WO2015129723A1 - 化学反応装置 - Google Patents

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    • H05B2206/04—Heating using microwaves
    • H05B2206/044—Microwave heating devices provided with two or more magnetrons or microwave sources of other kind

Definitions

  • the present invention relates to a chemical reaction apparatus for irradiating a liquid content in a reactor with microwaves.
  • Heating using a conventional heater is external heating that gradually heats from the surface of a substance toward the inside by heat conduction, radiation, convection, or the like.
  • heating using microwaves is characterized by internal heating that self-heats the substance itself.
  • the microwaves sometimes concentrate at some locations. When such microwave concentration occurs, there is a problem that a part of the reactor is abnormally heated.
  • concentration of the microwave there is a problem that a portion where the microwave is not irradiated is generated, and the contents are not appropriately heated.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a chemical reaction apparatus that can irradiate the contents of a reactor as evenly as possible to the contents of the reactor.
  • a chemical reaction apparatus comprises a reactor having a shape extending in one horizontal direction into which liquid contents are placed with an unfilled space above, and a microwave.
  • the upper side of the reactor may have an arch shape with respect to a direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor.
  • the angle formed between the microwave incident on the unfilled space and the liquid level of the contents may be in the range of 30 to 75 degrees. With such a configuration, the microwave can be evenly irradiated to the contents.
  • the microwave may be applied to a central position in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor.
  • the chemical reaction apparatus includes a reactor having a shape extending in one horizontal direction in which liquid contents are placed with an unfilled space above, and a microwave generator that generates microwaves. And a waveguide for transmitting the microwave generated by the microwave generator to the unfilled space of the reactor, and an angle formed between the microwave incident on the unfilled space and the liquid level of the contents Is within the range of 30 to 75 degrees. With such a configuration, the microwave can be evenly irradiated to the contents.
  • the angle formed between the microwave incident on the unfilled space and the liquid level of the contents may be 45 degrees.
  • the reactor may be a horizontal flow reactor in which the contents flow in the longitudinal direction of the reactor, or may be a batch reactor.
  • the chemical reaction device of the present invention it is possible to reduce the concentration of microwaves in a part of the reactor, and it is possible to uniformly irradiate the microwaves with the contents. .
  • the figure which shows the structure of the chemical reaction apparatus by Embodiment 1 of this invention The figure which shows an example of an internal structure of the reactor in the embodiment
  • the figure which shows the simulation result ((theta) 30 degree) in the embodiment
  • the figure which shows the simulation result ((theta) 45 degrees) in the same embodiment
  • the figure which shows the simulation result ((theta) 60 degrees) in the same embodiment
  • the figure which shows the simulation result ((theta) 75 degree) in the embodiment
  • the figure which shows the simulation result ((theta) 90 degree) in the embodiment
  • Embodiment 1 A chemical reaction apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the upper side of the reactor has a curved shape with respect to the longitudinal direction of the reactor, and has an arch shape with respect to a direction orthogonal to the longitudinal direction. is there.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a chemical reaction apparatus 1 according to the present embodiment.
  • the chemical reaction apparatus 1 according to the present embodiment includes a mixing unit 12, a reactor 13, a microwave generator 14, a waveguide 15, a microwave control unit 16, a catalyst separation unit 17, and a processing liquid storage tank. 18.
  • the mixing unit 12 mixes the raw material and the solid catalyst.
  • the mixing part 12 may mix a raw material etc. and a reactive agent.
  • the raw material may include a plurality of substances. For example, when esterification is performed in the reactor 13, fats and oils and alcohols may be used as raw materials.
  • the raw material and the solid catalyst may be supplied to the mixing unit 12 by a pump 11 as shown in FIG. 1 or may be supplied to the mixing unit 12 by other methods.
  • the mixing unit 12 may mix two or more substances by rotating a blade-shaped member, a wing-shaped member, or a screw-shaped member.
  • the catalyst mixed with the raw material is a solid catalyst (that is, a heterogeneous catalyst)
  • the catalyst may be a liquid catalyst (that is, a homogeneous catalyst).
  • the solid catalyst may or may not form a fluidized bed in the reactor 13.
  • the shape of the solid catalyst is not limited.
  • the shape of the solid catalyst may be, for example, an amorphous particle, a columnar shape (for example, it may be hollow or not), a spherical shape, a pellet shape, a ring shape, a shell shape, and the like.
  • the solid catalyst may or may not have, for example, microwave absorption or microwave sensitivity.
  • the solid catalyst When the solid catalyst has microwave absorptivity or microwave sensitivity, the solid catalyst is heated by the microwave when the microwave is irradiated inside the reactor 13 described later, and in the vicinity of the solid catalyst. The chemical reaction will be promoted.
