KR101709386B1 - 다유로 기기의 운전 방법 - Google Patents

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고지 노이시키
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

다유로 기기의 운전 방법은 반응 유로가 형성된 다유로 기기의 운전 방법이며, 상기 반응 유로에 원료 유체를 유통시키면서 그 원료 유체에 화학 반응을 발생시켜 반응 생성물을 생성하는 공정을 구비하고, 상기 반응 유로를 유통하는 원료 유체 및 반응 생성물의 유체 중 적어도 한쪽의 유체의 유량이 감소한 경우에, 상기 원료 유체 및 상기 반응 생성물에 대해 불활성의 유체를, 상기 감소한 유량에 대응한 유량으로, 상기 반응 유로로의 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측의 위치에 있어서, 상기 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합한다.

Description

다유로 기기의 운전 방법{METHOD OF OPERATING MICROCHANNEL REACTOR}
본 발명은 다유로 기기의 운전 방법에 관한 것이다.
종래부터 유체 상태의 반응제(원료 유체)끼리를 접촉시켜, 혼합함으로써, 원하는 반응 생성물을 제조하는 방법으로서, 소위 마이크로 채널 리액터라고 불리는 다유로 기기를 사용하는 방법이 알려져 있다.
마이크로 채널 리액터는 표면에 미세한 홈이 형성된 기체를 구비하고 있고, 이 기체의 표면에 형성된 미세한 홈이 원료 유체끼리를 혼합하는 반응 유로를 구성한다. 다유로 기기에서는, 이 반응 유로 내에 반응 대상의 원료 유체를 흘림으로써, 단위 체적당에 있어서의 원료 유체끼리의 접촉 면적을 비약적으로 증대시켜, 원료 유체끼리의 혼합의 효율을 높이고 있다. 마이크로 채널 리액터는 화학 물질이나 약품의 제조 등의 용도에 사용된다.
하기 특허문헌 1에는 다유로 기기의 일례로서의 마이크로 채널 리액터가 개시되어 있다. 이 마이크로 채널 리액터는 리액터 내에서의 반응에 필요한 제1 반응제(제1 원료 유체)를 유통시키는 제1 도입로와, 이 제1 도입로의 흐름 방향에 있어서의 중도부에 접속됨과 함께 제2 반응제(제2 원료 유체)를 유통시키는 제2 도입로를 구비한다. 제1 도입로를 흘러 온 제1 반응제와, 제2 도입로를 흘러 온 제2 반응제는 양 도입로의 합류부에 있어서 화학 반응을 일으키고, 생성된 반응 생성물이 제1 도입로를 경유하여 반응 유로의 외부로 운반된다.
한편, 마이크로 채널 리액터와 같은 구조를 갖는 다유로 기기는 대상이 되는 유체의 가열 또는 냉각을 행하는 열교환기로서도 사용되는 경우가 있다.
가령, 특허문헌 1에 개시된 마이크로 채널 리액터를 사용하여, 원료 유체끼리를 접촉시켜, 혼합시킬 때에는 이하와 같은 문제가 발생한다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 원료 유체 A와 제2 원료 유체 B를 마이크로 채널 리액터에 도입하여, 서로 리액터 내에서 반응시키는 경우를 생각한다. 이때, 제1 원료 유체 A와 제2 원료 유체 B가, 각각 체적 유량으로 100씩 공급되어, 양 유체끼리가 반응한 결과, 체적 유량으로 200의 반응 생성물 C가 제조된 것으로 한다. 이 경우, 마이크로 채널 리액터 내에 원료가 공급된 후 반응 생성물이 생성되어 리액터 밖으로 배출될 때까지 10초간의 체류 시간이 필요하다.
