專(zhuān)利名稱(chēng)：管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置或者化學(xué)反應(yīng)處理方法。更為具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置或者化學(xué)反應(yīng)處理方法，其增加剛剛合流后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，并抑制濃度不均導(dǎo)致的反應(yīng)生成物的收獲率低下。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為用于試劑等液體的反應(yīng)的流動(dòng)式反應(yīng)裝置，例如，微米尺寸或毫米尺寸的反應(yīng)裝置正在得到開(kāi)發(fā)。作為形狀最單一的微型反應(yīng)裝置，能夠例舉出T字形或Y字形的反應(yīng)器。該反應(yīng)器在板上刻出深40 μ m、寬100 μ m左右的T字形或Y字形的槽，并以平板為蓋，與管連接。 在作為蓋的板上，分別在T字或Y字的末端開(kāi)設(shè)一個(gè)，共計(jì)三個(gè)孔。兩種反應(yīng)基質(zhì)分別從T 字或Y字的上部的左右同時(shí)投入，并在中央合流，在向下部流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，從而成為生成物從下部排出。在反應(yīng)基質(zhì)的流量相等時(shí)，就會(huì)在T字或Y字的正好根部開(kāi)始反應(yīng)。由于微型反應(yīng)裝置的流路的內(nèi)徑小，雷諾(XVX)數(shù)就會(huì)減小，流體的流動(dòng)就變成層流。在層流區(qū)域，管徑方向的對(duì)流減少，因此，投入的兩種反應(yīng)基質(zhì)在合流之后易于以T字或Y字的下降管的大致中央為界向左右分開(kāi)流動(dòng)。向左右分開(kāi)分別流動(dòng)的兩流體的接觸面僅僅就是該邊界面。由于在該邊界面的擴(kuò)散，兩基質(zhì)接觸。然而，在這種狀態(tài)下， 兩基質(zhì)的接觸頻率低，并且，基質(zhì)的濃度易于不均。根據(jù)情況，有時(shí)會(huì)在維持邊界面的狀態(tài)下，到達(dá)反應(yīng)器的出口。如果混合不充分，則通過(guò)反應(yīng)生成的物質(zhì)會(huì)進(jìn)一步與反應(yīng)基質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)等，從而產(chǎn)生副生成物，有時(shí)收獲率就會(huì)降低。并且，在兩種反應(yīng)基質(zhì)的流量大幅不同時(shí)，例如，A液B液的體積比是1 10時(shí)，兩種液體的邊界面就會(huì)偏A液側(cè)。B液與A液接觸的概率就會(huì)變得非常小，B液的一部分就會(huì)不與A液接觸地到達(dá)反應(yīng)器的出口。特別是在反應(yīng)基質(zhì)的粘度大時(shí)，這種現(xiàn)象就會(huì)更為顯著。作為改善流體剛剛合流后的混合的方法，例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中提出了在Y字形流路的合流部分設(shè)置障礙物。然而，該方法不能得到充分混合，有時(shí)由于濃度不均會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)生成物的收獲率低下。并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了一種微反應(yīng)器，其使多個(gè)流體通過(guò)各自的流體供給路徑并在一個(gè)反應(yīng)流路合流，并使這些流體一邊流動(dòng)一邊進(jìn)行反應(yīng)，其中，在具有圓棒狀的芯部件的外周面和截面為圓形的內(nèi)周面的外筒部件的所述內(nèi)周面的任一側(cè)做出螺旋螺紋， 并且使所述芯部件的外周面與所述外筒部件的內(nèi)周面緊密嵌合，由此，所述反應(yīng)流路形成為螺旋狀的流路。在該反應(yīng)器中，由于螺旋螺絲(靜止攪拌機(jī)構(gòu)靜止混合器)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且水銹附著變多，因此，在裝置的分解、清掃和組裝時(shí)會(huì)比較費(fèi)事。并且，有時(shí)會(huì)沿著螺旋狀流路形成分界面，因此，混合效率會(huì)沒(méi)有想象的高。并且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了一種連續(xù)混合反應(yīng)裝置，其具有至少兩個(gè)原料溶液供給管、圓筒狀的混合反應(yīng)管以及排出管，并使從所述原料溶液供給管供給到所述混合反應(yīng)管的至少兩種原料溶液混合并反應(yīng)，其中，以從所述至少兩個(gè)原料溶液供給管供給的至