  • the microwave absorbability and microwave sensitivity depend on the frequency of the irradiated microwave, the temperature inside the reactor 13, and the like. In other words, the microwave absorption is high in the microwave frequency to be used and the temperature inside the reactor 13 in which the raw material is reacted. Therefore, for example, a solid catalyst containing such a substance having a high microwave absorption property may be used.
  • the solid catalyst may contain a substance having such microwave absorbability.
  • the solid catalyst may be a composite in which such a substance having microwave absorbability and microwave sensitivity and a metal or a metal oxide are combined.
  • the composite may be a combination of a substance having wave sensitivity and a catalyst such as an alkali catalyst or an acid catalyst, or a substance having microwave absorption or microwave sensitivity and a catalyst such as an alkali catalyst or an acid catalyst.
  • the mixing unit 12 may be a composite in which a metal or a metal oxide is combined.
  • the compositing may be performed, for example, by physical adsorption, may be performed by chemical bonding, may be performed by alloying, or may be performed by other methods.
  • preliminary heating may or may not be performed in preparation for the reaction in the reactor 13.
  • the temperature of the preliminary heating in the mixing unit 12 is controlled so that the raw material or the like has a desired temperature or a desired temperature range when entering the reactor 13. It is.
  • the heating corresponding to the preheating may be performed in the reactor 13.
  • the raw material and the solid catalyst mixed in the mixing unit 12 are put into the reactor 13.
  • the reactor 13 is a reactor having a shape extending in one horizontal direction into which liquid contents are put in a state having an unfilled space above. That is, the reactor 13 has a shape extending in one direction, and is installed so that its longitudinal direction is the horizontal direction.
  • the reactor 13 may be a flow type or a batch type. In the former case, the reactor 13 is a horizontal flow reactor in which the liquid contents flow in the horizontal direction with an unfilled space above.
  • the direction in which the contents flow is the longitudinal direction of the reactor 13.
  • the case where the reactor 13 is of a flow type will be mainly described.
  • the left-right direction in the figure is the longitudinal direction of the reactor 13, and the contents flow from the left side to the right side in the figure.
  • the contents of the reactor 13 are, for example, a mixture of a raw material and a catalyst.
  • the raw material and the catalyst mixed in the mixing unit 12 flow in the reactor 13.
  • a product is produced
  • FIG. That is, it can be said that the content is a raw material and / or a product.
  • the contents are usually other than gas.
  • the contents are fluid other than the solid (for example, powder, granular material, etc.) because the liquid has fluidity inside the reactor 13 and the liquid level becomes flat. Therefore, the contents are liquid.
  • the liquid content may be high fluidity such as water, oil, aqueous solution, colloidal solution, etc., or low fluidity such as slurry or suspension. There may be.
  • the liquid level of the contents is horizontal in the reactor 13, even if the liquid contents have low fluidity, a certain amount of time has passed without applying vibration from the outside. Accordingly, it is preferable that the liquid surface has such fluidity that the liquid level becomes horizontal. In other words, it is preferable that the liquid content has fluidity that can deform the surface even without external vibration.
  • the horizontal state of the liquid level may be completely flat, or may be a level that is flat as a whole even if there are fine irregularities. This is because if the fluidity of the contents is not high, it may not be completely flat.
  • the inner wall of the reactor 13 is preferably made of a material that reflects microwaves. An example of a substance that reflects microwaves is metal.
  • the internal configuration of the reactor 13 will be described later.
  • the longitudinal direction of the reactor 13 may be the horizontal direction, and the longitudinal direction of the reactor 13 may be strictly horizontal, the extent to which the content flows from the upstream side to the downstream side, or measurement errors and design. The degree of error such as an error may include that the longitudinal direction of the reactor 13 is tilted from the horizontal direction.
  • the microwave generator 14 generates microwaves.
  • the chemical reaction device 1 may include one microwave generator 14 or may include two or more microwave generators 14.
  • the frequency of the microwave is not limited, but may be, for example, 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24 GHz, 915 MHz, or other The frequency may be in the range of 300 MHz to 300 GHz.
  • the microwave frequencies generated by the microwave generators 14 may be the same or different. Also good.
  • the microwave of the frequency A may be irradiated on the upstream side in the flow direction of the reactor 13 and the microwave of the frequency B may be irradiated on the downstream side, or the flow of the reactor 13 Microwaves with frequencies A and B may be irradiated at the same position in the direction. Note that the frequency A and the frequency B are different.