그런데, 이와 같은 반응이 보다 소량의 유체를 사용하여 행해지는 경우도 있을 수 있다. 도 3에서는 제1 원료 유체 A(체적 유량 50)와 제2 원료 유체 B(체적 유량 50)를 마이크로 채널 리액터 내에 도입하여, 서로를 반응시키고 있다. 이 경우, 원료 유체의 유량이 적은 만큼, 생성되는 반응 생성물의 유량도 적어진다. 그런데, 생성되는 반응 생성물의 유량이 줄어도 유로의 용적은 바뀌지 않으므로, 원료 및 반응 생성물이 마이크로 채널 리액터 내를 유통하는 시간이 증가하고, 체류 시간도 증가한다. 예를 들어, 상기 도 2의 예의 경우에는 체류 시간이 10sec인 것에 비해, 도 3의 예에서는 체류 시간이 20sec로 증가한다. 체류 시간이 길어지면 반응 시간이 길어지고, 그 결과, 반응이 지나치게 진행되거나, 불필요한 반응이 일어난다. 이로 인해, 체적 유량으로 100의 반응 생성물을 제조할 수 있었다고 해도, 그 반응 생성물의 성분이, 목적으로 하는 성분 C와는 다른 품질의 성분 C'로 될 가능성을 부정할 수 없다.
즉, 마이크로 채널 리액터에서 제조하려고 하는 반응 생성물 중에는, 리액터 내에 체류하는 시간이 지나치게 길어지면, 불필요한 부생성물이 생기거나, 부생성물의 양이 증가한 분만큼 원하는 반응 생성물의 수율이 저하되는 경우가 있다. 그로 인해, 원료 유체의 공급량이 줄어든 경우라도 마이크로 채널 리액터에서 안정된 품질의 반응 생성물을 얻기 위해서는, 원료 유체의 공급량의 변동에 관계없이, 반응 유로 내에 있어서의 반응 생성물의 체류 시간을 일정하게 하기 위한 어떤 수단을 강구해 두는 것이 바람직하다.
물론, 복수의 반응기를 준비하여 그들 반응기 중 필요수만을 운전하는 것, 또는, 반응기에 설치된 복수의 반응 유로 중 몇 개를 어떤 수단으로 폐지하는 것 등의 방법에 의해 유량 조정을 행하고, 그것에 의해 반응 생성물의 체류 시간을 일정하게 하는 것도 생각된다. 그러나, 경제성의 문제 및 다유로 기기의 구조는 미세하다는 점에서, 이와 같은 수단을 강구하는 것은 극히 곤란하다.
일본 특허 출원 공개 제2008-168173호 공보
본 발명의 목적은 반응 생성물이 반응 유로 내에 체류하는 체류 시간을 일정하게 하여, 원하는 품질의 반응 생성물을 안정적으로 얻을 수 있는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 다유로 기기의 운전 방법은 원료 유체를 유통시키면서 화학 반응시켜 반응 생성물을 생성하는 마이크로 채널로 이루어진 반응 유로가 형성된 다유로 기기를 운전할 때, 상기 반응 유로를 유통하는 원료 유체 및 반응 생성물 중 하나 이상의 유량이 미리 정해진 유량으로부터 감소한 경우에는, 상기 원료 유체 및 반응 생성물에 대해 불활성의 유체를, 상기 원료 유체 또는 반응 생성물의 유량 감소분과 같은 양만큼, 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측에서 혼합시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반응 유로에 있어서, 불활성의 유체를 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측이며, 상기 반응 생성물의 취출 위치보다도 상류측에서 혼합하는 것이 좋다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 다유로 기기가 설치된 화학 제조 장치의 모식도이다.
도 2는 본 실시 형태의 제1 비교예에 의한 다유로 기기에 대한 원료 유체 및 반응 생성물의 수지 상태의 설명도이다.
도 3은 본 실시 형태의 제2 비교예에 의한 다유로 기기에 대한 원료 유체 및 반응 생성물의 수지 상태의 설명도이다.
도 4는 본 실시 형태에 의한 다유로 기기에 대한 원료 유체 및 반응 생성물의 수지 상태의 설명도이다.
도 5는 다유로 기기를 유로판마다 분해하여 도시한 분해도이다.
도 6은 다유로 기기에 사용되는 유로판의 표면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 다유로 기기 내에서의 유체의 흐름을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 다유로 기기(1)를 도면에 기초하여 설명한다.
