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JP7796324B2 - Microreactor Device - Google Patents

Microreactor Device

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JP7796324B2
JP7796324B2 JP2022073663A JP2022073663A JP7796324B2 JP 7796324 B2 JP7796324 B2 JP 7796324B2 JP 2022073663 A JP2022073663 A JP 2022073663A JP 2022073663 A JP2022073663 A JP 2022073663A JP 7796324 B2 JP7796324 B2 JP 7796324B2
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淳也 田中
太一 中村
真之介 秋山
大哲 吉田
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Description

本開示は、互いに可溶性を有する液体同士を、微細流路内で混合するためのマイクロリアクタ装置に関する。 This disclosure relates to a microreactor device for mixing mutually soluble liquids within a microchannel.

従来、互いに可溶性を有する液体(反応剤)同士を、微細な流路の流れの中で混合し、反応を行わせることにより、所望の反応生成物を生産するための反応製造方法として、いわゆるマイクロチャネルリアクタと呼ばれる流路形成体を用いるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。マイクロチャネルリアクタは、表面に多数の微小溝が形成された基体を備え、これらの溝により構成された微細流路は、液体反応物の反応場として利用される。 Conventionally, a known reaction production method uses a channel-forming device known as a microchannel reactor as a reaction method for producing a desired reaction product by mixing mutually soluble liquids (reactants) in a flow through a fine channel and causing a reaction (see, for example, Patent Document 1). A microchannel reactor comprises a substrate with numerous microgrooves formed on its surface, and the microchannels formed by these grooves are used as reaction fields for the liquid reactants.

液体反応物を微細流路内に流すことにより、単位体積あたりにおける液体同士の接触表面積を飛躍的に増大させることができる。微細流路内の液体反応物の混合を促進することによって、液体反応物の混合が完了するまでに必要な微細流路の流路長を短縮することができる。これによりマイクロチャネルリアクタ全体の小型化を可能にするとともに、液体反応物の混合中に不要な副反応の発生を抑制することができる。 By flowing liquid reactants through a microchannel, the contact surface area between the liquids per unit volume can be dramatically increased. By promoting the mixing of the liquid reactants within the microchannel, the length of the microchannel required to complete the mixing of the liquid reactants can be shortened. This not only enables the overall miniaturization of the microchannel reactor, but also suppresses the occurrence of unwanted side reactions during the mixing of the liquid reactants.

マイクロチャネルリアクタ装置において、微細流路内の液体の混合を促進するための手段として、微細流路内に、混合する液体に対して不溶性を有する流体を導入することによって強制的にスラグ流を形成する手法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 In a microchannel reactor device, a method has been disclosed for promoting the mixing of liquids in a microchannel by forcibly forming a slug flow by introducing a fluid that is insoluble in the liquids being mixed into the microchannel (see, for example, Patent Document 2).

ここにいう「スラグ流」とは、気体と液体、又は水性液体と油性液体などの互いに親和性のない流体が同時に微細流路内で流れる場合に、一方の流体からなる第1流体相と他方の流体からなる第2流体相とが、微細流路の長手方向に沿って交互に並んで流れるものをいう。スラグ流内では、親和性のない流体が互いに相界面によって区切られて、交互に並ぶ第1流体相のセルと、第2流体相のセルとが形成される。このとき、流体相のセル内に循環流が発生し、局所的な攪拌作用が生じる。なお、ここにいう「セル」は、「スラグ」とも呼ばれ、微細流路内に交互に並んで流れる流体柱である。 The term "slug flow" as used here refers to a flow in which, when two fluids with no affinity for each other, such as a gas and a liquid or an aqueous liquid and an oily liquid, flow simultaneously within a microchannel, a first fluid phase consisting of one fluid and a second fluid phase consisting of the other fluid flow alternately side by side along the longitudinal direction of the microchannel. In a slug flow, the fluids with no affinity are separated by a phase interface, forming alternating cells of the first fluid phase and cells of the second fluid phase. At this time, a circulating flow occurs within the fluid phase cells, resulting in localized stirring. The "cells" referred to here are also called "slugs," and are columns of fluid flowing alternately within the microchannel.

反応製造において、微細流路内にスラグ流を形成させ、流体相のセル内に発生した循環流の攪拌作用を利用することによって、液体反応物の混合を促進することができる。本明細書では、スラグ流の形成において、混合する液体を、「混合対象液体」と称し、混合する液体に対して不溶性を有する流体を、「不溶流体」と称す。 In reactive manufacturing, mixing of liquid reactants can be promoted by forming a slug flow within a microchannel and utilizing the stirring action of the circulating flow generated within the fluid phase cells. In this specification, the liquid to be mixed in forming the slug flow is referred to as the "liquid to be mixed," and the fluid that is insoluble in the liquid to be mixed is referred to as the "insoluble fluid."

スラグ流において、混合対象液体のセルが小さいほど、循環流による混合促進効果が高まる。スラグ流の混合促進効果を利用する反応製造において、スラグ流における混合対象液体のセルと不溶流体のセルとの体積の比を一定の範囲内に保つことが望ましい。具体的には、上記体積の比が小さいほど、循環流が混合促進に寄与する度合いが高いが、不溶流体のセルの割合の増加により生産効率が低下するとともに、混合流路内の圧力損失の増加や不溶流体の消費量の不必要な増加にもつながる。反対に、上記体積の比が大きいほど、生産効率が向上するが、循環流による混合促進効果の低下により反応生成物の品質低下が生じる場合がある。従来、スラグ流を利用する反応製造において、スラグ流における混合対象液体のセル体積と不溶流体のセル体積との比(以下、「セル体積比」と称す)は、混合対象液体の送入量に対する不溶流体の送入量(以下、「不溶流体の相対送入量」と称す)によって予め設定される。 In a slug flow, the smaller the cells of the liquid to be mixed, the greater the mixing-promoting effect of the circulating flow. In reaction manufacturing that utilizes the mixing-promoting effect of a slug flow, it is desirable to maintain a certain volume ratio between the cells of the liquid to be mixed and the cells of the immiscible fluid in the slug flow. Specifically, the smaller this volume ratio, the greater the contribution of the circulating flow to mixing promotion; however, an increase in the proportion of immiscible fluid cells reduces production efficiency and leads to increased pressure loss within the mixing channel and unnecessary increases in immiscible fluid consumption. Conversely, the larger this volume ratio, the greater the production efficiency; however, a decrease in the mixing-promoting effect of the circulating flow may result in a decrease in the quality of the reaction product. Conventionally, in reaction manufacturing that utilizes a slug flow, the ratio of the cell volume of the liquid to be mixed to the cell volume of the immiscible fluid in the slug flow (hereinafter referred to as the "cell volume ratio") is predetermined based on the amount of immiscible fluid fed relative to the amount of liquid to be mixed (hereinafter referred to as the "relative inmiscible fluid feed rate").

特開2008-168173号公報JP 2008-168173 A 特開2013-6130号公報JP 2013-6130 A

例えば、特許文献2に記載の装置では、形成されるスラグ流のセル体積比は、液体混合を開始する前に、不溶流体の相対送入量の設定値によって決定され、混合反応中に流体の送入について調整手段が設けられていない。しかしながら、混合反応中に、スラグ流のセル体積比は、混合流路内の混合対象液体及び不溶流体の物性や状態、流体供給の安定性などによって影響され、事前に決定されたセル体積比から変動する場合がある。混合対象液体及び不溶流体の物性や状態による影響については、例えば、使用する混合対象液体と不溶流体との粘性や熱膨張率、又は混合対象液体と不溶流体との間の表面張力によって、実際に混合流路内で流れるスラグ流のセル体積比は設定値から変動が生じる。 For example, in the device described in Patent Document 2, the cell volume ratio of the slug flow formed is determined by a set value for the relative amount of immiscible fluid fed before liquid mixing begins, and no means for adjusting the fluid feed during the mixing reaction is provided. However, during the mixing reaction, the cell volume ratio of the slug flow is affected by the physical properties and state of the liquids to be mixed and the immiscible fluid in the mixing channel, the stability of the fluid supply, and other factors, and may vary from the predetermined cell volume ratio. The influence of the physical properties and state of the liquids to be mixed and the immiscible fluid, for example, the viscosity and thermal expansion coefficient of the liquids to be mixed and the immiscible fluid used, or the surface tension between the liquids to be mixed and the immiscible fluid, can cause the cell volume ratio of the slug flow actually flowing within the mixing channel to vary from the set value.

特許文献2に記載の装置では、流体の送入について調整手段がないため、混合反応中にスラグ流のセル体積比の変動に対応できない。その結果、反応生成物の品質や生産性の変動が生じる課題を有している。したがって、スラグ流のセル体積比の変動による反応生成物の生産の不具合を一層抑えるという観点において、従来のマイクロリアクタ装置の構成は未だ改善の余地がある。 The device described in Patent Document 2 does not have a means for adjusting the fluid feed, and therefore cannot respond to fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow during the mixing reaction. As a result, there is an issue of fluctuations in the quality and productivity of the reaction product. Therefore, there is still room for improvement in the configuration of conventional microreactor devices from the perspective of further reducing problems in the production of reaction products caused by fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow.

本開示は、上記従来の課題を解決するものであって、スラグ流が形成された混合流体において、スラグ流のセル体積比の変動を抑制することができるマイクロリアクタ装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to solve the above-mentioned conventional problems by providing a microreactor device that can suppress fluctuations in the cell volume ratio of a slug flow in a mixed fluid in which a slug flow is formed.

上記目的を達成するために、本開示の一態様に係るマイクロリアクタ装置は、複数の流体を混合流路に導入して混合させるマイクロリアクタ装置であって、互いに可溶性を有する複数の液体を含む第1の流体と、第1の流体に対して不溶性を有する第2の流体とを、混合流路に送入する流体送入部であって、第1の流体を、第1流体送入量で混合流路に送入し、第2の流体を、混合流路に送入された第1の流体の流れと交差する方向から、第1流体送入量に対して第2流体送入量で混合流路に送入して、第2の流体が合流した後の混合流路内に、第1の流体のセルと第2の流体のセルとが交互に並んで流れるスラグ流を形成させる、流体送入部と、送入された第1の流体と第2の流体とを合流させて下流側に流れる混合流路と、スラグ流に対して導電率を検出する導電率検出部と、検出された導電率に基づき、スラグ流における第1の流体のセルと第2の流体のセルとのセル体積比を算出するセル体積比算出部と、算出されたセル体積比に基づいて流体送入部の流体送入を制御する流体送入制御部と、を備える。 In order to achieve the above object, a microreactor device according to one aspect of the present disclosure is a microreactor device that introduces and mixes multiple fluids into a mixing channel, and includes a fluid inlet unit that feeds a first fluid containing multiple liquids that are soluble in each other and a second fluid that is insoluble in the first fluid into the mixing channel, the first fluid being fed into the mixing channel at a first fluid inlet rate, and the second fluid being fed into the mixing channel at a second fluid inlet rate relative to the first fluid inlet rate from a direction intersecting the flow of the first fluid fed into the mixing channel, The system comprises a fluid inlet section that forms a slug flow in which cells of the first fluid and cells of the second fluid flow alternately in a mixing channel after the two fluids have merged; a mixing channel that merges the fed first fluid and second fluid and flows downstream; a conductivity detection section that detects the conductivity of the slug flow; a cell volume ratio calculation section that calculates the cell volume ratio of the first fluid cells to the second fluid cells in the slug flow based on the detected conductivity; and a fluid inlet control section that controls the fluid inlet from the fluid inlet section based on the calculated cell volume ratio.