  • the waveguide 15 transmits the microwave generated by the microwave generator 14 to the unfilled space of the reactor 13.
  • the waveguides 15 may exist as many as the number of the microwave generators 14.
  • the waveguide 15 may have a branch and may transmit microwaves to two or more positions in the unfilled space.
  • the microwave control unit 16 controls the output (power) of the microwave irradiated to the reactor 13 according to the temperature measured by the temperature measurement unit 25 described later.
  • the inside of the reactor 13 can be maintained at a desired temperature or a desired temperature range.
  • the catalyst separation unit 17 separates the catalyst from the product after the reaction in the reactor 13.
  • the catalyst mixed with the raw material is a solid catalyst
  • the solid catalyst may be separated by a filter, or the solid catalyst may be separated by precipitating one of the solid catalyst and the product.
  • the solid catalyst may be separated by adsorbing the solid catalyst with a magnet.
  • the separated solid catalyst can be reused as appropriate.
  • the catalyst may be separated by performing distillation, extraction, or neutralization in the catalyst separation unit 17.
  • the product from which the catalyst is separated in the catalyst separation unit 17 is placed. And it is divided into final products and by-products as appropriate.
  • the raw material is a free fatty acid and esterification is performed in the reactor 13
  • a product that is a biodiesel fuel and a by-product that is water are obtained.
  • an acid catalyst is used.
  • the raw material is triglyceride and transesterification is performed in the reactor 13
  • a product that is biodiesel fuel and a by-product that is glycerin are obtained.
  • an alkali catalyst is used.
  • a cooler for cooling the substance after the reaction in the reactor 13 may be provided in the subsequent stage of the reactor 13 or not. In the former case, for example, the cooler may cool the substance after the reaction in the reactor 13 with water.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal structure of the reactor 13 according to the present embodiment.
  • the unfilled space 22 is preferably present with respect to the entire length of the reactor 13 (for example, the left-right direction in FIG. 2), but this need not be the case.
  • the reactor 13 is partitioned into a plurality of chambers 31, 32, 33, and 34 by a partition plate 21.
  • the plurality of chambers 31, 32, 33, and 34 are chambers that are continuous in series.
  • the unfilled space 22 exists above the reactor 13.
  • the unfilled space 22 is irradiated with the microwave generated by the microwave generator 14 through the waveguide 15.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the internal structure of the reactor 13 according to the present embodiment.
  • the unfilled space 22 is preferably present with respect to the entire length of the reactor 13 (for example, the left-right direction in FIG. 2), but this need not be the case.
  • the reactor 13 is partitioned into a plurality of chambers 31, 32, 33, and 34
  • each waveguide 15 may or may not be provided at a position near the center of each chamber 32, 33, 34. In the former case, for example, the microwave transmitted to the unfilled space 22 by one waveguide 15 is mainly irradiated to the chamber existing below the microwave.
  • the microwave transmitted by the waveguide 15 at the position of the chamber 32 is irradiated to the contents of the chamber 31 and the chamber 33 through the unfilled space.
  • the waveguide 15 may be provided at the position of the partition plate 21, that is, at a position above the partition plate 21.
  • the microwave transmitted to the unfilled space 22 by one waveguide 15 is mainly irradiated to the two chambers separated by the partition plate 21 at the position corresponding to the waveguide 15. Will be.
  • the microwaves transmitted to the shared unfilled space are the contents 20 of the plurality of chambers sharing the unfilled space. Will be irradiated.
  • the partition plate 21 may be microwave transmissive, microwave absorptive, or may reflect microwaves.
  • the material that transmits microwaves include Teflon (registered trademark), quartz glass, ceramic, and silicon nitride alumina. Therefore, the microwave-permeable partition plate 21 may be made of such a material that transmits microwaves. Examples of materials that absorb microwaves include carbons other than fullerene. Accordingly, the microwave-absorbing partition plate 21 may be made of a material that absorbs such microwaves.
  • the partition plate 21 that does not transmit microwaves may be made of a material that reflects such microwaves.
  • the partition plate 21 may be comprised by the combination of arbitrary 2 or more materials among a microwave transparent material, a microwave absorptive material, and a microwave reflective material.
  • the chemical reaction apparatus 1 may have one or more stirring means 23 for rotating and stirring the contents 20 in the reactor 13.
  • FIG. 2 shows the case where the stirring means 23 is present in each of the chambers 31 to 34, this need not be the case.
  • the stirring means 23 may not be present in one or more chambers.
  • FIG. 2 shows a case where the stirring means 23 has a blade-like shape, but this schematically shows the stirring means 23, and the stirring is, for example, a blade-like shape, a wing-like shape, or The rod-shaped rotating member may be rotated.
