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JP2011147932A - Fluid-mixing device - Google Patents

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JP2011147932A
JP2011147932A JP2010285997A JP2010285997A JP2011147932A JP 2011147932 A JP2011147932 A JP 2011147932A JP 2010285997 A JP2010285997 A JP 2010285997A JP 2010285997 A JP2010285997 A JP 2010285997A JP 2011147932 A JP2011147932 A JP 2011147932A
Authority
JP
Japan
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fluid
flow path
flow
pipe
small
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010285997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Matsuyama
一雄 松山
Koji Mine
浩二 峯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kao Corp
Original Assignee
Kao Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress turbulence of a first and second fluid flow in the preceding stage of an expansion region of a flow path. <P>SOLUTION: A fluid-mixing device 100 includes a small-diameter pipe 11 and a large-diameter pipe 12 which stores the small-diameter pipe 11, and is provided with a fluid flow path part 10 which comprises a first flow path 11a in the small-diameter pipe 11 and a second flow path 12a in the large-diameter pipe 12 and outside the small-diameter pipe 11, a fluid joining contraction part 20 which is arranged at a fluid flow-out side of the fluid flow path part 10, which comprises a fluid joining region 21 where a first fluid passes through the first flow path 11a and a second fluid passes through the second flow path 12a and in which the joined first and second fluid are contracted to bore fine pores 22, and a flow path expansion part 30 which is arranged at the fluid flow-out side of the fluid joining contraction part 20 and includes a flow path expansion region 31 where the first and second fluid which have contracted the fine pore 22 flow in. The small-diameter pipe 11 is so formed that a pipe thickness of pipe end part 11b of the fluid flow-out side gets thinner toward a pipe end. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体混合器、並びにそれを用いた流体混合方法及び乳化物の製造方法に関する。   The present invention relates to a fluid mixer, and a fluid mixing method and an emulsion production method using the fluid mixer.

複数の流体を合流させて細孔に流通させる流体混合器として種々のものが提案されている。   Various fluid mixers have been proposed that allow a plurality of fluids to join and circulate through the pores.

特許文献1には、分散相が連続相に均一に分散したエマルジョンを生産する乳化装置であって、乳化器、分散相供給配管系、連続相供給配管系、及びエマルジョン排出配管系を有し、乳化器は、連続相供給配管系に連通する路内を流れる連続相に分散相供給配管系に連通した分散相導入路に設けたノズルから分散相が吐出することにより一次エマルジョンを生産する連続相導入路と、その連続相導入路にその下流側で隣接して一次エマルジョンを攪拌する攪拌室と、その攪拌室にその下流側で隣接して一次エマルジョンを微細化することにより二次エマルジョンを生産する流路と、その流路にその下流側で隣接して二次エマルジョンを減速させることによりエマルジョン排出配管系に送出する減速室を備えたものが開示されている。   Patent Document 1 is an emulsification apparatus that produces an emulsion in which a dispersed phase is uniformly dispersed in a continuous phase, and includes an emulsifier, a dispersed phase supply piping system, a continuous phase supply piping system, and an emulsion discharge piping system. The emulsifier is a continuous phase that produces a primary emulsion by discharging a dispersed phase from a nozzle provided in a dispersed phase introduction channel that communicates with the dispersed phase supply piping system into a continuous phase that flows in a channel communicating with the continuous phase supply piping system. Produces a secondary emulsion by introducing an introduction channel, a stirring chamber adjacent to the continuous phase introduction channel downstream of the primary emulsion and agitating the primary emulsion adjacent to the stirring chamber downstream. And a decelerating chamber that is adjacent to the channel on the downstream side thereof and decelerates the secondary emulsion to send it to the emulsion discharge piping system.

特許文献2には、エマルジョンの分散相と連続相となる2種の液体を微小流路に供給して、その微小流路において乳化を行ない、エマルジョンを得る乳化装置であって、二重円筒構成を持ち、二重円筒の筒間を微小流路として流れる連続相となる液に対し、分散相となる液を内管に設けた複数の微小ノズルから直交するように分散して供給することにより第一次のエマルジョンを得る乳化器と、その乳化器に隣接して設けられ第一次のエマルジョンを通過させて微細な分散相の第二次のエマルジョンを得るベンチュリ管とを備えたものが開示されている。   Patent Document 2 discloses an emulsifying apparatus for obtaining an emulsion by supplying two kinds of liquids, which are a dispersed phase and a continuous phase of an emulsion, to a micro-channel and emulsifying in the micro-channel. The liquid that becomes the continuous phase that flows between the cylinders of the double cylinder as a micro flow path is dispersed and supplied so as to be orthogonal to each other from a plurality of micro nozzles provided in the inner tube. Disclosed is an emulsifier for obtaining a primary emulsion, and a venturi tube provided adjacent to the emulsifier to pass a primary emulsion to obtain a secondary emulsion having a fine dispersed phase. Has been.

特許文献3には、流体を混合するための装置、特にガス噴射弁、混合ノズルまたはジェットコンプレッションノズルにおいて、第1の流体を案内するための第1の流体案内装置と、第2の流体を案内するための第2の流体案内装置とが設けられており、流体が、両流体案内装置に接続している混合領域で互いに混合されるようになっており、両流体案内装置のうちの少なくとも一方の流体案内装置に、当該流体に乱流を生ぜしめるための手段と、当該流体の流れ方向に関してその乱流を生ぜしめるための手段の下流側に配置された加熱装置とが対応配置されており、その加熱装置により流体が混合領域に到達する前に加熱可能であるものが開示されている。   Patent Document 3 discloses a first fluid guide device for guiding a first fluid and a second fluid in an apparatus for mixing fluid, particularly a gas injection valve, a mixing nozzle or a jet compression nozzle. And a second fluid guide device for fluid to be mixed with each other in a mixing region connected to both fluid guide devices, and at least one of the two fluid guide devices. The fluid guide device is associated with a means for generating turbulent flow in the fluid and a heating device disposed downstream of the means for generating turbulent flow with respect to the flow direction of the fluid. The heating device is disclosed so that the fluid can be heated before reaching the mixing region.

特許文献4には、筒状の吸収セルの一端から吸収セルの内径より小さい径の流体ジェットを毎秒500フィートより大きい速度で吸収セル内に噴射することにより、その流体ジェットと同軸で噴射速度より十分に低速の流体フローを吸収セル内に生成し、高速の流体ジェットと十分低速の流体フローとの界面において流体ジェットの運動エネルギーを剪断エネルギーに変換するように構成された乳化装置が開示されている。   In Patent Document 4, a fluid jet having a diameter smaller than the inner diameter of the absorption cell is injected from one end of the cylindrical absorption cell into the absorption cell at a speed higher than 500 feet per second, so that the jet speed is coaxial with the fluid jet. An emulsifying device is disclosed that is configured to generate a sufficiently slow fluid flow in an absorption cell and convert the kinetic energy of the fluid jet to shear energy at the interface between the fast fluid jet and the sufficiently slow fluid flow. Yes.

特許文献5には、管内部に相互に並行に延びる複数の流体流路が長さ方向に沿って構成された流体流通管と、その流体流通管の流体流出側に連続して設けられ流体流通管から流出した複数種の流体を混在状態に溜めるための流体溜め領域を形成すると共に、それらの複数種の流体を流通させて層流混合させるための混合用細孔が穿孔された流体混合部と、を備えたマイクロミキサーが開示されている。   Patent Document 5 discloses a fluid circulation pipe in which a plurality of fluid flow paths extending in parallel with each other inside the pipe are configured along the length direction, and the fluid circulation is continuously provided on the fluid outflow side of the fluid circulation pipe. A fluid mixing section in which a fluid reservoir region for storing a plurality of types of fluids flowing out from the pipe in a mixed state is formed, and mixing pores for circulating the plurality of types of fluids for laminar mixing Are disclosed.

特開2007−313466号公報JP 2007-313466 A 特開2007−111667号公報JP 2007-111667 A 特表2004−536711号公報JP-T-2004-536711 特開2000−33249号公報JP 2000-33249 A 特開2006−289250号公報JP 2006-289250 A

例えば、分散相となる油相と連続相となる水相とを合流させ、そして、それらを細孔で縮流させて流路拡大域に流入させることにより乳化物を製造する場合、油相の水相への分散混合、すなわち、乳化は、主として流路拡大域での対流混合が支配的であることが分かった。従って、油相の水相への均一な分散混合による乳化を行うためには、対流混合が生じる流路拡大域の前段において、油相及び水相が予備混合されることで好ましくない不均一化を生じないこと、つまり、油相及び水相の流れの乱れが小さいことが望ましい。   For example, when an emulsion is produced by joining an oil phase that is a dispersed phase and an aqueous phase that is a continuous phase, and then constricting them through pores and flowing them into a channel expansion area, It has been found that the dispersion mixing into the aqueous phase, that is, the emulsification, is mainly performed by convective mixing in the channel expansion region. Therefore, in order to carry out emulsification by uniformly dispersing and mixing the oil phase into the aqueous phase, the oil phase and the aqueous phase are premixed in the previous stage of the flow path expansion region where convective mixing occurs, which is undesirable. In other words, it is desirable that the turbulence of the flow of the oil phase and the water phase is small.

本発明の課題は、流路拡大域の前段において、第1及び第2流体の流れの乱れを抑制することである。   The subject of this invention is suppressing the disturbance of the flow of the 1st and 2nd fluid in the front | former stage of a flow-path expansion area.

本発明の流体混合器は、
小径管と、該小径管をその長さ方向を共通にして収容する大径管と、を有し、該小径管内部に第1流路が構成されると共に該大径管内部で且つ該小径管外部に第2流路が構成された流体流路部と、
上記流体流路部の流体流出側に設けられ、上記第1流路を流通した第1流体と上記第2流路を流通した第2流体とが合流する流体合流域を構成すると共に、その合流した第1及び第2流体が縮流する細孔が穿孔された流体合流縮流部と、
上記流体合流縮流部の流体流出側に設けられ、上記細孔を縮流した第1及び第2流体が流入する流路拡大域を構成する流路拡大部と、
を備え、
上記小径管は、流体流出側の管端部分が管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されている。
The fluid mixer of the present invention comprises:
A small-diameter pipe, and a large-diameter pipe that accommodates the small-diameter pipe in the same length direction. A first flow path is formed inside the small-diameter pipe, and the inside of the large-diameter pipe and the small diameter A fluid flow path portion in which a second flow path is configured outside the pipe;
A fluid merging area is provided on the fluid outflow side of the fluid flow path portion, where the first fluid flowing through the first flow path and the second fluid flowing through the second flow path merge, and the merge A fluid merging and converging part in which pores through which the first and second fluids contracted are perforated,
A flow path expanding portion that is provided on the fluid outflow side of the fluid converging and contracting section and that constitutes a flow path expanding area into which the first and second fluids that have flowed through the pores flow; and
With
The small-diameter pipe is formed so that the pipe thickness decreases as the pipe end portion on the fluid outflow side goes to the pipe end.

