(57)【要約】【課題】マイクロリアクタをナンバリングアップする際に、分岐配管やニードルバルブなどを用いることなく、複数のマイクロリアクタへ均一に流量を分配でき、高い反応収率のまま生産量を増大させることのできる反応装置及び反応プラントを提供する。【解決手段】第１の物質を含む第１の流体を一時的に貯留しておく第１のバッファ７と、第２の物質を含む第２の流体を一時的に貯留しておく第２のバッファ６と、複数個配置された第１の流体と第２の流体を旋回混合させるための円筒形状の混合流路１と、第１のバッファ７と複数の混合流路１のそれぞれを接続する複数の第１の導入流路２３及び第１の入口流路３と、第２のバッファ６と複数の混合流路１のそれぞれを接続する複数の第２の導入流路２２及び第２の入口流路２とを備え、複数の第１の入口流路３へ均一に流量分配し、複数の第２の入口流路２へ均一に流量分配した。【選択図】  図１
2011036773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物質を含む第１の流体を一時的に貯留しておく第１のバッファと、第２の物質を含む第２の流体を一時的に貯留しておく第２のバッファと、複数個配置された前記第１の流体と前記第２の流体を旋回混合させるための円筒形状の混合流路と、前記第１のバッファと前記複数の混合流路のそれぞれを接続する複数の第１の導入流路及び第１の入口流路と、前記第２のバッファと前記複数の混合流路のそれぞれを接続する複数の第２の導入流路及び第２の入口流路とを備え、前記複数の第１の導入流路へ均一に流量分配し、前記複数の第２の導入流路へ均一に流量分配した反応装置。
【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、前記入口流路に前記流体を均一に導入するためのバッファとを備え、前記混合流路が対称に複数配置されている反応装置。
【請求項３】
第１の物質を含む第１の流体を一時的に貯留しておく第１のバッファと、第２の物質を含む第２の流体を一時的に貯留しておく第２のバッファが形成されたバッファ部材と、中心軸に対して回転対称となるように複数の円筒形状の孔が混合流路として形成されている混合流路部材と、中心軸に対して回転対称となるように、平面状に複数の第１の入口流路及び第２の入口流路が前記混合流路の中心軸からオフセットした位置で形成され、前記第１の入口流路と第１のバッファを連通する第１の導入流路及び前記第２の入口流路と第２のバッファを連通する第２の導入流路が形成された入口流路部材を備えた反応装置。
【請求項４】
第１の物質を含む第１の流体を一時的に貯留しておく第１のバッファと、第２の物質を含む第２の流体を一時的に貯留しておく第２のバッファと、複数個配置された前記第１の流体と前記第２の流体を旋回混合させるための円筒形状の混合流路と、前記第１のバッファと旋回発生流路を接続する圧力損失が等しい複数の第１の導入流路及び第１の入口流路と、前記第２のバッファと前記旋回発生流路を接続する圧力損失が等しい複数の第２の導入流路及び第２の入口流路と、前記旋回発生流路の中心軸に設けられた穴とオフセットした位置に中心軸が配置された円筒形状の混合流路を備えた反応装置。
【請求項５】
第１の物質を含む第１の流体を一時的に貯留しておく第１のバッファと、第２の物質を含む第２の流体を一時的に貯留しておく第２のバッファが形成されたバッファ部材と、中心軸付近から外周まで１つの円筒形状の穴が混合流路として形成され該混合流路の中心軸側の端部で該中心軸からオフセットして円筒形状の穴が旋回発生流路として形成されている混合流路部材と、前記旋回発生流路に放射状に接続され、平面状に形成された複数の第１の入口流路及び第２の入口流路，前記第１の入口流路と第１のバッファを連通する第１の導入流路及び前記第２の入口流路と第２のバッファを連通する第２の導入流路が形成された入口流路部材を備えた反応装置。
【請求項６】
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、前記混合流路に接続され前記混合流路よりも流路径が小さい旋回流発生流路と、前記旋回流発生流路に前記流体を流入させる入口流路と、前記入口流路に前記流体を均一に導入するためのバッファとを備え、前記旋回流発生流路は前記混合流路中心軸からオフセットして設置されている反応装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の反応装置と、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前記反応装置に流体を送るポンプと、前記反応装置に送る流体の流量を調整するための流量調節器と、前記反応装置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、前記反応流路からの生成物を貯蔵するタンクと、前記反応装置及び前記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また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反応器が使用され始めている。この
反応器の流路は、断面寸法が数十〜数百μｍで形成されており、このような反応器は、マイクロリアクタまたはマイクロミキサと呼ばれる。
【０００３】