  • the rotating member may be a microwave transmissive member, a microwave absorbing member, a microwave reflecting member, or a microwave transmitting material, It may be constituted by a combination of any two or more materials among a microwave absorbing material and a microwave reflecting material.
  • the rotation may be performed, for example, by rotating a rotating member attached to the shaft according to the rotation of the shaft, or even if the rotating member is rotated using magnetism, such as a magnetic stirrer. Good.
  • the shaft may be independent for each chamber, or may be commonly used in a plurality of chambers.
  • a rotating member such as a rod shape, a blade shape, or a wing shape is rotated by a magnet.
  • stirring of the contents by the stirring means 23 may or may not be used to flow the contents in the upstream to downstream direction or the reverse direction.
  • rotation stirring it is already well-known and those detailed description is abbreviate
  • the first reason that the stirring means 23 stirs the contents is to heat the contents uniformly by the microwave. Although it depends on the type of contents and the temperature of the contents, the depth of penetration of a certain microwave is fixed, so that the entire contents are uniformly irradiated with microwaves and stirred so that they are heated uniformly. Will do. Moreover, if the surface area of the content in the unfilled space 22 becomes large, it becomes possible to irradiate the content more efficiently. Therefore, the second reason for stirring the contents is to increase the microwave irradiation area.
  • the stirring of the contents by the stirring means 23 is preferably so intense that a wave is generated on the surface of the contents in the unfilled space 22, but this need not be the case. If stirring according to the first reason is performed, the entire contents are heated as a result, which may be sufficient.
  • the raw material is stirred using the stirring means 23 as described above, even when two or more substances having different densities are contained in the raw material, both are appropriately mixed and reacted. Will be able to. For example, in a vertical flow type reactor, even if alcohols and waste oils having different densities are reacted, they are easily separated. If the stirring means 23 is present, both can be appropriately mixed and reacted.
  • the reactor 13 may also include a temperature measurement unit 25. That is, the chemical reaction device 1 according to the present embodiment may include a temperature measurement unit 25 that measures the temperature inside the reactor 13.
  • the temperature inside the reactor 13 is preferably the temperature of the contents of the reactor 13.
  • FIG. 2 shows the case where the temperature measuring unit 25 is present in each of the chambers 31 to 34, this need not be the case.
  • the temperature measuring unit 25 may not be present in one or more chambers. 2 schematically shows the temperature measuring unit 25, the temperature measuring unit 25 may measure the temperature with a thermocouple, measure the temperature with an infrared sensor, or use an optical fiber, for example. The temperature may be measured by, or the temperature may be measured by other methods.
  • the temperature measured by the temperature measuring unit 25 is passed to the microwave control unit 16 and used for controlling the microwave output by the microwave generator 14. Strictly speaking, the temperature passed to the microwave control unit 16 is data indicating the temperature.
  • the control is for maintaining the temperature of each of the chambers 31 to 34 at a desired temperature or a desired temperature range as described above. For example, as shown in FIG. 2, when microwaves are irradiated to the position of the partition plate 21, the control of the output of the microwaves irradiated to that position is performed, for example, at the position where the microwaves are irradiated. Of the temperatures of the two chambers separated by the partition plate 21, the temperature may be measured using one or both.
  • control may be performed using a lower temperature, control may be performed using a higher temperature, or control may be performed using a predetermined room temperature. You may go.
  • the control may be performed using the average of both, or the weighted average according to the capacity of both the rooms (that is, the average considering the weight according to the capacity of the room) is used. May be controlled.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 will be described.
  • the upper side of the reactor 13 has a curved shape with respect to the longitudinal direction of the reactor 13 (for example, the horizontal direction in FIGS. 1 and 2).
  • the curved shape is a curved shape that is convex upward. That is, the shape of the reactor 13 on the ceiling side has the highest height in the vertical direction (vertical direction) of the unfilled space 22 near the center in the longitudinal direction, and the unfilled space increases toward both ends of the reactor 13. 22 has a shape in which the height in the vertical direction gradually decreases.
  • both ends of the reactor 13 are the inflow hole side and the discharge hole side of the reactor 13.
  • the curved shape may be, for example, a semi-elliptical shape or an arc shape.
  • the shape on the upper side of the reactor 13 is the shape on the upper side inside the reactor 13 (that is, the unfilled space 22).
  • the flow direction of the reactor 13 may be considered to be the longitudinal direction of the horizontal flow type reactor 13.
  • FIG. 3 is an external view of the reactor 13 as viewed from the longitudinal direction
  • FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line IVA-IVA in FIG. 1
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG.