本開示の一態様に係るマイクロリアクタ装置によれば、スラグ流が形成された混合流体において、スラグ流のセル体積比の変動を抑制することができ、安定な品質及び生産性を有する反応生産物を提供することができる。 A microreactor device according to one aspect of the present disclosure can suppress fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow in a mixed fluid in which a slug flow is formed, thereby providing a reaction product with stable quality and productivity.

本開示の実施の形態に係るマイクロリアクタ装置の構成の一例を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a microreactor device according to an embodiment of the present disclosure. 図1のマイクロリアクタ装置の混合流路に形成されたスラグ流の一例を示す図である。2 is a diagram showing an example of a slug flow formed in a mixing channel of the microreactor device of FIG. 1. FIG. 図1のマイクロリアクタ装置の混合流路に形成されたスラグ流の他の一例を示す図である。1. FIG. 4 is a diagram showing another example of a slug flow formed in a mixing channel of the microreactor device of FIG. スラグ流における流体セルの形状の変化及びセル体積の変動の例を示す図である。1A and 1B are diagrams showing examples of changes in fluid cell shape and fluctuations in cell volume in slug flow. 図1のマイクロリアクタ装置の混合流路に配置された導電率測定器の電極部を示す図である。2 is a diagram showing an electrode portion of a conductivity measuring device disposed in a mixing flow channel of the microreactor device of FIG. 1. FIG. 図5の導電率測定器の電極部のA-A線断面図である。6 is a cross-sectional view of the electrode portion of the conductivity measuring device of FIG. 5 along the line AA. 図1に示す流体送入制御機構の演算装置の一構成例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of the configuration of a computing device of the fluid feed control mechanism shown in FIG. 1. FIG. 図7の演算装置のプログラムのフローチャートである。8 is a flowchart of a program of the arithmetic unit of FIG. 7. 本開示の実施形態に係るマイクロリアクタ装置の液体混合プロセスのフローチャートを示す図である。FIG. 1 illustrates a flow chart of a liquid mixing process of a microreactor device according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係るマイクロリアクタ装置の演算装置によるセル体積比の算出の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of calculation of a cell volume ratio by a calculation device of a microreactor device according to an embodiment of the present disclosure.

本開示の第1態様によれば、複数の流体を混合流路に導入して混合させるマイクロリアクタ装置であって、互いに可溶性を有する複数の液体を含む第1の流体と、第1の流体に対して不溶性を有する第2の流体とを、混合流路に送入する流体送入部であって、第1の流体を、第1流体送入量で混合流路に送入し、第2の流体を、混合流路に送入された第1の流体の流れと交差する方向から、第1流体送入量に対して第2流体送入量で混合流路に送入して、第2の流体が合流した後の混合流路内に、第1の流体のセルと第2の流体のセルとが交互に並んで流れるスラグ流を形成させる、流体送入部と、送入された第1の流体と第2の流体とを合流させて下流側に流れる混合流路と、スラグ流に対して導電率を検出する導電率検出部と、検出された導電率に基づき、スラグ流における第1の流体のセルと第2の流体のセルとのセル体積比を算出するセル体積比算出部と、算出されたセル体積比に基づいて流体送入部の流体送入を制御する流体送入制御部と、を備える、マイクロリアクタ装置を提供する。 According to a first aspect of the present disclosure, a microreactor device is provided that introduces and mixes multiple fluids into a mixing channel, and includes a fluid inlet unit that feeds a first fluid containing multiple liquids that are soluble in each other and a second fluid that is insoluble in the first fluid into the mixing channel, the first fluid being fed into the mixing channel at a first fluid inlet rate, and the second fluid being fed into the mixing channel from a direction intersecting the flow of the first fluid fed into the mixing channel at a second fluid inlet rate relative to the first fluid inlet rate, and the second fluid is then fed into the mixing channel after the second fluids have joined together. Provided is a microreactor device comprising: a fluid inlet section that forms a slug flow in which cells of one fluid and cells of a second fluid flow alternately; a mixing flow path that merges the introduced first fluid and second fluid and flows downstream; a conductivity detection section that detects the conductivity of the slug flow; a cell volume ratio calculation section that calculates the cell volume ratio of the first fluid cells to the second fluid cells in the slug flow based on the detected conductivity; and a fluid inlet control section that controls fluid inlet from the fluid inlet section based on the calculated cell volume ratio.

この態様によれば、スラグ流が形成された混合流体において、スラグ流のセル体積比の変動を抑制することができ、安定な品質及び生産性を有する反応生産物を提供することができる。 According to this aspect, fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow can be suppressed in the mixed fluid in which the slug flow is formed, making it possible to provide a reaction product with stable quality and productivity.

本開示の第2態様によれば、送入量調整判定部を更に備え、送入量調整判定部は、セル体積比算出部により算出されたセル体積比と、所定のセル体積比の基準値とを比較することによって、第2流体送入量の調整を判定し、流体送入制御部は、判定された第2流体送入量の調整に基づいて、第2流体送入量を制御する、第1態様に記載のマイクロリアクタ装置を提供する。 A second aspect of the present disclosure provides the microreactor device described in the first aspect, further comprising a feed rate adjustment determination unit, which determines adjustment of the second fluid feed rate by comparing the cell volume ratio calculated by the cell volume ratio calculation unit with a predetermined reference value for the cell volume ratio, and the fluid feed control unit controls the second fluid feed rate based on the determined adjustment of the second fluid feed rate.

本開示の第3態様によれば、導電率検出部は、第1の流体に対応する第1導電率と第2の流体に対応する第2導電率とを検出するように構成され、セル体積比算出部は、第1導電率が検出された時間と第2導電率が検出された時間とに基づいて、セル体積比を算出する、第1又は第2態様に記載のマイクロリアクタ装置を提供する。 A third aspect of the present disclosure provides a microreactor device according to the first or second aspect, wherein the conductivity detection unit is configured to detect a first conductivity corresponding to the first fluid and a second conductivity corresponding to the second fluid, and the cell volume ratio calculation unit calculates the cell volume ratio based on the time at which the first conductivity is detected and the time at which the second conductivity is detected.

本開示の第4態様によれば、導電率検出部は、更に、第1導電率と第2導電率との間の値を有する導電率を検出し、セル体積比算出部は、第1導電率が検出された時間と、第2導電率が検出された時間と、第1導電率と第2導電率との間の値を有する導電率が検出された時間とに基づいて、前記セル体積比を算出する、第3態様に記載のマイクロリアクタ装置を提供する。 A fourth aspect of the present disclosure provides the microreactor device described in the third aspect, wherein the conductivity detection unit further detects a conductivity having a value between the first conductivity and the second conductivity, and the cell volume ratio calculation unit calculates the cell volume ratio based on the time at which the first conductivity was detected, the time at which the second conductivity was detected, and the time at which the conductivity having a value between the first conductivity and the second conductivity was detected.

本開示の第5態様によれば、導電率検出部は、端部がスラグ流に接するように混合流路に配置される2つ以上の電極を備え、2つ以上の電極のそれぞれは、端部以外の部分に絶縁性を有する素材からなる被覆層を有する、第1から第4態様のいずれか1つに記載のマイクロリアクタ装置を提供する。 A fifth aspect of the present disclosure provides a microreactor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the conductivity detection unit includes two or more electrodes arranged in the mixing channel so that their ends are in contact with the slug flow, and each of the two or more electrodes has a coating layer made of an insulating material on the portion other than the ends.

本開示の第6態様によれば、流体送入部は、流量調整手段を含み、流体送入制御部は、流量調整手段を動作させることによって、第2流体送入量を制御する、第1から第5態様のいずれか1つに記載のマイクロリアクタ装置を提供する。 According to a sixth aspect of the present disclosure, there is provided a microreactor device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the fluid feed section includes a flow rate adjustment means, and the fluid feed control section controls the amount of second fluid fed by operating the flow rate adjustment means.

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。 In addition, by appropriately combining any of the various embodiments described above, it is possible to achieve the effects of each.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Embodiments will be described in detail below, with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanations than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of matters that are already well-known or duplicate explanations of substantially identical configurations may be omitted. This is to avoid unnecessary redundancy in the following explanation and to make it easier for those skilled in the art to understand.

本開示の実施の形態に係るマイクロリアクタ装置について、図1乃至図10を参照しながら説明する。添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供するものであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。なお、図面において実質的に同一の部材については、同一の符号を付している。 A microreactor device according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 1 to 10. The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the subject matter described in the claims. Furthermore, in each figure, elements are exaggerated for ease of explanation. Note that substantially identical components in the drawings are designated by the same reference numerals.

(実施の形態)
《マイクロリアクタ装置》
図1は、本開示の実施の形態1に係るマイクロリアクタ装置100の構成の一例を示す概略図である。図1に示すマイクロリアクタ装置100は、流体送入部200と、混合流路40と、回収容器50と、流体送入制御機構300とを備えている。
(Embodiment)
<Microreactor device>
1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a microreactor device 100 according to a first embodiment of the present disclosure. The microreactor device 100 shown in FIG. 1 includes a fluid inlet unit 200, a mixing channel 40, a collection container 50, and a fluid inlet control mechanism 300.

マイクロリアクタ装置100は、複数の流体を混合流路に導入して混合させるために利用することができる。図1に示すマイクロリアクタ装置100において、互いに可溶性を有する複数の混合対象液体と、複数の混合対象液体に対して不溶性を有する不溶流体とが、流体送入部200から順に混合流路40に送入される。混合流路40において、送入された複数の流体が合流して回収容器50に向かって流れる。流体送入制御機構300は、不溶流体が合流した後の混合流路において形成されたスラグ流に対して導電率を検出して、流体送入部200の流体送入を制御する。また、図1の矢印A1,A2、B1,B2、及びCは、流体の流れ方向を示し、矢印D、E、及びFは、流体送入の制御にかかるデータ又は信号の伝送方向を示している。なお、マイクロリアクタ装置100におけるデータ又は信号の伝送は、有線接続によって実現されてもよく、無線接続によって実現されてもよい。以下、マイクロリアクタ装置100の構成要素及び動作について、詳細に説明する。 The microreactor device 100 can be used to introduce and mix multiple fluids into a mixing channel. In the microreactor device 100 shown in FIG. 1, multiple mutually soluble target liquids and an insoluble fluid that is insoluble in the target liquids are sequentially fed from the fluid feeder 200 into the mixing channel 40. In the mixing channel 40, the fed multiple fluids merge and flow toward the collection container 50. The fluid feed control mechanism 300 detects the conductivity of the slug flow formed in the mixing channel after the insoluble fluids merge, and controls the fluid feed from the fluid feeder 200. Arrows A1, A2, B1, B2, and C in FIG. 1 indicate the fluid flow direction, and arrows D, E, and F indicate the transmission direction of data or signals related to the fluid feed control. Data or signal transmission in the microreactor device 100 may be achieved via a wired or wireless connection. The components and operation of the microreactor device 100 are described in detail below.

<流体送入部>
流体送入部200は、第1液体供給部10と、第2液体供給部20と、不溶流体導入部30とを含む。第1液体供給部10と第2液体供給部20とは、それぞれ互いに可溶性を有する第1液体と第2液体とを混合流路40に供給し、不溶流体導入部30は、第1液体及び第2液体に対して不溶性を有する不溶流体を混合流路40に送入する。
<Fluid feed section>
The fluid feeder 200 includes a first liquid supply unit 10, a second liquid supply unit 20, and an immiscible fluid introduction unit 30. The first liquid supply unit 10 and the second liquid supply unit 20 respectively supply a first liquid and a second liquid that are soluble in each other to the mixing flow channel 40, and the immiscible fluid introduction unit 30 feeds an inmiscible fluid that is insoluble in the first liquid and the second liquid into the mixing flow channel 40.

