JP7267442B2 - スラグ流の形成方法、有機化合物の製造方法、粒子の製造方法、及び抽出方法 - Google Patents

Description

本開示は、スラグ流の形成方法、有機化合物の製造方法、粒子の製造方法、及び抽出方法に関する。

管路内で互いに相分離した２つの相が交互に流れるという流動様相を示すスラグ流は、例えば、有機合成反応（例えば、重合）、及び抽出方法への適用が期待されている。スラグ流を形成するために種々の技術が提案されている。

例えば、特開２００９－２２００４１号公報には、互いに混じり合わない複数の流体を、それぞれ個別に複数の流入流路を通して一箇所に合流させると共に、単一の流出流路を通して流出させるマイクロリアクターであって、上記流出流路の中途部に一時滞留空間部を設けて、同一時滞留空間部の内壁表面と各流体との親和性により各流体の一時滞留空間部内での滞留時間に差異が生じるようにしたことを特徴とするマイクロリアクターが開示されている。

例えば、特開２００７－３０３６５９号公報には、軸線方向中間部と軸線方向両端部とにポートを持つシリンダと、上記シリンダの軸線方向に往復移動可能に上記シリンダ内に収容されるとともに永久磁石を有し、上記シリンダの軸線方向両端部のポートを選択的に閉止するプランジャと、上記シリンダの軸線方向中間部のポートを挟んだ両側の部分の少なくとも一方の周囲に設けられた電磁石と、上記シリンダの内周面に形成され、上記シリンダの軸線方向に延在するとともに上記軸線方向中間部のポートに連通する一または複数の通路溝と、を具えてなる、マイクロ電磁バルブが開示されている。

例えば特開２００９－２２００４１号公報に記載されたマイクロリアクターにおいては、流出流路の中途部に設けられた一時滞留空間部の出口から油性流体と水性流体とを交互に流出することで、スラグ流を形成する。しかしながら、上記のような一時滞留空間部でスラグ流を形成する方法では、せん断応力によって液体の乳化が起こりやすくなる可能性があり、また、圧力損失が高くなるため、流量が制限される可能性もある。このため、スラグ長（スラグ流を構成する相（区分）の長さをいう。以下同じ。）を容易に調節することができない可能性がある。

また、例えば特開２００７－３０３６５９号公報に記載されたマイクロ電磁バルブについては、構造が複雑であり、しかも電力を用いて駆動させる必要があることから、耐圧性が十分ではない可能性がある。このため、スラグ長を容易に調節することができない可能性がある。

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものである。
本開示の一態様は、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を提供することを目的とする。
本開示の他の一態様は、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した有機化合物の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の他の一態様は、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した粒子の製造方法を提供することを目的とする。
本開示の他の一態様は、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した抽出方法を提供することを目的とする。

本開示には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ 第１の液と、上記第１の液とは相溶しない第２の液と、を合流させることと、上記第１の液に合流した上記第２の液を、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側へ移動させることと、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側で滞留した上記第２の液を、上記第１の液によって、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の下流側へ移動させることと、を含み、上記第１の液の密度Ｄ１、及び上記第２の液の密度Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たすスラグ流の形成方法。
＜２＞ 上記第１の液と上記第２の液との合流点において、上記第２の液に合流する上記第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１、及び上記第１の液に合流する上記第２の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ２が、θ１＜θ２の関係を満たす＜１＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜３＞ 上記第１の液と上記第２の液との合流点において、上記第２の液に合流する上記第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１が、０°以上９０°未満である＜１＞又は＜２＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜４＞ 上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側へ移動した上記第２の液を、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側で滞留させて、重力方向において上記第１の液と上記第２の液とを上下に配置することを含む＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜５＞ 上記第１の液の密度Ｄ１、及び上記第２の液の密度Ｄ２が、５ｋｇ／ｍ^３≦Ｄ１－Ｄ２の関係を満たす＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜６＞ 上記第１の液の流量Ｒ１、及び上記第２の液の流量Ｒ２が、Ｒ１＞Ｒ２の関係、又はＲ１＜Ｒ２の関係を満たす＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜７＞ 上記第１の液が流れる第１の管路と、上記第２の液が流れる第２の管路と、上記第１の管路と上記第２の管路とが連通し、上記第１の液と上記第２の液とが合流する合流部と、上記合流部に接続し、合流した上記第１の液、及び上記第２の液が流れる第３の管路と、を有する装置の上記合流部で、上記第１の液と、上記第２の液と、を合流させる＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜８＞ 上記第１の管路内に位置し、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側へ移動した上記第２の液を滞留させる滞留部で、上記第２の液を滞留させることを含む＜７＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜９＞ 上記滞留部が、上記第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっている縮径部である＜８＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜１０＞ 上記滞留部が、上記第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっており、かつ、上記合流部の中心から上記滞留部までの距離Ｌ１を調節可能な縮径部である＜８＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜１１＞ 上記滞留部が、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側で上記第１の管路内に挿通され、上記第１の管路の内径よりも小さい内径を有する管路の端部である＜８＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜１２＞ 上記滞留部が、内径が部分的に小さくなっている狭窄部である＜８＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜１３＞ 上記滞留部が、網目状の部材である＜８＞に記載のスラグ流の形成方法。
＜１４＞ 上記合流部の中心から上記滞留部までの距離Ｌ１が、１ｍｍ以上である＜８＞～＜１３＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜１５＞ 上記合流部の中心から上記滞留部までの距離Ｌ１、及び上記第１の管路の内径Ｌ２が、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす＜８＞～＜１４＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜１６＞ 有機合成反応に用いられる＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜１７＞ 粒子形成反応に用いられる＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜１８＞ 抽出方法に用いられる＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法。
＜１９＞ ＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法を含む有機化合物の製造方法。
＜２０＞ ＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法を含む粒子の製造方法。
＜２１＞ ＜１＞～＜１５＞のいずれか１つに記載のスラグ流の形成方法を含む抽出方法。

本開示の一態様によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法が提供される。
本開示の他の一態様によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した有機化合物の製造方法が提供される。
本開示の他の一態様によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した粒子の製造方法が提供される。
本開示の他の一態様によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるスラグ流の形成方法を利用した抽出方法が提供される。

図１は、本開示に係るスラグ流の形成方法によって形成されるスラグ流の流動様相の一例を示す概略図である。 図２は、流れ方向と重力方向とのなす角の一例を示す概略図である。 図３は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における合流部の一例を示す概略断面図である。 図４は、本開示に係るスラグ流の形成方法によるスラグ流の形成過程の一例を示す概略図である。 図５は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における滞留部の一例を示す概略断面図である。 図６は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における滞留部の一例を示す概略断面図である。 図７は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における滞留部の一例を示す概略断面図である。 図８は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における滞留部の一例を示す概略断面図である。 図９は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置の全体構成の一例を示す概略図である。 図１０は、実施例、及び比較例で用いた合流部の構成を示す概略図である。

以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に何ら制限されず、本開示の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。本開示の実施形態について図面を参照して説明する場合、図面において重複する構成要素、及び符号については、説明を省略することがある。図面において同一の符号を用いて示す構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。図面における寸法の比率は、必ずしも実際の寸法の比率を表すものではない。