マイクロリアクタは、反応する物質を含む流体を２種類以上用意し、合流により微細流路内で互いに接触させて化学反応を生じさせることにより、反応物質を生成する。マイクロリアクタは、流路の幅や高さが小さく形成されており、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。そのため、熱交換がよく、物質の混合時間も短いので、反応による副生成物が低減して、反応収率が高くなるといった効果がある。
【０００４】
このようなマイクロリアクタ１台で生産される化学物質量は、毎分数ｍＬ程度であり、工業的に大量生産を行う場合には、複数のマイクロリアクタを並列設置することが検討されている。複数のマイクロリアクタを並列させて生産量を増大する方法を、マイクロリアクタのナンバリングアップと称している。
【０００５】
〔特許文献１〕には、マイクロリアクタのナンバリングアップを行うため、一つの入口に対して複数の出口を有する複数の分岐配管を多段に接続し、分岐配管の出口を並列配置した複数のマイクロリアクタに接続するマイクロリアクタシステムが記載されている。
【０００６】
〔特許文献２〕には、マイクロリアクタユニットを複数並列に配置し、原料供給用の配管にそれぞれ２方バルブ及びニードルバルブを設けてマイクロリアクタユニットの圧力損失をニードルバルブを用いて調整するマイクロリアクタ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３６２５３号公報
【特許文献２】特開２００７−１９６０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
〔特許文献１〕に記載のマイクロリアクタシステムは、複数の分岐配管を多段に接続しているので、分岐配管同士または分岐配管とマイクロリアクタを接続する配管が複雑になってしまうという問題がある。又、マイクロリアクタを接続する配管の長さが異なることが多くなり、均等な流量分配がなされないため、生成される反応物に差異が生じるという問題がある。すなわち、濃度を等しくした物質Ａが含まれる流体と物質Ｂが含まれる流体を混合して、目的物質Ｒを生成する場合、物質Ｂが含まれる流体の流量が大きいと、Ｒ＋Ｂ→Ｓ（副生成物）の反応が生じるため、副生成物Ｓが多く生成されて目的物質Ｒの収率が低下するという問題がある。
【０００９】
〔特許文献２〕に記載のマイクロリアクタ装置は、複数のマイクロリアクタのそれぞれの入口にニードルバルブを設けて流量調整を行う構造のため、個々のニードルバルブを調整が必要であり、操作が煩雑になってしまうという問題がある。又、均等な流量分配を行うことが難しく、副生成物Ｓが多く生成されて目的物質Ｒの収率が低下するという同様の問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、ナンバリングアップした複数のマイクロリアクタへ均一に流量を分配でき、高い反応収率のマイクロリアクタにより生産量を増大させ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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の反応装置は、旋回流による攪拌効果による物質拡散の増大効果を相乗することにより混合性能を向上させ、処理量を増大させるために、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に対し、複数の流体を混合流路に流入させる入口流路を混合流路の中心軸からオフセットして設置し、混合流路を対称に複数配置したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ナンバリングアップした複数のマイクロリアクタのそれぞれに流体を均一に分配でき、高収率のマイクロリアクタにより生産量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１である反応装置の流路部分を示す斜視図。
【図２】実施例１の反応装置の流路部分を示す平面図。
【図３】実施例１の反応装置の流路部分を示す側面図。
【図４】実施例１の反応装置の斜視図。
【図５】実施例１の反応装置の縦断面図。
【図６】実施例１の反応装置の混合流路部を示す横断面図。
【図７】実施例１の反応装置の入口流路部を示す横断面図。
【図８】実施例１の反応装置のバッファ部を示す横断面図。
【図９】本発明の実施例２である反応装置の流路部分を示す斜視図。
【図１０】実施例２の反応装置の流路部分を示す平面図。
【図１１】実施例２の反応装置の流路部分を示す側面図。
【図１２】実施例２の反応装置の斜視図。
【図１３】実施例２の反応装置の縦断面図。
【図１４】実施例２の反応装置の混合流路部分を示す横断面図。
【図１５】実施例２の反応装置の入口流路部を示す横断面図。
【図１６】実施例２の反応装置のバッファ部を示す横断面図。
【図１７】本発明の実施例３である反応装置の流路部分を示す斜視図。
【図１８】実施例３の反応装置の流路部分を示す平面図。
【図１９】実施例３の反応装置の流路部分を示す側面図。
【図２０】実施例３の反応装置の入口流路から流体が導入された直後の流体分布を示す図。
【図２１】実施例３の反応装置の斜視図。
【図２２】実施例３の反応装置の縦断面図。
【図２３】実施例３の反応装置の混合流路部を示す横断面図。
【図２４】実施例３の反応装置の入口流路部を示す横断面図。
【図２５】実施例３の反応装置のバッファ部を示す横断面図。
【図２６】本発明の実施例４である反応プラントの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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】
