JP7058873B2

JP7058873B2 - マルチチャンネル型フローリアクター

Info

Publication number: JP7058873B2
Application number: JP2018110336A
Authority: JP
Inventors: 日馨柳; 均三井; 正明佐藤; 高英福山
Original assignee: MICHS, CO., LTD.
Current assignee: MICHS, CO., LTD.
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2022-04-25
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: WO2019235582A1; JP2019209302A

Description

本発明は、複数の流路に液体を流しながら反応させるマルチチャンネル型フローリアクターに関する。

種々の化合物、例えば、工業薬品、医薬品、農薬などとして有用な有機化合物又はその中間体を、工業的に製造するために、気－液反応が利用されている。気－液反応は、回分式又は連続式によって行うことができる。

しかるに、回分式の気－液反応には、収率が低い、反応速度が遅いなどの不都合があった。そこで、連続式の気－液反応が多く利用されている。そして、連続式の気－液反応を行うための種々の反応器（リアクター）が提案されている。

例えば、特許文献１には、気体状無水硫酸（ＳＯ_３）の反応によって液状の有機物質の連続スルホン化反応を行う多管式流下膜反応器であって、それぞれの環状要素が、チューブと一体になったスリーブに合致するノズルを有する多管式流下膜反応器が、開示されている。

特許文献２では、フローリアクターが、管形又は容器形の反応器壁と、反応成分を供給するための入口と、変換された反応混合物を排出するための出口と、平行に並んで配置されかつ同じ流動方向に設計された少なくとも３つのスリット型の反応器室と、を含み、反応器室の幅ｂとスリット幅ｓとの比が平均して３を上回っており、スリット幅ｓが５～１００ｍｍの範囲内にある、フローリアクターが、開示されている。

特許文献３では、化学反応を進行させる反応流路と、該反応流路の一端に連結している、反応流路に反応させる試料を供給するための供給流路と、該反応流路の他端に連結している、反応流路から反応した生成物を排出するための排出流路とが、形成された無機透明基板を有し、無機透明基板が、弧状に湾曲した形状を有していることを特徴とする、小型反応器が、開示されている。

米国特許第５４４５８０１号公報特開２００２－５２４２５５号公報特開２０１６－０６８０１８号公報

しかしながら、従来のフローリアクターは、構造が複雑である故に製作が面倒であり、更には、短い反応時間で高収率に反応を実行することができなかった。
本発明は、簡素な構造を有し、反応時間及び収率の点で満足できる、フローリアクターを、提供することを目的としている。

本発明は、液体を流しながら反応させる反応ケースと、
液体が自重で流れるように、前記反応ケースを傾斜させて支持する、支持台と、
を備えている、マルチチャンネル型フローリアクターに関する。

前記反応ケースは、
液体を流すための複数の並設された流路溝を有する流路部と、
前記流路溝に接するように気体を流通させる気体流通部と、
前記流路部の上流端に連結されており、前記流路溝に液体を供給する、液体供給部と、
前記流路部の下流端に連結されており、前記流路溝を流れて来た液体を排出する、液体排出部と、
を備えており、
前記液体供給部は、液体を貯留して前記複数の流路溝の上流端に対して同時にオーバーフローさせながら供給するように、構成されている。

本発明の好ましい態様は次のとおりである。

［１］液体を流しながら反応させる反応ケースと、
液体が自重で流れるように、前記反応ケースを傾斜させて支持する、支持台と、
を備えており、
前記反応ケースが、
液体を流すための複数の並設された流路溝を有する流路部と、
前記流路溝に接するように気体を流通させる気体流通部と、
前記流路部の上流端に連結されており、前記流路溝に液体を供給する、液体供給部と、
前記流路部の下流端に連結されており、前記流路溝を流れて来た液体を排出する、液体排出部と、
を備えており、
前記液体供給部は、液体を貯留して前記複数の流路溝の上流端に対して同時にオーバーフローさせながら供給するように、構成されている、
ことを特徴とする、マルチチャンネル型フローリアクター。

［２］前記支持台は、前記液体供給部が上方に位置するように前記反応ケースを傾斜させて支持するようになっており、その傾斜角度を調節する調節機構を有している、［１］に記載のマルチチャンネル型フローリアクター。

［３］前記反応ケースは、前記流路部及び前記気体流通部に光を照射する光源を、着脱自在に、備えている、［１］又は［２］に記載のマルチチャンネル型フローリアクター。

［４］前記液体供給部は、複数の前記流路溝の各々に対応した複数の貯留室を有しており、隣接する貯留室の仕切壁は、液体が相互に通過可能に構成されている、［１］～［３］のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクター。

