JPH1043579A

JPH1043579A - 反応器

Info

Publication number: JPH1043579A
Application number: JP21938196A
Authority: JP
Inventors: Masaru Sasaki; 勝佐々木
Original assignee: SOGO KAIHATSU KK
Current assignee: SOGO KAIHATSU KK
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】攪拌に必要な翼などの動力機構を必要とせ
ず、爆発などの恐れがないだけでなく、徐冷処理や加熱
処理にも対応できる反応器を提供する。【解決手段】同心円状に配置された金属円筒５〜７の
中に球状金属粒を充填し、これをゲートＧで緊定固着し
て形成した金属多孔体チャンバー２Ａ〜２Ｃを形成して
なる上部反応筒２を主要要素とする反応器１である。各
チャンバー２Ａ〜２Ｃの一方側に圧入パイプ８Ｐ〜１０
Ｐを設け、他方側に底板１１，１２を設ける。小径円筒
５と中径円筒６の外周部に透孔５ａ，６ａを穿設して、
径方向内側のチャンバーから外側のチャンバーに向けて
流体を移動させる一方、最外部チャンバー２Ｃの外周と
上部反応筒２の出口側に冷却用の流路２７〜２９を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、攪拌機が不要であ
って爆発などの恐れのない液体又は気体の反応器に関
し、特に、冷媒を流通させて化学反応熱を徐冷したり或
いは、熱媒体を流通させて加熱反応を促進させることの
できる反応器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に反応器には攪拌機が設けられてお
り、この攪拌機の翼を回転運動又は往復運動させること
によって混合物を均一分散させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法による均一分散には、動力機構が必要であるという煩
雑さの他に、攪拌に多大の時間を要するという問題点が
ある。また、反応物の種類や混合条件によっては異常反
応を誘発して爆発などが生じる恐れもあった。また、化
学反応により物質を重縮合する場合、反応時に化学反応
熱が発生することによって不純物が多発する場合があ
る。これを防止するには、適宜な速度で徐々に冷却させ
る徐冷処理が必要となる。一方、これとは逆に、加熱処
理によって化学反応を促進させたい場合もある。本発明
は、これらの問題点に着目してなされたものであって、
攪拌に必要な翼などの動力機構を必要とせず、しかも、
爆発などの恐れもない反応器を提供することを目的とす
る。また、徐冷処理や加熱処理が必要な場合にも好適に
対応できる他、気液を微細微粒子化して高圧で連続的に
接触させて反応、重合させることのできる反応器を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る反応器は、同心円状に配置された異な
る口径の複数個の金属筒の中に、（球状金属粒を充填し
て、その粒子と粒子間に形成される多くの間隙、即ち多
孔質体、以下単にこれを多孔質体、又は多孔質チャンバ
ーと呼称する。）多孔体チャンバーを形成してなる第１
反応筒を主要要素とする反応器であって、前記第１反応
筒の一方側には、前記各チャンバー用の流入口が設けら
れており、径方向最外部を除いた前記各チャンバーに
は、前記流入口からの軸方向流路を遮る遮蔽板が、径方
向外側に位置するチャンバーほど前記流入口から段階的
に遠ざかるように設けられており、径方向最外部に位置
するものを除き、前記各金属筒の外周部には、内側に位
置する前記遮蔽板に近接して前記遮蔽板より流入口側に
透孔が穿設されており径方向内側のチャンバーを移動し
た流体は、前記各透孔を通じて径方向外側のチャンバー
に移動して、多孔質体の中で、他の流体と混合し反応す
るようになっており、尚、前記第１反応筒の出口、即ち
大円筒(7) 底部にはリング状の金属多孔体（焼結金属で
形成した多孔体、又はリング状金属板に小孔を複数個穿
って形成したリング状ゲート(G)(以下単にゲートと呼称
する。）を嵌着し、球状金属粒を上記の金属円筒大中小
の嵌合体内に充填し上部をゲート（Ｇ₁，Ｇ₂，Ｇ₃）
で嵌合固着し、流体のみの流出入を可能とした、前記第
１反応筒の外周部、及び／又は前記第１反応筒の他方側
に熱交換用の流路が形成されている。また、遮蔽板の位
置を逆にすることにより、径方向外側のチャンバーを移
動した流体が、各透孔を通して径方向内側のチャンバー
に移動するようにしても良い。

