JP6759208B2 - 流体混合構造、連続反応ユニット、連続反応反応器、およびその使用方法 - Google Patents
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Description
流体混合構造を、それらの混合性能に関して評価し比較するために、試験反応を実施した。質量移動調査に適切な試験反応は、動力学的に制限されないと考えられるように十分速くなければならない。次いで反応物の変換は、質量移動速度に比例し、相間質量移動係数の直接的な計算を可能にする。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した発明を付記する。
[1] 少なくとも2種の流体成分を混合するための流体混合構造(10)であって、
前記流体混合構造(10)は、流れ入口ポートおよび流れ出口ポートを有し、
前記流体混合構造(10)は、収縮ゾーン(12)、膨張ゾーン(14)および保持ゾーン(16)を含み、前記収縮ゾーン(12)、前記膨張ゾーン(14)および前記保持ゾーン(16)はこの順序で、前記流体混合構造(10)内を流れかつ前記少なくとも2種の流体成分から構成される流体流の流入方向(IFD)に配置されており、
前記流体混合構造(10)は、前記膨張ゾーン(14)および前記保持ゾーン(16)によって形成された空間(30)に配置された流れスプリッタ(32)を含み、前記流れスプリッタ(32)は、前記流体流を、前記流体混合構造内に形成された第1の流路および第2の流路をそれぞれ流れる第1の副流体流および第2の副流体流に分割し、かつ前記第1および第2の副流体流を前記空間(30)内で混合して均質化流体流を発生させ放出し、
前記流れスプリッタ(32)は、前記第1および第2の副流体流のそれぞれのいかなる流れ要素にも、前記副流体流が混合される前に前記流入方向(IFD)で非ゼロ平均流れ成分を持たせるように配置され構成される、流体混合構造(10)。
[2] 前記少なくとも2つの流路は、形状および/長さが異なって、前記空間(30)内で前記第1および第2の副流体流を、位相を散逸させるように混合する、[1]に記載の流体混合構造(10)。
[3] 前記流体混合構造(10)の長手方向の断面では、前記流れスプリッタ(32)が、多角形状またはその形状に同相の形状を有する、[1]または[2]に記載の流体混合構造(10)。
[4] 前記多角形状が、前記収縮ゾーン(12)に対向しかつ前記流体流を前記第1および第2の副流体流に分割するバッフルとして働く第1の辺と、前記第1の副流体流に沿って延びる第2の辺と、前記第2の副流体流に沿って延びかつ前記第2の辺に接続されてほぼ下降流方向を指し示す先端を形成する第3の辺とを有する、[3]に記載の流体混合構造(10)。
[5] 前記第2および第1の辺が、三角形の辺を形成する、[4]に記載の流体混合構造(10)。
[6] 前記三角形が二等辺三角形である、[5]に記載の流体混合構造(10)。
[7] 前記三角形が直角三角形であり、前記第2および第3の辺の一方が隣辺を形成しかつ前記流入方向(IFD)に平行に延び、前記第2および第3の辺の他方が斜辺を形成する、[5]に記載の流体混合構造(10)。
[8] 前記第1の辺が、前記流入方向(IFD)とは反対の方向を指し示す頂点(42)を有し、前記頂点(42)は流れ分割点として役立つ、[4]に記載の流体混合構造(10)。
[9] 前記形状は、その鋭角状の先端の1つが前記流体流のほぼ上向きの流れ方向を指し示す平行四辺形である、[3]に記載の流体混合構造(10)。
[10] 前記少なくとも2つの流体成分の少なくとも1つが液体である、[1]〜[9]の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
[11] 前記少なくとも2つの流体成分の少なくとも1つが気体である、[1]〜[10]の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
[12] 少なくとも部分的に金属で作製されている、[1]〜[11]の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
[13] 前記混合構造が、生成物流体流として連続反応ユニット(46)から流出する少なくとも1種の生成物を形成するために、供給流体流として前記連続反応ユニット(46)に供給される複数の反応物の連続反応を行うためのプロセス流体チャネルシステム(48)が内部に形成された前記連続反応ユニット(46)の一部である、[1]〜[12]の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
[14] [1]〜[12]の何れか1項に記載の少なくとも1つの流体混合構造(10)によって形成された少なくとも1つの反応通路(54)を含むプロセス流体チャネルシステム(48)が内部に形成されている、連続反応ユニット(46)。
[15] 少なくとも1つの滞留通路(56)をさらに含む、[14]に記載の連続反応ユニット(46)。
