KR20150132554A - 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

원료 유체의 처리 온도를 양호하게 제어하면서 그 처리를 행하는 것이 가능한 처리 장치(1) 및 처리 방법이 제공된다. 처리 장치(1)는, 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재(2)와, 이 처리 부재(2)를 수용함과 함께 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조(3)를 구비한다. 처리 부재(2)는, 그 내부에 설치되어 원료 유체를 유통시키는 미세 유로와, 미세 유로를 유통하는 원료 유체는 상이한 온도를 갖는 열매가 유통하는 열매 유로를 갖는다. 미세 유로 및 열매 유로는, 이들을 흐르는 원료 유체와 열매의 열교환을 가능하게 하도록 서로 격리되어 있다.

Description

처리 장치 및 처리 방법{PROCESSING DEVICE AND PROCESSING METHOD}
본 발명은, 처리 온도를 세밀하게 조정하면서 원료 유체에 대해 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 처리를 행할 수 있는 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 유기 화합물의 합성 등을 행하는 경우와 같이, 처리조의 내부에 공급된 원료 유체에 대해, 처리 온도를 세밀하게 조정하면서 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 처리를 행하는 경우가 있다. 이 처리는, 상기 처리조의 내부에 온도 조절 기구를 설치하여 당해 처리의 온도(반응 온도)를 엄밀하게 제어하는 것을 필요로 한다. 상기 온도 조절 기구로서, 예를 들어 코일 형상의 열교환기나 온도 조절용 재킷 등이 사용된다.
상기 열교환기는, 처리조에 저류된 원료 유체에 침지되어 사용된다. 당해 열교환기는, 열전도성이 우수한 금속 등으로 형성된 나선 형상의 배관을 갖는다(예를 들어 도 5b를 참조). 이 나선 형상의 배관의 내부에는 가열 또는 냉각된 열매가 유통되고, 이 열매와 원료 유체가 배관의 관벽을 통해 열교환함으로써 원료 유체의 온도를 원하는 처리 온도로 조정하는 것이 가능하게 되어 있다.
상기 온도 조절용 재킷은, 상기 처리조를 둘러싸도록 배치된 중공의 부재이고, 그 내부에 열매가 체류 가능하게 되어 있다. 그로 인해, 상기의 열교환기와 마찬가지로, 상기 온도 조절용 재킷의 내부에 원하는 온도의 열매를 공급하면 처리조의 조벽을 통해 열매와 원료 유체를 열교환시킬 수 있고, 이에 의해, 원료 유체의 온도를 목표로 하는 처리 온도로 조정하는 것이 가능해진다.
상기 열교환기나 상기 온도 조절용 재킷을 사용한 온도 조절 기구의 경우, 당해 열교환기의 표면이나 당해 온도 조절용 재킷이 설치된 처리조의 내벽면이 다른 장소보다 현저하게 가열되었거나 냉각되었으므로, 처리조의 내부에 큰 온도 불균일이 발생되기 쉽다. 그로 인해, 상술한 온도 조절 기구를 사용하는 경우에는, 일반적으로, 비특허문헌 1에 기재되는 교반 수단이 상기 처리조의 내부에 설치되어 당해 처리조 내의 원료 유체를 교반하고, 처리조의 내부에서 원료 유체의 온도가 가능한 한 균등해지도록 하면서 처리가 행해진다.
그러나, 상기 교반 날개 등에 의한 상기 반응조 내에서의 원료 유체의 교반을 행해도, 처리조의 열용량이 큰 경우에는 가열이나 냉각에 많은 시간이 필요해진다. 특히, 상술한 열교환기나 온도 조절용 재킷에서는, 코일이나 재킷의 표면에 확보하는 것이 가능한 전열 면적에 한계가 있고, 따라서 가열이나 냉각의 스피드 업에도 한계가 있다.
물론, 교반 날개에 의한 교반의 강화나 원료 유체와 열매의 온도 차의 확대에 의한 가열이나 냉각의 스피드업은 기대할 수 있다. 그러나, 과도하게 강한 교반은, 원료 유체의 종류에 따라서는, 당해 원료 유체의 세분화를 초래하고, 그 세분화된 원료 유체를 원래의 단일의 원료 유체로 분리하는 데 오히려 시간이 걸리는 경우도 있다. 또한, 원료 유체와 열매의 온도 차의 과도한 확대는 원료 유체의 열분해를 초래할 우려가 있고, 따라서 그 채용이 곤란해지는 경우도 있다.
그로 인해, 종래의 처리 장치 및 처리 방법에서는, 교반 날개에 의한 교반을 행해도, 실제로는 원료 유체의 온도를 단시간에 조정하거나, 온도를 고정밀도로 제어하는 것은 곤란하다.
이이즈미 신고, 「개정 4판 화학 공학 편람」, 마루젠 가부시끼가이샤, 1978년 10월 25일 발행, 1980년 12월 25일 제2쇄 발행, p.1322-1323
본 발명은, 원료 유체의 처리 온도를 양호하게 제어하면서 당해 원료 유체의 처리를 행할 수 있는 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 원료 유체의 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하기 위한 처리 장치를 제공한다. 이 처리 장치는, 상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와, 이 처리 부재를 수용함과 함께 당해 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비한다. 상기 처리 부재는, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 미세 유로이며 그 내부를 상기 원료 유체가 유통하는 것과, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 열매 유로이며 그 내부를 상기 적어도 하나의 미세 유로를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매가 유통하는 것을 갖는다. 상기 적어도 하나의 미세 유로 및 상기 적어도 하나의 열매 유로는, 당해 미세 유로를 흐르는 상기 원료 유체와 당해 열매 유로를 흐르는 상기 열매의 열교환을 가능하게 하도록 서로 격리되어 있다.
또한 본 발명은, 원료 유체의 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하기 위한 처리 방법을 제공한다. 이 처리 방법은, 서로 격리된 미세 유로 및 열매 유로를 갖는 처리 부재이며 당해 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와, 이 처리 부재를 수용함과 함께 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비하는 처리 장치를 준비하는 것과, 상기 처리 부재의 상기 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 유통시킴과 함께, 이 미세 유로를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매를 상기 열매 유로 내에 유통시키고 당해 원료 유체와 당해 열매를 상기 처리 부재의 내부에서 열교환시킴으로써 상기 미세 유로 내의 원료 유체의 처리 온도를 조정하는 것을 포함한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 형태 처리 장치에 있어서의 처리 개시 시의 각 유체의 흐름을 도시하는 플로우시트이다.
도 1b는 상기 제1 실시 형태의 처리 장치에 있어서의 처리 종료 시의 각 유체의 흐름을 도시하는 플로우시트이다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시 형태의 처리 장치에 있어서의 처리 개시 시의 각 유체의 흐름을 도시하는 플로우시트이다.
도 2b는 상기 제2 실시 형태의 처리 장치에 있어서의 처리 종료 시의 각 유체의 흐름을 도시하는 플로우시트이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 처리 장치를 도시하는 플로우시트이다.
도 4는 상기 각 처리 장치에 있어서의 처리 부재를 구성하는 복수의 단판 부재를 도시한 사시도이다.