本実施の形態では、第1液体供給部10と、第2液体供給部20と、不溶流体導入部30とは、それぞれ、流体容器12,22,32と、これらの流体容器と混合流路40とをそれぞれ接続する配管14,24,34とを含む。更に、第1液体それぞれの流体容器12,22,32内の流体を、それぞれ配管14,24,34を通して混合流路40に送入するポンプ16,26,36を含むことができる。 In this embodiment, the first liquid supply unit 10, the second liquid supply unit 20, and the immiscible fluid introduction unit 30 each include fluid containers 12, 22, and 32, and pipes 14, 24, and 34 that connect these fluid containers to the mixing flow channel 40. They may also include pumps 16, 26, and 36 that pump the fluid in each of the first liquid containers 12, 22, and 32 into the mixing flow channel 40 through the pipes 14, 24, and 34, respectively.

第1液体供給部10と第2液体供給部20とにより供給される第1液体と第2液体とは、それぞれ図示方向A1,A2に沿って、混合流路40に送入され、合流点P1で合流し、合流した混合対象液体は、混合流路40に沿って図示下流方向Cへ流れる。本実施の形態では、2種の液体を接触させ、混合させる例を示しているが、3種以上の液体を混合させる場合、流体送入部200において、第1液体供給部10と第2液体供給部20と同様の構成を更に並列に配置してもよい。 The first liquid and second liquid supplied by the first liquid supply unit 10 and second liquid supply unit 20 are fed into the mixing channel 40 along the directions A1 and A2 shown in the figure, respectively, and merge at the junction P1. The merged liquids to be mixed flow along the mixing channel 40 in the downstream direction C shown in the figure. This embodiment shows an example in which two types of liquid are brought into contact and mixed, but when mixing three or more types of liquid, the fluid feed unit 200 may further include configurations similar to the first liquid supply unit 10 and second liquid supply unit 20 arranged in parallel.

不溶流体導入部30により送入される不溶流体は、図示方向B1,B2に沿って、混合流路40に送入された混合対象液体の流れと交差する方向から混合流路40に導入され、合流点P2において混合対象液体と合流する。本実施の形態では、不溶流体は、混合対象液体が混合流路40に送入された合流点P1の位置よりも下流側の合流点P2の位置で混合流路40に導入されたが、本開示はこれに限定されない。例えば、合流点P1の位置において、混合対象液体と不溶流体とを同時に混合流路40に導入してもよい。このように導入された混合対象液体と不溶流体とは、合流した後の混合流路40内において、混合対象液体からなるセルと不溶流体からなるセルとが交互に並んで流れるスラグ流を形成することができる。形成されたスラグ流は、混合流路40に沿って、更に図示下流方向Cへ流れ、混合流路40の終端P3において回収容器50に流入する。混合流路40内で形成されたスラグ流について後段で詳述する。 The immiscible fluid introduced by the immiscible fluid inlet 30 is introduced into the mixing channel 40 along directions B1 and B2, as shown, intersecting the flow of the liquid to be mixed introduced into the mixing channel 40, and merges with the liquid to be mixed at confluence P2. In this embodiment, the immiscible fluid is introduced into the mixing channel 40 at confluence P2, downstream of confluence P1, where the liquid to be mixed is introduced into the mixing channel 40. However, this disclosure is not limited to this. For example, the liquid to be mixed and the immiscible fluid may be introduced into the mixing channel 40 simultaneously at confluence P1. The liquid to be mixed and the immiscible fluid introduced in this manner can form a slug flow in the mixing channel 40 after merging, in which cells consisting of the liquid to be mixed and cells consisting of the immiscible fluid flow alternately. The formed slug flow continues along the mixing channel 40 in the downstream direction C, as shown, and flows into the collection container 50 at the end P3 of the mixing channel 40. The slug flow formed within the mixing channel 40 will be described in detail later.

本実施の形態では、第1液体及び第2液体は水溶液であるが、本開示はこれに限定されない。第1液体及び第2液体は、互いに可溶性を有するものであればよく、水溶性、非水溶性を問わない。例えば、第1液体及び第2液体は水性液体であってもよく、有機溶媒又は油性液体であってもよい。また、第1液体と第2液体との混合比は自由に設定することができる。 In this embodiment, the first liquid and the second liquid are aqueous solutions, but the present disclosure is not limited to this. The first liquid and the second liquid may be either water-soluble or water-insoluble as long as they are soluble in each other. For example, the first liquid and the second liquid may be aqueous liquids, organic solvents, or oil-based liquids. Furthermore, the mixing ratio of the first liquid and the second liquid can be freely set.

本開示に係る不溶流体は、本実施の形態では主成分がオレイン酸であるが、本開示はこれに限定されない。不溶流体は、混合対象液体に対して不溶性を有するものであればよい。また、不溶流体は、液体であってもよく、気体であってもよい。例えば、混合対象液体が水又は水溶液である場合には、不溶流体は、例えば、非水溶性の有機溶媒又はガスを使用することができる。また、混合対象液体が油性液体である場合には、不溶流体は、例えば、水又はガスを用いることができる。なお、不溶流体としてガスが用いられる場合、流体容器32に代えて、ガスボンベを設けることができ、ガスボンベの圧力によって配管34を通して所定量のガスを混合流路40に圧送することができる。また、望ましくは、反応生成物に影響を与えないガス、例えば、Arガス又はNガスといった不活性ガスを使用することができる。 In this embodiment, the main component of the insoluble fluid according to the present disclosure is oleic acid, but the present disclosure is not limited thereto. The insoluble fluid may be any fluid as long as it is insoluble in the liquid to be mixed. The insoluble fluid may be a liquid or a gas. For example, when the liquid to be mixed is water or an aqueous solution, the insoluble fluid may be, for example, a water-insoluble organic solvent or gas. When the liquid to be mixed is an oil-based liquid, the insoluble fluid may be, for example, water or a gas. When a gas is used as the insoluble fluid, a gas cylinder may be provided instead of the fluid container 32, and a predetermined amount of gas may be pumped to the mixing channel 40 through the piping 34 using the pressure of the gas cylinder. Preferably, a gas that does not affect the reaction product, such as an inert gas such as Ar gas or N2 gas, may be used.

本実施の形態では、ポンプ16,26,36は、それぞれ第1液体、第2液体、不溶流体を、流体容器から混合流路へ送入するときの流量調整手段として用いることができる。また、本開示はこれに限定されることなく、別途の流量調整手段、例えば、流量計、比例制御供給弁等(図示せず)を設けてもよい。なお、不溶流体としてガスが用いられる場合には、不溶流体の流量調整手段として、例えば、ガス流量調整器(図示せず)を設けることができる。本実施の形態では、ポンプ16,26,36は、流体送入制御機構300の流体送入制御部80に電気的に接続され、混合反応中に流体送入制御部80の制御によって動作することで、流体の送入量を制御することができる。これについて、後段で詳述する。 In this embodiment, pumps 16, 26, and 36 can be used as flow rate adjustment means for feeding the first liquid, second liquid, and immiscible fluid, respectively, from the fluid containers to the mixing channel. However, the present disclosure is not limited to this, and separate flow rate adjustment means, such as a flow meter or proportional control supply valve (not shown), may be provided. If a gas is used as the immiscible fluid, a gas flow regulator (not shown), for example, may be provided as a flow rate adjustment means for the immiscible fluid. In this embodiment, pumps 16, 26, and 36 are electrically connected to fluid feed control unit 80 of fluid feed control mechanism 300, and can operate under the control of fluid feed control unit 80 during the mixing reaction, thereby controlling the amount of fluid fed. This will be described in more detail below.

また、第1液体供給部10と第2液体供給部20とは、用途により恒温槽等を設けて、混合流路40に供給される第1液体及び第2液体の温度を一定に保ってもよい。本実施の形態では恒温槽等を省略し、図示していない。 Furthermore, depending on the application, the first liquid supply unit 10 and the second liquid supply unit 20 may be provided with a thermostatic bath or the like to maintain a constant temperature of the first liquid and the second liquid supplied to the mixing channel 40. In this embodiment, a thermostatic bath or the like is omitted and is not shown.

<混合流路>
流体送入部200により送入されたそれぞれの流体が混合流路40で合流する。混合流路40は、微小溝により構成されてもよく、本実施の形態では、第1流路部41と第2流路部42とを含む。第1流路部41は、上流側の合流点P1から、下流側の合流点P2までの流路であって、内部に第1液体と第2液体とが合流した混合対象液体が流れている。第2流路部42は、下流側の合流点P2から、終端P3までの流路であって、内部に混合対象液体と不溶流体とが合流して形成されたスラグ流が流れている。
<Mixing channel>
The fluids fed by the fluid feed section 200 join in the mixing flow channel 40. The mixing flow channel 40 may be formed by a microgroove, and in this embodiment, includes a first flow channel section 41 and a second flow channel section 42. The first flow channel section 41 is a flow channel from a confluence point P1 on the upstream side to a confluence point P2 on the downstream side, and a liquid to be mixed, which is a confluence of the first liquid and the second liquid, flows inside the first flow channel section 41. The second flow channel section 42 is a flow channel from the confluence point P2 on the downstream side to a terminal end P3, and a slug flow formed by the confluence of the liquid to be mixed and the immiscible fluid flows inside the second flow channel section 42.

混合流路の流路径は、マイクロミキサないしはマイクロリアクタとして機能する範囲で設計することができ、例えば、流路径を0.1~1.0mmとすることができる。なお、図1において、混合流路40が直線状に示しているが、本開示はこれに限定されない。混合流路40は、例えば、湾曲の流路部を含んでもよく、用途に応じて任意の長さで構成されてもよい。 The flow channel diameter of the mixing channel can be designed within a range that allows it to function as a micromixer or microreactor, and can be, for example, 0.1 to 1.0 mm. While the mixing channel 40 is shown as straight in Figure 1, the present disclosure is not limited to this. The mixing channel 40 may, for example, include a curved flow channel portion, and may be configured to any length depending on the application.

本実施の形態では、第2流路部42には、導電率測定器61が配置され、第2流路部42内で流れるスラグ流に対して導電率を検出する。スラグ流の導電率を検出するため、第2流路部42は、開口部(後段で説明する図5及び図6に示す)を備え、導電率測定器61の電極部は開口部を通って第2流路部42に配置されている。導電率測定器61の構成及び配置については、後段で詳述する。 In this embodiment, a conductivity meter 61 is disposed in the second flow path section 42 and detects the conductivity of the slag flow flowing within the second flow path section 42. To detect the conductivity of the slag flow, the second flow path section 42 is provided with an opening (shown in Figures 5 and 6, which will be described later), and the electrode portion of the conductivity meter 61 is disposed in the second flow path section 42 through the opening. The configuration and arrangement of the conductivity meter 61 will be described in detail later.

図1に示すように、混合流路40の第2流路部42内に、混合対象液体と不溶流体とが合流してスラグ流が形成される。第2流路部42内で流れているスラグ流の様子について、図2から図4を参照して説明する。図2は、図1のマイクロリアクタ装置の混合流路に形成されたスラグ流の一例110を示す図である。図3は、図1のマイクロリアクタ装置の混合流路に形成されたスラグ流の他の一例210を示す図である。図4は、スラグ流における流体セルの形状の変化及びセル体積の変動の例を示す図である。なお、以下の説明において、説明の便利のために、混合流路に送入された複数の混合対象液体を含む流体を、「第1の流体」と称し、混合対象液体に対して不溶性を有する不溶流体を、「第2の流体」と称す。 As shown in FIG. 1, the liquids to be mixed and the immiscible fluid merge in the second flow path section 42 of the mixing flow path 40 to form a slug flow. The state of the slug flow flowing in the second flow path section 42 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 2 shows an example 110 of a slug flow formed in the mixing flow path of the microreactor device of FIG. 1. FIG. 3 shows another example 210 of a slug flow formed in the mixing flow path of the microreactor device of FIG. 1. FIG. 4 shows an example of changes in the shape of a fluid cell and fluctuations in cell volume in a slug flow. For ease of explanation, in the following description, the fluid containing multiple liquids to be mixed and fed into the mixing flow path will be referred to as the "first fluid," and the immiscible fluid that is immiscible in the liquids to be mixed will be referred to as the "second fluid."