本発明の流体混合方法は、本発明の流体混合器を用いたものであって、上記第1流路を流通した第1流体と上記第2流路を流通した第2流体とを、上記流体合流域で、第1流体を第2流体で覆うように合流させ、該流体合流域で合流させた第1及び第2流体を上記細孔に縮流させ、そして、該細孔を縮流した第1及び第2流体を流路拡大域に流入させるものである。   The fluid mixing method of the present invention uses the fluid mixer of the present invention, and the first fluid flowing through the first flow path and the second fluid flowing through the second flow path are combined with the fluid. In the merging zone, the first fluid is joined so as to be covered with the second fluid, the first and second fluids joined in the fluid merging zone are contracted into the pores, and the pores are contracted The first and second fluids are caused to flow into the channel expansion area.

本発明の乳化物の製造方法は、本発明の流体混合器を用いたものであって、第1流体として連続相及び分散相のうち一方となる流体及び第2流体として他方となる流体をそれぞれ用い、上記第1流路を流通した流体と上記第2流路を流通した流体とを上記流体合流域で合流させ、該流体合流域で合流させた流体を上記細孔に縮流させ、そして、該細孔を縮流した流体を流路拡大域に流入させるものである。   The method for producing an emulsion according to the present invention uses the fluid mixer according to the present invention, wherein a fluid that is one of a continuous phase and a dispersed phase is used as the first fluid and a fluid that is the other as the second fluid. Using the fluid flowing through the first flow path and the fluid flowing through the second flow path in the fluid merging area, converging the fluid merged in the fluid merging area into the pores, and The fluid that has flowed through the pores is allowed to flow into the flow path expansion region.

本発明によれば、小径管の流体流出側の管端部分が管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されているので、第1及び第2流体が漸次近接して緩やかに合流し、そのため流路拡大域の前段において、第1及び第2流体の流れの乱れを抑制することができる。   According to the present invention, the pipe end portion on the fluid outflow side of the small-diameter pipe is formed so that the pipe thickness decreases as it goes to the pipe end, so that the first and second fluids gradually approach and gradually merge. Therefore, the turbulence of the flow of the first and second fluids can be suppressed in the previous stage of the flow path expansion region.

実施形態に係る流体混合システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fluid mixing system which concerns on embodiment. 流体混合器における要部の部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view of the principal part in a fluid mixer. 図2におけるIII−III断面図である。It is the III-III sectional view in FIG. 流体混合器の変形例における要部の部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view of the principal part in the modification of a fluid mixer. (a)実施例1〜3及び5〜7、並びに(b)実施例4で用いた流体混合器における要部の部分縦断面図である。(A) Examples 1-3 and 5-7, (b) It is a fragmentary longitudinal cross-section of the principal part in the fluid mixer used in Example 4. FIG. (a)比較例1及び2、並びに(b)比較例3で用いた流体混合器における要部の部分縦断面図である。(A) It is a partial longitudinal cross-sectional view of the principal part in the fluid mixer used in Comparative Examples 1 and 2 and (b) Comparative Example 3.

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings.

図1は本実施形態に係る流体混合システムAを示す。   FIG. 1 shows a fluid mixing system A according to this embodiment.

本実施形態に係る流体混合システムAは、2種の流体の混合に用いられるものであり、流体混合器100と流体供給系等の付帯部とで構成されている。   The fluid mixing system A according to the present embodiment is used for mixing two kinds of fluids, and includes a fluid mixer 100 and an incidental part such as a fluid supply system.

図2及び3は流体混合器100を示す。   2 and 3 show a fluid mixer 100.

流体混合器100は、流体流路部10、その流体流出側に連続して設けられた流体合流縮流部20、及びさらにその流体流出側に連続して設けられた流路拡大部30を備えている。この流体混合器100は、以下に説明するように、流路拡大部30の前段における流体の流れの乱れを抑制するように構成されている。   The fluid mixer 100 includes a fluid flow path section 10, a fluid merging / contracting section 20 continuously provided on the fluid outflow side, and a flow path expanding section 30 continuously provided on the fluid outflow side. ing. As will be described below, the fluid mixer 100 is configured to suppress disturbance of the fluid flow in the previous stage of the flow path expanding unit 30.

流体流路部10は、小径管11とその小径管11をその長さ方向を共通にして収容する大径管12とを有する。これにより、流体流路部10は、小径管11内部に第1流路11aが構成されると共に、大径管12内部で且つ小径管11外部に第2流路12aが構成されている。このように大径管12内部で且つ小径管11外部に第2流路12aが構成されていることで、大径管12の管内を流体流路として最大限に活用することができる。第1流路11a及び第2流路12aをそれぞれ第1及び第2流体が流通するが、それらの流れの乱れを抑制する観点からは、小径管11と大径管12とは、横断面形状が対称となるように同軸に設けられていることが好ましい。なお、小径管11内の第1流路11aは装置一端に設けられた第1流体供給部(不図示)に連通しており、また、大径管12内の第2流路12aは装置側面に設けられた第2流体供給部(不図示)に連通している。   The fluid flow path unit 10 includes a small-diameter pipe 11 and a large-diameter pipe 12 that accommodates the small-diameter pipe 11 in the same length direction. As a result, in the fluid flow path section 10, the first flow path 11 a is configured inside the small diameter pipe 11, and the second flow path 12 a is configured inside the large diameter pipe 12 and outside the small diameter pipe 11. As described above, since the second flow path 12a is configured inside the large diameter pipe 12 and outside the small diameter pipe 11, the inside of the large diameter pipe 12 can be utilized to the maximum as a fluid flow path. The first and second fluids flow through the first flow path 11a and the second flow path 12a, respectively. From the viewpoint of suppressing the disturbance of the flow, the small diameter pipe 11 and the large diameter pipe 12 have a cross-sectional shape. Are preferably provided coaxially so as to be symmetrical. The first flow path 11a in the small diameter pipe 11 communicates with a first fluid supply unit (not shown) provided at one end of the apparatus, and the second flow path 12a in the large diameter pipe 12 is connected to the side surface of the apparatus. Is communicated with a second fluid supply section (not shown).

小径管11は、その外形及び孔のいずれの横断面形状も特に限定されるものではなく、例えば、円形、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等であってもよい。大径管12は、その孔の横断面形状が特に限定されるものではなく、小径管11と同様、例えば、円形、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等であってもよい。但し、第1流路11a及び第2流路12aをそれぞれ流通する第1及び第2流体の流れの乱れを抑制する観点からは、小径管11の外形及び孔、並びに大径管12の孔のそれぞれの横断面形状は円形であることが好ましい。つまり、第1流路11aの横断面形状は円形であることが好ましく、第2流路12aの横断面形状はドーナツ型形状であることが好ましい。   The small-diameter tube 11 is not particularly limited in the cross-sectional shape of the outer shape and the hole. For example, the small-diameter tube 11 is circular, semicircular, elliptical, semielliptical, square, rectangular, trapezoidal, parallelogram, star shape. It may be indefinite or the like. The large-diameter tube 12 is not particularly limited in the cross-sectional shape of the hole, and is similar to the small-diameter tube 11, for example, circular, semicircular, elliptical, semielliptical, square, rectangular, trapezoidal, parallelogram May be a star shape, an indefinite shape, or the like. However, from the viewpoint of suppressing the disturbance of the flow of the first and second fluids flowing through the first flow path 11a and the second flow path 12a, respectively, the outer shape and the hole of the small diameter pipe 11 and the hole of the large diameter pipe 12 Each cross-sectional shape is preferably circular. That is, the cross-sectional shape of the first channel 11a is preferably circular, and the cross-sectional shape of the second channel 12a is preferably a donut shape.

小径管11は、その外形及び孔のいずれの横断面形状も長さ方向に沿って同一形状であってもよく、また、異なる形状であってもよい。大径管12は、その孔の横断面形状が長さ方向に沿って同一形状であってもよく、また、異なる形状であってもよい。但し、第1流路11a及び第2流路12aをそれぞれ流通する第1及び第2流体の流れの乱れを抑制する観点からは、小径管11の外形及び孔、並びに大径管12の孔のそれぞれの横断面形状は長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。つまり、第1流路11a及び第2流路12aのいずれも、横断面形状が長さ方向に沿って管端まで均一であることが好ましい。   The small-diameter tube 11 may have the same outer shape or the same cross-sectional shape of the hole along the length direction, or may have a different shape. The large-diameter pipe 12 may have the same cross-sectional shape along the length direction of the hole, or may have a different shape. However, from the viewpoint of suppressing the disturbance of the flow of the first and second fluids flowing through the first flow path 11a and the second flow path 12a, respectively, the outer shape and the hole of the small diameter pipe 11 and the hole of the large diameter pipe 12 Each cross-sectional shape is preferably the same shape along the length direction. That is, it is preferable that the cross-sectional shape of both the first flow path 11a and the second flow path 12a is uniform to the pipe end along the length direction.

小径管11は、外形及び孔のいずれの横断面形状も円形である場合、その外径が例えば1.6〜25mmであり、3〜15mmであることが好ましい。小径管11は、その内径、つまり、第1流路11aの流路径が例えば0.8〜20mmであり、2〜10mmであることが好ましい。大径管12は、孔の横断面形状が円形である場合、その内径が例えば1.8〜50mmであり、4〜20mmであることが好ましい。また、小径管11と大径管12と間の第2流路12aの隙間は例えば0.1〜12.5mmであり、0.3〜6mmであることが好ましい。   The small diameter tube 11 has an outer diameter of, for example, 1.6 to 25 mm, preferably 3 to 15 mm, when both the outer shape and the hole have a circular cross section. The small diameter tube 11 has an inner diameter, that is, a flow path diameter of the first flow path 11a of, for example, 0.8 to 20 mm, and preferably 2 to 10 mm. When the cross-sectional shape of the hole is circular, the large-diameter tube 12 has an inner diameter of, for example, 1.8 to 50 mm, and preferably 4 to 20 mm. Moreover, the clearance gap of the 2nd flow path 12a between the small diameter pipe | tube 11 and the large diameter pipe | tube 12 is 0.1-12.5 mm, for example, and it is preferable that it is 0.3-6 mm.

