JP6654782B2 - Photoreactor and photoreactor - Google Patents

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本発明は光源から光反応管に試料を流通させ、光源から光反応管内の試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoreaction device that causes a sample to flow from a light source to a photoreaction tube and irradiates the sample in the photoreaction tube with light from the light source to perform a photoreaction.

従来の光反応リアクターは円筒状の二層構造になっており、内層に密閉された円筒状の光反応管、外層に密閉された円筒状の冷却管を有し、光反応管の内側に光源を挿入して使用する。内層の光反応管に試料を導入する導入口と試料を排出する排出口を有し、導入口には光反応管の底部付近に達する導入管が設置されており、光反応管の底部付近から試料が導入される。導入管から導入された試料は光反応管内を上昇し排出口から排出される。光反応管内に導入された試料が排出口から排出される時間は平均滞留時間で表される。従って、試料が短時間で排出される場合や排出されずに長時間留まる場合もある。試料が短時間で排出された場合は光の照射時間が短くなるため目的物に変換されない。また、試料が光反応管内に長時間留まる場合は光の照射時間が長くなるため目的物がさらに反応を起こし副生成物に変換される。その結果、試料の変換率が低く、副生成物の生成率が高くなるなどの問題がある。   A conventional photoreaction reactor has a cylindrical two-layer structure, which has a cylindrical photoreaction tube sealed in the inner layer, a cylindrical cooling tube sealed in the outer layer, and a light source inside the photoreaction tube. Insert and use. It has an inlet for introducing the sample into the inner layer of the photoreaction tube and an outlet for discharging the sample, and the inlet is provided with an introduction tube reaching the bottom of the photoreaction tube. A sample is introduced. The sample introduced from the introduction tube rises in the photoreaction tube and is discharged from the discharge port. The time during which the sample introduced into the photoreaction tube is discharged from the discharge port is represented by the average residence time. Therefore, the sample may be discharged in a short time or may stay for a long time without being discharged. If the sample is ejected in a short time, it will not be converted to the target because the light irradiation time will be short. Further, when the sample stays in the photoreaction tube for a long time, the irradiation time of light becomes long, and the target substance further reacts and is converted into a by-product. As a result, there are problems such as a low conversion rate of the sample and a high generation rate of by-products.

光源の周囲にらせん状の光反応管を設置した場合、らせん状の光反応管の導入口から導入された試料は光反応管に沿って流れ排出口から排出されるためショートパスを起こすことや長時間留まることがない。従って、光反応管内の滞留時間を調整できるので、試料の変換率を高くすることができ、さらに副生成物の生成も抑制することができる。   When a helical photoreaction tube is installed around the light source, the sample introduced from the inlet of the helical photoreaction tube flows along the photoreaction tube and is discharged from the outlet, causing a short path. Does not stay for a long time. Therefore, the residence time in the photoreaction tube can be adjusted, so that the conversion rate of the sample can be increased and the generation of by-products can be suppressed.

光源の周囲に密閉された円筒状の光反応管を設置した場合とらせん状の光反応管を設置した場合を比較すると、光反応管の内容量が同じであれば、らせん状の光反応管の流路の方が長くなるので、その結果、試料の光反応管内の滞留時間が長くなり、光の利用効率は高くなる。しかし、らせん状の光反応管が外部にむき出しになっているので破損しやすい、さらに加熱や冷却をして光反応管内の温度を制御することができないなどの問題がある。   Comparing the case where a sealed cylindrical photoreaction tube is installed around the light source and the case where a spiral photoreaction tube is installed, if the content of the photoreaction tube is the same, the spiral photoreaction tube Is longer, and as a result, the residence time of the sample in the photoreaction tube is longer, and the light utilization efficiency is higher. However, there are problems that the spiral photoreaction tube is exposed to the outside and thus is easily damaged, and that the temperature in the photoreaction tube cannot be controlled by heating or cooling.

このような問題から、光の利用効率を高くするためにランプとランプ内を貫通するように光反応管が設置した光反応管内蔵光反応リアクターが考案されている(特許文献1)。また、フタプレートと流路プレートをハウジングで固定し上部に設けた窓枠部より光を照射して光反応を行う光反応マイクロリアクターが考案されている(特許文献2)。さらに、光源の回りに冷却管が設置され、冷却管の回りに光反応に要求される波長の光を透過可能な材料からなるチューブがらせん状に巻かれているフロー反応装置も考案されている(特許文献3)。   From such a problem, a photoreactor with a built-in photoreaction tube in which a photoreaction tube is installed so as to penetrate through the lamp has been devised in order to increase the light use efficiency (Patent Document 1). Further, a photoreaction microreactor has been devised in which a lid plate and a flow path plate are fixed by a housing and light is irradiated from a window frame provided on an upper portion to perform a photoreaction (Patent Document 2). In addition, a flow reactor in which a cooling tube is provided around a light source and a tube made of a material capable of transmitting light having a wavelength required for photoreaction is spirally wound around the cooling tube has been devised. (Patent Document 3).

特許第3268447号公報Japanese Patent No. 3268447 特許第5715244号公報Japanese Patent No. 5715244 特開2009−219947号公報JP 2009-219947 A

円筒状の二層構造になっている光反応リアクターは、試料への光照射時間が一定でないため、試料の変換率が低くなる、また副生成物の生成率が高くなるなどの問題がある。また、フタプレートと流路プレートをハウジングで固定し上部に設けた窓枠部より光を照射して光反応を行う光反応マイクロリアクターは、反応温度を制御するための装置を設置すると装置全体の構造が複雑となる問題がある。円筒状の光源の周囲にらせん状のチューブを設置したフロー反応装置は、チューブとして合成樹脂管やガラス管が使用可能であるが、合成樹脂からなるらせん状チューブは光の透過率が低いため、光の利用効率が悪く試料の転化率が低くなる、また、らせん状ガラス製チューブがむき出しになっている場合は破損しやすく危険であるなどの問題がある。   The photoreactor having a cylindrical two-layer structure has problems such as a low conversion rate of the sample and a high generation rate of by-products because the light irradiation time on the sample is not constant. The photoreaction microreactor, which fixes the lid plate and the flow path plate with the housing and irradiates light from the window frame provided at the top to perform a photoreaction, requires a device for controlling the reaction temperature. There is a problem that the structure becomes complicated. In a flow reactor in which a spiral tube is installed around a cylindrical light source, a synthetic resin tube or a glass tube can be used as a tube, but a spiral tube made of a synthetic resin has a low light transmittance. The efficiency of light utilization is poor, the conversion of the sample is low, and if the spiral glass tube is exposed, there is a problem that it is easily damaged and dangerous.