  • 4A and 4B show the shaft 23a and the rotating member 23b of the stirring means 23, but depending on the position of the cross section, there may be a cross section where the rotating member 23b does not exist.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 is an arch shape. That is, the upper side of the reactor 13 has an arch shape with respect to the direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor 13.
  • the direction orthogonal to the longitudinal direction may be considered as a horizontal direction among the directions orthogonal to the longitudinal direction.
  • the arch shape is an arch shape that is convex upward. That is, the shape of the reactor 13 on the ceiling side is such that the height in the vertical direction (vertical direction) of the unfilled space 22 near the center in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor 13 is the highest. As it goes, the height of the unfilled space 22 in the vertical direction gradually decreases.
  • the arch shape may be, for example, a semicircular shape, a semi-elliptical shape, or another arch shape. Further, since the upper side of the reactor 13 has a shape curved in the longitudinal direction, the height of the unfilled space in FIG.
  • the cross-sectional shape on the lower side of the reactor 13 may be a semicircular shape that protrudes downward as shown in FIGS. 4A and 4B, or other shapes.
  • the rotating member 23b and the inside of the reactor 13 can be prevented from interfering with each other, and the rotating member 23b and the reactor can be prevented. Since the gap with 13 can be reduced, the content staying in a part of the reactor 13 without stirring can be further reduced.
  • FIGS. 4A and 4B in the longitudinal section of the reactor 13, there is a region where the horizontal width does not change between the upper arch shape and the lower semicircular shape. Also good. And when the liquid level of the content 20 exists in the area
  • FIG. 4C is a diagram for explaining the angle formed between the microwave incident on the unfilled space 22 and the liquid level of the content 20.
  • the stirring means 23 is omitted.
  • the angle ⁇ formed by the microwave and the liquid level of the contents 20 is preferably in the range of 30 to 75 degrees (deg). By setting it within such a range, the microwaves can be uniformly irradiated by the contents 20 as will be described later.
  • the angle ⁇ formed by the microwave and the liquid level of the content 20 is more preferably 45 degrees.
  • 45 degrees may include an error level such as a measurement error or a design error, and an angle deviating from 45 degrees.
  • the microwave may be applied to the center position of the liquid surface in a direction orthogonal to the flow direction of the contents 20 (for example, the left-right direction in FIG. 4C). That is, as shown in FIG. 4C, the microwave may be applied to the center of the liquid level of the content 20 in the left-right direction.
  • the center may include a degree of error such as a measurement error or a design error and a position deviated from the center.
  • the microwave when the microwave is irradiated to the center position, when the waveguide 15 that transmits the microwave is extended in the longitudinal direction, the extended waveguide and the liquid level of the contents It may be considered that the position where the crossing is the center position.
  • the partition plate 21 will be described.
  • the content 20 such as the raw material that has entered the reactor 13 flows between the chambers 31 to 34 and is finally output from the downstream (for example, the right end of the reactor 13 in FIG. 2).
  • the partition plate 21 has a flow path through which the contents flow.
  • the flow path is a flow path in which the contents mainly flow from the upstream side of the reactor 13 (for example, the left side in FIG. 2) toward the downstream side (for example, the right side in FIG. 2). It may flow from the downstream side to the upstream side.
  • the flow path of the partition plate 21 may be, for example, a flow path in which the content overflows above the partition plate 21, or may be a flow path in which the content flows in a gap between the partition plates 21.
  • the partition plate 21 may be, for example, that shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-103160.
  • each partition plate 21 may be the same shape, or may not be so.
  • the height of the liquid level in the reactor 13 is determined as a whole by the position of the outflow hole of the reactor 13. Usually, since the height of the liquid level is higher than the position of the outflow hole, the lower limit of the liquid level can be determined by the position of the outflow hole. Further, the height of the liquid level in each chamber is determined by the height of the flow path between the chamber and the adjacent subsequent chamber. Also in this case, the height of the liquid level in each chamber is usually about the same as the position of the flow path out of the chamber, so the height of the liquid level may be controlled by the position of the flow path. It can be done.
  • the height of the outflow hole from the reactor 13 is approximately the same as the height of the flow path through which the contents flow out from each chamber to the subsequent stage side.
  • the wall surface of the reactor 13 may be covered with a heat insulating material. By doing so, it is possible to prevent the heat inside the reactor 13 from being released to the outside.
  • the raw material and the catalyst are supplied to the mixing unit 12 by the pump 11. And it mixes in the mixing part 12, and is thrown into the reactor 13.
  • FIG. The supply speed of the raw material or the like to the reactor 13 may be determined in advance.
