(57)【要約】新しい構成の流体処理装置を提供する。流体処理装置Ｆは、相対的に回転する処理用面１、２によって規定される上流側処理部と、上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部とを備え、上流側処理部は、処理用面１、２にて規定された上流側処理空間３内に被処理流動体を通過させることにより、被処理流動体に対する上流側処理が行なわれるよう構成される。下流側処理部は、ラビリンスシールによって被処理流動体を滞留させ撹拌する機能を果たす下流側処理空間８１を備え、上流側処理部からの被処理流動体の上流側流出口４が下流側処理空間８１内に開口しており、下流側処理空間８１はラビリンスシールを用いて滞留時間を制御する機能を果たすように構成される。下流側処理空間８１は、狭隘なシール空間８４と、シール空間８４の上流側に配置され且つシール空間８４よりも広い滞留空間８３とを備え、上流側流出口４が滞留空間８３に開口している。
2020136781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に回転する少なくとも二つの処理用面によって規定される上流側処理部と、前記上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部とを備え、
前記上流側処理部は、前記少なくとも二つの処理用面にて規定された上流側処理空間内に被処理流動体を通過させることにより、前記被処理流動体に対する上流側処理が行なわれるよう構成され、
前記下流側処理部は、ラビリンスシールによって前記被処理流動体を滞留させ撹拌する機能を果たす下流側処理空間を備え、
前記上流側処理部からの前記被処理流動体の上流側流出口が前記下流側処理空間内に開口しており、
前記下流側処理空間は前記ラビリンスシールを用いて滞留時間を制御する機能を果たすように構成されたことを特徴とする流体処理装置。
【請求項２】
前記下流側処理空間は、狭隘なシール空間と、前記シール空間の上流側に配置され且つ前記シール空間よりも広い滞留空間とを備えたことを特徴とする請求項１記載の流体処理装置。
【請求項３】
前記上流側流出口が前記滞留空間に開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項４】
前記下流側処理部は、前記被処理流動体の流れの上流から下流にかけて前記シール空間と前記滞留空間とが複数組連続的に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の流体処理装置。
【請求項５】
前記下流側処理部は、前記下流側処理空間を規定する円筒型受容部とこれに受容される円柱部とを備え、
前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方が回転することにより、前記円筒型受容部と前記円柱部とが相対的に回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項６】
前記少なくとも二つの処理用面は、前記処理用面の回転の軸方向に隔てて配置されたディスク状の処理用面であり、
前記上流側処理部は、前記処理用面の前記回転の中心側を上流とし、前記回転の外周側を下流として、前記上流処理空間に被処理流動体を通過させ、前記上流側処理空間の外周端の前記上流側流出口から排出するように構成され、
前記下流側処理部は、前記上流側流出口の外周側に環状の受け入れ空間を備え、
前記受け入れ空間は、前記下流側処理空間の内の最上流の空間であり且つ前記シール空間よりも広い空間であることを特徴とする請求項２記載の流体処理装置。
【請求項７】
前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方の回転が、前記上流側処理部の前記処理用面の回転とは独立してなされることを特徴とする請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項８】
前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方の回転が、前記上流側処理部の前記処理用面の回転と一体的になされることを特徴とする請求項５に記載の流体処理装置。
【請求項９】
前記シール空間の広さを調整することができることを特徴とする請求項２に記載の流体処理装置。
【請求項１０】
前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の温度制御を目的として温度調整機構が敷設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１１】
前記温度調整機構を複数付設し、各々異なる温度に調整することができることを特徴とする請求項１０に記載の流体処理装置。
【請求項１２】
前記少なくとも二つの処理用面の間の間隔は機械的に設定されていること特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１３】
前記間隔を測定するクリアランス測定センサーと、
前記クリアランス測定センサーの測定結果に基づいて、前記少なくとも二つの処理用面のうちの一つの処理用面を自動で動かし、前記一つの処理用面の位置を可変としたクリアランス調整機構とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の流体処理装置。
【請求項１４】
前記下流側処理空間内の前記被処理流動体に対するマイクロウェーブ照射機構が敷設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１５】
前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の圧力制御を目的として圧力調整機構が敷設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１６】
前記下流側処理空間に、前記上流側処理部からの前記被処理流動体以外の被処理流動体を導入する導入口が設けられたこと特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１７】
前記下流側処理空間に、前記上流側処理及び／又は前記下流側処理部で行われる下流側処理において発生するガスを排出する排出口が設けられたこと特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１８】
前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の滞留時間ごとの排出を可能にする目的で、複数個の排出口が前記下流側処理部に設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【請求項１９】
前記上流側処理部での前記上流側処理を層流条件下の前記被処理流動体に対して行い、前記下流側処理部で行われる下流側処理を非層流条件下の前記被処理流動体に対して行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一方が他方に対して回転する少なくとも二つの処理用面にて規定される処理空間を採用した流体処理装置の改良に関する。さらに詳しくは、化学、生化学、農業、食品、医薬、化粧品、金属工業などの分野、とりわけ化学反応、合成に有効並びに有用な連続反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に２種類以上の物質もしくは１種類の物質そのもの同士を化学反応させて、新たな物質を得るための反応処理は、バッチ式と連続式とに大きく分類される。バッチ式の反応処理は、実験室においてフラスコに代表されるような容器の中に、溶媒と基質、反応剤などを入れ、撹拌機などで撹拌して反応を行う。バッチ式と連続式のいずれも工業的に実用化されているが、当然ながらその反応場は容積を持つ。この反応容器における容積は、反応場における反応条件の不均一性に影響する。例えば、均一な基質溶液に反応剤を加えて化学反応を行う場合、反応剤の濃度が均一になるまでには一定の時間を要する。反応条件における温度についても同様の事が考えられる。つまり、反応容器を外部乃至内部から、加熱や冷却を行う場合、反応容器内全体が一定温度に到達するまでには一定の時間を要し、さらに、容器内の反応場全体を完全に一定温度とすることは極困難であると考えられる。また、バッチ式の反応容器の場合において、容器中の溶媒と基質に反応剤を投入する場合、反応剤の投入開始時と終了時ではすでに異なる反応条件である。上記のような要因によって生じる反応場における反応条件の不均一性は、結果的に反応生成物に影響を与える。つまり、一つの容器内に様々な反応条件が発生する事により、目的の反応を理想的には行えない。例えば、主反応と副反応を完全には選択できない事やそれに伴う副生成物の発生、また重合反応などの場合には得られる生成物の分子量分布が均一に成り難い事等が挙げられる。容器壁面への生成物の付着も含めると、反応物から生成物への収率は自ずと低くなる。反応場におけるそれらの問題を解決するために、通常、反応容器には、撹拌機、タービンなどの撹拌装置を備える。撹拌装置により容器内の混合反応流体の混合速度を向上することで、反応場の均一性を確保し、反応速度に対応せんとするものであった。しかし、対象とする混合反応流体の粘度が上昇する毎に再び上記反応場における不均一化の問題が浮上する。それでも尚、瞬間的な混合を目標とする事によって、自然と撹拌所要動力は増大する一途である。また、温度勾配が大きいため短時間で加熱する場合には必要以上の熱エネルギーを必要とすることなどの問題もある。【０００３】
さらに上記のような反応処理は化学工業において頻繁に使用されるにも関わらず、安全性の問題および危険を伴う。多くの場合、比較的大量の高度な毒性の化学物質が用いられ、人および環境に相当な危険を示し、溶媒が種々の点で環境汚染物質であることから、格別の問題が現れる。また、例えば、フリーデル−クラフツアシル化の場合における反応の強力な発熱性のリスクや、ニトロ化の場合には発熱反応のみならず大きな爆発のリスクがある。さらにそれらの危険性は実生産に向けてスケールアップを図ると同時に前面に出てくる。【０００４】
上記の問題を解決するために、特許文献１や特許文献２に示されるような、微小反応器、微小流路式反応器であるマイクロミキサーやマイクロリアクターが提案され、微少量での合成が可能なことや、温度制御の高効率化、界面反応の高効率化、効率的混合などの利点が提唱されている。しかし、一般的なマイクロリアクターを用いる場合にはマイクロデバイス及びシステムの利点は数あるとしても、実際にはマイクロ流路径が狭くなればなるほどその圧力損失は流路の４乗に反比例する事、つまり実際には流体を送り込むポンプが入手し難いくらい大きな送液圧力が必要となる事、また析出を伴う反応の場合、生成物が流路に詰まる現象や反応によって生じる泡によるマイクロ流路の閉鎖、さらに基本的には分子の拡散速度にその反応を期待するため、全ての反応に対してマイクロ流路が有効・適応可能と言う訳ではなく、現実的にはトライアルアンドエラー方式に反応を試行し、首尾良いものを選択する必要性があるなど、その問題も多い。そのため特許文献１のようにマイクロリアクター中に発生する堆積物の問題を超音波処理する事で回避する場合もあるが、超音波によって生じる流路内の不規則な乱流やキャビテーションは、目的の反応に対して常に都合良くは作用しない可能性が高い。さらにスケールアップについても、マイクロリアクターそのものの数を増やす方法、つまりナンバリングアップで解決されて来たが、実際には積層可能数は数十が限界であり、自ずと製品価値の高い製品に的が絞られやすく、また、装置が増えるという事は、その故障原因の絶対数も増えるという事であり、実際に詰まりなどの問題が発生した場合、その故障箇所など、問題箇所を検出する事が大変困難と成りうる可能性がある。【０００５】
