(57)【要約】【課題】  それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合して反応させた場合、円筒形状の混合流路内で半径方向に多層流れを形成し、乱流混合及び旋回流による攪拌効果を相乗することにより混合性能を向上させ、反応生成物を高収率，高効率で生産できる混合流路を有する反応装置を提供する。【解決手段】  それぞれ異種の物質を含む複数の流体４と流体５を混合する混合流路１は円筒形状であり、流体４と流体５を混合流路１に導く入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心軸からオフセットして複数設置されている。【選択図】図１
2010046634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合させるための円筒形状の混合流路と、
該混合流路の中心軸からオフセットして設置され前記流体を前記混合流路に流入させる入口流路と
を備えている反応装置。
【請求項２】
それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合させるための円筒形状の混合流路と、
該混合流路の中心軸に対して直角に交わる平面上に前記中心軸からオフセットして設置される前記流体を前記混合流路に流入させる入口流路と
を備えている反応装置。
【請求項３】
円筒形状の混合流路と、
前記混合流路の中心軸からオフセットして設置され第１の物質を含んでいる流体を前記混合流路に流入するための第１の入口流路と、
前記第１の入口流路を前記混合流路の中心軸に対して回転した位置に設置される第２の物質を含んでいる流体を前記混合流路に流入するための第２の入口流路と
を備えた反応装置。
【請求項４】
入口流路の流れ方向が混合流路の流れ方向に対して９０度未満の角度で配置されている
請求項１または３のいずれかに記載の反応装置。
【請求項５】
入口流路が同一の物質を含んでいる流体毎に混合流路の中心軸に対して回転した位置に複数設置されている
請求項１から４のいずれかに記載の反応装置。
【請求項６】
入口流路が同一の物質を含んでいる流体毎に混合流路の流れ方向に離間して複数設置されている
請求項１から５のいずれかに記載の反応装置。
【請求項７】
混合流路の中心軸回りの回転方向に、複数の異種の物質を含んでいる複数の流体の入口流路が順番に設置されている
請求項１から６のいずれかに記載の反応装置。
【請求項８】
前記混合流路の中央部に構造物を設置した
請求項１から７のいずれかに記載の反応装置。
【請求項９】
前記混合流路の中央部に設置された構造物は、前記混合流路の下流側に向かって断面積が小さく形成されている
請求項８に記載の反応装置。
【請求項１０】
前記混合流路を有する構造体を備え、該構造体に熱媒体を流通させる流路が複数形成されている
請求項１から９のいずれかに記載の反応装置。
【請求項１１】
前記混合流路を有する構造体を備え、該構造体の表面に複数の熱交換用のフィンを形成した
請求項１から１０のいずれかに記載の反応装置。
【請求項１２】
異種の物質を含んでいる複数の流体を貯蔵する複数のタンクと、
複数のそれぞれのタンクに接続される配管毎に設置され混合流路に流体を送るポンプと、
前記混合流路に送る流体の流量を調整するための流量調節器と、
請求項１から１１のいずれかに記載の反応装置と、
前記混合流路の出口側に接続され混合した流体を反応させる反応流路と、
該反応流路からの生成物を貯蔵するタンクと、
前記混合流路および反応流路を温度管理する温度制御装置を備えた反応プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学合成や化学分析などの分野において液体又は気体を流路内で混合して反応させる反応装置及び反応プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学合成や化学分析の分野において、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）と呼ばれるマイクロ加工技術により製作された断面寸法が数十〜数百μｍの流路から構成される反応器が使用され始めている。このような反応器は、マイクロミキサ、又はマイクロリアクタと呼ばれる。