  • the raw materials and the like supplied to the reactor 13 flow from the upstream side to the downstream side while being stirred by the stirring means 23.
  • the microwave generated by the microwave generator 14 is transmitted to the unfilled space 22 of the reactor 13 through the waveguide 15 and irradiated to the raw material or the like.
  • the raw material and the like are heated, and the reaction of the raw material and the like is promoted.
  • the temperatures of the chambers 31 to 34 are measured by the temperature measuring unit 25 and passed to the microwave control unit 16 through a path (not shown).
  • the microwave control unit 16 controls the output of the microwave generator 14 so that the temperature of each of the chambers 31 to 34 becomes a desired temperature or a desired temperature range.
  • the product output from the reactor 13 is input to the catalyst separation unit 17 to separate the catalyst. Then, the product from which the catalyst is separated is introduced into the treatment liquid storage tank 18 by the pump 11, and is divided into a target product and a by-product in the treatment liquid storage tank 18. In this way, the final product is obtained. In addition, by repeatedly executing such processing, target products are sequentially generated. If the reactor 13 is configured to be openable and closable at the upper part of the unfilled space, for example, when it is desired to check the inside of the reactor 13 or to perform maintenance inside the reactor 13 It is also possible to access the inside of the reactor 13 by opening the upper part of the reactor 13.
  • the separation process of the catalyst in the catalyst separation unit 17 and the separation process of the product and the by-product in the treatment liquid storage tank 18 may be performed sequentially each time the product is added, or It may be carried out in a lump after the charged product has accumulated a certain amount. That is, the process in the reactor 13 is processed by a flow type (flow type), but the process in the subsequent catalyst separation unit 17 and the processing liquid storage tank 18 may be processed by a flow type or by a batch type. May be processed. In addition, the flow type may be called a continuous type.
  • the chemical reaction performed in the chemical reaction apparatus 1 according to the present embodiment is anything as long as it is a microwave reaction itself or a chemical reaction caused by heating according to the microwave irradiation. Also good.
  • biodiesel fuel may be generated by esterification or transesterification, ink raw material that is an ester, or other chemical reaction may be used.
  • irradiation with ultrasonic waves may be performed together with irradiation with microwaves, or may not be performed.
  • simulation result Next, simulation results will be described.
  • the simulation was performed using high-frequency three-dimensional electromagnetic field analysis software “ANSYS (registered trademark) HFSS”.
  • ANSYS registered trademark
  • HFSS high-frequency three-dimensional electromagnetic field analysis software
  • the reactor is viewed from the same direction as in FIGS.
  • region extended up and down exists in the center vicinity, and the microwave is not irradiated appropriately to the part.
  • the microwave irradiation direction may be considered to be the longitudinal direction of the waveguide that transmits the microwave.
  • FIG. 7A is a simulation result in the case where the upper side of the reactor 13 has a curved shape in the longitudinal direction
  • FIG. It is a simulation result when it is flat.
  • the shape on the upper side of the reactor was assumed to be flat in the direction orthogonal to the longitudinal direction. That is, the cross-sectional shape of the reactor is as shown in FIG.
  • the flow direction of the content is shown by the arrow in the figure of FIG. 7A and FIG. 7B. Therefore, in FIGS. 7A and 7B, the reactor is viewed from the same direction as in FIGS.
  • the interior of the reactor is divided into seven chambers by a partition plate that does not transmit microwaves.
  • the waveguides are connected above the first chamber from the left and the fourth chamber from the left, respectively.
  • the intensity of the microwave in the chamber where the waveguide 15 is connected is the highest, but the other chambers are equally irradiated with the microwave.
  • FIG. 7B the intensity of the microwaves in the first chamber from the left and the third chamber from the left is increased regardless of the chamber where the waveguide is connected, and the first chamber from the right. There is no microwave in the room.
  • the microwaves are evenly irradiated from each chamber, and the concentration of the microwaves is relatively small.
  • the shape of the upper side of the reactor in the longitudinal direction is a flat shape, the microwaves are concentrated and uniform irradiation cannot be performed. Therefore, making the upper side of the reactor 13 have a curved shape with respect to the longitudinal direction is effective in reducing the concentration of microwaves and irradiating the microwaves more evenly. I understand.
  • FIG. 8A is a simulation result when the upper side of the reactor 13 has an arch shape in a direction orthogonal to the longitudinal direction
  • FIG. 8B is a case where the upper side of the reactor is not, that is, the upper side of the reactor is orthogonal to the longitudinal direction. It is a simulation result in the case of being flat in the direction. In both cases, the shape on the upper side of the reactor was assumed to be flat in the longitudinal direction. That is, the cross section at any position in the longitudinal direction of the reactor has the same shape.