3少兩種原料溶液沿著所述混合反應(yīng)管的內(nèi)壁形成旋流的狀態(tài)，獨(dú)立地在所述混合反應(yīng)管安裝所述至少兩個(gè)原料溶液供給管，所述混合反應(yīng)管與所述排出管在同軸上連接，在所述混合反應(yīng)管的內(nèi)部不具有攪拌機(jī)構(gòu)。在該專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，以形成旋流的狀態(tài)安裝是指，在混合反應(yīng)管的切線方向配置供給管。在專(zhuān)利文獻(xiàn)3的反應(yīng)裝置中，在混合反應(yīng)管內(nèi)產(chǎn)生的旋流的中心會(huì)產(chǎn)生沉淀，有時(shí)由于濃度不均會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)生成物的收獲率低下。專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1 (日本)特開(kāi)2007-113433號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 (日本)特開(kāi)2005-46652號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)3 (日本)特開(kāi)2008-168168號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置或化學(xué)反應(yīng)處理方法，其增加剛剛合流后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，并抑制由于濃度不均導(dǎo)致的反應(yīng)生成物的收獲率低下。解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)手段本發(fā)明的發(fā)明者們?yōu)榱诉_(dá)到上述目的進(jìn)行了專(zhuān)心研究，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)利用具有外管和配置在外管的內(nèi)腔內(nèi)的內(nèi)管的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的內(nèi)周切線方向流入以產(chǎn)生沿著外管的周壁旋轉(zhuǎn)的旋流，使流入的流體一邊在外管內(nèi)沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)一邊反應(yīng)，接著，使反應(yīng)生成物從外管的另一端流出，由此，增加剛剛合流后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，且抑制由于濃度不均導(dǎo)致的反應(yīng)生成物的收獲率低下?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行進(jìn)一步研究，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明包含下述形態(tài)。(1) 一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其具有，流入路徑，用于使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入；外管，具有使該流體合流并能使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的、截面為圓環(huán)狀的內(nèi)腔；流出路徑，用于使反應(yīng)生成物從外管流出，并且，各流入路徑沿外管的內(nèi)周切線方向與外管連接以使流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔連通。(2) 一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其具有，流入路徑，用于使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入；外管，具有使該流體合流并能使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的內(nèi)腔； 流出路徑，用于使反應(yīng)生成物從外管流出；內(nèi)管，配置在外管的內(nèi)腔，并將外管的內(nèi)腔分隔為圓環(huán)狀，并且，各流入路徑沿外管的內(nèi)周切線方向與外管連接以使流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔連通。