【０００３】
マイクロリアクタでは、互いに反応する２種類以上の物質をそれぞれ含む流体を合流させ、微細流路内で互いに接触させて化学反応を生じさせる。マイクロリアクタは、流路の幅や高さが小さく、反応部の体積当たりの表面積が大きく、流路の容積が小さいため、物質の混合時間が短く、熱交換が速くなり、その結果、反応による副生成物が低減し、反応収率が高くなるといった効果がある。
【０００４】
〔特許文献１〕には、第一反応溶液導入管，流出管，混合部の中心軸を一致させ、その中心軸に対して回転対称的に配置され、中心軸上の一点で交差せずにオフセットを有する２本の第二反応液導入管を設けるようにした高温高圧マイクロミキサが記載されている。
【０００５】
また、〔特許文献２〕に記載の従来の技術では、混合流路を流れる２種類の流体の間隔を小さくするため、混合流路の上流で各々の流体を多数に分割して２種類の流体を交互に流入させ、縮流部で縮流しているものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２４５３号公報
【特許文献２】ＷＯ０２／１６０１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
〔特許文献１〕に記載の高温高圧マイクロミキサは、中心軸に第一反応液を導入し、中心軸上の一点で交差せずにオフセットを有する２本の第二反応液導入管を設けているので、多層状の流れが形成されにくく、混合するための距離が長くなるという問題がある。
【０００８】
また、〔特許文献２〕に記載のマイクロミキサは、下流の混合流路での２種類の流体の間隔は、流体の分割数を増加させて多層状にすることにより小さくすることができる。しかし、縮流部の上流において各流体の流入口の幅は、加工精度及び流路の閉塞を考慮すると一般的に５００μｍから数mmの範囲であるため、層数を増やすためには縮流部入口の幅が大きくなり、混合流路入口までの距離が長くなるため、混合流路に達する以前に縮流部において隣接する異種の流体間で混合及び反応が開始する可能性がある。拡散距離Ｗの大きい縮流部で反応すると、副生成物の割合が増加して収率が減少するという問題がある。ここで、拡散距離Ｗは、一層当たりの幅、又は隣り合う層の中心間距離である。
【０００９】
本発明の目的は、拡散距離Ｗの大きい縮流部のような流路をなくし、拡散距離Ｗの小さい混合流路で混合及び反応を開始して収率を向上させて大量処理することのできる反応装置及び反応プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の反応装置は、多層流れによる拡散距離の低減効果、乱流による物質拡散の増大及び旋回流による攪拌効果を相乗することにより混合性能を向上させるため、それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合させる円筒形状の混合流路に対して、複数の流体を混合流路に導く入口流路を、入口流路の中心軸が混合流路の中心軸に交わらないように混合流路に接続したものである。また、混合流路は乱流条件としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、混合流路内の半径方向に複数の流体を多層状に流して拡散距離を低減し、乱流及び旋回流の効果を相乗させて複数の流体の混合性を促進させることにより副反応を抑制し、高い反応収率で多量処理を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の各実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１を図１から図９により説明する。図１は、本実施例の反応装置の構成図である。
【００１４】