これらの問題を解決すべく特許文献３に示されるような有機化合物の製造方法が本願出願人により提案された。特許文献３は、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面間にできる薄膜流体中で、例えば、有機化合物を少なくとも１種類含む流体と反応剤を少なくとも１種類含む流体とを合流させるものであり、当該薄膜流体中において各種の有機反応をさせることを特徴とする、有機化合物の製造方法であり、薄膜流体中において有機反応させることから、反応の均一性を確保でき、スケールアップも可能としている。【０００６】
しかしながら、特許文献３に示される有機化合物の製造方法を用いた場合であっても、前述した通り現実的にはトライアルアンドエラー方式に反応を試行し、首尾良いものを選択する必要性があるなど、同様の問題が見受けられる。【０００７】
その問題の第一として反応時間の確保が上げられる。処理用面間における薄膜流体中で各流体を合流されるものであるため拡散効率は前例がないくらい高い結果、完全混合を実現できているが、特に有機反応の場合絶対的な反応時間を延ばしたい場合があった。反応時間の短縮化のために反応温度を極端に上げたり触媒量を増やしたり等のトライアルアンドエラーを繰り返すが副生成物の増大や危険性などの弊害も目立つ。また処理用面を極端に大型化すれば反応時間の確保は可能となるが大きなコストや設置面積の問題など現実的ではない。【０００８】
本願出願人に係る特許文献４には、接近・離反可能に互いに対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して回転する処理用面間にできる薄膜流体中で各流体を合流させるものであり、当該薄膜流体中において微粒子を析出させ処理用面間から排出された吐出液を捕集するためのベッセルを設け、ベッセルの下端に管状容器を接続し、管状容器内で吐出液に含まれる微粒子の核や結晶子を成長させることが開示されている。しかしながら、結晶核や結晶子を成長させる場合、本提案は有用であるが、例えば有機合成においては管状容器内における吐出液の滞留時間を満足するためには相当大型の管状容器が必要となるし、管状容器に吐出液を流すだけでは目的の反応物を得るための条件を満足し難く管状容器の閉塞の問題も発生する。また、別途撹拌機や送液のシステムが必要となる場合が多い。【０００９】
本願出願人に係る特許文献５には、相対的に回転する処理用面間にて規定される環状流路を採用したマイクロリアクターについて、環状流路の径方向の内側に筒状の攪拌空間を備えると共に、攪拌空間内に攪拌羽根とスクリーンとが配置され、環状流路に導入される直前の被処理流動体に対して、攪拌羽根によって攪拌エネルギーが加えられると共に攪拌羽根とスクリーンとの間でせん断力が加えられるように構成された流体処理装置が開示されている。特許文献５は、環状流路に導入される被処理流動体の均質性を向上させることにより、環状流路での均質な反応を実現させるものであるが、環状流路から排出された流体のさらなる処理についての具体的な記載はない。【００１０】
特許文献６においては、１又は複数の流体を混合する混合器であって、スタティックマイクロリアクターの下流側に容積体を配置したものである。容積体は、内部にラビリンス壁を構成して、ラビリンス型の流路を形成するものであるが、ラビリンス型の流路は、通過流体に乱流を発生させ、混合を促進させるために設けられたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−０６０２８１号公報
【特許文献２】特開２００７−０５０３４０号公報
【特許文献３】特許第５５６１７３２号公報
【特許文献４】特開２０１４−０２３９９７号公報
【特許文献５】国際公開第２０１８／０６９９９７号パンフレット
【特許文献６】特開２００６−２３９６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記に鑑み、本発明は、新しい構成の流体処理装置を提供するものであって、各種反応処理等において、連続式であり、スケールアップが可能でありながらコンパクトであり、目的とする反応生成物を高効率で生成可能な、安価でシンプルな流体処理装置を提供することを課題とする。【００１３】
特に、本発明は、相対的に回転する少なくとも２つの処理用面によって規定された上流側処理空間内において流体の処理が行われ、上流側処理空間から排出された流体を下流側処理空間においてさらなる流体の処理を行うものであって、下流側処理空間がラビリンスシールを用いて被処理流動体の滞留時間を制御する機能を果たすよう構成されることによって、反応時間を十分に確保し、目的とする反応生成物を高効率で得ることができる流体処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一例として化学反応処理で原料Ａと原料Ｂとを反応させて目的生成物Ｘを得るものとする。この場合、第一の流体処理は原料Ａと原料Ｂの混合であり、原料Ａと原料Ｂとをより均一にかつより早く混合することが望まれる。続いて、第二の流体処理として原料Ａと原料Ｂとの反応を進行させる。この反応を進行させるために、生成物Ｘを効率的に得るための反応条件を調整する。反応条件とは、原料Ａと原料Ｂの濃度や、反応場の温度条件、圧力条件や撹拌条件、触媒の有無やその適正化、反応時間などをいう。故に高効率で連続式且つ安価でシンプルな処理装置は前記の各処理（第一の流体処理と第二の流体処理）を高効率で処理可能としなければならない。【００１５】
本発明に係る流体処理装置は、相対的に回転する少なくとも二つの処理用面によって規定される上流側処理部と、前記上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部とを備え、前記上流側処理部は、前記少なくとも二つの処理用面にて規定された上流側処理空間内に被処理流動体を通過させることにより、前記被処理流動体に対する上流側処理が行なわれるよう構成された流体処理装置に関するものである。原料Ａと原料Ｂは、被処理流動体に含まれる。上流側処理空間内を通過する被処理流動体は、少なくとも２つの処理用面によって強制された強制流体であり、強制流体が薄膜流体である場合、薄膜流体中の物質（原料Ａと原料Ｂ）の拡散効率は非常に高く瞬時に拡散混合される。【００１６】
本発明に係る流体処理装置においては、前記下流側処理部は、ラビリンスシールによって前記被処理流動体を滞留させ撹拌する機能を果たす下流側処理空間を備え、前記上流側処理部からの前記被処理流動体の上流側流出口が前記下流側処理空間内に開口しており、前記下流側処理空間は前記ラビリンスシールを用いて滞留時間を制御する機能を果たすように構成されたものである。【００１７】
この装置は、前記下流側処理空間は、狭隘なシール空間と、前記シール空間の上流側に配置され且つ前記シール空間よりも広い滞留空間とを備えたものとして実施することができる。
この装置は、前記シール空間の広さを調整することができるものとして実施することができる。【００１８】
この装置は、前記上流側流出口が前記滞留空間に開口しているものとして実施することができる。【００１９】
また、この装置は、前記下流側処理部は、前記被処理流動体の流れの上流から下流にかけて前記シール空間と前記滞留空間とが複数組連続的に配置されたものとして実施することができる。【００２０】
この装置は、前記下流側処理部は、前記下流側処理空間を規定する円筒型受容部とこれに受容される円柱部とを備え、前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方が回転することにより、前記円筒型受容部と前記円柱部とが相対的に回転するものとして実施することができる。前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方の回転が、前記上流側処理部の前記処理用面の回転とは独立してなされるものとして実施してもよく、前記円筒型受容部と前記円柱部との少なくとも何れか一方の回転が、前記上流側処理部の前記処理用面の回転と一体的になされるものして実施してもよい。【００２１】
この装置は、前記少なくとも二つの処理用面は、前記処理用面の回転の軸方向に隔てて配置されたディスク状の処理用面であり、前記上流側処理部は、前記処理用面の前記回転の中心側を上流とし、前記回転の外周側を下流として、前記上流処理空間に被処理流動体を通過させ、前記上流側処理空間の外周端の前記上流側流出口から排出するように構成され、前記下流側処理部は、前記上流側流出口の外周側に環状の受け入れ空間を備え、前記受け入れ空間は、前記下流側処理空間の内の最上流の空間であり且つ前記シール空間よりも広い空間であるものとして実施することができる。【００２２】
この装置は、前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の温度制御を目的として温度調整機構が敷設することができ、前記温度調整機構を複数付設し、各々異なる温度に調整することができるものとして実施することができる。【００２３】
この装置は、前記少なくとも二つの処理用面の間の間隔が機械的に設定され、前記間隔を測定するクリアランス測定センサーと、前記クリアランス測定センサーの測定結果に基づいて、前記少なくとも二つの処理用面のうちの一つの処理用面を自動で動かし、前記一つの処理用面の位置を可変としたクリアランス調整機構とを備えるものとして実施することができる。【００２４】
この装置には、前記下流側処理空間内の前記被処理流動体に対するマイクロウェーブ照射機構を敷設することができる。
また、この装置には、前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の圧力制御を目的として圧力調整機構を敷設することができる。【００２５】
この装置には、前記下流側処理空間に、前記上流側処理部からの前記被処理流動体以外の被処理流動体を導入する導入口を設けることができる。
また、この装置には、前記下流側処理空間に、前記上流側処理及び／又は前記下流側処理部で行われる下流側処理において発生するガスを排出する排出口を設けることができる。
また、この装置には、前記下流側処理空間内の前記被処理流動体の滞留時間ごとの排出を可能にする目的で、複数個の排出口を前記下流側処理部に設けることができる。【００２６】
この装置は、前記上流側処理部での前記上流側処理を層流条件下の前記被処理流動体に対して行い、前記下流側処理部で行われる下流側処理を非層流条件下の前記被処理流動体に対して行うように構成されたものとして実施することができる。【００２７】
また、本発明に係る流体処理装置は、下記の形態として実施することができる。【００２８】
本発明に係る流体処理装置は、接近及び離反可能に互いに対向して配設され、相対的に回転する少なくとも二つの処理用面によって規定される上流側処理部と、前記上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部とを備え、前記上流側処理部は、前記少なくとも二つの処理用面にて規定された上流側処理空間内に被処理流動体を通過させることにより、前記被処理流動体に対する上流側処理が行なわれるよう構成された流体処理装置に関するものである。
本発明に係る流体処理装置においては、前記下流側処理部は、前記上流側処理空間に繋がる下流側処理空間を備え、前記上流側処理部の回転する処理用面と一体的に回転する回転部材の一部が前記下流側処理空間を規定する壁面の一部を構成している。そして、前記下流側処理部は、前記回転部材の回転を利用して、前記被処理流動体に対する下流側処理を前記上流側処理と連続的に行うことができるように構成されたものである。【００２９】
この装置は、前記下流側処理は前記回転部材の外周側を上流とし前記回転部材の前記回転の中心側を下流として、前記被処理流動体の処理特性の制御を行なうように構成されたものとして実施することができる。
また、この装置は、前記下流側処理部は、前記回転部材の回転の軸方向に伸びる筒状の流路を前記下流側処理空間の少なくとも一部として備え、前記筒状の流路にて、前記被処理流動体の処理特性の制御を行なうように構成されたものとして実施することができる。【００３０】
この装置は、前記下流側処理部は、遠心力を用いて滞留時間を制御するように構成されたものとして実施することができる。【００３１】
