マイクロリアクターの選定

連続式フロー型マイクロリアクターは、狭い流路設計により効率的な物質・熱移動と本質的安全性を実現する連続反応装置です。近年の技術革新および国策の推進を受けて、この装置は世界中で非常に注目されているホットテクノロジーとなっています。マイクロリアクターが持つ非常に高い物質・熱移動性能により、現在生産で使用されている約30％の反応器の置き換えが可能となり、反応時間を大幅に短縮し、収率を高めることができます。従来の反応器では時間がかかり、リスクが高い硝化やジアゾ化などの反応については、マイクロリアクターへの転換が急務です。マイクロメーター級の特殊な流路設計は、効率的な物質・熱移動を確保するだけでなく、単一反応器における液保持量が数リットル程度と非常に少なくなることで、反応の本質的安全性も実現しています。それでは、実際の生産現場において、どのように自社のニーズに応じて機種を選定すればよいのでしょうか？YHChemがマイクロリアクターシステムのカスタマイズプロセスをご案内します。

最初の段階は調査フェーズです。このフェーズでは、YHChemは顧客との間で情報および技術面でのやり取りを行い、実現可能性テストを完了させます。次に開発段階が続きます。この段階では、実現可能性テストに基づいてプロセスの最適化と反応槽の設計を行います。設計プロセスにおいては、反応タイプや反応物・生成物などの情報こそがマイクロリアクター選定の鍵となります。最終段階は生産フェーズです。起動試運転後、すべてのデータが基準を満たしましたら、YHChemは顧客へ完成プロジェクトをお引渡しし、関連するトレーニングおよびアフターサービスを完遂します。

これらの中で最も重要な段階は開発フェーズです。この段階において、YHChemの技術チームはプロセスにおける各種条件に基づきマイクロリアクターの選定および設計を行います：

1. 装置材質：

• 耐腐食性：ハステロイは強酸・アルカリ反応に適しています。有機溶媒系には316Lステンレス鋼を使用できます。
• 光透過性：光化学反応には光学ガラス（石英）またはフッ素樹脂（PFAなど）が必要です。

熱伝導性：金属材料は強く発熱する反応に適しており、非金属材料（炭化ケイ素など）は絶縁用途で使用されます。

2. チャネルサイズ：

• マイクロレベル（10～100 μm）：比表面積が大きく、質量および熱交換効率が高いため、ナノ粒子合成などの急速な反応に適しています。ただし、流動抵抗が高く、詰まりのリスクも高いです。
• サブミリメートルレベル（100～500 μm）：効率と流量のバランスを取っており、液-液均一・不均一反応（部分亜硝酸化、スルホン化など）に適しています。粒子径はチャネル内径の三分の一以下に制御する必要があります。
• ミリメートルレベル（＞500 μm）：流動抵抗が低く、固体含有系（例えば、触媒水素添加など）に適していますが、物質移動効率が低下するため、静的混合構造による補償が必要です。

3. チャンネル形状：

• ハート型流路：流動過程で材料が繰り返し分岐・再編成されることにより、高効率な層流拡散を実現し、ニトロ化、スルホン化および重合などの急速な反応に特に適しています。
• 菱形流路：流体の乱流強度を高めることができ、高粘度材料に適しています。
• T／Y型流路：沈殿物を生成するナノ粒子調製反応に適しています。

4. シール方法：

• シール：フッ素ゴム、全フッ素エーテル、グラファイト複合材など様々な素材があります。腐食環境条件、温度、圧力などを基に慎重に選定する必要があります。

一体シール：無圧焼結、一体成形。高圧、高腐食性または高純度反応に適しています。

上記はマイクロリアクター選定プロセスにおけるいくつかの重要なステップです。当社の紹介が少しでもお役に立てば幸いです。選定に関するその他のご質問がございましたら、ぜひYHChem技術チームまでご相談ください。心より誠実なサービスを提供させていただきます。