【０００５】ここで金属多孔質体を形成する球状粒子
は、粒径や材種の異なる複数種の金属粒子を金属筒の間
に個々に充填して個別に気孔率や気孔径の異なる多孔体
チャンバーを形成する。また、金属多孔体チャンバーを
形成する。球状金属粒子の表面を予めＺn,Ｃr,Ｃu,Ａg,
Ｐt,Ｔi などの金属メッキ又は蒸着によってコートする
ようにすれば、化学反応時における金属触媒の作用を行
わせることができる。尚、混合物や化学反応物の生成に
関し、合成重縮合反応を行う場合、その温度圧力、時
間、触媒等の設定条件によっては、多孔体チャンバーを
形成する球状粒子を、金属類、窒化ケイ素、磁器等の無
機物質、又比較的軽度の化学反応や混合には、硬質、耐
熱、耐薬品性プラスチックス等の有機物質で球状粒子を
形成、又はこれを金属メッキしたもの等を目的や使用条
件を勘案して選択すればよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下実施例に基づいて、この発明
を更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る反応器１
の外観図であり、図２は、その平面図(a) と一部断面図
(b) を図示したものである。図示の通り、反応器１は、
同心３重構造からなる上部反応筒２と、ロート状に形成
された下部反応筒３とが装着されると共に、その間に中
空チャンバー４を設けて構成されている（図２）。上部
反応筒２、下部反応筒１３および中空チャンバー４の外
周部には、所要の間隙を設けて、冷却用のウォータジャ
ケットケーシング２７，２８が装着されている。上部ウ
ォータジャケット２７には、そのケーシング流路２７
ａ，２７ｂが連設されていて、必要に応じて、冷却装置
や加熱装置と連通するようになっている。同様に、下部
ウォータジャケット２８も流路２８ａ，２８ｂを介し
て、冷却装置や加熱装置と連通するようになっている。
このように構成しているのは、反応には一般に最適温度
範囲があり、その温度より高くなると副反応が起きて不
純物が多発するのみならず触媒活性を速く劣化させ、逆
に低すぎると、所定の反応速度が得られないからであ
る。中空チャンバー４の中には冷却用などに用いるコイ
ル２９が内装されている。コイル２９は、図示の通り渦
巻状をしており、コイル２９の外周部には多数のフィン
部材３０が装着されている。なお、コイル２９は、ウォ
ータジャケット２８を通過して、流路２９ａ，２９ｂに
連通している。上部反応筒２は、ステンレス、チタン、
合金などの耐食性金属で形成された大中小の金属円筒
５，６，７の中に所定の気孔率と所定の気孔径を形成す
るために、所要の径を有する球状金属粒３が充填されて
多孔体チャンバー２Ａ〜２Ｃが形成されている（図２〜
図５）。そして、小径円筒５の内周部には円板１１が密
着されており、小径円筒５と中径円筒６との間には、環
状板１２が密着されている（図４，図５）。小径円筒５
と中径円筒６の外周部には、それぞれ円板１１の上側と
環状板１２の上側に近接して、透孔５ａと透孔６ａが周
方向に複数個形成されている。この透孔５ａ，６ａは、
円板１１と環状板１２の上側に設けられており、円板１
１と環状板１２が金属円筒５，６に密着しているので、
透孔５ａは、チャンバー２Ａからチャンバー２Ｂへの流
路として機能し、透孔６ａは、チャンバー２Ｂからチャ
ンバー２Ｃへの流路として機能することになる。