  • FIG. 8B the liquid level position of the content is shown by the arrow.
  • the reactor is viewed from the same direction as FIG.
  • FIG. 8A and FIG. 8B the partition plate is seen through.
  • FIG. 8A when the upper side of the reactor 13 has an arch shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction, the concentration of microwaves on the upper side of the reactor 13 was hardly observed.
  • FIG. 8B when the upper side of the reactor does not have an arch shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction, the location where the microwaves are concentrated on the upper side of the reactor. there were.
  • FIG. 8A when the upper side of the reactor 13 has an arch shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction, the concentration of microwaves on the upper side of the reactor 13 was hardly observed.
  • FIG. 8B when the upper side of the reactor does not have an arch shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction, the location where the microwaves are concentrated on the upper side of the reactor. there were.
  • microwaves are concentrated near the upper surface of the reactor, and the upper surface plate of the reactor may be abnormally heated. Therefore, it has been found that making the shape of the upper side of the reactor 13 an arch shape with respect to the direction orthogonal to the longitudinal direction is effective for reducing the concentration of microwaves in the unfilled space.
  • the microwaves concentrate on that portion. There seems to be a possibility. Therefore, it is considered preferable that the inner wall of the reactor 13 is continuous at an angle exceeding 90 ° (obtuse angle) in the entire interior of the reactor 13 or at least in the unfilled space of the reactor 13.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 is a curved shape in the longitudinal direction of the reactor 13 or an arch shape in a direction orthogonal to the longitudinal direction.
  • the microwaves can be irradiated evenly by the contents.
  • the contents are appropriately heated, and a chemical reaction related to the contents is promoted.
  • a microwave standing wave is used, so the location where the electric and magnetic fields are concentrated can be easily grasped.
  • the multi mode the location where the electric and magnetic fields are concentrated is known. It is very difficult.
  • the concentration of microwaves in an unfilled space or the like can be reduced even in the multimode.
  • energy efficiency can be improved by reducing the concentration of microwaves at unintended locations.
  • the microwave can be evenly irradiated to the content. It becomes like this. Furthermore, by setting the angle ⁇ to 45 °, this becomes more prominent and the concentration of microwaves in the unfilled space can be reduced.
  • the reactor 13 is filled with the contents, and after the contents are stopped, the contents are irradiated with microwaves through the unfilled space. After the microwave irradiation is finished, the new contents are added to the reactor. The content after the reaction may be discharged by charging it to 13. Then, such a flow of contents and microwave irradiation may be alternately repeated. Even in that case, since the contents flow in the horizontal direction, the reactor 13 can be said to be a horizontal flow type reactor. In that case, the microwaves may be irradiated to the contents even when new contents are being charged into the reactor 13. Further, as described above, the reactor 13 may be used as a batch reactor. When the reactor 13 is used as a batch type reactor, for example, a discharge hole for discharging the contents may be provided at the bottom of the reactor 13.
  • the mixing unit 12 for mixing the raw material and the catalyst is described, but this need not be the case.
  • the chemical reaction apparatus 1 may not include the mixing unit 12.
  • the fixed bed solid catalyst usually exists inside the reactor 13.
  • the solid catalyst of the fixed bed may be affixed to the inner wall of the reactor 13 or may be fixed by being packed in a catalyst packed bed, a column or the like inside the reactor 13. There may be.
  • the shape of the solid catalyst is, for example, amorphous granular, cylindrical (for example, may or may not be hollow), spherical, pellet, ring, shell, honeycomb, foam Shape, fiber shape, cloth shape, plate shape, or other shapes.
  • the reactor 13 has four chambers 31 to 34 that are continuous in series as shown in FIG. 2
  • the number of the chambers may be one. Or two or more.
  • the larger the number of chambers the more effectively the raw material can be prevented from flowing short-circuiting from the inflow hole of the reactor 13 to the outflow hole.
  • the chemical reaction apparatus 1 includes the temperature measurement unit 25 and the microwave control unit 16
  • the temperature of the reactor 13 can be maintained at a desired temperature or temperature range by setting the microwave output to a predetermined value, the microwave output control using the temperature is performed. It is not necessary to perform.
  • the catalyst separation unit 17 is provided in the subsequent stage of the reactor 13 in the subsequent stage of the reactor 13 has been described, but this need not be the case.
  • the catalyst is separated by another device, or when the solid catalyst flowing in the reactor 13 remains in the reactor 13, when a solid catalyst in a fixed bed is used instead of the solid catalyst flowing in the reactor 13,
  • the catalyst separation unit 17 may not be provided.