[16] 前記少なくとも1つの反応通路(54)および前記少なくとも1つの保持通路が、前記プロセス流体チャネルシステム(48)内に交互に配置される、[15]に記載の連続反応ユニット(46)。
[17] 前記プロセス流体チャネルシステム(48)が、複数の真っ直ぐな通路および湾曲した通路を含む蛇行様構造である、[14]〜[16]の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
[18] 前記少なくとも1つの反応通路(54)のそれぞれが、前記複数の真っ直ぐな通路の1つの内部に配置される、[17]に記載の連続反応ユニット(46)。
[19] 前記連続反応ユニット(46)が、平面平行板の形状を有し、前記プロセス流体チャネルシステム(48)の長手方向断面が、前記平面平行板の向かい合う面に平行である、[14]〜[18]の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
[20] 前記平面平行板が2つのサブプレートを含み、前記2つのサブプレートが、前記長手方向断面に共に一致するそのそれぞれの接続面で互いに接続されている、[19]に記載の連続反応ユニット(46)。
[21] 前記連続反応ユニット(46)が、連続反応反応器の一部である、[14]〜[20]の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
[22] [13]〜[19]の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)を少なくとも1つ含む、連続反応反応器。
[23] 前記プロセス流体チャネルシステム(48)の温度を熱で調節するため、熱交換流体を収容し案内するための熱交換流体チャネルシステムを含む少なくとも1つの熱交換ユニットをさらに含む、[22]に記載の連続反応反応器。
[24] 前記反応器がマイクロリアクタである、[22]または[23]に記載の連続反応反応器。
[25] [1]〜[12]の何れか1項に記載の流体混合構造(10)を使用する、少なくとも2種の流体成分を含む流体流を混合するための方法。
[26] 流体供給流として前記連続反応ユニット(46)にそれぞれ供給される複数の反応物から、[14]〜[21]の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)を使用して、液体生成物流として少なくとも1種の生成物を連続的に形成する方法。
[27] 前記連続反応ユニットが、[22]〜[24]の何れか1項に記載の連続反応反応器の一部である、[26]に記載の方法。
10 流体混合構造
12 収縮ゾーン
14 膨張ゾーン
16 保持ゾーン
18 12の底面
20 14の底面
22 16の底面
24 12の側壁
26 14の側壁
28 16の側壁
30 空間
32 流れスプリッタ
34 左流路
36 右流路
38 流れ混合表面
40 流れ混合表面
42 32の流れ上流側頂点
44 32の流れ下流側頂点
46 連続反応ユニット
48 プロセス流体チャネルシステム
50 供給ポート
52 放出ポート
54 反応通路
56 滞留通路
SA 対称軸
IFD 流入方向
Claims (26)
- 少なくとも2種の流体成分を混合するための流体混合構造(10)であって、
前記流体混合構造(10)は、流れ入口ポートおよび流れ出口ポートを有し、
前記流体混合構造(10)は、収縮ゾーン(12)、膨張ゾーン(14)および保持ゾーン(16)を含み、前記収縮ゾーン(12)、前記膨張ゾーン(14)および前記保持ゾーン(16)はこの順序で、前記流体混合構造(10)内を流れかつ前記少なくとも2種の流体成分から構成される流体流の流入方向(IFD)に配置されており、
前記流体混合構造(10)は、前記膨張ゾーン(14)および前記保持ゾーン(16)によって形成された空間(30)に配置された流れスプリッタ(32)を含み、前記流れスプリッタ(32)は、前記流体流を、前記流体混合構造内に形成された第1の流路および第2の流路をそれぞれ流れる第1の副流体流および第2の副流体流に分割し、かつ前記第1および第2の副流体流を前記空間(30)内で混合して均質化流体流を発生させ放出し、
前記流れスプリッタ(32)は、前記流体混合構造(10)の長手方向の断面で、非対称な多角形状またはフレーム形状を有し、
前記流れスプリッタ(32)は、前記第1および第2の副流体流のそれぞれのいかなる流れ要素にも、前記副流体流が混合される前に前記流入方向(IFD)で非ゼロ平均流れ成分を持たせるように配置され構成される
流体混合構造(10)。 - 前記第1の流路および前記第2の流路は、形状および/長さが異なって、前記空間(30)内で前記第1および第2の副流体流を混合させ、この際前記第1および第2の副流体流はそれらが混合される前に異なる距離を移動する、請求項1に記載の流体混合構造(10)。
- 前記非対称な多角形状が、前記収縮ゾーン(12)に対向しかつ前記流体流を前記第1および第2の副流体流に分割するバッフルとして働く第1の辺と、前記第1の副流体流に沿って延びる第2の辺と、前記第2の副流体流に沿って延びかつ前記第2の辺に接続されてほぼ下降流方向を指し示す先端を形成する第3の辺とを有する、請求項1に記載の流体混合構造(10)。