本開示において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、２以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、「質量％」と「重量％」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。
本開示において、序数詞（例えば、「第１」、及び「第２」）は、構成要素を区別するために使用する用語であり、構成要素の数、及び構成要素の優劣を制限するものではない。

＜スラグ流の形成方法＞
本開示に係るスラグ流の形成方法は、（１）第１の液と、上記第１の液とは相溶しない第２の液と、を合流させること（以下、「段階（Ａ）」という場合がある。）と、（２）上記第１の液に合流した上記第２の液を、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側へ移動させること（以下、「段階（Ｂ）」という場合がある。）と、（３）上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の上流側で滞留した上記第２の液を、上記第１の液によって、上記第１の液と上記第２の液との合流点よりも上記第１の液の流れ方向の下流側へ移動させること（以下、「段階（Ｃ）」という場合がある。）と、を含み、上記第１の液の密度Ｄ１、及び上記第２の液の密度Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす。本開示において、「第１の液と第２の液との合流点」とは、第１の液と第２の液とが合流する地点を意味し、具体的には、第１の液の流れ方向の中心線と第２の液の流れ方向の中心線との交点を意味する。ある観点によれば、第１の液と第２の液との合流点は、第１の液の流路の中心を通る線と第２の液の流路の中心を通る線との交点である。

本開示に係るスラグ流の形成方法は、上記構成を含むことで、簡便な方法でスラグ長を調節することができる。本開示に係るスラグ流の形成方法が上記効果を奏する理由は明らかではないが、以下のように推察される。上記のとおり、例えば、特開２００９－２２００４１号公報、又は特開２００７－３０３６５９号公報に記載された技術を用いたスラグ流の形成方法において、スラグ長の制御は、条件、及び装置によって大きな制約を受ける可能性がある。従来のスラグ流の形成方法に対して、本開示に係るスラグ流の形成方法は、（１）第１の液と、第１の液とは相溶しない第２の液（第２の液の密度Ｄ２は、第１の液の密度Ｄ１よりも小さい。）と、を合流させ、（２）第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動させ、そして、（３）第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留した第２の液を、第１の液によって、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の下流側へ移動させるという過程を経て、スラグ流を形成することができる。すなわち、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側に移動させた後、第１の液の流れ方向の上流側に移動した第２の液を、第１の液によって押し戻すように第１の液の流れ方向の下流側へ移動させる。また、第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たすことで、第１の液に合流した第２の液は、第１の液内を上昇するような挙動を示すことができる。例えば、密度差によって第１の液内を第２の液が上昇するという挙動を利用することで、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ容易に移動させることができる。よって、本開示に係るスラグ流の形成方法によれば、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動した第２の液の量（第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留した第２の液の量を含む。）に応じてスラグ長を調節することができるため、従来のスラグ流の形成方法に比べて、より簡便な方法でスラグ長を調節することができる。

本開示に係るスラグ流の形成方法によって形成されるスラグ流は、互いに相分離した２つの相（すなわち、第１の液を含む相、及び第２の液を含む相）が交互に流れるという流動様相を示す。ここで、スラグ流の流動様相について図１を参照して説明する。図１は、本開示に係るスラグ流の形成方法によって形成されるスラグ流の流動様相の一例を示す概略図である。

図１に示すように、スラグ流は、管路３内で互いに相分離した第１の液１と第２の液２とが交互に流れるという流動様相を示す。図１において、ＳＬ１は、第１の液１のスラグ長を表す。図１において、ＳＬ２は、第２の液２のスラグ長を表す。

＜＜段階（Ａ）＞＞
段階（Ａ）では、第１の液と、第１の液とは相溶しない第２の液と、を合流させる。本開示において、「相溶しない」とは、複数の液が互いに混ざり合わずに分離（すなわち、相分離）する性質（以下、「非相溶性」という場合がある。）を意味する。

［第１の液］
第１の液の密度Ｄ１は、第２の液の密度Ｄ２よりも大きい。すなわち、第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２は、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす。第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たすことで、段階（Ｂ）において、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ容易に移動させることができる。段階（Ｂ）における第２の液の移動を容易にすることで、スラグ長の制御性を向上させることができる。本開示において、「液の密度」とは、温度２５℃、及び標準気圧（具体的には１０１３．２５ｈＰａ）における、液の体積に対する液の質量の比（［液の質量］／［液の体積］）を意味する。

第１の液の密度Ｄ１は、第２の液の密度Ｄ２よりも大きな値であれば制限されない。第１の液の密度Ｄ１は、スラグ長の制御性の観点から、１００ｋｇ／ｍ^３～２，０００ｋｇ／ｍ^３であることが好ましく、５００ｋｇ／ｍ^３～２，０００ｋｇ／ｍ^３であることがより好ましく、８００ｋｇ／ｍ^３～１，０００ｋｇ／ｍ^３であることが特に好ましい。

第１の液の粘度は、制限されない。第１の液の粘度は、スラグ長の制御性の観点から、０．１ｍＰａ・ｓ～１００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、０．１ｍＰａ・ｓ～５０ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、１ｍＰａ・ｓ～１０ｍＰａ・ｓであることが特に好ましい。

第１の液の温度は、制限されない。第１の液の温度は、例えば、第１の液の沸点以下の範囲で決定すればよい。第１の液の沸点が第２の液の沸点よりも高い場合、第１の液の温度は、第２の液の沸点以下の範囲であることが好ましい。第１の液の温度の下限は、第１の液が流動性を示す範囲であれば制限されない。第１の液の温度は、例えば、１５℃以上（好ましくは２０℃以上）の範囲で決定すればよい。例えば、第１の液が水である場合、第１の液の温度は、１５℃～１００℃の範囲で決定すればよい。

第１の液の組成は、制限されず、第２の液に対する非相溶性、及び第２の液の密度（すなわち、第１の液の密度が第２の液の密度よりも大きくなる範囲）に応じて決定すればよい。第１の液は、純物質、又は混合物（例えば、溶液）であってもよい。

第１の液としては、例えば、フッ素オイル、及び水が挙げられる。第１の液は、第２の液に対する非相溶性の観点から、フッ素オイル、又は水を含むことが好ましく、水を含むことがより好ましい。

フッ素オイルとしては、例えば、ハイドロフルオロエーテル、及びパーフルオロポリエーテルオイルが挙げられる。フッ素オイルの市販品としては、例えば、ノベック（３Ｍ社）が挙げられる。

第１の液がフッ素オイル又は水を含む場合、第１の液におけるフッ素オイル又は水の含有率は、制限されず、第２の液に対する非相溶性、及び目的とする密度に応じて決定すればよい。第１の液におけるフッ素オイル又は水の含有率は、第１の液の全質量に対して、例えば、９０質量％～１００質量％の範囲で決定すればよい。

第１の液が溶液又は分散系である場合、第１の液における溶媒又は分散媒の含有率は、制限されず、目的に応じて決定すればよい。第１の液における溶媒又は分散媒の含有率は、第１の液の全質量に対して、例えば、８０質量％～９９．９質量％の範囲で決定すればよい。