［５］前記反応ケースは、基板と、基板を覆う蓋体と、基板と蓋体とを囲んで把持する保持枠とで、構成されており、
前記流路部は、前記基板の上表面に形成された複数の流路溝で構成されており、
前記流路部の上方であって前記蓋体と前記基板との間には、空間が確保されており、該空間によって前記気体流通部が、構成されている、［１］～［４］のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクター。

［６］流路部において液体によって形成される液面である、液体と気体との界面が、流路溝の側縁よりも低い、［１］～［５］のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクター。

［７］液体である第１反応物と、気体又は液体である第２反応物とを、反応させる反応方法であって、
［１］～［６］のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクターを用いて、前記第１反応物と前記第２反応物とを流路溝において反応させる、
ことを特徴とする反応方法。

［８］反応が光反応である、［７］に記載の反応方法。

本発明のフローリアクターによれば、構造を簡素化でき、よって、容易に製作できる。また、本発明のフローリアクターによれば、反応時間が短く、収率が高く、且つ副生物が少ない、反応を、実行できる。特に、バッチリアクター（回分式反応器）に比較して、副生物を少なくできる。また、本発明のフローリアクターによれば、小型であっても、多量の液体（反応物（反応基質））を反応させることができる。更に、本発明のフローリアクターによれば、反応を容易に制御できる。制御は、流路部の傾斜角度、液体温度、液体及び気体の流速などを制御することによって、行うことができる。

本発明の第１実施形態のフローリアクターの側面図である。図１のフローリアクターの斜視図である。反応ケースの平面図である。図３のIV－IV断面図である。図４のＶ－Ｖ断面図である。図４のVI－VI断面図である。図４の略図である。図７の透視斜視図である。第２実施形態の反応ケースの平面図である。図９のＸ－Ｘ断面図である。図１０のXI－XI断面図である。図１０のXII－XII断面図である。第２実施形態の反応ケースの上流部分の透視斜視略図である。（ａ）は図１１の略図であり、（ｂ）及び（ｃ）は別の例の略図である。本発明のフローリアクターを用いた反応システムを示す模式図である。本発明のフローリアクターの一例の斜視写真である。

「マルチチャンネル型フローリアクター」とは、複数のチャンネル（流路）を有し、フロー状態（流動状態）で化学反応を行うリアクター（反応器）を意味する。

本発明のマルチチャンネル型フローリアクターは、
液体を流しながら反応させる反応ケースと、
液体が自重で流れるように、前記反応ケースを傾斜させて支持する、支持台と、
を備えている。

反応ケースにおいて、「上流」とは、液体が導入される側を意味し、「下流」とは、液体が排出される側を意味する。また、上流から下流に向けた方向を「長手方向」と称し、長手方向に対して直交する方向を「幅方向」と称することとする。

本発明のマルチチャンネル型フローリアクターは、更に、反応ケース内を流れる液体に光を照射する光源を備えているのが、好ましい。

［反応ケース］
反応ケースは、液体を自重により流しながら反応させるようになっている。

反応ケースは、
液体を流すための複数の並設された流路溝を有する流路部と、
前記流路溝に接するように気体を流通させる気体流通部と、
前記流路部の上流端に連結されており、前記流路溝に液体を供給する、液体供給部と、
前記流路部の下流端に連結されており、前記流路溝を流れて来た液体を排出する、液体排出部と、
を備えている。

反応ケースは、基板と、基板を覆う蓋体と、基板と蓋体とを囲んで把持する保持枠とで、構成されている。そして、流路部は、基板の上表面に形成された複数の流路溝で構成されている。流路部の上方であって蓋体と基板との間には、空間が確保されており、該空間によって気体流通部が、構成されている。気体流通部は、気体導入口と気体排出口とを有している。通常は、気体導入口は上流側に、気体排出口は下流側に、位置している。液体供給部は、蓋体と基板と保持枠及び／又は他部材との間に構成された貯留室を、有している。液体供給部は、下方から液体を導入するための液体導入口を有している。液体排出部も、蓋体と基板と保持枠及び／又は他部材との間に構成された貯留室を、有している。液体排出部は、下方から液体を排出するための液体排出口を有している。

反応ケースは、液体供給部を液体排出部よりも高い位置に設定して、使用される。したがって、反応ケースにおいて、液体供給部に導入された液体は、自重により、流路部を流れて液体排出部へ至る。