<スラグ流>
図2に示すように、本実施の形態では、第2流路部421内に流れているスラグ流110は、第1液体及び第2液体を含む第1の流体のセル11a,12aと、不溶流体からなる第2の流体のセル11b,12b,13bと、を含む。第1の流体のセル11a,12aと第2の流体のセル11b,12b,13bとは、第2流路部42aに沿って交互に並んで下流方向Cに流れる。
<Slag flow>
2, in this embodiment, the slug flow 110 flowing in the second flow path section 421 includes first fluid cells 11a and 12a containing the first liquid and the second liquid, and second fluid cells 11b, 12b, and 13b consisting of the immiscible fluid. The first fluid cells 11a and 12a and the second fluid cells 11b, 12b, and 13b are arranged alternately along the second flow path section 42a and flow in the downstream direction C.

スラグ流110において、第1の流体のセル11a,12a内に、循環流C11が発生し、局所的な攪拌作用が生じる。これによって、第1の流体のセル11a,12a内の液体混合が促進される。また、図2に示すように、第1の流体のセル11a,12aは、セル体積V11aを有し、第2の流体のセル11b,12b,13bは、セル体積V11bを有する。 In the slug flow 110, a circulating flow C11 is generated within the first fluid cells 11a and 12a, causing localized stirring. This promotes liquid mixing within the first fluid cells 11a and 12a. Also, as shown in Figure 2, the first fluid cells 11a and 12a have a cell volume V11a, and the second fluid cells 11b, 12b, and 13b have a cell volume V11b.

ここで、セル体積は、対象となるスラグ流における複数の第1の流体のセル又は複数の第2の流体の平均セル体積としてを示している。この場合、当該スラグ流における第1の流体のセル体積と第2の流体のセル体積の比、すなわち、スラグ流110のセル体積比は、V11a/V11bである。混合反応中に、当該セル体積比は、第1の流体及び第2の流体の物性や状態等によって変動する場合がある。 Here, the cell volume is expressed as the average cell volume of multiple first fluid cells or multiple second fluid cells in the target slug flow. In this case, the ratio of the cell volume of the first fluid to the cell volume of the second fluid in the slug flow, i.e., the cell volume ratio of the slug flow 110, is V11a/V11b. During the mixing reaction, this cell volume ratio may vary depending on the physical properties and state of the first and second fluids.

例えば、図3に示す第2流路部422内に流れているスラグ流210は、第1の流体のセル21a,22a,23aと、第2の流体のセル21b,22b,23b,24bと、を含む。第1の流体のセル21a,22a,23aと、第2の流体のセル21b,22b,23b,24bとは、第2流路部42bに沿って交互に並んで下流方向Cに流れる。 For example, the slug flow 210 flowing in the second flow path section 422 shown in FIG. 3 includes first fluid cells 21a, 22a, and 23a and second fluid cells 21b, 22b, 23b, and 24b. The first fluid cells 21a, 22a, and 23a and the second fluid cells 21b, 22b, 23b, and 24b flow alternately along the second flow path section 42b in the downstream direction C.

図示のように、スラグ流210において、第2の流体のセルの占有率が増加し、より小さく分断された第1の流体のセルが形成されている。より小さい第1の流体のセル21a,22a,23aのそれぞれには、スラグ流110内の循環流C11よりも更に細かな循環流C21が形成ることが推察される。このとき、スラグ流210のセル体積比V21a/V21bは、スラグ流110のセル体積比V11a/V11bよりも小さい値を有する。 As shown in the figure, the occupancy rate of the second fluid cells increases in the slug flow 210, and smaller, separated first fluid cells are formed. It is presumed that a circulating flow C21, which is even finer than the circulating flow C11 in the slug flow 110, is formed in each of the smaller first fluid cells 21a, 22a, and 23a. At this time, the cell volume ratio V21a/V21b of the slug flow 210 is smaller than the cell volume ratio V11a/V11b of the slug flow 110.

スラグ流におけるセル体積の変動について、図4を参照してより詳しく説明する。スラグ流における流体セルは、混合流路内で流れる柱体の形状を有し、流れ方向Cに沿った端部において2つの流体相の境界面が形成される。2つの流体相の境界面は、表面張力の働きによって部分球面形状が形成される。したがって、図4に示すように、流体セル31b,32b,33bは、両端に部分球面形状に近い丸みを帯びた柱体の形状を呈し、それぞれセル体積V31b,V32b,V33bを有する。これらの流体セルは、長さhm31,hm32,hm33の中央部と、長さhf31,hf32,hf33の流れ方向C側の前端部と、長さhr31,hr32,hr33の流れ反対方向側の後端部とを有する。 The variation in cell volume in slug flow will be explained in more detail with reference to Figure 4. Fluid cells in slug flow have the shape of a cylinder flowing within a mixing channel, with an interface between two fluid phases formed at their ends along flow direction C. The interface between the two fluid phases forms a partial spherical shape due to surface tension. Therefore, as shown in Figure 4, fluid cells 31b, 32b, and 33b have the shape of a cylinder with rounded edges that approximate partial spheres at both ends, and have cell volumes V31b, V32b, and V33b, respectively. These fluid cells have central portions with lengths hm31, hm32, and hm33, front ends with lengths hf31, hf32, and hf33 on the flow direction C side, and rear ends with lengths hr31, hr32, and hr33 on the opposite side of the flow.

スラグ流に含まれる流体の物性や状態等によって、流体セルの形状に変化が生じる。例えば、図4の上段の流体セル31bは、中央部の長さがhm31からhm41まで伸びて、下段の流体セル41bとなるように変形する場合がある。同様に、上段の流体セル32b,33bは、後端部の長さがhr32からhr42まで伸び、又は前端部の長さがhf33からhf43まで伸びることで、下段の流体セル42b,43bとなるように変形する場合もある。又は、図3に示す変形例の組み合わせによる変形が生じることも可能である。形状が変化した後の流体セル41b,42b,43bは、形状が変化する前よりも大きいセル体積V41b,V42b,V43bを有する。このように、流体の物性や状態等により、流体セルの形状の変化及びセル体積の変動が生じることとなる。 The shape of the fluid cell changes depending on the physical properties and state of the fluid contained in the slug flow. For example, the upper fluid cell 31b in Figure 4 may deform to become the lower fluid cell 41b by extending the length of its central portion from hm31 to hm41. Similarly, the upper fluid cells 32b and 33b may deform to become the lower fluid cells 42b and 43b by extending the length of their rear ends from hr32 to hr42 or the length of their front ends from hf33 to hf43. Alternatively, deformations can occur by combining the modifications shown in Figure 3. After the shape change, the fluid cells 41b, 42b, and 43b have larger cell volumes V41b, V42b, and V43b than before the shape change. In this way, the shape of the fluid cell changes and the cell volume fluctuates depending on the physical properties and state of the fluid.

前述したように、混合反応において、安定な品質及び生産性を有する反応生産物を提供するためには、スラグ流のセル体積比を所定の範囲内に維持することが望ましい。スラグ流のセル体積比は、混合反応を開始する前に第1流体送入量と第2流体送入量との設定により予め設定することができる。しかしながら、混合反応中に、実際に混合流路内で流れる第1の流体及び第2の流体の物性や状態等によって、図4に示すように、流体セルの形状の変化が生じ、混合流路内のスラグ流のセル体積比は予め設定されたセル体積比から変動する場合がある。本実施の形態では、流体送入制御機構300によって、混合流路内のスラグ流の流体セルの形状の変化及びセル体積比の変動を把握し、それに基づいて流体送入部の流体送入を制御することができる。これによって、流体供給の安定性によるセル体積比の変動だけでなく、混合流路内の流体の物性や状態等による流体セルの形状の変化を併せて把握し、スラグ流のセル体積比を精密に制御することができる。以下、流体送入制御機構300の構成について詳細に説明する。 As mentioned above, in order to provide a reaction product with stable quality and productivity during a mixing reaction, it is desirable to maintain the cell volume ratio of the slug flow within a predetermined range. The cell volume ratio of the slug flow can be preset by setting the first fluid feed rate and the second fluid feed rate before starting the mixing reaction. However, during the mixing reaction, the physical properties and state of the first and second fluids actually flowing in the mixing channel can cause the shape of the fluid cells to change, as shown in Figure 4, and the cell volume ratio of the slug flow in the mixing channel may fluctuate from the preset cell volume ratio. In this embodiment, the fluid feed control mechanism 300 can grasp the changes in the shape of the fluid cells of the slug flow in the mixing channel and the fluctuations in the cell volume ratio, and control the fluid feed of the fluid feed section based on this. This allows not only fluctuations in the cell volume ratio due to the stability of the fluid supply but also changes in the shape of the fluid cells due to the physical properties and state of the fluid in the mixing channel to be grasped, thereby enabling precise control of the cell volume ratio of the slug flow. The configuration of the fluid feed control mechanism 300 is described in detail below.

<流体送入制御機構>
図1に戻って、本実施の形態に係る流体送入制御機構300は、導電率検出部60と、演算装置70と、流体送入制御部80とを含む。演算装置70は、導電率検出部60及び流体送入制御部80にそれぞれ接続され、流体送入制御部80は、流体送入部200に設けられた流量調整手段、本実施の形態では、ポンプ16,26,36に接続されている。
<Fluid feed control mechanism>
1 , the fluid feed control mechanism 300 according to this embodiment includes a conductivity detection unit 60, a calculation unit 70, and a fluid feed control unit 80. The calculation unit 70 is connected to the conductivity detection unit 60 and the fluid feed control unit 80, and the fluid feed control unit 80 is connected to flow rate adjusting means provided in the fluid feed unit 200, which in this embodiment are pumps 16, 26, and 36.

(導電率検出部)
導電率検出部60は、第2の流体が合流した後の混合流路40の第2流路部42内に形成されたスラグ流に対して、導電率を検出するために用いられる。本実施の形態では、導電率検出部60は、導電率測定器61とデータ転送部62とを有する。導電率測定器61の構成について、図5及び図6を参照して説明する。
(Conductivity detection unit)
The conductivity detection unit 60 is used to detect the conductivity of the slug flow formed in the second flow path portion 42 of the mixing flow path 40 after the second fluid has joined. In this embodiment, the conductivity detection unit 60 has a conductivity measuring device 61 and a data transfer unit 62. The configuration of the conductivity measuring device 61 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

図5は、図1のマイクロリアクタ装置の混合流路内に配置された導電率測定器61の電極部610を示す図である。図6は、図5の導電率測定器61の電極部610のA-A線断面図である。 Figure 5 is a diagram showing the electrode portion 610 of the conductivity measuring device 61 arranged in the mixing channel of the microreactor device of Figure 1. Figure 6 is a cross-sectional view of the electrode portion 610 of the conductivity measuring device 61 of Figure 5 taken along line A-A.