도 5a는 도 1a 및 도 1b에 도시되는 처리 장치에 있어서의 처리조 내부에서의 원료 유체의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
도 5b는 종래의 처리 장치에 있어서의 처리조 내부에서의 원료 유체의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 기초로 설명한다.
도 1a 및 도 1b는, 본 발명에 관한 처리 장치의 일례인, 제1 실시 형태에 관한 반응 장치(1)를 도시한다. 본 발명에 관한 처리 장치는, 적어도 1종 이상의 원료 유체를 사용하여, 당해 원료 유체의 온도를 소정의 처리 온도로 조정하면서, 추출, 분리, 반응 등 화학적인 조작(화학적인 처리)을 행하는 것이고, 이 화학적인 조작으로서는, 다음과 같은 것이 포함된다.
예를 들어, 본 발명에 관한 처리 장치는, 상기 반응 장치(1)와 같이, 상기 한 화학적인 조작으로서 「반응」을 행하게 하는 장치, 구체적으로는, 2종류 이상의 원료 유체를 혼합한 후에 당해 원료 유체끼리를 소정의 처리 온도에서 화학 반응시킴으로써 반응 생성물을 얻는 장치에 적용되는 것이 가능하다. 본 발명이 적용 가능한 반응 장치에는, 당해 장치 내에 1종의 원료 유체만이 도입되는 것, 바꿔 말하면 혼합을 행하지 않는 것이며, 그 원료 유체를 소정의 처리 온도로 가열 등을 함으로써 당해 원료 유체의 화학 반응을 행하게 하는 것도, 포함된다.
또한, 본 발명에 관한 처리 장치는, 상기의 화학적인 조작으로서 「추출」을 행하는 장치에도 적용되는 것이 가능하다. 구체적으로는, 서로 섞이는 일이 없는 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체, 예를 들어, 물과 같은 중액 및 중액보다 비중이 작은 기름과 같은 경액을 유로 내에서 서로 접촉시키고, 경액(기름)에 포함되는 추출 대상의 물질을 중액(물)으로 이동하여 추출 대상의 물질을 수용액으로서 취출하는 액액 추출 장치에도 적용될 수 있다.
이후의 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태는, 모두, 2종류 이상의 원료 유체를 혼합시킨 후에 소정의 처리 온도에서 화학 반응시키는 반응 장치(1)에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태의 반응 장치(1)는, 제1 원료 유체(31)와 제2 원료 유체(32)를 혼합하면서 서로 반응시키고 반응 생성물(33), 즉 처리 생성물을 생성하는 것이다. 이 반응 장치(1)는, 제1 원료 유체(31) 및 제2 원료 유체(32)를 도입하여 내부에서 혼합하면서 반응을 행하게 하는 처리 부재(2)와, 이 처리 부재(2) 내에서의 반응으로 얻어진 반응 생성물(33)을 저류하는 처리조인 반응조(3)와, 원료조(4)와, 복수의 처리 배관(5)을 구비하고 있다. 상기 처리 부재(2)의 내부에는, 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 복수의 미세 유로(10) 및 복수의 열매 유로(11)가 형성되어 있다.
상기 원료조(4)는, 상기 반응조(3)의 외부에 설치되어 상기 제1 원료 유체(31)를 저류한다. 다른 쪽의 원료 유체인 제2 원료 유체(32)는 상기 반응조(3)의 내부에 미리 저류되어 있다. 상기 처리 부재(2)는 상기 반응조(3)의 내부에 있어서 상기 제2 원료 유체(32)에 침지되어 있다. 상기 복수의 처리 배관(5)은, 원료조(4)와 반응조(3) 사이나 상기 반응조(3)의 주위에 배치되어 상기 원료조(4) 내의 제1 원료 유체(31) 및 상기 반응조(3) 내의 제2 원료 유체(32)의 조(3, 4) 사이에서의 이동을 허용한다.
다음에, 상기 반응조(3), 상기 원료조(4), 이들 조(3, 4)끼리의 사이나 반응조(3)의 주위에 배치된 상기 복수의 처리 배관(5)의 상세에 대해 설명한다.
처리조인 반응조(3)는, 상방을 향해 개방된 바닥이 있는 원통 형상의 용기이고, 상기 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)나 이들의 반응에 의해 얻어지는 반응 생성물(33)을 내부에 저류하는 것이 가능하다. 이 반응조(3)의 상방 개구는, 필요에 따라 도시하지 않은 덮개 등으로 폐쇄된다. 반응조(3)의 내부에는, 원료 유체나 반응 생성물(33)에 침지된 상태에서 상술한 처리 부재(2)가 수용 가능하게 되어 있다.
상기 반응조(3)에 수용되어 있는 유체는 반응의 진행 상황에 따라 변화된다. 즉, 처리 개시 시와 처리 종료 시에서는 반응조(3)에 수용되어 있는 유체의 종류가 상이하다. 구체적으로, 도 1a에 도시한 바와 같이 반응을 개시하기 전에는, 반응조(3)에 수용되어 있는 유체는 제2 원료 유체(32)뿐이지만, 반응이 개시되면 처리 부재(2)의 내부에서 반응 생성물(33)이 생성되어 차차 반응조(3)에 저류되므로, 반응조(3)에 수용되어 있는 유체는 제2 원료 유체(32)와 반응 생성물(33)의 혼합물로 된다. 결국, 도 1b에 도시한 바와 같이 원료 유체(31, 32)의 대부분이 반응하여 변화되면, 반응조(3)에 수용되어 있는 유체는 반응 생성물(33)만으로 된다. 이 반응조(3)에 수용되는 원료 유체의 변화에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 복수의 처리 배관(5)은, 제1 배관(6), 제2 배관(7) 및 제3 배관(8)을 포함한다.
상기 제1 배관(6)은, 상기 원료조(4)에 접속되는 입구측 단부와, 상기 반응조(3) 내의 상기 처리 부재(2)에 접속되는 출구측 단부를 갖고, 이 제1 배관(6)을 통해 상기 원료조(3)로부터 상기 처리 부재(2)를 향해 상기 제1 원료 유체(31)가 공급된다.
상기 제1 배관(6)의 도중에는 제1 펌프(51) 및 전환 밸브(9)가 설치된다. 제1 펌프(51)는, 상기 제1 원료 유체(41)를 원료조(4)로부터 반응조(3)를 향해 압송한다. 상기 전환 밸브(9)는, 상기 펌프(51)의 입구의 접속처를 상기 제1 원료 유체(31)를 저류하는 상기 원료조(4)와 상기 제3 배관(8) 사이에서 전환한다. 이 전환 밸브(9)는, 도 1a에 도시한 바와 같이 원료조(4)에 제1 원료 유체(31)가 남아 있는 경우는, 당해 제1 원료 유체(31)를 저류하는 원료조(4)를 상기 펌프(51)에 접속하도록 유로를 전환한다. 한편, 도 1b에 도시한 바와 같이 원료조(4) 내의 제1 원료 유체(31)가 모두 없어지면, 나중에 상세하게 설명하는 상기 제3 배관(8)을 경유하여 반응조(3) 내의 유체[반응 생성물(33)과 미반응의 제2 원료 유체(32)의 혼합물]를 제1 배관(6) 내의 제1 원료 유체(31)에 합류시키면서 반응 생성물(33)을 펌프(51)로 보내도록 유로를 전환한다.