蓋体は、一般に、流路部、液体供給部、及び液体排出部を気密的に覆っている。蓋体によって、液体及び気体が流通する閉じた空間が形成されている。すなわち、蓋体は、液体及び気体が反応ケースから漏れないように、流路部、液体供給部、及び液体排出部を覆って、基板に固定されている。蓋体は、平面状の板でも、湾曲した板でもよい。

蓋体は、外部からの光を透過するように透光性を有していることが好ましい。蓋体の長手方向寸法は、一般に、流路部、液体供給部、及び液体排出部の長手方向寸法の合計と略同じである。

一般に、蓋体の上流側に気体導入口が設けられており、蓋体の下流側に気体排出口が設けられている。気体導入口の数は、１つでも複数（例えば２～２０、特に２～８個）でもよい。気体排出口の数は、１つでも複数（例えば２～２０、特に２～８個）でもよい。

蓋体の幅方向寸法は、一般に、流路部の幅方向寸法に一致している。

保持枠は、基板及び蓋体の周囲に設けられており、両者を一体的に保持している。これにより、反応ケースは、容易に取扱うことができる。基板及び蓋体は、保持枠によって保護されている。保持枠が取っ手を有している場合には、反応ケースをより容易に持ち運ぶことができる。

保持枠は、光源を固定できる光源支持台を有することが好ましい。光源支持台は、例えば、ネジなどの締結具を有しており、光源を着脱自在である。保持枠は、好ましくは、流路部が光源からの光の照射を受けることを考慮して、平面視において流路部を覆わないように設けられている。

基板及び蓋体は、好ましくは、反応に供される液体及び気体に対して耐性があり且つ不活性な材料でできている。そのような材料としては、例えば、石英、石英ガラス、ガラス、金属、特にニッケル合金（例えば、ハステロイ（登録商標））及びステンレス鋼などの合金、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）を採用できるが、これらに限定されるものではない。フッ素樹脂をライニングしたものを採用してもよい。蓋体及び基板には、光を透過するような透光性材料、例えば、石英、石英ガラス、又はガラスを採用するのが好ましい。

保持枠は、ある程度の強度を有する材料でできているのが好ましい。そのような材料としては、金属（例えば、鉄鋼、ステンレス鋼）、樹脂などを、採用できる。

（１）流路部
流路部は、液体を流すための複数の並設された流路溝を有している。流路溝は、基板の上表面に形成されている。基板において、流路溝が形成されている上表面は、一般に、平面である。基板は、好ましくは、蓋体との間に気体流通部となる空間を確保できるように、横断面凹状である。この場合、凹部の底面が、流路溝が形成される上表面である。

反応ケースは、基板の流路溝が水平面に対して所定範囲の傾斜角度をなすように、支持される。傾斜角度は、例えば、５～７０度、好ましくは８～６０度、より好ましくは１０～５０度、特に好ましくは１２～４０度である。このような傾斜角度を調節することによって、流路溝を流れる液体の流速を調節できる。傾斜角度を大きくすると、流速を大きくでき、傾斜角度を小さくすると、流速を小さくできる。

流路溝は、基板の長手方向に沿って形成されており、基板の幅方向に複数並んでいる。流路溝は、基板の上表面の面積に対して、８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上の面積を占めるように形成されるのが、好ましい。

液体は、流路部の全ての流路溝を均一に流れるようになっている。気－液反応の場合には、液体は、流路溝を流れながら流路溝の上方空間を流れる気体と接触する。これにより、流路部において、液体と気体との化学反応（例えば、光反応、熱反応又は触媒反応）が起こる。この反応では、液体が流路部を均一に流れるので、気液界面が増加し、よって、液体の転化率（反応生成物の収率）が向上する。液－液反応の場合には、２種類以上の反応基質を予め混合させた後、流路に流しながら反応を行うことができる。また、流路上で２種類以上の反応基質を混合させながら反応を行うことも可能である。

流路部において、液体によって形成される液面（すなわち、液体と気体との界面）は、流路溝の側縁よりも低いことが、好ましい。すなわち、液体の流れは、流路溝の側縁によって分断されていることが、好ましい。なお、液面が流路溝の側縁よりも高くなって、流路部において１つの連続した液面が形成されることも、可能である。

流路溝は、基板の長手方向に直線状に形成されているのが、好ましい。流路溝が直線状の場合には、フローリアクターにおいて、液体を均一に流すことが容易であり、より多量の液体を反応させることができる。