第１の液は、溶質として化合物を含んでいてもよい。化合物としては、例えば、重合開始剤、乳化剤、及びモノマーが挙げられる。

第１の液が溶質として化合物を含む場合、第１の液における化合物の含有率は、制限されず、目的に応じて決定すればよい。例えば、本開示に係るスラグ流の形成方法を用いて乳化重合を実施する場合、第１の液における化合物の含有率は、第１の液の全質量に対して、０．１質量％～１０質量％の範囲で決定すればよい。

［第２の液］
第２の液の密度Ｄ２は、第１の液の密度Ｄ１よりも小さな値であれば制限されない。第２の液の密度Ｄ２は、スラグ長の制御性の観点から、１００ｋｇ／ｍ^３～２０００ｋｇ／ｍ^３であることが好ましく、５００ｋｇ／ｍ^３～２，０００ｋｇ／ｍ^３であることがより好ましく、８００ｋｇ／ｍ^３～１，０００ｋｇ／ｍ^３であることが特に好ましい。

第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２は、スラグ長の制御性の観点から、５ｋｇ／ｍ^３≦Ｄ１－Ｄ２の関係を満たすことが好ましく、４０ｋｇ／ｍ^３≦Ｄ１－Ｄ２の関係を満たすことがより好ましく、８０ｋｇ／ｍ^３≦Ｄ１－Ｄ２の関係を満たすことが特に好ましい。「Ｄ１－Ｄ２」の上限は、制限されない。第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２は、Ｄ１－Ｄ２≦５００ｋｇ／ｍ^３の関係を満たすことが好ましく、Ｄ１－Ｄ２≦２５０ｋｇ／ｍ^３の関係を満たすことがより好ましく、Ｄ１－Ｄ２≦１００ｋｇ／ｍ^３の関係を満たすことが特に好ましい。第１の液の密度Ｄ１、及び第２の液の密度Ｄ２は、Ｄ１－Ｄ２≦５ｋｇ／ｍ^３の関係、又はＤ１－Ｄ２≦１０ｋｇ／ｍ^３の関係を満たしてもよい。

第２の液の粘度は、制限されない。第２の液の粘度は、スラグ長の制御性の観点から、０．１ｍＰａ・ｓ～１００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、１ｍＰａ・ｓ～５０ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、１ｍＰａ・ｓ～１０ｍＰａ・ｓであることが特に好ましい。

第２の液の温度は、制限されない。第２の液の温度は、例えば、第２の液の沸点以下の範囲で決定すればよい。第２の液の沸点が第１の液の沸点よりも高い場合、第２の液の温度は、第１の液の沸点以下の範囲であることが好ましい。第２の液の温度の下限は、第２の液が流動性を示す範囲であれば制限されない。第２の液の温度は、例えば、１５℃以上（好ましくは２０℃以上）の範囲で決定すればよい。例えば、第２の液がスチレンである場合、第２の液の温度は、１５℃～１４５℃の範囲で決定すればよい。

第２の液の組成は、制限されず、第１の液に対する非相溶性、及び第１の液の密度（すなわち、第２の液の密度が第１の液の密度よりも小さくなる範囲）に応じて決定すればよい。第２の液は、純物質、又は混合物（例えば、溶液）であってもよい。

第２の液としては、例えば、炭化水素、シリコーンオイル、脂肪油、水、エーテル、及びフッ素オイルが挙げられる。

炭化水素としては、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、脂環式炭化水素、及び芳香族炭化水素が挙げられる。具体的な炭化水素としては、例えば、スチレン、トルエン、ドデカン、及びシクロヘキサンが挙げられる。

シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、及び変性シリコーンオイルが挙げられる。シリコーンオイルは、例えば、信越化学工業株式会社製のＫＦ－９６（例えば、ＫＦ－９６－０．６５ＣＳ、ＫＦ－９６－１０ＣＳ、及びＫＦ－９６－１００ＣＳ）として入手可能である。

脂肪油としては、例えば、オレイン酸、リノレン酸、及びコーン油が挙げられる。

エーテルとしては、例えば、ジメチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル、及びテトラヒドロフランが挙げられる。

フッ素オイルとしては、上記「第１の液」の項において説明したフッ素オイルが挙げられる。

第２の液は、第１の液に対する非相溶性の観点から、水、又は炭化水素を含むことが好ましく、炭化水素を含むことがより好ましく、芳香族炭化水素を含むことが特に好ましい。

第２の液が溶液又は分散系である場合、第２の液における溶媒又は分散媒の含有率は、制限されず、目的に応じて決定すればよい。第２の液における溶媒又は分散媒の含有率は、第２の液の全質量に対して、例えば、８０質量％～９９．９質量％の範囲で決定すればよい。

第２の液は、溶質として化合物を含んでいてもよい。化合物としては、例えば、重合開始剤、乳化剤、及びモノマーが挙げられる。

第２の液が溶質として化合物を含む場合、第２の液における化合物の含有率は、制限されず、目的に応じて決定すればよい。例えば、本開示に係るスラグ流の形成方法を用いて乳化重合を実施する場合、第２の液における化合物の含有率は、第２の液の全質量に対して、０．１質量％～１０質量％の範囲で決定すればよい。

［方法、及び条件］
第１の液と第２の液との合流点において、第２の液に合流する第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１、及び第１の液に合流する第２の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ２は、θ１＜θ２の関係を満たすことが好ましい。θ１、及びθ２がθ１＜θ２の関係を満たすことで、段階（Ｂ）において、第１の液の密度Ｄ１と第２の液の密度Ｄ２との差を利用して、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ容易に移動することができる。段階（Ｂ）における第２の液の移動を容易にすることで、スラグ長の制御性を向上させることができる。

ここで、第１の液と第２の液との合流点において、第２の液に合流する第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１、及び第１の液に合流する第２の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ２について、図２を参照して説明する。図２は、流れ方向と重力方向とのなす角の一例を示す概略図である。

図２に示すように、第２の液に合流する第１の液の流れ方向ＦＤ１（以下、単に「流れ方向ＦＤ１」という場合がある。）と重力方向ＧＤとのなす角θ１は、第１の液と第２の液との合流点Ｏで交わる第１の液の流れ方向ＦＤ１と重力方向ＧＤとによって作られる角度である。

図２に示すように、第１の液に合流する第２の液の流れ方向ＦＤ２と重力方向ＧＤとのなす角θ２は、第１の液と第２の液との合流点Ｏで交わる第２の液の流れ方向ＦＤ２（以下、単に「流れ方向ＦＤ２」という場合がある。）と重力方向ＧＤとによって作られる角度である。

第１の液と第２の液との合流点において、第２の液に合流する第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１は、０°以上９０°未満であることが好ましく、０°～４５°であることがより好ましく、０°～３０°であることがさらに好ましく、０°～１５°であることが特に好ましい。θ１が上記範囲であることで、段階（Ｂ）において、第１の液の密度Ｄ１と第２の液の密度Ｄ２との差を利用して、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ容易に移動することができる。段階（Ｂ）における第２の液の移動を容易にすることで、スラグ長の制御性を向上させることができる。