본 실시 형태의 다유로 기기(1)는 서로 다른 종류의 제1 원료 유체 A와 제2 원료 유체 B를 내부에 있어서 화학 반응시켜 반응 생성물 C를 얻는 기기이다. 다유로 기기(1)는 마이크로 채널 리액터(3)라고 불리는 것이다. 우선, 마이크로 채널 리액터(3)의 설명에 앞서, 이 마이크로 채널 리액터(3)가 설치된 화학 제조 장치(2)에 대해 설명한다.
도 1은 마이크로 채널 리액터(3)가 설치된 화학 제조 장치(2)를 도시하고 있다. 화학 제조 장치(2)는 제1 원료 유체 A(도면 중에 「A」로 나타내는 유체)를 공급하는 제1 원료 공급부(4)와, 제2 원료 유체 B(도면 중에 「B」로 나타내는 유체)를 공급하는 제2 원료 공급부(5)와, 이들 제1 원료 유체 A 및 제2 원료 유체 B를 혼합시켜 반응시키는 마이크로 채널 리액터(3)를 구비한다. 도 1의 화학 제조 장치(2)에서는 제1 원료 공급부(4) 및 제2 원료 공급부(5)의 각각으로부터 펌프 및 온도 조절기를 경유하여 제1 원료 유체 A 및 제2 원료 유체 B가 마이크로 채널 리액터(3)에 공급된다. 또한, 화학 제조 장치(2)에는 제1 원료 유체 A, 제2 원료 유체 B, 또한, 생성된 반응 생성물 C 중 어느 것에 대해서도 불활성의 유체 Z를 공급하는 불활성 유체 공급부(6)가 설치되어 있다. 또한, 불활성 유체 공급부(6)의 하류측이고 또한 마이크로 채널 리액터(3)의 상류측의 위치에는 마이크로 채널 리액터(3)로 공급되는 불활성의 유체 Z의 유량을 조절하기 위한 유량 조절부가 설치되어 있다. 이 유량 조절부로서는, 예를 들어 불활성의 유체 Z를 송출하여, 유량 조절 가능한 펌프가 사용되거나, 불활성의 유체 Z를 송출하는 펌프의 하류측에 설치된 유량 조절 밸브가 사용된다.
도 2 내지 도 4는 마이크로 채널 리액터 및 그 사용 방법을 도시한다. 특히, 도 2 및 도 3은 종래의 마이크로 채널 리액터(103)의 사용 방법을 도시하고, 도 4는 본 실시 형태의 마이크로 채널 리액터(3)의 사용 방법을 도시한다.
도 2 내지 도 4 중 어떤 경우라도, 마이크로 채널 리액터(3)는 화학 반응을 이용하여 원하는 화학 물질이나 의약품 등을 제조할 때에 사용되는 화학 반응 기기이다. 마이크로 채널 리액터(3)는 다수(도시예에서는 3매)의 유로판 P1 내지 P3을 그 유로판의 두께 방향으로 적층한 구조를 갖는다. 마이크로 채널 리액터(3)는 각진 형상의 외견을 갖는다. 마이크로 채널 리액터(3)의 한쪽의 측면[마이크로 채널 리액터(3)의 폭 방향에 있어서 도 2 내지 도 4의 전방측을 향하는 측면]에는 마이크로 채널 리액터(3) 내에 제1 원료 유체 A를 유입시키는 제1 유입구(7) 및 마이크로 채널 리액터(3) 내에 제2 원료 유체 B를 유입시키는 제2 유입구(8)가 개방되어 있다. 이후에 있어서, 마이크로 채널 리액터의 폭 방향에 있어서의 도 2 내지 도 4의 전방측을 간단히 「전방측」이라고 한다. 도 4에 도시하는 본 실시 형태의 마이크로 채널 리액터(3)의 전방측의 측면에는 불활성의 유체 Z를 마이크로 채널 리액터(3) 내에 유입시키는 제3 유입구(9)가 형성되어 있다. 제3 유입구(9)는 제2 유입구(8)의 측방에 거리를 두고 배치되어 있다.