あるいは、流路溝は、例えば、曲線状（例えば、蛇行状、波状）又は階段状に形成されてもよい。この場合には、流路溝の流路長さを基板の長手方向寸法より長くでき、よって、気－液反応の場合には気体と液体との接触時間を長くでき、反応効率を高めることができる。

基板の長手方向寸法は、例えば、５ｃｍ～３００ｃｍ、好ましくは１０～２００ｃｍ、より好ましくは１５～１００ｃｍである。基板の幅寸法は、例えば、３ｃｍ～３００ｃｍ、好ましく４～２００ｃｍ、より好ましくは５～１００ｃｍである。基板の流路部の厚さ寸法は、特に限定されず、例えば０．５～３０ｃｍである。

流路溝の数は、例えば、２～５０個、好ましくは２～４０個、より好ましくは２～２０個、特に好ましくは３～１５個である。流路溝の幅は、例えば、１ｍｍ～５０ｍｍ、好ましくは２ｍｍ～３０ｍｍ、より好ましくは３ｍｍ～２０ｍｍ、特に好ましくは４ｍｍ～１０ｍｍである。流路溝の深さは、例えば、０．２ｍｍ～３０ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ～２０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～１０ｍｍ、特に好ましくは１ｍｍ～５ｍｍである。流路溝は、隣の流路溝と接していてもよく離れていてもよい。離れている場合の距離（側縁の幅）は、例えば、１０ｍｍ未満、特に、０．５ｍｍ～５ｍｍが好ましい。

（２）気体流通部
気体流通部は、流路溝を流れる液体に接するように、気体を流通させるようになっている。一般に、気体流通部は、基板と蓋体との間にできた空間である。

気－液反応の場合では、気体流通部を流通する気体と、流路部を流れる液体とが、反応する。液－液反応の場合では、気体流通部に気体を流通させない、又は、気体流通部に不活性ガスを流通させる。

気体流通部の容量は、例えば、０．０５～１０００Ｌ、好ましくは０．１～１００Ｌ、より好ましくは０．１５～１０Ｌである。

（３）液体供給部
液体供給部は、反応ケースの上流端部に位置している。液体供給部は、下方から液体を導入するための液体導入口を、有している。液体は、液体供給部をオーバーフローして、重力によって流路部に流れる。

液体供給部は、液体を一時的に貯める貯留室を備えている。液体は、液体導入口から導入されると、貯留室に貯まっていく。貯留室は、液体を、一定の高さ位置まで溜めた後に流路溝へオーバーフローさせるようになっている。一定の高さ位置は、流路溝の最深位置が好ましいが、それより少し高くてもよい。貯留室に溜まる液体の液面は、均一な高さを有しているので、液体は、重力によって、貯留室から全ての流路溝へ（同時に）オーバーフローする。

液体導入口の数は、１つでも複数（例えば、２～２０個、好ましくは３～１５個）でもよい。液体導入口の数は、流路溝の数と同じでもよい。複数の液体導入口を設ける場合は、等間隔に設けるのが好ましい。液体導入口及び貯留室の数は流路溝の数と同じでもよい。この場合、各貯留室は、幅方向寸法が小さいので、液体の液面をより水平にでき、よって、貯留室の液体をより均一に流路溝にオーバーフローさせることができる。更に、この場合、貯留室と隣の貯留室との間の仕切壁は、好ましくは、穿孔されていたり網状であったりすることによって、液体が相互に通過可能である。

貯留室は、蓋体と基板と保持枠及び／又は他部材とによって、構成されている。

貯留室の長手方向寸法は、例えば、０．５ｃｍ～２０ｃｍ、好ましくは１～１０ｃｍ、より好ましくは１.５～８ｃｍである。貯留室の幅方向寸法は、一般に、流路部の幅と同じである。貯留室の深さは、例えば、０．２～２０ｃｍ、好ましくは０．３～１０ｃｍ、より好ましくは０．５～５ｃｍである。

（４）液体排出部
液体排出部は、反応ケースの下流端部に位置している。液体排出部には、液体排出口が設けられている。

液体排出部は、液体を一時的に貯める貯留室を備えている。液体は、流路溝から貯留室に流れ込み、貯留室に一時的に貯まり、液体排出口から、反応ケースの外部に排出される。

液体排出部は、無くてもよいが、存在している方が好ましい。液体排出部が存在している場合には、液体が液体排出部において気体と広い接触面積で接触することが可能になり、反応の収率が高くなる。