第１の液の流量Ｒ１は、制限されない。第１の液の流量Ｒ１は、生産性の観点から、０．００１ｍＬ／分以上であることが好ましく、０．０１ｍＬ／分以上であることがより好ましく、０．１ｍＬ／分以上であることが特に好ましい。第１の液の流量Ｒ１は、安定なスラグ流の形成の観点から、１，０００ｍＬ／分以下であることが好ましく、５００ｍＬ／分以下であることがより好ましく、１００ｍＬ／分以下であることが特に好ましい。

第２の液の流量Ｒ２は、制限されない。第２の液の流量Ｒ２は、生産性の観点から、０．００１ｍＬ／分以上であることが好ましく、０．０１ｍＬ／分以上であることがより好ましく、０．１ｍＬ／分以上であることが特に好ましい。第２の液の流量Ｒ２は、安定なスラグ流の形成の観点から、１，０００ｍＬ／分以下であることが好ましく、５００ｍＬ／分以下であることがより好ましく、１００ｍＬ／分以下であることが特に好ましい。

第１の液の流量Ｒ１、及び第２の液の流量Ｒ２は、同一であっても異なっていてもよい。第１の液の流量Ｒ１、及び第２の液の流量Ｒ２は、Ｒ１＞Ｒ２、又はＲ１＜Ｒ２の関係を満たすことが好ましい。第１の液の流量Ｒ１、及び第２の液の流量Ｒ２が、Ｒ１＞Ｒ２の関係を満たすことで、第１の液を含む相のスラグ長を第２の液を含む相のスラグ長よりも長くすることができる。第１の液の流量Ｒ１、及び第２の液の流量Ｒ２が、Ｒ１＜Ｒ２の関係を満たすことで、第２の液を含む相のスラグ長を第１の液を含む相のスラグ長よりも長くすることができる。

段階（Ａ）では、例えば、以下に示す構成要素を有する装置を用いることで、第１の液と第２の液とを合流させることができる。段階（Ａ）では、第１の液が流れる第１の管路と、第２の液が流れる第２の管路と、第１の管路と第２の管路とが連通し、第１の液と第２の液とが合流する合流部と、合流部に接続し、合流した第１の液、及び第２の液が流れる第３の管路と、を有する装置（以下、「装置（Ａ）」という場合がある。）の合流部で、第１の液と、第２の液と、を合流させることが好ましい。ここで、「合流した第１の液、及び第２の液」との用語は、第１の液と第２の液とを含むスラグ流を含む。以下、装置（Ａ）の構成について説明する。ただし、装置（Ａ）の構成は、以下の実施形態に制限されない。

第１の管路は、第１の液が流れる管路である。第１の管路の一方の端部は、第２の管路と連通することで、合流部を形成する。第１の管路は、合流部において第２の管路と、着脱可能、又は着脱不可能に連通していてもよい。第１の管路の他方の端部は、他の部材（例えば、第１の液を供給する供給装置、又は他の管路）と連通していてもよい。本開示において「連通する」との用語は、流体が流通できるように２つ以上の物を接続することを意味する。

第１の管路の材料としては、例えば、ガラス、樹脂、及び金属が挙げられる。

樹脂は、溶剤に対して耐性を有する樹脂であることが好ましい。樹脂としては、アクリル（アクリル樹脂ともいう。）、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサン、又はフッ素樹脂が好ましく、フッ素樹脂がより好ましい。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）が挙げられる。

金属としては、例えば、ステンレス鋼が挙げられる。

第１の管路の断面形状は、制限されない。第１の管路の断面形状としては、例えば、真円、楕円、及び四角形が挙げられる。

第１の管路の径は、制限されない。第１の管路の外径は、例えば、１ｍｍ～１００ｍｍの範囲で決定すればよい。第１の管路の内径は、例えば、０．１ｍｍ～５０ｍｍの範囲で決定すればよい。本開示において、「内径」とは、特に断りのない限り、対象物の断面における内側の径の最大長さを意味する。本開示において、「外径」とは、特に断りのない限り、対象物の断面における外側の径の最大長さを意味する。

第２の管路は、第２の液が流れる管路である。第２の管路の一方の端部は、第１の管路と連通することで、合流部を形成する。第２の管路は、合流部において第１の管路と、着脱可能、又は着脱不可能に連通していてもよい。第２の管路の他方の端部は、他の部材（例えば、第２の液を供給する供給装置、又は他の管路）と連通していてもよい。

第２の管路の材料としては、例えば、上記した第１の管路の材料が挙げられる。第２の管路の材料は、第１の管路の材料と同一であっても異なっていてもよい。

第２の管路の断面形状は、制限されない。第２の管路の断面形状としては、例えば、真円、楕円、及び四角形が挙げられる。第２の管路の断面形状は、第１の管路の断面形状と同一であっても異なっていてもよい。

第２の管路の径は、制限されない。第２の管路の外径は、例えば、１ｍｍ～１００ｍｍの範囲で決定すればよい。第２の管路の内径は、例えば、０．１ｍｍ～５０ｍｍの範囲で決定すればよい。第２の管路の径は、第１の管路の径と同一であっても異なっていてもよい。

合流部は、第１の管路と第２の管路とが連通し、第１の液と第２の液とが合流する部分である。合流部の構造は、第１の管路を流れる第１の液、及び第２の管路を流れる第２の液を合流させることが可能な構造であれば制限されない。すなわち、合流部において、第１の管路、及び第２の管路は、液が流通できるように連なっていればよい。合流部は、第１の管路と第２の管路とが直接的に連通することによって形成されていてもよい。また、合流部は、第１の管路と第２の管路とが他の部材を介して間接的に連通することによって形成されていてもよい。

ここで、合流部の構造について図３を参照して説明する。図３は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における合流部の一例を示す概略断面図である。

図３に示す合流部４０では、第１の液が流れる第１の管路１０と、第２の液が流れる第２の管路２０と、合流した第１の液、及び第２の液（すなわち、スラグ流）が流れる第３の管路３０とが連通している。図３に示す合流部４０は、第１の管路１０、第２の管路２０、及び第３の管路３０が互いに接続することによって一体的に形成されている。

図３において、第１の管路１０、第２の管路２０、及び第３の管路３０は、同一平面上で配置されている。第１の管路１０は、同一平面上で、第２の管路２０と直角に接続している。第２の管路２０は、同一平面上で、第３の管路３０と直角に接続している。

第３の管路は、合流部に接続し、合流した第１の液、及び第２の液が流れる管路である。第３の管路は、合流部と、着脱可能、又は着脱不可能に接続していてもよい。

第３の管路の材料としては、例えば、上記した第１の管路の材料が挙げられる。第３の管路の材料は、第１の管路の材料と同一であっても異なっていてもよい。第３の管路の材料は、第２の管路の材料と同一であっても異なっていてもよい。