小径管11は、流体流出側の管端部分11bが管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されている。その小径管11の管端部分11bの形状は、特に限定されるものではないが、第1流路11aを流通する第1流体と第2流路12aを流通する第2流体とを緩やかに合流させてそれらの流れの乱れを抑制する観点から、その外周部がテーパ形状に形成されていることが好ましく、厚さ方向の横断面形状が内周側で尖った尖塔形状に形成されていることがより好ましい。また、小径管11の管端部分11bの形状は、同様の観点から、テーパー形状よりも管端部分11bの外径が長さ方向に沿って上流側から下流側に向かって緩やかに減少する形状であってもよい。具体的には、小径管11の管端部分11bは、図4に示すように、その外周面の縦断面における長さ方向に沿った輪郭が円弧等の外側に膨出した曲線に形成されていてもよい。その曲線の曲率半径は例えば1〜30mmである。   The small-diameter pipe 11 is formed such that the pipe thickness decreases as the pipe end portion 11b on the fluid outflow side goes to the pipe end. The shape of the pipe end portion 11b of the small-diameter pipe 11 is not particularly limited, but the first fluid that flows through the first flow path 11a and the second fluid that flows through the second flow path 12a gently merge. From the viewpoint of suppressing disturbance of the flow, the outer peripheral portion is preferably formed in a tapered shape, and the cross-sectional shape in the thickness direction is formed in a steeple shape sharp on the inner peripheral side. Is more preferable. Further, from the same viewpoint, the shape of the tube end portion 11b of the small-diameter tube 11 is such that the outer diameter of the tube end portion 11b gradually decreases from the upstream side to the downstream side along the length direction rather than the tapered shape. It may be. Specifically, as shown in FIG. 4, the pipe end portion 11 b of the small-diameter pipe 11 is formed in a curve in which the contour along the longitudinal direction of the outer peripheral surface thereof bulges outward such as an arc. May be. The curvature radius of the curve is, for example, 1 to 30 mm.

大径管12は、小径管11の管端部分11bに対応する部分において、その管内壁と小径管11の管端部分11bとの間に構成される第2流路12aの一部分となる隙間δが流体流動方向で均一であることが好ましく、その隙間δが例えば0.02〜12.5mmであり、0.05〜12.5であることが好ましく、0.1〜12.5であることがより好ましく、0.3〜6mmであることが更に好ましい。また、その隙間δは、0.02〜0.1mmのオーダーであってもよく、0.1〜1.0mmのオーダーであってもよく、1.0〜12.5mmのオーダーであってもよい。 流体合流縮流部20は、小径管11の管端前方に流体合流域21が構成されており、その流体合流域21に連続して細孔22が穿孔されている。流体合流域21では、第1流路11aを流通した第1流体と第2流路12aを流通した第2流体とが合流し、細孔22では、流体合流域21で合流した第1及び第2流体が縮流する。   The large-diameter pipe 12 has a gap δ at a portion corresponding to the pipe end portion 11b of the small-diameter pipe 11 and a part of the second flow path 12a formed between the pipe inner wall and the pipe end portion 11b of the small-diameter pipe 11. Is preferably uniform in the fluid flow direction, and the gap δ is, for example, 0.02 to 12.5 mm, preferably 0.05 to 12.5, and preferably 0.1 to 12.5. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 0.3-6 mm. Further, the gap δ may be on the order of 0.02 to 0.1 mm, may be on the order of 0.1 to 1.0 mm, or may be on the order of 1.0 to 12.5 mm. Good. The fluid merging / contracting portion 20 has a fluid merging area 21 formed in front of the pipe end of the small diameter pipe 11, and pores 22 are continuously drilled in the fluid merging area 21. In the fluid merge area 21, the first fluid that has flowed through the first flow path 11 a and the second fluid that has flowed through the second flow path 12 a merge, and in the pore 22, the first and second fluids that have merged in the fluid merge area 21. Two fluids contract.

流体合流域21は、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また、例えば、コーン形状のような細孔22に向かって収束するような先細り形状に形成されていてもよい。また、流体合流域21の形状は、コーン形状よりも内径が長さ方向に沿って上流側から下流側に向かって緩やかに減少する腕型形状であってもよい。具体的には、流体合流域21は、図4に示すように、その内壁面の縦断面における長さ方向に沿った輪郭が、各々、円弧等の外側に膨出した一対の曲線とそれらの曲線を連結する線分とで形成されていてもよい。その曲線の曲率半径は例えば1〜30mmである。流体合流域21は、小径管11の管端、つまり、流体流路部10の終端から細孔22までの距離Lが例えば0.02〜20mmであり、0.2〜20mmであることが好ましい。また、その距離Lは、0.02〜0.1mmのオーダーであってもよく、0.1〜1.0mmのオーダーであってもよく、1.0〜20.0mmのオーダーであってもよい。   The shape of the fluid confluence region 21 is not particularly limited, and the cross-sectional shape may be formed in a uniform shape along the fluid flow direction. You may form in the taper shape which converges toward. The shape of the fluid merging area 21 may be an arm shape in which the inner diameter gradually decreases from the upstream side toward the downstream side along the length direction as compared with the cone shape. Specifically, as shown in FIG. 4, the fluid merging area 21 has a pair of curves in which the contours along the longitudinal direction of the inner wall surface of the inner wall surface bulge outward, such as an arc, and the like. You may form with the line segment which connects a curve. The curvature radius of the curve is, for example, 1 to 30 mm. In the fluid confluence region 21, the distance L from the tube end of the small-diameter tube 11, that is, the end of the fluid flow path portion 10 to the pore 22 is, for example, 0.02 to 20 mm, and preferably 0.2 to 20 mm. . The distance L may be on the order of 0.02 to 0.1 mm, may be on the order of 0.1 to 1.0 mm, or may be on the order of 1.0 to 20.0 mm. Good.

細孔22は、穿孔方向が流体流出方向に沿った方向に延びるように形成されていることが好ましく、また、小径管11及び大径管12と同軸に穿孔されていることが好ましい。   The pores 22 are preferably formed so that the perforation direction extends in the direction along the fluid outflow direction, and are preferably perforated coaxially with the small diameter tube 11 and the large diameter tube 12.

細孔22は、その横断面形状が特に限定されるものではなく、例えば、円形、半円形、楕円形、半楕円形、正方形、長方形、台形、平行四辺形、星形、不定形等であってもよい。細孔22は、その横断面形状が流体流動方向に沿って同一形状であってもよく、また、異なる形状であってもよい。但し、合流した第1及び第2流体の流れの乱れを抑制する観点からは、細孔22の横断面形状は円形であることが好ましく、また、長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。つまり、細孔22内の流路は、その横断面形状が流体流動方向に沿って流体流入端から流体流出端まで均一であることが好ましい。   The cross-sectional shape of the pore 22 is not particularly limited, and may be, for example, circular, semicircular, elliptical, semielliptical, square, rectangular, trapezoidal, parallelogram, star, indefinite, or the like. May be. The pores 22 may have the same cross-sectional shape along the fluid flow direction, or may have different shapes. However, from the viewpoint of suppressing the disturbance of the flow of the first and second fluids that have joined together, the cross-sectional shape of the pores 22 is preferably circular, and may be the same shape along the length direction. preferable. That is, it is preferable that the flow path in the pore 22 has a uniform cross-sectional shape from the fluid inflow end to the fluid outflow end along the fluid flow direction.

細孔22は、その孔長さlが例えば0.05〜5mmであり、0.1〜5mmであることが好ましく、0.1〜3mmであることがより好ましく、0.3〜3mmであることが更に好ましい。また、孔長さlは、0.05〜0.1mmのオーダーであってもよく、0.1〜1.0mmのオーダーであってもよく、1.0〜5.0mmのオーダーであってもよい。 横断面形状が円形である場合、その孔径dは、例えば0.1〜3mmであり、0.2〜1.5mmであることが好ましい。また、孔径dは、0.1〜1.0mmのオーダーであってもよく、1.0〜3.0mmのオーダーであってもよい。孔面積sは、例えば0.01〜7mm2であり、0.03〜2mm2であることが好ましい。細孔22は、孔長さlの孔径dに対する比l/dが0.15≦l/d≦40であることが好ましく、0.2≦l/d≦40であることがより好ましく、0.5≦l/d≦40であることが更に好ましく、1≦l/d≦20であることが更により好ましい。また、孔長さlの孔径dに対する比l/dは、0.15≦l/d≦1.0であってもよく、1.0≦l/d≦10であってもよく、10≦l/d≦40であってもよい。 The pore 22 has a pore length l of, for example, 0.05 to 5 mm, preferably 0.1 to 5 mm, more preferably 0.1 to 3 mm, and 0.3 to 3 mm. More preferably. The hole length l may be on the order of 0.05 to 0.1 mm, may be on the order of 0.1 to 1.0 mm, and may be on the order of 1.0 to 5.0 mm. Also good. When the cross-sectional shape is circular, the hole diameter d is, for example, 0.1 to 3 mm, and preferably 0.2 to 1.5 mm. Further, the hole diameter d may be on the order of 0.1 to 1.0 mm, or may be on the order of 1.0 to 3.0 mm. The hole area s is, for example, 0.01 to 7 mm 2 , and preferably 0.03 to 2 mm 2 . The pore 22 preferably has a ratio l / d of the pore length l to the pore diameter d of 0.15 ≦ l / d ≦ 40, more preferably 0.2 ≦ l / d ≦ 40, More preferably, 5 ≦ l / d ≦ 40, and even more preferably 1 ≦ l / d ≦ 20. The ratio l / d of the hole length l to the hole diameter d may be 0.15 ≦ l / d ≦ 1.0, 1.0 ≦ l / d ≦ 10, or 10 ≦ It may be 1 / d ≦ 40.