【００１５】
本発明の実施例１を図１から図８により説明する。
【００１６】
図１は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図２は反応装置の流路部分の平面図、図３は反応装置の流路部分の側面図である。
【００１７】
図１から図３に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ７（第１のバッファ７ともいう）と、バッファ７の中空部に配置された円筒形状のバッファ６（第２のバッファ６ともいう）と、バッファ７の内側とバッファ６の外側の間に等間隔で配置された４個の円筒形状の混合流路１と、バッファ７と接続され垂直方向に配置される４個の導入流路２３（第１の導入流路２３ともいう）と、導入流路２３及び混合流路１の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路３（第１の入口流路３ともいう）と、バッファ６と接続され垂直方向に配置される４個の導入流路２２（第２の導入流路２２ともいう）と、導入流路２２及び混合流路１の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路２（第２の入口流路２ともいう）で構成される。
【００１８】
ここで、図１から図３では、バッファ６は円筒形状、バッファ７は中空円筒形状の例を示したが、入口流路２及び入口流路３に均一な流量で流体を流入させることができる形状であれば、特に限定はされない。
【００１９】
バッファ６とバッファ７は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路２２，導入流路２３に接続されている。導入流路２２，導入流路２３は、円筒形状である。入口流路２及び入口流路３は矩形状に形成され、導入流路２２及び入口流路２により物質Ａ（第１の物質ともいう）を含む流体４を混合流路１に導き、導入流路２３及び入口流路３により物質Ｂ（第２の物質ともいう）を含む流体５を混合流路１に導いている。
【００２０】
このように、入口流路２及び入口流路３が混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されていると、入口流路２から流入した流体４（第１の流体４ともいう）及び入口流路３から流入した流体５（第２の流体ともいう）は、混合流路１の円筒形状に沿うように流れ、混合流路１で旋回流を発生させる。旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに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が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
【００２１】
また、混合流路１，入口流路２及び入口流路３の組み合わせをｎ組配置することで１組の場合と比較して流体の処理流量をｎ倍にすることができる。本実施例のように４組配置されている場合は、１組の場合と比較して４倍の流量の流体を流すことができ、処理量を増大できる。
【００２２】
本実施例では、導入流路２２及び導入流路２３の断面形状が円筒、入口流路２及び入口流路３が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形，台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路２２及び入口流路２については、バッファ６から混合流路１までの圧力損失が４本全て等しくなるように加工し、導入流路２３及び入口流路３についても、バッファ７から混合流路１までの圧力損失が４本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
【００２３】
入口流路２と入口流路３は、図２に示すように、混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置で、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、混合流路１の中心軸に対して互いに反対側に位置している。
【００２４】
入口流路２及び入口流路３から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路２２の断面積及び長さと、導入流路２３の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路２の断面積と長さと、入口流路３の断面積と長さは同じになるように形成されている。混合流路１，導入流路２２，入口流路２，入口流路３，導入流路２３のそれぞれ１本ずつを１組として、４組がバッファ６の中心軸に対して対称となるように配置されている。ここで、均一な流量とは、入口流路２から混合流路１に流入する流量と、入口流路３から混合流路１に流入する流量の誤差が５％以内の流量のことをいう。
【００２５】
なお、図１から図３では、混合流路１，入口流路２及び入口流路３は４組配置されている例を示したが、２組以上の複数組の配置でもよく、その場合でもバッファ６の中心軸に対して回転対称となるように配置する。バッファ６の中心軸に対して回転対称に配置することで、それぞれの入口流路へ均一に流量を配分することができる。
【００２６】
図４から図８により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図４は反応装置の斜視図、図５は反応装置の縦断面図、図６は混合流路部の横断面図、図７は入口流路部の横断面図、図８はバッファ部１４の横断面図である。