導電率測定器61は、交流2電極式又は交流4電極式を用いることができる。測定時に、図5に示すように、導電率測定器61の電極部610は、スラグ流が流れている混合流路の第2流路部42に配置される。4電極式は電極表面の汚れや分極の影響を受けにくく、導電率の高い領域での正確な測定が可能である。一方、4電極式導電率測定器の電極部の構造が複雑であり、測定対象流体と電極部との接触面積が増えることによって、反応生産物の品質に悪影響を与える可能性が考えられる。そのため、導電率測定器の電極部が混合反応に与える影響、及び混合流路内で流れる第1の流体と第2の流体との導電率に基づいて、適切な導電率測定器を選択することが望ましい。本実施形態では、交流2電極式の導電率測定器を採用している。 The conductivity meter 61 can be either an AC two-electrode type or an AC four-electrode type. During measurement, as shown in Figure 5, the electrode unit 610 of the conductivity meter 61 is placed in the second flow path unit 42 of the mixing flow path through which the slug flow is flowing. The four-electrode type is less susceptible to contamination and polarization on the electrode surface, enabling accurate measurement in high conductivity regions. However, the electrode unit of a four-electrode type conductivity meter has a complex structure, and the increased contact area between the fluid being measured and the electrode unit may have a negative impact on the quality of the reaction product. Therefore, it is desirable to select an appropriate conductivity meter based on the effect of the electrode unit of the conductivity meter on the mixing reaction and the conductivity of the first and second fluids flowing in the mixing flow path. In this embodiment, an AC two-electrode type conductivity meter is used.

本実施の形態の導電率測定器61の電極部610は、図5及び図6に示すように、2つの電極611,612を含む。本実施の形態では、混合流路の第2流路部42は、流路の外壁面42a及び内壁面42bを貫通して設けられた2つの開口部S1,S2を有する。導電率測定器61の2つの電極611,612は、それぞれ2つの開口部S1,S2を通って対向に取り付けられ、電極の端部が第2流路部42内に流れているスラグ流310に接するように設置されている。本実施の形態では、電極611,612は、第2流路部42内の流体の流れ方向Cと直交する同一の流路断面に設置している(図5)。これによって、流体の流れ方向における電極の位置の差による測定誤差を低減することができる。なお、導電率測定器の電極が同一の流路断面に設置しない場合は、電極の位置の差による測定誤差を演算装置70で補正することができる。また、電極611,612の第2流路部42に挿入される端部が流路内の流体の流れを妨害しないことが望ましい。本実施の形態では、電極611,612は、図示のように、スラグ流310に接する端面が第2流路部42の内壁面42bと同一面にあるように設置されている。 As shown in Figures 5 and 6, the electrode unit 610 of the conductivity measuring device 61 in this embodiment includes two electrodes 611 and 612. In this embodiment, the second flow path section 42 of the mixing flow path has two openings S1 and S2 that penetrate the outer wall surface 42a and inner wall surface 42b of the flow path. The two electrodes 611 and 612 of the conductivity measuring device 61 are attached facing each other through the two openings S1 and S2, respectively, so that their ends contact the slug flow 310 flowing in the second flow path section 42. In this embodiment, the electrodes 611 and 612 are installed at the same flow path cross section perpendicular to the fluid flow direction C in the second flow path section 42 (Figure 5). This reduces measurement errors due to differences in electrode position in the fluid flow direction. Note that if the electrodes of the conductivity measuring device are not installed at the same flow path cross section, measurement errors due to differences in electrode position can be corrected by the calculation device 70. It is also desirable that the ends of the electrodes 611, 612 inserted into the second flow path section 42 do not interfere with the flow of fluid within the flow path. In this embodiment, the electrodes 611, 612 are installed so that the end faces in contact with the slug flow 310 are flush with the inner wall surface 42b of the second flow path section 42, as shown in the figure.

本実施形態では、電極部610は銅(Cu)で構成されている。しかし、本開示は、導電率測定器の電極部の構成素材に限定されることなく、測定対象流体との副反応や、電気的応答性を考慮して、例えば、銀(Ag)又はアルミ(Al)素材を用いて電極部を構成してもよい。 In this embodiment, the electrode portion 610 is made of copper (Cu). However, this disclosure is not limited to the material used to construct the electrode portion of the conductivity measuring instrument. Taking into consideration side reactions with the fluid to be measured and electrical responsiveness, the electrode portion may be constructed using, for example, silver (Ag) or aluminum (Al).

本実施形態では、電極部610の電極611,612は、スラグ流に接する端部以外の部分に絶縁性を有する素材からなる被覆層を有するように構成されている。被覆層の素材は、例えば、PTFE、PFA等のフッ素樹脂であってもよく、その他の絶縁性素材を使用してもよい。これによって、測定の誤差又は不安定を抑制することができる。また、電極の端部以外の部分を絶縁性の素材で被覆しない場合は、導電率測定器61に絶縁性の回路を用いる等によって、電極611,612間にスラグ流以外の導電経路が存在しないような設計することができる。 In this embodiment, the electrodes 611 and 612 of the electrode unit 610 are configured to have a coating layer made of an insulating material on the portions other than the ends that come into contact with the slag flow. The material of the coating layer may be, for example, a fluororesin such as PTFE or PFA, or other insulating materials. This can reduce measurement errors or instability. Furthermore, if the portions other than the ends of the electrodes are not coated with an insulating material, the conductivity meter 61 can be designed to prevent the existence of any conductive paths other than the slag flow between the electrodes 611 and 612, for example, by using an insulating circuit.

スラグ流が導電率測定器61の電極部610の電極611,612間の測定空間を通って流れると、第1の流体と第2の流体とのそれぞれによる導電率が検出される。検出された導電率のデータは、データ転送部62に記録され、演算装置70に送信される。導電率検出部60の導電率検出機構は、従来知られている導電率検出装置の構成を採用することができ、本明細書では更なる詳細な説明を省略する。 As the slug flow passes through the measurement space between electrodes 611 and 612 of the electrode unit 610 of the conductivity measuring device 61, the conductivity of each of the first and second fluids is detected. The detected conductivity data is recorded in the data transfer unit 62 and transmitted to the computing device 70. The conductivity detection mechanism of the conductivity detection unit 60 can employ the configuration of a conventionally known conductivity detection device, and further detailed description will be omitted in this specification.

(演算装置)
演算装置70は、導電率検出部60からスラグ流の導電率の測定データを受信し、電極部610の測定空間を通過したスラグ流の導電率の測定結果に基づいて、当該スラグ流のセル体積比を算出することができる。以下、図7を参照して演算装置70の構成について説明する。図7は、図1に示す流体送入制御機構300の演算装置70の一構成例を示すブロック図である。演算装置70は、例えば、コンピュータ装置である。このコンピュータ装置として、汎用的なコンピュータ装置を用いることができ、例えば、図7に示すように、処理部71、記憶部72、表示部73を含むことができる。なお、演算装置70は、更に入力装置、記憶装置、インタフェース等を含んでもよい。演算装置70は、導電率検出部60からスラグ流の導電率の測定データを受信し、演算処理を行うことができる。
(computing device)
The calculation device 70 receives measurement data of the conductivity of the slug flow from the conductivity detection unit 60 and can calculate the cell volume ratio of the slug flow based on the measurement results of the conductivity of the slug flow that has passed through the measurement space of the electrode unit 610. The configuration of the calculation device 70 will be described below with reference to FIG. 7 . FIG. 7 is a block diagram showing an example configuration of the calculation device 70 of the fluid feed control mechanism 300 shown in FIG. 1 . The calculation device 70 is, for example, a computer device. A general-purpose computer device can be used as this computer device, and for example, as shown in FIG. 7 , it can include a processing unit 71, a memory unit 72, and a display unit 73. The calculation device 70 may further include an input device, a memory unit, an interface, etc. The calculation device 70 can receive measurement data of the conductivity of the slug flow from the conductivity detection unit 60 and perform calculation processing.

≪処理部71≫
処理部71は、例えば、中央処理演算子(CPU)、マイクロコンピュータ、又は、コンピュータで実行可能な命令を実行できる処理装置であればよい。
<Processing unit 71>
Processing unit 71 may be, for example, a central processing unit (CPU), a microcomputer, or any other processing device capable of executing computer-executable instructions.

≪記憶部72≫
記憶部72は、例えば、ROM、EEPROM、RAM、フラッシュSSD、ハードディスク、USBメモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の少なくとも一つであってもよい。
≪Storage unit 72≫
The storage unit 72 may be, for example, at least one of a ROM, an EEPROM, a RAM, a flash SSD, a hard disk, a USB memory, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, and the like.

記憶部72には、プログラム75を含む。なお、演算装置70がネットワークに接続されている場合には、必要に応じてプログラム75をネットワークからダウンロードしてもよい。 The memory unit 72 contains a program 75. If the computing device 70 is connected to a network, the program 75 may be downloaded from the network as needed.

≪プログラム75≫
プログラム75は、セル体積比算出部75aと、送入量調整判定部75bとを含むことができる。セル体積比算出部75aと、送入量調整判定部75bとは、実行時には、記憶部72から読み出されて処理部71にて実行される。
<Program 75>
The program 75 may include a cell volume ratio calculation unit 75 a and an input amount adjustment determination unit 75 b. The cell volume ratio calculation unit 75 a and the input amount adjustment determination unit 75 b are read out from the storage unit 72 and executed by the processing unit 71 at the time of execution.

セル体積比算出部75aは、導電率検出部60によって検出されたスラグ流の導電率値の時間変化に基づいて、当該スラグ流の第1の流体と第2の流体とのそれぞれが対応する導電率が検出された時間の長さを得ることができる。更に混合流路内の第1の流体と第2の流体との流速、及び混合流路の流路径を用いて、当該スラグ流のセル体積比を算出することができる。 The cell volume ratio calculation unit 75a can obtain the length of time during which the corresponding conductivities of the first and second fluids of the slug flow are detected based on the change over time in the conductivity value of the slug flow detected by the conductivity detection unit 60. Furthermore, the cell volume ratio of the slug flow can be calculated using the flow velocities of the first and second fluids in the mixing channel and the flow channel diameter of the mixing channel.

送入量調整判定部75bは、セル体積比算出部75aにより算出されたセル体積比と、所定のセル体積比の基準値とを比較することによって、第2流体送入量の調整を判定することができる。ここで、所定のセル体積比の基準値は、用途に応じて定められてもよく、例えば、所望の反応生成物の品質及び生産性を担保することができる一定の基準範囲であってもよい。送入量調整判定部75bは、例えば、セル体積比算出部75aにより算出されたスラグ流のセル体積比と、所定のセル体積比の基準値とを比較することで、算出されたスラグ流のセル体積比が所定のセル体積比の基準範囲内にあるか否かを判定することができる。更に、例えば、算出されたスラグ流のセル体積比が所定のセル体積比の基準範囲を超えたと判定した場合に、算出されたスラグ流のセル体積比と所定のセル体積比の基準値との差分を減少させるように、第2流体送入量の調整について判定することができる。送入量調整判定部75bによる第2流体送入量の調整についての判定は、後段の液体混合プロセスの説明において更に具体的に説明する。 The feed rate adjustment determination unit 75b can determine whether to adjust the second fluid feed rate by comparing the cell volume ratio calculated by the cell volume ratio calculation unit 75a with a predetermined reference value for the cell volume ratio. Here, the predetermined reference value for the cell volume ratio may be determined depending on the application, and may be, for example, a certain reference range that ensures the desired quality and productivity of the reaction product. For example, the feed rate adjustment determination unit 75b can determine whether the calculated cell volume ratio of the slug flow is within the predetermined reference range for the cell volume ratio by comparing the cell volume ratio of the slug flow calculated by the cell volume ratio calculation unit 75a with the predetermined reference value for the cell volume ratio. Furthermore, for example, if the calculated cell volume ratio of the slug flow exceeds the predetermined reference range for the cell volume ratio, the feed rate adjustment determination unit 75b can determine whether to adjust the second fluid feed rate so as to reduce the difference between the calculated cell volume ratio of the slug flow and the predetermined reference value for the cell volume ratio. The determination of whether to adjust the second fluid feed rate by the feed rate adjustment determination unit 75b will be explained in more detail later in the description of the liquid mixing process.