図１に示すように、円筒形状の混合流路１の端部は密閉されており、密閉された端部側に、物質Ａを含む流体４を混合流路１に導くための入口流路２と、物質Ｂを含む流体５を混合流路１に導くための入口流路３が設けられている。入口流路２と入口流路３とは、混合流路１の流れ方向に離間して複数個設けられ、入口流路２と入口流路３とは、図２に示すように、混合流路１の中心軸に対してδの距離オフセットされた位置に配置されている。入口流路２と入口流路３とは、混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に設置され、互いに反対方向に位置しており、図１に示す例では、流路は矩形に形成されている。ここで、円筒形状とは、円に近似する多角形であってもよく、これらを含めて便宜上、円筒形状という。また、入口流路２と入口流路３とが、混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に設置されるとは、入口流路２と入口流路３の一部が平面上にあるものも含んで定義している。
【００１５】
図１に示す例では、物質Ａを含む流体４は３本の入口流路２から、物質Ｂを含む流体５は３本の入口流路３からそれぞれ円筒形状の混合流路１に流入する。入口流路２から流入した流体４は円筒形状に沿うように流れ、入口流路３から流入する流体５は流体４の流れに沿うように流入する。
【００１６】
上述したように、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心線に対して直角に交わる同一平面上に設置され、入口流路２の中心軸と入口流路３の中心軸は混合流路１の中心軸からδだけオフセットしているので、入口流路２から流入した流体４と入口流路３から流入した流体５は、混合流路１で旋回流６となる。
【００１７】
また、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の流れ方向に離間して配置されているので、図１の混合流路１の矢視Ｉ−Ｉ′断面で示す流れは、図３のように、半径方向に流体４と流体５が交互に層をなす旋回流を形成する。このような流れになると、二種類の流体の拡散距離が減少し、旋回流の効果により、混合性が向上する。混合流路内の流れを乱流条件で流すことにより、乱流混合によって混合性能はさらに向上する。
【００１８】
ここで、物質Ａが含まれる流体４と物質Ｂが含まれる流体５が反応すると、数１に示すように主生成物Ｒが生成され、数２に示すように、主生成物Ｒと物質Ｂが反応して副生成物Ｓが生成される。
【００１９】
（数１）
Ａ＋Ｂ  →  Ｒ                                    （１）
（数２）
Ｒ＋Ｂ  →  Ｓ                                    （２）
【００２０】
マイクロリアクタでは流路の水力等価直径が小さいので、流体の慣性力と粘性力の比を表す無次元数であるレイノルズ数が小さいため、流れは層流となる。したがって、流体中に含まれる複数の物質を混合する場合、物質の分子拡散によって混合が進む。物質Ａを含む流体４と物質Ｂを含む流体５の２流体を流した場合の各物質の混合時間ｔm［ｓ］は、数３で表される。
【００２１】
（数３）
ｔm＝Ｗ2／Ｄ                                    （３）
【００２２】
ここで、Ｄ［ｍ2／ｓ］は拡散係数であり、層流条件では流体中の物質の分子拡散係数を表し、Ｗ［ｍ］は拡散距離（多層流の１層当たりの幅、又は隣り合う層の中心間距離）である。
【００２３】
数３から分かるように、混合時間は拡散距離Ｗの２乗に比例するため、流路幅が小さいほど混合時間が短くなる。また、流れが層流から乱流へと遷移すると、数３の拡散係数Ｄは乱流拡散係数となる。乱流拡散係数は分子拡散係数に比べて数千倍大きな値であるため、層流条件よりも乱流条件にすることで混合時間が短くなる。
【００２４】
一方、数１の主反応及び数２の副反応の反応速度定数をそれぞれのｋ1［ｍ3／（kmol・ｓ）］及びｋ2［ｍ3／（kmol・ｓ）］、物質Ａ及び物質Ｂの濃度を等濃度として反応させる場合の初期濃度をＣ0［kmol／ｍ3］とすると、主生成物Ｒの反応時間ｔr［ｓ］は数４で与えられる。
【００２５】
（数４）