本願発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、以下の手段を採用することによって上記の課題を解決できることを見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors of the present application have found that the above problem can be solved by employing the following means.

第一の手段は、光源を設置するための貫通した空洞部を有する光反応リアクターであって、上記光反応リアクターは、冷却あるいは加熱するための媒体を導入かつ排出できる媒体流通管と媒体流通管内に試料を導入かつ排出できる光反応管とを備え、上記光反応管が上記空洞部の回りをらせん状に設置されていることを特徴とする光反応リアクターを提供することにより、上記の目的を達成したものである。   The first means is a photoreaction reactor having a penetrating cavity for installing a light source, wherein the photoreaction reactor has a medium flow pipe and a medium flow pipe capable of introducing and discharging a medium for cooling or heating. A light reaction tube capable of introducing and discharging a sample to the light reaction tube, wherein the light reaction tube is provided in a spiral shape around the cavity, thereby providing a light reaction reactor. It has been achieved.

第二の手段は、上記光反応リアクターと、上記光反応リアクターの上記空洞部内に設置した第1光源及び/または上記媒体流通管の外側に設置した第2光源とを備え、上記第1光源及び/または上記第2光源から上記光反応管内に流通する試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置であって、上記媒体流通管内に媒体を流通させて上記光反応管内に流通する上記試料と上記光反応装置の温度を制御して光反応を実施するように上記媒体の温度を制御する温度コントローラーを備えたことを特徴とする光反応装置を提供することにより、上記の目的を達成したものである。   The second means includes the photoreactor, a first light source installed in the cavity of the photoreactor and / or a second light source installed outside the medium flow pipe, and the first light source and And / or a light reaction device for irradiating a sample flowing through the photoreaction tube from the second light source with light to perform a photoreaction, wherein a medium flows through the medium flow tube and flows through the photoreaction tube. The above object is achieved by providing a photoreactor, comprising a temperature controller that controls the temperature of the medium so as to perform a photoreaction by controlling the temperature of the sample and the photoreactor. It has been achieved.

第三の手段は、上記光反応リアクターと、上記光反応リアクターの上記空洞部内に設置した第1光源及び/または上記媒体流通管の外側に設置した第2光源とを備え、上記第1光源及び/または上記第2光源から上記光反応管内に流通する試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置であって、上記光反応装置の外側を覆う光反射体を備え、上記媒体流通管内に媒体を流通させて上記光反応管内に流通する上記試料と上記光反応装置の温度を制御して光反応を実施するように上記媒体の温度を制御する温度コントローラーを備えたことを特徴とする光反応装置を提供することにより、上記の目的を達成したものである。   The third means includes the photoreactor, a first light source installed in the cavity of the photoreactor and / or a second light source installed outside the medium flow pipe, and the first light source and And / or a light reaction device for irradiating a sample flowing in the light reaction tube from the second light source with light to perform a light reaction, comprising: a light reflector covering the outside of the light reaction device; A temperature controller that controls the temperature of the medium so as to perform a photoreaction by controlling the temperature of the sample and the photoreactor that circulates a medium in the tube and circulates in the photoreaction tube, The above object has been achieved by providing a photoreaction device that performs

本発明の第一の手段によれば、光反応リアクターの空洞部に光源を挿入することにより光源と光反応管との距離が近くなるため、光反応管内に流通する試料へ光の到達度が高くなり光の利用効率を上げることが可能になる。さらに、光反応管を媒体流通管の空洞部の回りをらせん状に設置することにより、光反応管を長くすることができる。これにより、光反応管内を流通する試料の滞留時間を長くすることができるので、試料の変換率を高くすることができる。また、媒体流通管内に光反応管を設置することにより光反応管内を流通する試料の温度と光反応装置の温度を制御して光反応を実施することができ、さらに光反応管の破損を防ぐことができる。   According to the first means of the present invention, since the distance between the light source and the photoreaction tube is reduced by inserting the light source into the cavity of the photoreaction reactor, the degree of light reaching the sample flowing in the photoreaction tube is reduced. It becomes possible to increase the light use efficiency. Furthermore, by arranging the photoreaction tube in a spiral around the hollow portion of the medium flow tube, the photoreaction tube can be lengthened. Thereby, the residence time of the sample flowing through the photoreaction tube can be lengthened, and the conversion rate of the sample can be increased. In addition, by installing the photoreaction tube in the medium flow tube, the temperature of the sample flowing through the photoreaction tube and the temperature of the photoreaction device can be controlled to perform the photoreaction, and furthermore, the photoreaction tube is prevented from being damaged. be able to.

本発明の第二の手段によれば、光反応リアクターの空洞部内に設置した光源及び/または媒体流通管の外側に設置した光源から光反応管内に流通する試料に光を照射することができるので、光強度の調整が容易になり、最適な反応条件で光反応を実施することができる。また、媒体流通管内に光反応管を設置することにより光反応管内に流通する試料の温度と光反応装置の温度を制御して光反応を実施することができ、さらに光反応管の破損を防ぐことができる。   According to the second means of the present invention, it is possible to irradiate the sample flowing in the photoreaction tube with light from the light source installed in the cavity of the photoreaction reactor and / or the light source installed outside the medium flow tube. In addition, the light intensity can be easily adjusted, and the photoreaction can be performed under optimal reaction conditions. In addition, by installing the photoreaction tube in the medium flow tube, the temperature of the sample flowing in the photoreaction tube and the temperature of the photoreaction device can be controlled to perform the photoreaction, and furthermore, the photoreaction tube is prevented from being damaged. be able to.