【０００７】金属多孔質体８，９，１０は球状金属粒
（径はミクロン〜数１０mm）、例えばステンレス鋼系
（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０など）、工具鋼系（ＳＫ
Ｄ６１、ＳＫＤ１１など）、マルエージング鋼系（１８
Ｎi 系、２０Ｎi 系など）、高速度鋼（ＳＫＨ５０１、
ＳＫＨ５５など）、非鉄金属系（アルミ合金、チタン合
金など）の各種金属が使用される。球状金属粒を充填し
て形成する多孔質体の気孔率や気孔径は、必要に応じて
適宜に選択されるが、気孔率を７．０〜５０．０％気孔
径を所要の大きさに設定する場合は充填する球状金属粒
の粒径を選定して設定する。或いは又、充填する金属粒
は真球状に限定されるものではなく、異形粒状にても使
用可能な場合がある。一般に金属鋼球の加工は、金属線
材を該線材の径と同じ長さに切断してこれをやすり盤で
切り角を研磨しながら真球状に仕上げる。したがって、
仕上精度によって製品価格が高価で、又小径になるほど
高価格となる欠点がある。そこで、上記のような加工精
度を要求せず、切断した角が取れる程度の仕上がり。或
いは又溶融金属をアトマイズして涙滴状に形成し、これ
をやすり盤で研磨し角が取れる程度に仕上加工をしたも
の。更に低コストを求める場合は、金属、セラミックス
等を破砕し、これをふるいにかけて粒度を選別して、使
用すればよい。以上のように形成し、これをチャンバー
に充填して多孔質体を形成する場合、所要の条件を勘案
して粒形、粒度を選定して、気孔率や気孔径を制定して
形成することができる。

【０００８】金属多孔質体は、上記のような方法によっ
て製造された金属粒子を、チャンバーに充填して形成す
るが、各多孔質体の気孔率や気孔径は、中心に位置する
円筒形チャンバー２Ａ内の多孔質体が最も大きく、外周
部に位置する円筒のチャンバー２Ｃ内の多孔質体が最も
小さく設定されている。即ち、これ等は粒径の異なる原
料を個々に充填することによって形成される。嵌合した
金属円筒には下部出口へゲートＧ₄を嵌着し、チャンバ
ー２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内に所要粒形の金属粒、又はセラミ
ック粒を充填し、上部入口へゲートＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃を
嵌着して形成する。該ゲートの嵌着に関しては、これを
緊定及び着脱自在に形成できる装置、即ち円板状ゲート
Ｇ₃の外周部リング状ゲートの外周、又は内周部に螺部
を設け、該螺部が嵌合する金属円筒５，６，７の内側の
位置にも所要の螺部を形成して、両者を螺入嵌合し、筒
内に充填した金属粒体を緊定固着する。尚、該ゲートの
表面部には螺入緊定の為の、スパナ掛止孔を穿って形成
すればよい。下部反応筒３は、図８に示すように、金属
円筒１３と、その内側に装着されたロート１５内にゲー
トＧ₅を嵌着し、円筒１３内に球状金属粒を充填し、ゲ
ートＧ₆を嵌合し、緊定固着して、内部に金属多孔質体
３を形成する。なお、ロート筒１５は前加工または後加
工において、金属円筒からなる下部反応筒１３に溶接な
どにより固着する。

【０００９】続いて、図１に示す反応器１の組立て状態
を説明すると、取付け台１６に取付けられた下部ウォー
タジャケット、ケーシング２８の内部に、所要の間隙を
もたせて、冷却水が循環するように構成して、下部反応
筒１３の上に上部反応筒２を嵌着し、上部反応筒２の外
周部にも、所要の間隙をもたせて冷却水が循環するよう
に形成した上部ウォータジャケット、ケーシング２７を
装着して固定する。上部反応筒２の上部には、耐圧ケー
シングカバー１９を装着するが、ケーシングカバー１９
にはチャンバー２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内に充填した多孔質体
に、液体又は気体を圧入するための圧入パイプ８Ｐ，９
Ｐ，１０Ｐが装備されている。このケーシングカバー１
９は、下部ウォータジャケット、ケーシング２７、下部
ウォータジャケット、ケーシング２８は、それぞれフラ
ンジ１９Ｆ，２７Ｆ，２８Ｆを介して連結されている。