ｔr＝１／（ｋ1Ｃ0）                            （４）
【００２６】
マイクロ流路内での数１及び数２に示す逐次反応では、数５に示すように数３の混合時間と数４の反応時間の比である混合反応数φが減少するほど、反応律速の状態に近づき、物質Ａに対する目的物質である主生成物Ｒの生成量である反応収率は増大する。
【００２７】
（数５）
φ＝ｔm／ｔr＝ｋ1Ｃ0Ｗ2／Ｄ                    （５）
【００２８】
したがって、主生成物Ｒの反応収率を向上させるためには、多層流の各層当たりの幅を薄くすることにより拡散距離Ｗを小さくし、混合反応数φを小さくすればよいことが分かる。このことから、本実施例では、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の流れ方向に離間して配置することにより混合反応数φを小さくし、反応収率を向上させることができる。
【００２９】
混合流路１の内径は限定されないが、好ましくは１０mm未満に設定するとよい。また，流れは層流，乱流のどちらでもよいが、上述したように、乱流の方が混合性能は高い。図１では、入口流路２，入口流路３の形状が矩形の場合を示したが、円形等の任意形状が適用できる。
【００３０】
図１では、入口流路を混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に設けた例を説明したが、図４に示すように、入口流路２と入口流路３とを混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面からずらして設けてもよい。
【００３１】
反応装置の生産性を向上させるためには、反応収率と共に処理量を増大させる必要がある。図５に示す例では、入口流路２，入口流路３を混合流路１の中心軸に対して９０度未満の角度で設置することにより、流体４と流体５が混合流路１に流入するときの圧力損失が低減されるので、処理流量が増大する。
【００３２】
図６に、本実施例の反応装置の具体的な流路の製作方法の一例を示す。反応装置９は矩形の構造物から成り、混合流路出口８の方から円筒状の穴を加工して混合流路１を形成する。反応装置９の両側の側面から混合流路１に直角に複数の穴を加工して入口流路２と入口流路３を形成する。このとき、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心軸からオフセットした位置に形成される。それぞれの入口流路２，入口流路３に均一な流量で流体を流入させるため、流体を一時的に貯める空間となるバッファ１１とバッファ入口流路１２を加工した封止板１０を反応装置９の両側の側面に設置する。
【００３３】
反応装置の材料は金属，ガラス，プラスチック等が可能であり限定されない。また、反応装置９と封止板１０の接続には、Ｏリング等のシール材を介してのボルト締結や、金属の場合は溶接や拡散接合が用いられる。
【００３４】
このように、本実施例によれば、複数の流体の混合性を向上させることが可能となるため、副反応を抑制して高収率で生産性の高い混合流路を提供できる。
【００３５】
図１の変形例を図７に示す。図７は、本実施例の反応装置の斜視図であり、図７に示す例では、入口流路２と入口流路３を４個設けている。
【００３６】
図７に示す例についての数値解析結果により、上述した本実施例の効果を説明する。
【００３７】
この数値解析では、それぞれ４個ある入口流路２及び入口流路３は、流路断面を２５０μｍ×２５０μｍの正方形とし、流路長を１０mmとした。混合流路１は、流路断面を直径１mmの円形とし、流路長を８０mmとした。入口流路２及び入口流路３における入口流速を３.３３３ｍ／ｓに設定すると、入口流路２及び入口流路３でのレイノルズ数は８３０となって層流条件となり、混合流路１でのレイノルズ数は２１２０となって乱流条件となる。このとき、混合流路出口における流量は、１００ｍＬ／minである。
【００３８】
比較例としてＴ字型反応装置を解析した。図８は、比較例としたＴ字型反応装置の構成を表す斜視図である。Ｔ字型に形成された入口流路２と入口流路３は、円形の中空であり、混合流路１の端部に対向して１個ずつ設けられている。