상기 제2 배관(7)은, 상기 반응조(3)의 내부에 설치되는 입구측 단부와, 상기 처리 부재(2)에 연결되는 출구측 단부를 갖고, 반응조(3) 내에 미리 저류된 제2 원료 유체(32)나 반응 생성물(33)을 흡입하여 다시 처리 부재(2)의 내부에 공급하는 것을 가능하게 하도록 배관되어 있다. 이 제2 배관(7)의 상기 입구측 단부는, 반응조(3)의 내부에 있어서의 낮은 위치이며, 처리 개시 시에 반응조(3) 내에 미리 저류되어 있던 제2 원료 유체(32)를 흡입하는 것이 가능한 위치에 설치되어 있다. 제2 배관(7)의 도중에는, 이 제2 배관(7)을 통해 상기 제2 원료 유체(32) 또는 반응 생성물(33)을 압송하는 펌프(52)가 배치되어 있다.
구체적으로는, 이 제2 배관(7)은, 반응조(3)의 내부에 설치된 상기 입구측 단부로부터 일단 반응조(3)의 외부를 향해 신장하고, 반응조(3)의 외부에 설치된 제2 펌프(52)을 경유한 후, 처리 부재(2)의 내부로 다시 복귀되는 경로를 따라 배치되어 있다. 즉, 도 1a에 도시한 바와 같이 반응조(3)에 저류된 유체가 거의 제2 원료 유체(32)인 경우는, 이 제2 원료 유체(32)가 제2 배관(7) 내를 유통한다. 그러나, 도 1b에 도시한 바와 같이 반응조(3)에 제2 원료 유체(32)에 더하여 반응 생성물(33)도 저류되게 되면, 당해 제2 원료 유체(32)와 반응 생성물(33)의 혼합물이 제2 배관(7)을 유통하게 된다. 그로 인해, 제2 배관(7)은, 처리 부재(2)와 반응조(3) 사이에서 제2 원료 유체(32)를 순환시키면서 반응을 행하게 하는 배관이라고도 할 수 있다.
상기 제3 배관(8)은, 상기 원료조(4) 내의 제1 원료 유체(31)의 대부분이 상기 제1 배관(6)을 통해 처리 부재(2)로 보내져 반응한 후에, 반응조(3) 내에 저류된 미반응의 제1 원료 유체(31)를 다시 처리 부재(2)의 내부에 공급하여 반응률을 높이기 위해 사용된다. 이 제3 배관(8)은, 입구측 단부와, 출구측 단부를 갖고, 출구측 단부가 상기 전환 밸브(9)에 접속된다. 제3 배관(3)의 입구측 단부, 즉 흡입측의 단부는, 반응조(3)의 내부에 있어서의 비교적 높은 위치에 설치되고, 이 위치는, 반응이 어느 정도 진행되어 반응조(3) 내에 대량의 반응 생성물(33)이 저류되어, 반응조(3) 내의 액면이 소정의 높이보다 높아진 경우에, 처음으로 제2 원료 유체(32)나 반응 생성물(33)을 흡입하는 것이 가능해지는 위치로 설정되어 있다.
처리 부재(2)는, 상술한 반응조(3)(처리조)의 내부에 수용되고, 원료 유체를 내부에 도입하여 당해 내부에서 원료 유체의 화학 반응을 행하게 한다. 구체적으로, 이 처리 부재(2)는, 당해 처리 부재(2)의 내부에 형성되어 원료 유체의 유통을 허용하는 복수의 미세 유로(10)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)는, 상기 각 미세 유로(10)의 내부에 공급되어 당해 내부에서 혼합됨으로써 반응을 일으켜, 반응 생성물(33)을 생성한다. 동일하게 처리 부재(2)의 내부에는, 상기 미세 유로(10)를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매가 유통 가능한 복수의 열매 유로(11)가 형성되어 있다. 상기 미세 유로(10) 및 상기 열매 유로(11)는, 당해 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체와 당해 열매 유로(11)를 흐르는 열매가 상기 처리 부재(2)의 내부에서 서로 열교환 가능해지도록, 서로 격리되도록 형성되어 있다.
다음에, 상기 처리 부재(2) 및 이 처리 부재(2)에 형성되어 있는 상기 복수의 미세 유로(10) 및 상기 복수의 열매 유로(11)의 상세에 대해 설명한다.
상기 처리 부재(2)는, 상기 제1 배관(6)을 통해 공급되는 상기 제1 원료 유체(31)와, 제2 배관(7)을 통해 공급되는 상기 제2 원료 유체(32)를 상기 미세 유로(10) 내에서 서로 접촉시켜 반응을 발생시키고, 이에 의해 얻어진 반응 생성물(33)을 취출하는 것을 가능하게 하는 것이다.
이 처리 부재(4)는, 도 4에 도시한 바와 같이 상하 방향을 따라 장척 판 형상의 본체(12)를 갖는다. 이 본체(12)는, 상기 제1 및 제2 원료 유체(31, 32) 및 반응 생성물(33)에 대해 내식성이나 내열성을 구비한 금속, 합성 수지, 또는 세라믹스 등으로 형성되어 있고, 판 두께 방향으로 비교적 큰 두께를 가진 후판 형상(각 형상)의 외관을 구비하고 있다. 상기 복수의 미세 유로(10)는, 상기 본체(12)의 내부에 당해 본체(12)를 상하 방향 또는 수평 방향으로 관통하도록 형성되고, 판 두께 방향으로 배열하는 복수열에 걸쳐 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)는 각각의 미세 유로(10)의 내부에서 서로 접촉하여 반응하는, 즉 처리되는 것이 가능하다. 각 미세 유로(10)로서는, 예를 들어, 0.1㎜ 내지 5.0㎜ 정도의 폭을 가진 것이 적합하다.
상기 복수의 열매 유로(11)는, 상기 처리 부재(2)의 내부에 있어서 판 두께 방향으로 이웃하는 미세 유로(10)끼리의 사이에 형성되고, 각 미세 유로(10)를 유통하는 원료 유체(31, 32)나 반응 생성물(33)의 온도를 조정하기 위한 열매의 유통을 허용한다. 각 열매 유로(11)는, 상기 각 미세 유로(10)에 대응하여 상기 처리 부재(2)의 본체(12)를 상하 방향 또는 수평 방향으로 관통하도록 복수열에 걸쳐 설치되어 있다. 즉, 처리 부재(2)의 내부에서는, 판 두께 방향으로 간격을 두고 상기 미세 유로(10)와 상기 열매 유로(11)가 당해 판 두께 방향으로 교대로 배열되도록 배열되어 있다.