図8を参照して、演算装置70において実行されるプログラム75の流れについて説明する。図8は、図7の演算装置70のプログラム75のフローチャートである。図8に示すように、プログラム75は、以下3つのステップからなる。セル体積比算出部75aは、ステップS701に対応し、送入量調整判定部75bは、ステップS702及びS703に対応する。
(1)導電率検出部60によって検出されたスラグ流の導電率に基づいて、スラグ流のセル体積比を算出する(S701)。
(2)次に、算出されたスラグ流のセル体積比を、所定のセル体積比の基準値と比較することによって、第2流体送入量の調整を判定する(S702)。
(3)次いで、判定された第2流体送入量の調整を、流体送入制御部80に送信する(S703)。
The flow of program 75 executed by arithmetic device 70 will be described with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a flowchart of program 75 of arithmetic device 70 of Fig. 7. As shown in Fig. 8, program 75 consists of the following three steps. A cell volume ratio calculation unit 75a corresponds to step S701, and an input amount adjustment determination unit 75b corresponds to steps S702 and S703.
(1) The cell volume ratio of the slag flow is calculated based on the conductivity of the slag flow detected by the conductivity detection unit 60 (S701).
(2) Next, the calculated cell volume ratio of the slug flow is compared with a predetermined reference value of the cell volume ratio to determine whether or not to adjust the second fluid feed rate (S702).
(3) Next, the determined adjustment of the second fluid feed amount is transmitted to the fluid feed control unit 80 (S703).

≪表示部73≫
表示部73は、例えば、処理部71によりプログラム75が実行されて、得られたスラグ流のセル体積比、及び/又は第2流体送入量の調整の判定結果等を、例えば、ディスプレイ等に表示することができる。なお、表示部73は、用途によって省略することもできる。
≪Display section 73≫
The display unit 73 can display, for example, on a display or the like, the cell volume ratio of the slug flow obtained by executing the program 75 by the processing unit 71 and/or the determination result of the adjustment of the amount of second fluid fed. Note that the display unit 73 can be omitted depending on the application.

(流体送入制御部)
流体送入制御部80は、演算装置70により判定された第2流体送入量の調整に基づいて、流体送入部200の流量調整手段を動作させることによって、流体送入部200の流体送入を制御することができる。本実施の形態では、流体送入制御部80は、流体送入部200の流量調整手段であるポンプ16,26,36に接続されている(図1)。流体送入制御部80は、例えば、判定された第2流体送入量の調整に基づいて、算出されたスラグ流のセル体積比と所定のセル体積比の基準値との差分を減少させるように、ポンプ16,26,36のうちの1つ又は複数を動作させて流体送入部200の流体送入を制御することができる。
(Fluid feed control section)
The fluid feed control unit 80 can control the fluid feed of the fluid feed unit 200 by operating the flow rate adjustment means of the fluid feed unit 200 based on the adjustment of the second fluid feed rate determined by the computing device 70. In this embodiment, the fluid feed control unit 80 is connected to the pumps 16, 26, and 36, which are the flow rate adjustment means of the fluid feed unit 200 (FIG. 1). For example, the fluid feed control unit 80 can control the fluid feed of the fluid feed unit 200 by operating one or more of the pumps 16, 26, and 36 based on the adjustment of the determined second fluid feed rate so as to reduce the difference between the calculated cell volume ratio of the slug flow and a predetermined reference value of the cell volume ratio.

このように、本開示のマイクロリアクタ装置100は、流体送入制御機構300により、流体送入部200の流体送入を制御することによって、混合反応中にスラグ流のセル体積比の変動を抑制し、所望の品質及び生産性を有する反応生産物を提供することができる。 In this way, the microreactor device 100 of the present disclosure controls the fluid inflow of the fluid inlet section 200 using the fluid inlet control mechanism 300, thereby suppressing fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow during the mixing reaction and providing a reaction product with the desired quality and productivity.

本開示の実施の形態に係るマイクロリアクタ装置100の液体混合プロセスについて、以下、図9及び図10を参照して説明する。図9は、本開示の実施形態に係るマイクロリアクタ装置100の液体混合プロセスのフローチャートを示す図である。図10は、本開示の実施形態に係るマイクロリアクタ装置100の演算装置70によるセル体積比の算出の例を示す図である。 The liquid mixing process of the microreactor device 100 according to an embodiment of the present disclosure will now be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of the liquid mixing process of the microreactor device 100 according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 10 is a diagram showing an example of calculation of the cell volume ratio by the calculation device 70 of the microreactor device 100 according to an embodiment of the present disclosure.

《マイクロリアクタ装置の液体混合プロセス》
図9を用いて、併せて図1を参照しながらマイクロリアクタ装置100による液体混合プロセスを説明する。
<Liquid mixing process in a microreactor>
The liquid mixing process using the microreactor device 100 will be described with reference to FIG. 9 and FIG.

(1)まず、S801では、第1の流体と第2の流体とを混合流路40に送入する。本開示の実施の形態において、互いに可溶性を有する複数の液体を含む第1の流体の主成分は水であって、第1の流体に対して不溶性を有する第2の流体の主成分はオレイン酸である。また、第2の流体は、混合流路40に送入された第1の流体の流れと交差する方向B2から混合流路40に導入される(図1参照)。これによって、第2の流体が合流した後の混合流路40の第2流路部42内に、第1の流体のセルと第2の流体のセルとが交互に並んで流れるスラグ流を形成させる。 (1) First, in S801, a first fluid and a second fluid are fed into the mixing channel 40. In an embodiment of the present disclosure, the first fluid, which contains multiple liquids that are soluble in each other, is primarily composed of water, and the second fluid, which is insoluble in the first fluid, is primarily composed of oleic acid. The second fluid is introduced into the mixing channel 40 from a direction B2 that intersects with the flow of the first fluid fed into the mixing channel 40 (see FIG. 1). This forms a slug flow in which cells of the first fluid and cells of the second fluid flow alternately in a line within the second channel section 42 of the mixing channel 40 after the second fluid joins.

(2)次に、S801では、第1の流体の送入量である第1流体送入量と、第1流体送入量に対する第2の流体の送入量である第2流体送入量とを設定する。このとき、流体送入部200に設けられた流量調整手段であるポンプ16,26,36によって、第1の流体と第2の流体とは、それぞれ予め設定された第1流体送入量と第2流体送入量とで送入される。このとき、スラグ流のセル体積比が反応生産性及び反応生産物の品質に対する影響について事前に検証し、検証結果に基づいてスラグ流のセル体積比の基準値を設定することができる。第1流体送入量と第2流体送入量との初期設定値は、規定されたスラグ流のセル体積比の基準範囲内にあるように設定することができる。本実施の形態では、第1の流体のセルの体積対第2の流体のセルの体積の比をスラグ流のセル体積比とし、当該セル体積比の基準値を0.9~1.1の範囲とすることができる。 (2) Next, in S801, a first fluid inflow rate, which is the rate at which the first fluid is fed, and a second fluid inflow rate, which is the rate at which the second fluid is fed relative to the first fluid inflow rate, are set. At this time, the first fluid and the second fluid are fed at the preset first fluid inflow rate and second fluid inflow rate, respectively, by pumps 16, 26, and 36, which are flow rate adjustment means provided in the fluid inflow section 200. At this time, the effect of the cell volume ratio of the slug flow on reaction productivity and the quality of the reaction product can be verified in advance, and a reference value for the cell volume ratio of the slug flow can be set based on the verification results. The initial values for the first fluid inflow rate and the second fluid inflow rate can be set to fall within a specified reference range for the cell volume ratio of the slug flow. In this embodiment, the ratio of the volume of the cells of the first fluid to the volume of the cells of the second fluid is defined as the cell volume ratio of the slug flow, and the reference value for this cell volume ratio can be set in the range of 0.9 to 1.1.

また、本実施の形態では、液体混合開始時の第1流体送入量と第2流体送入量との初期設定は、流体送入制御部80が流体送入部200の流量調整手段であるポンプ16,26,36を動作させて行っている。しかし、本開示はこれに限定されない。例えば、手動で流量調整手段を操作して初期設定してもよい。なお、S801とS802とは、逆の順番で実行されてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the initial setting of the first fluid feed amount and the second fluid feed amount at the start of liquid mixing is performed by the fluid feed control unit 80 operating the pumps 16, 26, and 36, which are the flow rate adjustment means of the fluid feed unit 200. However, the present disclosure is not limited to this. For example, the initial setting may be performed by manually operating the flow rate adjustment means. Note that S801 and S802 may be executed in the reverse order.

(3)S803では、導電率検出部60によって、第2流路部42内のスラグ流に対して導電率を検出する。このとき、導電率検出部60の導電率測定器61は、所定時間において、電極部610の電極間を通過するスラグ流に対して導電率を測定し、得られた導電率の測定データを演算装置70に送信する。 (3) In S803, the conductivity detection unit 60 detects the conductivity of the slag flow in the second flow path section 42. At this time, the conductivity meter 61 of the conductivity detection unit 60 measures the conductivity of the slag flow passing between the electrodes of the electrode section 610 for a predetermined time, and transmits the obtained conductivity measurement data to the calculation device 70.

本実施の形態による導電率の測定データの一例を図10に示している。図10の下段には、導電率検出部60によって検出された混合流路内のスラグ流の導電率値の時間変化の一例を示し、図10の上段には、下段に示される導電率の測定結果に対応するスラグ流の構成状態のイメージ図を示している。 An example of conductivity measurement data according to this embodiment is shown in Figure 10. The bottom row of Figure 10 shows an example of the change over time in the conductivity value of the slug flow in the mixing channel detected by the conductivity detection unit 60, and the top row of Figure 10 shows an image of the slug flow configuration corresponding to the conductivity measurement results shown in the bottom row.

図示のように、第2流路部42内のスラグ流310において、第1の流体のセル311a,312aと、第2の流体のセル311b,312b,313bとが形成されている。
導電率σとσとは、それぞれスラグ流における第1の流体と第2の流体との導電率の値を示し、時間tとtとは、それぞれ第1の流体の導電率σが測定された時間と第2の流体の導電率σが測定された時間とを示している。前述したように、第1の流体と第2の流体と境界部において、表面張力の働きにより、流体セルは両端に部分球面形状に近い丸みを帯びた柱体の形状を呈している。したがって、時間tとtとは、第1の流体のセルの長さhm311aの中央部と、第2の流体のセルの長さhm311bの中央部とのそれぞれが導電率測定器61の電極部の測定空間を通過するときの導電率が検出された時間を示している。一方、第1の流体と第2の流体と境界部が導電率測定器61の電極部の測定空間を通過するときに、σとσとの間の値を有する導電率が検出される。本実施の形態では、図示第2の流体のセルの長さhf311bの前端部に対応する導電率の検出時間と、第2の流体のセルの長さhr311b,hr312bの後端部に対応する導電率の検出時間とを等しい値とし、共にtで示している。
As shown in the figure, in the slug flow 310 in the second flow path section 42, first fluid cells 311a and 312a and second fluid cells 311b, 312b and 313b are formed.
The conductivities σH and σL represent the values of the conductivities of the first and second fluids in the slug flow, respectively. Time t1 and t2 represent the times when the conductivities σH and σL of the first and second fluids are measured, respectively. As described above, due to the action of surface tension, the fluid cell at the boundary between the first and second fluids assumes the shape of a cylinder with rounded edges resembling partial spheres at both ends. Therefore, time t1 and t2 represent the times when the conductivities are detected when the center of the length hm311a of the first fluid cell and the center of the length hm311b of the second fluid cell pass through the measurement space of the electrode unit of the conductivity measuring device 61. Meanwhile, when the boundary between the first and second fluids passes through the measurement space of the electrode unit of the conductivity measuring device 61, a conductivity between σL and σH is detected. In this embodiment, the detection time of the conductivity corresponding to the front end of the cell of the second fluid with the length hf311b shown in the figure and the detection time of the conductivity corresponding to the rear end of the cell of the second fluid with the lengths hr311b and hr312b are set to be equal values, and both are indicated by t3 .