本発明の第三の手段によれば、光反応リアクターの空洞部内に設置した光源及び/または媒体流通管の外側に設置した光源から光反応管内に流通する試料に光を照射することができるので、光強度の調整が容易になり、最適な反応条件で光反応を実施することができる。また、光反応装置を光反射体で覆うことにより、光反応に使用されなかった光が光反射体によって反射される外部への光の漏洩を防ぐとともに、反射された光が光反応に使用されるので、より効率良く光反応を実施することができる。さらに、媒体流通管内に光反応管を設置することにより光反応管内に流通する試料の温度と光反応装置の温度を制御して光反応を実施することができ、光反応管の破損も防ぐことができる。   According to the third means of the present invention, it is possible to irradiate the sample flowing through the photoreaction tube with light from the light source installed inside the cavity of the photoreaction reactor and / or the light source installed outside the medium flow tube. In addition, the light intensity can be easily adjusted, and the photoreaction can be performed under optimal reaction conditions. In addition, by covering the light reaction device with a light reflector, light not used for the light reaction is prevented from leaking to the outside, which is reflected by the light reflector, and the reflected light is used for the light reaction. Therefore, the photoreaction can be performed more efficiently. Further, by installing the photoreaction tube in the medium flow tube, the temperature of the sample flowing in the photoreaction tube and the temperature of the photoreaction device can be controlled to perform the photoreaction, and the photoreaction tube is also prevented from being damaged. Can be.

本発明の一実施形態に係る光反応リアクターを示す図である。It is a figure showing the photoreaction reactor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る光反応装置を示す図である。It is a figure showing the photoreaction device concerning one embodiment of the present invention. 本発明の他の一実施形態に係る光反応装置を示す図である。It is a figure showing a photoreaction device concerning another embodiment of the present invention.

本発明の光反応リアクターは、光源を設置するための貫通した空洞部を有する光反応リアクターであって、上記光反応リアクターは、冷却あるいは加熱するための媒体を導入かつ排出できる媒体流通管と上記媒体流通管内に試料を導入かつ排出できる光反応管とを備え、上記光反応管が上記空洞部の回りをらせん状に設置されていることを特徴とする。   The photoreaction reactor of the present invention is a photoreaction reactor having a penetrated cavity for installing a light source, wherein the photoreaction reactor has a medium flow pipe capable of introducing and discharging a medium for cooling or heating. A light reaction tube capable of introducing and discharging a sample into the medium flow tube, wherein the light reaction tube is spirally disposed around the hollow portion.

図1に、本発明の一実施形態に係る光反応リアクター101を示す。本光反応リアクター101は媒体流通管102を有し、媒体流通管の中央には光源を設置するための空洞部103を有する。媒体流通管102には媒体導入口104と媒体排出口105と試料導入口106と試料排出口107が設置されている。媒体流通管102は、円筒状であることが好ましい。試料導入口106と試料排出口107の間は光反応管108によって接続されている。光反応管108は空洞部103の回りをらせん状に設置されている。試料は試料導入口106から導入され光反応管108を流通した後、試料排出口107より排出される。媒体は媒体導入口104から導入され媒体流通管102を流通した後、媒体排出口105より排出される。   FIG. 1 shows a photoreactor 101 according to an embodiment of the present invention. The photoreactor 101 has a medium flow tube 102, and has a cavity 103 at the center of the medium flow tube for installing a light source. The medium flow pipe 102 is provided with a medium inlet 104, a medium outlet 105, a sample inlet 106, and a sample outlet 107. The medium flow pipe 102 is preferably cylindrical. The sample inlet 106 and the sample outlet 107 are connected by a light reaction tube 108. The light reaction tube 108 is spirally installed around the cavity 103. The sample is introduced from the sample inlet 106, flows through the photoreaction tube 108, and is discharged from the sample outlet 107. The medium is introduced from the medium inlet 104 and flows through the medium flow pipe 102, and then is discharged from the medium outlet 105.

本発明の光反応装置は、上記光反応リアクターと、上記光反応リアクターの上記空洞部内に設置した第1光源及び/または上記媒体流通管の外側に設置した第2光源とを備え、上記第1光源及び/または上記第2光源から上記光反応管内に流通する試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置であって、上記媒体流通管内に媒体を流通させて上記光反応管内に流通する上記試料と上記光反応装置の温度を制御して光反応を実施するように上記媒体の温度を制御する温度コントローラーを備えている。   The photoreaction apparatus of the present invention includes the photoreaction reactor, a first light source installed in the cavity of the photoreaction reactor, and / or a second light source installed outside the medium flow pipe. A photoreactor for irradiating a sample flowing through the photoreaction tube from the light source and / or the second light source with light to perform a photoreaction, wherein a medium is passed through the medium flow tube and the photoreaction tube is introduced into the photoreaction tube. A temperature controller is provided for controlling the temperature of the medium so as to perform a photoreaction by controlling the temperature of the flowing sample and the photoreaction device.

また、本発明の光反応装置は、上記光反応リアクターと、上記光反応リアクターの上記空洞部内に設置した第1光源及び/または上記媒体流通管の外側に設置した第2光源とを備え、上記第1光源及び/または上記第2光源から上記光反応管内に流通する試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置であって、上記光反応装置の外側を覆う光反射体を備え、上記媒体流通管内に媒体を流通させて上記光反応管内に流通する上記試料と上記光反応装置の温度を制御して光反応を実施するように上記媒体の温度を制御する温度コントローラーを備えている。   The photoreaction device of the present invention includes the photoreaction reactor, a first light source installed in the cavity of the photoreaction reactor, and / or a second light source installed outside the medium flow pipe. A photoreactor for irradiating a sample flowing in the photoreaction tube from the first light source and / or the second light source with light to perform a photoreaction, comprising a light reflector covering the outside of the photoreaction device. A temperature controller that controls the temperature of the medium so as to perform a photoreaction by controlling the temperature of the sample and the photoreactor that circulates a medium in the medium flow tube and circulates in the photoreaction tube. I have.