【００１０】図１０は本発明に係る反応器１の使用例を
示すフローシートである。液ホッパー２１ａ，２１ｂ，
２１ｃの液体Ａ，Ｂ，Ｃは、開閉バルブ２２と加圧ポン
プ２３を介して反応器１に圧入供給される。一方、反応
器１の出力は、ポンプ２４と逆止弁２５を介して次段に
供給される。なお、加圧ポンプ２３は、コンピュータ制
御器２６で制御されており、添加液ホッパー２１ｄと触
媒ホッパー２１ｅには添加液と触媒が貯留されている。
図示の通り、この反応器１の場合には、ウォータジャケ
ット２７，２８は共にラジエータ３０に接続されてお
り、循環ポンプ３０Ｐによって加圧された冷却水がウォ
ータジャケット２７，２８に供給されている。また、冷
却用渦巻コイル２９は冷却器３１に接続されており、加
圧ポンプ３１Ｐによって加圧された冷媒が冷却用渦巻コ
イル２９に供給されている。このように、この反応器１
には、冷却水や冷媒が循環しているので、化学反応時の
発熱を徐冷することができ、不純物などの発生を未然に
防止することができる。

【００１１】続いて図９を参照しつつ、図１〜図２に示
す反応器１の作動内容の一例について説明する。液ホッ
パー２１ａ〜２１ｃからＡ液〜Ｃ液は、それぞれ圧入パ
イプ８Ｐ〜１０Ｐを通ってゲートＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃を通
って多孔質体チャンバー２Ａ〜２Ｃに供給される。な
お、多孔質体チャンバー２Ａ〜２Ｃの気孔率はそれぞれ
相違するが、コンピュータ制御器２６は、この気孔率の
相違も勘案して、加圧ポンプ２３を最適な作動状態に制
御している。多孔質体チャンバー２Ａ〜２Ｃに圧入され
た各液Ａ〜Ｃは、金属多孔質体（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）に
よってそれぞれ細分化され微粒子化される。この時の流
速は、多孔質体の気孔率や液体の圧力によって定まる
が、多孔質体チャンバー２Ａの気孔率は大きいので、一
般に流速と流量が大きい状態にある。そして、多孔質体
チャンバー２Ａを降したＡ液は金属円筒５の外周に設け
た透孔５ａより流出して、多孔質体チャンバー２Ｂの中
に流入する。一方、多孔質体チャンバー２Ｂの気孔率
は、多孔質体チャンバー２Ａの気孔率より小さく形成さ
れているので、一般に流下するＢ液の流量がＡ液より少
ないが圧力は高いので逆流することはなく、透孔５ａを
流出した付近でＡ液とＢ液が均一に混合し合成される。
同様に多孔質体チャンバー２Ｃの気孔率は、多孔質体チ
ャンバー２Ｂの気孔率より更に小さく形成されているの
で、Ａ液＋Ｂ液は透孔６ａを流出した付近でＣ液と均一
に混合し合成される。その後、合成液Ａ＋Ｂ＋Ｃは中空
チャンバー４に流出するが、下部反応筒２に充填された
多孔質体３を通過することによって合成液Ａ＋Ｂ＋Ｃ
は、更に細分化され、均一分散されて反応が形成され
る。なお、重合反応すると反応液の粘性が増す場合があ
るが、このような場合には、下部反応筒１３のロート取
出口に吸引排出用の真空装置を設ける。