(3)在上述O)中記載的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置中，在所述內(nèi)管中，使制冷劑或熱介質(zhì)流動(dòng)。(4)在上述(1) (3)的任一項(xiàng)中記載的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置中，各流入路徑與外管的連接大致正交于外管長(zhǎng)度的方向。(5)在上述(1) (4)的任一項(xiàng)中記載的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置中，在外管的長(zhǎng)度方向，各流入路徑的連接位置相互錯(cuò)開(kāi)。(6) 一種化學(xué)反應(yīng)處理方法，其利用包括外管的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置進(jìn)行，該外管具有截面為圓環(huán)狀的內(nèi)腔，該化學(xué)反應(yīng)處理方法包括使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的內(nèi)周切線方向流入以在外管的內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生旋流的工序；使流入的流體在外管內(nèi)一邊沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)一邊反應(yīng)的工序；使在上述工序中得到的反應(yīng)生成物從外管流出的工序。(7) 一種化學(xué)反應(yīng)處理方法，其利用包括外管和配置在外管的內(nèi)腔內(nèi)并將外管的內(nèi)腔分隔為圓環(huán)狀的內(nèi)管的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，該化學(xué)反應(yīng)處理方法包括使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的內(nèi)周切線方向流入以在外管的周壁產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)的工序；使流入的流體在外管內(nèi)一邊沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)一邊反應(yīng)的工序；使在上述工序中得到的反應(yīng)生成物從外管流出的工序。(8)在上述(7)中記載的化學(xué)反應(yīng)處理方法中，還包括，使制冷劑或熱介質(zhì)在所述內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)，并與在外管內(nèi)流動(dòng)的流體進(jìn)行熱交換的工序。(9)在上述(6) ⑶的任一項(xiàng)中記載的化學(xué)反應(yīng)處理方法中，使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的一端流入的方向是與外管的長(zhǎng)度方向大致成直角的方向。(10)在上述(6) (9)的任一項(xiàng)中記載的化學(xué)反應(yīng)處理方法中，在外管的長(zhǎng)度方向，各流入路徑的連接位置相互錯(cuò)開(kāi)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置或化學(xué)反應(yīng)處理方法，增加合流之后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，且抑制由于濃度不均導(dǎo)致的反應(yīng)生成物的收獲率低下。在本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置中，一旦使兩種以上的流體旋轉(zhuǎn)流入，則即使該流體的流量大幅不同，也能夠充分地確保合流之后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，其結(jié)果，能夠?qū)舛炔痪拗圃谧钚∠薅取?br>