この装置は、前記回転する処理用面と一体的に回転する前記回転部材は、全体として円柱状をなす円柱部であり、前記円柱部の一方の上流側端面に前記回転する処理用面が配置され、前記円柱部が、全体として円筒状をなす円筒型受容部内に配置され、前記下流側処理空間は、前記円柱部の前記下流側端面と外周面との少なくとも何れか一方の内面と、前記円筒型受容部内の下流側内端面と内周面との少なくとも何れか一方の外面との間にて規定された空間であり、前記下流側処理空間を規定する前記内面と前記外面との少なくともいずれか一方は、流体処理用の凹凸を備えており、前記流体処理用の凹凸と、当該凹凸に対向する前記壁面との相互作用によって、前記下流側処理がなされるように構成されたものとして実施することができる。【００３２】
この装置には、前記下流側処理空間内における前記被処理流動体の滞留時間を制御するために、前記下流側処理空間を規定する壁面の一部の位置を可変とした位置調整機構を敷設することができる。【００３３】
この装置は、前記上流側処理部は、接近及び離反可能に対向して配設され、少なくとも一方が他方に対して相対的に回転を行う少なくとも２つの処理用部と、前記少なくとも２つの処理用部のそれぞれにおいて互いに対向する位置に設けられた複数の前記処理用面とを備え、前記少なくとも２つの処理用部のうちの１つの処理用部は、前記回転部材の一部を構成し、前記少なくとも２つの処理用面は、前記処理用面の前記回転の軸方向に接近及び離反可能であり、前記少なくとも２つの処理用面は前記被処理流動体が通される環状流路である前記上流側処理空間を規定し、前記被処理流動体が薄膜流体となった状態で前記環状流路の径方向の内側から外側に通過することにより、前記少なくとも２つの処理用面の間で前記被処理流動体に対する前記上流側処理がなされ、前記環状流路の外周端に上流側流出口を備えるものであり、前記少なくとも２つの処理用面を前記軸方向に接近する方向に加えられる力と、前記少なくとも２つの処理用面を前記軸方向に離反させる方向への力とのバランスによって、前記処理用面間の間隔が制御され、前記上流側流出口から排出された前記被処理流動体は、前記処理用面による強制から解放され、前記下流側空間へと排出されるものであり、前記被処理流動体は、前記回転部材の回転の影響を受けながら、前記下流側空間を通過するように構成されたものとして実施することができる。【００３４】
この装置は、前記上流側処理部は、第１処理用部と第２処理用部とを備え、前記第１処理用部が前記回転部材の一部を構成し、前記少なくとも２つの処理用面として、前記第１処理用部は第１処理用面を備え、前記第２処理用部は第２処理用面を備え、前記第１処理用部を収容するケーシングが、前記第１処理用部の外側に配置され、前記第１処理用部の外周面と前記ケーシングの内周面との間の空間と、前記第１処理用部の外面と前記ケーシングの底部の内面との間の空間が、前記下流側処理空間の少なくとも一部を構成し、前記下流側処理空間は、前記上流側処理空間から排出させた前記被処理流動体を滞留させる流路空間であるものとして実施することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、新しい構成の流体処理装置を提供するものであって、相対的に回転する少なくとも２つの処理用面によって規定された上流側処理空間内に被処理流動体を通過させることにより、被処理流動体に対する流体処理（上流側処理）が行われ、上流側処理がなされた被処理流動体を排出する上流側流出口を下流側処理空間内に開口させ、下流側処理空間において被処理流動体に対するさらなる流体の処理（下流側処理）を行うことによって、一連の化学反応処理を流体処理装置内で行う際、原料濃度や、反応場の温度条件、圧力条件や撹拌条件、触媒の有無やその適正化、反応時間等の種々の反応条件、特に反応時間を調整することができた結果、目的とする反応物を高効率で生成可能な流体処理装置を提供することができたものである。【００３６】
特に、下流側処理部にラビリンスシールによって被処理流動体を滞留させ撹拌する機能を有する下流側処理空間を備え、この下流側処理空間において被処理流動体に対する下流側処理を行うことによって、下流側処理空間内の被処理流動体の滞留時間を調整することができ、特に、有機反応における反応の継続と反応を簡潔させるための反応時間を十分に確保することができることから、被処理流動体に対する下流側処理を効果的に行うことができたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す流体処理装置の第１処理用面の略平面図であり、（Ｂ）は同装置の処理用面の要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は同装置の第２導入部の断面図であり、（Ｂ）は同第２導入部を説明するための処理用面の要部拡大図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の要部説明図である。
【図６】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図８】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図９】図８に示す流体処理装置の一組の底部材の突起部とアウターケーシングの突起部とを取り上げた説明図であって、底部材の突起部は下方からの斜視図、アウターケーシングの突起部は上方からの斜視図として描かれている。
【図１０】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図１１】図１に示す流体処理装置の第１処理用部を下方から見た斜視図である。
【図１２】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【図１３】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の要部説明図である。
【図１４】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の要部説明図である。
【図１５】本発明の更に他の実施の形態に係る流体処理装置の略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
（流体処理装置Ｆについて）
流体処理装置Ｆについて、図１〜図１５を参照して、説明する。
【００４０】
流体処理装置Ｆは、相対的に回転する少なくとも二つの処理用面によって規定される上流側処理部と、上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部とを備え、上流側処理部は、少なくとも二つの処理用面にて規定された上流側処理空間内に被処理流動体を通過させることにより、被処理流動体に対する上流側処理が行なわれるよう構成される。
【００４１】
流体処理装置Ｆにおける上流側処理空間内において流体の処理を行う部分は、特許文献３−５に記載の装置と同様である。具体的には、相対的に回転する少なくとも２つの処理用面にて規定された上流側処理空間内において被処理流動体を処理するものである。被処理流動体のうちの第１の被処理流動体である第１流体を上流側処理空間に導入し、第１流体を導入した流路とは独立し、上流側処理空間に通じる開口部を備えた別の流路から被処理流動体のうちの第２の被処理流動体である第２流体を上流側処理空間に導入して上流側処理空間で前記第１流体と第２流体とを混合して、連続的に流体の処理を行う装置である。言い換えれば、回転の軸方向に対向するディスク状の処理用面によって規定された上流側処理空間内において前記の各流体を合流させて薄膜流体とするものであり、当該薄膜流体中において前記の被処理流動体の処理を行い、上流側処理空間から処理された流体を排出する装置である。なおこの装置は、複数の被処理流動体を処理することに最も適するが、単一の被処理流動体を上流側処理空間において流体の処理を行うために用いることもできる。
【００４２】
図１において図の上下は装置の上下に対応しているが、本発明において上下前後左右は相対的な位置関係を示すに止まり、絶対的な位置を特定するものではない。図１、図２（Ａ）、図３（Ｂ）においてＲは回転方向を示している。図３（Ｂ）においてＣは遠心力方向（半径方向）を示している。なお、本願において、全体としてのところ、円柱とは、数学上の円柱と解釈すべきではなく、円柱のほか中空の円筒（以下、円筒という）、頂部を有する円筒も含むものとする。
【００４３】
この発明に係る流体処理装置Ｆは、上流側処理空間内において流体の処理がなされ、上流側処理空間から排出された流体に、さらなる流体の処理を行うための下流側処理空間を流体処理装置Ｆ内に設ける点において特許文献３−５に記載の装置と相違するものである。ところが、同先行技術文献に記載の装置と共通する上流側処理空間に関する流体処理装置としての構造と作用などについて説明することが、この発明の理解を深めるために重要であるため、上流側処理空間に関する部分の説明を先に行う。
【００４４】
（処理用面について）
この流体処理装置Ｆは、対向する第１及び第２の２つの処理用部１０、２０を備え、少なくとも一方の処理用部が他方の処理用部に対して回転する。両処理用部１０、２０の対向する面が、それぞれ処理用面となる。第１処理用部１０は第１処理用面１を備え、第２処理用部２０は第２処理用面２を備える。
【００４５】
両処理用面１、２は、上流側処理部を規定するものであるとともに上流側処理空間３を規定するものであり、この上流側処理空間３内において、被処理流動体を混合させるなどの流体の処理を行うものである。上流側処理空間３は、後述するように、環状の空間である。この上流側処理空間３内で行われる流体の処理を上流側処理という。
【００４６】
両処理用面１、２間の間隔は、適宜変更して実施することができるが、この実施形態においては、通常は、１ｍｍ以下、例えば０．１μｍから５０μｍ程度の微小間隔に調整される。これによって、この両処理用面１、２間を通過する被処理流動体は、両処理用面１、２によって強制された強制薄膜流体となる。
【００４７】
この流体処理装置Ｆを用いて第１流体と第２流体とを含む複数の被処理流動体を処理する場合、この流体処理装置Ｆは、第１流体の流路に接続され、両処理用面１、２間によって規定される上流側処理空間３の上流端（この例では環状の内側）から導入される。これと共に、この上流側処理空間３は、第１流体とは別の、第２流体の流路の一部を形成する。そして、両処理用面１、２間の上流側処理空間３内において、第１流体と第２流体との両被処理流動体を混合し、反応させるなどの流体の処理を行なう。
【００４８】
具体的に説明すると、流体処理装置Ｆは、前記の第２処理用部２０を保持する第２ホルダ２２と、接面圧付与機構と、回転駆動機構Ｍと、第１導入部ｄ１と、第２導入部ｄ２と、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２とを備えるものである。
【００４９】
この実施の形態において、第２処理用部２０は、第１処理用部１０の上方に配置されており、第２処理用部２０の下面が第２処理用面２であり、第１処理用部１０の上面が第１処理用面１である。
【００５０】
図１へ示す通り、この実施の形態において、第１処理用部１０は、中央に開口を備えていない円盤体である。また、第２処理用部２０は、環状体であり、より詳しくはリング状のディスクである。この実施の形態においては、第１処理用面１が盤状であって第２処理用面２は環状であることから、両処理用面１、２間によって規定される上流側処理空間３は環状の空間、即ち環状流路を構成する。第２処理用部２０は、第１流体と第２流体を含む被処理流動体を導入できることを条件に、中央に開口を備えていない円盤状であってもかまわない。
【００５１】
第１、第２処理用部１０、２０は、単一の部材または複数の部材を組み合わせて構成することができ、その材質は、金属の他、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミックスや焼結金属、耐磨耗鋼、サファイア、その他金属に硬化処理を施したものや、硬質材をライニングやコーティング、メッキなどを施工したものを採用することができる。この実施の形態において、第１、第２の処理用面１、２の少なくとも一部が鏡面研磨されている。
【００５２】
（処理用部の回転について）