또한, 마이크로 채널 리액터(3)의 상기 한쪽의 측면과 반대측의 측면인 다른 쪽의 측면[마이크로 채널 리액터(3)의 폭 방향에 있어서 도 2 내지 도 4의 안측을 향하는 측면]에는 제1 원료 유체 A 및 제2 원료 유체 B로부터 생성되는 반응 생성물 C를 리액터 밖으로 배출하는 유출구(10)가 개방되어 있다. 이후에 있어서, 마이크로 채널 리액터의 폭 방향에 있어서의 도 2 내지 도 4의 안측을 간단히 「안측」이라고 한다.
도 5는 마이크로 채널 리액터(3)를 상하 방향에 있어서 분해한 상태를 도시하는 도면이다. 도 5는 마이크로 채널 리액터(3)에 사용되는 3매의 유로판 P1 내지 P3을 도시하고 있다. 3매의 유로판 P1 내지 P3 중, 가장 위의 유로판이 「P1」로 나타나고, 중앙의 유로판이 「P2」로 나타나고, 가장 아래의 유로판이 「P3」으로 나타나 있다. 또한, 도 5에서는 유로판 및 유로 홈의 구성이 모식적(개략적)으로 도시되어 있고, 본 발명은 도 5의 구성으로 한정되는 것은 아니다.
도 5에 도시한 바와 같이, 유로판 P2의 상면(표면)이나 하면(이면)에는 케미컬 에칭 등의 방법에 의해, 단면이 반원 형상이고 미세한 복수조의 유로 홈이 형성되어 있다. 각 유로 홈은 수㎛ 내지 수㎜ 정도의 개구 폭을 갖는다. 후술하는 제1 유로(11), 제2 유로(12) 및 제3 유로(13)는 유로 홈을 사용하여 형성된다. 제1 유로(11)는 제1 유입구(7) 및 유출구(10)에 연통되어 있다. 제2 유로(12)는 제2 유입구(8)에 연통되어 있다. 제3 유로(13)는 제3 유입구(9)에 연통되어 있다.
유로판 P2의 상면에는 제1 유로 홈(14)이, 하방을 향해 오목 형상을 이루도록 형성되어 있다. 제1 유로 홈(14)(도 6 참조)은 유로판 P2의 전방측의 단부 테두리로부터 안측을 향해 연신되어, 안측의 단부 테두리에 도달하기 전에 유로판 P2의 길이 방향과 평행한 방향으로 직각으로 절곡된다. 그 후, 제1 유로 홈(14)은 유로판 P2의 길이 방향과 평행한 방향으로 연신된 후, 이번에는 전방측을 향해 직각으로 절곡되고, 전방측의 단부 테두리에 도달하기 전에 다시 유로판 P2의 길이 방향과 평행한 방향으로 직각으로 절곡된다. 이후에는, 제1 유로 홈(14)은 상기와 같은 직각의 절곡을 복수회에 걸쳐서 반복하면서 사행된다. 제1 유로 홈(14)은, 마지막으로, 당해 제1 유로 홈(14)의 시점이 형성된 유로판 P2의 전방측과는 반대측의 유로판 P2의 안측의 단부 테두리에 도달한다. 제1 유로 홈(14)의 시점은 제1 유입구(7)를 형성하고, 또한 제1 유로 홈(14)의 종점은 유출구(10)를 형성한다.
이 유로판 P2의 상면에 형성된 제1 유로 홈(14) 상에는, 평면 형상으로 형성된 유로판 P1의 하면이 겹쳐 있다. 이에 의해, 제1 원료 유체 A를 유통시키는 제1 유로(11)가 제1 유입구(7)로부터 유출구(10)까지 형성되어 있다.
한편, 유로판 P2의 하면에는 제2 유로 홈(15)의 일부분이 형성되어 있고, 당해 부분은 제1 유로 홈(14)의 경우와 마찬가지로 유로판 P2의 전방측의 단부 테두리를 시점으로 하여, 유로판 P2의 폭 방향(길이 방향과 직교하는 방향)의 중앙측을 향해 직선 형상으로 연신되어 있다. 제2 유로 홈(15)은 유로판 P2의 폭 방향의 중앙에 도달하기 전에 상방을 향해 절곡되어, 유로판 P2를 두께 방향으로 관통하고 있다. 제2 유로 홈(15) 중 유로판 P2의 하면에 형성된 부분은 상방을 향해 볼록한 반원 형상의 단면을 이루도록 형성되어 있고, 또한 당해 부분의 전방측의 단부는 제2 유입구(8)를 형성한다. 제2 유로 홈(15)의 상방으로 연장되는 부분의 상단부는 제1 유로 홈(14)과 교차하고 있다. 제1 유로 홈(14)과 제2 유로 홈(15)이 교차하는 개소가 합류부(17)로 되어 있다.