流路拡大部30は、細孔22の前方に流路拡大域31が構成されている。流路拡大域31には、細孔22を縮流した第1及び第2流体が流入する。なお、流路拡大域31は装置他端に設けられた流体排出部(不図示)に連通している。   In the channel expanding portion 30, a channel expanding region 31 is configured in front of the pores 22. The first and second fluids that have flowed through the pores 22 flow into the flow channel enlargement region 31. In addition, the flow path expansion area 31 communicates with a fluid discharge portion (not shown) provided at the other end of the apparatus.

流路拡大域31は、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また、例えば、コーン形状のような細孔22から末広がりに開口した形状に形成されていてもよい。流路拡大域31は、横断面形状が円形である場合、最大内径Dが例えば0.8〜40mmであり、1.5〜25mmであることが好ましく、細孔22の孔径dの2.5〜100倍であることが好ましく、5〜40倍であることがより好ましい。   The shape of the channel expansion region 31 is not particularly limited, and the cross-sectional shape may be formed in a uniform shape along the fluid flow direction. It may be formed in a shape opening from the end to the end. When the cross-sectional shape is circular, the flow path enlarged region 31 has a maximum inner diameter D of, for example, 0.8 to 40 mm, preferably 1.5 to 25 mm, and a pore diameter d of the pore 22 of 2.5. It is preferably ˜100 times, and more preferably 5 to 40 times.

流体混合器100は、各々、金属やセラミックス、樹脂等で形成された複数の部材で構成されていてもよく、そして、それらの部材の組合せによって流体流路部10、流体合流縮流部20、及び流路拡大部30が構成されていてもよい。   The fluid mixer 100 may be composed of a plurality of members each formed of metal, ceramics, resin, etc., and the fluid flow path unit 10, the fluid merging / contracting unit 20, And the flow path expansion part 30 may be comprised.

以上に説明した流体混合器100によれば、小径管11の流体流出側の管端部分11bが管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されているので、第1及び第2流体が漸次近接して緩やかに合流し、そのため流路拡大域31の前段において、第1及び第2流体の流れの乱れを抑制することができる。   According to the fluid mixer 100 described above, the pipe end portion 11b on the fluid outflow side of the small diameter pipe 11 is formed so that the pipe thickness decreases as it goes to the pipe end. Gradually approaching and gently merging, so that the turbulence of the flow of the first and second fluids can be suppressed in the previous stage of the flow path expansion region 31.

なお、上記構成の流体混合器100では、1本の小径管11を大径管12に収容した構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、複数本の小径管11を大径管12に収容した構成であってもよい。   In the fluid mixer 100 having the above-described configuration, one small-diameter pipe 11 is accommodated in the large-diameter pipe 12. However, the present invention is not particularly limited to this, and a plurality of small-diameter pipes 11 are large-diameter pipes. The structure accommodated in 12 may be sufficient.

この流体混合器100は、第1流路11aに連通した第1流体供給部に、第1原料貯槽41aから延びた第1原料供給管42aが接続されている。第1原料供給管42aには、第1流体を流通させる第1ポンプ43a、第1流体の流量を検知する第1流量計44a、及び第1流体の夾雑物を除去する第1フィルタ45aが上流側から順に介設されており、第1流量計44aと第1フィルタ45aとの間の部分に第1流体の圧力を検知する第1圧力計46aが取り付けられている。第1ポンプ43a、第1流量計44a及び第1圧力計46aのそれぞれは、流量コントローラ47に電気的に接続されている。   In the fluid mixer 100, a first raw material supply pipe 42a extending from the first raw material storage tank 41a is connected to a first fluid supply unit communicating with the first flow path 11a. The first raw material supply pipe 42a is upstream of a first pump 43a for circulating the first fluid, a first flow meter 44a for detecting the flow rate of the first fluid, and a first filter 45a for removing contaminants of the first fluid. A first pressure gauge 46a that detects the pressure of the first fluid is attached to a portion between the first flow meter 44a and the first filter 45a. Each of the first pump 43a, the first flow meter 44a, and the first pressure gauge 46a is electrically connected to the flow controller 47.

第2流路12aに連通した第2流体供給部には、第2原料貯槽41bから延びた第2原料供給管42bが接続されている。第2原料供給管42bには、第2流体を流通させる第2ポンプ43b、第2流体の流量を検知する第2流量計44b、及び第2流体の夾雑物を除去する第2フィルタ45bが上流側から順に介設されており、第2流量計44bと第2フィルタ45bとの間の部分に第2流体の圧力を検知する第2圧力計46bが取り付けられている。第2ポンプ43b、第2流量計44b及び第2圧力計46bのそれぞれは、流量コントローラ47に電気的に接続されている。   A second raw material supply pipe 42b extending from the second raw material storage tank 41b is connected to the second fluid supply unit communicating with the second flow path 12a. In the second raw material supply pipe 42b, a second pump 43b for circulating the second fluid, a second flow meter 44b for detecting the flow rate of the second fluid, and a second filter 45b for removing impurities of the second fluid are upstream. A second pressure gauge 46b that detects the pressure of the second fluid is attached to a portion between the second flow meter 44b and the second filter 45b. Each of the second pump 43b, the second flow meter 44b, and the second pressure gauge 46b is electrically connected to the flow controller 47.

流量コントローラ47は、第1流体の設定流量及び設定圧力の入力が可能に構成されていると共に演算素子が組み込まれており、第1流体の設定流量情報、第1流量計44aで検知された流量情報及び第1圧力計46aで検知された圧力情報に基づいて第1ポンプ43aを運転制御する。同様に、流量コントローラ47は、第2流体の設定流量及び設定圧力の入力も可能に構成されており、第2流体の設定流量情報、第2流量計44bで検知された流量情報及び第2圧力計46bで検知された圧力情報に基づいて第2ポンプ43bを運転制御する。   The flow rate controller 47 is configured to be capable of inputting the set flow rate and set pressure of the first fluid and incorporates an arithmetic element, and the set flow rate information of the first fluid and the flow rate detected by the first flow meter 44a. The operation of the first pump 43a is controlled based on the information and the pressure information detected by the first pressure gauge 46a. Similarly, the flow rate controller 47 is also configured to be able to input the set flow rate and set pressure of the second fluid, and the set flow rate information of the second fluid, the flow rate information detected by the second flow meter 44b, and the second pressure. The second pump 43b is operated and controlled based on the pressure information detected by the total 46b.

流路拡大域31に連通した流体排出部からは混合流体回収管48が延びて回収槽49に接続されている。   A mixed fluid recovery pipe 48 extends from the fluid discharge portion communicating with the flow path enlargement region 31 and is connected to the recovery tank 49.

次に、この流体混合システムAの動作について、第1流体を連続相となる水相及び第2流体を分散相となる油相として水中油型乳化物を製造する場合を説明する。なお、第1流体を油相及び第2流体を水相として水中油型乳化物を製造してもよいが、均一な乳化物を製造する観点から、第1流体を連続相及び第2流体を分散相とすることが好ましい。また、第1及び第2流体は、特にこれに限定されるものではなく、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相(スラリー)など固相状態以外の流動性を保持する性状のものであればよい。   Next, the operation of the fluid mixing system A will be described in the case of producing an oil-in-water emulsion using the first fluid as a water phase as a continuous phase and the second fluid as an oil phase as a dispersed phase. The oil-in-water emulsion may be produced using the first fluid as the oil phase and the second fluid as the water phase. However, from the viewpoint of producing a uniform emulsion, the first fluid is designated as the continuous phase and the second fluid. A dispersed phase is preferable. Further, the first and second fluids are not particularly limited to this, and have fluidity other than the solid phase such as a gas phase, a liquid phase, a gas-liquid mixed phase, an emulsified phase, and a solid-liquid mixed phase (slurry). What is necessary is just the property of hold | maintaining.

油相としては、例えば、鉱物油、植物油、合成油等が挙げられる。   Examples of the oil phase include mineral oil, vegetable oil, and synthetic oil.

水相としては、例えば、水、水溶液、水と有機溶媒の混合液等が挙げられる。   Examples of the aqueous phase include water, an aqueous solution, a mixed solution of water and an organic solvent, and the like.

流体混合システムAが稼働すると、第1ポンプ43aは、連続相となる水相を、第1原料貯槽41aから第1原料供給管42aを介し、第1流量計44a及び第1フィルタ45aを順に経由させて流体流路部10の小径管11の第1流路11aに継続的に供給する。第1流量計44aは、検知した水相の流量情報を流量コントローラ47に送る。また、第1圧力計46aは、検知した第1圧力計46aの圧力情報を流量コントローラ47に送る。     When the fluid mixing system A is operated, the first pump 43a passes the water phase as a continuous phase from the first raw material storage tank 41a through the first raw material supply pipe 42a, sequentially through the first flow meter 44a and the first filter 45a. Then, it is continuously supplied to the first flow path 11a of the small diameter tube 11 of the fluid flow path section 10. The first flow meter 44 a sends the detected water phase flow rate information to the flow rate controller 47. Further, the first pressure gauge 46 a sends the detected pressure information of the first pressure gauge 46 a to the flow controller 47.

第2ポンプ43bは、分散相となる油相を、第2原料貯槽41bから第2原料供給管42bを介し、第2流量計44b及び第2フィルタ45bを順に経由させて流体流路部10の大径管12と小径管11との間の第2流路12aに継続的に供給する。第2流量計44bは、検知した油相の流量情報を流量コントローラ47に送る。また、第2圧力計46bは、検知した第2圧力計46bの圧力情報を流量コントローラ47に送る。   The second pump 43b causes the oil phase to be a dispersed phase to pass through the second raw material storage tank 41b, the second raw material supply pipe 42b, and the second flow meter 44b and the second filter 45b in order, so that the fluid flow path unit 10 It supplies continuously to the 2nd flow path 12a between the large diameter pipe 12 and the small diameter pipe 11. FIG. The second flow meter 44 b sends the detected oil phase flow rate information to the flow rate controller 47. Further, the second pressure gauge 46 b sends the detected pressure information of the second pressure gauge 46 b to the flow rate controller 47.