구체적으로, 상기 복수의 미세 유로(10)의 각각은, 처리 부재(2)의 본체(12)를 상하로 관통하는 반응 유로(13)와, 본체(12) 내에 있어서 수평 방향으로 연장되는 합류 유로(14)를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 각 반응 유로(13)는, 상기 제1 배관(6)을 통해 공급된 제1 원료 유체(31)를 당해 반응 유로(13)를 따라 안내하면서 당해 반응 유로(13) 내에서 반응시킴으로써, 반응 생성물(33)을 생성시킨다. 이 반응 유로(13)는, 상기와 같이 본체(12)의 내부를 상하 방향으로 관통하므로, 본체(12)의 저면에 개방된 제1 취입구(15)를 갖는다. 이 제1 취입구(15)에는 상술한 제1 배관(6)이 접속되고, 원료조(4)로부터 취입된(흡입된) 제1 원료 유체(31)를 상기 본체(12)의 내부를 통해 상방을 향해 안내한다. 또한, 반응 유로(13)는, 본체(12)의 상면에 있어서 개구되는 취출구(16)를 갖고, 이 취출구(16)를 통해 반응 완료의 반응 생성물(33)이 취출된다. 이와 같이 취출구(16)로부터 취출된 반응 생성물(33)은 반응조(3)로 송출되어 저류된다.
상기 각 합류 유로(14)는, 상기 제2 배관(7)을 통해 공급되는 제2 원료 유체(32)를, 반응 유로(13)를 흐르는 제1 원료 유체(31)에 합류시킨다. 각 합류 유로(14)는, 반응 유로(13)와는 직교하는 방향, 즉 수평 방향을 따라 처리 부재(2)의 본체(12) 내로 연장된다. 각 합류 유로(14)의 외측 단부는, 처리 부재(2)의 본체(12)의 측면에 개구되는 제2 취입구(17)를 구성한다. 즉, 각 합류 유로(14)는 당해 제2 취입구(17)로부터 본체(12) 내에서 수평 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 상기 각 제2 취입구(17)에는, 상술한 제2 배관(7)이 접속되고, 이 제2 배관(7)을 경유하여 보내지는 제2 원료 유체(32)는 상기 각 합류 유로(14) 내에 공급되는 것이 가능하다. 각 합류 유로(14)의 내측 단부는, 이에 대응하는 상기 반응 유로(13)의 상하 방향의 도중의 부위와 연결되는 합류구(18)를 구성하고, 합류 유로(14)를 흐르는 제2 원료 유체(32)가 상기 합류구(18)로부터 상기 반응 유로(13) 내를 흐르는 유체에 합류하는 것을 허용한다.
상기 열매 유로(11)는, 상술한 반응 유로(13) 및 합류 유로(14)를 각각 포함하는 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체의 온도를 조정하기 위한 열매의 유통을 허용하는 것이고, 처리 부재(2)의 본체(12)의 내부에 있어서 상기 각 미세 유로(10)로부터 판 두께 방향을 따라 소정의 거리만큼 이격된 위치에 각각 형성되어 있다. 각 열매 유로(11)는, 상기 각 미세 유로(10)에 대해 평행이 되도록, 즉 당해 미세 유로(10)와 교차하지 않도록, 배열되어 있다.
즉, 상기 각 미세 유로(10)와 이에 대응하는 상기 각 열매 유로(11)는 판 두께 방향으로 얇은 격벽을 통해 서로 인접하도록 배치되어 있다. 따라서, 각 열매 유로(11)를 유통하는 열매이며 상기 각 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체의 온도와 상이한 온도를 갖는 열매는, 당해 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체와의 사이에서 열교환을 행하는 것이 가능하다. 그로 인해, 이 미세 유로(10)에 인접한 열매 유로(11)를 흐르는 열매의 온도를 조정함으로써, 미세 유로(10)를 흐르는 유체의 온도를 고정밀도로 조정하는 것이 가능해진다.
상술한 복수의 미세 유로(10) 및 복수의 열매 유로(11)를 처리 부재(2)의 내부에 형성하기 위해, 예를 들어 다음과 같은 방법을 채용할 수 있다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 수평 방향의 치수인 폭에 비해 상하 방향의 치수인 높이의 쪽이 큰 직사각형의 복수의 단판 부재(20) 및 복수의 격리판(21)이 준비된다. 그리고, 판 두께 방향을 따라, 어느 단판 부재(20)의 옆에 격리판(21)이 배치되고, 이 격리판(21)의 옆에 다른 단판 부재(20)가 배치되는 등과 같이, 단판 부재(20)와 격리판(21)이 교대로 적층된다. 이에 의해, 처리 부재(2)의 내부에 상술한 복수의 미세 유로(10) 및 복수의 열매 유로(11)가 형성된다.
상기 각 단판 부재(20)는, 상기 각 격리판(21)과 동일한 높이 및 폭을 갖는 판 형상의 부재이지만, 격리판(21)의 두께보다도 큰 두께를 갖는다. 상기 복수의 단판 부재(20)는, 상술한 미세 유로(10)를 형성하기 위한 복수의 제1 단판 부재(22)와, 상기 열매 유로(11)를 형성하기 위한 복수의 제2 단판 부재(23)를 포함한다. 이들 제1 단판 부재(22) 및 제2 단판 부재(23)는 상기 격리판(21)을 각각 통해 판 두께 방향으로 교대로 배열되도록 배치되어 있다.
제1 단판 부재(22)는, 겉면(표면) 및 이면을 갖고, 그 중 겉면에, 상기 각 반응 유로(13)를 형성하기 위한 복수의 제1 홈(24)이 형성되어 있다. 각 제1 홈(24)은, 상하 방향으로 배열하고, 서로 수평 방향으로 소정의 간격을 두고 나열되어 있다. 각 제1 홈(24)은, 상기 겉면에 있어서, 예를 들어 반원 형상의 단면을 갖도록 오목하게 되어 있고, 상기 제1 원료 유체(41)를 상하 방향을 따라 안내하도록 형성되어 있다.
상기 각 제1 단판 부재(22)의 이면에는, 상기 각 합류 유로(14)를 형성하기 위한 복수의 제2 홈(25)이 형성되어 있다. 각 제2 홈(25)은, 상기 각 제1 홈(24)과 직교하도록 수평 방향으로 연장되고, 서로 상하 방향으로 소정의 거리를 두고 배열되도록 형성되어 있다. 각 제2 홈(25)도, 소정의 단면을 갖도록 상기 이면에 있어서 오목 형상으로 오목하게 되어 있고, 이 오목해진 부분을 따라 상기 제2 원료 유체(32)를 수평 방향을 따라 안내할 수 있도록 형성되어 있다.
상기 복수의 제2 홈(25) 중 상측에 위치하는 것은 하측에 위치하는 것보다 길다. 따라서, 상측에 위치하는 제2 홈(25)은 하측에 위치하는 제2 홈(25)에 비해 제2 취입구(17)로부터 보다 떨어진 위치에 있는 반응 유로(13)를 흐르는 제1 원료 유체(31)에 제2 원료 유체(32)를 합류시키는 것이 가능하다.
