローの外周を、上記第2以降の連続相処理流路からの連続相で覆った多層シースフローを形成して、多層エマルジョンを生成することを特徴とする乳化装置。
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