第１処理用部１０と第２処理用部２０のうち、少なくとも一方の処理用部は、電動機などの回転駆動機構Ｍにて、他方の処理用部に対して相対的に回転する。回転駆動機構Ｍの駆動軸は回転軸３１に接続されており、この例では、回転軸３１に取り付けられた第１処理用部１０が第２処理用部２０に対して回転する。本実施形態においては、回転軸３１は、第１処理用部１０の中心にネジなどの固定具３２によって固定され、その後端が回転駆動機構Ｍの駆動軸と接続され、回転駆動機構Ｍの駆動力を第１処理用部１０に伝えて第１処理用部１０を回転させるものであり、環状の第２ホルダ２２の環状の中央には、回転軸３１を軸支するための支持部３３を備える。もちろん、第２ホルダ２２に支持された第２処理用部２０を回転させるようにしてもよく、双方を回転させるようにしてもかまわない。
【００５３】
（処理用面の接近離反について）
この実施の形態では、第１処理用部１０と第２処理用部２０とは、少なくとも何れか一方が、少なくとも何れか他方に、回転軸３１の軸方向に対して接近及び離反可能となっており、両処理用面１、２は接近及び離反することができる。
【００５４】
この実施の形態では、第１処理用部１０が軸方向には固定されており、周方向に回転するよう構成されている。この第１処理用部１０に対して第２処理用部２０が軸方向に接近及び離反するもので、第２ホルダ２２に設けられた収容部２３に、Ｏ−リング２６などのシール機構を用いて第２処理用部２０が出没可能に収容されている。この収容部２３は、第２処理用部２０の、主として第２処理用面２側とは軸方向において反対側の部位を収容する凹部であり、平面視において、円を呈する、即ち環状に形成された、溝である。
【００５５】
なお、第２処理用部２０は、軸方向に平行移動のみが可能なように第２ホルダ２２の収容部２３に配置してもよいが、クリアランスを大きくした状態で収容することもでき、３次元的に変位可能に保持するフローティング機構によって、第２処理用部２０を保持するようにしてもよい。
【００５６】
（流体圧付与機構について）
被処理流動体（この例では第１流体と第２流体）は、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２によって流体処理装置Ｆに供給される。流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２には、種々のポンプを用いることができるものであり、所定の圧力で被処理流動体を流体処理装置Ｆに供給できる。また圧送時の脈動の発生を抑制するために、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２として、加圧容器を備えた圧力付与装置を採用することもできる。被処理流動体が収納された加圧容器に加圧用ガスを導入し、その圧力によって被処理流動体を押し出すことにより、被処理流動体を圧送することができる。
【００５７】
（被処理流動体の動き）
前記の被処理流動体は、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２により圧力が付与される。この加圧状態で、第１流体と第２流体とを含む被処理流動体が、第１導入部ｄ１と、第２導入部ｄ２から両処理用面１、２間に導入される。
【００５８】
この実施の形態において、第１導入部ｄ１は、環状の第２ホルダ２２に設けられた流路であり、その一端が、筒状の導入空間５１に接続されている。導入空間５１は、支持部３３の下面、第２ホルダ２２の内周側の下面、第２処理用部２０の内周面及び第１処理用面１によって規定される円筒状の空間である。
【００５９】
第２導入部ｄ２は、第２処理用部２０の内部に設けられた通路であり、その一端が、第２処理用面２にて開口するものであり、この開口が上流側処理空間３への直接の導入開口（第２導入口ｄ２０）となる。
【００６０】
第１流体は、第１導入部ｄ１から、導入空間５１を経て両処理用部１０、２０の間の内径側の隙間である上流側処理空間３の上流端から上流側処理空間３に導入されるものであり、この隙間が第１導入口ｄ１０となる。第１導入口ｄ１０から上流側処理空間３へ導入された第１流体は、第１処理用面１と第２処理用面２で薄膜流体となり、両処理用部１０、２０の外側に通り抜ける。これらの処理用面１、２間において、第２導入部ｄ２の第２導入口ｄ２０から所定の圧力に加圧された第２流体が供給され、薄膜流体となっている第１流体と合流し、上流側処理として、主として分子拡散による混合が行われながらあるいは行われた後、反応処理がなされる。上流側処理として、主として分子拡散による混合のみが行われてもよい。この反応処理は、晶出、晶析、析出などを伴うものであってもよく、伴わないものであってもかまわない。
【００６１】
第１流体と第２流体とによる薄膜流体は、上流側処理がなされた後、両処理用面１、２（この例では、処理用面１，２の外周端と外周端との間、即ち、上流側処理空間３の下流端）から、両処理用部１０、２０の外側に排出される。上流側処理空間３の下流端は上流側処理空間３の出口となるから、以下、上流側処理空間３の下流端を上流側流出口４とも言う。両処理用面１、２から両処理用部１０、２０の外側に排出された流体は、第１処理用部１０の外側に配置されたアウターケーシング６１で受容され、上流側処理がなされた流体にさらなる流体の処理を効率的に行い、系外（装置外）に排出する。両処理用面１、２から両処理用部１０、２０の外側に排出された流体は、両処理用面１、２による強制から解放され、より広い流路空間（下流側処理空間８１）へと排出される。
【００６２】
なお、第１処理用部１０は回転しているため、上流側処理空間３内の被処理流動体は、内側から外側へ直線的に移動するのではなく、環状の半径方向への移動ベクトルと周方向への移動ベクトルとの合成ベクトルが被処理流動体に作用して、内側から外側へ略渦巻き状に移動する。
【００６３】
流体の運動において、慣性力と粘性力の比を表す無次元数をレイノルズ数と呼び、以下の式（１）で表される。
レイノルズ数Ｒｅ＝慣性力／粘性力＝ρＶＬ／μ＝ＶＬ／ν  式（１）
ここで、ν＝μ／ρは動粘度、Ｖは代表速度、Ｌは代表長さ、ρは密度、μは粘度を示す。
そして、流体の流れは、臨界レイノルズ数を境界とし、臨界レイノルズ数以下では層流、臨界レイノルズ数以上では乱流となる。
【００６４】
流体処理装置Ｆの両処理用面１、２間は、通常は、１ｍｍ以下、例えば０．１μｍから５０μｍ程度の微小間隔に調整されるため、両処理用面１、２間に保有される流体の量は極めて少ない。そのため、代表長さＬが非常に小さくなり、両処理用面１、２間を通過する薄膜流体の遠心力は小さく、薄膜流体中は粘性力の影響が大きくなる。従って、レイノルズ数は小さくなり、薄膜流体は層流となる。
【００６５】
遠心力は、回転運動における慣性力の一種であり、中心から外側に向かう力である。遠心力は、以下の式（２）で表される。
遠心力Ｆ＝ｍａ＝ｍｖ２／Ｒ  式（２）
ここで、ａは加速度、ｍは質量、ｖは速度、Ｒは半径を示す。
【００６６】
上述の通り、両処理用面１、２間に保有される流体の量は少ないため、流体の質量に対する速度の割合が非常に大きくなり、その質量は無視できるようになる。従って、両処理用面１、２間にできる薄膜流体中においては重力の影響を無視できる。
【００６７】
（力のバランスについて）
次に、第１処理用面１と第２処理用面２とを接近させる方向に作用させる力を処理用部に付与するための接面圧付与機構について説明する。この実施の形態では、接面圧付与機構は、第２ホルダ２２に設けられ、第２処理用部２０を第１処理用部１０に向けて付勢する。前記の接面圧付与機構は、第１処理用部１０の第１処理用面１と第２処理用部２０の第２処理用面２とに対して、互いに接近する方向に加えられる力（以下、接面圧力という）を発生させるための機構である。この接面圧力と、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２による流体圧力などの両処理用面１、２間を離反させる力との均衡によって、１ｍｍ以下のｎｍ単位ないしμｍ単位の微小な膜厚を有する薄膜流体を発生させる。言い換えれば、前記力の均衡によって、両処理用面１、２間の間隔が所定の微小間隔に保たれる。
【００６８】
図１に示す実施の形態において、接面圧付与機構は、前記の収容部２３と第２処理用部２０との間に配位される。具体的には、第２処理用部２０を第１処理用部１０に近づく方向に付勢するスプリング２５と、空気や油などの付勢用流体を導入する付勢用流体導入部（図示せず）とにて構成され、スプリング２５と前記前記付勢用流体の流体圧力とによって、前記の接面圧力を付与する。このスプリング２５と前記付勢用流体の流体圧力とは、いずれか一方が付与されるものであればよく、磁力や重力などの他の力であってもよい。
【００６９】
この接面圧付与機構の付勢に抗して、流体圧付与機構Ｐ１、Ｐ２により加圧された被処理流動体の圧力や粘性などによって生じる離反力によって、第２処理用部２０は、第１処理用部１０から遠ざかり、両処理用面１、２間に微小な間隔を開ける。このように、この接面圧力と離反力との力のバランスによって、第１処理用面１と第２処理用面２とは、μｍ単位の精度で設定され、両処理用面１、２間の微小間隔の設定がなされる。上記の離反力としては、被処理流動体の流体圧や粘性によって生じるもののほか、処理用部の回転による遠心力と、付勢用流体導入部に負圧を掛けた場合の当該負圧、スプリング２５を引っ張りスプリングとした場合のバネの力などを挙げることができる。この接面圧付与機構は、第２処理用部２０ではなく、第１処理用部１０に設けてもよく、双方に設けてもよい。
【００７０】
第１、第２処理用部１０、２０は、その少なくともいずれか一方に温度調整機構を組み込み、冷却或いは加熱して、その温度を調整するようにしてもよい。また、第１導入部ｄ１、第２導入部ｄ２から流体処理装置Ｆに導入される被処理流動体を冷却或いは加熱して、その温度を調整するようにしてもよい。被処理流動体の有する温度エネルギーは、析出を伴う反応の場合において微粒子の析出のために用いることもできる。
【００７１】
（凹部とマイクロポンプ効果）
図２に示すように、第１処理用部１０の第１処理用面１には、第１処理用部１０の中心側から外側に向けて、即ち径方向について伸びる溝状の凹部１３を形成して実施してもよい。この凹部１３の平面形状は、図２（Ｂ）へ示すように、第１処理用面１上をカーブして或いは渦巻き状に伸びるものや、図示はしないが、真っ直ぐ外方向に伸びるもの、Ｌ字状などに屈曲あるいは湾曲するもの、連続したもの、断続するもの、枝分かれするものであってもよい。また、この凹部１３は、第２処理用面２に形成するものとしても実施可能であり、第１及び第２の処理用面１、２の双方に形成するものとしても実施可能である。このような凹部１３を形成することによりマイクロポンプ効果を得ることができ、被処理流動体を第１及び第２の処理用面１、２間に吸引することができる効果がある。
【００７２】
第１処理用面１に凹部１３を設ける場合、この凹部１３の基端は、導入空間５１に達することが望ましい。この凹部１３の先端は、第１処理用部１０の外周面側に向けて伸びるもので、その深さ（横断面積）は、基端から先端に向かうにつれて、漸次減少するものとしてもよい。
この凹部１３の先端と第１処理用部１０の外周面１１との間には、凹部１３のない平坦面１４が設けられている。
【００７３】
（回転速度と流体の処理について）
前記の第２導入部ｄ２の第２導入口ｄ２０を第２処理用面２に設ける場合は、対向する第１処理用面１の平坦面１４と対向する位置に設けることが好ましい。
【００７４】
この第２導入口ｄ２０は、第１処理用面１の凹部１３からよりも下流側（この例では外側）に設けることが望ましい。特に、第１流体がマイクロポンプ効果によって上流側処理空間３に導入される際の流れ方向が処理用面１、２間で形成されるスパイラル状で層流の流れ方向に変換される点よりも外径側の平坦面１４に対向する位置に設置することが望ましい。具体的には、図２（Ｂ）において、第１処理用面１に設けられた凹部１３の最も外側の位置から、径方向への距離ｎを、約０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。特に、流体中から微粒子を析出させる場合には、層流条件下にて複数の被処理流動体の分子拡散による混合と、微粒子の反応、析出が行なわれることが望ましい。
【００７５】