流量コントローラ47は、水相の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第1流量計44aで検知された流量情報及び第1圧力計46aで検知された圧力情報に基づいて、水相の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第1ポンプ43aを運転制御する。それと共に、流量コントローラ47は、油相の設定流量情報及び設定圧力情報、並びに、第2流量計44bで検知された流量情報及び第2圧力計46bで検知された圧力情報に基づいて、油相の設定流量及び設定圧力がそれぞれ維持されるように第2ポンプ43bを運転制御する。   The flow controller 47 sets the water phase set flow rate information and the set pressure information, and the flow rate information detected by the first flow meter 44a and the pressure information detected by the first pressure meter 46a. And the first pump 43a is controlled to maintain the set pressure. At the same time, the flow controller 47 sets the oil phase based on the set flow rate information and set pressure information of the oil phase, and the flow rate information detected by the second flow meter 44b and the pressure information detected by the second pressure meter 46b. The second pump 43b is operated and controlled so that the set flow rate and the set pressure are maintained.

そして、流体混合器100において、流体流路部10では、水相が第1流路11aを流通すると共に、油相が第2流路12aを流通する。このとき、水相の流量(第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速)は例えば1〜100L/hであり、圧力は例えば0.01〜5MPaである。油相の流量(第2流路12aから流体合流域21に流入する油相の流速)は、水相の流量よりも少なく、例えば0.1〜50L/hであり、圧力は例えば0.01〜5MPaである。そして、水相の流量設定及び圧力設定により、水相の流速は例えば0.05〜2m/sとされ、また、油相の流量設定及び圧力設定により、油相の流速は例えば0.05〜2m/sとされる。流体流路部10では、水相及び油相を合わせた流体の流速は例えば0.05〜2m/sである。   In the fluid mixer 100, in the fluid flow path unit 10, the water phase flows through the first flow path 11a and the oil phase flows through the second flow path 12a. At this time, the flow rate of the aqueous phase (the flow velocity of the aqueous phase flowing into the fluid merge region 21 from the first flow path 11a) is, for example, 1 to 100 L / h, and the pressure is, for example, 0.01 to 5 MPa. The flow rate of the oil phase (the flow rate of the oil phase flowing into the fluid merging area 21 from the second flow path 12a) is less than the flow rate of the water phase, for example, 0.1 to 50 L / h, and the pressure is, for example, 0.01 ~ 5 MPa. Then, the flow rate of the water phase is set to 0.05 to 2 m / s by the flow rate setting and the pressure setting of the water phase, and the flow rate of the oil phase is set to, for example, 0.05 to 2 m by the flow rate setting and pressure setting of the oil phase. 2 m / s. In the fluid flow path part 10, the flow rate of the fluid combining the aqueous phase and the oil phase is, for example, 0.05 to 2 m / s.

流体合流縮流部20では、流体流路部10から流出した水相及び油相は、流体合流域21において、第1流路11aからの水相の前方に第2流路12aからの油相が流入し、水相を油相で覆うような形態で合流する。このとき、流体合流縮流部20では、水相及び油相を合わせた流体の流速は例えば0.05〜2m/sである。水相及び油相の流れの乱れを抑制する観点からは、第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する油相の流速に対する比を0.5〜2とすることが好ましい。また、流体流路部10における水相及び油相を合わせた流体の流速と流体合流縮流部20における水相及び油相が初めて合流した時点の流速とを同一にし、合流前後での流速変化を無くすことが好ましい。さらに、流体混合器100の前後の圧力損失を0.01〜5MPaとすることが好ましい。これらは、油相及び水相のそれぞれの流量設定及び圧力設定により制御することができる。   In the fluid confluence / condensation unit 20, the water phase and the oil phase that have flowed out of the fluid flow channel unit 10 are, in the fluid merge region 21, the oil phase from the second flow channel 12 a ahead of the water phase from the first flow channel 11 a. Flows in and merges in a form that covers the water phase with the oil phase. At this time, in the fluid confluence / confluence section 20, the flow rate of the fluid combined with the water phase and the oil phase is, for example, 0.05 to 2 m / s. From the viewpoint of suppressing turbulence in the flow of the water phase and the oil phase, the oil phase flowing into the fluid merge region 21 from the second flow channel 12a having the flow velocity of the water phase flowing into the fluid merge region 21 from the first flow channel 11a. The ratio to the flow rate is preferably 0.5-2. Further, the flow velocity of the fluid combined with the water phase and the oil phase in the fluid flow path portion 10 is made the same as the flow velocity at the time when the water phase and the oil phase in the fluid merging and contracting portion 20 are merged for the first time. Is preferably eliminated. Furthermore, the pressure loss before and after the fluid mixer 100 is preferably 0.01 to 5 MPa. These can be controlled by the flow rate setting and pressure setting of the oil phase and the water phase, respectively.

流体合流域21において合流した水相及び油相は細孔22において縮流する。このとき、水相及び油相の流れの乱れを抑制する観点からは、流体合流域21で合流させた水相及び油相を層流条件で細孔22に縮流させることが好ましい。これも、水相及び油相のそれぞれの流量設定及び圧力設定により制御することができる。なお、層流条件とは、レイノルズ数(Re)が2300よりも小さくなる流動条件であり、層流条件で縮流させるとは、縮流が始まる前の、すなわち水相及び油相が初めて合流した時点での流動条件が層流条件であることをいう。   The water phase and the oil phase that merged in the fluid merging zone 21 contract in the pores 22. At this time, from the viewpoint of suppressing the turbulence of the flow of the water phase and the oil phase, it is preferable that the water phase and the oil phase merged in the fluid merge region 21 are contracted into the pores 22 under laminar flow conditions. This can also be controlled by the respective flow rate settings and pressure settings of the water phase and the oil phase. The laminar flow condition is a flow condition in which the Reynolds number (Re) is smaller than 2300, and the contraction under the laminar flow condition means that the water phase and the oil phase are merged for the first time before the contraction starts. It means that the flow condition at the time is the laminar flow condition.

流路拡大部30では、流路拡大域31において、細孔22を縮流した水相及び油相が流入し、水相と油相間の対流混合により乳化物が製造される。流路拡大域31での水相と油相間の対流混合が乳化を支配することから、油相の水相への均一な分散混合を行うためには、流路拡大域31の前段において、水相及び油相が予備混合されることで好ましくない不均一化を生じないことが好ましいが、本実施形態に係る流体混合システムAによれば、流体混合器100が、小径管11の流体流出側の管端部分11bが管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されているので、水相及び油相が漸次近接して緩やかに合流し、そのため流路拡大域31の前段において水相及び油相の流れの乱れを抑制することができる。従って、流路拡大域31の前段において、水相及び油相が予備混合されることで好ましくない不均一化を生じることがなく、流路拡大域31における乳化を支配する対流混合により短時間で水相と油相間の均一な分散混合を行うことができ、その結果として、液滴径が小さく且つその分布が狭い乳化物を得ることができる。   In the flow channel enlargement unit 30, in the flow channel expansion region 31, the water phase and the oil phase that have flown through the pores 22 flow in, and an emulsion is produced by convective mixing between the water phase and the oil phase. Since the convective mixing between the water phase and the oil phase in the channel expansion region 31 dominates the emulsification, in order to perform uniform dispersion mixing of the oil phase into the water phase, Although it is preferable that the phase and the oil phase are premixed so as not to cause undesirable non-uniformity, according to the fluid mixing system A according to the present embodiment, the fluid mixer 100 is provided on the fluid outflow side of the small diameter pipe 11. Since the pipe end portion 11b is formed so that the pipe thickness becomes thinner as it goes to the pipe end, the water phase and the oil phase gradually approach and gradually merge, so that the water phase And turbulence in the flow of the oil phase can be suppressed. Therefore, the water phase and the oil phase are premixed in the previous stage of the channel expansion region 31, so that undesired non-uniformity does not occur, and the convection mixing that controls the emulsification in the channel expansion region 31 takes a short time. Uniform dispersion and mixing between the water phase and the oil phase can be performed, and as a result, an emulsion having a small droplet diameter and a narrow distribution can be obtained.

[実験1]
以下の実施例1〜4及び比較例1〜2の乳化物の製造実験を行った。それぞれの内容については表1にも示す。
[Experiment 1]
Production experiments of the following emulsions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 were conducted. The contents of each are also shown in Table 1.

(実施例1)
分散相となる油相として環状シリコーン(信越化学社製 商品名:KF−995)を、及び連続相となる水相としてポリビニルアルコール(日本合成化学工業社製 商品名:ゴーセノールEG−05)の0.5質量%水溶液をそれぞれ準備した。
Example 1
Cyclic silicone (trade name: KF-995, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) as the oil phase to be the dispersed phase, and polyvinyl alcohol (product name: Gohsenol EG-05, manufactured by Nippon Gosei Kagaku Kogyo Co., Ltd.) as the aqueous phase to be the continuous phase. Each 5 mass% aqueous solution was prepared.

そして、上記実施形態と同一構成の流体混合システムAを用い、上記油相を第1流体及び上記水相を第2流体として乳化物の製造を行った。流体混合器100には、油相及び水相を、前者20質量%及び後者80質量%の割合で混合がなされるように供給し、また、油相及び水相の流量を3.0〜7.0L/hの範囲で変量した。   And the fluid mixing system A of the same structure as the said embodiment was used, and the emulsion was manufactured for the said oil phase as the 1st fluid and the said water phase as the 2nd fluid. The fluid mixer 100 is supplied such that the oil phase and the water phase are mixed at a ratio of 20% by mass of the former and 80% by mass of the latter, and the flow rates of the oil phase and the water phase are 3.0 to 7%. Variable in the range of 0.0 L / h.