【００３９】
この数値解析では、入口流路２及び入口流路３は、流路断面を直径１mmの円形とし、流路長を１０mmとした。混合流路１は、流路断面を直径１mmの円形とし、流路長を８０mmとした。入口流路２及び入口流路３における入口流速を１.０６１ｍ／ｓに設定すると、入口流路２及び入口流路３でのレイノルズ数は１０６０となって層流条件となり、混合流路１でのレイノルズ数は２１２０となって乱流条件となる。このとき、混合流路における平均流量は、１００ｍＬ／minである。
【００４０】
なお、流体４と流体５の物性は同一とし、密度を１０3kg／ｍ3、粘度を１０-3Ｐａ・ｓとしている。そして、流体４にトレーサーとなる物質Ａを１kmol／ｍ3の濃度で混合し、物質Ａの分子拡散係数を１０-9ｍ2／ｓとした。
【００４１】
このようにして、本実施例の反応装置とＴ字型反応装置について数値解析を実施したところ、図９に示すような解析結果が得られた。図９は、混合流路１の流れ方向に沿って流体の濃度ムラが減少していく様子を表している。なお、濃度ムラは、数６で与えられる。数６において、Ｃavは流路断面での物質Ａの平均濃度［kmol／ｍ3］、Ｃは流路断面での物質Ａの局所濃度［kmol／ｍ3］、ｕは流路断面での局所流速［ｍ／ｓ］である。数６における積分記号は流路断面について積分することを意味する。
【００４２】
【数６】
2010046634.tif 000003
【００４３】
図９において、流体４と流体５の合流直後では滞留時間が０であり、濃度ムラが１である。そして、混合流路１の流れ方向に進んで（言い換えれば、滞留時間が経過して）流体４と流体５が完全に混合すると、濃度が均一となって濃度ムラが０となる。図９に示すように、Ｔ字型反応装置に比べ、本実施例の反応装置のほうが、濃度ムラの変化率（曲線の傾き）が大きく、混合時間を短縮できることが分かる。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２を図１０，図１１により説明する。図１０は、本実施例の混合流路を示す縦断面図、図１１は、本実施例の制作方法を示す斜視図である。
【００４５】
本実施例は、実施例１と同様に構成されているが、混合流路１の入口流路２，入口流路３を設置した部分の流路中央に構造物１３が設置されている。構造物１３の混合流路１の中心軸に直角方向の断面積は、流れ方向に減少するような形状となっている。
【００４６】
このような構造にすることにより、混合流路１の入口流路部分の流路断面積が減少するため、流体４と流体５の層の幅が小さくなり拡散距離が減少して混合性能が向上する。
【００４７】
本実施例の製作方法は、実施例１の製作方法と同様であるが、混合流路１の入口部に構造物を設置するため、上流方向から、流路中央に構造物１３を設けた台座１４を設置する。
【００４８】
本実施例によれば、複数の流体の混合性を向上させることが可能となるため、副反応を抑制して高収率で生産性の高い混合流路を提供できる。
【実施例３】
【００４９】
本発明の実施例３を図１２により説明する。図１２は、混合流路の温度制御を行うための構造を示す斜視図である。反応装置９はブロック構造のため、伝熱性能が低下する可能性がある。反応収率を向上させるためには、精密な温度制御が必要であり、ブロック構造の反応装置の伝熱性能を向上させるため、図１２に示すように、熱媒体１６を流通させるための複数の流路１５が設けられている。この流路１５は、混合流路１に沿って複数設けてもよく、入口流路２，入口流路３に沿って設けられるようにしてもよい。
【００５０】
また、図示はしていないが、流路１５の代わりに反応装置９に複数のフィンを設けても良い。
【００５１】
このように、本実施例によれば、混合流路１に沿って温度制御が行えるので、反応収率を向上させることができる。
【実施例４】
【００５２】
本発明の実施例４を図１３から図２３により説明する。図１３は、本実施例の反応装置の構成図である。
【００５３】