第３の管路の断面形状は、制限されない。第３の管路の断面形状としては、例えば、真円、楕円、及び四角形が挙げられる。第３の管路の断面形状は、第１の管路の断面形状と同一であっても異なっていてもよい。第３の管路の断面形状は、第２の管路の断面形状と同一であっても異なっていてもよい。

第３の管路の径は、制限されない。第３の管路の外径は、例えば、１ｍｍ～１００ｍｍの範囲で決定すればよい。第３の管路の内径は、例えば、０．１ｍｍ～５０ｍｍの範囲で決定すればよい。第３の管路の径は、第１の管路の径と同一であっても異なっていてもよい。第３の管路の径は、第２の管路の径と同一であっても異なっていてもよい。

＜＜段階（Ｂ）＞＞
段階（Ｂ）では、第１の液に合流した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動させる（例えば、図４（ａ）～図４（ｂ）参照）。段階（Ｂ）では、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動させる第２の液の量（第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留した第２の液の量を含む。）に応じてスラグ長を調節することができる。

ここで、段階（Ｂ）について図４を参照して説明する。図４は、本開示に係るスラグ流の形成方法によるスラグ流の形成過程の一例を示す概略図である。

図４（ａ）に示すように、流れ方向ＦＤ２へ流れる第２の液２は、流れ方向ＦＤ１へ流れる第１の液１に合流する。

図４（ａ）に示すように、第１の液１に合流した第２の液２を、第１の液１と第２の液２との合流点よりも流れ方向ＦＤ１の上流側（すなわち、流れ方向ＦＤ１の反対方向）へ移動させる。上記したように、例えば、第１の液１の密度と第２の液２の密度との差（すなわち、第２の液２の密度が第１の液１の密度よりも小さいこと）を利用して、第１の液１に合流した第２の液２を、流れ方向ＦＤ１の上流側へ移動させることができる。

段階（Ｂ）において、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動する第２の液の量は、例えば、第１の液の流量Ｒ１、及び第２の液の流量Ｒ２によって調節することができる。第１の液の流量Ｒ１を第２の液の流量Ｒ２よりも大きくすることで、第１の液の流れ方向の上流側へ移動する第２の液の量を少なくすることができる。一方、第２の液の流量Ｒ２を第１の液の流量Ｒ１よりも大きくすることで、第１の液の流れ方向の上流側へ移動する第２の液の量を多くすることができる。

＜＜段階（Ｃ）＞＞
段階（Ｃ）では、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留した第２の液を、第１の液によって、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の下流側へ移動させる（例えば、図４（ｂ）～図４（ｄ）参照）。ここで、「滞留」との用語は、第２の液が見かけ上静止していること、及び第１の液の流れ方向の上流側への第２の液の移動が滞ることを含む。

図４（ｂ）に示すように、第１の液１と第２の液２との合流点よりも流れ方向ＦＤ１の上流側へ移動した第２の液２は、第１の液１と第２の液２との合流点よりも流れ方向ＦＤ１の上流側で滞留している。第２の液２の滞留は、例えば、流れ方向ＦＤ１へ流れる第１の液１によって受ける力によって生じていると考えられる。

図４（ｃ）に示すように、滞留した第２の液２を、第１の液１によって流れ方向ＦＤ１の下流側へ移動させる。第１の液１による第２の液２の移動は、例えば、第１の液１の流れを遮るように第２の液が滞留することによって起こると考えられる。第１の液１の流れを遮るように第２の液が滞留することで、第２の液２は、第１の液１によって第２の液２が押し流されるように移動する。

図４（ｄ）に示すように、滞留した第２の液２を、第１の液１によって、第１の液１と第２の液２との合流点よりも流れ方向ＦＤ１の下流側へ移動させる。図４（ｄ）に示すように、流れ方向ＦＤ１の下流側へ移動した第２の液２は、流れ方向の前後を第１の液１によって挟まれた状態で流れる。

本開示に係るスラグ流の形成方法においては、例えば図４（ａ）～図４（ｄ）に示すような過程を繰り返すことで、第１の液と第２の液とが交互に流れるスラグ流を形成することができる。

＜＜段階（Ｄ）＞＞
本開示に係るスラグ流の形成方法は、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動した第２の液を、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留させて、重力方向において第１の液と第２の液とを上下に配置すること（以下、段階（Ｄ）という場合がある。）を含むことが好ましい。本開示に係るスラグ流の形成方法が段階（Ｄ）を含むことで、スラグ流の形成性を向上させることができる。本開示において、「重力方向において第１の液と第２の液とを上下に配置する」とは、水平方向から第１の液と第２の液とを観察した場合に、第１の液、及び第２の液の一方が上側に位置し、第１の液、及び第２の液の他方が下側に位置することを意味する。例えば、図４（ｂ）に示される流れ方向ＦＤ１を重力方向と仮定した場合、図４（ｂ）は、重力方向において上下に配置された第１の液１及び第２の液２を示す。本開示に係るスラグ流の形成方法が段階（Ｄ）を含む場合、段階（Ｄ）は、段階（Ｂ）と段階（Ｃ）との間で実施することが好ましい。

＜＜液の滞留方法＞＞
本開示に係るスラグ流の形成方法では、例えば、以下に示す滞留部を有する装置を用いることで、第２の液を効果的に滞留させることができる。上記装置（Ａ）を用いて本開示に係るスラグ流の形成方法を実施する場合、本開示に係るスラグ流の形成方法は、第１の管路内に位置し、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動した第２の液を滞留させる滞留部で、第２の液を滞留させることを含むことが好ましい。第１の管路内に滞留部を配置することで、第２の液を容易に滞留させることができる。また、滞留部で第２の液を滞留させることで、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で滞留した第２の液の量を安定的に調節することができるため、スラグ長の制御性を向上させることができる。

滞留部としては、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側へ移動した第２の液を滞留させることができる部材であれば制限されない。滞留部は、第１の管路とは独立した部材であってもよい。また、滞留部は、第１の管路によって構成される部材であってもよい。

以下、滞留部について図５～図８を参照しながら説明する。図５～図８は、それぞれ、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置における滞留部の一例を示す概略断面図である。

ある実施形態において、滞留部は、第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっている縮径部であることが好ましい。縮径部によって、第１の液の流れ方向の上流側への第２の液の移動を滞らせることができるため、第２の液を容易に滞留させることができる。

縮径部では、縮径部を通過する液の流れの断面積を減少させるように内径が小さくなっていればよい。縮径部の内径は、第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって、線形的、又は非線形的（例えば、曲線状、又は階段状）に小さくなっていてもよい。

縮径部は、第１の管路の内径を小さくすることによって形成されてもよい。また、縮径部は、第１の管路とは独立した部材によって形成されてもよい。縮径部が第１の管路とは独立した部材である場合、縮径部の材料としては、例えば、樹脂、及び金属が挙げられる。樹脂としては、例えば、第１の管路の材料として既述した樹脂が挙げられる。金属としては、例えば、第１の管路の材料として既述した金属が挙げられる。