流体混合器100は、図5(a)に示すように、小径管11及び大径管12のそれぞれの横断面形状が円形であって、小径管11における長さ方向に沿って管端まで均一である円形の横断面形状の内径が4mm(従って、第1流路11aの流路径は4mm)及び外径が8mm、並びに大径管の内径が10mm(従って、第2流路12aの隙間は1mm)である。小径管11の管端部分11bは、その外周部がテーパ形状に形成され、管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されており、それと大径管12の管内壁との間に構成される第2流路12aの一部分となる隙間δは均一で2.5mmである。流体合流域21は、120°の角度で収束するコーン形状に形成されている。細孔22は、孔長さlが0.75mm、孔径dが0.3mm(従って、l/d=2.5)、及び孔面積sが0.07065mm2である。流路拡大域31は、120°の角度で広がるコーン形状に円筒形状が連続した形状に形成されており、最大内径Dが7mmであり、これは細孔22の孔径dの23倍である。第1流路11aから流体合流域21に流入する油相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する水相の流速に対する比は1.0であった。 In the fluid mixer 100, as shown in FIG. 5A, each of the small-diameter pipe 11 and the large-diameter pipe 12 has a circular cross-sectional shape and is uniform along the length direction of the small-diameter pipe 11 to the pipe end. The inner diameter of the circular cross-sectional shape is 4 mm (therefore, the channel diameter of the first channel 11a is 4 mm), the outer diameter is 8 mm, and the inner diameter of the large-diameter tube is 10 mm (therefore, the gap between the second channels 12a is 1 mm). The tube end portion 11b of the small diameter tube 11 is formed so that the outer peripheral portion thereof is formed in a tapered shape, and the tube thickness is reduced toward the tube end, and is configured between the tube inner wall of the large diameter tube 12. The gap δ, which is a part of the second flow path 12a, is uniform and 2.5 mm. The fluid confluence region 21 is formed in a cone shape that converges at an angle of 120 °. The pore 22 has a pore length l of 0.75 mm, a pore diameter d of 0.3 mm (thus 1 / d = 2.5), and a pore area s of 0.07065 mm 2 . The flow path enlargement region 31 is formed in a continuous cone shape in a cone shape that spreads at an angle of 120 °, and the maximum inner diameter D is 7 mm, which is 23 times the hole diameter d of the pores 22. The ratio of the flow rate of the oil phase flowing into the fluid merge region 21 from the first flow path 11a to the flow rate of the aqueous phase flowing into the fluid merge region 21 from the second flow path 12a was 1.0.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失を0.15MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は20.0μmであった。圧力損失を0.34MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は11.4μmであった。圧力損失を0.63MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は7.6μmであった。なお、面積基準の平均液滴径はレーザー散乱/回折法(堀場製作所:装置名LA−910)により測定した(以下実施例2〜4及び比較例1〜2でも同様)。   As a result, the area-based average droplet diameter was 20.0 μm when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.15 MPa. When the pressure loss was 0.34 MPa, the area-based average droplet diameter was 11.4 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.63 MPa was 7.6 μm. The area-based average droplet diameter was measured by a laser scattering / diffraction method (Horiba, Ltd .: apparatus name LA-910) (hereinafter the same applies to Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 2).

(実施例2)
細孔の孔長さlが1.75mm、孔径dが0.7mm(従って、l/d=2.5、孔面積sが0.3847mm2)であり、流路拡大域31の最大内径Dがその10倍の7mmであり、小径管11の管端部分11bと大径管12の管内壁との間に構成される第2流路12aの一部分となる隙間δは均一で0.5mmである図5(a)に示す構成の流体混合器100を用い、上記油相を第2流体及び上記水相を第1流体として、油相及び水相の流量を20.0〜44.0L/hの範囲で変量したことを除いて実施例1と同様にして乳化物の製造を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速の第2流路12aから流体合流域12に流入する油相の流速に対する比は1.2であった。
(Example 2)
The pore length l is 1.75 mm, the pore diameter d is 0.7 mm (therefore, l / d = 2.5, the pore area s is 0.3847 mm 2 ), and the maximum inner diameter D of the channel expansion region 31 is Is 10 mm that is 7 mm, and the gap δ forming a part of the second flow path 12 a formed between the pipe end portion 11 b of the small diameter pipe 11 and the pipe inner wall of the large diameter pipe 12 is uniform and 0.5 mm. A fluid mixer 100 having a configuration shown in FIG. 5A is used. The oil phase is the second fluid and the water phase is the first fluid, and the flow rates of the oil phase and the water phase are 20.0 to 44.0 L / An emulsion was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed in the range of h. The ratio of the flow rate of the water phase flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow velocity of the oil phase flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 12 was 1.2.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失を0.17MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は16.1μmであった。圧力損失を0.56MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は8.6μmであった。圧力損失を0.89MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は7.4μmであった。   As a result, the area-based average droplet diameter when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.17 MPa was 16.1 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.56 MPa was 8.6 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.89 MPa was 7.4 μm.

(実施例3)
細孔の孔長さlが0.15mm、孔径dが0.3mm(従って、l/d=0.5、孔面積sが0.07065mm2)であり、流路拡大域31の最大内径Dがその23倍の7mmであり、小径管11の管端部分11bと大径管12の管内壁との間に構成される第2流路12aの一部分となる隙間δは均一で0.5mmである図5(a)に示す構成の流体混合器100を用い、上記油相を第2流体及び上記水相を第1流体として、油相及び水相の流量を3.0〜6.6L/hの範囲で変量したことを除いて実施例1と同様にして乳化物の製造を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する油相の流速に対する比は1.0であった。
(Example 3)
The pore length l is 0.15 mm, the pore diameter d is 0.3 mm (therefore, l / d = 0.5, the pore area s is 0.07065 mm 2 ), and the maximum inner diameter D of the flow path expansion region 31 Is 23 mm, which is 7 mm, and the gap δ which is a part of the second flow path 12 a formed between the pipe end portion 11 b of the small diameter pipe 11 and the pipe inner wall of the large diameter pipe 12 is uniform and 0.5 mm. A fluid mixer 100 having a configuration shown in FIG. 5A is used, the oil phase is the second fluid and the water phase is the first fluid, and the flow rates of the oil phase and the water phase are 3.0 to 6.6 L / An emulsion was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed in the range of h. The ratio of the flow rate of the water phase flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow velocity of the oil phase flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 1.0.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失を0.11MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は21.3μmであった。圧力損失を0.33MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は10.0μmであった。圧力損失を0.50MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は7.7μmであった。   As a result, the area-based average droplet diameter when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.11 MPa was 21.3 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.33 MPa was 10.0 μm. The average droplet diameter based on area when the pressure loss was 0.50 MPa was 7.7 μm.

(実施例4)
細孔の孔長さlが0.85mm、孔径dが0.33mm(従って、l/d=2.6、孔面積sが0.08549mm2)であり、流路拡大域31の最大内径Dがその21倍の7mmであり、小径管11の管端部分11bと大径管12の管内壁との間に構成される第2流路12aの一部分となる隙間δは均一で0.5mmであり、小径管11の管端部分11bの外周面の縦断面における長さ方向に沿った輪郭が中心角90°の円弧に形成されていると共に、流体合流域21の内壁面の縦断面における長さ方向に沿った輪郭が、各々、中心角90°の一対の円弧とそれらの円弧曲線を連結する線分とで形成された図5(b)に示す構成の流体混合器100を用い、上記油相を第2流体及び上記水相を第1流体として、油相及び水相の流量を3.0〜7.2L/hの範囲で変量したことを除いて実施例1と同様にして乳化物の製造を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する油相の流速に対する比は1.2であった。
Example 4
The pore length l is 0.85 mm, the pore diameter d is 0.33 mm (therefore, l / d = 2.6, the pore area s is 0.08549 mm 2 ), and the maximum inner diameter D of the flow path enlargement region 31 is Is 21 mm, 7 mm, and the gap δ, which is a part of the second flow path 12 a formed between the tube end portion 11 b of the small diameter tube 11 and the inner wall of the large diameter tube 12, is uniform and 0.5 mm. Yes, the contour along the longitudinal direction of the longitudinal section of the outer peripheral surface of the pipe end portion 11b of the small diameter pipe 11 is formed in an arc having a central angle of 90 °, and the length of the inner wall surface of the fluid confluence region 21 in the longitudinal section. The fluid mixer 100 having the configuration shown in FIG. 5B in which the contours along the vertical direction are each formed by a pair of circular arcs having a central angle of 90 ° and line segments connecting the circular arc curves is used. The oil phase is the second fluid and the water phase is the first fluid, and the flow rates of the oil phase and the water phase are 3.0 to Was produced emulsion in the same manner as in Example 1 except that the variable range of .2L / h. The ratio of the flow velocity of the water phase flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow velocity of the oil phase flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 1.2.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失を0.10MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は23.3μmであった。圧力損失を0.32MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は10.9μmであった。圧力損失を0.65MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は7.4μmであった。   As a result, the area-based average droplet diameter when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.10 MPa was 23.3 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.32 MPa was 10.9 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.65 MPa was 7.4 μm.

(比較例1)
図6(a)に示す構成の流体混合器100’を用い、油相及び水相の流量を9.6〜21.0L/hの範囲で変量したことを除いて実施例1と同様にして乳化物の製造を行った。
(Comparative Example 1)
Using the fluid mixer 100 ′ having the configuration shown in FIG. 6 (a), the flow rate of the oil phase and the water phase was varied in the range of 9.6 to 21.0 L / h, and the same as in Example 1. An emulsion was produced.

流体混合器100’は、図6(a)に示すように、小径管11’及び大径管12’のそれぞれの横断面形状が円形であって、小径管11’における長さ方向に沿って管端まで均一である円形の横断面形状の内径が4.5mm(従って、第1流路11a’の流路径は4.5mm)及び外径が6.4mm、並びに大径管12’の内径が18mm(従って、第2流路12a’の隙間は5.8mm)である。小径管11’は、軸方向に垂直な管端面を有し、大径管12’内において、流体合流域21’のコーン形状への収束開始位置から2mm後方に管端が位置付けられている。流体合流域21’は、120°の角度で収束するコーン形状に形成されている。細孔22’は、孔長さlが2mm、孔径dが0.5mm(従って、l/d=4)、及び孔面積sが0.1963mm2である。流路拡大域31’は、120°の角度で広がるコーン形状に円筒形状が連続した形状に形成されており、最大内径Dが18mmであり、これは細孔22’の孔径dの36倍である。第1流路11aから流体合流域21に流入する油相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する水相の流速に対する比は3.4であった。 As shown in FIG. 6A, the fluid mixer 100 ′ has a circular cross-sectional shape of each of the small-diameter tube 11 ′ and the large-diameter tube 12 ′, and extends along the length direction of the small-diameter tube 11 ′. The inner diameter of the circular cross-sectional shape that is uniform up to the tube end is 4.5 mm (therefore, the channel diameter of the first channel 11a ′ is 4.5 mm), the outer diameter is 6.4 mm, and the inner diameter of the large-diameter tube 12 ′. Is 18 mm (therefore, the gap between the second flow paths 12a ′ is 5.8 mm). The small-diameter pipe 11 ′ has a pipe end face perpendicular to the axial direction, and the pipe end is positioned 2 mm behind the converging start position of the fluid confluence region 21 ′ into the cone shape in the large-diameter pipe 12 ′. The fluid merging area 21 ′ is formed in a cone shape that converges at an angle of 120 °. The pore 22 'has a hole length l of 2 mm, a hole diameter d of 0.5 mm (thus 1 / d = 4), and a hole area s of 0.1963 mm 2 . The flow path enlargement region 31 ′ is formed in a continuous cone shape in a cone shape spreading at an angle of 120 °, and the maximum inner diameter D is 18 mm, which is 36 times the hole diameter d of the pore 22 ′. is there. The ratio of the flow rate of the oil phase flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow velocity of the water phase flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 3.4.