導電率の値について、例えば、σは第1の流体、本実施形態では水溶液の導電率であり、溶解しているイオン種とその濃度で値は変動するが、例えば、10[wt%]のNaCl水溶液の場合、約140[mS/cm]の値とすることができる。σは第2の流体、本実施形態ではオレイン酸の導電率であり、オレイン酸は絶縁性を有するため、σLは0に近い値とすることができる。前述したように、不溶流体には、ArガスやNガスといった不活性ガスの使用も考えられる。これらの不活性ガスも絶縁性を有するため、対応するσは0に近い値とすることができる。 Regarding the conductivity value, for example, σ H is the conductivity of the first fluid, which in this embodiment is the aqueous solution. The value varies depending on the dissolved ion species and their concentration, but for example, in the case of a 10 wt% NaCl aqueous solution, it can be set to a value of approximately 140 mS/cm. σ L is the conductivity of the second fluid, which in this embodiment is oleic acid. Since oleic acid has insulating properties, σ L can be set to a value close to 0. As mentioned above, inert gases such as Ar gas and N2 gas can also be used as the insoluble fluid. Since these inert gases also have insulating properties, the corresponding σ L can be set to a value close to 0.

(4)続いて、S804では、演算装置70のセル体積比算出部75aによってスラグ流のセル体積比を算出する。例えば、導電率検出部60によって検出された第1の流体と第2の流体とのそれぞれに対応する導電率σ,σの検出された時間t,tに基づいて、更に混合流路内の第1の流体と第2の流体との流速及び混合流路の流路径を用いることで、スラグ流における第1の流体と第2の流体とのセル体積比を算出することができる。このとき、更に、第1の流体と第2の流体と境界部に対応するσとσとの間の値を有する導電率の検出された時間tを用いて、第1の流体のセルと第2の流体のセルとの境界部の形状の変化を把握することができ、より正確にセル体積比を算出することができる。 (4) Subsequently, in S804, the cell volume ratio of the slug flow is calculated by the cell volume ratio calculation unit 75a of the computing device 70. For example, the cell volume ratio of the first fluid to the second fluid in the slug flow can be calculated based on the times t1 and t2 at which the conductivities σH and σL corresponding to the first and second fluids, respectively, detected by the conductivity detection unit 60, and further using the flow velocities of the first and second fluids in the mixing channel and the flow path diameter of the mixing channel. At this time, the change in the shape of the boundary between the cells of the first fluid and the cells of the second fluid can be grasped using the time t3 at which the conductivity having a value between σL and σH corresponding to the boundary between the first and second fluids is detected, thereby enabling more accurate calculation of the cell volume ratio.

以下、一例として、スラグ流が流れる混合流路の断面が円形である場合に、第1の流体と第2の流体との間の表面張力による境界部の形状を考慮したスラグ流のセル体積比の算出方法を具体的に説明する。 As an example, below we will explain in detail how to calculate the cell volume ratio of a slug flow, taking into account the shape of the boundary between the first and second fluids due to surface tension, when the cross section of the mixing channel through which the slug flow flows is circular.

まず、表面張力は流体間の境界面で働く張力であり、流体間の境界面は、表面張力をできる限り小さくするように、部分球面形状に形成される。当該部分球面形状は、球を1つの平面で切り取ったときにできた立体形状である球欠型に近似することができる。球欠の側面部分は球冠と呼ばれ、球欠の切り口の円の半径をrとし、球欠切り口の円の中心から球冠までの距離をhとしたとき、一般に、球欠の体積は以下の式により算出することができる。 First, surface tension is the tension that acts on the boundary surface between fluids, and the boundary surface between fluids is formed into a partial spherical shape to minimize surface tension. This partial spherical shape can be approximated by a spherical cap, which is the three-dimensional shape created when a sphere is cut along a single plane. The side portion of the spherical cap is called the cap, and when the radius of the circle at the cut end of the spherical cap is r and the distance from the center of the circle at the cut end of the spherical cap to the cap is h, the volume of the spherical cap can generally be calculated using the following formula.

図10に示すスラグ流310が流れる第2流路部42の断面を半径rの円形とし、スラグ流310における流体の流速がuである場合、第1の流体のセル311aの体積をVとし、第2の流体のセル311bの体積をVとし、第1の流体と第2の流体との境界部の球欠の体積をVとすると、V、V、Vは、それぞれ以下の式により算出することができる。 If the cross section of the second flow path section 42 through which the slug flow 310 shown in Figure 10 flows is a circle with a radius r, and the flow velocity of the fluid in the slug flow 310 is u, then if the volume of the cell 311a of the first fluid is V1 , the volume of the cell 311b of the second fluid is V2 , and the volume of the spherical cavity at the boundary between the first fluid and the second fluid is V3 , then V1 , V2 , and V3 can be calculated using the following equations.





このように、第1の流体と第2の流体との間の表面張力による境界部の形状を考慮して、スラグ流310のセル体積比V/Vをより正確に算出することができる。なお、ここで、スラグ流が流れる混合流路の断面を円形としてセル体積比V/Vの算出方法を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、スラグ流が流れる混合流路の流路断面が矩形、又は他の形状であってもよく、実際の流路断面形状に合わせてスラグ流のセル体積比を算出することができる。また、導電率に基づいてスラグ流のセル体積比の算出は、前記の例示に限定されない。例えば、スラグ流における流体セルの前端部と後端部とが均等な形状を有さない場合に、流体セルの前端部と後端部とのそれぞれに対応する導電率の検出時間を用いてセル体積比を算出することができる。 In this way, the cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow 310 can be calculated more accurately by taking into account the shape of the boundary between the first fluid and the second fluid due to surface tension. While the calculation method for the cell volume ratio V1 / V2 has been described above assuming that the cross section of the mixing channel through which the slug flow flows is circular, the present disclosure is not limited to this. For example, the cross section of the mixing channel through which the slug flow flows may be rectangular or have another shape, and the cell volume ratio of the slug flow can be calculated based on the actual cross-sectional shape of the channel. Furthermore, the calculation of the cell volume ratio of the slug flow based on the conductivity is not limited to the above example. For example, if the front and rear ends of the fluid cells in the slug flow do not have uniform shapes, the cell volume ratio can be calculated using the conductivity detection times corresponding to the front and rear ends of the fluid cells.

(5)続いて、S805では、演算装置70の送入量調整判定部75bによって第2流体送入量の調整を判定する。このとき、セル体積比算出部75aによって算出されたスラグ流のセル体積比V/Vと予め設定した体積比の基準値とを比較することによって第2流体送入量の調整を判定することができる。 (5) Subsequently, in S805, the feed rate adjustment determination unit 75b of the computing device 70 determines whether to adjust the second fluid feed rate. At this time, the adjustment of the second fluid feed rate can be determined by comparing the cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow calculated by the cell volume ratio calculation unit 75a with a preset reference value of the volume ratio.

例えば、判定1において、算出されたスラグ流のセル体積比V/Vが所定のセル体積比の基準値よりも大きい場合には、第2流体送入量を減少するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(S806)。反対に、判定2において、算出されたスラグ流のセル体積比V/Vが所定のセル体積比の基準値よりも小さい場合には、第2流体送入量を増加するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(S807)。また、判定3において、算出されたスラグ流のセル体積比V/Vが所定のセル体積比の基準範囲内である場合には、第2流体送入量を維持するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(S808)。 For example, in judgment 1, if the calculated cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow is greater than a predetermined reference value of the cell volume ratio, a determination can be made to adjust the second fluid inflow rate so as to decrease the second fluid inflow rate (S806). Conversely, in judgment 2, if the calculated cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow is less than the predetermined reference value of the cell volume ratio, a determination can be made to adjust the second fluid inflow rate so as to increase the second fluid inflow rate (S807). Furthermore, in judgment 3, if the calculated cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow is within the predetermined reference range of the cell volume ratio, a determination can be made to adjust the second fluid inflow rate so as to maintain the second fluid inflow rate (S808).

具体的には、本実施の形態では、例えば、セル体積比算出部75aにより算出されたスラグ流のセル体積比V/Vと、予め設定されたセル体積比の基準値の範囲0.9~1.1に比較する。この場合、例えば、送入量調整判定部75bによる比較した結果、混合流路内で流れているスラグ流のセル体積比が基準値0.9未満であるときは、図9に示す判定1となる。すなわち、第1の流体のセル311a,312aが小さく、第2の流体のセル311b,312b、313bの割合が大きすぎるため、所望の反応生産性の確保が影響される状態であると推定される。この場合、送入量調整判定部75bは、第2流体送入量を減少するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(図9に示すS806)。 Specifically, in this embodiment, for example, the cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow calculated by the cell volume ratio calculation unit 75a is compared with a preset reference value range of 0.9 to 1.1 for the cell volume ratio. In this case, for example, if the comparison by the feed rate adjustment determination unit 75b reveals that the cell volume ratio of the slug flowing in the mixing channel is less than the reference value of 0.9, the result is Determination 1 shown in FIG. 9 . That is, it is estimated that the ratio of the first fluid cells 311a and 312a is too small and the ratio of the second fluid cells 311b, 312b, and 313b is too large, thereby affecting the desired reaction productivity. In this case, the feed rate adjustment determination unit 75b can determine to adjust the second fluid feed rate so as to reduce the second fluid feed rate (S806 shown in FIG. 9 ).

反対に、例えば、送入量調整判定部75bによる比較した結果、算出されたスラグ流のセル体積比V/Vがセル体積比の基準値1.1を超えたときは、図9に示す判定2となる。すなわち、第1の流体のセル311a,312aが大きく、第2の流体のセル311b,312b、313bの割合が小さすぎるため、所望の反応生成物の品質確保が影響される状態であると推定される。この場合、送入量調整判定部75bは、第2流体送入量を増加するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(図9に示すS807)。 On the other hand, for example, when the comparison by the feed rate adjustment determination unit 75b reveals that the calculated cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow exceeds the reference cell volume ratio value of 1.1, the determination is made as shown in FIG. 9. That is, it is estimated that the ratio of the first fluid cells 311a, 312a is large and the ratio of the second fluid cells 311b, 312b, 313b is too small, affecting the quality of the desired reaction product. In this case, the feed rate adjustment determination unit 75b can determine to adjust the second fluid feed rate so as to increase the second fluid feed rate (S807 shown in FIG. 9).