圖1是表示本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。圖2是表示本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的流入路徑與外管的位置關(guān)系的形態(tài)的示意圖。圖3是表示本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的其他實(shí)施方式的示意圖。圖4是表示使流體交替流入時(shí)的流量控制的例子的示意圖。圖5是表示實(shí)施例中使用的本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的、與長(zhǎng)度方向正交的截面的示意圖。圖6是表示實(shí)施例中使用的本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的、與長(zhǎng)度方向平行的截面的示意圖。圖7是表示由實(shí)施例中使用的本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的Hirfeld法實(shí)現(xiàn)的混合性能的圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1所示的一個(gè)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置進(jìn)行說(shuō)明。另外， 本發(fā)明不限于該實(shí)施方式，也包含在與本發(fā)明的主旨和目的相應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行了變形、添加或修正的內(nèi)容。圖1是表示本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。圖1利用濃淡示意性地表示在本發(fā)明的反應(yīng)裝置中兩種流體流入時(shí)的濃度分布。圖1所示的本發(fā)明的反應(yīng)裝置是由外管2和內(nèi)管4構(gòu)成的雙層管。另外，雖然圖1所示的裝置是雙層管結(jié)構(gòu)，然而，根據(jù)需要，也可以是在外管2的外側(cè)進(jìn)一步設(shè)置管的三層管結(jié)構(gòu)。在圖1所示的實(shí)施方式中，外管由直管構(gòu)成，然而，并不限于此。例如，也可以形成通過(guò)在棱柱上穿孔而使流體能夠流動(dòng)的內(nèi)腔。也可以形成如下內(nèi)腔，S卩，在平板上挖出槽，并蓋上蓋子，使流體能夠流動(dòng)的內(nèi)腔。 并且，在圖1所示的實(shí)施方式中，內(nèi)管由直管構(gòu)成，然而，不限于此。例如，內(nèi)管也可以是沒(méi)有內(nèi)腔的圓柱?？偠灾?，在本發(fā)明的反應(yīng)裝置中，在能夠使流體合流并使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的內(nèi)腔，至少其截面成為圓環(huán)狀即可。另外，在附圖中，外管與內(nèi)管大致同軸地設(shè)置，然而，本發(fā)明的反應(yīng)裝置不限于此。外管和內(nèi)管的尺寸沒(méi)有特殊限定。在將反應(yīng)裝置設(shè)定為微米尺寸或毫米尺寸時(shí)， 外管內(nèi)面與內(nèi)管外面之間的平均間隙，即，圓環(huán)狀內(nèi)腔的平均厚度優(yōu)選為50 μ m 2. 5mm, 更為優(yōu)選50μπι 1mm。并且，為了能夠利用市場(chǎng)銷(xiāo)售的管或接頭等制造反應(yīng)裝置，優(yōu)選外管內(nèi)徑為3mm 30mm，優(yōu)選內(nèi)管內(nèi)徑為Imm 25mm。根據(jù)強(qiáng)度、傳熱性、耐腐蝕性、耐熱性等，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇各管的厚度和材質(zhì)。從耐腐蝕性或耐熱性的觀點(diǎn)出發(fā)，能夠例舉出由鈦金屬、鈦基合金、鎳基合金(例如、哈斯特洛依(/、7 f 口 4注冊(cè)商標(biāo)))；鉻鎳鐵耐熱耐蝕合金(4 > 二彳、&注冊(cè)商標(biāo))、鈷基合金(例如，司太立合金U” A卜注冊(cè)商標(biāo)))、不銹鋼等合金構(gòu)成，或者，工程塑料構(gòu)成。通常物質(zhì)在內(nèi)管的內(nèi)腔與外管的外腔之間的移動(dòng)是受到限制的。只是，為了用于在生物化學(xué)領(lǐng)域的透析等中，內(nèi)管由物質(zhì)浸透性材料構(gòu)成，物質(zhì)就能夠在內(nèi)管的內(nèi)腔與外管的外腔之間移動(dòng)。同樣地，在三層管結(jié)構(gòu)的反應(yīng)裝置，外管也由物質(zhì)滲透性材料構(gòu)成，物質(zhì)也能夠在外管的內(nèi)腔與外管外側(cè)的管的內(nèi)腔之間移動(dòng)。并且，通過(guò)使制冷劑或熱介質(zhì)在內(nèi)管或外管外側(cè)的管流動(dòng)，就能夠與在外管內(nèi)流動(dòng)的流體進(jìn)行熱交換。在外管的一端連接有使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入的流入路徑la、lb。 各流入路徑以流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔連接的方式連接。