例えば、図５に示す合流部４１では、第１の液が流れる第１の管路１１と、第２の液が流れる第２の管路２１と、合流した第１の液、及び第２の液が流れる第３の管路３１とが連通している。第１の管路１１内には、滞留部５０として、流れ方向ＦＤ１の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっている縮径部が設けられている。図５に示す滞留部５０では、第１の液の流れ方向の上流側で第１の管路１１の内径が小さくなっている。

ある実施形態において、滞留部は、第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっており、かつ、合流部の中心から滞留部までの距離Ｌ１（以下、単に「距離Ｌ１」という場合がある。）を調節可能な縮径部であることも好ましい。本開示において、「合流部の中心」とは、第１の管路の中心線と第２の管路の中心線との交点を意味する。本開示において、「合流部の中心から滞留部まで」とは、合流部の中心から、第１の液の流れ方向の最も下流側に位置する、滞留部の端部までを意味する。距離Ｌ１を調節可能な縮径部によれば、距離Ｌ１を調節することによってスラグ長を調節することができる。例えば、距離Ｌ１を短くすることで、滞留する第２の液の量が少なくなるため、スラグ長を短くすることができる。また、距離Ｌ１を長くすることで、滞留する第２の液の量が多くなるため、スラグ長を長くすることができる。具体的に、滞留部は、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向の上流側で第１の管路内に挿通され、第１の管路の内径よりも小さい内径を有する管路の端部であることが好ましい。例えば、第１の管路内に挿通された管路の端部の位置を、合流部の中心に近づけることで、距離Ｌ１を短くすることができる。また、第１の管路内に挿通された管路の端部の位置を、合流部の中心から離間させることで、距離Ｌ１を長くすることができる。滞留部として、第１の管路内に挿通された管路の材料としては、例えば、上記した第１の管路の材料が挙げられる。

例えば、図６に示す合流部４２では、第１の液が流れる第１の管路１２と、第２の液が流れる第２の管路２２と、合流した第１の液、及び第２の液が流れる第３の管路３２とが連通している。第１の管路１２内には、滞留部５１として、第１の液と第２の液との合流点よりも第１の液の流れ方向ＦＤ１の上流側で第１の管路１２内に挿通され、第１の管路の内径よりも小さい内径を有する管路の端部が設けられている。図６においては、第１の管路１２内に挿通された管路を上下に移動させることによって、滞留部５１の位置を調節することができる。図６において、Ｃは、合流部の中心を示す。図６において、Ｌ１は、合流部の中心Ｃから滞留部５１までの距離を示す。図６において、Ｌ２は、第１の管路１２の内径を示す。

ある実施形態において、滞留部は、内径が部分的に小さくなっている狭窄部であることも好ましい。ここで、「内径が部分的に小さくなっている」とは、狭窄部の前後にある各部の内径に比べて、狭窄部の内径が小さいことを意味する。狭窄部によって、第１の液の流れ方向の上流側への第２の液の移動を滞らせることができるため、第２の液を容易に滞留させることができる。

狭窄部では、狭窄部を通過する液の流れの断面積を減少させるように内径が小さくなっていればよい。

狭窄部は、第１の管路を部分的に狭窄することによって形成されてもよい。また、狭窄部は、第１の管路とは独立した部材によって形成されてもよい。狭窄部が第１の管路とは独立した部材である場合、狭窄部の材料としては、例えば、樹脂、及び金属が挙げられる。樹脂としては、例えば、第１の管路の材料として既述した樹脂が挙げられる。金属としては、例えば、第１の管路の材料として既述した金属が挙げられる。

例えば、図７に示す合流部４３では、第１の液が流れる第１の管路１３と、第２の液が流れる第２の管路２３と、合流した第１の液、及び第２の液が流れる第３の管路３３とが連通している。第１の管路１３内には、滞留部５２として、内径が部分的に小さくなっている狭窄部が設けられている。滞留部５２では、第１の管路１３の内壁面から中央へ突出した構造によって内径が部分的に小さくなっている。

ある実施形態において、滞留部は、網目状の部材であることも好ましい。網目状の部材によって、第１の液の流れ方向の上流側への第２の液の移動を滞らせることができるため、第２の液を容易に滞留させることができる。網目状の部材の材料としては、例えば、樹脂、及び金属が挙げられる。樹脂としては、例えば、第１の管路の材料として既述した樹脂が挙げられる。金属としては、例えば、第１の管路の材料として既述した金属が挙げられる。

例えば、図８に示す合流部４４では、第１の液が流れる第１の管路１４と、第２の液が流れる第２の管路２４と、合流した第１の液、及び第２の液が流れる第３の管路３４とが連通している。第１の管路１４内には、滞留部５３として、網目状の部材が設けられている。滞留部５３は、第１の管路１４内を塞ぐように設けられている。

ある実施形態において、滞留部は、第２の液との親和性が高い部材であってもよい。第２の液との親和性が高い部材によって、第１の液の流れ方向の上流側への第２の液の移動を滞らせることができるため、第２の液を容易に滞留させることができる。例えば、第２の液との親和性が高い材料（例えば、第２の液が疎水性である場合には疎水性の材料）を用いて第１の管路の内壁を表面処理することで、第１の管路内に滞留部を設けることができる。また、第２の液との親和性が高い材料を用いて、上記した縮径部等の滞留部を表面処理してもよい。

合流部の中心から滞留部までの距離Ｌ１は、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、４ｍｍ以上であることが特に好ましい。距離Ｌ１が上記範囲であることで、スラグ長を長くすることができる。距離Ｌ１の上限は、制限されず、目的とするスラグ長に応じて決定すればよい。距離Ｌ１は、例えば、１００ｍｍ以下（好ましくは１０ｍｍ以下）の範囲で決定すればよい。

合流部の中心から滞留部までの距離Ｌ１、及び第１の管路の内径Ｌ２は、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たすことが好ましい。第１の液と第２の液との合流点から滞留部までの距離Ｌ１、及び第１の管路の内径Ｌ２が、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たすことで、スラグ長を長くすることができる。第１の管路の内径Ｌ２は、合流部の中心から滞留部までの範囲における第１の管路の内径を指す。

＜＜本開示に係るスラグ流の形成方法の一例＞＞
以下、本開示に係るスラグ流の形成方法の一例について、図９を参照して説明する。図９は、本開示に係るスラグ流の形成方法に用いられる装置の全体構成の一例を示す概略図である。

図９に示す装置１００は、第１の管路１５と、第２の管路２５と、第３の管路３５と、合流部４５と、供給部６０と、供給部６１と、ポンプ７０と、ポンプ７１と、を有する。装置１００は、合流部４５で第１の液と第２の液とを合流させることによってスラグ流を形成することができる装置である。装置１００は、上記した装置（Ａ）の一例である。

合流部４５は、第１の管路１５と第２の管路２５とが連通する部分である。合流部４５では、第１の管路１５、第２の管路２５、及び第３の管路３５が互いに接続している。

第１の管路１５は、第１の液が流れる管路である。第１の管路１５の一方の端部には、第２の管路２５、及び第３の管路３５が接続している。

第１の管路１５の他方の端部には、供給部６０が接続している。供給部６０は、第１の液を貯留し、そして、第１の管路１５を経由して合流部４５へ第１の液を供給するための装置である。