図１３に示すように、円筒形状の混合流路１の端部は密閉されており、密閉された端部側に、物質Ａを含む流体４を混合流路１に導くための入口流路２と、物質Ｂを含む流体５を混合流路１に導くための入口流路３が設けられている。この例では、混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に、９０度間隔で入口流路２，入口流路３，入口流路２，入口流路３の４個の入口流路を設け、入口流路２と入口流路３とは、図１４に示すように、混合流路１の中心軸に対してδの距離オフセットされた位置に配置されている。図１３に示す例では、流路は矩形に形成されているが、円筒形状に形成されていてもよい。ここで、円筒形状とは、円に近似する多角形であってもよく、これらを含めて便宜上、円筒形状という。
【００５４】
上述したように、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心線に対して直角に交わる同一平面上に設置され、入口流路２の中心軸と入口流路３の中心軸は混合流路１の中心軸からδだけオフセットしているので、入口流路２から流入した流体４と入口流路３から流入した流体５は、混合流路１で旋回流６となる。
【００５５】
また、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心線に対して直角に交わる同一平面上で交互に設置されているので、図１３の混合流路１の矢視Ｉ−Ｉ′断面で示す流れは、実施例１の図３と同じように、半径方向に流体４と流体５が交互に層をなす旋回流を形成する。このような流れになると、二種類の流体の拡散距離が減少し、旋回流の効果により、混合性が向上する。混合流路内の流れを乱流条件で流すことにより、乱流混合によって混合性能はさらに向上する。
【００５６】
図１５は、入口流路２，入口流路３の変形例を示す側面図である。この例では、混合流路１の中心軸に対して直角に交わる同一平面上に、４５度間隔で入口流路２，入口流路３，…の８個の入口流路を設けている。このように、入口流路の個数を増加する程、流れの層数が増大するため拡散距離が減少して混合性は向上する。
【００５７】
図１６に、本実施例の入口流路が４個ある反応装置の具体的な流路の製作方法の一例を示す。反応装置９は矩形の構造物から成り、混合流路出口８の方から円筒状の穴を加工して混合流路１を形成する。反応装置９の左右及び上下側面から混合流路１に直角に穴を加工して入口流路２と入口流路３をそれぞれ２個ずつ形成する。このとき、入口流路２と入口流路３は、混合流路１の中心軸からオフセットした位置に形成される。
【００５８】
反応装置の材料は金属，ガラス，プラスチック等が可能であり限定されない。
【００５９】
また、上述した反応装置では、２種類の流体を混合させたが、それぞれの入口流路にそれぞれ異なる物質を含む流体を流入させても良い。特に、混合する流体が３種類の場合は、入口流路を１２０度ずつの３個設けるようにしてもよく、あるいは入口流路を６０度ずつの６個設けるようにしてもよい。
【００６０】
図１７から図２１に、本実施例の入口流路が８個ある反応装置の具体的な流路の製作方法の一例を示す。図１７は、反応装置の構成を表す斜視図である。
【００６１】
反応装置９は、混合流路１が形成された出口部材４１，入口流路が形成された流路部材４２、それぞれの入口流路に均一な流量で流体を流入させるため、流体を一時的に貯める空間となるバッファとバッファ入口流路が形成されたバッファ部材４３の３個の円柱状の構造物から成る。
【００６２】
出口部材４１は、図１８に示すように混合流路１となる円筒形状の穴を貫通加工している。
【００６３】
流路部材４２は、図１９に示すように入口流路２と入口流路３がそれぞれ４個ずつ平面上に加工され、図２０に示すように入口流路２の中心軸と入口流路３の中心軸は流路部材４２の中心（言い換えると、出口部材４１の混合流路１の中心軸）からオフセットした位置に形成される。入口流路２と入口流路３は、流路部材４２の中心とは反対側の端面にバッファ部材４３からの流体を入口流路２と入口流路３に供給するための導入流路４５と導入流路４６が形成される。
【００６４】