從流入路徑流入的兩種以上的流體在外管的內(nèi)腔(有時(shí)，流入路徑連接附近內(nèi)腔的區(qū)域周?chē)环Q(chēng)為“合流空間”)內(nèi)合流。相對(duì)于內(nèi)管，換言之相對(duì)于外管的長(zhǎng)度方向，各流入路徑與外管連接可以是任意角度， 然而，優(yōu)選的是大致正交。另外，在本發(fā)明中，大致正交或大致直角是指90度士45度。并且，在圖1所示的反應(yīng)裝置中，流入路徑是上下對(duì)稱(chēng)的，然而，如圖3所示，連接流入路徑的位置也可以在外管的長(zhǎng)度方向相互錯(cuò)位。在圖3中，流入路徑lb’傾斜地連接在外管的最左端，流入路徑la’傾斜地連接在比流入路徑lb’稍向下游側(cè)(右側(cè))偏移的位置。另外，流入路徑的個(gè)數(shù)不限于附圖所示。并且，在流入路徑，也可以在連接于外管的位置的更上游側(cè)使多個(gè)流路合流。在本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置中，流入路徑沿著外管的內(nèi)周切線方向連接在外管。即，流入路徑的中心軸不與外管的中心軸相交。在這里，內(nèi)周切線方向不僅是在數(shù)學(xué)中定義的嚴(yán)格意義上的切線的方向，還含有在實(shí)際的機(jī)械加工中實(shí)現(xiàn)的實(shí)質(zhì)上的切線的方向的意義。圖2是從外管的長(zhǎng)度方向觀察反應(yīng)裝置的示意圖。
圖2(a)表示流入路徑的中心軸不與外管的中心軸相交的形態(tài)，即，流入路徑Ia和 Ib連接在外管2的內(nèi)周切線方向，從外管2的中心軸放射狀地連接有流出路徑3。圖2(b)表示流入路徑的中心軸不與外管的中心軸相交的形態(tài)，即，流入路徑la’ 和lb’(以及流出路徑3’)連接在外管2’的內(nèi)周切線方向。如圖2(a)或(b)所述，如果將流入路徑連接在外管的內(nèi)周切線方向，則在內(nèi)管與外管之間的圓環(huán)空間就會(huì)產(chǎn)生沿圓周旋轉(zhuǎn)的旋流(例如，圖2中的沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的箭頭的流動(dòng))。另外，圖2(c)是流入路徑的中心軸與外管的中心軸相交的形態(tài)，即，流入路徑la” 和lb” (以及流出路徑3”)從外管2”的中心軸放射狀地連接。流入路徑?jīng)]有連接在外管的內(nèi)周切線方向。從流入路徑流入的流體從正面沖擊內(nèi)管。雖然對(duì)流入路徑的內(nèi)徑?jīng)]有特殊限定，然而，優(yōu)選其為圓環(huán)狀內(nèi)腔的平均厚度的 0. 5倍至1. 5倍。既可以使兩種以上的流體連續(xù)地流入合流空間，也可以使它們交替地流入。作為能夠進(jìn)行這種流量控制的裝置，可以例舉出柱塞泵、注射泵等。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速度、滯留時(shí)間、管的直徑、管的長(zhǎng)度等，能夠適當(dāng)?shù)貨Q定在外管流動(dòng)的流體的總流量。如果使兩種以上的流體連續(xù)地流入合流空間，則沿著圓環(huán)狀內(nèi)腔的周壁就會(huì)成為多重旋轉(zhuǎn)的旋流，并向下游流動(dòng)。旋流狀態(tài)的流體在流下的同時(shí)，由于擴(kuò)散和對(duì)流會(huì)相互混合并均一化。并且，如果使兩種以上的流體交替地流入合流空間，則會(huì)各自旋轉(zhuǎn)地成為栓流 (活塞流)狀態(tài)，并向下流流動(dòng)。例如，進(jìn)行如圖4所示的流量控制，就能夠使A液(圖4中的虛線)和B液(圖4中的實(shí)線)分別間歇性地通過(guò)流入路徑la、lb而送入。為了使總流量不變，進(jìn)行流量控制以使A液與B液切換時(shí)的A液和B液的流量之和一定。并且，例如， 在使用A液、B液以及C液的三種液體時(shí)，即可以使A液、B液以及C液按順序重復(fù)流入，也可以使A液與B液的組合、B液與C液的組合、C液與A液的組合按順序重復(fù)流入。流量形式不限于此。在交替流入時(shí)，根據(jù)外管的容積等，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇兩種以上的流體的流入的切換間隔。例如，能夠在每數(shù)毫秒間至數(shù)秒間進(jìn)行兩種以上的流體的流入的切換。如果這樣進(jìn)行流體的交替流入，流體之間的界面面積就會(huì)大幅增大，促進(jìn)流體的均勻混合。對(duì)各流體的流量沒(méi)有特殊限定。例如，各流體的流入量可以相等。在使流入量相等時(shí)，例如，A液和B液分別含有的反應(yīng)基質(zhì)以等摩爾進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，能夠使A液和B液中含有的各自的反應(yīng)基質(zhì)濃度相等。