液体排出口は、一般に、液体排出部の底部に設けられている。この場合、液体は、液体排出部の底部から下方向に排出される。液体排出口の数は、１つでも複数（例えば２～２０個）でもよい。

［支持台］
支持台は、液体供給部が液体排出部よりも上方に位置するように反応ケースを傾斜させて支持するようになっている。更に、支持台は、その傾斜角度を調節する調節機構を有している。

支持台は、一般には、フレームを組み合わせて構成されている。支持台は、例えば、反応ケースの上流端部を支持する上流縦フレームと、反応ケースの下流端部を支持する下流縦フレームと、両縦フレームを支持する横フレームと、によって、構成できる。そして、上流縦フレームは、複数の貫通孔を縦方向に並んで有しており、反応ケースの上流端部は、貫通孔に挿通される締結具によって、上流縦フレームに固定されるようになっている。締結具は、例えば、ボルト／ナット、ネジなどである。一方、反応ケースの下流端部は、下流縦フレームに対してヒンジ機構などを介して水平軸周りに回動可能に、固定されている。これにより、支持台は、高い位置の貫通孔を利用して反応ケースを固定すると、反応ケースの傾斜角度を大きくでき、低い位置の貫通孔を利用して反応ケースを固定すると、反応ケースの傾斜角度を小さくできるようになっている。すなわち、支持台は、反応ケースの傾斜角度を調節する調節機構を有している。調節機構は、反応ケースの傾斜角度を水平面に対して５～７０度の範囲で調節できるようになっている。

なお、反応ケースの傾斜角度は、反応中は一定に維持されているのが好ましいが、場合によっては反応中に変更してもよい。

［光源］
光源としては、紫外光、可視光、又は赤外光などを発生するものを、採用できる。光源は、一般に、蓋体の上に位置するように、保持枠に固定される。この場合には、蓋体は、光が流路部に照射されるように、透光性の材料でできているのが好ましい。

［化学反応］
フローリアクターを使用することによって、種々の化学反応、例えば、光反応、熱反応又は触媒反応を実行できる。実行する化学反応としては、気－液反応が好ましいが、液－液反応も可能である。また、実行する化学反応としては、光の照射によって促進される光反応が好ましい。実行できる化学反応としては、例えば、塩素化、スルホン化、水素化、カルボニル化、カルボキシル化、ホルミル化などを挙げることができる。

気－液反応の場合では、液体は、一般に、反応物（第１反応物）を溶媒に溶解した溶液である。反応物（反応基質）は、一般に、２５℃で液体又は固体である。液体は、溶媒を含まない液状の反応物であってもよい。第１反応物としては、例えば、トルエン、エチレングリコールを、採用できる。溶液の溶媒としては、水又は有機溶媒（例えば、アルコール、エステル、ケトン）を、採用できる。気体は、反応物（第２反応物）であり、気体としては、例えば、塩素、二酸化硫黄、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を、採用できる。

液－液反応の場合では、反応ケースに導入される液体が第１反応物及び第２反応物を含有している。気体は導入されない、又は、不活性ガスが気体として導入される。

以下、添付図面を参照して、本発明のフローリアクターの実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のフローリアクターの側面図（部分的に透視している側面図）である。なお、図１において、右側が「上流」であり、左側が「下流」である。フローリアクター１００は、反応ケース１０と、反応ケース１０を支持する支持台２０と、更に光源３０と、を備えている。図２は、図１のフローリアクター１００の斜視図である。なお、図２においては、光源３０を図示していない。

図３は、反応ケース１０の平面図である。図４は、図３のIV－IV断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ断面図である。図６は、図４のVI－VI断面図である。反応ケース１０は、基板１と、基板１を覆う蓋体２と、基板１と蓋体２とを囲んで把持する保持枠３とで、構成されている。図３において、蓋体２が透明であるので、流路溝１３が見えている。図４において、基板１及び保持枠３の一部の断面を省略している。

基板１は、図５及び図６に示されるように、横断面凹形状を有しており、すなわち、両縁部１１と底面１２とを有している。そして、底面１２（基板の上表面）には、上流から下流に向けた「長手方向Ｘ」に沿って直線状に延びた流路溝１３が、長手方向Ｘに対して直交する「幅方向Ｙ」に、多数（ここでは７個）並んで形成されている。これにより、流路部１０Ａが構成されている。流路溝１３は、横断面弧形状に形成されている。

