JP6128932B2 - 処理装置及び処理方法 - Google Patents
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Description
なお、このような熱交換器や温調用ジャケットを用いた温調機構の場合、熱交換器の表面や温調用ジャケットが取り付けられた処理槽の内壁面だけが他の場所より加熱されたり冷却されたりするので、処理槽の内部に大きな温度ムラが発生しやすくなる。それゆえ、上述した温調機構を設ける場合には、非特許文献1に示すような攪拌手段を設けて処理槽の内部を攪拌し、処理槽の内部で原料流体の温度ができる限り均等になるように処理を行うのが一般的である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、処理槽の熱容量が大きい場合であっても、処理温度を厳密且つ高精度に制御しながら抽出、分離、反応といった化学的な操作を行うことができる処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明の処理装置は、処理温度を制御しつつ液体の原料流体を処理する処理装置であって、前記原料流体を導き入れて内部で処理を行う処理部材と、この処理部材を収容すると共に、前記原料流体と処理部材内で処理した処理生成物を貯留できる処理槽と、を具備していて、前記処理部材の内部には、この処理部材の内部に設けられて前記原料流体を流通させる微細流路と、前記微細流路の原料流体とは異なる温度とされた熱媒を流通させる熱媒流路とが、熱交換可能となるように隔離板を隔てて隔離されて配備されていて、前記処理部材は、前記微細流路及び熱媒流路を複数備えた多流路部材であり、前記処理は、2種類以上の原料流体を混合させた上で所定の処理温度で行われる化学反応であって、前記多流路部材の微細流路には、前記原料流体を流通させつつ反応させる反応流路と、前記原料流体を反応流路の途中に合流させる合流流路と、が設けられていることを特徴とする。
なお、好ましくは、前記多流路部材の微細流路には、前記熱媒流路の熱媒との間に熱交換を行うことで、前記原料流体の温度を調整しつつ原料流体の反応を行う反応流路が設けられているとよい。
[第1実施形態]
図1に示すように、本実施形態の処理装置1は、少なくとも1種類以上の原料流体を用いて、原料流体を所定の処理温度に調整しながら、抽出、分離、反応といった化学的な操作(化学的な処理)を行うものとなっている。
例えば、化学的な操作として「反応」を行う処理装置1、言い換えれば反応装置1には、2種類以上の原料流体を混合させた上で所定の処理温度で化学反応させることにより、反応生成物Cを得るような処理装置を考えることができる。また、この反応装置1には、装置内に導入する原料流体が1種類だけ(言い換えれば混合を行わないもの)であっても、所定の処理温度に加熱等することで原料流体の化学反応を行わせるものも含まれる。
い水のような重液と、重液より比重が小さな油のような軽液とを流路内で接触させ、軽液(油)に含まれる抽出対象の物質を、重液(水)に移動して、抽出対象の物質を水溶液として取り出すような装置(液液抽出装置)を考えることができる。
なお、以降の第1実施形態〜第3実施形態では、2種類以上の原料流体を混合させた上で所定の処理温度で化学反応させる反応装置1を例に挙げて、本発明の処理装置を説明する。
反応槽3(処理槽)は、上方に向かって開口した有底円筒状の容器であり、2種類の原料流体やこれらが反応して得られる反応生成物Cを内部に貯留可能となっている。この反応槽3の上方開口は、必要に応じて図示しない蓋などで閉鎖可能となっている。反応槽3の内部には、原料流体や反応生成物Cに浸漬された状態で上述した多流路部材2が収容可能となっている。
図1(a)及び図1(b)に示すように、処理配管5は、次に示す第1配管6〜第3配管8の3つの配管を組み合わして構成されている。
図4に示すように、多流路部材2は、第1配管6から供給された原液Aと、第2配管7から供給された原液Bとを微細流路10内で接触させて反応を行い、得られた反応生成物Cを取り出すものであり、上下方向に沿って長尺な板状の本体12を備えている。
図4に示すように、反応流路13は、第1配管6を通じて供給された原料Aを流路に沿って案内しつつ流路内で反応させて、反応生成物Cを生成するものである。この反応流路13は、本体12の内部を上下方向に貫通するように形成されている。つまり、反応流路13は、本体12の底面に開口した第1取入口15を備えており、この第1取入口15には上述した第1配管6が連結していて、原料槽4から取り入れられた(吸い込まれた)原液Aを本体12の内部を通って上方に向かって案内できるようになっている。また、反応流路13は、本体12の上面に、反応済みの反応生成物Cを取り出す取出口16を有しており、取出口16から取り出された反応生成物Cを反応槽3に送り出して貯留できるようになっている。