상기 제1 단판 부재(22)의 내부에는, 상기 겉면 상의 각 제1 홈(24)과, 상기 이면 상의 제2 홈(25)을 각각 연결하는 복수의 관통 구멍(26)이 형성되어 있다. 각 관통 구멍(26)은, 겉면 상의 각 제1 홈(24)과 이면 상의 각 제2 홈(25)이 서로 교차하는 위치에 있어서 판 두께 방향을 따라 형성되어 있다. 이와 같이, 각 관통 구멍(26)은, 각 제2 홈(25)을 흐르는 제2 원료 유체(42)가 각 제1 홈(24)을 흐르는 제1 원료 유체(41)에 당해 관통 구멍(26)을 통해 합류하는 것을 허용한다. 즉, 상기 각 제1 홈(24)에 있어서의 상기 각 관통 구멍(26)의 개구가, 상술한 「반응 유로(13)에 대한 합류 유로(14)의 합류구(18)」에 대응한다.
한편, 상기 제2 단판 부재(23)는, 상기 제1 단판 부재(22)가 동일하게 겉면(표면) 및 이면을 갖고, 그 양면에, 상기 열매 유로(11)를 형성하기 위한 복수의 제3 홈(27)이 형성되어 있다. 각 제3 홈(27)은, 상하 방향 또는 수평 방향을 따라 연장되어 있다. 이 제3 홈(27)의 형성 방향은, 표리 모두 상하 방향을 따라 형성되어 있어도 되고, 좌우 방향을 따라 형성되어 있어도 된다. 또한, 도 4에 도시되는 예에서는, 제2 단판 부재(23)의 겉면에 형성된 제3 홈(27)이 상하 방향을 따라 연장되고, 제2 단판 부재(23)의 이면에 형성된 제3 홈(27)이 수평 방향을 따라 형성되어 있다. 그러나, 표리 이면에 형성된 제3 홈(27)의 모두가 상하 방향으로 연장되어 있어도 되고, 표리 이면에 형성된 제3 홈(27)의 모두가 수평 방향으로 연장되어 있어도 된다. 혹은 경사 방향으로 연장되어 있어도 된다. 상기 각 제3 홈(27)은, 상기 각 제1 홈(24)이나 상기 각 제2 홈(25)과 마찬가지로, 소정 형상의 단면, 예를 들어 반원 형상의 단면을 갖도록 오목하게 되어 있고, 열매를 상하 방향 또는 수평 방향을 따라 안내할 수 있도록 형성되어 있다.
상기 각 격리판(21)은, 겉면 및 이면을 갖지만 이들 면에 홈이 형성되어 있지 않은 평판이고, 제1 단판 부재(22)와 제2 단판 부재(23) 사이에 적층됨으로써, 제1 내지 제3 홈(24, 25, 27)을 판 두께 방향으로 폐쇄하여 상술한 반응 유로(13), 합류 유로(14) 및 열매 유로(11)를 형성한다. 구체적으로, 상기 격리판(21)은, 상기 제1 단판 부재(22)의 겉면에 적층됨으로써, 상기 제1 홈(24)을 판 두께 방향으로 폐쇄하여 당해 제1 홈(24)을 반응 유로(13)로서 이용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 격리판(21)은, 제1 단판 부재(22)의 이면에 적층됨으로써, 상기 제2 홈(25)을 판 두께 방향으로 폐쇄하여 당해 제2 홈(25)을 합류 유로(14)로서 이용하는 것을 가능하게 한다. 또한, 격리판(21)은, 상기 제2 단판 부재(23)의 겉면 및 이면에 각각 적층됨으로써, 상기 제3 홈(27)을 판 두께 방향으로 폐쇄하여 당해 제3 홈(27)을 열매 유로(11)로서 이용하는 것을 가능하게 한다.
그로 인해, 판 두께 방향을 따라, 제1 단판 부재(22), 격리판(21), 제2 단판 부재(23), 상기 격리판(21)과는 다른 격리판(21), 상기 제1 단판 부재(22)와는 다른 제1 단판 부재(22) 등의 순서로 당해 제1 단판 부재(22), 제2 단판 부재(23) 및 격리판(21)이 적층됨으로써, 서로 이웃하는 판 부재끼리의 접합 부분에 각각 복수의 반응 유로(13), 복수의 합류 유로(14) 및 복수의 열매 유로(11)가 형성된 상기 처리 부재(2)를 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.
다음에, 상술한 처리 장치인 반응 장치(1)를 사용하여 반응 조작을 행하는 방법, 바꿔 말하면 본 발명에 관한 처리 방법의 일례인 반응 방법에 대해 설명한다. 이하의 설명은, 상기 반응 장치(1)의 반응조(3)의 하부에 제2 원료 유체(32)가 저류되고, 원액조(4)에 제1 원료 유체(31)가 저류되고, 상기 제1 원료 유체(31)와 상기 제2 원료 유체(32)의 반응에 의해 반응 생성물(33)이 생성되어 취출되는 경우에 대해 행해진다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 먼저, 원액조(4)의 내부에 저류된 제1 원료 유체(31)를 제1 펌프(51)가 제1 배관(6) 내에 흡입하고, 이 제1 배관(6)을 통해, 반응조(3)의 내부에 수용된 처리 부재(2)로 압송한다. 이 제1 배관(6)의 입구측 단부는 상기 제1 원료 유체(31)가 저류된 원료조(4)에 접속되고, 출구측 단부는 상기 처리 부재(2)의 내부에 형성된 각 미세 유로(10), 정확하게는 각 반응 유로(13)의 제1 취입구(15)에 접속되어 있으므로, 상기 제1 펌프(51) 및 제1 배관(6)을 사용하면, 당해 제1 배관(6)에 취입된 원료조(4)의 제1 원료 유체(31)를 상기 각 반응 유로(13)에 공급하는 것이 가능해진다.
한편, 반응조(3)의 내부에 미리 저류되어 있는 제2 원료 유체(32)를 제2 펌프(52)가 분출하여 제2 배관(7)을 통해 반응조(3)에 수용되어 있는 처리 부재(2)로 압송한다. 상기 제2 배관(7)의 입구측 단부는 상기 제2 원료 유체(32)가 저류된 상기 반응조(3)의 하부에 위치하고 있고, 당해 제2 배관(7)의 출구측 단부는 상기 처리 부재(2)의 내부에 형성된 각 미세 유로(10), 정확하게는 각 합류 유로(14)의 제2 취입구(17)에 접속되어 있으므로, 상기 제2 펌프(52) 및 상기 제2 배관(7)을 사용하면, 상기 반응조(3)로부터 상기 제2 배관(7)에 취입된 제2 원료 유체(32)를 상기 각 합류 유로(14)에 공급하는 것이 가능해진다.
이와 같이 하여 각 반응 유로(13)에 공급된 제1 원료 유체(31) 및 각 합류 유로(14)에 공급된 제2 원료 유체(32)는, 각 합류구(18)보다도 상측(하류측)에 위치하는 반응 유로(13) 내에서 혼합되어 반응하고, 그 반응에 의해 반응 생성물(33)이 생성된다.
한편, 상기 처리 부재(2)의 내부에는, 상기 각 미세 유로(10)에 대해 판 두께 방향으로 거리를 두고 격리된 위치에 상기 각 열매 유로(11)가 형성되어 있으므로, 이들 열매 유로(11)에 소정의 반응 온도로 온도 조정된 열매를 공급하여 유통시킴으로써, 상기 각 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체(31, 32)의 온도를 소정의 반응 온도로 조정할 수 있다.