并且，在反應(yīng)基質(zhì)以2 1的摩爾比例進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，能夠使 A液和B液中含有的各自的反應(yīng)基質(zhì)濃度為2 1。另外，也可以根據(jù)反應(yīng)基質(zhì)的反應(yīng)性、 逆反性等修改上述濃度比。并且，本發(fā)明的反應(yīng)裝置在各流體的流入量大幅不同時(shí)，例如，A液B液的體積比為1 10等時(shí)也能夠適用。在本發(fā)明的反應(yīng)裝置中，如果使兩種以上的流體沿著圓環(huán)內(nèi)腔的周壁旋轉(zhuǎn)地流入，則即使該流體的流入量大幅不同，也能夠充分確保合流之后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積，其結(jié)果，能夠?qū)舛炔痪拗圃谧钚∠薅?。合流后的流體在外管的內(nèi)腔沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)。在此期間，反應(yīng)基質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)， 從而得到生成物。在本實(shí)施方式的反應(yīng)裝置中，外管的內(nèi)腔的截面被內(nèi)管分隔為圓環(huán)狀。在一般的圓管(截面為圓形的管)中，流體以層流狀態(tài)流動(dòng)，因此，管的軸中心的流速與管壁附近的流速之間會(huì)產(chǎn)生很大的差，在管的長(zhǎng)度方向會(huì)形成凸?fàn)畹牧魉俜植?。然而，在本?shí)施方式的
7反應(yīng)裝置中，截面為圓環(huán)狀。該圓環(huán)空間的中央部的流速與周壁附近的流速之間的差很小， 確保了與理論上的栓流狀態(tài)接近的流動(dòng)，在該狀態(tài)下，通過(guò)擴(kuò)散就會(huì)實(shí)現(xiàn)均一化。由于上述流速分布的不同，在本發(fā)明的反應(yīng)裝置中，合流之后的反應(yīng)基質(zhì)之間的接觸面積增加，并且能夠推斷出抑制了由于濃度不均導(dǎo)致的反應(yīng)生成物的收獲率低下。在圖1或圖3所示的本實(shí)施方式的反應(yīng)裝置中，外管的內(nèi)面和內(nèi)管的外面是沒(méi)有凹凸的、光滑的面，然而，在外管的內(nèi)面或/和內(nèi)管的外面也可以設(shè)置凹凸。作為該凹凸，例如，能夠例舉出沿著旋流的流動(dòng)方向的螺旋狀的槽(或者螺旋狀的壟)、如折流板那樣地沿著阻礙旋流的流動(dòng)方向的槽(或壟)、點(diǎn)狀的突起、凹陷等。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速度或流量等，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇本發(fā)明的反應(yīng)裝置的外管的長(zhǎng)度。 在進(jìn)行反應(yīng)速度慢的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可以增長(zhǎng)管的長(zhǎng)度，相反地，在進(jìn)行反應(yīng)速度快的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可以縮短管的長(zhǎng)度。通過(guò)使制冷劑或熱介質(zhì)在內(nèi)管(或者，根據(jù)需要，外管外側(cè)的管) 流動(dòng)，與外管內(nèi)流動(dòng)的流體之間的熱交換，就能夠控制反應(yīng)溫度。得到的反應(yīng)生成物經(jīng)由與外管的另一端連接的流出路徑3流出。在流出路徑3的前側(cè)能夠連接其他的反應(yīng)裝置(包含本發(fā)明的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置)等，也能夠連接用于精煉的裝置。在圖1中，流出路徑3與內(nèi)管4大致正交地連接，然而，不限于此。流出路徑 3也可以傾斜地連接在內(nèi)管。并且，如圖2所示，流出路徑可以從外管的中心軸向放射方向連接(圖2(a))，也可以連接在外周的內(nèi)周切線方向(圖2(b))。另外，流出管的數(shù)量不限于一個(gè)，也可以為兩個(gè)以上，并且，也可以在流出路徑的下游分岔。另外，在圖1所示的裝置中，內(nèi)管比外管長(zhǎng)，并從外管的兩端突出。然而，本發(fā)明的裝置不限于此種形態(tài)。例如，可以使內(nèi)管的右端留在外管的內(nèi)腔內(nèi)，使從外管流動(dòng)過(guò)來(lái)的流體從內(nèi)管的右端的口流入內(nèi)管的內(nèi)腔，使流體向內(nèi)管的左側(cè)方向流動(dòng)，使流體從內(nèi)管的左端的口流出。