すなわち、図4に示すように、水平方向の幅に比べて上下方向の高さの方が大きい長方形の単板部材20及び隔離板21を複数枚に亘って用意する。そして、板厚方向に沿ってある単板部材20の隣に隔離板21を配備し、この隔離板21の隣に別の単板部材20を配備するといったように、単板部材20と隔離板21とを交番に積層して、多流路部材2の内部に上述した微細流路10や熱媒流路11を複数本に亘って形成している。
また、第1単板部材22の内部には、おもて面の第1溝24と、裏面の第2溝25とを結ぶ貫通孔26が形成されている。この貫通孔26は、おもて面の第1溝24と裏面の第2溝25とが交差する位置に形成されており、板厚方向に沿って形成されている。つまり、貫通孔26は、貫通孔26を介して第2溝25を流れる原料流体(原料B)を第1溝24を流れる原料流体(原料A)に合流できるようになっていて、第1溝24における貫通孔26の開口が上述した「反応流路13に対する合流流路14の合流口18」とされている。
つまり、第1単板部材22のおもて面に隔離板21を積層すれば、隔離板21により第1溝24の開口が閉鎖され、第1溝24を反応流路13として利用できるようになる。また、第1単板部材22の裏面に隔離板21を積層すれば、隔離板21により第2溝25の開口が閉鎖され、第2溝25を合流流路14として利用できるようになる。さらに、第2単板部材23のおもて面及び裏面に隔離板21を積層すれば、隔離板21により第3溝27の開口が閉鎖され、第3溝27を熱媒流路11として利用できるようになる。
例えば、反応槽3の下側に原液Bが貯留されており、原液槽4に原液Aが貯留された反応装置1において、原液Aと原液Bとを反応させて反応生成物Cを取り出す場合を考える。
れば、第1配管6に取り入れられた原料槽4の原液Aを、反応流路13に供給することが可能となる。
一方、多流路部材2の内部には、微細流路10に対して板厚方向に距離をあけて隔離された位置に、上述した熱媒流路11が形成されている。この熱媒流路11には所定の反応温度に温度調整された熱媒を供給可能となっていて、熱媒を熱媒流路11に流通させることで微細流路10を流れる原料流体を所定の反応温度に調整できるようになっている。
また、反応流路13とは反対側に向かって、微細流路10の合流流路14から隔離板21の厚み分だけ隔離した位置にも熱媒流路11が形成されており、この熱媒流路11を流通する熱媒から供給される熱を用いて、合流流路14を流れる原料Bを所定の反応温度に加熱したり冷却したりすることが可能となっている。
このようにして反応流路13の内部での反応により生成した反応生成物Cは、微細流路10の上端に形成された取出口16から多流路部材2の外部に取り出され、取り出された反応生成物Cは反応槽3に貯留される。それゆえ、図1(b)に示すように反応が進めば、原料槽4の原料Aがすべて反応槽3に移動し、微細流路10の内部で反応に用いられて、反応済みの原料流体が反応槽3に貯留されることになる。
上述した反応装置1を用いれば、原料槽4の原料Aと、反応槽3の原料Bとが、微細流路10に細かく分配された上で反応させられるため、攪拌翼などを用いて攪拌を行わなくても2種類の原料流体同士を微細流路10の内部で確実に混合して反応させることが可能となる。それゆえ、攪拌翼を用いた場合のように、原料流体同士が細分化するといった不具合を発生させることがない。
として示されるもの)は大きなものとなる。つまり、図5(b)の例では、温調用の配管111が設けられた反応槽103の内壁面の近傍は温度が高いが、逆に配管111から離れた反応槽103の中央側は、外気温の影響を大きく受けて温度が低くなり、槽内で温度の差が非常に大きくなって均一な温度条件で反応などの処理を進めることが困難になる。
以上のことから、第1実施形態の反応装置1を用いれば、反応槽3(処理槽)の熱容量が大きい場合であっても、処理温度を厳密且つ高精度に制御しながら、短時間で抽出、分離、反応といった化学的な操作を行うことができる。
[第2実施形態]
次に、図2を用いて、第2実施形態の反応装置1を説明する。
つまり、第2実施形態の反応装置1には、原料Aを貯留する第1原料槽30に加えて、原料Bを貯留する第2原料槽31が設けられている。これらの第1原料槽30及び第2原料槽31は、いずれも反応槽3の外部に、反応槽3とは別の槽として設けられており、それぞれの槽から個別に原料流体(原料A及び原料B)を反応槽3の内部に収容された多流路部材2に供給できるようになっている。
