特許 5964995 滞留時間プレート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5964995

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】滞留時間プレート

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/32 20060101AFI20160721BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20160721BHJP

   F28F 3/06 20060101ALI20160721BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   B01J19/32

   F28D9/00

   F28F3/06 Z

   F28F3/08 301Z

【請求項の数】15

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-558161(P2014-558161)

(86)(22)【出願日】2013年3月14日

(65)【公表番号】特表2015-517895(P2015-517895A)

(43)【公表日】2015年6月25日

(86)【国際出願番号】EP2013055206

(87)【国際公開番号】WO2013135799

(87)【国際公開日】20130919

【審査請求日】2014年8月26日

(31)【優先権主張番号】12159429.5

(32)【優先日】2012年3月14日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】509005513

【氏名又は名称】アルファ−ラヴァル・コーポレート・アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】マグヌス・リングヴァル

(72)【発明者】

【氏名】カスパ・フーグルンド

【審査官】 中村 泰三

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０９０２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−２０４２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０２３６２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５０−０４７０６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５１−１５１８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０６７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３１３７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ １９／３２

Ｆ２８Ｆ ３／０６−９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各フローチャンバの長辺が、隣接するフローチャンバの長辺の隣に位置するように配置され、分離壁によって前記隣接するフローチャンバから分離された、少なくとも2つの実質的に平行な細長いフローチャンバの積層体であって、
各分離壁が、隣接する2つのフローチャンバ間で連通を成す少なくとも1つの貫通孔を有し、前記貫通孔が、前記分離壁に、前記フローチャンバの積層体を通って引いた想像中心線の各側に交互に配置され、したがってフローチャンバ内の流れ方向が、前記フローチャンバの延在部に沿い、かつ隣接するフローチャンバの流れ方向とは反対となる、積層体と、
液体入口から液体出口へと流れる液体が前記フローチャンバの積層体を通過するように配置された、少なくとも1つの液体入口および少なくとも1つの液体出口と、さらに
少なくとも1つのフローチャンバ内に配置され、それによって前記フローチャンバ内にいくつかの挿入部フロー通路を形成する少なくとも1つの流路強化挿入部であって、前記挿入部フロー通路が、前記フローチャンバ内を流れる液体が前記挿入部フロー通路を通って送られ、それによって前記フローチャンバの前記流れ方向に沿ってジクザグ流路を形成するように配置される、少なくとも1つの流路強化挿入部と、
を備え、
前記ジクザグ流路が、2つ以上の平面内で延び、それによって前記フローチャンバの前記流れ方向に沿って3次元ジクザグ流路を形成する、滞留時間プレート。

【請求項2】

少なくともいくつかの挿入部フロー通路が、前記流路強化挿入部と、前記フローチャンバを取り囲む任意の壁との間で形成される、請求項1に記載の滞留時間プレート。

【請求項3】

前記流路強化挿入部が、ジグザグパターンを形成する長方形または正方形のバッフルを備え、各バッフルが、2つの第1の平行な縁部および2つの第2の平行な縁部を有し、前記ジグザグパターンは、前記隣接するバッフルの前記第2の平行な縁部間で所定の角度を成すように、隣接するバッフルの第1の平行な縁部と出合うバッフルの第1の平行な縁部によって形成され、
前記ジグザグパターンが、前記第1の平行な縁部が前記分離壁と接触するように、前記細長いフローチャンバの前記方向に沿って延び、さらに
隣接する2つのバッフル同士が、前記第1の平行な縁部のところでオフセットして出合い、それによって1つ置きのバッフルが、前記第1の平行な縁部に沿って第1の方向に位置がずれ、間にあるバッフルが、前記第1の平行な縁部に沿って反対の方向に位置がずれた交互のパターンを形成し、それによって前記バッフルの前記第2の平行な縁部と、前記フローチャンバを取り囲む任意の壁との間で前記挿入部フロー通路が形成される、請求項2に記載の滞留時間プレート。

【請求項4】

前記流路強化挿入部が、それ自体に挿入部フロー通路を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の滞留時間プレート。

【請求項5】

前記流路強化挿入部が、前記流路強化挿入部の少なくともいくつかの挿入部フロー通路のところから延びるバッフルをさらに備える、請求項4に記載の滞留時間プレート。

【請求項6】

前記バッフルおよび挿入部貫通通路が、前記液体をフローチャンバの流れ方向に沿って、少なくとも2つの異なるジグザグパターンで案内するように配置される、請求項5に記載の滞留時間プレート。

【請求項7】

前記少なくとも2つの異なるジグザグパターンが、絡み合っている、請求項6に記載の滞留時間プレート。

【請求項8】

前記流路強化挿入部が、いくつかの挿入部フロー通路が細長いシートに沿って列として配置された細長いシートを備え、バッフルが前記細長いシートの前記挿入部フロー通路のところから、前記細長いシートの第1の面からと、前記細長いシートの前記第1の面とは反対の第2の面からとで交互に延びる、請求項6または7に記載の滞留時間プレート。

【請求項9】

2つのバッフルが、各挿入部フロー通路から互いに反対方向に延び、さらに前記バッフルが、前記バッフルの表面が前記フローチャンバの前記流れ方向に対して傾斜するように配置される、請求項5から8のいずれか一項に記載の滞留時間プレート。

【請求項10】

前記流路強化挿入部が、少なくとも1つの触媒でコーティングされる、請求項1から9のいずれか一項に記載の滞留時間プレート。

【請求項11】

フローチャンバ間の前記少なくとも1つの貫通孔が、前記少なくとも1つの貫通孔を通過する液体の混合を高めるためのネットを有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の滞留時間プレート。

【請求項12】

2枚のユーティリティプレート間に配置された、請求項1から11のいずれか一項に記載の滞留時間プレートを備え、前記ユーティリティプレートが、前記フローチャンバの対向する2つの壁を形成し、前記壁が、前記フローチャンバ間の前記分離壁によって形成される壁に対して垂直である、組立て式滞留時間区画。

【請求項13】

少なくとも1つのユーティリティプレートが、ユーティリティ連結プレート、タービュレータフレームに配置され、前記ユーティリティ連結プレートの上面にあり、前記ユーティリティプレート内での伝熱を高めるためのタービュレータプレート、前記タービュレータプレートの外周周りに配置されたOリング、前記滞留時間プレートと前記ユーティリティプレートとの間のバリアとなる伝熱プレート、および、前記滞留時間プレートを嵌め込むことができるユーティリティフレームプレートがこの順番に積層されている積層体を備える、請求項12に記載の組立て式滞留時間区画。

【請求項14】

前記滞留時間プレートが、前記ユーティリティフレームプレートに嵌め込まれ、前記伝熱プレートが、前記フローチャンバの前記対向する壁の一方を形成する、請求項13に記載の組立て式滞留時間区画。