구체적으로, 상기 각 열매 유로(11)는, 상기 각 미세 유로(10)의 반응 유로(13)로부터 상기 각 격리판(21)의 두께 분만큼 격리된 위치에 형성되어 있으므로, 각 열매 유로(11)를 유통하는 열매로부터 공급되는 열을 사용하여, 각 반응 유로(13)를 흐르는 제1 원료 유체(31)를 소정의 반응 온도로 가열하거나 냉각하는 것이 가능하다.
또한, 반응 유로(13)와는 반대측을 향해, 미세 유로(10)의 합류 유로(14)로부터 격리판(21)의 두께분만큼 격리된 위치에도 열매 유로(11)가 형성되어 있으므로, 이 열매 유로(11)를 유통하는 열매로부터 공급되는 열을 사용하여, 합류 유로(14)를 흐르는 제2 원료 유체(32)를 소정의 반응 온도로 가열하거나 냉각하는 것이 가능하다.
그로 인해, 상기 각 열매 유로(11)에 열매를 공급하면, 당해 열매로부터 당해 열매 유로(11)에 각각 인접하는 미세 유로(10) 내의 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)로 열이 전달되고, 이에 의해, 당해 제1 및 제2 원료 유체(32)의 온도를 미리 정해진 반응 온도로 정확하게 유지하면서 당해 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)끼리의 사이에서 확실하게 반응을 행하게 하는 것이 가능해진다.
이와 같이 하여 반응 유로(13)의 내부에서의 반응에 의해 생성한 반응 생성물(33)은, 각 미세 유로(10)의 상단부를 포함하는 취출구(16)를 통해 처리 부재(2)의 외부에 취출되어 반응조(3)에 저류된다. 그로 인해, 도 1b에 도시한 바와 같이 반응이 진행되면, 원료조(4) 내에 있던 제1 원료 유체(31)가 모두 반응조(3)로 이동하여 각 미세 유로(10)의 내부에서의 반응에 사용되고, 이에 의해, 반응 완료의 원료 유체가 반응조(3)에 저류되게 된다.
또한, 미세 유로(10) 내에서의 1회의 유통만으로는 상기 반응이 완수되지 않는 경우, 바꿔 말하면 당해 1회의 유통 후에 반응조(3)에 미반응의 원료 유체가 남아 있는 경우에는, 반응조(3)에 저류된 반응 생성물(33)과 미반응의 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)를 제2 배관(7)이나 제3 배관(8)을 통해 다시 처리 부재(2)의 내부에 공급함으로써, 당해 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)의 반응률을 높이는 것도 가능하다.
상술한 반응 장치(1)를 사용하면, 원료조(4) 내의 제1 원료 유체(31)와, 반응조(3)의 제2 원료 유체(32)가, 각 미세 유로(10)에 미세하게 분배된 후에 당해 미세 유로(10) 내에서 반응되므로, 교반 날개 등을 사용하여 교반을 행하지 않아도 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)끼리를 각 미세 유로(10)의 내부에서 확실하게 혼합하여 반응시키는 것이 가능해진다. 그로 인해, 교반 날개를 사용하는 경우와 같이, 원료 유체끼리의 세분화 등의 문제를 수반하지 않는다.
또한, 처리 부재(2)의 내부에는, 각 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체를 가열 또는 냉각 가능한 열매를 유통시키는 열매 유로(11)가 당해 미세 유로(10)에 인접하는 위치에 형성되어 있고, 미세 유로(10)와 열매 유로(11)는 매우 큰 열교환 면적을 확보하면서 원료 유체(31, 32)와 열매를 열교환시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 모든 미세 유로(10) 및 열매 유로(11)는 처리 부재(2)의 내부에 설치되어 있어 외부의 온도의 영향을 받기 어렵다. 그로 인해, 상기 열매 유로(11)에 있어서의 상기 열매의 유통은, 상기 각 미세 유로(10)를 흐르는 원료 유체의 온도를 선택적이고 또한 단시간에 고정밀도로 목표의 반응 온도로 조정하는 것을 가능하게 한다. 또한, 반응조(4)의 온도의 조정에 많은 시간을 필요로 하지 않는다.
예를 들어, 도 5b에 도시하는 처리 장치와 같이, 반응조(103) 및 이에 수용하는 금속제의 코일 형상의 배관(111)을 구비하고 있고 당해 배관(111) 속으로의 열매의 공급에 의해 온도 조정이 행해지는 것에서는, 예를 들어 도 5b에 도시되는 교반 날개(114)를 사용하여 교반을 행해도 반응조(103)의 내부에 큰 온도 구배[도 5b에서는 조벽과 조 중앙 사이의 온도 차(dT1)로서 나타냄]가 남는다. 즉, 도 5b에 도시하는 예에서는, 온도 조절용의 배관(111)이 설치된 반응조(103)의 내벽면 근방의 온도는 높지만, 반대로 배관(111)으로부터 이격된 반응조(103)의 중앙측의 온도는, 외기온의 영향을 크게 받아 낮기 때문에, 조 내에서의 온도 차가 매우 크고, 균일한 온도 조건으로 반응 등의 처리를 진행시키는 것이 곤란해진다.
그러나, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기의 처리 부재(2)를 사용한 온도 조절에서는, 반응조(3)의 내부의 온도 구배[도 5a에 있어서 조벽과 조 중앙 사이의 온도 차(dT2)로서 나타나는 것]가 작고, 외기온의 영향을 받기 어려운 상태에서 반응이 행해지므로, 원료 유체의 온도를 대략 균일하게 유지하면서 반응 등의 처리를 행하는 것이 가능해진다.
이상으로부터, 제1 실시 형태의 반응 장치(1)를 사용하면, 처리조인 반응조(3)가 큰 열용량을 갖는 경우라도, 처리 온도를 엄밀하고 또한 고정밀도로 제어하면서, 단시간에 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 조작을 행할 수 있다.
다음에, 도 2a 및 도 2b를 사용하여, 제2 실시 형태의 반응 장치(1)를 설명한다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태의 반응 장치(1)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 반응조(3)를 구비하지만, 원료 유체(32)는 미리 반응조(3)에 저류되는 것은 아니고, 제1 원료 유체(31)와 마찬가지로 원료조에 저류된다. 구체적으로, 이 제2 실시 형태의 반응 장치(1)는, 제1 원료 유체(31)를 저류하는 제1 원료조(41)에 더하여, 제2 원료 유체(32)를 저류하는 제2 원료조(42)를 구비한다. 이들 제1 원료조(41) 및 제2 원료조(42)는, 모두, 반응조(3)의 외부에 당해 반응조(3)와는 다른 조로서 설치되어 있고, 제1 및 제2 원료조(41, 42)의 각각으로부터 개별로 제1 원료 유체(31) 및 제2 원료 유체(32)가 상기 반응조(3)에 수용된 처리 부재(2)에 공급된다.