また、送入量調整判定部75bによる比較した結果、算出されたスラグ流のセル体積比V/Vがセル体積比の基準範囲0.9~1.1内であるときは、図9に示す判定3となる。すなわち、混合流路内で流れているスラグ流は、所望の反応生産性及び所望の反応生成物の品質が確保可能な状態であると推定される。この場合、送入量調整判定部75bは、第2流体送入量を維持するように、第2流体送入量の調整を判定することができる(図9に示すS808)。 Furthermore, when the comparison by the feed rate adjustment determination unit 75b reveals that the calculated cell volume ratio V1 / V2 of the slug flow is within the reference range of cell volume ratios of 0.9 to 1.1, the result is determination 3 shown in Figure 9. In other words, it is estimated that the slug flow in the mixing channel is in a state where the desired reaction productivity and the desired quality of the reaction product can be ensured. In this case, the feed rate adjustment determination unit 75b can determine to adjust the second fluid feed rate so as to maintain the second fluid feed rate (S808 shown in Figure 9).

続いて、送入量調整判定部75bによる第2流体送入量の調整についての判定結果は、流体送入制御部80に送信される。流体送入制御部80は、当該判定結果に基づいて、流体送入部200に設けられた流量調整手段を動作させることによって、例えば、第2流体送入量を調整した値で再設定するように制御する(S802に戻る)か、又は設定された第2流体送入量を維持して液体混合を進める。このように、混合反応において、S802乃至805、そして、806又は807又は808の操作を繰り返すことによって、スラグ流のセル体積比の変動を抑制することができ、安定な品質及び生産性を有する反応生産物を提供することができる。 Then, the result of the determination by the feed rate adjustment determination unit 75b regarding the adjustment of the second fluid feed rate is transmitted to the fluid feed control unit 80. Based on this determination result, the fluid feed control unit 80 operates the flow rate adjustment means provided in the fluid feed unit 200, thereby, for example, controlling the second fluid feed rate to be reset to an adjusted value (return to S802), or maintaining the set second fluid feed rate and continuing liquid mixing. In this way, by repeating the operations of S802 to 805, and 806, 807, or 808 in the mixing reaction, fluctuations in the cell volume ratio of the slug flow can be suppressed, and a reaction product with stable quality and productivity can be provided.

このように、本開示のマイクロリアクタ装置100は、流体供給の安定性によるセル体積比の変動だけでなく、混合流路内の流体の物性や状態等による流体セルの形状の変化を併せて把握し、スラグ流のセル体積比を精密に制御することができる。 In this way, the microreactor device 100 of the present disclosure can accurately control the cell volume ratio of the slug flow by understanding not only fluctuations in the cell volume ratio due to the stability of the fluid supply, but also changes in the shape of the fluid cell due to the physical properties and state of the fluid in the mixing channel.

なお、本開示の実施の形態に係る流体送入制御機構300は、第1の流体の送入量に対する第2の流体の相対送入量の制御において、流体送入部による第2の流体の送入量を調整することによって実行されてもよく、用途に応じて、代えて又は合わせて第1の流体の送入量を調整することによって実行してもよい。 The fluid feed control mechanism 300 according to the embodiment of the present disclosure may control the relative feed rate of the second fluid to the feed rate of the first fluid by adjusting the feed rate of the second fluid by the fluid feed unit, or alternatively or in addition to adjusting the feed rate of the first fluid, depending on the application.

また、上記実施の形態において、算出されたセル体積比と、所定のセル体積比の基準値との比較に基づいて、流体の送入を制御するように説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、連続的に検出されたスラグ流の導電率に基づいて算出したスラグ流のセル体積比の変動と所定の基準値との比較に基づいて、流体の送入を制御することもできる。 Furthermore, in the above embodiment, the fluid inflow is controlled based on a comparison between the calculated cell volume ratio and a predetermined reference value for the cell volume ratio. However, the present disclosure is not limited to this. For example, the fluid inflow can also be controlled based on a comparison between the fluctuation in the cell volume ratio of the slug flow, calculated based on the continuously detected conductivity of the slug flow, and a predetermined reference value.

以上のように、本開示における技術の例示としての実施の形態を説明するために、添付図面及び詳細な説明を提供した。したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。したがって、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 As stated above, the accompanying drawings and detailed description have been provided to explain exemplary embodiments of the technology disclosed herein. Therefore, the components described in the accompanying drawings and detailed description may include not only components essential for solving the problem, but also components that are not essential for solving the problem in order to illustrate the technology. Therefore, the fact that these non-essential components are described in the accompanying drawings or detailed description should not be interpreted as immediately indicating that these non-essential components are essential.

本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。そのような変更、及び異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。 While this disclosure has been fully described in connection with preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, various modifications are possible within the scope of the claims. Such modifications, as well as embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments, are also within the technical scope of this disclosure.

本開示は、互いに可溶性を有する流体を混合する装置に適用可能である。本開示は、例えば、水熱合成反応を用いた微粒子の製造等に適用可能である。 This disclosure is applicable to devices that mix mutually soluble fluids. This disclosure is applicable, for example, to the production of microparticles using hydrothermal synthesis reactions.

10,20 液体供給部
30 不溶流体導入部
40 混合流路
12,22,32 流体容器
14,24,34 配管
16,26,36 ポンプ
41,42,421,422 流路部
42a,42b 流路壁
50 回収容器
60 導電率検出部
61 導電率測定器
62 データ転送部
70 演算装置
71 処理部
72 記憶部
73 表示部
75 プログラム
75a セル体積比算出部
75b 送入量調整判定部
80 流体送入制御部
100 マイクロリアクタ装置
200 流体送入部
300 流体送入制御機構
610 電極部
611,612 電極
S1,S2 開口部
110,210,310 スラグ流
C11,C21 循環流
V11a,V21a,V11b,V21b セル体積
,V セル体積
流体セルの前端部又は後端部の体積
10, 20 Liquid supply section 30 Insoluble fluid introduction section 40 Mixing flow channel 12, 22, 32 Fluid container 14, 24, 34 Piping 16, 26, 36 Pump 41, 42, 421, 422 Flow channel section 42a, 42b Flow channel wall 50 Recovery container 60 Conductivity detection section 61 Conductivity meter 62 Data transfer section 70 Arithmetic unit 71 Processing section 72 Memory section 73 Display section 75 Program 75a Cell volume ratio calculation section 75b Feed amount adjustment determination section 80 Fluid feed control section 100 Microreactor device 200 Fluid feed section 300 Fluid feed control mechanism 610 Electrode section 611, 612 Electrodes S1, S2 Opening 110, 210, 310 Slug flow C11, C21: Circulation flow V11a, V21a, V11b, V21b: Cell volume V1 , V2: Cell volume V3 : Volume of the front or rear end of the fluid cell

Claims (6)

複数の流体を混合流路に導入して混合させるマイクロリアクタ装置であって、
互いに可溶性を有する複数の液体を含む第1の流体と、前記第1の流体に対して不溶性を有する第2の流体とを、前記混合流路に送入する流体送入部であって、前記第1の流体を、第1流体送入量で前記混合流路に送入し、前記第2の流体を、前記混合流路に送入された前記第1の流体の流れと交差する方向から、前記第1流体送入量に対して第2流体送入量で前記混合流路に送入して、前記第2の流体が合流した後の前記混合流路内に、前記第1の流体のセルと前記第2の流体のセルとが交互に並んで流れるスラグ流を形成させる、前記流体送入部と、
送入された前記第1の流体と前記第2の流体とを合流させて下流側に流れる混合流路と、
前記スラグ流に対して導電率を検出する導電率検出部と、
検出された前記導電率に基づき、前記スラグ流における前記第1の流体のセルと前記第2の流体のセルとのセル体積比を算出するセル体積比算出部と、
算出された前記セル体積比に基づいて前記流体送入部の流体送入を制御する流体送入制御部と、
を備える、
マイクロリアクタ装置。
A microreactor device for introducing a plurality of fluids into a mixing channel and mixing the fluids,
a fluid inlet unit that feeds a first fluid containing a plurality of liquids that are soluble in each other and a second fluid that is insoluble in the first fluid into the mixing channel, the fluid inlet unit feeding the first fluid into the mixing channel at a first fluid inlet amount, and feeding the second fluid into the mixing channel at a second fluid inlet amount relative to the first fluid inlet amount from a direction that intersects with the flow of the first fluid fed into the mixing channel, thereby forming a slug flow in the mixing channel after the second fluid joins with the first fluid, in which cells of the first fluid and cells of the second fluid flow alternately side by side;
a mixing flow path in which the first fluid and the second fluid are mixed and flow downstream;
a conductivity detection unit for detecting the conductivity of the slag flow;
a cell volume ratio calculation unit that calculates a cell volume ratio of the first fluid cell to the second fluid cell in the slug flow based on the detected conductivity;
a fluid feed control unit that controls fluid feed of the fluid feed unit based on the calculated cell volume ratio;
Equipped with
Microreactor device.
送入量調整判定部を更に備え、
前記送入量調整判定部は、
前記セル体積比算出部により算出された前記セル体積比と、所定のセル体積比の基準値とを比較することによって、前記第2流体送入量の調整を判定し、
前記流体送入制御部は、判定された前記第2流体送入量の調整に基づいて、前記第2流体送入量を制御する、
請求項1に記載のマイクロリアクタ装置。
Further provided with a feed amount adjustment determination unit,
The feed amount adjustment determination unit
determining whether to adjust the second fluid feed rate by comparing the cell volume ratio calculated by the cell volume ratio calculation unit with a predetermined reference value of the cell volume ratio;
the fluid feed control unit controls the second fluid feed amount based on the determined adjustment of the second fluid feed amount.
The microreactor device according to claim 1 .
前記導電率検出部は、
前記第1の流体に対応する第1導電率と前記第2の流体に対応する第2導電率とを検出するように構成され、
前記セル体積比算出部は、前記第1導電率が検出された時間と前記第2導電率が検出された時間とに基づいて、前記セル体積比を算出する、
請求項1又は2に記載のマイクロリアクタ装置。
The conductivity detection unit
configured to detect a first conductivity corresponding to the first fluid and a second conductivity corresponding to the second fluid;
the cell volume ratio calculation unit calculates the cell volume ratio based on a time when the first conductivity was detected and a time when the second conductivity was detected.
The microreactor device according to claim 1 or 2.
前記導電率検出部は、更に、前記第1導電率と前記第2導電率との間の値を有する導電率を検出し、
前記セル体積比算出部は、前記第1導電率が検出された時間と、前記第2導電率が検出された時間と、前記第1導電率と前記第2導電率との間の値を有する導電率が検出された時間とに基づいて、前記セル体積比を算出する、
請求項3に記載のマイクロリアクタ装置。
the conductivity detection unit further detects a conductivity having a value between the first conductivity and the second conductivity;
the cell volume ratio calculation unit calculates the cell volume ratio based on a time when the first conductivity was detected, a time when the second conductivity was detected, and a time when a conductivity having a value between the first conductivity and the second conductivity was detected.
The microreactor device according to claim 3 .
前記導電率検出部は、
端部が前記スラグ流に接するように前記混合流路に配置される2つ以上の電極を備え、
2つ以上の前記電極のそれぞれは、前記端部以外の部分に絶縁性を有する素材からなる被覆層を有する、
請求項1又は2に記載のマイクロリアクタ装置。
The conductivity detection unit
two or more electrodes disposed in the mixing channel such that their ends contact the slug flow;
Each of the two or more electrodes has a coating layer made of an insulating material on a portion other than the end portion.
The microreactor device according to claim 1 or 2.
前記流体送入部は、流量調整手段を含み、
前記流体送入制御部は、前記流量調整手段を動作させることによって、前記第2流体送入量を制御する、
請求項1又は2に記載のマイクロリアクタ装置。
the fluid inlet portion includes a flow rate adjusting means;
the fluid feed control unit controls the second fluid feed amount by operating the flow rate adjustment means.
The microreactor device according to claim 1 or 2.
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