【請求項15】

請求項12から14のいずれか一項に記載の1つまたは複数の組立て式滞留時間区画、および挟持装置を備え、前記挟持装置が、フレームと、前記滞留時間区画が間に配置される2枚のエンドプレートとを備える、フローモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、滞留時間プレート、組立て式滞留時間区画、フローモジュール、およびフローモジュールの化学反応用の反応器としての使用に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの化学反応は、完了するまでに長い反応時間を要する。バッチ反応器は熱効率が悪く、他にも欠点があるため、解決策を提供することが模索されてきている。一方、プレート反応器では、連続流が先進のプレート熱変換器技術と組み合わされ、バッチ反応器のいくつかの制約を克服することができ、したがって安全で、環境に優しく、かつ費用効果の高いプロセス強化が可能となる。しかし、かかる化学反応にプレート反応器を合わせる、または適合させるにはコストがかかり得る。連続反応器では、滞留時間が長いため「長チャネル」となり、プロセスフローの慎重な調節が伴う。プレート反応器の「長チャネル」には、数枚のプレートが必要となり、したがってプレート生産に多量の材料が必要となり、反応プレートは容積比あたりのコストが高いので、コストがかかることになる。さらに、かかる「長」チャネルでは、プレート反応器の適切な混合特性、またはプラグ流特性を促進しにくくなることがある。したがって、当技術分野では、プレート反応器用の改良型反応プレートが求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、従来技術で直面している問題のいくつかを克服または少なくとも軽減する反応プレートを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第1の態様として、
- 各フローチャンバの長辺が、隣接するフローチャンバの長辺の隣に位置するように配置され、分離壁によって隣接するチャンバから分離された、少なくとも2つの実質的に平行な細長いフローチャンバの積層体であって、
- 各分離壁が、隣接する2つのフローチャンバ間で連通を成す少なくとも1つの貫通孔を有し、貫通孔が、分離壁に、フローチャンバの積層体を通って引いた想像中心線の各側に交互に配置され、したがってフローチャンバ内の流れ方向が、フローチャンバの延在部(extension)に沿い、かつ隣接するチャンバの流れ方向とは反対となる、積層体と、
- 液体入口から液体出口へと流れる液体がフローチャンバの積層体を通過するように配置された、少なくとも1つの液体入口、および少なくとも1つの液体出口と、さらに
- 少なくとも1つのフローチャンバ内に配置され、それによってフローチャンバ内にいくつかの挿入部フロー通路を形成する少なくとも1つの流路強化挿入部であって、挿入部フロー通路が、フローチャンバ内を流れる液体が挿入部フロー通路を通って送られ、それによってフローチャンバの流れ方向に沿ってジクザグ流路を形成するように配置される、少なくとも1つの流路強化挿入部と
を備える、滞留時間プレートが提供される。

【0005】

滞留時間プレートとは、連続フロー反応器に適したプレートを指す。

【0006】

フローチャンバとは、3次元長方形形状を有するものなどの3次元チャンバを指す。細長いフローチャンバは、1次元が、他の次元の長さよりも長い長さまたは延在部を有することができる。フローチャンバの積層体とは、細長いフローチャンバが、それらの長辺、または最長辺が互いに隣り合って横並びに配置された積層体を指す。積層体は、少なくとも5個のフローチャンバ、少なくとも10個のフローチャンバ、少なくとも15個のフローチャンバなど、フローチャンバを何個でも備えることができる。フローチャンバは、それらの最長辺が実質的に平行となるように積層体として配置される。フローチャンバは、寸法が実質的に等しいものでよく、一フローチャンバが、隣接するチャンバに対してずれないように互いに隣り合って配置することができる。フローチャンバは、分離壁によって分離されている。したがって、分離壁の片面が、一フローチャンバと接触し得、分離壁の他方の面が、積層体の隣接するフローチャンバと接触する。

【0007】

分離壁は、フローチャンバの積層体が直列に結合されるように、すなわち積層体に液体を流すと、積層体の全てのチャンバが液体と接触し得るように、少なくとも1つの貫通孔を有する。チャンバの積層体を通る想像直線を、各チャンバの中心を通るように引くと、貫通孔は、この線の片側と、この線の他方側とで交互に配置される。したがって、貫通孔は、1つ置きの分離壁に、想像直線の同じ側にある。言い換えれば、壁の貫通孔は交互にあり、すなわち貫通孔は想像直線の右側にあるか、または貫通孔は想像直線の左側にある。このように、チャンバの積層体を通って流れる液体は、一チャンバでは第1の流れ方向を有し、積層体の隣接するチャンバでは第1の方向とは反対の第2の方向を有することになる。したがって、液体は、入口から出口へと積層体を通って流れる際に、ジクザグ経路全体に流れることができる。貫通孔は、可能な限り最長の流路が形成されるように分離壁に配置することができる。したがって、貫通孔は、液体が実質的にチャンバの少なくともいくつかの全長にわたって、例えば全てのチャンバの全長にわたって流れることができるように、細長いフローチャンバの短辺に近接するように配置することができる。

【0008】

液体入口および液体出口は、積層体の底部フローチャンバおよび頂部フローチャンバにそれぞれ配置することができる。したがって、液体入口および液体出口は、積層体の両端部のチャンバに配置することができる。したがって、入口から出口へと流れる液体は、積層体の全てのフローチャンバを通過することができる。液体入口および/または出口は、底部フローチャンバおよび頂部フローチャンバの短辺など、細長いフローチャンバの短辺にそれぞれ配置することができる。

【0009】

流路強化挿入部とは、チャンバ内を流れる液体が特定の流路を辿るように案内する、フローチャンバ内の挿入部を指す。したがって、この流路は、流路強化挿入部を含まないフローチャンバの流路よりも長い。一例として、全てのフローチャンバは、かかる挿入部を備えることができる。フローチャンバ内に挿入部が存在する場合、液体がフローチャンバを通って流れる挿入部フロー通路が形成される。この挿入部フロー通路は、液体が、フローチャンバの流れ方向に沿ってジクザグ流路を取るように配置される。

【0010】

ジクザグ流路とは、フローが、全体の流れ方向(general flow direction)を辿りながらも、流れの方向が交互に変化する流路を指す。したがって、ジクザグ流路は、方向が交互に鋭角に転換することを特徴とする、全体の線に沿った流れ方向でよい。ジクザグ流路は、2次元ジクザグ流路でよい。デカルト座標を使用することによって、入口から出口への全体的な流路を、y軸に沿った流れ方向として表すことができ、すなわちフローチャンバの積層体はかかるy軸に沿って延ばすことができる。言い換えれば、フローチャンバの積層体を通る想像直線は、y方向でよい。各チャンバの全体的な流れ方向は、x軸に沿うことができ、すなわちy方向に対して垂直な方向である。したがって、フローチャンバは、x方向に細長くてよい。流路は隣接するフローチャンバで交互になっているので、流路は、一フローチャンバでは正のx軸に沿い、隣接するチャンバでは負のx軸に沿うことになり得る。フローチャンバ内のジクザグパターンは、フローチャンバの2次元に延ばすことができる。一例として、ジクザグパターンは、x軸およびy軸によって形成される平面内で延ばすことができる。さらなる例として、フローチャンバ内のジクザグパターンは、x軸およびz軸によって形成される平面内で延ばすことができ、z軸はx軸にもy軸にも垂直な軸である。言い換えれば、フローチャンバの「厚さ」または「深さ」をz方向とし、長さ、すなわちチャンバの最長方向をx方向とし、チャンバの高さをy方向とすることができる。