上記の結果、流体混合器100’の前後の圧力損失を0.14MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は26.7μmであった。圧力損失を0.20MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は20.7μmであった。圧力損失を0.35MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は13.8μmであった。圧力損失を0.53MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は10.3μmであった。圧力損失を0.75MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は8.9μmであった。   As a result, the area-based average droplet diameter was 26.7 μm when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 ′ was 0.14 MPa. When the pressure loss was 0.20 MPa, the area-based average droplet diameter was 20.7 μm. When the pressure loss was 0.35 MPa, the area-based average droplet diameter was 13.8 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.53 MPa was 10.3 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.75 MPa was 8.9 μm.

(比較例2)
細孔22’の孔長さlが2mm、孔径dが0.56mm(従って、l/d=3.6)、及び孔面積sが0.2462mm2である図6(a)に示す構成の流体混合器100’を用い、上記油相を第2流体及び上記水相を第1流体として、油相及び水相の流量を16.0〜30.0L/hの範囲で変量したことを除いて比較例1と同様にして乳化物の製造を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する水相の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入する油相の流速に対する比は53.7であった。
(Comparative Example 2)
The configuration shown in FIG. 6 (a) is that the pore length l of the pore 22 ′ is 2 mm, the pore diameter d is 0.56 mm (thus 1 / d = 3.6), and the pore area s is 0.2462 mm 2 . Except for using the fluid mixer 100 'and changing the flow rate of the oil phase and the water phase in the range of 16.0 to 30.0 L / h with the oil phase as the second fluid and the water phase as the first fluid. In the same manner as in Comparative Example 1, an emulsion was produced. The ratio of the flow velocity of the water phase flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow velocity of the oil phase flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 53.7.

上記の結果、流体混合器100’の前後の圧力損失を0.25MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は19.0μmであった。圧力損失を0.51MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は11.7μmであった。圧力損失を0.80MPaとしたときにおける面積基準の平均液滴径は9.2μmであった。   As a result, the area-based average droplet diameter was 19.0 μm when the pressure loss before and after the fluid mixer 100 ′ was 0.25 MPa. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.51 MPa was 11.7 μm. The area-based average droplet diameter when the pressure loss was 0.80 MPa was 9.2 μm.

Figure 2011147932
Figure 2011147932

以上の実施例1〜4及び比較例1〜2の結果によれば、同一の圧力損失下での平均液滴径を比較した場合、実施例1〜4では、比較例1〜2に比べて平均液滴径が小さいことが分かる。   According to the results of the above Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, when comparing the average droplet diameter under the same pressure loss, in Examples 1 to 4, compared to Comparative Examples 1 and 2 It can be seen that the average droplet diameter is small.

[実験2]
以下の実施例5〜7及び比較例3の反応実験を行った。それぞれの内容については表2にも示す。
[Experiment 2]
Reaction experiments of the following Examples 5 to 7 and Comparative Example 3 were performed. The contents are also shown in Table 2.

(実施例5)
混合により反応する2つの水溶液として、0.022N硫酸と、ほう酸緩衝液をそれぞれ準備した。ほう酸緩衝液の組成は、ほう酸0.009mol/L、水酸化ナトリウム0.09mol/L、よう素酸カリウム0.00625mol/L、よう化カリウム0.0313mol/Lからなる。この2液を混合すると、中和反応(I)と、よう素が生成する酸化還元反応(II)が同時に進行する。
(Example 5)
As two aqueous solutions that react by mixing, 0.022N sulfuric acid and borate buffer were prepared. The composition of the borate buffer solution consists of boric acid 0.009 mol / L, sodium hydroxide 0.09 mol / L, potassium iodate 0.00625 mol / L, and potassium iodide 0.0313 mol / L. When these two liquids are mixed, the neutralization reaction (I) and the oxidation-reduction reaction (II) in which iodine is generated proceed simultaneously.

Figure 2011147932
Figure 2011147932

ここで、2液の混合が短時間で完結するほどよう素の生成量は減少するため、生成したよう素と化学平衡関係(III)にあるI3 -イオンを吸収波長353nmで定量することで混合時間を評価することが可能である。すなわち、混合後の液体をサンプリングし吸光度を測定したとき、吸光度が小さいほど流体混合器の混合性能が高いと評価することができる。本反応系は学術的に混合器の混合性能評価に汎用的に用いられており、一般にVillermaux/Dushman reactionと呼ばれている。本反応系の詳細は、P. Guichardon and L. Falk, Chemical Engineering Science 55 (2000) 4233-4243に記されている。 Here, since the amount of iodine produced decreases as the mixing of the two liquids is completed in a short time, the amount of I 3 ions in chemical equilibrium (III) with the produced iodine is determined at an absorption wavelength of 353 nm. It is possible to evaluate the mixing time. That is, when the mixed liquid is sampled and the absorbance is measured, the smaller the absorbance, the higher the mixing performance of the fluid mixer. This reaction system is academically used for the mixing performance evaluation of mixers and is generally called Villermaux / Dushman reaction. Details of this reaction system are described in P. Guichardon and L. Falk, Chemical Engineering Science 55 (2000) 4233-4243.

そして、上記実施形態と同一構成の流体混合システムAを用い、上記硫酸を第1流体及び上記ほう酸緩衝液を第2流体として反応実験を行った。   Then, using the fluid mixing system A having the same configuration as that of the above embodiment, a reaction experiment was performed using the sulfuric acid as the first fluid and the boric acid buffer as the second fluid.

実施例1で用いた流体混合器100(図5(a))に、硫酸及びほう酸緩衝液を、前者50質量%及び後者50質量%の割合で混合がなされるように供給した。このとき、硫酸及びほう酸緩衝液の流量を3.0L/hとした。第1流路11aから流体合流域21に流入する硫酸の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入するほう酸緩衝液の流速に対する比は0.25であった。   The fluid mixer 100 (FIG. 5A) used in Example 1 was supplied with sulfuric acid and a borate buffer so that mixing was performed at a ratio of 50% by mass of the former and 50% by mass of the latter. At this time, the flow rates of sulfuric acid and borate buffer were set to 3.0 L / h. The ratio of the flow rate of sulfuric acid flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow rate of borate buffer flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 0.25.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失は0.118MPaであり、吸光度は0.033であった。なお、吸光度は分光光度計(島津製作所:装置名UVmini−1240)により測定した(以下実施例6,7及び比較例3でも同様)。   As a result, the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.118 MPa, and the absorbance was 0.033. The absorbance was measured with a spectrophotometer (Shimadzu Corporation: apparatus name UVmini-1240) (hereinafter the same applies to Examples 6 and 7 and Comparative Example 3).

(実施例6)
実施例2で用いた流体混合器100(図5(a))に、硫酸及びほう酸緩衝液を、それらの流量を12.0L/hとして供給したことを除いて実施例5と同様に反応実験を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する硫酸の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入するほう酸緩衝液の流速に対する比は0.3であった。
(Example 6)
Reaction experiment similar to Example 5 except that the fluid mixer 100 (FIG. 5A) used in Example 2 was supplied with sulfuric acid and borate buffer at a flow rate of 12.0 L / h. Went. The ratio of the flow rate of sulfuric acid flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow rate of borate buffer flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 0.3.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失は0.094MPaであり、吸光度は0.021であった。   As a result, the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.094 MPa, and the absorbance was 0.021.

(実施例7)
実施例3で用いた流体混合器100(図5(a))に硫酸及びほう酸緩衝液を供給したことを除いて実施例5と同様に反応実験を行った。第1流路11aから流体合流域21に流入する硫酸の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入するほう酸緩衝液の流速に対する比は0.25であった。
(Example 7)
A reaction experiment was conducted in the same manner as in Example 5 except that sulfuric acid and borate buffer were supplied to the fluid mixer 100 (FIG. 5A) used in Example 3. The ratio of the flow rate of sulfuric acid flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow rate of borate buffer flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 0.25.

上記の結果、流体混合器100の前後の圧力損失は0.104MPaであり、吸光度は0.020であった。   As a result, the pressure loss before and after the fluid mixer 100 was 0.104 MPa, and the absorbance was 0.020.

(比較例7)
図6(b)に示す構成の流体混合器100’に、硫酸及びほう酸緩衝液を、それらの流量を4.8L/hとして供給したことを除いて実施例5と同様に反応実験を行った。
(Comparative Example 7)
A reaction experiment was conducted in the same manner as in Example 5 except that sulfuric acid and borate buffer were supplied at a flow rate of 4.8 L / h to the fluid mixer 100 ′ having the configuration shown in FIG. .