- 前記第2および第1の辺が、三角形の辺を形成する、請求項3に記載の流体混合構造(10)。
- 前記三角形が二等辺三角形である、請求項4に記載の流体混合構造(10)。
- 前記三角形が直角三角形であり、前記第2および第3の辺の一方が隣辺を形成しかつ前記流入方向(IFD)に平行に延び、前記第2および第3の辺の他方が斜辺を形成する、請求項4に記載の流体混合構造(10)。
- 前記第1の辺が、前記流入方向(IFD)とは反対の方向を指し示す頂点(42)を有し、前記頂点(42)は流れ分割点として役立つ、請求項3に記載の流体混合構造(10)。
- 前記非対称な多角形状は、その鋭角状の先端の1つが前記流体流のほぼ上向きの流れ方向を指し示す平行四辺形である、請求項1に記載の流体混合構造(10)。
- 前記少なくとも2つの流体成分の少なくとも1つが液体である、請求項1〜8の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
- 前記少なくとも2つの流体成分の少なくとも1つが気体である、請求項1〜9の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
- 少なくとも部分的に金属で作製されている、請求項1〜10の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
- 前記混合構造が、生成物流体流として連続反応ユニット(46)から流出する少なくとも1種の生成物を形成するために、供給流体流として前記連続反応ユニット(46)に供給される複数の反応物の連続反応を行うためのプロセス流体チャネルシステム(48)が内部に形成された前記連続反応ユニット(46)の一部である、請求項1〜11の何れか1項に記載の流体混合構造(10)。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の少なくとも1つの流体混合構造(10)によって形成された少なくとも1つの反応通路(54)を含むプロセス流体チャネルシステム(48)が内部に形成されている、連続反応ユニット(46)。
- 少なくとも1つの滞留通路(56)をさらに含む、請求項13に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記少なくとも1つの反応通路(54)および少なくとも1つの保持通路が、前記プロセス流体チャネルシステム(48)内に交互に配置される、請求項13または14に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記プロセス流体チャネルシステム(48)が、複数の真っ直ぐな通路および湾曲した通路を含む蛇行様構造である、請求項13〜15の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記少なくとも1つの反応通路(54)のそれぞれが、前記複数の真っ直ぐな通路の1つの内部に配置される、請求項16に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記連続反応ユニット(46)が、平面平行板の形状を有し、前記プロセス流体チャネルシステム(48)の長手方向断面が、前記平面平行板の向かい合う面に平行である、請求項13〜17の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記平面平行板が2つのサブプレートを含み、前記2つのサブプレートが、前記長手方向断面に共に一致するそれらのそれぞれの接続面で互いに接続されている、請求項18に記載の連続反応ユニット(46)。
- 前記連続反応ユニット(46)が、連続反応反応器の一部である、請求項13〜19の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)。
- 請求項13〜18の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)を少なくとも1つ含む、連続反応反応器。
- 前記プロセス流体チャネルシステム(48)の温度を熱で調節するため、熱交換流体を収容し案内するための熱交換流体チャネルシステムを含む少なくとも1つの熱交換ユニットをさらに含む、請求項21に記載の連続反応反応器。
- 前記反応器がマイクロリアクタである、請求項21または22に記載の連続反応反応器。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の流体混合構造(10)を使用する、少なくとも2種の流体成分を含む流体流を混合するための方法。
- 流体供給流として前記連続反応ユニット(46)にそれぞれ供給される複数の反応物から、請求項13〜20の何れか1項に記載の連続反応ユニット(46)を使用して、液体生成物流として少なくとも1種の生成物を連続的に形成する方法。
- 前記連続反応ユニットが、請求項21〜23の何れか1項に記載の連続反応反応器の一部である、請求項25に記載の方法。
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