図2に、本発明の一実施形態に係る光反応装置200を示す。図2に示すように、媒体流通管102の空洞部103に光源201を挿入する。光源201は光源接続端子202を接続し、接続線203によって光源電子安定器204に接続される。光源電子安定器204は電気コード205とスイッチ206を経由して電源207に接続される。
試料タンク208内の試料209はポンプA 210を作動することによって試料用配管211を経由して試料導入口106から導入され光反応管108を流通し試料排出口107から排出され生成物用配管212を経由して生成物タンク213に移送される。
媒体タンク214内の媒体215はポンプB 216を作動することによって媒体用配管217を経由して媒体導入口104から導入され、媒体流通管102を流通し媒体排出口105から排出され媒体用配管217を経由して媒体タンク214に循環される。
FIG. 2 shows a photoreaction device 200 according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the light source 201 is inserted into the cavity 103 of the medium flow tube 102. The light source 201 is connected to a light source connection terminal 202 and is connected to a light source electronic ballast 204 by a connection line 203. The light source electronic ballast 204 is connected to a power supply 207 via an electric cord 205 and a switch 206.
The sample 209 in the sample tank 208 is introduced from the sample inlet 106 via the sample pipe 211 by operating the pump A 210, flows through the photoreaction tube 108, is discharged from the sample outlet 107, and is discharged from the sample outlet 107 to the product pipe 212. Is transferred to the product tank 213 via
The medium 215 in the medium tank 214 is introduced from the medium inlet 104 through the medium pipe 217 by operating the pump B 216, flows through the medium flow pipe 102, and is discharged from the medium discharge port 105, and is discharged from the medium pipe 217. Is circulated to the medium tank 214 via the

媒体タンク214内の媒体215の温度は温度コントローラー218によって制御される。一実施形態において、媒体流通管102は光反射体219を用いて覆われる。ポンプA 210とポンプB 216は電気コード205を経由して電源207に接続される。
媒体タンク214内の媒体215は温度コントローラー218によって反応温度に調整した後、ポンプB 216を作動させて媒体215を媒体流通管102内に流通させて、光反応管108の温度を反応温度に調整する。
The temperature of the medium 215 in the medium tank 214 is controlled by a temperature controller 218. In one embodiment, the media flow tube 102 is covered with a light reflector 219. The pump A 210 and the pump B 216 are connected to the power supply 207 via the electric cord 205.
After adjusting the temperature of the medium 215 in the medium tank 214 to the reaction temperature by the temperature controller 218, the pump B 216 is operated to allow the medium 215 to flow through the medium flow pipe 102, and adjust the temperature of the photoreaction tube 108 to the reaction temperature. I do.

ポンプA 210を作動させて光反応管108内の試料を流通させるとともに、光源電子安定器204のスイッチ206をONにして光源201を点灯し、光反応管108内を流通する試料に光を照射して光反応を実施する。   The pump A 210 is operated to allow the sample in the photoreaction tube 108 to flow, and the switch 206 of the light source electronic ballast 204 is turned on to turn on the light source 201 and irradiate the sample flowing in the photoreaction tube 108 with light. To carry out a photoreaction.

図3に、本発明の一実施形態に係る光反応装置300を示す。図2と同じ符号は、図2と同じものを表す。反応性ガスを使用して光反応を実施する場合、ガス貯蔵タンク301とガス流量計302をガス配管303で接続する。ポンプA 210と試料導入口106の間にミキサー304を設置し、さらにガス流量計302からミキサー304の間に逆止弁305を設置しガス配管303を経由してミキサー304に接続する。   FIG. 3 shows a photoreaction device 300 according to one embodiment of the present invention. 2 denote the same components as in FIG. When a photoreaction is performed using a reactive gas, a gas storage tank 301 and a gas flow meter 302 are connected by a gas pipe 303. A mixer 304 is installed between the pump A 210 and the sample inlet 106, and a check valve 305 is installed between the gas flow meter 302 and the mixer 304, and connected to the mixer 304 via a gas pipe 303.

図3に示すように、媒体流通管102の空洞部103に光源201を挿入する。光源201は光源接続端子202を接続し、接続線203によって光源電子安定器204に接続される。光源電子安定器204は電気コード205とスイッチ206を経由して電源207に接続される。   As shown in FIG. 3, the light source 201 is inserted into the cavity 103 of the medium flow tube 102. The light source 201 is connected to a light source connection terminal 202 and is connected to a light source electronic ballast 204 by a connection line 203. The light source electronic ballast 204 is connected to a power supply 207 via an electric cord 205 and a switch 206.

試料タンク208内の試料209はポンプA 210を作動することによって試料用配管211を経由してミキサー304に導入される。ガス貯蔵タンク301内の反応性ガス306はガス流量計302を作動することによってガス配管303を経由してミキサー304に導入され、試料209と反応性ガス306はミキサー304で混合し、試料導入口106から導入され光反応管108を流通し試料排出口107から排出され生成物タンク213に移送される。   The sample 209 in the sample tank 208 is introduced into the mixer 304 via the sample pipe 211 by operating the pump A 210. The reactive gas 306 in the gas storage tank 301 is introduced into the mixer 304 via the gas pipe 303 by operating the gas flow meter 302, and the sample 209 and the reactive gas 306 are mixed by the mixer 304, and the sample introduction port It is introduced from 106, flows through the photoreaction tube 108, is discharged from the sample discharge port 107, and is transferred to the product tank 213.