【００２７】
反応装置１１は、図４に示すように、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の３個の円筒形状の構造物で構成される。
【００２８】
混合流路部１２には、図５，図６に示すように、混合流路部１２の中心軸に対して回転対称となるように、４個の円筒形状の孔を貫通加工し、４個の混合流路１を形成している。
【００２９】
入口流路部１３には、図５，図７に示すように、入口流路部１３の中心軸に対して回転対称となるように、混合流路１の端部側の穴２１，入口流路２及び入口流路３がそれぞれ４個ずつ平面上に加工されている。入口流路２及び入口流路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ている。入口流路２及び入口流路３の、混合流路１の端部側の穴２１とは反対側の端部に、バッファ部１４に形成されるバッファ６，７からの流体を入口流路２と入口流路３のそれぞれに供給するための導入流路２２と導入流路２３が形成されている。
【００３０】
バッファ部１４には、図５，図８に示すように、入口流路部１３の入口流路２と入口流路３に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ６とバッファ７が形成されており、バッファ６とバッファ７それぞれに流体を供給するためのバッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２が形成されている。
【００３１】
混合流路１の出口部分，バッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
【００３２】
図４から図８には、Ｏリング及びボルトを図示していないが、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の接続は、Ｏリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を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。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤，レーザ溶接，拡散接合，溶着等の方法によって混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を互いに接着してもよい。なお、反応装置１１を構成する部材の材料には、金属，ガラス，プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
【００３３】
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Ｓの生成を小さくでき、目的物質Ｒの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の実施例２を図９から図１６により説明する。
【００３５】
図９は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図１０は反応装置の流路部分の平面図、図１１は反応装置の流路部分の側面図である。本実施例は、実施例１と同様に構成されているが、本実施例では、１つの混合流路１に対し、入口流路２を２個、入口流路３を２個の４個の入口流路を設けている。
【００３６】
図９から図１１に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ７と、バッファ７の中空部に配置された円筒形状のバッファ６と、バッファ６の外周側に等間隔で配置された４個の円筒形状の混合流路１と、バッファ７と接続され垂直方向に配置される８個の導入流路２３と、導入流路２３及び混合流路１の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路３と、バッファ６と接続され垂直方向に配置される８個の導入流路２２と、導入流路２２及び混合流路１の密閉された端部側に接続され、水平方向に配置された入口流路２で構成される。
【００３７】
バッファ６とバッファ７は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路２２，導入流路２３に接続されている。導入流路２２，導入流路２３は、円筒形状である。入口流路２及び入口流路３は矩形状に形成され、導入流路２２及び入口流路２により物質Ａを含む流体４を混合流路１に導き、導入流路２３及び入口流路３により物質Ｂを含む流体５を混合流路１に導いている。
【００３８】
このように、入口流路２及び入口流路３が混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されていると、入口流路２から流入した流体４及び入口流路３から流入した流体５は、混合流路１の円筒形状に沿うように流れ、混合流路１で旋回流を発生させる。
旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに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が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
【００３９】