【0011】

本発明の第1の態様による滞留時間プレートは、滞留時間プレートを通って流れる液体で生じる連続反応に対する優れた伝熱を促進するという点で有利である。さらに、このプレートは、フローチャンバを通って流れる液体にプラグ流状態を与え、それと同時に液体成分の適切な混合を実現する。この滞留時間プレートは、プレートに必要となる材料が少なくなるので、コストがそれほどかからない連続フロー反応器をさらに提供する。このことによってさらに、重量の少ないプレートが得られることになり、したがって連続フロー反応器を組み立てる、または分解するときに取り扱いやすくなる。

【0012】

本発明の第1の態様の実施形態では、ジクザグ流路は、フローチャンバを取り囲むいかなる壁または面にも平行でない平面内で延びている。したがって、上記で使用したデカルト用語を用いると、ジクザグパターンは、xy平面およびxz平面に対してそれぞれ傾斜した平面内で延ばすことができる。

【0013】

本発明の第1の態様の実施形態では、ジクザグ流路は、2つ以上の平面内で延び、それによってフローチャンバの流れ方向に沿って3次元ジクザグ流路を形成している。

【0014】

したがって、上記で使用したデカルト用語を用いると、ジクザグ流路は、例えばx軸およびy軸によって形成される平面と、x軸およびz軸によって形成される平面との両方に延ばすことができる。言い換えれば、この流路は、フローチャンバ内の流れ方向に沿って3次元螺旋形流路を形成することができる。したがって、3次元ジクザグ流路は、x方向に沿って流れる際に、z方向にもy方向にも方向が変わる流路でよく、x方向は、チャンバの延在部に沿った方向である。したがって、この流路は、フローチャンバの延在部に沿ってコイル形流路を形成することができる。このことは、プラグ流特性をなおも与えながらも、液体のさらなる伝熱および混合が可能となるという点で有利である。

【0015】

本発明の第1の態様の実施形態では、少なくともいくつかの挿入部フロー通路が、流路強化挿入部と、フローチャンバを取り囲む任意の壁との間で形成される。

【0016】

「任意の壁」とは、上述の分離壁でも、分離壁に対して垂直な壁でもよい。一例として、壁は、滞留時間プレートが連続プレート反応器に取り付けられる際に形成することができる。実施形態では、滞留時間プレートは、それ自体が取り囲む壁、すなわち分離壁に対して垂直な壁をさらに備える。

【0017】

一例として、流路強化挿入部は、ジクザグパターンを形成する長方形または正方形のバッフルを備えることができ、各バッフルは、2つの第1の平行な縁部、および2つの第2の平行な縁部を有し、ジクザグパターンが、バッフルの第1の平行な縁部が、隣接するバッフルの第1の平行な縁部と、隣接するバッフルの第2の平行な縁部間である角度を成すように出合うことによって形成され、
このジグザグパターンは、第1の縁部が分離壁と接触するように、細長いフローチャンバの方向に沿って延び、さらに、
隣接する2つのバッフル同士が、それらの第1の縁部のところでオフセットして出合い、それによって1つ置きのバッフルが、第1の縁部に沿って第1の方向に位置がずれ、間にあるバッフルが、第1の縁部に沿って反対方向に位置がずれた交互のパターンを形成し、それによってバッフルの第2の縁部と、フローチャンバを取り囲む任意の壁との間で挿入部フロー通路が形成されている。

【0018】

上記の特定の実施形態は、詳細な説明および図では「A型」として示す例として例示している。

【0019】

したがって、挿入部は、ジグザグパターンを形成する正方形もしくは長方形の区画、またはバッフルによって形成することができる。ジグザグパターンは、隣接するバッフルの2つの第1の縁部同士が、隣接するバッフルの第2の縁部間で所定の角度を成すように出合うことによって形成される。これは、隣接する2つのバッフルの第2の平行な縁部が、角度βなどの傾斜で互いに傾斜していることを意味する。この角度は、約25°から115°、例えば約90°でよい。しかし、βは、バッフルのジグザグパターン全体にわたって一定でよく、すなわちバッフルは1つ置きに互いに平行でよい。

【0020】

さらに、隣接するバッフル同士は、第1の縁部に沿った方向にオフセットして互いに出合い、それによって交互のパターンを形成している。このパターンでは、バッフルは1つ置きに、隣接するバッフルに対して位置がずれている。言い換えれば、全てのバッフルの中心を通る想像直線を引くと、1つ置きのバッフルが、この想像直線に対して垂直な軸に沿った第1の方向に位置がずれ、間にあるバッフルが、この第1の方向とは反対の方向に位置がずれている。

【0021】

このように位置がずれているため、プレートをプレート反応器に取り付けると、第2の縁部と、チャンバを取り囲む壁との間で挿入部フロー通路が形成される。したがって、これらの壁は、滞留時間プレートの分離壁に平行となる。本発明者らは、このタイプの挿入部によって、液体がフローチャンバの方向に沿って「ねじれた」形またはほぼ螺旋形の経路、すなわち2つ以上の平面内で延びるジクザグ流路を取ることになるという点で、このタイプの挿入部は有利であることを見出した。

【0022】

本発明の第1の態様の実施形態では、流路強化挿入部は、それ自体に挿入部フロー通路を備える。したがって、挿入部は、液体が挿入部を通って流れるための貫通孔を備えることができる。

【0023】

さらに、この挿入部は、挿入部の少なくともいくつかの挿入部フロー通路のところから延びるバッフルを備えることができる。

【0024】

バッフルは、挿入部の表面から延ばすことができる。かかるバッフルは、液体をジグザグパターンで案内する一助となり得る。バッフルは、正方形または長方形など、いかなる形でもよい。バッフルは、挿入部の表面に対して垂直となるように延ばすことができる。少なくともいくつかのバッフル、およびいくつかの挿入部フロー通路は、同じ寸法を有することができる。

【0025】

一例として、バッフルおよび挿入部貫通通路は、液体をフローチャンバの流れ方向に沿って、少なくとも2つの異なるジグザグパターンで案内するように配置することができる。

【0026】

少なくとも2つの異なるジグザグパターンは、絡み合わせることができる。こうすることによって、液体の混合をさらに助けることができる。さらに、少なくとも2つの異なるジグザグパターンは、同一平面にあってもよい。

【0027】

したがって、挿入部は、液体を絡み合った2つの経路に案内するように配置することができ、それらの経路はそれぞれジクザグ型のパターンを形成する。これらの経路は、同一平面にあっても、異なる平面にあってもよい。こうした経路は、例えばフローチャンバに挿入すると、バッフルの端部と、フローチャンバの壁との間に通路が残るバッフルを使用することによって実現することができる。