流体混合器100’は、図6(b)に示すように、小径管11’及び大径管12’のそれぞれの横断面形状が円形であって、小径管11’における長さ方向に沿って管端まで均一である円形の横断面形状の内径が1.7mm(従って、第1流路11a’の流路径は1.7mm)及び外径が3.2mm、並びに大径管12’の内径が4.4mm(従って、第2流路12a’の隙間は0.6mm)である。小径管11’は、軸方向に垂直な管端面を有し、大径管12’内において、細孔22’から0.5mm後方に管端が位置付けられている。流体合流域21’は、円筒形状に形成されている。小径管11’の管端面の対向面は縦壁状の平坦面に形成されている。細孔22’は、孔長さlが0.9mm、孔径dが0.3mm(従って、l/d=3)、及び孔面積sが0.07065mm2である。流路拡大域31’は、180°の角度で広がる円筒形状に形成されており、最大内径Dが1.1mmであり、これは細孔22’の孔径dの3.7倍である。第1流路11aから流体合流域21に流入する硫酸の流速の第2流路12aから流体合流域21に流入するほう酸緩衝液の流速に対する比は3.56であった。 As shown in FIG. 6B, in the fluid mixer 100 ′, the small-diameter pipe 11 ′ and the large-diameter pipe 12 ′ each have a circular cross-sectional shape, and are along the length direction of the small-diameter pipe 11 ′. The inner diameter of the circular cross-sectional shape that is uniform up to the tube end is 1.7 mm (therefore, the channel diameter of the first channel 11a ′ is 1.7 mm), the outer diameter is 3.2 mm, and the inner diameter of the large-diameter tube 12 ′. Is 4.4 mm (therefore, the gap between the second flow paths 12a ′ is 0.6 mm). The small-diameter pipe 11 ′ has a pipe end surface perpendicular to the axial direction, and the pipe end is positioned 0.5 mm behind the pore 22 ′ in the large-diameter pipe 12 ′. The fluid merge area 21 ′ is formed in a cylindrical shape. The opposed surface of the tube end surface of the small-diameter tube 11 ′ is formed as a vertical wall-like flat surface. The pore 22 ′ has a pore length l of 0.9 mm, a pore diameter d of 0.3 mm (thus 1 / d = 3), and a pore area s of 0.07065 mm 2 . The channel expansion area 31 ′ is formed in a cylindrical shape that spreads at an angle of 180 °, and the maximum inner diameter D is 1.1 mm, which is 3.7 times the hole diameter d of the pore 22 ′. The ratio of the flow rate of sulfuric acid flowing from the first flow path 11a to the fluid merge area 21 to the flow rate of borate buffer flowing from the second flow path 12a to the fluid merge area 21 was 3.56.

上記の結果、流体混合器100‘の前後の圧力損失は0.109MPaであり、吸光度は0.063であった。   As a result, the pressure loss before and after the fluid mixer 100 'was 0.109 MPa, and the absorbance was 0.063.

Figure 2011147932
Figure 2011147932

以上の実施例5〜7並びに比較例3の結果によれば、同一の圧力損失下での吸光度を比較した場合、実施例5〜7では、比較例3に比べて吸光度が小さいことが分かる。これは前記したように、実施例5〜7で用いた流体混合器の混合性能が比較例3で用いた流体混合器に比べて高いことを意味する。   According to the results of Examples 5 to 7 and Comparative Example 3 described above, it is understood that the absorbance in Examples 5 to 7 is smaller than that in Comparative Example 3 when the absorbance under the same pressure loss is compared. As described above, this means that the mixing performance of the fluid mixer used in Examples 5 to 7 is higher than that of the fluid mixer used in Comparative Example 3.

本発明は、流体混合器、並びにそれを用いた流体混合方法及び乳化物の製造方法について有用である。   The present invention is useful for a fluid mixer, a fluid mixing method using the fluid mixer, and a method for producing an emulsion.

100 流体混合器
10 流体流路部
11 小径管
11a 第1流路
11b 管端部分
12 大径管
12a 第2流路
20 流体合流縮流部
21 流体合流域
22 細孔
30 流路拡大部
31 流路拡大域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Fluid mixer 10 Fluid flow path part 11 Small diameter pipe 11a 1st flow path 11b Pipe end part 12 Large diameter pipe 12a 2nd flow path 20 Fluid confluence contraction part 21 Fluid confluence area 22 Fine pore 30 Flow path expansion part 31 Flow Road expansion area

Claims (13)

小径管と、該小径管をその長さ方向を共通にして収容する大径管と、を有し、該小径管内部に第1流路が構成されると共に該大径管内部で且つ該小径管外部に第2流路が構成された流体流路部と、
上記流体流路部の流体流出側に設けられ、上記第1流路を流通した第1流体と上記第2流路を流通した第2流体とが合流する流体合流域を構成すると共に、その合流した第1及び第2流体が縮流する細孔が穿孔された流体合流縮流部と、
上記流体合流縮流部の流体流出側に設けられ、上記細孔を縮流した第1及び第2流体が流入する流路拡大域を構成する流路拡大部と、
を備え、
上記小径管は、流体流出側の管端部分が管端に行くに従って管厚が薄くなるように形成されている、流体混合器。
A small-diameter pipe, and a large-diameter pipe that accommodates the small-diameter pipe in the same length direction. A first flow path is formed inside the small-diameter pipe, and the inside of the large-diameter pipe and the small diameter A fluid flow path portion in which a second flow path is configured outside the pipe;
A fluid merging area is provided on the fluid outflow side of the fluid flow path portion, where the first fluid flowing through the first flow path and the second fluid flowing through the second flow path merge, and the merge A fluid merging and converging part in which pores through which the first and second fluids contracted are perforated,
A flow path expanding portion that is provided on the fluid outflow side of the fluid converging and contracting section and that constitutes a flow path expanding area into which the first and second fluids that have flowed through the pores flow; and
With
The small diameter pipe is a fluid mixer formed such that a pipe end portion on a fluid outflow side becomes thinner as going to the pipe end.
上記小径管は、上記第1流路の横断面形状が長さ方向に沿って管端まで均一である、請求項1に記載された流体混合器。   2. The fluid mixer according to claim 1, wherein the small-diameter pipe has a uniform cross-sectional shape of the first flow path along a length direction to a pipe end. 上記小径管は、流体流出側の管端部分の外周部がテーパ形状に形成されている、請求項1又は2に記載された流体混合器。   The fluid mixer according to claim 1 or 2, wherein the small-diameter pipe has a tapered outer peripheral portion of a pipe end portion on a fluid outflow side. 上記小径管は、流体流出側の管端部分の外周面の縦断面における長さ方向に沿った輪郭が外側に膨出した曲線に形成されている、請求項1又は2に記載された流体混合器。   3. The fluid mixing according to claim 1, wherein the small-diameter pipe is formed in a curved shape in which a contour along a longitudinal direction in a longitudinal section of an outer peripheral surface of a pipe end portion on a fluid outflow side is bulged outward. vessel. 上記大径管は、その管内壁と上記小径管の管端部分との間に構成される上記第2流路の一部分となる隙間が流体流動方向に均一に形成されている、請求項1乃至4のいずれかに記載された流体混合器。   The large-diameter pipe has a gap formed as a part of the second flow path formed between an inner wall of the pipe and a pipe end portion of the small-diameter pipe formed uniformly in the fluid flow direction. 4. The fluid mixer described in any one of 4 above. 請求項1乃至5のいずれかに記載された流体混合器を用いた流体混合方法であって、
上記第1流路を流通した第1流体と上記第2流路を流通した第2流体とを上記流体合流域で合流させ、該流体合流域で合流させた第1及び第2流体を上記細孔に縮流させ、そして、該細孔を縮流した第1及び第2流体を流路拡大域に流入させる、流体混合方法。
A fluid mixing method using the fluid mixer according to any one of claims 1 to 5,
The first fluid that has flowed through the first flow path and the second fluid that has flowed through the second flow path are merged in the fluid merge area, and the first and second fluids merged in the fluid merge area are A fluid mixing method in which a first fluid and a second fluid that have flown through the pores and flowed through the pores are allowed to flow into the flow path expansion region.
上記流体合流域における第1流体と第2流体との合流を、第1流体を第2流体で覆うように行わせる、請求項6に記載された流体混合方法。   The fluid mixing method according to claim 6, wherein the first fluid and the second fluid in the fluid merging region are joined so as to cover the first fluid with the second fluid. 上記第1流路から上記流体合流域に流入する第1流体の流速の上記第2流路から上記流体合流域に流入する第2流体の流速に対する比を0.5〜2とする、請求項6又は7に記載された流体混合方法。   The ratio of the flow rate of the first fluid flowing from the first flow path to the fluid merge area to the flow speed of the second fluid flowing from the second flow path to the fluid merge area is 0.5 to 2. 6. The fluid mixing method described in 6 or 7. 上記流体合流域で合流させた第1及び第2流体を層流条件で上記細孔に縮流させる、請求項6乃至8のいずれかに記載された流体混合方法。   The fluid mixing method according to claim 6, wherein the first and second fluids merged in the fluid merge region are contracted into the pores under laminar flow conditions. 上記流体流路部における第1及び第2流体を合わせた流体の流速と、上記流体合流縮流部における第1及び第2流体が初めて合流した時点での第1及び第2流体を合わせた流体の流速と、を同一にする、請求項6乃至9のいずれかに記載された流体混合方法。   Fluid combined with the first and second fluids when the first and second fluids merge together for the first time in the fluid merging and contracting part The fluid mixing method according to any one of claims 6 to 9, wherein the flow velocity of the same is made the same. 上記流体混合器の前後の圧力損失を0.01〜5MPaとする、請求項6乃至10のいずれかに記載された流体混合方法。   The fluid mixing method according to claim 6, wherein a pressure loss before and after the fluid mixer is set to 0.01 to 5 MPa. 請求項1乃至5のいずれかに記載された流体混合器を用いた乳化物の製造方法であって、
第1流体として連続相及び分散相のうち一方となる流体及び第2流体として他方となる流体をそれぞれ用い、
上記第1流路を流通した流体と上記第2流路を流通した流体とを上記流体合流域で合流させ、該流体合流域で合流させた流体を上記細孔に縮流させ、そして、該細孔を縮流した流体を流路拡大域に流入させる、乳化物の製造方法。
A method for producing an emulsion using the fluid mixer according to any one of claims 1 to 5,
Using the fluid that is one of the continuous phase and the dispersed phase as the first fluid and the fluid that is the other as the second fluid,
The fluid that has flowed through the first flow path and the fluid that has flowed through the second flow path are merged in the fluid merge area, the fluid merged in the fluid merge area is contracted into the pores, and A method for producing an emulsion, wherein a fluid in which pores are contracted is allowed to flow into a channel enlargement region.
第1流体として連続相となる水相及び第2流体として分散相となる油相をそれぞれ用いることにより水中油型乳化物を製造する、請求項12に記載された乳化物の製造方法。   The method for producing an emulsion according to claim 12, wherein an oil-in-water emulsion is produced by using an aqueous phase that is a continuous phase as the first fluid and an oil phase that is a dispersed phase as the second fluid.
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