媒体タンク214内の媒体215はポンプB 216を作動することによって媒体用配管217を経由して媒体導入口104から導入され、媒体流通管102を流通し媒体排出口105から排出され媒体用配管217を経由して媒体タンク214に循環される。   The medium 215 in the medium tank 214 is introduced from the medium inlet 104 through the medium pipe 217 by operating the pump B 216, flows through the medium flow pipe 102, and is discharged from the medium discharge port 105, and is discharged from the medium pipe 217. Is circulated to the medium tank 214 via the

媒体タンク214内の媒体215の温度は温度コントローラー218によって制御される。一実施形態において、媒体流通管102は光反射体219を用いて覆われる。ポンプA 210とポンプB 216は電気コード205を経由して電源207に接続される。
媒体タンク214内の媒体215は温度コントローラー218によって反応温度に調整した後、ポンプB 216を作動させて媒体215を媒体流通管102内に流通させて、光反応管108の温度を反応温度に調整する。
The temperature of the medium 215 in the medium tank 214 is controlled by a temperature controller 218. In one embodiment, the media flow tube 102 is covered with a light reflector 219. The pump A 210 and the pump B 216 are connected to the power supply 207 via the electric cord 205.
After adjusting the temperature of the medium 215 in the medium tank 214 to the reaction temperature by the temperature controller 218, the pump B 216 is operated to allow the medium 215 to flow through the medium flow pipe 102, and adjust the temperature of the photoreaction tube 108 to the reaction temperature. I do.

ポンプA 210とガス流量計302を作動させて光反応管108内に試料209と反応性ガス306の混合物を流通させるとともに、光源電子安定器204のスイッチ206をONにして光源201を点灯し、光反応管108内を流通する試料に光を照射して光反応を実施する。   The pump A 210 and the gas flow meter 302 are operated to flow the mixture of the sample 209 and the reactive gas 306 into the light reaction tube 108, and the switch 206 of the light source electronic ballast 204 is turned on to turn on the light source 201; A light reaction is performed by irradiating the sample flowing in the light reaction tube 108 with light.

本光反応装置は、光合成反応、光分解反応、光環化反応、光還元反応、光酸化反応、光ハロゲン化反応、光高分子反応、光洗浄反応、光殺菌反応、光脱臭反応などの反応を実施することができる。   This photoreaction device performs reactions such as photosynthesis, photodecomposition, photocyclization, photoreduction, photooxidation, photohalogenation, photopolymerization, photowashing, photosterilization, and photodeodorization. Can be implemented.

本光反応装置は、試料として、無機化合物、有機化合物などの化合物、水素ガス、酸素ガス、一酸化炭素、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガスなどの反応性ガスなどを使用することができる。また、不活性ガスとして窒素、アルゴンなどを使用しても良い。   The photoreactor can use compounds such as inorganic compounds and organic compounds, and reactive gases such as hydrogen gas, oxygen gas, carbon monoxide, fluorine gas, chlorine gas, bromine gas and iodine gas as samples. it can. Further, nitrogen, argon, or the like may be used as the inert gas.

本媒体流通管および本光反応管に使用する材料は、光源からの光を透過して光反応管内に流通する試料に光を照射することができる材料が使用される。耐薬品性、耐圧性、耐熱性などの性能を有していれば、様々な光反応を実施することができるので好ましい。例えば、テフロン(登録商標)樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポロエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、並質ガラス、硬質ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス、石英ガラスなどのガラスを使用することができる。光反応で要求される耐薬品性、耐圧性、耐熱性のすべてを兼ね備えているガラスを使用することが好ましい。   As the material used for the medium flow tube and the photoreaction tube, a material that can transmit light from a light source and irradiate the sample flowing through the photoreaction tube with light is used. It is preferable to have performances such as chemical resistance, pressure resistance, and heat resistance because various light reactions can be performed. For example, Teflon (registered trademark) resin, perfluoroalkoxy alkane resin, fluorine resin such as polytetrafluoroethylene resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polyethylene terephthalate resin, polyvinyl chloride resin, polystyrene resin, ABS resin, acrylic resin, Thermosetting resins such as methacrylic resins, polyamide resins, polycarbonate resins, phenolic resins, melamine resins, thermosetting resins such as unsaturated polyester resin epoxy resins, ordinary glass, hard glass, Pyrex (registered trademark) glass, quartz glass, etc. Can be used. It is preferable to use glass having all of the chemical resistance, pressure resistance, and heat resistance required for the photoreaction.

光反応に使用する光源は、光反応リアクターの空洞部に挿入できる光源(第1光源)を用いれば良く、目的とする光反応に有効な波長を持つランプを適宜使用すれば良い。例えば、紫外線ランプ、可視光ランプ、赤外線ランプ、蛍光ランプ、ブラックライト、LEDライト、水銀ランプ、キセノンランプなどのランプが使用できる。また、光源の点灯方式は、特に制限されないが、スタータ型、ラピッドスタート型、インバータ型、光源電子安定器などが使用することができる。   As the light source used for the photoreaction, a light source (first light source) that can be inserted into the cavity of the photoreaction reactor may be used, and a lamp having a wavelength effective for the intended photoreaction may be used as appropriate. For example, lamps such as an ultraviolet lamp, a visible light lamp, an infrared lamp, a fluorescent lamp, a black light, an LED light, a mercury lamp, and a xenon lamp can be used. The lighting method of the light source is not particularly limited, but a starter type, a rapid start type, an inverter type, a light source electronic ballast, or the like can be used.

本光反応装置は、空洞部に光源を挿入して使用するが、光の強度が不足して試料の変換率が悪い場合は、目的とする光反応に有効な波長を持つランプ(第2光源)を、媒体流通管の外側に設置して使用すれば良い。例えば、紫外線ランプ、可視光ランプ、赤外線ランプ、光源、ブラックライト、LEDライト、水銀ランプ、キセノンランプなどのランプが使用できる。このようにすれば、光反応管内に流通する試料に対して、光反応リアクターの空洞部に挿入した第1光源と媒体流通管の外側に設置した第2光源から光反応管に光を照射することによって、光反応を促進することができる。   This light reaction device is used by inserting a light source into the cavity. When the light intensity is insufficient and the conversion of the sample is poor, a lamp having a wavelength effective for the intended light reaction (second light source) ) May be installed and used outside the medium flow pipe. For example, lamps such as an ultraviolet lamp, a visible light lamp, an infrared lamp, a light source, a black light, an LED light, a mercury lamp, and a xenon lamp can be used. With this configuration, the sample flowing in the photoreaction tube is irradiated with light from the first light source inserted into the cavity of the photoreaction reactor and the second light source installed outside the medium flow tube. Thereby, a photoreaction can be promoted.