このように層流条件下で被処理流動体を処理するため、第１処理用部１０の外周における周速度は、０．３〜３５ｍ／ｓｅｃであることが適当である。
【００７６】
（第２導入部に関して）
第２導入口ｄ２０の形状は、図１に示すように、リング状のディスクである第２処理用面２の中央の開口を取り巻く同心円状の円環形状などの連続した開口であってもよく、図２（Ｂ）や図３（Ｂ）に示すように、円形などの独立した開口であってもよい。また、第２導入口ｄ２０を円環形状とした場合、その円環形状の開口部は全周にわたって連続していてもよいし、一部分が不連続であってもよい。
【００７７】
円環形状の第２導入口ｄ２０を第２処理用面２の中央の開口を取り巻く同心円状に設けると、第２流体を上流側処理空間３に導入する際に円周方向において同一条件で実施することができるため、目的生成物を量産したい場合には、開口部の形状を同心円状の円環形状とすることが好ましい。
【００７８】
この第２導入部ｄ２は方向性を持たせることができる。例えば、図３（Ａ）に示すように、前記の第２処理用面２の第２導入口ｄ２０からの導入方向が、第２処理用面２に対して所定の仰角（θ１）で傾斜している。この仰角（θ１）は、０度を超えて９０度未満に設定されており、さらに反応速度が速い反応の場合には１度以上４５度以下で設置されるのが好ましい。
【００７９】
また、図３（Ｂ）に示すように、第２導入口ｄ２０が独立した開口穴の場合、第２処理用面２に沿う平面において、方向性を有するものとすることもできる。この第２流体の導入方向は、処理用面の半径方向の成分にあっては中心から遠ざかる外方向であって、且つ、相対的に回転する処理用面の間における流体の回転方向に対しての成分にあっては順方向である。言い換えると、第２導入口ｄ２０を通る半径方向であって外方向の線分を基準線ｇとして、この基準線ｇから回転方向Ｒへの所定の角度（θ２）を有するものである。この角度（θ２）についても、０度を超えて９０度未満に設定されることが好ましい。
【００８０】
（被処理流動体の種類と流路の数）
前記の被処理流動体の種類とその流路の数は、図１の例では、２つとしたが、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。図１の例では、第２導入部ｄ２から上流側処理空間３に第２流体を導入したが、この導入部は、第１処理用部１０に設けてもよく、双方に設けてもよい。また、一種類の被処理流動体に対して、複数の導入部を用意してもよい。また、各導入口は、その形状や大きさや数は特に制限はなく適宜変更して実施し得る。また、前記第１及び第２の処理用面間１、２の直前或いはさらに上流側に導入口を設けてもよい。また、各流体における第１、第２という表現は、複数存在する流体の第ｎ番目であるという、識別のための意味合いを持つに過ぎないものであり、第３以上の流体も存在する。図６−８、図１０に、第３の被処理流動体である第３流体の流路である第３導入部ｄ３とその開口ｄ３０を示す。第３導入部ｄ３は、第２導入部ｄ２と同じように、第２処理用部２０の内部に設けられた通路であり、その一端が、第２処理用面２にて開口するものであって、その導入開口（第３導入口ｄ３０）は、第２導入部ｄ２の第２導入口ｄ２０よりも、第２処理用面２において、下流側に位置する。図６−８、図１０においては、図面が煩雑になるのを避けるため、第１導入部ｄ１はその記載を省略している。この点については、第１導入部ｄ１が設けられていない位置の断面と考えればよい。
なお各流路は、密閉されたものであり、液密（被処理流動体が液体の場合）・気密（被処理流動体が気体の場合）とされている。
【００８１】
（下流側処理）
次に本発明の要部である、下流側処理空間８１内におけるさらなる流体の処理（下流側処理）に関して説明する。
【００８２】
流体処理装置Ｆは、上流側処理部の下流側に配置された下流側処理部を備え、下流側処理部は、下流側処理空間８１を備える。この下流側処理空間８１が配置されている領域の範囲ＤＳを、図１及び図１２において例示的に示す。
【００８３】
本発明の流体処理装置Ｆにあっては、上流側処理空間内３において上流側処理が行われ、上流側処理空間３の下流端から排出された流体（上流側処理がなされた流体）に、さらなる流体の処理を行うための下流側処理空間８１を設ける。下流側処理空間８１内で行われる流体の処理を下流側処理という。
【００８４】
（アウターケーシング）
第１処理用部１０を収容するために、回転する第１処理用部１０の外側にアウターケーシング６１を設ける。アウターケーシング６１は、上流側流出口４から排出された流体を受容する。本実施の形態においては、アウターケーシング６１は、第１処理用部１０と第２処理用部２０の一部とを収容するもので、第１処理用部１０の上流側流出口４から流出した流体は、アウターケーシング６１の内面と第１処理用部１０の外面との間の下流側処理空間８１にて下流側処理がなされる。
【００８５】
アウターケーシング６１は、本実施の形態においては、図１に示すように、全体として円筒状をなす円筒型受容部を構成し、必要に応じて底部を有するものとして実施され得る。またアウターケーシング６１は、軸方向（図の上下方向）に移動不可能であっても構わないが、この実施の形態では、上下方向に移動可能に設けられている。これによって、第１処理用部の底部（第１処理用部１０の外端面１２）と、アウターケーシング６１の底部６２（底部６２の内面７１）との間の間隔を調整可能としている。図１においては、中心線の左側にアウターケーシング６１が上昇している状態を描き、右側にアウターケーシング６１が下降している状態を描いている。
この上下動のための構成は種々変更して実施することができるが、これに適する構造の一例を示せば、アウターケーシング６１は、底部６２と、底部６２の周囲から上方に伸びる周壁部６３とを備え、周壁部６３の上端には、周壁部６３から径方向外側に突出するフランジ６７が全周に渡って形成されている。本実施形態においては、周壁部６３には、その厚さが薄い薄肉部６４とその厚さが厚い厚肉部６５と両者の境界である境界部６６を備え、底部６２の中央に流出部６８を備える。本実施形態においては、周壁部６３の厚みにより薄肉部６４と厚肉部６５とを備えたが、周壁部６３の厚みは一定であってもよい。また、フランジ６７は、周方向の一部分にのみ形成してもよく、フランジ６７をアウターケーシング６１に備えなくてもよい。流出部６８は、下流側処理空間８１を流れる流体を系外（装置外）に排出するための排出口である。
【００８６】
第２ホルダ２２にアウターケーシング６１を取り付けて、第１処理用部１０と第２処理用部２０とをアウターケーシング６１に収容する。図１に示すように、第２ホルダ２２には、第２ホルダ２２の外周面から径方向外側に突出する突出部２４を備える。第２ホルダ２２の外周面とアウターケーシング６１の薄肉部６４の内周面とを密着させ、突出部２４の下面とフランジ６７の上面とを当接させるように組み付けると、アウターケーシング６１の段差部６６が第２ホルダ２２の外周側の底面に当接する。その後、ボルト等の固定具による固定や、Ｏ−リング７２などのシール機構を用いて第２ホルダ２２にアウターケーシング６１を液密・気密に取り付けて、第１処理用部１０と第２処理用部２０とをアウターケーシング６１に収容する。両処理用面１、２から両処理用部１０、２０の外側に排出された流体、即ち上流側流出口４から排出された流体をアウターケーシング６１で受容することができれば、第２ホルダ２２の外周面の一部とアウターケーシング６１の薄肉部６４の内周面の一部とを密着させるように組み付けて、第２ホルダ２２にアウターケーシング６１を液密・気密に取り付けてもよい。
【００８７】
（下流側処理空間）
上述のように、第２ホルダ２２にアウターケーシング６１を取り付けることによって、（ａ）第１、２処理用部１０、２０の外周面１１、２１とアウターケーシング６１の周壁部６３（肉厚部６５）の内周面７０との間と、（ｂ）第１処理用部１０の外端面１２とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１との間に、下流側処理空間８１を設けることができる。なお、この第１処理用部１０の外端面１２は、第１処理用部１０の下面（言い換えれば第１処理用面１とは軸方向において反対側の面）である。
この実施の形態においては、回転する第１処理用面１と一体的に回転する第１処理用部１０が回転部材であり、第１処理用部１０の外周面１１と外端面１２は、下流側処理空間８１を構成する壁部の一部を構成する。言い換えれば第１処理用部１０が全体として円柱状をなす円柱部を構成し、その外面とアウターケーシング６１の内面との間が下流側処理空間８１を構成し、外面と内面の間で下流側処理がなされる。
【００８８】
また、上流側流出口４が下流側処理空間８１内に開口しており、下流側処理空間８１は、両処理用面１、２から両処理用部１０、２０の外側に排出された流体を受容し滞留させることができる。このような構成とすることによって、下流側処理空間８１を備える下流側処理部が上流側処理部を規定する第１及び第２処理用面１、２の下流側に配置され、上流側処理空間４と下流側処理空間８１とが繋がり、下流側処理を上流側処理と連続して行うことができる。
【００８９】
さらに、回転部材である第１処理用部１０の回転を利用して、下流側処理を行うことができる。下流側処理とは下流側処理空間８１内で行われる流体の処理であって、上流側処理がなされた後の反応の処理であって、反応を進行させ反応生成物を得る処理である。上流側処理空間４での上流側処理において、主として分子拡散による混合は完結するものであるが、下流側処理として、次のような処理を行うことができる。例えば、流体の滞留、流体の撹拌、流体の混合、熱処理、ｐＨ調整、熟成が挙げられる。例えば、有機反応の場合、滞留処理によって反応の完結を行ってもよいし、その際に撹拌処理を加えても構わない。
【００９０】
下流側処理空間８１の間隔は、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間にもよるが、第１処理用部１０の外径Ｄの２〜３０％が好ましく、第１処理用部１０の外径Ｄの３〜２０％がより好ましい。例えば、第１処理用部１０の外径が１００ｍｍである場合、下流側処理空間８１の間隔は、２〜３０ｍｍが好ましく、３〜２０ｍｍがより好ましい。ここで、第１処理用部１０の外径Ｄとは、第１処理用部１０の直径であって、後述する突起部１６は含まれない。
【００９１】
アウターケーシング６１の形状は、第１処理用部１０との間で下流側処理をなす部分を含んでいることを条件に特に限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、底部６２について、径が徐々に小さくなる円錐形状のロート状とし、このロート状の下端に流出部を備えてもよいし、図４に示すように、アウターケーシング６１の底部６２を周壁部６３に設けた流出部６８に向けて傾斜したものとしてもよい。
【００９２】
（流出部）
流出部６８は、底部６２に開口するものに限らず、例えば、周壁部６３に開口するものであってもよい。また、複数個の流出部６８を設けてもよく、複数個の流出部６８を設けることによって、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間に応じた流体の流出入を可能とする。
【００９３】
（別途の導入部）
さらに、後述する図１２に示される実施の形態に示すように、流体を下流側処理空間８１に供給するための導入装置（図示無し）を備え、その導入部６９をアウターケーシング６１内に配置してもよい。導入部６９から下流側処理空間８１に供給される流体に含まれる物質の一例として、原料そのものや重合開始剤、反応停止剤、ｐＨ調整剤、触媒、コーティング剤などが挙げられる。
【００９４】
（ケーシング移動可能）
アウターケーシング６１は、取付位置調整機構（図示せず）により上下方向（回転の軸方向）に移動可能に備えてもよい。アウターケーシング６１を上下方向（回転の軸方向）に移動可能に備えることにより、下流側処理空間８１の容積を増減することができ、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間を制御することができる。取付位置調整機構の具体的構成は、特に限定されるものではなく、ネジによる送り機構、エアーや油圧などの流体圧駆動機構など、直線的な送り手段を適宜選択して採用することができる。