本実施例では、１つの混合流路１に対し、入口流路２を２個、入口流路３を２個の合計４個の入口流路を設けているので、実施例１に比べて流量を２倍にできる。
【００４０】
また、混合流路１，入口流路２及び入口流路３の組み合わせをｎ組配置することで１組の場合と比較して流体の処理流量をｎ倍にすることができる。本実施例のように４組配置されている場合は、１組の場合と比較して４倍の流量の流体を流すことができ、処理量を増大できる。ちなみに実施例１と比べると８倍の流量の流体を流すことができる。
【００４１】
本実施例では、導入流路２２及び導入流路２３の断面形状が円筒、入口流路２及び入口流路３が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形，台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路２２及び入口流路２については、バッファ６から混合流路１までの圧力損失が８本全て等しくなるように加工し、導入流路２３及び入口流路３についても、バッファ７から混合流路１までの圧力損失が８本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
【００４２】
入口流路２と入口流路３は、図１０に示すように、混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置で、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個の入口流路が設置されている。
【００４３】
入口流路２から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路２２の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路３から均一な流量で流体を流入させるために、導入流路２３の断面積及び長さは同じになるように形成され、入口流路２の断面積と長さと、入口流路３の断面積と長さは同じになるように形成されている。１つの混合流路１と、２本ずつの導入流路２２，入口流路２，入口流路３，導入流路２３を１組として、４組がバッファ６の中心軸に対して対称となるように配置されている。ここで、均一な流量とは、入口流路２から混合流路１に流入する流量と、入口流路３から混合流路１に流入する流量の誤差が５％以内の流量のことをいう。
【００４４】
図１２から図１６により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図１２は反応装置の斜視図、図１３は反応装置の縦断面図、図１４は混合流路部材の横断面図、図１５は入口流路部材の横断面図、図１６はバッファ部１４の横断面図である。
【００４５】
反応装置１１は、図１２に示すように、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の３個の円筒形状の構造物で構成される。
【００４６】
混合流路部１２には、図１３，図１４に示すように、混合流路部１２の中心軸に対して回転対称となるように、４個の円筒形状の孔を貫通加工し、４個の混合流路１を形成している。
【００４７】
入口流路部１３には、図１３，図１５に示すように、入口流路部１３の中心軸に対して回転対称となるように、混合流路１の端部側の穴２１，入口流路２及び入口流路３がそれぞれ８個ずつ平面上に加工されている。入口流路２及び入口流路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ている。入口流路２及び入口流路３の、混合流路１の端部側の穴２１とは反対側の端部に、バッファ部１４に形成されるバッファ６，７からの流体を入口流路２と入口流路３のそれぞれに供給するための導入流路２２と導入流路２３が形成されている。
【００４８】
バッファ部１４には、図１３，図１６に示すように、入口流路部１３の入口流路２と入口流路３に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ６とバッファ７が形成されており、バッファ６とバッファ７それぞれに流体を供給するためのバッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２が形成されている。
【００４９】
混合流路１の出口部分，バッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
【００５０】
図１２から図１６には、Ｏリング及びボルトを図示していないが、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の接続は、Ｏリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を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。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤，レーザ溶接，拡散接合，溶着等の方法によって混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を互いに接着してもよい。なお、反応装置１１を構成する部材の材料には、金属，ガラス，プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
【００５１】