蓋体２は、基板１の両縁部１１に上方から当接して基板１を覆っている。これにより、流路部１０Ａの上方であって蓋体２と基板１との間には、空間５が確保されており、該空間５によって気体流通部１０Ｂが、構成されている。気体流通部１０Ｂは、上流側に気体導入口１４１を有しており、下流側に気体排出口１４２を有している。気体導入口１４１及び気体排出口１４２は、蓋体２を貫通して形成されている。

流路部１０Ａの上流端には、流路溝１３に液体を供給する液体供給部１０Ｃが、設けられている。液体供給部１０Ｃは、液体を貯める貯留室１５と、貯留室１５に下方から液体を導入する液体導入口１５１と、を有している。貯留室１５は、例えば、蓋体２と基板１と他部材１７とによって構成されている。

そして、貯留室１５は、図７に示されるように、貯留した液体を多数の流路溝１３の上流端に対して同時にオーバーフローさせながら供給するようになっている。図８は、図７の透視斜視図である。図７に示されるように、反応ケース１０が傾斜した状態の貯留室１５において、液体は、液面１５０まで貯まると、流路溝１３に向けてオーバーフローする。

流路部１０Ａの下流端には、流路溝１３を流れて来た液体を排出する液体排出部１０Ｄが設けられている。液体排出部１０Ｄは、液体を貯める貯留室１６と、貯留室１６から下方へ液体を排出する液体排出口１５２と、を有している。貯留室１６は、例えば、蓋体２と基板１と他部材１８とによって構成されている。

支持台２０は、図１に示されるように、反応ケース１０の上流端部を支持する上流縦フレーム２１と、反応ケース１０の下流端部を支持する下流縦フレーム２２と、両縦フレーム２１、２２を支持する横フレーム２３と、によって、構成されている。上流縦フレーム２１は、幅方向に２本並設されており、幅方向両側から反応ケース１０を支持している。上流縦フレーム２１は、横フレーム２３に対して蝶ボルト２４１によって固定されて立設されており、下流縦フレーム２２は、横フレーム２３に対してねじ２４２によって固定されて立設されている。

上流縦フレーム２１は、多数の貫通孔２５を上端から縦方向に並んで有している。そして、反応ケース１０の上流端部は、貫通孔２５に挿通される締結具２４３によって、上流縦フレーム２１に固定されるようになっている。締結具２４３は、例えば、ボルト／ナット、ネジなどである。一方、反応ケース１０の下流端部は、下流縦フレーム２３に対してヒンジ機構２６などを介して水平軸周りに回動可能に、固定されている。これにより、支持台２０は、高い位置の貫通孔２５を利用して反応ケース１０を固定することにより、反応ケース１０の傾斜角度を大きくでき、低い位置の貫通孔２５を利用して反応ケース１０を固定することにより、反応ケース１０の傾斜角度を小さくできるようになっている。すなわち、支持台２０は、反応ケース１０の傾斜角度を調節する調節機構を有している。調節機構は、反応ケース１０の傾斜角度を水平面に対して５～７０度の範囲で調節できるようになっている。なお、ヒンジ機構２６の代わりに、ギア機構などを採用してもよい。

光源３０は、光源支持台３１を介して反応ケース１０に固定されている。光源支持台３１は、蝶ボルト２４４によって反応ケース１０の保持枠３に固定されている。光源支持台３１は、光源３０を旋回可能に支持しており、よって、光源３０は、光の照射方向を調節可能となっている。なお、蓋体２は、光源３０からの光を透過できるように、透光性材料でできている。

次に、本実施形態のフローリアクター１００の作動について説明する。

まず、反応ケース１０を支持台２０によって所定の傾斜角度で支持する。

次に、液体、すなわち第１反応物を含む溶液を、液体導入口１５１から貯留室１５へ導入するとともに、第２反応物を含む気体を、気体導入口１４１から空間５に導入する。これにより、液体は、貯留室１５からオーバーフローして流路溝１３を流れ、気体は、空間５を流れる。このとき、液体は、光源３０からの光を受けながら且つ流路溝１３を流れながら、気体と接触して、反応する。すなわち、光反応である気－液反応が起こる。この反応による生成物は、液状生成物及びガス状生成物の一方又は両方である。