バッファ部材４３は、図２１に示すように流路部材４２の入口流路２，入口流路３に均一な流量で流体を流入させるため、流体を一時的に貯める空間となるバッファ１１，バッファ３１とバッファに流体を供給するバッファ入口流路１２，バッファ入口流路３２が形成される。
【００６５】
部材４１，４２及び４３の接続には、Ｏリング等のシール材を介してボルトで締結する。これにより、ボルトを取り外して部材４１，４２及び４３分解することが可能なため、流路の点検や洗浄を容易に行うことができる。一方、例えば流路の点検や洗浄が不要であるならば、接着剤，レーザ溶接，拡散接合、又は溶着等の方法によって部材４１，４２及び４３を互いに接着しても良い。
【００６６】
このように、本実施例によれば、複数の流体の混合性を向上させることが可能となるため、副反応を抑制して高収率で生産性の高い混合流路を提供できる。
【００６７】
図２０に示す例についての数値解析結果により、上述した本実施例の効果を説明する。図２２は、入口流路２と入口流路３を４個設けている場合の斜視図である。
【００６８】
この数値解析では、それぞれ４個ある入口流路２及び入口流路３は、流路断面を２５０μｍ×２５０μｍの正方形とし、流路長を１０mmとした。混合流路１は、流路断面を直径１mmの円形とし、流路長を８０mmとした。入口流路２及び入口流路３における入口流速を３.３３３ｍ／ｓに設定すると、入口流路２及び入口流路３でのレイノルズ数は８３０となって層流条件となり、混合流路１でのレイノルズ数は２１２０となって乱流条件となる。このとき、混合流路出口における流量は、１００ｍＬ／minである。
【００６９】
なお、流体４と流体５の物性は、実施例１と同一にした。
【００７０】
本実施例の反応装置について数値解析を実施したところ、図２３に示すような解析結果が得られた。図２３は、混合流路１の流れ方向に沿って流体の濃度ムラが減少していく様子を表しており、実施例１の反応装置及びＴ字型反応装置での解析結果も示している。図２３に示すように、実施例１の反応装置やＴ字型反応装置に比べ、本実施例の反応装置のほうが、濃度ムラの変化率（曲線の傾き）が大きく、混合時間を短縮できることが分かる。
【実施例５】
【００７１】
本発明の実施例５を図２４により説明する。図２４は、実施例１から４で示した反応装置のいずれかを用いた反応プラントの構成図である。
【００７２】
原料貯蔵タンク１８ａには物質Ａが含まれる流体４が貯蔵され、原料貯蔵タンク１８ｂには物質Ｂが含まれる流体５が貯蔵されている。原料貯蔵タンク１８ａには、開閉弁２１ａを介してポンプ１９ａが接続され、原料貯蔵タンク１８ｂには、開閉弁２１ｂを介してポンプ１９ｂが接続されている。
【００７３】
ポンプ１９ａには、圧力計２０ａ，流量調節弁２２ａ，流量計２３ａが順次接続され、ポンプ１９ｂには、圧力計２０ｂ，流量調節弁２２ｂ，流量計２３ｂが順次接続されている。流量計２３ａに接続される配管２７ａには熱媒体の流路１５により熱媒体が供給され熱交換するようになっており、流量計２３ｂに接続される配管２７ｂには熱媒体の流路１５により熱媒体が供給され熱交換するようになっている。
【００７４】
配管２７ａと配管２７ｂは、恒温槽２４内に設置された反応装置９に接続され、反応装置９は恒温槽２４内に設置された反応流路２５に接続され、反応流路２５は生成物貯蔵タンク２６に接続されている。生成物貯蔵タンク２６の下部には開閉弁２１ｃが設けられ、生成物貯蔵タンク２６から生成物を取り出すようになっている。
【００７５】
原料貯蔵タンク１８ａに貯蔵されている物質Ａを含む流体４は、流量計２３ａで計測された流量計測値がフィードバックされて流量調節弁２２ａが調整され、ポンプ１９ａにより反応装置９に送られる。原料貯蔵タンク１８ｂに貯蔵されている物質Ｂを含む流体５は、流量計２３ｂで計測された流量計測値がフィードバックされて流量調節弁２２ｂが調整され、ポンプ１９ｂにより反応装置９に送られる。
【００７６】