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Ｓの生成を小さくでき、目的物質Ｒの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の実施例３を図１７から図２５により説明する。
【００５３】
図１７は本実施例の反応装置の流路部分の斜視図、図１８は反応装置の流路部分の平面図、図１９は反応装置の流路部分の側面図である。
【００５４】
図１７から図１９に示すように、反応装置の流路部分は、外側に配置された中空円筒形状のバッファ７と、バッファ７の中空部に配置された円筒形状のバッファ６と、バッファ６の外周側に等間隔で配置された４個の円筒形状の導入流路２２と、バッファ７の外周側に等間隔で配置された４個の円筒形状の導入流路２３と、導入流路２２及び旋回発生流路８の密閉された端部側に接続され水平方向に配置される入口流路２と、導入流路２３及び旋回発生流路８の密閉された端部側に接続され水平方向に配置される入口流路３と、旋回発生流路８に接続される混合流路１で構成される。
【００５５】
入口流路２と入口流路３は、図１８に示すように、旋回発生流路８の密閉された端部で、旋回発生流路８の中心軸に対して垂直方向に放射状に接続され、交互に４本ずつ配置されている。旋回発生流路８は、混合流路１に接続され、旋回発生流路８の中心軸は、混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されている。
【００５６】
バッファ６とバッファ７は、流体を一時的に貯める空間となっており、それぞれ導入流路２２，導入流路２３に接続されている。導入流路２２，導入流路２３は、円筒形状である。入口流路２及び入口流路３は矩形状に形成され、導入流路２２及び入口流路２により物質Ａを含む流体４を旋回発生流路８に導き、導入流路２３及び入口流路３により物質Ｂを含む流体５を旋回発生流路８に導いている。
【００５７】
本実施例では、導入流路２２及び導入流路２３の断面形状が円筒、入口流路２及び入口流路３が矩形で組み合わせた例を示しているが、楕円形，台形など加工可能な形状であれば、特に限定されない。但し、導入流路２２及び入口流路２については、バッファ６から旋回発生流路８までの圧力損失が４本全て等しくなるように加工し、導入流路２３及び入口流路３についても、バッファ７から旋回発生流路８までの圧力損失が４本すべて等しくなるように加工する必要があり、流路形状及び寸法を同一にすることが望ましい。
【００５８】
上述したように、入口流路２及び入口流路３が旋回発生流路８中心軸に対して直角方向に交わる同一平面上に交互に配置されていると、入口流路２から流入した流体４及び入口流路３から流入した流体５は、図２０に示すように旋回発生流路８の入口断面で均等に分布する。
【００５９】
旋回発生流路８の中心軸は、混合流路１の中心軸に対してオフセットされた位置に配置されているので、流体は混合流路１の円筒形状に沿うように流れ、混合流路１で旋回流を発生させる。旋回流の効果により混合性が向上するが、さらに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が向上する。混合性能が向上すれば、副反応を抑制して高収率で流体を処理することが可能となる。
【００６０】
本実施例では、１つの混合流路１に対し、入口流路２を４個、入口流路３を４個の合計８個の入口流路を設けているので、実施例１と同等の処理流量にすることができる。
【００６１】
また、入口流路２及び入口流路３の組み合わせをｎ組配置することで１組の場合と比較して流体の処理流量をｎ倍にすることができる。
【００６２】
図２１から図２５により、本実施例の反応装置の具体的な製作方法を説明する。図２１は反応装置の斜視図、図２２は反応装置の縦断面図、図２３は混合流路部材の横断面図、図２４は入口流路部材の横断面図、図２５はバッファ部１４の横断面図である。
【００６３】
反応装置１１は、図２１に示すように、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の３個の円筒形状の構造物で構成される。
【００６４】
混合流路部１２には、図２２，図２３に示すように、中心軸付近から外周まで１つの円筒形状の穴を加工して混合流路１を形成している。混合流路１の中心軸側の端部で中心軸からオフセットした位置の縦方向に円筒形状の穴２４を加工して旋回発生流路８を形成している。
【００６５】
入口流路部１３には、図２２，図２４に示すように、旋回発生流路８の端部側で１個の穴２４に放射状を接続された、入口流路２及び入口流路３がそれぞれ４個ずつ平面上に形成されている。入口流路２と入口流路３の、穴２４とは反対側の端部に、バッファ６とバッファ７から流体を、入口流路２と入口流路３のそれぞれに供給するための導入流路２２と導入流路２３が形成されている。
【００６６】
バッファ部１４には、図２２，図２５に示すように、入口流路部１３の入口流路２と入口流路３に均一な流量で流体を流入させるために、流体を一時的に貯める空間となるバッファ６とバッファ７が形成されており、バッファ６とバッファ７にそれぞれ流体を供給するためのバッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２が形成されている。
【００６７】
混合流路１の出口部分，バッファ入口流路３１とバッファ入口流路３２の入口部分には、図示していないが、配管と接続ができるようにフィッティング加工が行われている。
【００６８】