そして、液状生成物は、液体排出部１０Ｄの貯留室１６に一時的に貯まり、液体排出口１５２から排出される。ガス状生成物は、気体排出口１４２から排出される。

以上のような本実施形態のフローリアクター１００によれば、液体と気体とを流路部１０Ａにおいて広い接触面積で接触させて反応させることができる。よって、第１反応物を高い転化率で反応させることができ、したがって、副生物の生成が殆ど無い高収率の反応を実行できる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の反応ケースの平面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ断面図である。図１１は、図１０のXI－XI断面図である。図１２は、図１０のXII－XII断面図である。図１３は、第２実施形態の反応ケースの上流部分の透視斜視略図である。図１４（ａ）は、図１１の略図である。図９において、蓋体２が透明であるので、流路溝１３が見えている。図１０において、基板１及び保持枠３の一部の断面を省略している。

本実施形態の反応ケース１０は、次の点が第１実施形態とは異なっている。
（１）流路溝１３が、平坦な底面１２に形成された仕切壁１２２で構成されている。
（２）液体供給部１０Ｃの貯留室１５が、幅方向において複数個（ここでは４個）に仕切られており、各貯留室１５に液体導入口１５１が設けられている。各貯留室１５は、各流路溝１３の上端に位置している。すなわち、貯留室１５は、流路溝１３と同数設けられている。更に、隣接する貯留室１５の間の仕切壁１５５は、貯留した液体が相互に通過可能となっている。仕切壁１５５は、例えば、穿孔されており、又は、網状である。
（３）気体導入口１４１が幅方向に並んで複数個（ここでは３個）設けられている。

本実施形態の反応ケース１０においても、液体は、各貯留室１５において、液体導入口１５１から導入され、オーバーフローして、各流路溝１３へ、流れ込む。また、気体は、気体導入口１４１から導入されて、空間５を流れる。

本実施形態の反応ケース１０によっても、第１実施形態の反応ケース１０と同様の効果を発揮できる。なお、本実施形態の反応ケース１０においては、各貯留室１５の幅寸法が第１実施形態の貯留室１５に比して小さいので、液面の表面張力による凹みが小さく、すなわち、液面がより水平に近くなるので、液体のオーバーフローがより均一に起こり、したがって、本実施形態の反応ケース１０によれば、液体を、流路部１０Ａにおいて、より均一に流すことができ、よって、反応を均等に実行できる。

なお、気体導入口１４１は、図１４（ｂ）に示されるように１個でもよく、図１４（ｃ）に示されるように４個でもよい。気体導入口１４１の数が多いほど、気体は、空間５をより均一に流れる。

（反応システム）
図１５は、本発明のフローリアクター１００を用いた反応システム（反応装置）を示す模式図である。この反応システムにおいては、まず、容器８１内の液体がプランジャーポンプ８２によって液体導入口１５１から反応ケース１０内に導入されるとともに、ボンベ８３内の塩素とボンベ８４内の窒素とがフロートメーター８５で計量されながら気体導入口１４１から反応ケース１０内に導入される。一方、光源３０から反応ケース１０内の流路部に向けて光ｈνが照射される。また、反応ケース１０の基板１は、温水循環機構によって内部を循環する温水によって加温される。温水循環機構は、タンク７１内の３０℃の温水をポンプ７２によって温水入口７３１から給水して温水出口７３２から戻すようになっている。なお、温度は、測温点７３４によってモニターできる。そして、反応ケース１０内において、液体と塩素とが、光反応である気－液反応を起こす。反応により生成した液体は、液体排出口１５２から排出されて、容器９１に貯められ、更に、塩酸ガス及び塩素ガスが容器９２においてＮａＯＨ水溶液で捕捉される。また、反応により生成した気体すなわち塩酸ガス及び塩素ガスは、気体排出口１４２から排出されて、容器９３においてＮａＯＨ水溶液で捕捉される。

（フローリアクターの写真）
図１６は、本発明の第１実施形態のフローリアクターの斜視写真である。光源を省いている。フローリアクターの反応ケースは、上流端に取っ手を有しており、フローリアクターの持ち運びが容易である。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

（実施例１）
第１実施形態のマルチチャンネル型フローリアクター１００を用いて、次式の光反応である気－液反応を実行した。

反応では，トルエンと塩素ガスを反応ケース１０に導入し，光源３０からの光照射によるトルエンの光塩素化反応をフロー系で行った。反応後、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）によって、反応によるトルエンの転化率と、トルエンのベンジル位が塩素化された塩化ベンジル（成分１）、成分１から過剰反応した二塩素化体（成分２）、及び三塩素化体（成分３）の比を、算出した．

はじめに，反応ケース１０に温度３０℃の水を循環することによって，リアクター温度の調整を行った。このとき、熱電対温度計にて測温点７３４の温度を計測すると、リアクター温度は３０．６℃であった。