또한, 제2 실시 형태의 반응 장치(1)에서는, 상기 제1 실시 형태의 반응 장치(1)와 마찬가지로 제1 배관(6) 및 제2 배관(72)을 구비하지만, 이 중 제2 배관(72)은 제1 실시 형태에 관한 제2 배관(7)과 달리 상기 제2 원료조(42)와 처리 부재(2)에 있어서의 합류 유로(14)의 제2 취입구(17)(도 4 참조) 사이에 배치되어 있다. 이 제2 배관(72)의 도중에는, 제1 배관(6)에 있어서의 제1 펌프(51) 및 전환 밸브(9)와 동일하게 제2 펌프(52) 및 전환 밸브(92)가 설치되고, 당해 제2 배관(7)에 있어서의 전환 밸브(92)와 상기 반응조(3) 사이에 상기 제3 배관(8)과 동일한 제4 배관(82)이 설치되어 있다. 상기 제2 펌프(52)는, 상기 제2 원료조(31)에 저류된 제2 원료 유체(32)를 상기 제2 배관(72)을 통해 상기 합류 유로(14)의 제2 취입구(17)로 급송하고, 상기 제4 배관(82)은, 반응조(3) 내의 원료 유체가 상기 단 배관(7B)을 흐르는 제2 원료 유체(32)에 합류하는 것을 가능하게 한다.
이 제2 실시 형태의 반응 장치(1)에서는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반응 개시 시에는 반응조(3)에 반응 생성물(33)이나 원료 유체(31, 32)는 완전히 저류되지 않는다. 그 후, 제1 및 제2 펌프(51, 52)가 구동됨으로써, 당해 제1 펌프(51)가 제1 원료 유체(31)를 제1 배관(6)을 통해 처리 부재(2)[상세하게는 도 4에 도시되는 반응 유로(13)의 제1 취입구(15)]로 압송함과 함께, 제2 펌프(52)가 제2 원료 유체(32)를 제2 배관(7B)을 통해 처리 부재(2)[상세하게는 도 4에 도시되는 합류 유로(14)의 제2 취입구(17)]로 압송한다. 그렇게 하면, 상기 제1 취입구(15)로부터 상기 반응 유로(13) 내로 흐르는 제1 원료 유체(31)와 상기 제2 취입구(17)로부터 상기 합류 유로(14) 내로 흐르는 제2 원료 유체(32)가 도 4에 도시되는 합류구(18)보다 상측에 위치하는 반응 유로(13)의 내부에서 혼합되어 반응하고, 이 반응에 의해 생성된 반응 생성물(33)이 취출구(16)를 통해 반응조(3)로 취출되어, 저류된다.
상기의 조작의 속행에 의해, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1 원료조(41) 중에 저류되어 있던 제1 원료 유체(31) 및 제2 원료조(42)에 저류되어 있던 제2 원료 유체(32)가 함께 없어지는 한편, 상기 제1 원료 유체(31)와 상기 제2 원료 유체(32)가 반응함으로써 얻어진 반응 생성물(33)이 반응조(3)를 채운다.
이때, 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)의 반응이 완전히 종료되어 있지 않은 경우, 바꿔 말하면 반응조(3)의 내부에 제1 원료 유체(31) 및 제2 원료 유체(32) 중 적어도 한쪽이 미반응 상태로 남아 있는 경우에는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)의 반응을 완수시키기 위해 반응조(3)의 원료 유체가 제1 배관(6), 제2 배관(7, 7B) 및 제3 배관(8, 8B)을 통해 다시 처리 부재(2)로 귀환되어, 처리 부재(2)의 내부에서의 반응에 더 제공된다.
상술한 제2 실시 형태의 반응 장치(1)는, 예를 들어, 제1 원료 유체(31) 또는 제2 원료 유체(32)의 전량을 소정의 반응 온도에서 최초로 반응시키고, 그 전량 반응 후에 당해 원료 유체를 순환시키면서 반응을 완수하는 것이 바람직한 원료 유체의 반응에 적합하다. 또한, 제2 원료 유체(32)가 휘발하기 쉬운 액체인 경우, 제1 실시 형태의 반응 장치에서는 당해 제2 원료 유체(32)가 반응조(3) 중에서 휘발하여 가스화되므로 당해 원료 유체(32)를 처리 부재(2) 중에 공급하기 어려워질 우려가 있지만, 이와 같은 경우에도, 제2 실시 형태의 반응 장치는 적절히 사용할 수 있다.
다음에, 도 3을 사용하여, 제3 실시 형태의 반응 장치(1)를 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태의 반응 장치(1)는, 처리 부재(2) 및 반응조(3)를 구비하고, 그 내부에, 서로 비중이 상이함과 함께 서로 상용하지 않는 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)가 상층 및 하층으로 각각 나뉘어 저류된다. 상기 처리 부재(2)는 제1 실시 형태와 마찬가지로 복수의 미세 유로(10)를 갖고, 각 미세 유로(10)는, 반응조(3)의 상부로부터 취입된 상층의 제1 원료 유체(31)를 유통시키면서 반응시키는 반응 유로(13)와, 반응조(3)의 하부로부터 취입된 하층의 제2 원료 유체(32)를, 반응 유로(13)의 도중의 합류구(18)를 통해 당해 반응 유로(13) 내의 상기 제1 원료 유체(31)에 합류시키는 합류 유로(14)를 포함한다(도 4 참조).
이와 같은 처리 부재(2)를 사용하여 반응을 행하면, 상기 각 반응 유로(13) 중 상기 합류구(18)보다도 상측의 부분의 내부에서, 상층의 제1 원료 유체(31)와 하층의 제2 원료 유체(32)가 2상류 상태로 서로 접촉하여 반응하고, 반응에 의해 생성된 반응 생성물(33)을 당해 반응 생성물(33)이 상기 제1 원료 유체(31) 또는 상기 제2 원료 유체(32) 중 어느 하나에 용해된 상태로 취출할 수 있다.
이 제3 실시 형태의 반응 장치(1)는, 상기 제1 및 제2 원료 유체(31, 32)가, 예를 들어 물과 기름과 같이 서로 상용하지 않는 경우이며, 반응 생성물(33)을, 예를 들어 수용시킨 상태에서 취출하고 싶은 경우 등에, 유효하게 사용할 수 있다.
이상의 각 실시 형태에서 예시되는 바와 같이, 본 발명의 처리 장치[상기 각 실시 형태에서는 반응 장치(1)] 및 처리 방법(상기 각 실시 형태에서는 반응 방법)에 의하면, 처리조[상기 각 실시 형태에서는 반응조(3)]의 열용량이 큰 경우라도, 처리 온도(상기 각 실시 형태에서는 반응 온도)를 엄밀하고 또한 고정밀도로 제어하면서 추출, 분리, 반응 등의 화학적인 조작을 확실하게 행할 수 있게 된다.
또한, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 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 것은 아니고, 통상의 당업자라면 용이하게 상정하는 것이 가능한 값을 채용하고 있다.