本光反応で使用する試料は、光反応によって目的物に変換される試料を用いれば良く、例えば、液体試料、気体試料、粒子試料を液体に懸濁させたスラリーなどの試料を使用することができる。試料を2種類以上使用する場合はミキサーを用いて試料を混合すれば良い。また、気体試料を使用する場合、試料排出口と生成物タンクの間に背圧弁などの加圧装置を設置して加圧状態で光反応を実施すれば、気体試料の液体試料への溶解度を上げることができるので、光反応の速度を向上させることができるので好ましい。   The sample used in the photoreaction may be a sample that is converted to the target substance by the photoreaction, and for example, a sample such as a liquid sample, a gas sample, or a slurry in which a particle sample is suspended in a liquid may be used. it can. When two or more types of samples are used, the samples may be mixed using a mixer. When a gas sample is used, if a pressurizing device such as a back pressure valve is installed between the sample outlet and the product tank and the photoreaction is carried out in a pressurized state, the solubility of the gas sample in the liquid sample is reduced. It is preferable since the rate of the photoreaction can be improved because the rate can be increased.

本光反応で使用する媒体は、媒体容器内に保持され、冷却装置あるいは加熱装置を用いて反応温度に設定され、循環ポンプを用いて、媒体導入口から媒体流通管に導入され、光反応間内の試料を反応温度に制御した後、媒体排出口から排出され媒体容器に戻る。媒体は、光源からの光を吸収して光反応管内に流通する試料への光の照射を妨げない媒体を自由に用いることができる。例えば、通常用いられる水、アルコール類、シリコーンオイル類などを使用することができる。   The medium used in the present photoreaction is held in a medium container, set to a reaction temperature using a cooling device or a heating device, and introduced into the medium flow pipe from the medium introduction port using a circulation pump. After controlling the sample inside to the reaction temperature, the sample is discharged from the medium outlet and returns to the medium container. As the medium, any medium that absorbs light from a light source and does not hinder irradiation of the sample flowing through the photoreaction tube with light can be used. For example, commonly used water, alcohols, silicone oils, and the like can be used.

本光反応装置は、空洞部に光源を挿入して使用するが、媒体流通管の外側を光反射体で覆うことによって、光反応に使用されなかった光を光反射体によって反射させて光反応管内に流通する試料に光を照射することができるので、光を利用効率良く利用し、光反応を促進するとともに、光の外部への漏洩も防ぐ役割を持つ。光反射体は、光を透過しないで反射できる材料を用いれば良く、例えば、ガラスの表面にアルミニウムや銀などの金属を蒸着したガラス鏡、アクリル樹脂やポリエステル樹脂の表面にアルミニウムや銀などを蒸着したプラスチック鏡、アルミニウム板、ステンレス以板、アルミホイルなどの金属も用いることができる。光源からの発熱が大きい場合は、耐熱性のある光反射体を使用すれば良い。   This photoreaction device is used with a light source inserted in the cavity, but by covering the outside of the medium flow tube with a light reflector, light not used for the photoreaction is reflected by the light reflector to produce a photoreaction. Since the sample flowing in the tube can be irradiated with light, it plays a role of using light efficiently, promoting a light reaction, and preventing light from leaking outside. The light reflector may be made of a material capable of reflecting light without transmitting light.For example, a glass mirror in which a metal such as aluminum or silver is deposited on a glass surface, or aluminum or silver is deposited on an acrylic resin or polyester resin surface Metals such as a plastic mirror, an aluminum plate, a stainless steel plate, and an aluminum foil can also be used. When heat generated from the light source is large, a light reflector having heat resistance may be used.

光反応リアクターの空洞部に挿入した第1光源と媒体流通管の外側に設置した第2光源から光反応管に光を照射して光反応を実施する場合は、媒体流通管の外側に設置した第2光源の外側を光反射体で覆うことによって、光反応に使用されなかった光を光反射体によって反射して光反応管内に流通する試料に光を照射することができるので、光を効率良く利用し、光反応を促進するとともに、光の外部への漏洩も防ぐ役割を持つ。   When irradiating light to the photoreaction tube from the first light source inserted into the cavity of the photoreaction reactor and the second light source installed outside the media flow tube to perform a photoreaction, it was installed outside the media flow tube. By covering the outside of the second light source with a light reflector, light not used for the photoreaction can be reflected by the light reflector to irradiate the sample flowing through the photoreaction tube with light. It plays a role in promoting photoreaction and preventing light from leaking outside.

本光反応装置では、本光反応リアクターは、第一の光反応リアクターと第二の光リアクターを直列に接続して使用することや、第一の光反応リアクターと第二の光反応リアクターを並列に接続して使用することもできる。本光反応リアクターでは、光反応管と光源収納部としての空洞部と媒体流通管とがコンパクトにまとまっているため、多様な組み合わせが可能となる。   In this photoreaction apparatus, this photoreaction reactor can be used by connecting the first photoreaction reactor and the second photoreactor in series, or the first photoreaction reactor and the second photoreaction reactor can be used in parallel. It can also be used by connecting to. In this photoreaction reactor, the photoreaction tube, the cavity as the light source storage section, and the medium flow tube are compactly assembled, so that various combinations are possible.

本発明の光反応リアクターは、らせん状に設置されている光反応管が媒体流通管内に設置されているため、クランプなどの固定装置で容易に固定することができる。実施する反応を考慮して、光反応リアクターを横置き、縦置き、斜め置きなど自由な角度に設置して反応を実施すれば良い。光反応リアクターを縦置きあるいは斜め置きに設置して試料を流通させる場合、試料の流通方向をアップフローあるいはダウンフローどちらでも自由に選択することができる。もし、光反応で固体が生成する場合は、縦置きあるいは斜め置きにしてダウンフローで光反応を実施すれば、固体による閉塞を防ぐことが可能である。   The photoreactor of the present invention can be easily fixed by a fixing device such as a clamp because the photoreaction tube arranged in a spiral shape is installed in the medium flow tube. In consideration of the reaction to be carried out, the reaction may be carried out by placing the photoreactor horizontally, vertically, obliquely or at any angle. When the photoreactor is placed vertically or obliquely to flow the sample, the flow direction of the sample can be freely selected in either an upflow or a downflow. If a solid is generated by the photoreaction, the blockage due to the solid can be prevented by performing the photoreaction in a downflow with the photoreactor being set vertically or obliquely.