此時(shí)，內(nèi)管也兼有流出路徑的作用。由此，折回地流動(dòng)的流體在內(nèi)管的內(nèi)腔中繼續(xù)反應(yīng)，因此，能夠縮短整個(gè)反應(yīng)裝置的長(zhǎng)度。實(shí)施例下面，利用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)地說(shuō)明。另外，本發(fā)明的范圍不限于下述實(shí)施例。(反應(yīng)裝置)在本實(shí)施例中使用圖5和圖6所示的具有截面結(jié)構(gòu)的反應(yīng)裝置。圖6是反應(yīng)裝置的X向視圖。圖5是反應(yīng)裝置的Y向視圖。該反應(yīng)裝置由外管32、內(nèi)管34構(gòu)成。內(nèi)管34 貫通外管32的內(nèi)腔，外管與內(nèi)管之間形成有圓環(huán)狀內(nèi)腔36。并且，在內(nèi)管36，連接有用于使用于反應(yīng)的流體流入的流入路徑31a、31b和流出路徑33。兩個(gè)該流入路徑從圖5所示的左上和右下方沿著圓環(huán)狀內(nèi)腔的切線方向連接在圖6所示的外管的左端。另外，在圖6中，為了易于判斷流入路徑的位置，實(shí)際上使用虛線表示位于相反側(cè)的截面的流入路徑31a。流出路徑33與外管的右端連接。外管的長(zhǎng)度是70mm、外管的內(nèi)徑是40mm、內(nèi)管的外徑是2. 0mm、 內(nèi)管的內(nèi)徑是1. 0mm、圓環(huán)狀內(nèi)腔的平均厚度是1. 0mm。流入路徑的內(nèi)徑均為0. 5mm，流出路徑的內(nèi)徑是2. 0mm、流出路徑的長(zhǎng)度是50mm。另外，在本反應(yīng)裝置中，通過(guò)在不銹鋼制的四棱柱穿孔來(lái)形成內(nèi)腔36、流入路徑 31a、31b以及流出路徑33，不銹鋼制的管34貫通內(nèi)腔36，通過(guò)栓35a、3^固定該管的兩端。(混合性能的評(píng)價(jià))
通過(guò) Villermaux/Dushman Reaction 實(shí)現(xiàn)的 Ehrfeld 法(參照 Ehrfeld, W.，et al.，Ind. Eng. Chem. Res.，38，1075-1082(1999))對(duì)混合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。將作為B液的HCI水溶液(0. 13711101171)從流入路徑31b，將作為A液的[KI]= 0. 016moir\ [KIO3] = 0. 0032molL_1 以及[CH3COONa] = 1. 32molL_1 的混合流體從流入路徑 31a，以流量比1 1供給到圖5和圖6所示的截面結(jié)構(gòu)的反應(yīng)裝置。關(guān)于從流出路徑33排出的液體，測(cè)量If的UV吸光度(λ = 352nm)，從而得出該反應(yīng)裝置的混合性能。評(píng)價(jià)原理如下。通過(guò)A液與B液的混合，進(jìn)行反應(yīng)式(1) (3)所示的反應(yīng)。CH3COO^H+ <"“- CH3COO(1)5Γ+Ι03>6Η+ <"“- 3I2+3H20(2)Ι2+Γ -"“- F3(3)此時(shí)，混合越迅速，I2和Γ3的生成量越少。因此，Γ3的吸光度越低，混合的評(píng)價(jià)越好。圖7和表1表示A液和B液的合計(jì)流量與352nm的吸收強(qiáng)度(Γ3)之間的關(guān)系。表 權(quán)利要求
1.一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其特征在于，具有流入路徑，用于使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入；外管，具有使該流體合流并能使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的、截面為圓環(huán)狀的內(nèi)腔；流出路徑，用于使反應(yīng)生成物從外管流出，并且，各流入路徑沿外管的內(nèi)周切線方向與外管連接以使流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔連通。