【００９５】
（撹拌用の凹凸）
下流側処理空間８１に撹拌用の凹凸を備えて、流体に対する撹拌機能を持たせてもよい。例えば、第１処理用部１０の外周面１１や第１処理用部１０の外端面１２に撹拌羽根を備えることができる。第１処理用部１０の外周面１１や第１処理用部１０の外端面１２に撹拌羽根を備えると、回転軸３１の回転を利用して、上流側処理がなされた流体を撹拌羽根で撹拌することができる。撹拌羽根は、両処理用面１、２から両処理用部１０、２０の外側に排出された流体に対してせん断力を与えることができる種々の形態として実施することができ、例えば、プレート状の羽根やスクリュー型の羽根、また凹状に加工されたものでも良い。撹拌羽根の形状は、処理目的に合った吐出量（流出部６８からの流出量）やせん断力により最適に選定される。
【００９６】
その一例として、図１の右側に示した半断面図と図１１に示すように、第１処理用部１０の外端面１２には、径方向外側から内側に向けて伸びる複数の溝状の凹部１５を備える。全体として円柱状をなす円柱部（具体的には第１処理用部１０）と、これを受容する全体として円筒状をなす円筒型受容部（具体的にはアウターケーシング６１）との間における比較的狭く制限された空間内で、第１処理用部１０が回転すると、凹部１５が撹拌羽根の役割を果たし、凹部１５の周囲の流体が第１処理用部１０の外側に排出されることで、流体が撹拌される。第１処理用部１０の外側に排出された流体は、アウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０や底部６２の内面７１にぶつかり跳ね返ってくることで、撹拌作用がより促進される。図４に示すように、第１処理用部１０の外周面１１に凹部１５を設けてもよい。
【００９７】
（ラビリンスシール機構）
第１処理用部１０の外周面１１や外端面１２、アウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０や底部６２の内面７１などの下流側処理空間８１を構成する壁部に、下流側処理空間８１の流体の滞留時間を延ばすための、ラビリンスシール機構を備えてもよい。ラビリンスシールとは、半径方向または軸方向に間隙をもちながら流体の流れに対する抵抗を与える、漏れが最小のシールであって、周辺部のナイフ状構造や接触点が形成する迷路によって、通過する流体の膨張が次々と引き起こされるものをいう。
【００９８】
例えば、図４に示すように、ラビリンスシール機構を奏するための突起部として、アウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０から下流側処理空間８１に向けて径方向内側に突出する突起部７３を備えた形態を示すことができる。この突起部７３は、平面視円周状をなしており、１個または複数個を同心円状に設けることができる。
本実施形態においては、突起部７３は、その基端から先端に向けてすぼまっている。突起部７３の先端と第１処理用部１０の外周面１１との間には、処理物の粘度にもよるが０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。また、アウターケーシング６１の底部６２を周壁部６３に設けた流出部６８に向けて傾斜したものとしてもよい。
【００９９】
他の実施の形態としては、図５に示すように、第１処理用部１０の外周面１１から下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する複数の突起部１６を備えた形態を示すことができる。本実施形態においては、突起部１６は、その基端から先端に向けてすぼまっている。突起部１６の先端とアウターケーシング６１の周壁部６３（肉厚部６５）の内周面７０と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。
このように微小な間隙に設定されることによって、流体はそこを通過する際に層流状となり、通過が困難となる。その結果、この微小な間隙を通過するために時間を要することとなり、微小な間隙より上流側の比較的広い空間内に流体が滞留することになる。
言い換えれば、本発明に適用されるラビリンスシール機構は、完全に漏れのないシール機構ではなく、その上流側の空間に流体を滞留させながら徐々に流体を下流側へ漏らしていく機構であると言える。
【０１００】
この第１処理用部１０は、一つの部材で構成する必要はなく、複数の部材を一体的に組み付けたものであっても構わない。このように、複数の部材で全体として円柱状をなす第１処理用部１０に、凹凸を容易に加工形成することができる。
具体的には、更に他の実施の形態として、図６に示すものを挙げることができる。この実施の形態では、第１処理用部１０の外端面１２に、底部材９１を備え、底部材９１の下面９３から下流側処理空間８１に向けて下方向に突出する複数の突起部９４を備えた形態を示すことができる。底部材９１は、第１処理用部１０と同体に回転するように第１処理用部１０に取り付けられる。本実施形態においては、複数の突起部９４はその基端から先端に向けてすぼまっている。突起部９４の先端とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。本実施形態においては、（ａ）第１、２処理用部１０、２０並びに底部材９１の外周面１１、２１、９２とアウターケーシング６１の周壁部６３（肉厚部６５）の内周面７０との間と、（ｂ）底部材９１の下面９３とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１との間に、下流側処理空間８１を設けることができる。この実施の形態においては、第１処理用部１０と底部材９１とが回転部材であり、第１処理用部１０の外周面１１と底部材９１の外周面９２と下面９３とが下流側処理空間８１を構成する壁部の一部を構成する。本実施形態においては、底部材９１を第１処理用部１０とは別部品として作製し、第１処理用部１０と同体に回転するように第１処理用部１０に取り付けたが、底部材９１は、第１処理用部１０を直接加工して形成するなど、第１処理用部１０と完全な同体として構成してもよい。また、図６に示すように、下流側処理空間８１の深さを径方向外側から内側に向けて深くなるようアウターケーシング６１の底部６２の内面７１を円錐形状のロート状としてもよい。
【０１０１】
更に他の実施の形態としては、図７に示すように、複数の突起部９４に加え、径方向外側から内側に向けて下流側処理空間８１の深さが深くなるようにアウターケーシング６１の底部６２の内面７１に段差を設けてもよい。突起部９４の先端とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。
【０１０２】
更に他の実施の形態としては、図１０に示すように、第１処理用部１０の外端面１２と第１処理用部１０の外周面１１とをほぼ覆うように構成された底部材９１を備え、底部材９１の下面９３から下流側処理空間８１に向けて下方向に突出する複数の突起部９４と、底部材９１の外周面９２から下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する複数の突起部９５を備えた形態を示すことができる。底部材９１は、第１処理用部１０と同体に回転するように第１処理用部１０に取り付けられる。本実施形態においては、複数の突起部９４、９５はその基端から先端に向けてすぼまっている。突起部９５の先端とアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有し、突起部９４の先端とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１との間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。この実施の形態においては、第１処理用部１０と底部材９１とが全体として円柱状をなす円柱部であり、これを受容する円筒型受容部（アウターケーシング６１）との間の空間が下流側処理空間８１を構成する。
第１処理用部１０の外周面１１と底部材９１の外周面９２と下面９３とが下流側処理空間８１を構成する壁部の一部を構成する。
【０１０３】
ここで、図５を用いてラビリンスシール機構の具体的な構成と機能とを説明する。
下流側処理空間８１は、シール部８４とプール部８３とを備える。シール部８４は、突出部１６の先端とアウターケーシング６１の周壁部６３（肉厚部６５）の内周面７０との間に形成される狭隘な空間であり、プール部８３は、第１処理用部１０の突起部１６のない外周面１１とアウターケーシング６１の周壁部６３（肉厚部６５）の内周面７０との間に形成される空間であって、シール部８４の上流側に配置され、シール部８４よりも広い空間である。
【０１０４】
シール部８４とプール部８３とは、一組であっても構わないが、流体の流れの上流から下流にかけて、複数組が連続して配置されることが好ましい。
【０１０５】
下流側処理空間８１は、上流側流出口４の外周側に受け入れ部８２を備える。受け入れ部８２は、下流側処理空間８１のうちの最上流の空間であってシール部８４よりも広い空間であり、下流側処理空間８１内に開口している上流側流出口４から排出された流体を抵抗なく受け入れることができる。流体の流れの最上流に配置されるプール部８３と兼用してもよい。
【０１０６】
上流側流出口４から排出された流体は、まず、受け入れ部８２で受け入れられ、貯留される。受け入れ部８２が流体で満たされると、流体は受け入れ部８２の下流側に配置されたシール部８４に漏れる。シール部８４が流体で満たされると、流体はシール部８４の下流側に配置されたプール部８３に漏れる。流体はプール部８３で受け入れられ、貯留される。プール部８３が流体で満たされると、流体はプール部８３の下流側に配置されたシール部８４に漏れる。下流側処理空間８１には、シール部８４とプール部８３とが複数組連続して配置されているので、これらの流体の移動が繰り返される。
【０１０７】
一方、突起部１６を外周面１１に備えた第１処理用部１０は回転している。受け入れ部８２、シール部８４、プール部８３のそれぞれの空間を流体が満たしている場合には、第１処理用部１０の回転により遠心力が作用し、例えば、受け入れ部８２にある流体は受け入れ部８２の下流側に配置されたシール部８４に漏れにくい。特に、狭隘な空間であるシール部８４においては、第１処理用部１０の回転により、流体はシール部８４の下流側に配置されたプール部８３に漏れにくい。
【０１０８】
このように、下流側処理空間８１の壁部の一部を構成する回転部材である第１処理用部１０を回転させ、下流側処理空間８１において、受け入れ部８２と、狭隘なシール空間であるシール部８２とシール部より広い滞留空間であるプール部８３とが複数組連続して配置されることによって、上流側流出口４から下流側処理空間８１に排出された流体はシール部８４で漏れ量が最小になり、シール部８４から漏れた流体がシール部８４の下流側に配置されたプール部８３に満たされ貯留される結果、ラビリンスシールにより下流側処理空間８１内の流体の滞留時間が延びる。
特に、プール部８３とシール部８４を複数組設けることによって、装置全体における流体の滞留時間が平準化する。例えば、単一のプール部８３によって、装置全体で予定する流体の総貯留容量を、満たすようにした場合を考えると、この単一のプール部８３が空の状態からこれが満杯となるまでの滞留時間は一定であるとしても、満杯となった以降も連続運転をしていく場合には、単一のプール部８３を満たした全ての流体が上流から流れ込んでくる新たな流体に全て入れ替わるように構成することは困難であり、一部の流体は上記の滞留時間に至らないまでに下流へ流出して、他の一部の流体はいつまでもプール部８３内で滞留する。したがって、この滞留時間の制御は、偶然が支配する可能性が大きくなり、その結果、予定された所定の滞留時間に至らないまでに下流へ流出してしまう流体の割合も偶然が支配することになる。これに対して、プール部８３とシール部８４を複数組設けた場合には、一つあたりのプール部８３での滞留時間は偶然が支配したとしても、設ける組数を多くしていくことによって、それぞれの流体の滞留時間が平準化していくことになり、滞留時間の安定的な制御の点で有利となる。