【００１２】以上、液体の混合反応について説明した
が、本発明に係る反応器は、気体と液体の混合反応に用
いることもできるのは勿論である。また化学反応を伴う
場合、万一異常反応をしても爆発の危険が少なく安全率
が高い。これは多孔質体の内部が微細に分割された極微
の空洞が形成されているためである。例えば１cm³の活
性炭内の微細空洞内の内面積を積算すると３０ｍ²に匹
敵すると言われているが、同様には論じられないもの
の、金属多孔質体の微細空洞の内面積の大きさが、爆発
の危険性を有効に解消している。また、多孔質体チャン
バー２Ａ〜２Ｃを形成する球状金属粒子にＰt,Ａg,Ｃu,
Ｚn,Ｃr,Ｔi,Ｎi などを選択的に使用するか、或いは、
これらの金属メッキ又は蒸着加工して金属触媒を形成す
れば、各種の反応機構を形成することができる。この化
学反応機構については、前記のように化学反応熱の徐冷
が必要な場合は冷却装置を作動させて対応し、逆に、化
学反応を促進する為に加熱を必要とする場合には、加熱
した媒質（気体や液体）を循環させて対応できるように
形成している。したがって、単なる混合から精密合成化
学、すなわち、高度の化学反応による重合反応、重縮合
反応や高温高圧を必要とする反応機構として使用するこ
とができる。なお、実施例の説明は本発明を限定するも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種の変更
が可能である。例えば、実施例の場合には、小径円筒５
→中径円筒６→大径円筒７の順に流体が移動したが、逆
に、大径円筒７→中径円筒６→小径円筒５の順に流体を
移動させても良い。この場合には図９のように中径円筒
６と大径円筒７の間に環状板１１Ａを設け、小径円筒５
と中径円筒６の間に環状板１２Ａを設けると共に、内径
円筒５と中径円筒６の外周に、それぞれ環状板１２Ａ，
１１Ａに近接して透孔５ａ，６ａを設ける。又、チャン
バー内に充填した球状金属粒はゲートＧによって保持緊
定し形成される。

【００１３】

【発明の効果】反応器は特定物質を合成する為の専用反
応器として荷動する場合であっても、反応器内部に付着
するスケル（垢）の発生は防げない。又、スケルの付着
は反応器の機能を著しく低下させる。したがって、これ
を取り除かねばならない。特に反応器のチャンバー内の
多孔質金属が、金属粉末を焼結して形成したものであれ
ば、軽度の汚れは溶剤などの洗剤を流通して除去できる
が、重度の汚れの場合は、反応器を分解して洗浄しても
大変な時間と労力を必要とする。本発明反応器の多孔質
体は、金属円筒に金属粒を充填し、これをゲートで緊定
して形成したものである。したがって、このゲートＧ₁
〜Ｇ₅を脱して筒内に充填した金属粒を取り出して洗浄
すれば、簡単にスケール等の不純物を除去することがで
きる。以上説明したように、本発明は単なる混合器とし
ても攪拌の為に翼の回転や往復運動の動力機構を必要と
せず、複数の液や気体を流通するだけで、混合物を均一
分散させることができる。また、気液を微細微粒子化し
て高圧で連続的に接触させて反応重合させることがで
き、しかも最適な温度範囲を維持して制御し、多目的に
有効に機能する極めて優秀な反応器である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反応器の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１の反応器の平面図(a) と一部断面図(b) で
ある。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図(a) 、Ｂ−Ｂ断面図(b) 、
Ｃ−Ｃ断面図(c) である。