反応装置９と反応流路２５は、恒温槽２４内に設置されており、熱媒体の流路１５により供給される熱媒体により設定された温度となるように制御されている。反応装置９に送られた流体４と流体５は、実施例１から４で説明したように、物質Ａを含む流体４は入口流路２から、物質Ｂを含む流体５は入口流路３からそれぞれ円筒形状の混合流路１に流入し、入口流路２から流入した流体４と入口流路３から流入した流体５は、半径方向に流体４と流体５が交互に層をなす旋回流を形成する。このような流れになると、二種類の流体の拡散距離が減少し、旋回流の効果により、混合性が向上し、二種類の原料は反応装置９と反応流路２５内で混合，反応した後、生成物貯蔵タンク２６に貯蔵される。
【００７７】
本実施例によれば、反応装置を用いた反応プラントでは、高収率で生産量の高い反応物質を生産することが可能となる。
【００７８】
以上説明したように、各実施例では、それぞれ異種の物質を含む複数の流体を好ましくは内径１０mm未満の円筒形状の混合流路に合流させ、それぞれ異種の物質を含んでいる複数の流体を混合流路に導く入口流路を入口流路の中心軸が混合流路の中心軸と交わらないように設置する。また、入口流路は混合流路の流れ方向に対して９０度未満の角度とする。また、入口流路を混合流路の流れ方向に多段に設置する。これにより、混合流路内の半径方向に複数の流体を多層状に流して拡散距離を低減し、乱流及び旋回流の効果を相乗させて複数の流体の混合性を促進させることにより副反応を抑制して高い反応収率を得、さらに圧力損失を低減することにより多量処理を実現できる混合流路を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
医薬品，化学工業製品の合成プロセスにおける流体中に含まれる複数の物質の反応において反応収率を向上させ、生産量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例１である反応装置の構成を示す斜視図。
【図２】図１に示す反応装置を上流側からみた側面図。
【図３】図１の矢視Ｉ−Ｉ′断面図。
【図４】本発明の実施例１の反応装置の変形例を示す斜視図。
【図５】本発明の実施例１の反応装置の変形例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施例１の反応装置の製作方法を示す斜視図。
【図７】本発明の実施例１に相当する反応装置の解析体系を示す斜視図。
【図８】比較例であるＴ字型反応装置の解析体系を示す斜視図。
【図９】反応装置の混合性能の解析結果を示す図。
【図１０】本発明の実施例２である反応装置の構成を示す縦断面図。
【図１１】本発明の実施例２の反応装置の製作方法を示す斜視図。
【図１２】本発明の実施例３である反応装置の構成を示す斜視図。
【図１３】本発明の実施例４である反応装置の構成を示す斜視図。
【図１４】図１３に示す反応装置を上流側からみた側面図。
【図１５】本発明の実施例４の反応装置の変形例を示す斜視図。
【図１６】図１３に示す反応装置の製作方法を示す斜視図。
【図１７】図１５に示す反応装置の構成を示す斜視図。
【図１８】図１７に示す反応装置の出口部材の構成を示す平面図及び断面図。
【図１９】図１７に示す反応装置の流路部材の構成を示す平面図及び断面図。
【図２０】図１９に示す流路部材の中心部の詳細な構成を示す平面図。
【図２１】図１７に示す反応装置のバッファ部材の構成を示す平面図及び断面図。
【図２２】本発明の実施例４に相当する反応装置の解析体系を示す斜視図。
【図２３】反応装置の混合性能の解析結果を示す図。
【図２４】本発明の実施例５である反応プラントの構成図。
【符号の説明】
【００８１】
１  混合流路
２，３  入口流路
４，５  流体
６  旋回流
８  混合流路出口
９  反応装置
１０  封止板
１１，３１  バッファ
１２，３２  バッファ入口流路
１３  構造物
１４  台座
１５  熱媒体の流路
１６  熱媒体
１８  原料貯蔵タンク
１９  ポンプ
２０  圧力計
２１  開閉弁
２２  流量調節弁
２３  流量計
２４  恒温槽
２５  反応流路
２６  生成物貯蔵タンク
４１  出口部材
４２  流路部材
４３  バッファ部材
４５，４６  導入流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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