【０１０９】
下流側処理空間８１内の流体の滞留時間は、下流側処理空間８１の容積、下流側処理空間８１の間隔やその長さ、シール部８４とプール部８３との組数、第１処理用部１０や底部材９１といった回転部材の回転数、流体処理装置Ｆに導入される流体（第１流体と第２流体）の導入量を調整することによって調整することができる。流体処理装置Ｆの稼働中に滞留時間を調整したい場合、第１処理用部１０や底部材９１といった回転部材の回転数と流体処理装置Ｆに導入される流体（第１流体と第２流体）の導入量を調整する。
これらを調整することによって、生成物に応じて目的の滞留時間を実現する。
【０１１０】
図５を用いてラビリンスシール機構の具体的な構成と機能とを説明したが、他の実施の形態においても、回転部材（第１処理用部１０、底部材９１）、受け入れ部８２、プール部８３、シール部８４の機能は同じであり、同じ効果を奏する。突起部１６、７３、９４、９５の形状は、その先端と円柱部（第１処理用部１０や底部材９１）又は円筒状受容部（アウターケーシング６１）との間に狭隘な空間であるシール部８４を形成できる形状であればよい。突起部の長さと突起部の先端の幅は、ラビリンスシール性を得るために必要な範囲で適宜設定することができる。
【０１１１】
なお、狭隘な空間であるシール部８４を満たす流体は層流となることによってそのシール効果は高まる。他方、比較的広い空間である受け入れ部８２やプール部８３に貯留される流体は乱流となることによって、その滞留中に撹拌作用が流体に対して加えられることになる。
【０１１２】
次に、図１２−１５を参照して、下流側処理部の変形例について説明する。なお、以下の説明においても流体処理装置Ｆの基本的な構造や作用は同じであり、異なる部分を中心に説明するが、説明のない点については、前記の実施の形態の説明がそのまま適用されるものとする。何れの変形例にあっても、ラビリンスシール機構を備えその機能を奏する。
【０１１３】
下流側処理部は、回転部材の軸方向に伸びる筒状の流路を下流側処理空間８１の少なくとも一部に備えるものであり、下流側処理である反応を長く進行させる上で有利である。
【０１１４】
図１２は、少なくとも第１処理用部１０を軸方向に長く伸ばしたもので、その外周面１９とアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０との間に筒状の流路を、先の実施の形態と比べて長く伸ばしたものである。
【０１１５】
この実施の形態においても、第１処理用部１０は円柱部を構成するものである。図１２へ示す通り、頂部１７を有し、その上面が第１処理用面１である。
【０１１６】
第１処理用部１０の軸方向に（図では下方に）長く伸びる延長部１８を備え、その外周面１９には、下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する突起部１６を備える。突起部１６はその基端から先端に向けてすぼまっている。
【０１１７】
突起部１６の先端と、後述するアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有するもので、シール部８４を構成する。シール部８４の上流側には比較的広いプール部８３が形成される。
【０１１８】
（処理用部の回転について）
この実施の形態では、回転軸３１に取り付けられた第１処理用部１０が第２処理用部２０に対して回転する。従って、第１処理用部１０が回転部材である。回転軸３１は、第１処理用部１０を貫通する空洞に配置され、第１処理用部１０の頂部１７の中心にネジなどの固定具３２によって固定される。回転軸３１の基端は回転駆動機構Ｍの駆動軸と接続され、回転駆動機構Ｍの駆動力を第１処理用部１０に伝えて第１処理用部１０を回転させる。この回転を円滑に軸支するために、回転支持部３４が、その外周に配置され、その先端側と基端側で回転軸３１を回動可能に軸支する。
【０１１９】
詳しくは、回転支持部３４は、円柱状の軸部３５と軸部３５の下方に円柱状で軸部３５よりも径の大きな台部３６とを備え、中心には回転軸３１が装着される貫通孔３７を備える。軸部３５は第１処理用部１０の延長部１８の内側に配置され、貫通孔３７に回転軸３１を装着して回転軸３１を軸支する。
【０１２０】
両処理用面１、２間の間隔は、先に上流側処理部に関して説明したのと同様１ｍｍ以下であることが良好なナノ微粒子を析出させる場合には好ましい。但し、有機反応などのナノ微粒子を析出させない流体処理を行ったり、微粒子を析出させてもその粒子サイズが比較的大きい場合には、５ｍｍ以下、例えば１μｍから５ｍｍ程度の間隔に調整して実施することができる。このように両処理用面１、２間の間隔を、比較的大きな間隔に調整する場合では、前述の接面圧力と離反力との力のバランスによる間隔設定以外でも好適に実施することができるものであり、機械的なクリアランス設定の構造でも実施することができる。したがって先に述べた全ての実施の形態においても、両処理用面１、２間の間隔調整は機械的なクリアランス設定の構造で実施できる場合があると理解すべきである。
この機械的なクリアランス設定の構造での実施では、両処理用面１、２は、接近及び離反するものではなく、固定された間隔を有するものとして実施することができる。
【０１２１】
（機械的なクリアランス調整機構）
機械的なクリアランス設定の構造の例とすれば、図示しないが、両処理用面１、２の間隔を測定可能なセンサーで測定し、その測定結果に基づいて、クリアランス調整機構を用いて第２処理用部２０を軸方向へ移動させるよう構成してもよい。クリアランス調整機構の具体的構成は特に限定されるものではなく、ネジによる送り機構、エアーや油圧などの流体圧駆動機構など、直線的な送り手段を適宜選択して採用することができる。
【０１２２】
この実施の形態において、第２処理用部２０は、環状の第２ホルダ２２の環状の中央にＯ−リング２６などのシール機構を用いて取り付けられている。
【０１２３】
この実施の形態において、第１導入部ｄ１は、環状の第２処理用部２０の中央に配置された中央部４１を軸方向に貫通する流路であり、その下流端が、導入空間５１に接続されている。導入空間５１は、中央部４１の下面と第１処理用面１によって規定される空間である。
【０１２４】
この実施の形態において、アウターケーシング６１は、円筒形状である。
【０１２５】
第２ホルダ２２と回転支持部３４とにアウターケーシング６１を取り付けて、第１処理用部１０と第２処理用部２０とをアウターケーシング６１に収容する。まず、第２ホルダ２２の下面とアウターケーシング６１の円筒形状を構成する周壁部６３の上面とをボルト等の固定具による固定や、Ｏ−リングなどのシール機構を用いて第２ホルダ２２にアウターケーシング６１を液密・気密に取り付ける。次に、回転支持部３４の台部３６の上面とアウターケーシング６１の下面とをボルト等の固定具による固定や、Ｏ−リングなどのシール機構を用いて回転支持部３４にアウターケーシング６１を液密・気密に取り付けるとともに、第１処理用部１０の延長部１８の下面と台部３６の上面とをシール部材３８でシールする。
【０１２６】
このように、第２ホルダ２２と回転支持部３４とに全体としてほぼ円筒状のアウターケーシング６１を取り付けることによって、（ａ）第２処理用部２０の外周面２１とアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０との間と（ｂ）第１処理用部１０の延長部１８の外周面１９とアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０との間に、筒状の空間である下流側処理空間８１を設けることができる。この実施の形態においては、第１処理用部１０の延長部１８が円柱部となり、アウターケーシング６１の周壁部６３が円筒型受容部となる。この、円柱部である、第１処理用部１０の延長部１８がアウターケーシング６１の周壁部６３に対して回転するものであるが、逆に、円柱部を固定状態として、他方の円筒型受容部を回転させて実施しても構わないし、両者を共に回転させても構わないが、両者を相対的に回転させる必要がある。
【０１２７】
アウターケーシング６１の周壁部６３には、流出部６８と導入部６９を備える。導入部６９は、上流側流出口４から下流側処理空間８１へ供給される流体とは別経路から、下流側処理空間８１に流体を供給するためのものである。この導入部６９からの流体は、上流側流出口４からの流体とは、流体自体を比べると異なるものでもあっても構わないし同一のものであっても構わない。
導入部６９は、上流側処理及び／又は前記下流側処理において発生するガスを排出する排出口と兼用させてもよく、排出口を別途設けてもよい。
したがって、上流側流出口４から流出した流体は、必要に応じて導入部６９を通じて、流体の導入や気体などの流体の排出が行なわれながら、流出部６８から排出されることにより、制限された下流側処理空間８１にての下流側処理が完了するものである。
【０１２８】
図１３はさらに他の例を示すものであり、底部材９１が第１処理用部１０とは独立して駆動されるものである。
【０１２９】
この実施の形態において、第１処理用部１０は、厚みの小さな円柱、即ち円盤体であって、その上部には底部材９１を受け入れるためのつば部を備える。第１処理用部１０の上面が第１処理用面１である。
【０１３０】
この実施の形態において、底部材９１は、円柱状であって、その外周面９８から下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する突起部９５を備える。突起部９５はその基端から先端に向けてすぼまっている。
【０１３１】
突起部９５の先端と、アウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。
【０１３２】
第１処理用面１０のつば部の下面と底部材９１の上面との間をシール部材を用いてシールして第１処理用面１０と底部材９１とを液密・気密に取り付ける。
【０１３３】
底部材９１は、第１処理用部１０を回転させるための回転駆動機構Ｍとは異なる、電動機などの回転駆動機構Ｍ１にて、回転する。その一例として、ギア１０１等の回転力伝達手段や変速手段を介して回転駆動機構Ｍ１にて底部材９１を回転する。このような構成とすることにて、第１処理用部１０と底部材９１とは同心に回転するものであるが、底部材９１が第１処理用部１０とは独立して駆動される。底部材９１を第１処理用部１０とは異なる回転数で回転させたいときなどに有利である。
【０１３４】
回転支持部３４は貫通孔３７に回転軸３１を装着して回転軸３１を軸支するとともに、軸部３５の外周側でベアリングなどの軸受を用いて底部材９１を支持する。
【０１３５】
図１４はさらに他の例を示すものであり、円筒形状であるアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０から下流側処理空間８１に向けて径方向内側に突出する突起部７３を備えるとともに、円柱部である底部材９１の周壁部９７の外周面９８から下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する突起部９５を備えたものであって、突起部７３と突起部７３との間に突起部９５を受容し、突起部９５と突起部９５との間に突起部７３を受容するように配置した形態を示すことができる。突起部７３、９５はその基端から先端に向けてすぼまっている。この実施の形態においては、底部材９１の突起部９５とアウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０との間をシール部８４としているが、これに加え、アウターケーシング６１の突起部７３と底部材９１の周壁部９７の外周面９８との間をシール部８４としてもよい。なお、底部材９１は、全体として円柱状をなす円柱部として頂部９９を有する円筒状である。
【０１３６】
突起部９５の先端と、アウターケーシング６１の周壁部６３の内周面７０と間には、０．０１ｍｍから１ｍｍ程度の微小な間隙を有する。
【０１３７】