【0028】

一例として、挿入部は、いくつかの挿入部フロー通路がシートに沿って列として配置された細長いシートを備えることができ、バッフルがシートの挿入部フロー通路のところから、シートの第1の面からと、シートの第1の面とは反対の第2の面からとで交互に延びている。

【0029】

上記の特定の実施形態は、詳細な説明および図では「B型」として示す例として例示している。本発明者らは、かかる挿入部によって、液体が絡み合った2つのジグザグパターンで流れるように案内され、それによって液体のプラグ流および混合が促進されることを見出した。

【0030】

このシートは、金属シートでよい。細長いシートを、シートの細長い方向が、チャンバの細長い方向と位置が合うように、フローチャンバ内に配置することができる。挿入部フロー通路および/またはバッフルは、正方形または長方形の形状を有することができる。バッフルは、フローチャンバの流れ方向に対して傾斜させてもよい。したがって、バッフルの表面に対する法線は、チャンバの全体的な流れ方向と位置合わせされたベクトルに対してある角度を成すことができる。

【0031】

バッフルは、シートの面または表面に対して垂直となるように延ばすことができる。

【0032】

一例として、2つ以上のバッフルを、挿入部の挿入部フロー通路のところから延ばすことができる。例えば、少なくとも2つのバッフルを、各挿入部フロー通路から互いに反対方向に延ばすことができ、これらのバッフルは、バッフルの表面がフローチャンバの流れ方向に対して傾斜するように配置することができる。

【0033】

上記の特定の実施形態は、詳細な説明および図では「C型」として示す例として例示している。したがって、フローはある角度でバッフル表面に当たることになり得、すなわちバッフルの表面から延びる法線ベクトルは、フローチャンバ内の流れ方向を表すベクトルに対してある角度を成すことができる。「反対方向」とは、少なくとも2つのバッフルが、シートの異なる面で挿入部フロー通路から延びることを意味し得る。上記で使用したデカルト用語を用いると、バッフルは、挿入部から正のz方向および負のz方向にそれぞれ延ばすことができる。

【0034】

フローチャンバは、上記の「C型」実施形態による少なくとも1つの挿入部を備えることができる。例えば、フローチャンバは、互いに隣り合って並んだ少なくとも2つの挿入部、例えば3つの挿入部を備えることができ、それによって液体をフローチャンバの流れ方向に沿って交錯したジグザグパターンで案内することができる。

【0035】

本発明の第1の態様の実施形態では、流路強化挿入部は、金属フォーム、またはオフセットストリップフィンタービュレータである。

【0036】

したがって、挿入部は、特定の形状を形成するように折り重ねることができる金属シートから構築することができる。適切な挿入部は、例えば金属フォーム、折重ねシート挿入部、バッフルラダーシート挿入部、積層シート挿入部、オフセットストリップフィンタービュレータ、またはそれらの組合せでよい。こうした挿入部によって、混合およびプラグ流を促進することができる。

【0037】

さらに、挿入部は、貫通通路が形成されたシートから構築することができ、これらの通路を前にカバーしていたシート材料でバッフルを形成することができる。したがって、貫通通路とバッフルとは、同じ形状を有することができる。したがって、例えば、貫通通路を正方形または長方形とする場合、貫通通路およびバッフルは、各貫通通路について、正方形または長方形の3辺に沿ってシートを切断し、次いで第4の辺に沿ってバッフルを折り出し、それによって貫通通路、および挿入部の貫通通路のところから延びるバッフルを形成することができる。この様子が、本開示の例えば図6にさらに示されている(以下の詳細な説明参照)。

【0038】

本発明の第1の態様の実施形態では、流路強化挿入部は、少なくとも1つの触媒でコーティングされている。一例として、挿入部は金属フォームでよく、このフォームを少なくとも1つの触媒でコーティングすることができる。触媒は、フローチャンバ内で生じる反応用の触媒でよい。

【0039】

本発明の第1の態様の実施形態では、フローチャンバ間の少なくとも1つの貫通孔は、その少なくとも1つの貫通孔を通過する液体の混合を高めるためのネットを有する。

【0040】

さらに、滞留時間プレートはまた、滞留時間プレートの使用時に、チャンバへのアクセス、かつプロセスフローへのアクセスを行うための1つまたは複数のアクセスポート、あるいは1つまたは複数のポート孔、あるいはそれらの組合せを備えることができる。

【0041】

本発明の第2の態様として、2枚のユーティリティプレート間に配置された、本発明の第1の態様による滞留時間プレートを備え、これらのユーティリティプレートが、フローチャンバの対向する2つの壁を形成し、これらの壁が、フローチャンバ間の分離壁によって形成される壁に対して垂直である、組立て式滞留時間区画が提供される。

【0042】

したがって、流路強化挿入部の形状が、少なくともいくつかの挿入部フロー通路が流路強化挿入部とフローチャンバを取り囲む任意の壁との間で形成されるような形状である場合、かかる挿入部フロー通路は、挿入部と、フローチャンバに面するユーティリティプレートの一部または表面との間で形成されることになる。

【0043】

一例として、少なくとも1枚のユーティリティプレートは、ユーティリティ連結プレート、タービュレータプレート、タービュレータフレームプレート、Oリング、伝熱プレート、およびユーティリティフレームプレートの積層体を備えることができる。

【0044】

さらに、滞留時間プレートは、ユーティリティフレームプレートに嵌め込むことができ、伝熱プレートは、フローチャンバの対向する壁の一方を形成することができる。

【0045】

さらに、ユーティリティ面は、Oリングおよびバリアプレートによって閉じることができる。ユーティリティ導管に、タービュレータプレートを配置することができる。導管は、伝熱流体の入口または出口用の2つのポートを有することができる。両端部には、連結ポートがあってもよい。これらの連結ポートは、プラグ、熱電対、または他の機器を保持するように設計することができる。

【0046】

したがって、組立て式滞留時間区画は、滞留時間プレート、および2枚のユーティリティプレートを備えることができる。ユーティリティフローまたは伝熱流体は、2枚のユーティリティプレートを通って流れるように分割することができ、すなわち滞留時間プレートの各面に1つの流れを生じ、出口で回収することができる。したがって、プロセス面とユーティリティ面とは完全に分離しておくことができ、流体間は封止部によって封止されているため、接触することがなく、例えば全ての封止部を雰囲気に向けることができる。封止部は、ユーティリティプレートの一部を成す伝熱プレートによって分離することができる。滞留時間プレートは、各面をユーティリティプレートで閉じることができる。ガスケットによって、少なくとも1枚のユーティリティプレートのユーティリティフレームプレート内の滞留時間プレートを封止することができる。

【0047】

プロセス面、すなわち滞留時間プレートは、発泡PTFEガスケットによって伝熱プレートに接して閉じることができる。一例として、バッフルを備えた挿入部によって、滞留時間プレートにプロセスフローチャネルを形成することができる。このチャネルは、入口ポートおよび出口ポートに連結することができる。チャネルへのアクセスポートがいくつかあってもよく、これらのアクセスポートは、同一プレートに機械加工することができる。