또한, 유로판 P2의 하면에는 제2 유로 홈(15)에 대해 평행하게 배치된 제3 유로 홈(16)의 일부분이 형성되어 있다. 제3 유로 홈(16)의 당해 부분은 제1 유로 홈(14) 및 제2 유로 홈(15)의 경우와 마찬가지로 유로판 P2의 전방측의 단부 테두리를 시점으로 하여, 유로판 P2의 폭 방향의 중앙측을 향해 직선 형상으로 연신되어 있다. 제3 유로 홈(16)은 상술한 제2 유로 홈(15)과 마찬가지로, 상방을 향해 절곡되어, 유로판 P2를 두께 방향으로 관통하고 있다. 제3 유로 홈(16) 중 유로판 P2의 하면에 형성된 부분은 상방을 향해 볼록한 반원 형상의 단면을 이루도록 형성되어 있고, 또한 당해 부분의 전방측의 단부는 제3 유입구(9)를 형성한다. 제3 유로 홈(16)의 상방으로 연장되는 부분의 상단부는 제1 유로 홈(14)과 교차하고 있다. 제1 유로 홈(14)과 제3 유로 홈(16)이 교차하는 개소가 혼합부(18)로 되어 있다.
제1 유로(11)에서는 제1 유입구(7)와 유출구(10) 사이에 합류부(17)와 혼합부(18)가 설치되어 있고, 혼합부(18)는 합류부(17)의 하류측의 위치에 배치되어 있다. 그리고, 제1 유로(11)에 있어서의 합류부(17)로부터 유출구(10)까지의 사이가 반응 유로로 되어 있다.
유로판 P3의 상면은 평면 형상으로 형성되어 있다. 이 유로판 P3의 상면은 유로판 P2의 아래로부터 겹쳐짐으로써 제2 유로 홈(15)의 하측의 개구 및 제3 유로 홈(16)의 하측의 개구를 폐쇄한다. 개구가 폐쇄된 제2 유로 홈(15)에 의해 제2 유로(12)가 형성되고, 개구가 폐쇄된 제3 유로 홈(16)에 의해 제3 유로(13)가 형성되어 있다. 제2 유로(12)는 제2 원료 유체 B를 제2 유입구(8)로부터 합류부(17)까지 보내는 것이고, 제3 유로(13)는 불활성의 유체 Z를 제3 유입구(9)로부터 혼합부(18)까지 보내는 것이다.
유로판 P2에 겹쳐지는 유로판 P1, P3은 유로가 형성되지 않고, 구획판으로 된다. 리액터에 있어서, 온도 조정이 필요한 경우에는, 유로판 P1의 상면 또는 유로판 P3의 하면에 온도 조절 유로를 형성하고, 유로판 P1, P2, P3으로 하나의 리액터를 형성한다.
도 6은 상기한 구성의 유로를 형성하는 실제의 유로판의 일례를 도시하고 있다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 실제의 유로판에는 복수의 반응 유로가 설치되어 있음과 함께, 유로의 굴곡 횟수(지그재그의 횟수)도 많다. 이 반응 유로는 매우 긴 유로 길이를 갖는다. 반응 유로의 중도부에는 유로판을 관통하는 개구인 합류부(17)가 형성되어 있다. 반응 유로 중 합류부(17)의 하류측의 위치에는 유로판을 관통하는 개구인 혼합부(18)가 형성되어 있다.