次に、プランジャーポンプを用いてトルエンを流速＝５．０ｍＬ／ｍｉｎで送液し、反応ケース１０に連続的に導入した。トルエンの送液から２分後に、塩素ガスを流速＝７６０ｍＬ／ｍｉｎで反応ケース１０に連続的に導入した。このとき，トルエンは４７．０ｍｍｏｌ／ｍｉｎ，塩素ガスは３４．０ｍｍｏｌ／ｍｉｎ（トルエンの０．７２当量）の流速で反応ケース１０へ連続的に導入したことになった。

塩素ガスを導入してから、反応ケース１０を光源３０（波長:３６５ｎｍ）の光量＝２４０Ｗで光照射し，反応ケース１０においてフロー系での光塩素化反応を行った。このとき、熱電対温度計にて測温点７３４の温度を計測すると，リアクター温度は３６．７℃であった。

光照射してから約２分後に、サンプリング用のフラスコに溜まった反応液を廃棄し、フラスコ内を反応液で共洗いした。この操作を３回行った。共洗い後、サンプリング用のフラスコに溜まった反応液を約１ｍＬ採取した。

採取した反応液は、ＮＭＲ分析により，未反応のトルエン、塩化ベンジル（成分１）、過剰反応した二塩素化体（成分２）、及び三塩素化体（成分３）であることが判明した。また、採取した反応液は、ＧＣ分析により、トルエン転化率が６６．６％であり、各生成物のＧＣ面積比は、成分１が５１．７％、成分２が３８．７％、成分３が９．５％であった。なお、これら生成物以外の成分は、反応液中に存在しなかった。

上記条件による反応を検討した後、リアクター角度を１５°又は１０°にそれぞれ変更して、同様の方法で反応を実行して検討した。結果を表１に示す。

本発明のフローリアクターを用いると、工業薬品、医薬品、農薬などの分野で有用な有機化合物又はその中間体を、容易に且つ高収率で得ることができる。

１基板
２蓋体
３保持枠
１０反応ケース
１０Ａ流路部
１０Ｂ気体流通部
１０Ｃ液体供給部
１０Ｄ液体排出部
１３流路溝
１５、１６貯留室
３０光源
１００フローリアクター

Claims

液体を流しながら反応させる反応ケースと、
液体が自重で流れるように、前記反応ケースを傾斜させて支持する、支持台と、
を備えており、
前記反応ケースが、
液体を流すための複数の並設された流路溝を有する流路部と、
前記流路溝に接するように気体を流通させる気体流通部と、
前記流路部の上流端に連結されており、前記流路溝に液体を供給する、液体供給部と、
前記流路部の下流端に連結されており、前記流路溝を流れて来た液体を排出する、液体排出部と、
を備えており、
前記液体供給部は、液体を貯留して前記複数の流路溝の上流端に対して同時にオーバーフローさせながら供給するように、構成されており、
前記液体供給部は、複数の前記流路溝の各々に対応した複数の貯留室を有しており、隣接する貯留室の仕切壁は、液体が相互に通過可能に構成されている、
ことを特徴とする、マルチチャンネル型フローリアクター。
前記支持台は、前記液体供給部が上方に位置するように前記反応ケースを傾斜させて支持するようになっており、その傾斜角度を調節する調節機構を有している、
請求項１記載のマルチチャンネル型フローリアクター。
前記反応ケースは、前記流路部及び前記気体流通部に光を照射する光源を、着脱自在に、備えている、
請求項１又は２に記載のマルチチャンネル型フローリアクター。
前記反応ケースは、基板と、基板を覆う蓋体と、基板と蓋体とを囲んで把持する保持枠とで、構成されており、
前記流路部は、前記基板の上表面に形成された複数の流路溝で構成されており、
前記流路部の上方であって前記蓋体と前記基板との間には、空間が確保されており、該空間によって前記気体流通部が、構成されている、
請求項１～３のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクター。
流路部において液体によって形成される液面である、液体と気体との界面が、流路溝の側縁よりも低い、
請求項１～４のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクター。
第１反応物を含む液体と、第２反応物を含む気体又は液体とを反応させる反応方法であって、
請求項１～５のいずれか一つに記載のマルチチャンネル型フローリアクターを用いて、前記流路部において前記第１反応物と前記第２反応物とを反応させる、
ことを特徴とする反応方法。
反応が光反応である、
請求項６に記載の反応方法。