【0048】

滞留時間プレートを使用することによって、プレートを通る液体フロー間を混合し、かつそれらの液体フロー間の伝熱を行うことができる。このプレートは、フレームとともに使用することができ、このフレームでは、プレートを他の機能を有する他のプレートとともに積層させることができる。

【0049】

本発明の第3の態様として、本発明の第2の態様による1つまたは複数の組立て式滞留時間区画、および挟持装置を備え、この挟持装置は、フレームと、滞留時間区画が間に配置される2枚のエンドプレートとを備える、フローモジュールが提供される。

【0050】

このフローモジュールは、連続フロープレート反応器などのプレート反応器でよい。

【0051】

さらに、このフローモジュールは、円盤ばね、およびテンションロッドを備えることができる。例えば、円盤ばねのパイルは、滞留時間プレートにかかる挟持力を分散させるように、エンドプレートで支持されたばねグリッドとして配置することができ、この滞留時間プレートは、2枚のエンドプレート間に配置することができる。

【0052】

フレームは、封止表面全体にわたって十分な挟持力および圧力分散を与えて、安全な動作が確実に得られるように設計することができる。

【0053】

組立て式滞留時間区画は、反応器フレーム内で互いに積層させることができ、この区画をフレーム内に組み付け、挟持して封止し、圧力を保持することができる。組立て式滞留時間区画は、個々に積層させても、他のプレートと組み合わせて積層させてもよい。目的によって、意図されたプロセスに合う構成が画定される。

【0054】

プロセスフローチャネルは、方向が頻繁に逆になる渦流が誘起されるように成形することができる。こうすることによって、フローが、プラグ流の必須要件である層流であっても、フローの混合、良好な反応速度、および伝熱が実現される。ユーティリティフロー導管は、フロー内に渦流を生じさせるタービュレータプレートを装備することができ、このプレートは、壁から液体フローへの、または液体フローから壁への熱搬送の一助となる。

【0055】

さらに、フローモジュールはまた、1つまたは複数のフロープレートを備えることができる。かかるフロープレートは、中央平面で分割可能であり、2つの部品を備えることができ、各部品はチャネル面およびユーティリティ面を備える。フロープレートのこれら2つの部品は相対部品でよく、互いに鏡映となっている。これら2つの部品を一体に合わせると、相対部品となっている2つのチャネル面間でチャネルを形成することができる。チャネルは、湾曲した障害部、側壁、およびチャネル床を備えることができる。湾曲した障害部は、側壁によって分離された平行な列として配列することができる。湾曲した障害部の列の裏面は溝を有することができ、それによってユーティリティ面で伝熱流体が流れるように障害部が中空となっている。

【0056】

本発明の第4の態様として、第3の態様によるフローモジュールの、化学反応用の反応器としての使用が実現される。

【0057】

本発明のフローモジュールまたは滞留時間プレートは、以下のプロセス作業、すなわち製造、反応、混合、ブレンディング、極低温作業の実施、洗浄、抽出および精製、pH調節、溶媒交換、化学物質の製造、中間化学物質の製造、低温作業で実施する際のAPI(医薬品有効成分)の製造、医薬品中間体の製造、スケールアップおよびスケールダウン開発、析出または結晶化、多重注入または多重添加または複数測定または多重サンプリングの実施、多段反応を伴う作業、予備冷却作業、予熱作業、ポスト加熱およびポスト冷却作業、バッチ処理から連続処理への変換プロセス、分流および再合流作業を行う際に有用となり得る。

【0058】

本発明のフローモジュールまたは滞留時間プレートによって実施することができる反応の種類には、付加反応、置換反応、脱離反応、交換反応、消光反応、還元、中和、分解、置換または追出反応、不均化反応、触媒反応、切断反応、酸化、閉環および開環、芳香族化反応および脱芳香族化反応、保護反応および脱保護反応、相間移動および相間移動触媒作用、光化学反応、気相、液相、および固相が関連し、かつ遊離基、求電子体、求核体、イオン、中性分子などが関連し得る反応などが含まれる。

【0059】

アミノ酸合成、不斉合成、キラル合成、液相ペプチド合成、オレフィン複分解、ペプチド合成などの合成もやはり、このフローモジュールまたは滞留時間プレートを用いて実施することができる。このフローモジュールを使用することができる他の種類の合成は、炭水化物化学、二硫化炭素化学、シアン化化学、ジボラン化学、エピクロロヒドリン化学、ヒドラジン化学、ニトロメタン化学などの範囲内の反応、または複素環式化合物、アセチレン化合物、酸塩化物、触媒、細胞毒性化合物、ステロイド中間体、イオン液体、ピリジン化学物質、ポリマー、モノマー、炭水化物、ニトロンなどの合成である。

【0060】

このフローモジュールまたは滞留時間プレートは、アルドール縮合、バーチ還元、バイヤー-ビリガー酸化、クルチウス転位、ディークマン縮合、ディールス-アルダー反応、デーブナー-クネーファナーゲル縮合、フリーデル-クラフツ反応、フリース転位、ガブリエル合成、ゴンバーグ-バックマン反応、グリニャール反応、ヘック反応、ホフマン転位、ヤップ-クリンゲマン反応、レイングルーバ-バッチョインドール合成、マンニッヒ反応、マイケル付加、ミカエリス-アルブゾフ反応、光延反応、鈴木-宮浦反応、レフォルマトスキー反応、リッター反応、ローゼンムント還元、ザントマイヤー反応、シッフ塩基還元、ショッテン-バウマン反応、シャープレスエポキシ化、スクラウプ合成、薗頭カップリング、ストレッカーアミノ酸合成、スワーン酸化、ウルマン反応、ヴィルゲロット転位、ビルスマイヤー-ハック反応、ウィリアムソンエーテル合成、ウィッティヒ反応などの人名反応に適している。

【0061】

このフローモジュールまたは滞留時間プレートが適するさらなる反応には、縮合反応、カップリング反応、鹸化、オゾン分解、環化反応、環化重合反応、脱ハロゲン化、脱水素環化、脱水素化、脱ハロゲン化水素化、ジアゾ化、硫酸ジメチル反応、ハロゲン化物交換、シアン化水素反応、フッ化水素反応、水素化反応、ヨウ素化反応、イソシアン酸反応、ケテン反応、液体アンモニア反応、メチル化反応、カップリング、有機金属反応、金属化、酸化反応、酸化カップリング、オキソ反応、重縮合、ポリエステル化、重合反応や、他の反応、例えばアセチル化、アリール化、アクリル化、アルコキシ化、加アンモニア分解、アルキル化、アリル臭素化、アミド化、アミノ化、アジ化、ベンゾイル化、臭素化、ブチル化、カルボニル化、カルボキシル化、塩素化、クロロメチル化、クロロスルホン化、シアノ化、シアノエチル化、シアノメチル化、シアヌレート化、エポキシ化、エステル化、エーテル化、ハロゲン化、ヒドロホルミル化、ヒドロシリル化、ヒドロキシル化、ケタール化、ニトロ化、ニトロメチル化、ニトロソ化、過酸化、ホスゲン化、4級化、シリル化、スルホクロル化、スルホン化、スルホ酸化、チオカルボニル化、チオホスゲン化、トシル化、アミノ基転移、エステル転移などがある。