第１の管路１５の途中には、ポンプ７０が設けられている。ポンプ７０は、供給部６０に貯留された第１の液を合流部４５へ供給する装置である。

第２の管路２５は、第２の液が流れる管路である。第２の管路２５の一方の端部には、第１の管路１５、及び第３の管路３５が接続している。

第２の管路２５の他方の端部には供給部６１が接続している。供給部６１は、第２の液を貯留し、そして、第２の管路２５を経由して合流部４５へ第２の液を供給するための装置である。

第２の管路２５の途中には、ポンプ７１が設けられている。ポンプ７１は、供給部６１に貯留された第２の液を合流部４５へ供給する装置である。

第３の管路３５は、合流した第１の液、及び第２の液が流れる管路である。

次に、図９に示す装置１００を用いた、本開示に係るスラグ流の形成方法の一例について図９を参照して説明する。

供給部６０に貯留した第１の液を合流部４５へ供給すると共に、供給部６１に貯留した第２の液を合流部４５へ供給することによって、合流部４５内で、供給部６０から合流部４５へ供給した第１の液と、供給部６１から合流部４５へ供給した第２の液と、を合流させる。

合流部４５では、重力方向に沿って流れる第１の液と、水平方向に沿って流れる第２の液とが合流するように、第１の管路１５、及び第２の管路２５が連通している。すなわち、合流部４５において、第２の液に合流する第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１は、０°に調節されている。また、合流部４５において、第１の液に合流する第２の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ２は、９０°に調節されている。

合流部４５内で合流した第１の液、及び第２の液は、図４（ａ）～図４（ｄ）に示すような過程を繰り返すことでスラグ流を形成する。そして、合流部４５内で形成されたスラグ流は、第３の管路３５を経由して排出される。

＜＜用途＞＞
本開示に係るスラグ流の形成方法は、スラグ長を容易に調節することができるため、種々の用途に適用することができる。本開示に係るスラグ流の形成方法の用途としては、例えば、有機合成反応、粒子形成反応、及び抽出方法が挙げられる。

本開示に係るスラグ流の形成方法は、有機合成反応に用いられることが好ましい。有機合成反応においては、本開示に係るスラグ流の形成方法によって形成されるスラグ流を反応場として利用することができる。有機合成反応としては、例えば、重合（例えば、乳化重合）、及び相間移動触媒を用いた有機合成反応（例えば、アルキル化反応、及び酸化反応）が挙げられる。

本開示に係るスラグ流の形成方法は、粒子形成反応に用いられることが好ましい。粒子形成反応においては、本開示に係るスラグ流の形成方法によって形成されるスラグ流を反応場として利用することができる。粒子形成反応としては、例えば、有機粒子、又は無機粒子を形成する反応が挙げられる。例えば、有機粒子を形成する反応においては、上記した有機合成反応（例えば、乳化重合）を利用することができる。また、本開示に係るスラグ流の形成方法は、顔料粒子を形成する反応に用いられてもよい。

本開示に係るスラグ流の形成方法は、抽出方法に用いられることが好ましい。抽出方法においては、第１の液、及び第２の液の一方の液に含まれる成分を、第１の液、及び第２の液の他方の液に抽出することができる。

＜有機化合物の製造方法＞
本開示に係る有機化合物の製造方法は、本開示に係るスラグ流の形成方法を含む。本開示に係る有機化合物の製造方法によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるため、スラグ流を反応場として種々の有機合成反応を進行させることができる。

有機合成反応としては、例えば、上記「用途」の項において説明した有機合成反応が挙げられる。有機合成反応の条件としては、制限されず、公知の条件を適用することができる。

ここで、有機合成反応の一例である乳化重合について説明する。乳化重合においては、例えば、重合開始剤、乳化剤、及び水を含む第１の液と、モノマー、及び有機溶媒（例えば、炭化水素）を含む第２の液と、を合流させることによって形成したスラグ流を反応場として利用することで、モノマーの重合を進行させることができる。モノマーとしては、例えば、スチレン、アクリル酸エステル（例えば、アクリル酸メチル）、及びメタクリル酸エステル（例えば、メタクリル酸メチル）が挙げられる。例えば、モノマーとしてスチレンを乳化重合することによって、ポリスチレンを製造することができる。

本開示に係る有機化合物の製造方法によって得られる有機化合物は、低分子化合物、又は高分子化合物であってもよい。

＜粒子の製造方法＞
本開示に係る粒子の製造方法は、本開示に係るスラグ流の形成方法を含む。本開示に係る粒子の製造方法によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるため、スラグ流を反応場として種々の粒子を製造することができる。

本開示に係る粒子の製造方法においては、例えば、上記した乳化重合を利用することで、有機粒子を製造することができる。例えば、モノマーとしてスチレンを乳化重合することによって、ポリスチレン粒子を製造することができる。

本開示に係る粒子の製造方法によって得られる粒子は、有機粒子、又は無機粒子であってもよい。また、粒子は、顔料粒子であってもよい。

＜抽出方法＞
本開示に係る抽出方法は、本開示に係るスラグ流の形成方法を含む。本開示に係る抽出方法によれば、簡便な方法でスラグ長を調節することができるため、スラグ流において隣り合う第１の液に含まれる成分を、第２の液に抽出することができる。また、スラグ流において隣り合う第２の液に含まれる成分を、第１の液に抽出することもできる。

抽出方法としては、例えば、ドデカン（第２の液）に含まれるフェノール成分を水相（第１の液）に抽出する方法が挙げられる。

以下、実施例により本開示を詳細に説明するが、本開示はこれらに制限されるものではない。

＜装置の構成＞
実施例、及び比較例では、図１０に示すような構成要素を有する合流部を有する装置を用いた。図１０は、実施例、及び比較例で用いた合流部の構成を示す概略図である。

図１０に示す合流部４６では、Ｔ字状の配管８０（以下、単に「配管８０」という場合がある。）に、連結部材（不図示）によって、配管８１、配管８２、及び配管８３がそれぞれ接続している。

配管８０内には、滞留部（不図示）が設けられている。滞留部としては、（１）図５に示すような構造を有する、配管８０と配管８１との接続部で形成された縮径部（以下、滞留部の種類において「１」と表記する。）、又は（２）図６に示すような構造を有する、配管８０内に挿通された配管８１の端部（以下、滞留部の種類において「２」と表記する。）を適用した。

配管８１を経由して配管８０内に導入された液、及び配管８２を経由して配管８０内に導入された液は、配管８０内で合流することができる。

図１０において、Ｌ１は、合流部の中心から滞留部までの距離を示す。

図１０において、ＧＤは、重力方向を示す。

＜実施例１＞
以下の条件で、配管８１内に水相（第１の液）を導入し、そして、配管８２内に油相（第２の液）を導入した。合流部４６で水相と油相とを合流させることによって、スラグ流を形成した。

（条件）
・水相の種類：水
・油相の種類：スチレン
・合流部の配置：垂直
・滞留部の種類：１
・距離Ｌ１：３．５ｍｍ
・配管８０の内径：２ｍｍ
・配管８１の外径：１．６ｍｍ
・配管８１の内径：１ｍｍ
・流量（水相）：１ｍＬ／分
・流量（油相）：１ｍＬ／分