그런데, 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 마이크로 채널 리액터(103)에 있어서, 제1 원료 유체 A를 제1 유입구(107)를 통해 마이크로 채널 리액터(103) 내에 도입함과 함께, 제2 원료 유체 B를 제2 유입구(108)를 통해 마이크로 채널 리액터(103) 내에 도입하고, 마이크로 채널 리액터(103) 내에서 그들의 원료 유체 A, B를 서로 반응시키는 경우를 생각한다. 이때, 제1 원료 유체 A의 체적 유량을 100으로 하고, 제2 원료 유체 B의 체적 유량을 100으로 하여, 양 유체 A, B를 마이크로 채널 리액터(103) 내에 10초간 체류시켜 반응시키는 경우에, 반응 생성물 C가 체적 유량 200만큼 제조되어 유출구(110)로부터 배출되는 것으로 한다.
그런데, 도 3에 도시한 바와 같이, 체적 유량으로 50의 제1 원료 유체 A를 제1 유입구(107)를 통해 마이크로 채널 리액터(103) 내에 도입함과 함께, 체적 유량으로 50의 제2 원료 유체 B를 제2 유입구(108)를 통해 마이크로 채널 리액터(103)에 도입하여, 그들의 원료 유체 A, B를 서로 반응시키는 경우에는, 반응 유체의 양이 적어진 분만큼 반응 생성물 C가 마이크로 채널 리액터(103) 내를 유통하는 시간이 증가하고, 원료 유체 A, B의 체류 시간이 증가한다. 예를 들어, 원료 유체 A, B의 체류 시간이 20초로 된다. 이 경우, 체류 시간, 바꿔 말하면 반응에 걸리는 시간이 증가한 만큼, 얻어진 체적 유량 100의 반응 생성물의 성분은 목적으로 하는 성분 C와는 다른 품질의, 예를 들어 성분 C'로 될 가능성을 부정할 수 없다.
따라서, 본 실시 형태에 의한 다유로 기기(1)의 운전 방법에서는 반응 유로[합류부(17)보다도 하류측의 제1 유로(11)]를 유통하는 원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C 중 적어도 1개의 유체의 유량이 감소한 경우에는, 원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C 중 어느 것에 대해서도 불활성의 유체 Z(도 4 중 부호 Z로 나타냄)를, 제3 유입구(9)[제3 유로(13)]를 통해 원료 유체의 도입 위치[상술한 합류부(17)]보다도 하류측의 위치에서, 반응 유로를 흐르는 유체에 합류시켜 혼합시킨다.
구체적으로는, 원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C 중 어느 것에 대해서도 불활성의 유체 Z로서는, 원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C 중 어느 것에 대해서도 서로 섞이는 일이 없어, 화학적으로도 반응하지 않는 유체를 들 수 있다. 이와 같은 불활성의 유체 Z로서는, 예를 들어 질소나 아르곤과 같이 원료 유체 A, B에 대해서도 반응 생성물 C에 대해서도 화학적으로 불활성의 물질이나, 또는 물에 대한 오일과 같이 원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C에 대해 상용성이 없고, 또한 화학 반응도 일으키지 않는 물질 등을 들 수 있다. 이와 같은 물질을 불활성의 유체 Z에 사용함으로써, 리액터 밖에 있어서 반응 생성물 C로부터 불필요해진 불활성의 유체 Z만을 확실하고 또한 용이하게 제거하는 것이 가능해진다.
그리고, 상술한 불활성의 유체 Z는 원료 유체의 도입 위치[합류부(17)]보다도 하류측이고, 또한 반응 생성물 C의 취출 위치[유출구(10)]보다도 상류측의 위치에 있어서 원료 유체에 합류하여 혼합된다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상술한 제1 유로(11)에 있어서 합류부(17)보다도 하류측이고 또한 유출구(10)보다도 상류측의 위치에는 제2 원료 유체 B의 경우와 마찬가지로, 불활성의 유체 Z를 제1 유로(11)를 흐르는 유체에 합류시켜 혼합시키는 혼합부(18)가 설치되어 있다. 혼합부(18)에 대해서는 상술한 제3 유로(13)가 접속되어 있고, 이 제3 유로(13)의 입구, 즉 제3 유입구(9)를 통해, 불활성의 유체 Z가 제3 유로(13)에 도입된다.