【0062】

本発明の他の態様および利点について、添付の図面を参照しながら、以下の本発明の実施形態の詳細な説明に示すものとする。以下の図は、本発明を例示するものであり、本発明の単なる例にすぎず、本発明の範囲を限定するようなものではない。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】いかなる流路強化挿入部もない滞留時間プレートを示す図である。

【図2】滞留時間プレートのフローチャンバを示す図である。

【図3】「A型」流路強化挿入部を示す図である。

【図4】滞留時間プレート内に配置された、図3の挿入部を示す図である。

【図5】「A型」流路強化挿入部をさらに示す図である。

【図6】「B型」流路強化挿入部を示す図である。

【図7】「C型」流路強化挿入部を示す図である。

【図8】流路強化挿入部を有する滞留時間プレートの2つの代替形態を示す図である。

【図9】滞留時間区画の分解部品図である。

【図10】ユーティリティプレートの分解部品図である。

【図11】プラグ流-滞留時間分布を示す図である。

【図12】フローモジュールを示す図である。

【図13】中央平面で分割可能なフロープレートの半体の一方を示す図である。

【図14】中央平面で分割可能なフロープレートを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0064】

図1は、いかなる流路強化挿入部もない滞留時間プレート1を示している。プレート1は、細長いフローチャンバ2の積層体5を備える。フローチャンバ2は、それらの最長辺が互いに面するように、すなわちそれらの最長辺が横並びになるように、積層体5として配置されている。分離壁3によって、フローチャンバが互いに分離されており、分離壁3は、積層体全体のフローチャンバが連通するように貫通孔4を備える。貫通孔4は、積層体の中心を通り、全てのフローチャンバ2を通って引いた想像直線Cの各側に交互に配置されている。図1から分かるように、積層体を横から見ると、貫通孔が、線Cの左側と右側とに交互にある。さらに、この場合、貫通孔は中心線Cから可能な限り遠く離れているが、フローチャンバ2同士を互いに分離する分離壁3になおも存在するように配置され、したがって積層体を流れる液体は、実質的に各チャンバ2の全長にわたって流れることになる。したがって、積層体5を通って流れる液体は、フローチャンバ2では流れ方向F1を有し、隣接するフローチャンバ2ではF1とは反対の流れ方向F2を有することになる。滞留時間プレート1は、積層体5の底部フローチャンバ2および頂部フローチャンバ2に配置された入口6および出口7をさらに有する。入口6および出口7は、分離壁に対して垂直な壁に、貫通孔4から最も離れて配置されており、貫通孔4はそれぞれ、底部チャンバをその隣接するチャンバに連結し、頂部チャンバをその隣接するチャンバに連結している。したがって、入口6から出口7へと流れる液体は、底部フローチャンバ2の全長、および頂部フローチャンバ2の全長をそれぞれ通過することになる。この場合、液体は、入口6から出口7へと流れる際に、積層体5の全てのフローチャンバ2を通過することになる。外側からアクセスできるように、1つまたは複数のポート孔、あるいはアクセスポートをやはり、滞留時間プレート1に含めることができる。しかし、こうしたポート孔は図1には示されていない。

【0065】

図2に示すように、フローチャンバ2は、長さl、高さh、および深さdの3次元長方形の形を有することができる。デカルト座標系もやはり、図2に描かれている。したがって、このフローチャンバはx方向にその最長寸法を有する。したがって、この座標系を用いると、積層体全体を通る全体的な流路、すなわち入口から出口までの流路はy方向であり、このy方向はx方向に対して垂直であり、一方、単一のフローチャンバ内の流路は、正のx方向または負のx方向で交互になっている。貫通孔4は、フローチャンバの端部に、すなわちフローチャンバ2内に位置し、かつフローチャンバの高さhおよび深さdによって画定される側壁に近接して配置されている。

【0066】

滞留時間プレートは、少なくとも1つのフローチャンバ2内で、流れ方向F1またはF2に沿ったジクザグパターンで流れを案内するために、流路強化挿入部をさらに有する。このジクザグパターンは、x軸およびy軸によって画定される平面、すなわちxy平面にあってよく、またはこのジクザグパターンは、xおよびz軸によって画定される平面、すなわちxz平面にあってもよい。しかし、このジクザグフローパターンは、xy平面および/またはxz平面に対して傾斜した平面にあってもよい。一例として、流路は、図2に示すように、yz対角線によって画定される平面にジクザグパターンを形成することもできる。しかし、この挿入部はさらに、液体を少なくとも2つの絡み合ったジグザグパターンとして案内するように配置することもできる。このことは、流れを異なるジクザグパターンに「分裂」させるように挿入部を配置できることを意味する。これらの分裂されたジグザグパターンは、xz平面またはxy平面など、同じ平面内で延ばすことができ、あるいは分裂されたジグザグパターンは、異なる平面内で延ばしてもよい。さらに、挿入部は、液体フローをフローチャンバの延在部、または流れ方向に沿って、3次元ジクザグパターン、または3次元螺旋形パターンなど、2つ以上の平面内で延びるジクザグパターンで案内するように配置してもよい。

【0067】

図3は、一実施形態による流路強化挿入部8を示している。このタイプを「A型」と称する。挿入部8は、ジクザグパターンを形成するいくつかの長方形バッフル9a、9bを備える。各バッフル9a、9bは、2つの第1の平行な縁部10、および2つの第2の平行な縁部11を有する。ジクザグパターンは、それらのバッフル間で角度βを成すように隣接するバッフル9bの第1の縁部10と出合うバッフル9aの第1の縁部10によって形成され、すなわち、角度βが、バッフルの第2の縁部と隣接するバッフルの第2の縁部との間で形成されることになる。ジクザグパターンは規則的とすることができ、すなわちβは挿入部8全体にわたって一定とすることができる。「A型」として示すこの例では、βは約90°である。さらに、バッフルの位置が交互にずれたパターンが形成されるように、バッフル9aは、隣接するバッフル9bとオフセットして出合う。これは、バッフルの第1の縁部10が、隣接するバッフルの縁部10に対して、第1の縁部によって形成される線または方向に沿って位置がずれていることを意味する。言い換えれば、2つのバッフル9aと9bとが出合うところで、オフセット距離d_pが形成され、この距離d_pは、すなわち、隣接するバッフルの第1の縁部とは接触しないバッフルの第1の縁部10の距離である。したがって、1つ置きのバッフル9aは、互いに出合う縁部10によって画定される線または方向に沿って第1の方向に位置がずれ、一方その間にあるバッフル9bは、互いに出合う縁部10によって画定される線または方向に沿って第2の方向に位置がずれ、この第2の方向は、第1の方向とは反対である。一例として、オフセット距離d_pは、バッフルの第1の縁部10の距離の約10〜50%、例えばバッフルの第1の縁部10の距離の約25%でよい。