【図４】上部反応筒の構成要素である金属円筒を図示し
たものである。

【図５】大中小の金属円筒の配置状態を図示したもので
ある。

【図６】上部反応筒の縦断面図と円板状ゲートおよびリ
ング状ゲートの図である。

【図７】下部反応筒を図示したものである。

【図８】図１の反応器の使用状態を示すフローシートで
ある。

【図９】本発明の変形例を示す図面である。

【符号の説明】

１反応器２上部（第１）反応筒２Ａ〜２Ｃ多孔体チャンバー３球状金属粒４中空チャンバー（中空筒）５〜７大中小の金属円筒５ａ，６ａ透孔２〜３多孔質体（球状金属粒）８Ｐ〜１０Ｐ圧入パイプ（流入口）１１〜１２底板２７〜２９ウォータジャケット、ケーシング（熱交
換用流路）２８ａ渦巻状コイル（熱交換用流路）Ｇゲート（Ｇ_1,Ｇ_2,Ｇ_3,Ｇ_4,Ｇ₅）２２バルブ２３ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｊ 12/00 Ｂ０１Ｊ 12/00 19/30 19/30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同心円状に配置された異なる口径の複数
個の金属筒の中に球状金属粒を密に充填してなる第１反
応筒を主要要素とする反応器であって、前記第１反応筒の一方側には、前記チャンバー用の流入
口が設けられており、径方向最外部を除いた前記チャンバーには、前記流入口
からの軸方向流路を遮る遮蔽板が、径方向外側に位置す
るチャンバーほど前記流入口から段階的に遠ざかるよう
に設けられており、径方向最外部に位置するものを除き、前記各金属筒の外
周部には、内側に位置する前記遮蔽板に近接して前記遮
蔽板より流入口側に透孔が穿設されており、径方向内側
のチャンバーを移動した流体は、前記各透孔を通して径
方向外側のチャンバーに移動して、稠密充填した球状金
属粒間の間隙の中で他の流体と混合し反応するようにな
っている。尚、上記第１反応筒の各筒の入口部、及び外
側円筒の出口部には、多孔体で形成したリング状のゲー
トを嵌着し、球状金属粒子の保持と、流体の流出入を可
能ならしめる構造に形成している。前記第１反応筒の外
周部、及び／又は、前記第１反応筒の他方側に熱交換用
の流路が形成されていることを特徴とする反応器。
【請求項２】同心円状に配置された異なる口径の複数
個の金属筒の中に、球状金属粒を稠密に充填し、微細空
隙を形成して多孔質体チャンバーを形成してなる第１反
応筒を主要要素とする反応器であって、前記第１反応筒の一方側には、前記各チャンバーを形成
してなる第１反応筒を主要要素とする反応器であって、前記第１反応筒の一方側には、前記各チャンバー用の流
入口が設けられており、中心部を除く前記各チャンバーには、前記流入口からの
軸方向流路を遮る遮蔽板が、径方向内側に位置するチャ
ンバーほど前記流入口から段階的に遠ざかるように設け
られており、径方向最外部に位置するものを除き、前記各金属筒の外
周部には、外側に位置する前記遮蔽板に近接して前記遮
蔽板より流入口側に透孔が穿設されており、径方向外側
のチャンバーを移動した流体は、前記各透孔を通して径
方向内側のチャンバーに移動して球状金属粒を稠密充填
して形成した多孔質体の間隙の中で他の流体と混合し反
応するようになっており、前記第１反応筒の外周部、及び／又は、前記第１反応筒
の他方側に熱交換用の流路が形成されていることを特徴
とする反応器。
【請求項３】前記第１反応筒の他方側には、中空筒部
を隔てて、第２反応筒が装置されており、この第２反応筒にも、金属筒の中に球状金属粒が稠密に
充填された間隙が多孔質体を形成し、該球状金属粒子を
筒内に充填保持するために、下部ロート内に多孔質板
（焼結金属で形成した多孔質板、又は金属板に小孔透孔
を複数穿って形成した多孔質板）で形成したゲートを嵌
着し、上部にもゲートを嵌着し、流体のみの流出入を可
能に形成されており、前記中空筒部に熱交換用の流路が設けられていることを
特徴とする請求項２に記載の反応器。
【請求項４】前記多孔質体を形成する球状金属粒は、
鉄、合金、非鉄金属等の金属類で形成。又は球状粒子の
表面を予めＺn,Ｃr,Ｃu,Ａg,Ｐt,Ｔi などの金属メッ
キ、又は蒸着によってコートして形成する。又、これ等
の球状粒子を耐熱、耐薬品性プラスチック類の有機物
質、又は窒化けい素磁器等のセラミックスの無機物質で
形成した球状粒子を、第１〜第２反応筒の金属円筒に充
填して、多孔質体を形成しても良い。これらは合成物に
よって選定する。又、上記の硬質球状粒子の形状は、球
状のみではなくて、異形粒子、又は金属セラミックス等
の破碎粒子を充填してもよいが好ましくは球状である。
【請求項５】前記第１反応筒の金属筒は、大中小の３
つの円筒からなり、前記第１反応筒に球状金属粒を充填
したチャンバーは、小径円筒内部の球状金属粒と小径円
筒と中径円筒の間の球状金属粒と大径円筒と中径円筒の
間の球状金属粒とで、球状粒径を異ならしめたことを特
徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載
の反応器。