熱媒あるいは冷媒の媒体を媒体流通管に流通させる場合、試料の導入口側から媒体を流通させても良いし、試料の排出口側から媒体を流通させても良い。   When a medium such as a heat medium or a refrigerant is allowed to flow through the medium flow pipe, the medium may be flown from the sample inlet side, or the medium may be flown from the sample outlet side.

本光反応装置は、試料をらせん状の光反応管に流通させて反応を実施することを想定して反応を実施するが、試料の光反応性が高い場合は、媒体流通管に試料を流通させて、らせん状の光反応管に媒体を流通させれば、媒体流通管に流通する試料の温度を制御して反応することもできる。   This photoreaction device performs the reaction on the assumption that the sample is passed through the spiral photoreaction tube to perform the reaction. However, when the photoreactivity of the sample is high, the sample is passed through the medium flow tube. If the medium is caused to flow through the spiral photoreaction tube, the reaction can be performed by controlling the temperature of the sample flowing through the medium flow tube.

以下に実施例を挙げて、本発明を具体的説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

[実施例1]
図3に示す光反応装置を用いた。光反応リアクターを縦置きにしてクランプで固定した。混合液と塩素ガスを、光反応リアクターの上部の試料導入口から導入し、下部の試料排出口から排出した。光反応管は内径2.0mm、長さ100cm、内容量3.1mlのものを用いた。以下の方法で反応混合液の光反応管内の滞留時間を測定した。内容量50mlのガスタイトシリンジに炭酸エチレン10.0g(0.114モル)と水10.0gの混合液を充填してシリンジポンプに装着した。シリンジポンプを作動して混合液を0.2ml/分の速度でミキサーに導入した。ガス流量計を作動して塩素ガスボンベから塩素ガスを25ml/分の速度でミキサーに導入した。ミキサー内で混合液と塩素ガスが混合された後、光反応管内を上部の試料導入口に導入されてから下部の試料排出口から排出されるまでの試料の滞留時間を計測すると40秒であった。
炭酸エチレンの光モノ塩素化反応を実施した。光反射板で覆いをした光反応リアクターをクランプで縦置きに固定した。空洞部に光源としてのブラックライト(352nm 4W)を挿入し、光源電子安定器からの光源接続端子を接続した。内容量50mlのガスタイトシリンジに炭酸エチレン10.0g(0.114モル)と水10.0gの混合液を充填しシリンジポンプに装着した。媒体流通管に70℃の温水を流通させて、光反応管を70℃に加熱した。シリンジポンプを作動させて混合液を0.2ml/分の速度でミキサーに導入し、ガス流量計を作動させて塩素ガスを25ml/分の速度でミキサーに導入し、混合液と塩素ガスをミキサーで混合して光導入口から光反応管に導入するとともに、ブラックライトの電源を入れて光反応管内の炭酸エチレンに光を照射して、光塩素化反応を実施した。生成物タンクに貯蔵された反応生成物はガスクロマトグラフィーを用いて分析をした。その結果、炭酸エチレンの転化率は20.4%、モノクロロ炭酸エチレンの選択率は89.5%、ジクロロ炭酸エチレンの選択率は10.5%、トリクロロ炭酸エチレンは生成していなかった。
[Example 1]
The photoreaction device shown in FIG. 3 was used. The photoreactor was placed vertically and fixed with a clamp. The mixed solution and chlorine gas were introduced from the sample inlet at the top of the photoreactor and discharged from the sample outlet at the bottom. The photoreaction tube used had an inner diameter of 2.0 mm, a length of 100 cm, and an inner volume of 3.1 ml. The residence time of the reaction mixture in the photoreaction tube was measured by the following method. A gas-tight syringe having an internal volume of 50 ml was filled with a mixed solution of 10.0 g (0.114 mol) of ethylene carbonate and 10.0 g of water, and attached to a syringe pump. The syringe pump was operated to introduce the mixture into the mixer at a rate of 0.2 ml / min. The gas flow meter was operated to introduce chlorine gas from the chlorine gas cylinder into the mixer at a rate of 25 ml / min. After the mixed solution and chlorine gas were mixed in the mixer, the residence time of the sample from when it was introduced into the upper sample inlet through the photoreaction tube to when it was discharged from the lower sample outlet was measured to be 40 seconds. Was.
A photomonochlorination reaction of ethylene carbonate was performed. The photoreactor covered with the light reflector was fixed vertically with a clamp. A black light (352 nm, 4 W) as a light source was inserted into the cavity, and a light source connection terminal from a light source electronic ballast was connected. A gas-tight syringe having an internal volume of 50 ml was filled with a mixed solution of 10.0 g (0.114 mol) of ethylene carbonate and 10.0 g of water, and attached to a syringe pump. Warm water at 70 ° C. was passed through the medium flow tube to heat the photoreaction tube to 70 ° C. Activate the syringe pump to introduce the mixture into the mixer at a rate of 0.2 ml / min. Activate the gas flow meter to introduce chlorine gas into the mixer at a rate of 25 ml / min. And the mixture was introduced into the photoreaction tube from the light introduction port, and while the black light was turned on, the ethylene carbonate in the photoreaction tube was irradiated with light to perform a photochlorination reaction. The reaction product stored in the product tank was analyzed using gas chromatography. As a result, the conversion of ethylene carbonate was 20.4%, the selectivity of ethylene monochlorocarbonate was 89.5%, the selectivity of ethylene dichlorocarbonate was 10.5%, and ethylene trichlorocarbonate was not produced.