【0068】

図4は、挿入部8がフローチャンバ2内に配置された滞留時間プレートをさらに示す。挿入部8は、第1の縁部10が、滞留時間プレート1の分離壁3と接触するように配置されている。この挿入部は、上述のように、バッフルが1つ置きに、隣接するバッフルに対して交互に位置がずれたパターンとなっているので、挿入部フロー通路12が、バッフルの第2の縁部11と、フローチャンバを取り囲む壁、すなわち分離壁3に対して垂直な壁との間で形成される。図2を参照すると、挿入部フロー通路12が、第2の縁部11と、フローチャンバをxy平面において取り囲む壁との間で形成されている。第1の縁部10は分離壁3と接触しているので、このことは、第1の縁部の距離に、オフセット距離d_pの距離を足すと、フローチャンバの深さに等しくなり得、すなわち図2で示す距離dに等しくなり得る。A型挿入部8をフローチャンバ2内に挿入する際、滞留時間プレートの入口または出口の隣でいかなる「デッドボリューム(dead volume)」も生じないように挿入部8を配置すると有用となり得る(以下で論じる図8aおよび図8bをさらに参照されたい)。

【0069】

図5は、A型挿入部8がフローチャンバ内に配置されると、液体を流路P1に沿ってフローチャンバの全体的な流れ方向F2にどのように案内することができるかをさらに示す。上記で論じたように、隣接する2つのバッフル9aとバッフル9bの第1の縁部10同士がオフセットして出合うので、すなわち、D_offsetの方向に沿って距離d_pだけ互いに位置がずれているので、第2の縁部11とフローチャンバの壁との間に挿入部フロー通路12が形成される。したがって、挿入部フロー通路12は、縁部11と、チャンバをxy平面において取り囲む壁との間で形成することができる。図5から分かるように、これらの通路は、隣接するバッフル9bと対比すると、バッフル9aの両側にある。液体が流れ方向F2に流れるにつれて、挿入部8は、液体を、流路P1によって概略的に示すようにフローチャンバを通る経路を取るように案内することができる。この流路P1は、2つ以上の平面におけるジクザグパターンとして説明することができる。この場合、この流路P1は、流れ方向F2に沿って、すなわちフローチャンバの長さlに沿って延びる3次元螺旋状パターンを形成する。したがって、液体は、流れ方向F2に案内されるにつれて、挿入部8の周りをコイル状に巻いて進む。A型による挿入部によって、プラグ流が促進され、液体が滞留時間プレート1を通って案内される際に、液体の優れた混合が実現される。

【0070】

図6は、「B型」と称する挿入部の別の実施形態を示している。挿入部8は、貫通孔14が形成された細長いシート13を備える。各貫通孔のところで、長方形バッフル15がシート13から延びている。バッフル15は、シート13の表面、またはシート13によって形成される平面内に対してほぼ垂直な方向に延びている。貫通孔14もやはり長方形であり、バッフル15とほぼ同じ寸法である。フローチャンバ2内に配置されると、この挿入部は、液体がフローチャンバの流れ方向F2に沿って流れる際に、液体を流路P2およびP3に沿って、すなわち絡み合った2本のジグザグ形流路に沿って案内することができる。この場合、絡み合った2本の流路P2およびP3は、同一平面において個々のジクザグパターンを形成し、この平面は図6ではxy平面として示されている。流路P2は、xy平面において流路P3に比べてより大きい振幅を有する。フローチャンバ内での挿入部8の向きに依存して、P2およびP3は、xy平面またはxz平面において絡み合ったジクザグパターンを形成することができる。したがって、シート13の表面は、図6に示すようにxz平面に平行とすることも、または挿入部8を90度回転させると、xy平面に平行とすることもできる。言い換えれば、バッフルの高さh_baffleは、液体がバッフルとチャンバ壁、例えばチャンバの深さdおよび長さlによって画定されるチャンバ壁、すなわちxz平面の壁、または長さlおよび高さhによって画定されるチャンバ壁、すなわちxy平面の壁との間を通過することができるような高さとすることができる。言い換えれば、h_baffleは距離dの半分未満、または距離hの半分未満でよい。固定部分18を用いて、挿入部8をチャンバ2内に固定することができ、チャンバ2への、またはそこからのプロセスフローをさらに促進することができる。B型による挿入部によって、プラグ流が促進され、液体が滞留時間プレート1を通って案内される際に、液体の優れた混合が実現される。

【0071】

図7aは、「C型」と称する流路強化挿入部8の別の実施形態を示している。挿入部8は、シート13の延在部に沿った列として配置された、いくつかの挿入部フロー通路14を有する細長いシート13を備える。複数の挿入部フロー通路14の少なくともいくつかは、対角線がフローチャンバの流れ方向F2に実質的に平行となるように位置合わせされた正方形形状を有する。2つのバッフル15および16が、各挿入部フロー通路14から互いに反対方向に延びている。したがって、バッフル15はシート13から第1の方向に対して垂直に延び、バッフル16はシート13の裏面から垂直に延び、すなわちバッフル15の方向とは反対の方向に延びている。バッフル16は、貫通通路14の一辺と同じ最長辺を有する長方形として成形されている。バッフル15および16は、シート材料のものでよく、貫通通路14を作製する際に、シートから折り出しておくことができる。この場合、貫通通路のバッフル15および16は互いに平行であるが、シート13から互いに反対方向に延びている。バッフル16は、流れ方向F2に対して傾斜しており、すなわちバッフルの表面に対する法線ベクトルが、流れ方向F2に対してある角度を成す。さらに、シート13の片面にあるバッフル16は、第1の傾斜方向と、第1の傾斜方向とは反対の第2の傾斜方向とで交互に傾斜している。したがって、一のバッフルは、シート13の同一面にあり、かつ隣接する貫通通路14から延びるバッフルに対して垂直に傾斜している。さらに、シート13の中心を通り、かつ全貫通通路14の中心を通る直線を引くと、シートの同一面に配置されたバッフルは、貫通通路の列全体にわたってその中心線の上下に交互に配置されている。固定部分18、この場合は円形孔の形であるが、この固定部分18を用いて、挿入部8をチャンバ2内に固定することができ、チャンバ2へのプロセスフロー、またはチャンバ2からのプロセスフローをさらに促進することができる。C型挿入部によって、絡み合ったいくつかのジグザグパターンで液体を案内することができる。

【0072】

図7bから分かるように、挿入部8は、挿入部積層体17を形成するように、互いに隣り合わせて置くことができる。したがって、各チャンバは、数枚、例えば2枚、3枚、または4枚のC型挿入部を一体に積層させた状態で備える。こうすることによって、液体の混合をさらに促進することができる。C型挿入部積層体17を通る流路は、絡み合ったいくつかのジグザグパターンを形成することができる。