上記条件における「合流部の配置」について説明する。合流部の配置が「垂直」であるとは、配管８１を経由して配管８０内に導入された液が配管８０内を重力方向（図１０においてＧＤで示す方向）に流れるように、配管８０を配置したことを意味する。すなわち、配管８０内に導入される液の流れ方向と重力方向とのなす角は、０°である。一方、配管８２を経由して配管８０内に導入される液の流れ方向と重力方向とのなす角は、９０°である。

＜実施例２～２１、及び比較例１～３＞
表１～表３の記載にしたがって条件を変更したこと以外は、実施例１と同様の方法によって、スラグ流を形成した。

＜実施例２０＞
表３の記載にしたがって条件を変更したこと、配管８１内に油相（フッ素オイル、第１の液）を導入したこと、及び配管８２に水相（水、第２の液）を導入したこと以外は、実施例１と同様の方法によって、スラグ流を形成した。

＜評価＞
［スラグ長の制御性］
配管８０と配管８３との接続部から下流側へ５０ｃｍの位置（以下、「観察地点」という。）で、配管８３内を流れるスラグ流における水相のスラグ長、及び油相のスラグ長を、一定の間隔（具体的には３０秒毎）でそれぞれ測定した。スラグ長の測定は、観察地点に設けた定規を用いて目視で測定した。スラグ長の測定を１０回繰り返すことによって算出したスラグ長の偏差に基づいて、以下の基準に従って、スラグ長の制御性を評価した。評価結果を表１～３に示す。

（基準）
Ａ：スラグ長の偏差が±５％以内である。
Ｂ：スラグ長の偏差が±５％を超える。

各表において、図１０に示す配管８２の寸法、及び配管８３の寸法は、それぞれ、配管８１の寸法と同じである。

各表において、「密度差」の欄に記載された数値は、水相の密度と油相の密度との差（［水相の密度］－［油相の密度］）を表す。「密度差」の欄に記載された数値が正の値である場合、水相の密度が油相の密度よりも大きいことを意味する。「密度差」の欄に記載された数値が負の値である場合、水相の密度が油相の密度よりも小さいことを意味する。

各表において、「合流部の配置」の欄が「垂直」である場合、配管８１を経由して配管８０内に導入された液が配管８０内を重力方向（図１０においてＧＤで示す方向）に流れるように、配管８０を配置したことを意味する。すなわち、配管８０内に導入される液の流れ方向と重力方向とのなす角は、０°である。一方、配管８２を経由して配管８０内に導入される液の流れ方向と重力方向とのなす角は、９０°である。

各表において、「合流部の配置」の欄が「水平」である場合、配管８０内で第１の液と第２の液とが水平面に沿って合流するような位置に配管８０を配置したことを意味する。

各表において、「滞留部」の欄が「１」である場合、図５に示すような構造を有する、配管８０と配管８１との接続部で形成された縮径部を適用したことを意味する。

各表において、「滞留部」の欄が「２」である場合、図６に示すような構造を有する、配管８０内に挿通された配管８１の端部を適用したことを意味する。

各表において、「配管８０の内径」は、第１の管路の内径Ｌ２に対応する。

表１～表３より、実施例１～実施例２０のスラグ長の偏差は、比較例１～３に比べて小さいことがわかった。上記結果より、実施例１～実施例２０のスラグ長の制御性は、比較例１～３に比べて高いことがわかった。

２０１９年９月２４日に出願された日本国特許出願２０１９－１７３３２３号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (21)

1. 第１の液と、前記第１の液とは相溶しない第２の液と、を合流させることと、
   前記第１の液に合流した前記第２の液を、前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側へ移動させることと、
   前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側で滞留した前記第２の液を、前記第１の液によって、前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の下流側へ移動させることと、を含み、
   前記第１の液の密度Ｄ１、及び前記第２の液の密度Ｄ２が、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たす
   スラグ流の形成方法。
2. 前記第１の液と前記第２の液との合流点において、前記第２の液に合流する前記第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１、及び前記第１の液に合流する前記第２の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ２が、θ１＜θ２の関係を満たす請求項１に記載のスラグ流の形成方法。
3. 前記第１の液と前記第２の液との合流点において、前記第２の液に合流する前記第１の液の流れ方向と重力方向とのなす角θ１が、０°以上９０°未満である請求項１又は請求項２に記載のスラグ流の形成方法。
4. 前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側へ移動した前記第２の液を、前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側で滞留させて、重力方向において前記第１の液と前記第２の液とを上下に配置することを含む請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
5. 前記第１の液の密度Ｄ１、及び前記第２の液の密度Ｄ２が、５ｋｇ／ｍ^３≦Ｄ１－Ｄ２の関係を満たす請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
6. 前記第１の液の流量Ｒ１、及び前記第２の液の流量Ｒ２が、Ｒ１＞Ｒ２の関係、又はＲ１＜Ｒ２の関係を満たす請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
7. 前記第１の液が流れる第１の管路と、
   前記第２の液が流れる第２の管路と、
   前記第１の管路と前記第２の管路とが連通し、前記第１の液と前記第２の液とが合流する合流部と、
   前記合流部に接続し、合流した前記第１の液、及び前記第２の液が流れる第３の管路と、
   を有する装置の前記合流部で、前記第１の液と、前記第２の液と、を合流させる請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
8. 前記第１の管路内に位置し、前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側へ移動した前記第２の液を滞留させる滞留部で、前記第２の液を滞留させることを含む請求項７に記載のスラグ流の形成方法。
9. 前記滞留部が、前記第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっている縮径部である請求項８に記載のスラグ流の形成方法。
10. 前記滞留部が、前記第１の液の流れ方向の下流側から上流側に向かって内径が小さくなっており、かつ、前記合流部の中心から前記滞留部までの距離Ｌ１を調節可能な縮径部である請求項８に記載のスラグ流の形成方法。
11. 前記滞留部が、前記第１の液と前記第２の液との合流点よりも前記第１の液の流れ方向の上流側で前記第１の管路内に挿通され、前記第１の管路の内径よりも小さい内径を有する管路の端部である請求項８に記載のスラグ流の形成方法。
12. 前記滞留部が、内径が部分的に小さくなっている狭窄部である請求項８に記載のスラグ流の形成方法。
13. 前記滞留部が、網目状の部材である請求項８に記載のスラグ流の形成方法。
14. 前記合流部の中心から前記滞留部までの距離Ｌ１が、１ｍｍ以上である請求項８～請求項１３のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
15. 前記合流部の中心から前記滞留部までの距離Ｌ１、及び前記第１の管路の内径Ｌ２が、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす請求項８～請求項１４のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
16. 有機合成反応に用いられる請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
17. 粒子形成反応に用いられる請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
18. 抽出方法に用いられる請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法。
19. 請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法を含む有機化合物の製造方法。
20. 請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法を含む粒子の製造方法。
21. 請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスラグ流の形成方法を含む抽出方法。

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