図１５はさらに他の例を示すものである。この例では、図１５の下方が上流側であり、図１５の上方が下流側であって、第２処理用部２０は第１処理用部１０の下方に配置され、上流側処理部を規定する第１、第２処理用面１、２よりも上方に下流側処理部を備える。例えば、乳化重合反応や懸濁重合反応を行うときに上流側処理部で好適な乳化状態や懸濁状態にし、下流側処理部で、重合反応を行う際に反応中に発生するガスを系外に排出する場合に適している。なお、本発明に係る流体処理装置Ｆはその設置に際し上下左右は問わず、横向きに設置しても実施可能である。
【０１３８】
この例は、アウターケーシング６１の突起部７３と底部材９１の突起部９５とが対向して配置され、底部材９１が第１処理用部１０とは独立して駆動されるとともに、アウターケーシング６１を上下方向（回転の軸方向）に移動可能に備えたものである。
【０１３９】
より詳しくは、アウターケーシング６１は頂部を有する円筒状であって、その周壁部６３の内周面７０から下流側処理空間８１に向けて径方向内側に突出する複数の突起部７３を備え、この突起部７３は平面視円周状をなしている。底部材９１は、全体として円柱状をなす円柱部として頂部９９を有する円筒状であり、その周壁部９７の外周面９８から下流側処理空間８１に向けて径方向外側に突出する複数の突起部９５を備え、平面視円周状をなしている。アウターケーシング６１の突起部７３と底部材９１の突起部９５とは対向して配置される。ここで、突起部７３と突起部９５とが対向して配置されるとは、突起部７３と突起部９５とが、径方向において接近しているもの又はオーバーラップしているものをいう。
【０１４０】
この実施の形態において、アウターケーシング６１は取付位置調整機構（図示せず）により上下方向に移動可能に備える。アウターケーシング６１を上下方向に移動可能に備えることにより、シール部８４の広さを調整可能としている。反応中に発生するガスを抜きたいときや高粘性の処理物を処理する際にシール部８４の広さを調整して比較的広いシール部８４を備えることができ有利である。図１５においては、中心線の左側にアウターケーシング６１が下降している状態を描き、右側にアウターケーシング６１が上昇している状態を描いている。取付位置調整機構の具体的構成は、特に限定されるものではなく、ネジによる送り機構、エアーや油圧などの流体圧駆動機構など、直線的な送り手段を適宜選択して採用することができる。
【０１４１】
この実施の形態において、アウターケーシング６１に温度調整機構Ｔを組み込み、冷却或いは加熱して、その温度を調整することで下流側処理空間８１を流れる流体の温度を調整する。温度調整機構Ｔとして、アウターケーシング６１に氷水やスチームを含む各種の熱媒体を流すための温度調整ジャケットを備える。１つの温度調整ジャケットをアウターケーシング６１に組み込んでもよく、図１５に示すように、複数の温度調整ジャケット（図１５ではＴ１とＴ２の２つ）をアウターケーシング６１に組み込んでもよい。また、複数の温度調整ジャケットを用いた場合、これらのジャケットを同じ温度に調整してもよく、異なる温度に調整してもよい。複数の温度ジャケットを異なる温度に調整することで、下流側処理の進行に応じて下流側処理空間８１を流れる流体の温度を調整することができる。温度調整ジャケットに替えて、冷却素子や発熱素子をその少なくともいずれか１つの部材に取り付けてもよい。
【０１４２】
（流体に対してせん断力を与える場合）
ラビリンスシール機構の例ではないが、更に他の実施の形態としては、図８に示すように、第１処理用部１０の外端面１２に、底部材９１を備え、底部材９１の下面９３から下流側処理空間８１に向けて下方向に突出する櫛歯状の突起部９６と、アウターケーシング６１の底部６２の内面７１から下流側処理空間８１に向けて上方向に突出する櫛歯状の突起部７４とを備え、突起部９６と突起部９６との間に突起部７４を受容し、突起部７４と突起部７４との間に突起部９６を受容するように配置した形態を示すことができる。底部材９１は、第１処理用部１０と同体に回転するように第１処理用部１０に取り付けられる。このような配置とすることにより、突起部９６と突起部７４との間を通過する流体に対してせん断力を付与することができる。より詳しくは、底部材９１が第１処理用部１０と同体に回転することにより、底部材９１に設けられた櫛歯状の突起部９６が回転し、回転する櫛歯状の突起部９６が櫛歯状の突起部７４と突起部７４との間を通過する際に、突起部９６と突起部７４との間の微小な間隙において被処理流動体に対してせん断力を付与することができる。突起部９６と突起部７４との間を通過する流体に効率よくせん断力を付与するために、突起部９６と突起部７４との間のクリアランスは０．１ｍｍから１ｍｍ程度が望ましい。また、櫛歯状の突起部９６の先端とアウターケーシング６１の底部６２の内面７１と間には、０．５ｍｍから２ｍｍ程度の微小な間隙を有し、櫛歯状の突起部７４の先端と底部材９１の下面９３と間には、０．５ｍｍから２ｍｍ程度の微小な間隙を有する。櫛歯状の突起９６と７４について、図８においては、中心線の左側には両者がオーバーラップしているものを描き、中心線の右側には両者がオーバーラップしていないものを描いている。図９に、最も径方向外側に設けられた一組の櫛歯状の突起部９６ａと櫛歯状の突起部７４ａとを取り上げた説明図を示す。理解しやすくするために、アウターケーシング６１について、底部６２の内面７１と櫛歯状の突起部７４ａのみを描いている。
【０１４３】
（被処理流動体の動き）
上流側処理がなされたがなされた流体は、上流側処理空間３の下流端から排出される。上流側処理空間３の下流端から排出された流体は、アウターケーシング６１に受容され、下流側処理空間８１を流れながら下流側処理として反応を進行させ反応生成物を得る処理がなされ、流出部６８から系外（装置外）に排出される。
【０１４４】
（遠心力）
回転部材である第１処理用部１０や底部材９１は回転しているため、下流側処理空間８１を流れる流体が下流側処理空間８１を満たしている場合には、径方向外向きに遠心力が作用する。この遠心力の作用により、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間を制御する。
【０１４５】
具体的には、例えば、第１処理用部１０や底部材９１の回転数を調整することによって、下流側処理空間８１を流れる流体に作用する遠心力を調整して、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間を制御する。この滞留時間を制御するため、第１処理用部１０の外周における周速度は０．５〜３５ｍ／ｓｅｃが適当である。上流側処理と下流側処理との両面から回転部材の回転数を設定すればよい。例えば、上流側処理空間３内での層流条件下での上流側処理に適した第１処理用部１０の回転数の範囲から下流側処理における第１処理用部１０の回転数を設定すればよい。
【０１４６】
また、滞留時間の調整に目を向ければ、下流側処理部にラビリンスシール機構を備えたり、下流側処理空間８１の容積を増やしたり、流出部６８から下流側処理がなされた流体を系外に排出させる排出速度を遅くすることによって、下流側処理空間８１内の流体の滞留時間を延ばすことができる。下流側処理空間８１内の流体の滞留時間は、２〜３０分程度が好ましく、３〜１０分程度がより好ましいが、流体処理が重合反応等の場合、数時間の滞留が必要になる場合もある。原料の導入量、即ち、第１流体と第２流体との上流側処理空間３内への導入速度（単位時間当たりの導入量）を調整すると、第１、２処理用部の相対的な回転数を一定とし、部品交換をしない場合であっても、滞留時間を調整することができる。
【０１４７】
（材質）
アウターケーシング６１は、単一の部材または複数の部材を組み合わせて構成することができ、その材質は、各種の金属の他、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などのセラミックスや焼結金属、耐磨耗鋼、サファイア、その他金属に硬化処理を施したものや、硬質材をライニングやコーティング、メッキなどを施工したものなど、第１、第２処理用部１０、２０と同等の材質のものを採用することができる。また、底部材９１においては、ステンレスやチタンなどの金属やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂など加工のしやすい材質を選択して用いることができる。
【０１４８】
（温度調整機構）
第１処理用部１０、底部材９１やアウターケーシング６１には、その少なくともいずれか１つに温度調整機構Ｔを組み込み、冷却或いは加熱して、部材の温度を調整するようにしてもよい。それによって、下流側処理空間８１を流れる流体の温度を調整することができる。図１、図４−８、図１０、図１２−１４に示す実施形態において、温度調整機構Ｔとしてアウターケーシング６１に氷水やスチームを含む各種の熱媒体を流す温度調整ジャケットを設けている。熱媒体に替えて、冷却素子や発熱素子をその少なくともいずれか１つの部材に取り付けてもよい。
【０１４９】
（マイクロウェーブ）
第１処理用部１０、底部材９１やアウターケーシング６１は、少なくとも何れか１つにマイクロウェーブを照射する為の、マグネトロンなどのマイクロ波発生装置をマイクロウェーブ照射機構として備え、下流側処理空間８１を流れる流体の加熱、化学反応の促進を行ってもよい。
【０１５０】
（圧力調整機構）
第１処理用部１０、底部材９１やアウターケーシング６１に、下流側処理空間８１を流れる流体の圧力を調整するために、圧力調整機構を備えてもよい。例えば、圧力調整機構として、種々のポンプを用いることができる。下流側処理空間８１に負圧をかけてもよい。具体的には、窒素ガスを用いて下流側処理空間８１を加圧状態としたり、真空ポンプによる下流側処理空間８１の真空度を制御することが挙げられる。
【０１５１】
（処理特性の制御）
本発明の流体処理装置を用いて、上流側処理と下流側処理とを行うことによって、反応場の温度条件、圧力条件や撹拌条件、反応時間といった反応条件を調整することができることから、例えば、原料の反応率、選択率、生成物の収率といった処理特性の制御を行うことができるものであり、原料の反応率は、供給された原料に対する反応により消費された原料の割合であり、選択率は、反応により消費された原料が目的生成物の生成に消費された割合であり、生成物の収率は反応率と選択率とを乗じたものである。
【０１５２】
（層流条件下と非層流条件下）
本発明においては、上流側処理空間３内での上流側処理を層流条件下で行い、下流側処理空間８１内での下流側処理を非層流条件下で行うことが好ましい。上流側処理空間３内で薄膜流体となっている第１流体に対して第２流体を層流条件下で合流させ、層流条件下で分子拡散による被処理流動体の均質な混合を行わせることが好ましい。上流側処理空間３の下流端から排出された流体は、両処理用面１、２による強制から解放され、より広い下流側処理空間８１へと排出される。これに対し、上流側処理空間３の下流端から下流側処理空間８１へ排出された流体に対してせん断力を付与したり上述の式（１）に記載の代表長さＬを大きくするなどして乱流状態とし、流体中の分子同士が接触したり衝突したりする頻度を増加させることにより、生成物を得ることもできる。例えば、上流側処理空間３において有機反応により有機顔料粒子を生成させた後、その顔料粒子を分散させたい場合に乱流条件下での撹拌は有用である。また、乱流条件下では、温度調整機構Ｔを流れる熱媒体と下流側処理空間８１を流れる流体との熱交換率のアップが期待できる。
【０１５３】
本願発明に係る流体処理装置Ｆを用いた流体処理方法は、特開２００９−０８２９０２号公報に示された種々の被処理流動体に対して適用することができ、種々の反応に適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１５４】
１  第１処理用面
２  第２処理用面
３  上流側処理空間
４  上流側流出口
１０  第１処理用部
２０  第２処理用部
６１  アウターケーシング
８１  下流側処理空間
８３  プール部
８４  シール部
９１  底部材
Ｆ  流体処理装置
【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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【国際調査報告】
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