【0073】

図8aおよび図8bは、折重ねシート挿入部8のバッフルの向きの重要性を示している。図8aから分かるように、挿入部8の第1の向きによって、プロセスフロー導管を形成することができる。しかし、図8bから分かるように、挿入部8の第2の向きでは、流路に「デッド」ボリューム20が形成されてしまうことがある。折重ねシート挿入部8はバッフルを備えることができるので、滞留時間プレート1の入口6でプロセス流体が流入するのに十分な空間があり、かつ流入した流体が挿入部8によって阻止されないことが重要である。同様に、分離壁3の貫通孔4のところでもやはり、図8aに示す第1の向きによって、図8bに示す第2の向きに比べてフロー特性が増大し得る。

【0074】

図9は、滞留時間区画21の分解部品図を示している。滞留時間区画21は、滞留時間プレート1、および2枚のユーティリティプレート22を備える。ユーティリティプレート22は、滞留時間プレート1の両面に配置され、使用時に、これらのユーティリティプレートは、プロセス流体の流れを冷却または加熱する。2つのガスケット23は、滞留時間プレート1のフロー導管を封止しており、これらのガスケット23は、滞留時間区画21を組み立てるときに各面に1つ設けられる。組み立てられた滞留時間区画は、反応器フレーム内で互いに積層させることができ、または組み立てられた滞留時間区画は、他の目的を有する他のフロー区画に積層させてもよい。組み立てられた滞留時間区画は、フレームに組み付け、フレーム内で挟持して封止し、圧力を保持することができる(図9には示さず)。

【0075】

図10は、ユーティリティプレート22の分解部品図を示している。ユーティリティフレームプレート24は、滞留時間プレート1を嵌め込むことができる部品である(図10には示さず)。伝熱プレート25が、滞留時間プレート1と、ユーティリティプレート22の熱交換器面との間のバリアとなっている。ユーティリティプレート22の熱交換器面には、ユーティリティプレート内での伝熱を高めるためのタービュレータプレート26がある。タービュレータプレート26は、タービュレータフレーム27に配置され、ユーティリティ連結プレート28の上面にある。このユーティリティプレートは、ユーティリティプレートの熱交換器面でOリング29によって封止され、Oリング29は、タービュレータプレート26の外周周りに配置されている。ユーティリティ連結プレート28には、ユーティリティプレートにユーティリティ流体を分配するための2つの切開部分30があり、ユーティリティ連結部片31が、ユーティリティ流体用の入口および出口となっている。

【0076】

図11は、本開示による滞留時間プレートを備えるフローモジュールのプラグ流-滞留時間分布を示している。このフローモジュールの滞留時間プレートは、A型の流路強化挿入部を装備していた。測定した滞留時間の分布頂点は、このフローモジュールのプラグ流の挙動を示している。滞留時間測定機器を、フローモジュールの入口および出口に取り付けた。「パルス」法の結果、入口では注入媒体について鋭い頂点32が測定され、出口では狭い分布の滑らかな単一の出口曲線33が測定され、このことが図11から分かる。曲線の寸法および形状は、流路の設計、測定方法、濃度、および入口曲線の形状に依存する。出口曲線33の狭い分布は、注入した流体が軸方向にはほとんど分散していないことを示し、したがって良好なプラグ流を示している。複数の頂点、または主曲線より前、もしくはその後に頂点があると、バイパスがあることを示し得る。こうしたバイパスは、ガスケットが破損した場合、または反応器が平行流路で構成されている場合に生じ得る。

【0077】

図12は、本開示によるフローモジュールを示し、この図ではプレート反応器42である。反応器42は挟持装置を備え、この挟持装置は、積層体41、フレーム34、ばねグリッド35、およびエンドプレート36を備える。積層体41は、フレーム34内の定位置に保持された少なくとも1つの組立て式滞留時間区画を含む。フレーム34は、積層体41を、2枚のエンドプレート36間で、2枚の圧力プレート38とともに、2枚の分散プレート37間で定位置に保持している。滞留時間区画は、積層体41として配置し、油圧シリンダを用いてテンションロッドに張力をかけて圧縮することができる。滞留時間区画は、ばねグリッド35、およびエンドプレート36からの力によって定位置にさらに保持することができる。ナット38によって締め付けることができ、油圧シリンダからの力を解除することができる。開位置にあるときに、数枚の滞留時間区画を2枚のエンドプレート36間に入れることができるように、2枚のエンドプレート36を配置することができる。エンドプレート36間の間隔は、スリーブの数を選択し、各テンションロッド39の一端部をナット38で締め付けることによって調節することができる。滞留時間区画は、挟持装置内で他のタイプのフロープレートとともに、積層体41として組み合わせることができる。一例として、化学反応の反応体用の入口を有する反応プレートによって、積層体41の一部を形成することができる。さらに、フロープレートもやはり、積層体41の一部を形成することができる。分散プレート37は、ばねグリッド35、およびエンドプレート36からの力の寄与を、圧力プレート38、および積層体41の滞留時間区画に分散させる。滞留時間区画にかかる力は、エンドプレート36の一方と外側エンドプレート36との間の間隔を、インジケータピン40が外側エンドプレート36に達するまでどれだけ離れているかを測定することによって測定することができる。

【0078】

図13は、中央平面で分割可能であり、2つの部品を備えるフロープレート41を示し、各部品はチャネル面およびユーティリティ面を備え、フロープレートのこれら2つの部品は相対部品であり、互いに鏡映となっている。図13では、フロープレート41が分割され、その半体の一方をチャネル面から見ている。図14は、フロープレート41の2つの部品を示している。これら2つの部品を一体に合わせると、相対部品となっている2つのチャネル面間でチャネル42が形成される。チャネル42は、湾曲した障害部43、側壁44、およびチャネル床45を備える。湾曲した障害部は、側壁44によって分離された平行な列として配列され、湾曲した障害部の列の裏面は溝46を有し、それによってユーティリティ面で伝熱流体が流れるように障害部が中空となっている。

【符号の説明】

【0079】

1 滞留時間プレート
2 フローチャンバ
3 分離壁
4 貫通孔
5 積層体
6 入口
7 出口
8 流路強化挿入部
9a、9b バッフル
10 第1の平行な縁部
11 第2の平行な縁部
12 挿入部フロー通路
13 シート
14 貫通孔、挿入部フロー通路、貫通通路
15、16 長方形バッフル
17 挿入部積層体
18 固定部分
20 デッドボリューム
21 滞留時間区画
22 ユーティリティプレート
23 ガスケット
24 ユーティリティフレームプレート
25 伝熱プレート
26 タービュレータプレート
27 タービュレータフレーム
28 ユーティリティ連結プレート
29 Oリング
30 切開部分
31 ユーティリティ連結部片
32 頂点
33 出口曲線
34 フレーム
35 ばねグリッド
36 エンドプレート
37 分散プレート
38 ナット、圧力プレート
39 テンションロッド
40 インジケータピン
41 積層体、フロープレート
42 プレート反応器、チャネル
43 湾曲した障害部
44 側壁
45 チャネル床
46 溝

【図1】

【図4】

【図5】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9】

【図10】

【図12】

【図13】

【図14】

【図2】

【図3】

【図6】

【図7a】

【図11】