図１２から図１６には、Ｏリング及びボルトを図示していないが、混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４の接続は、Ｏリング等のシール材を介在させてボルトで締結して行う。このように構成することにより、ボルトを取り外して混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を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。これに対して、例えば流路の点検や洗浄が不要である場合は、接着剤，レーザ溶接，拡散接合，溶着等の方法によって混合流路部１２，入口流路部１３及びバッファ部１４を互いに接着してもよい。なお、反応装置１１を構成する部材の材料には、金属，ガラス，プラスチック等が使用可能であり、特に限定はない。
【００６９】
本実施例によれば、マイクロリアクタのナンバリングアップ時に、各リアクタへ均一に送液することができ、副生成物Ｓの生成を小さくでき、目的物質Ｒの収率を高く維持したまま、生産量を増大させることができる。
【００７０】
旋回発生流路８は、流体の混合性が悪いため、副反応を抑制するためにも長さが短いほうがよい。本実施例では、混合流路１と旋回発生流路８は９０度で交わっているが、旋回発生流路８の長さを短くするために、混合流路１と旋回発生流路８がなす角度を９０度以上１８０度未満にしてもよい。
【００７１】
本実施例では、入口流路２及び入口流路３をそれぞれ４本ずつ設置しているが、それぞれ１本ずつ以上設置されていればよい。そのとき、流れが均等になるように入口流路２及び入口流路３の配置を旋回発生流路８の中心軸に対して回転対象となるよう設置するのがよい。
【００７２】
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４】
【００７３】
本発明の実施例４を図２６により説明する。図２６は、実施例１から３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。
【００７４】
原料貯蔵タンク４１ａ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４１ｂ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４１ａには、開閉弁４２ａを介してポンプ４３ａが接続され、原料貯蔵タンク４１ｂには、開閉弁４２ｂを介してポンプ４３ｂが接続されている。
【００７５】
ポンプ４３ａには、圧力計４４ａ，流量調節弁４５ａ，流量計４６ａが順次接続され、ポンプ４３ｂには、圧力計４４ｂ，流量調節弁４５ｂ，流量計４６ｂが順次接続されている。流量計４６ａに接続される配管４７ａには熱媒体の流路４８ａ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４６ｂに接続される配管４７ｂには熱媒体の流路４８ｂにより熱媒体が供給され熱交換するようになっている。
【００７６】
配管４７ａと配管４７ｂは、恒温槽４９内に設置された反応装置１１に接続され、反応装置１１は恒温槽４９内に設置された反応流路５０に接続され、反応流路５０は生成物貯蔵タンク４１ｃに接続されている。生成物貯蔵タンク４１ｃの下部には開閉弁４２ｃが設けられ、生成物貯蔵タンク４１ｃから生成物を取り出すようになっている。
【００７７】
原料貯蔵タンク４１ａに貯蔵されている物質Ａを含む流体４は、流量計４６ａ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４５ａが調整され、ポンプ４３ａにより反応装置１１に送られる。原料貯蔵タンク４１ｂに貯蔵されている物質Ｂを含む流体５は、流量計４６ｂ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４５ｂが調整され、ポンプに４３ｂより反応装置１１に送られる。
【００７８】
反応装置１１と反応流路５０は、恒温槽４９内に設置されており、熱媒体の流路４８ｃ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１１に送られた流体４と流体５は、実施例１から３で説明したように、円筒形状の混合流路１に流入し旋回流を形成する。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１１と反応流路５０内で混合、反応した後、生成物貯蔵タンク４１ｃに貯蔵される。
【００７９】
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。
【符号の説明】
【００８０】
１  混合流路
２，３  入口流路
４，５  流体
６，７  バッファ
８  旋回発生流路
１１  反応装置
１２  混合流路部
１３  入口流路部
１４  バッファ部
２１，２４  穴
２２，２３  導入流路
３１，３２  バッファ入口流路
４１  貯蔵タンク
４２  開閉弁
４３  ポンプ
４４  圧力計
４５  流量調節弁
４６  流量計
４７  配管
４８  熱媒体の流路
４９  恒温槽
５０  反応流路
【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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【図２５】
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【図２６】
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