제1 유로(11)(반응 유로)를 흐르는 유체에 혼합부(18)에서 합류(혼합)되는 불활성의 유체 Z의 양은 제1 유로(11)와 제2 유로(12)를 각각 유통하는 원료 유체의 유량 감소분과 동량, 혹은 감소분에 기초하여 산출해도 된다. 또한, 불활성의 유체 Z의 양을, 리액터 밖으로 취출되는 반응 생성물 C의 유량의 감소분을 기준으로 하여 정해도 된다.
예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이, 원료 유체 A와 원료 유체 B가, 합류부(17)에서 합류한 후, 합류부(17)로부터 유출구(10)까지의 거리 L의 제1 유로(11)를 유통하면서 반응하는 경우를 생각한다. 또한, 불활성의 유체 Z는 합류부(17)로부터 거리 L1만큼 하류측에 위치하는 혼합부(18)를 통해 제1 유로(11)에 도입되고, 혼합부(18)로부터 유출구(10)까지의 거리 L2의 제1 유로(11)를 유통하여 리액터 밖으로 배출된다. 제1 유로(11)의 유로 단면적을 S, 통상 시(유량 감소 전)의 원료 유체 A의 유량을 FA, 통상 시(유량 감소 전)의 원료 유체 B의 유량을 FB, 유량 감소 후의 원료 유체 A의 유량을 FA', 유량 감소 후의 원료 유체 B의 유량을 FB'로 했을 때, 통상 시의 체류 시간 t 및 유량 감소 후의 체류 시간 t'는 다음의 식 1과 같이 나타난다.
[식 1]
Figure 112014084780646-pct00001
본 실시 형태에서는 유량 감소 후의 체류 시간 t'가 통상 시의 체류 시간 t에 일치하는지, 양자의 차가 최소로 되도록 불활성의 유체 Z의 양(유량 FZ)을 정하면 된다. 본 실시 형태에서는 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합부(18)에서 합류되는 불활성의 유체 Z의 유량이 이상과 같이 정한 유량이 되도록, 리액터에 공급되는 불활성의 유체 Z의 유량을 유량 조절부에 의해 조절한다.
원료 유체 A, B 및 반응 생성물 C 중 적어도 1개의 유체의 유량 감소분에 대응한 유량의 불활성의 유체 Z를 혼합부(18)로부터 제1 유로(11)(반응 유로)로 도입하면, 제1 유로(11)를 흐르는 원료 유체 A, B와 반응 생성물 C와 불활성의 유체 Z를 합계한 유량이, 원료 유체의 유량이 감소하기 전의 유량과 동일해져, 반응 생성물 C의 체류 시간이 유량 감소 전의 체류 시간과 대략 일정한 상태로 된다. 그로 인해, 원료 유체의 체류 시간이 지나치게 길어지는 일이 없고, 불필요한 부생성물이 생기거나 반응 생성물 C의 수율이 줄어든다는 문제가 발생하는 일이 없다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 마이크로 채널 리액터(3)를 사용함으로써, 원료 유체의 공급량이 줄어든 경우라도, 반응 생성물 C의 체류 시간, 바꿔 말하면 반응 유로 내에서의 반응 생성물 C의 유속을 일정하게 하여 안정된 품질의 반응 생성물 C를 얻을 수 있게 된다.
따라서, 본 실시 형태에서는 마이크로 채널 리액터(3)의 복수의 반응 유로의 몇 개를 폐지하여 원료 유체나 반응 생성물 C의 유량을 조정할 필요도 없고, 마이크로 채널 리액터(3)의 구성을 필요 이상으로 복잡하게 할 필요도 없어진다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 특히, 금회 개시된 실시 형태에 있어서, 명시적으로 개시되어 있지 않은 사항, 예를 들어 운전 조건이나 조업 조건, 각종 파라미터, 구성물의 치수, 중량, 체적 등은 당업자가 통상 실시하는 범위를 일탈하는 것이 아니라, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 다유로 기기(1)로서, 화학 반응을 사용하여 반응 생성물 C를 얻는 마이크로 채널 리액터(3)를 예시하였지만, 다유로 기기(1)는 대상이 되는 유체의 가열 또는 냉각을 행하는 열교환기, 특히 이동하는 열량의 정확한 컨트롤이 가능한 열교환기 등으로 하여 사용할 수도 있다.