예를 들어, 상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 처리 부재(2)는 복수의 미세 유로(10)를 포함하지만, 본 발명에 관한 처리 부재는 단일의 미세 유로 및 이에 대응하는 단일의 열매 유로를 갖는 것, 즉 단일 유로 부재여도 된다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 원료 유체의 처리 온도를 양호하게 제어하면서 당해 원료 유체의 처리를 행할 수 있는 처리 장치 및 처리 방법이 제공된다.
본 발명은 원료 유체 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하기 위한 처리 장치를 제공한다. 이 처리 장치는, 상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와, 이 처리 부재를 수용함과 함께 당해 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비한다. 상기 처리 부재는, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 미세 유로이며 그 내부를 상기 원료 유체가 유통하는 것과, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 열매 유로이며 그 내부를 상기 미세 유로를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매가 유통하는 것을 갖는다. 상기 적어도 하나의 미세 유로 및 상기 적어도 하나의 열매 유로는, 당해 미세 유로를 흐르는 상기 원료 유체와 당해 열매 유로를 흐르는 상기 열매의 열교환을 가능하게 하도록 서로 격리되어 있다.
또한 본 발명은, 원료 유체의 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하기 위한 처리 방법을 제공한다. 이 처리 방법은, 서로 격리된 미세 유로 및 열매 유로를 갖는 처리 부재이며 당해 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와, 이 처리 부재를 수용함과 함께 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비하는 처리 장치를 준비하는 것과, 상기 처리 부재의 상기 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 유통시킴과 함께 당해 미세 유로 내를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매를 상기 열매 유로 내에 유통시키고 당해 원료 유체와 당해 열매를 상기 처리 부재의 내부에서 열교환시킴으로써 상기 미세 유로 내의 원료 유체의 처리 온도를 조정하는 것을 포함한다.
이들 처리 장치 및 처리 방법에 의하면, 처리조의 열용량이 큰 경우라도, 처리 온도를 양호하게 제어하면서 당해 원료 유체의 처리를 행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 처리 부재에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세 유로는 복수의 미세 유로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 열매 유로는 복수의 열매 유로를 포함하는 것이 좋다. 이 처리 부재는, 상기 복수의 미세 유로에 상기 원료 유체를 유통시킴으로써 당해 원료 유체를 보다 효율적으로 처리하고, 또한 상기 복수의 열매 유로에 상기 열매를 유통시킴으로써 상기 원료 유체의 처리 온도를 보다 고정밀도로 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 처리 부재의 상기 적어도 하나의 미세 유로는, 상기 원료 유체와 상기 열매 유로를 유통하는 상기 열매 사이에서 열교환을 행하게 함으로써, 상기 원료 유체의 온도를 조정하면서 상기 원료 유체의 반응을 행하게 하는 반응 유로를 포함하는 것이 좋다.
상기 적어도 하나의 미세 유로에는, 상기 원료 유체로서 복수종의 원료 유체가 유통되어도 된다.
이 경우, 상기 반응조는, 상기 복수종의 원료 유체로서 서로 밀도가 상이함과 함께 서로 상용하지 않는 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체를 이들 제1 및 제2 원료 유체가 상층 및 하층으로 각각 나누어진 상태에서 저류하고, 상기 처리 부재의 상기 적어도 하나의 미세 유로는, 상기 반응조의 하부로부터 취입된 하층의 상기 제2 원료 유체를 유통시키면서 반응시키는 반응 유로와, 상기 반응조의 상부로부터 취입된 상층의 제1 원료 유체를, 상기 반응 유로의 도중에 상기 제2 원료 유체에 합류시키는 합류 유로를 포함하는 것이 적합하다.

Claims (8)

  1. 원료 유체의 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하는 처리 장치이며,
    상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와,
    이 처리 부재를 수용함과 함께 당해 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비하고,
    상기 처리 부재는, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 미세 유로이며 그 내부를 상기 원료 유체가 유통하는 것과, 당해 처리 부재의 내부에 설치된 적어도 하나의 열매 유로이며 그 내부를 상기 적어도 하나의 미세 유로를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매가 유통하는 것을 갖고, 상기 적어도 하나의 미세 유로 및 상기 적어도 하나의 열매 유로는, 당해 미세 유로를 흐르는 상기 원료 유체와 당해 열매 유로를 흐르는 상기 열매의 열교환을 가능하게 하도록 서로 격리되어 있는, 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리 부재에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세 유로는 복수의 미세 유로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 열매 유로는 복수의 열매 유로를 포함하는, 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 처리 부재의 상기 적어도 하나의 미세 유로는, 상기 원료 유체와 상기 열매 유로를 유통하는 상기 열매 사이에서 열교환을 행하게 함으로써, 상기 원료 유체의 온도를 조정하면서 상기 원료 유체의 반응을 행하게 하는 반응 유로를 포함하는, 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세 유로에는, 상기 원료 유체로서 복수종의 원료 유체가 유통하는, 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 처리 부재에 있어서, 상기 적어도 하나의 미세 유로는 복수의 미세 유로를 포함하고, 상기 적어도 하나의 열매 유로는 복수의 열매 유로를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 미세 유로에는 상기 원료 유체로서 복수종의 원료 유체가 유통하는, 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 처리 부재 중 적어도 하나개의 미세 유로는, 상기 원료 유체와 상기 열매 유로를 유통하는 열매 사이에서 열교환을 행하게 함으로써, 상기 원료 유체의 온도를 조정하면서 상기 원료 유체의 반응을 행하게 하는 반응 유로를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 미세 유로에는 상기 원료 유체로서 복수종의 원료 유체가 유통하는, 처리 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응조는, 상기 복수종의 원료 유체로서, 서로 상이한 비중을 가짐과 함께 서로 상용하지 않는 제1 원료 유체 및 제2 원료 유체가 상층 및 하층으로 각각 나뉘어진 상태에서 당해 제1 원료 유체 및 당해 제2 원료 유체를 저류하고,
    상기 처리 부재의 상기 적어도 하나의 미세 유로는, 상기 반응조의 하부로부터 취입된 하층의 상기 제2 원료 유체를 유통시키면서 반응시키는 반응 유로와, 상기 반응조의 상층의 상기 제1 원료 유체를 상기 반응 유로의 도중에서 당해 반응 유로 내의 상기 제2 원료 유체에 합류시키는 합류 유로를 포함하는, 처리 장치.
  8. 원료 유체의 처리 온도를 제어하면서 당해 원료 유체를 처리하는 처리 방법이며,
    서로 격리된 미세 유로 및 열매 유로를 갖는 처리 부재이며 당해 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 도입하여 내부에서 처리를 행하는 처리 부재와, 이 처리 부재를 수용함과 함께 당해 처리 부재 내에서 처리한 처리 생성물을 저류하는 처리조를 구비한 처리 장치를 준비하는 것과,
    상기 처리 부재의 상기 미세 유로 내에 상기 원료 유체를 유통시킴과 함께, 이 미세 유로를 유통하는 상기 원료 유체와는 상이한 온도를 갖는 열매를 상기 열매 유로 내에 유통시키고 당해 원료 유체와 당해 열매를 상기 처리 부재의 내부에서 열교환시킴으로써 상기 미세 유로 내의 원료 유체의 처리 온도를 조정하는 것을 포함하는, 처리 방법.
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