[比較例1]
炭酸エチレンの光モノ塩素化反応を実施した。内容量50mlの三つ口フラスコに温度計、塩素ガス導入管、頭部に塩素ガス排出管を付けた冷却管、および磁気撹拌子を取り付けた。同フラスコ内に炭酸エチレン10.0g(0.114モル)と水を仕込んだ。フラスコの下部をオイルバス上で加熱し、フラスコ内の炭酸エチレンを70℃に昇温した。フラスコの横部にブラックライト(365nm、15W)を設置し、フラスコ及び装置全体をアルミホイルで覆った。ブラックライトの電源を入れてフラスコ内の炭酸エチレンに光を照射した。ここに、塩素ガス25ml/分の速度で3時間、トータル4500ml(0.20モル)を流通させた。反応終了後、反応生成物を室温まで冷却し、ガスクロマトグラフィーを用いて分析をした。その結果、炭酸エチレンの転化率は71.7%、モノクロロ炭酸エチレンの選択率は10.5%、ジクロロ炭酸エチレンの選択率は35.2%、トリクロロ炭酸エチレンの選択率は39.5%であった。
[Comparative Example 1]
A photomonochlorination reaction of ethylene carbonate was performed. A thermometer, a chlorine gas inlet tube, a cooling tube equipped with a chlorine gas outlet tube at the head, and a magnetic stirrer were attached to a three-neck flask having a content of 50 ml. The flask was charged with 10.0 g (0.114 mol) of ethylene carbonate and water. The lower part of the flask was heated on an oil bath, and the temperature of ethylene carbonate in the flask was raised to 70 ° C. A black light (365 nm, 15 W) was set on the side of the flask, and the flask and the entire apparatus were covered with aluminum foil. The black light was turned on to irradiate the ethylene carbonate in the flask with light. Here, a total of 4500 ml (0.20 mol) was flowed at a rate of 25 ml / min of chlorine gas for 3 hours. After the completion of the reaction, the reaction product was cooled to room temperature and analyzed using gas chromatography. As a result, the conversion of ethylene carbonate was 71.7%, the selectivity of ethylene monocarbonate was 10.5%, the selectivity of ethylene dichlorocarbonate was 35.2%, and the selectivity of ethylene trichlorocarbonate was 39.5%. there were.

101 光反応リアクター
102 媒体流通管
103 空洞部
104 媒体導入口
105 媒体排出口
106 試料導入口
107 試料排出口
108 光反応管
200 光反応装置
201 光源
202 光源接続端子
203 接続線
204 光源電子安定器
205 電気コード
206 スイッチ
207 電源
208 試料タンク
209 試料
210 ポンプA
211 試料用配管
212 生成物用配管
213 生成物タンク
214 媒体タンク
215 媒体
216 ポンプB
217 媒体用配管
218 温度コントローラー
219 光反射体
300 光反応装置
301 ガス貯蔵タンク
302 ガス流量計
303 ガス配管
304 ミキサー
305 逆止弁
306 反応性ガス
Reference Signs List 101 Photoreactor 102 Media flow tube 103 Cavity 104 Medium inlet 105 Medium outlet 106 Sample inlet 107 Sample outlet 108 Light reactor 200 Light reactor 201 Light source 202 Light source connection terminal 203 Connection line 204 Light source electronic ballast 205 Electric cord 206 Switch 207 Power supply 208 Sample tank 209 Sample 210 Pump A
211 Sample piping 212 Product piping 213 Product tank 214 Medium tank 215 Medium 216 Pump B
217 Medium piping 218 Temperature controller 219 Light reflector 300 Photoreactor 301 Gas storage tank 302 Gas flow meter 303 Gas piping 304 Mixer 305 Check valve 306 Reactive gas

Claims (2)

光源を設置するための貫通した空洞部を有する光反応リアクターであって、前記光反応リアクターは、冷却あるいは加熱するための媒体を導入かつ排出できる媒体流通管と前記媒体流通管内に試料を導入かつ排出できる光反応管とを備え、
前記光反応管が前記空洞部の回りをらせん状に設置され、
前記媒体流通管および前記光反応管がガラス製であり、
前記媒体流通管が、円筒状であり、媒体導入口と媒体排出口と試料導入口と試料排出口が設置され、
前記媒体流通管が、光反射体を用いて覆われていることを特徴とする光反応リアクター。
A photoreaction reactor having a penetrated cavity for installing a light source, wherein the photoreaction reactor introduces a sample into the medium flow pipe and a medium flow pipe capable of introducing and discharging a medium for cooling or heating, and Equipped with a light reaction tube that can be discharged,
The light reaction tube is installed in a spiral around the cavity,
The medium flow tube and the light reaction tube are made of glass,
The medium flow pipe is cylindrical, and a medium inlet, a medium outlet, a sample inlet, and a sample outlet are provided,
A photoreactor, wherein the medium flow pipe is covered with a light reflector.
請求項1に記載の光反応リアクターと、
前記光反応リアクターの前記空洞部内に設置した第1光源及び/または前記媒体流通管の外側に設置した第2光源とを備え、前記第1光源及び/または前記第2光源から前記光反応管内に流通する試料に光を照射して光反応を実施する光反応装置であって、
前記光反応装置が光源として前記第1光源のみを備える場合には前記媒体流通管の外側を覆う光反射体を備え、前記光反応装置が前記第2光源を備える場合には前記媒体流通管の外側に設置した第2光源の外側を覆う光反射体を備え、
前記媒体流通管内に媒体を流通させて前記光反応管内に流通する前記試料と前記光反応装置の温度を制御して光反応を実施するように前記媒体の温度を制御する温度コントローラーを備えたことを特徴とする光反応装置
A photoreactor according to claim 1;
A first light source installed in the cavity of the photoreactor and / or a second light source installed outside the medium flow tube; and the first light source and / or the second light source is inserted into the photoreaction tube. A photoreaction apparatus that irradiates a light to a flowing sample to perform a photoreaction,
When the light reaction device includes only the first light source as a light source, the light reaction device includes a light reflector that covers the outside of the medium flow tube. When the light reaction device includes the second light source, the light reaction device includes a light reflector. A light reflector covering the outside of the second light source installed outside;
A temperature controller that controls the temperature of the medium so as to perform a photoreaction by controlling the temperature of the sample and the photoreaction device that circulates a medium in the medium flow tube and circulates in the photoreaction tube. A photoreaction device characterized by the above-mentioned .
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