예를 들어, 프레온이나 물 등의 작동 매체를 사용하여 열교환을 행하는 유로가 형성된 열교환기를 운전할 때, 유로를 유통하는 작동 매체의 유량이 감소한 경우에는, 작동 매체에 대해 화학적으로 불활성이고 또한 상용성이 없는 유체를, 작동 매체의 유량의 감소분에 대응한 유량으로, 유로에 대한 작동 매체의 도입 위치보다도 하류측의 위치에 있어서, 그 유로를 흐르는 작동 매체에 합류(혼합)시키는 것은 바람직하다.
[실시 형태의 개요]
상기 실시 형태를 정리하면, 이하와 같다.
상기 실시 형태에 관한 다유로 기기의 운전 방법은 반응 유로가 형성된 다유로 기기의 운전 방법이며, 상기 반응 유로에 원료 유체를 유통시키면서 그 원료 유체에 화학 반응을 발생시켜 반응 생성물을 생성하는 공정을 구비하고, 상기 반응 유로를 유통하는 원료 유체 및 반응 생성물의 유체 중 적어도 한쪽의 유체의 유량이 감소한 경우에, 상기 원료 유체 및 상기 반응 생성물에 대해 불활성의 유체를, 상기 감소한 유량에 대응한 유량으로, 상기 반응 유로로의 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측의 위치에 있어서, 상기 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합한다.
상기 다유로 기기의 운전 방법에 있어서, 상기 불활성의 유체를, 상기 감소한 유량과 동등한 유량으로, 상기 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 다유로 기기의 운전 방법에 있어서, 상기 불활성의 유체를, 상기 반응 유로로의 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측이고 또한 상기 반응 유로로부터의 상기 반응 생성물의 취출 위치보다도 상류측의 위치에 있어서, 상기 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에 관한 다유로 기기는 원료 유체를 유통시키면서 그 원료 유체에 화학 반응을 발생시켜 반응 생성물을 생성시키는 반응 유로를 구비하고, 상기 반응 유로는 당해 반응 유로를 유통하는 원료 유체 및 반응 생성물의 유체 중 적어도 한쪽의 유체의 유량이 감소한 경우에, 상기 원료 유체 및 상기 반응 생성물에 대해 불활성의 유체를 당해 반응 유로에 도입하여 당해 반응 유로를 흐르는 유체에 혼합시키기 위한 혼합부를 갖고, 상기 혼합부는 상기 반응 유로로의 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측의 위치에 배치되어 있다.
이 다유로 기기에 있어서, 상기 반응 유로는 원료 유체를 당해 반응 유로 내에 유입시키는 유입구와, 반응 생성물을 당해 반응 유로로부터 유출시키는 유출구를 갖고, 상기 혼합부는 상기 유입구와 상기 유출구 사이의 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 따르면, 반응 생성물이 반응 유로 내에 체류하는 체류 시간을 일정하게 하여, 원하는 품질의 반응 생성물을 안정적으로 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 원료 유체를 유통시키면서 화학 반응시켜 반응 생성물을 생성하는 마이크로 채널로 이루어진 반응 유로가 형성된 다유로 기기를 운전할 때,
    상기 반응 유로를 유통하는 원료 유체 및 반응 생성물 중 하나 이상의 유량이 미리 정해진 유량으로부터 감소한 경우에는,
    상기 원료 유체 및 반응 생성물에 대해 불활성의 유체를, 상기 원료 유체 또는 반응 생성물의 유량 감소분과 같은 양만큼, 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측에서 혼합시키는 것을 특징으로 하는 다유로 기기의 운전 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응 유로에 있어서, 불활성의 유체를 상기 원료 유체의 도입 위치보다도 하류측이며, 상기 반응 생성물의 취출 위치보다도 상류측에서 혼합하는 것을 특징으로 하는, 다유로 기기의 운전 방법.
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