つまり、第2実施形態の反応装置1では、図2(a)に示すように、反応開始時には反応槽3に全く反応生成物Cや原料流体は貯留されていない。やがて、ポンプA及びポンプBを駆動させて、ポンプAを用いて原料Aを第1配管6を通じて多流路部材2(反応流路13の第1取入口15)に圧送すると共に、ポンプBを用いて原料Bを第2配管7を通じて多流路部材2(合流流路14の第2取入口17)に圧送する。そうすると、第1取入口15から供給された原料Aが反応流路13に沿って移動すると共に、第2取入口17から供給された原料Bが合流流路14に沿って移動し、合流口18より上方の反応流路13の内部で両原料が混合し合って反応し、反応により生成した反応生成物Cが取出口16を介して反応槽3に取り出されて貯留される。
このとき、原料Aと原料Bとの反応が完全に終了していない場合、言い換えれば反応槽3の内部に原料Aや原料Bが未反応状態で残っている場合には、第1実施形態と同様に原料Aと原料Bとの反応を完遂させるために反応槽3の原料流体を第1配管6〜第3配管8を用いて再び多流路部材2に帰還させ、多流路部材2の内部でさらに反応を進行させる。
[第3実施形態]
次に、図3を用いて、第3実施形態の反応装置1を説明する。
共に互いに相溶しない2種類の原料流体が上下2層に分かれて貯留したものである。つまり、多流路部材2の微細流路10には、反応槽3の上部から取り入れられた上層の原料流体(原料A)を流通させつつ反応させる反応流路13と、反応槽3の下部から取り入れられた下層の原料流体(原料B)を、反応流路13の途中の合流口18に合流させる合流流路14と、が設けられている。
第3実施形態の反応装置1は、2種類の原料流体が水と油のように互いに相溶しない場合であって、反応生成物Cを例えば水溶させた状態で取り出したい場合などに、有効に用いることができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
2 多流路部材
3 反応槽(処理槽)
4 原料槽
5 処理配管
6 第1配管
7 第2配管
8 第3配管
9 切替弁
10 微細流路
11 熱媒流路
12 多流路部材の本体
13 反応流路
14 合流流路
15 第1取入口
16 取出口
17 第2取入口
18 合流口
20 単板部材
21 隔離板
22 第1単板部材
23 第2単板部材
24 第1溝
25 第2溝
26 貫通孔
27 第3溝
30 第1原料槽
31 第2原料槽
103 従来の装置に設けられた反応槽
111 従来の装置に設けられた温調用の配管
A 原料
B 原料
C 反応生成物
Claims (4)
- 処理温度を制御しつつ液体の原料流体を処理する処理装置であって、
前記原料流体を導き入れて内部で処理を行う処理部材と、この処理部材を収容すると共に、前記原料流体と処理部材内で処理した処理生成物を貯留できる処理槽と、を具備していて、
前記処理部材の内部には、この処理部材の内部に設けられて前記原料流体を流通させる微細流路と、前記微細流路の原料流体とは異なる温度とされた熱媒を流通させる熱媒流路とが、熱交換可能となるように隔離板を隔てて隔離されて配備されていて、
前記処理部材は、前記微細流路及び熱媒流路を複数備えた多流路部材であり、
前記処理は、2種類以上の原料流体を混合させた上で所定の処理温度で行われる化学反応であって、
前記多流路部材の微細流路には、前記原料流体を流通させつつ反応させる反応流路と、前記原料流体を反応流路の途中に合流させる合流流路と、が設けられている
ことを特徴とする処理装置。 - 前記多流路部材の微細流路には、前記熱媒流路の熱媒との間に熱交換を行うことで、前記原料流体の温度を調整しつつ原料流体の反応を行う反応流路が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の処理装置。
- 前記処理槽には、密度が異なると共に互いに相溶しない2種類の原料流体が上下2層に分かれて貯留されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の処理装置。
- 原料流体を導き入れて内部で処理を行う処理部材と、この処理部材を収容すると共に、前記原料流体と処理部材内で処理した処理生成物を貯留できる処理槽と、を具備した処理装置を用いて、処理温度を制御しつつ液体の原料流体を処理するに際しては、
前記処理部材の内部に、前記原料流体を流通させる微細流路と、この微細流路の原料流体とは異なる温度とされた熱媒を流通させる熱媒流路とを、熱交換可能となるように隔離板を隔てて隔離して配備すると共に、
前記微細流路に、前記原料流体を流通させつつ反応させる反応流路と、前記原料流体を反応流路の途中に合流させる合流流路と、を設けておき、
前記反応流路の原料流体に合流流路の原料流体を合流させることで、前記微細流路内の原料流体の処理温度を調整しつつ、2種類以上の原料流体を混合させた上で所定の処理温度で行われる化学反応の前記処理を行うことを特徴とする処理方法。
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
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