2.一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其特征在于，具有流入路徑，用于使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入；外管，具有使該流體合流并能使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的內(nèi)腔；流出路徑，用于使反應(yīng)生成物從外管流出；內(nèi)管內(nèi)管，配置在外管的內(nèi)腔內(nèi)，并將外管的內(nèi)腔分隔為圓環(huán)狀，并且，各流入路徑沿外管的內(nèi)周切線方向與外管連接以使流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其特征在于，制冷劑或熱介質(zhì)在所述內(nèi)管中流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3的任一項(xiàng)所述的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其特征在于，各流入路徑與外管的連接大致正交于外管的長(zhǎng)度方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4的任一項(xiàng)所述的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其特征在于，在外管的長(zhǎng)度方向，各流入路徑的連接位置相互錯(cuò)開(kāi)。
6.一種化學(xué)反應(yīng)處理方法，其特征在于，其利用具有外管的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置進(jìn)行， 該外管具有截面為圓環(huán)狀的內(nèi)腔，該化學(xué)反應(yīng)處理方法包括使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的內(nèi)周切線方向流入以在外管的內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生旋流的工序；使流入的流體在外管內(nèi)一邊沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)一邊反應(yīng)的工序；使在上述工序中得到的反應(yīng)生成物從外管流出的工序。
7.一種化學(xué)反應(yīng)處理方法，其特征在于，其利用具有外管和配置在外管的內(nèi)腔內(nèi)的內(nèi)管的管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，該化學(xué)反應(yīng)處理方法包括使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的內(nèi)周切線方向流入，以在外管的周壁產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的流動(dòng)的工序；使流入的流體在外管內(nèi)一邊沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)一邊反應(yīng)的工序；使在上述工序中得到的反應(yīng)生成物從外管流出的工序。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的化學(xué)反應(yīng)處理方法，其特征在于，還包括，使制冷劑或熱介質(zhì)在所述內(nèi)管內(nèi)流動(dòng)，并與在外管內(nèi)流動(dòng)的流體進(jìn)行熱交換的工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求6 8的任一項(xiàng)所述的化學(xué)反應(yīng)處理方法，其特征在于，使用于反應(yīng)的兩種以上的流體從外管的一端流入的方向是與外管的長(zhǎng)度方向大致成直角的方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求6 9的任一項(xiàng)所述的化學(xué)反應(yīng)處理方法，其特征在于，在外管的長(zhǎng)度方向，各流入路徑的連接位置相互錯(cuò)開(kāi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種管狀流動(dòng)式反應(yīng)裝置，其具有(1)流入路徑，用于使用于反應(yīng)的兩種以上的流體分別流入；(2)外管，具有使該流體合流并能使合流后的流體一邊流動(dòng)一邊反應(yīng)的內(nèi)腔；(3)流出路徑，使反應(yīng)生成物從外管流出；(4)內(nèi)管，配置在外管的內(nèi)腔內(nèi)，并且，在該外管與該內(nèi)管之間形成有圓環(huán)狀的流路，各流入路徑沿外管的內(nèi)周切線方向與外管連接以使流入路徑的內(nèi)腔與外管的內(nèi)腔，即，圓環(huán)狀流路連通。
文檔編號(hào)B01J19/24GK102438742SQ201080022299
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者小林英一郎, 福澤法開(kāi) 申請(qǐng)人:日曹工程股份有限公司