  • the case where the raw material and the catalyst are mixed and charged into the reactor 13 has been described, but this need not be the case.
  • only the raw material may be charged into the reactor 13.
  • the raw material and the catalyst are not mixed, only the raw material may flow through the reactor 13. That is, the content of the reactor 13 may be, for example, a mixture of a plurality of raw materials.
  • the raw material and the catalyst may flow through the reactor 13. Good.
  • the mixing part 12 may mix a raw material, for example, or may mix a raw material (substrate) and a reactive agent. Moreover, when mixing of the raw material etc. is unnecessary, the chemical reaction apparatus 1 does not need to be provided with the mixing part 12 as mentioned above.
  • stirring means 23 for stirring the raw material in the reactor 13 has been described, but this need not be the case.
  • the stirring means 23 may not be provided.
  • the chemical reaction apparatus 1 includes the treatment liquid storage tank 18
  • product extraction or the like may be performed in another apparatus.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 is a curved shape in the longitudinal direction of the reactor 13 has been described, but this need not be the case.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 is an arch shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor 13 was demonstrated, it may not be so.
  • the shape of the upper side of the reactor 13 is a curved shape in the longitudinal direction of the reactor 13, but may not be an arch shape in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor 13, and is not curved in the longitudinal direction of the reactor 13.
  • it may be arched in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the reactor 13, or may not be curved in the longitudinal direction of the reactor 13, and may not be arched in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the reactor 13. .
  • the case where the angle formed between the microwave incident on the unfilled space and the liquid level of the contents is in the range of 30 degrees or more and 75 degrees or less is described. May be. The angle may be outside that range.
  • microwave is irradiated to the central position in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the reactor 13 , but this need not be the case.
  • Microwaves may be irradiated to other positions.
  • the chemical reaction device of the present invention it is possible to reduce the concentration of microwaves in a part of the reactor, and the effect that the microwaves can be evenly irradiated to the contents is obtained. It is useful as a chemical reaction apparatus for heating the contents by microwaves.

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Abstract

【課題】リアクター内部において、一部の箇所にマイクロ波が集中することを低減でき、またマイクロ波が内容物により均等に照射されるようにすることができる化学反応装置を提供する。 【解決手段】化学反応装置１は、液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で水平方向に流れる横型のフロー式のリアクター１３と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器１４と、マイクロ波発生器１４の発生したマイクロ波を、リアクター１３の未充填空間に伝送する導波管１５と、を備える。そして、リアクター１３の上方側は、内容物のフロー方向に対して湾曲形状を有している。

Description

化学反応装置
　本発明は、リアクター内の液状の内容物に対してマイクロ波を照射する化学反応装置に関する。
　従来、内容物にマイクロ波（電磁波）を照射することにより、内容物の加熱等を行う化学反応装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１－２３５２６２号公報
　従来のヒータを用いた加熱は、熱伝導や輻射、対流などによって物質の表面から内部に向かって徐々に加熱する外部加熱である。一方、マイクロ波を用いた加熱は、物質そのものを自己発熱させる内部加熱であるという特徴がある。しかしながら、リアクターにおいてマイクロ波を照射する際に、一部の箇所にマイクロ波が集中することがあった。そのようなマイクロ波の集中が発生すると、リアクター内の一部が異常に加熱されてしまうという問題があった。また、そのようなマイクロ波の集中の結果、マイクロ波の照射されない箇所が生じ、内容物が適切に加熱されなくなるという問題もあった。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、マイクロ波をリアクターの内容物にできるだけ均等に照射できる化学反応装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明による化学反応装置は、液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で入れられる、水平の一方向に延びた形状を有するリアクターと、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を、リアクターの未充填空間に伝送する導波管と、を備え、リアクターの上方側は、リアクターの長手方向に対して湾曲形状を有する、ものである。
　このような構成により、マイクロ波がリアクター内部において、より均等に照射されるようにすることができる。
　また、本発明による化学反応装置では、リアクターの上方側は、リアクターの長手方向に直交する方向に対してアーチ形状を有してもよい。
　このような構成により、マイクロ波が未充填空間の一部に集中する事態を回避でき、マイクロ波がリアクター内部において、より均等に照射されるようにすることができる。
　また、本発明による化学反応装置では、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度は、３０～７５度の範囲内であってもよい。
　このような構成により、マイクロ波を内容物により均等に照射することができるようになる。
　また、本発明による化学反応装置では、マイクロ波は、リアクターの長手方向に直交する方向における中央の位置に照射されてもよい。
　また、本発明による化学反応装置は、液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で入れられる、水平の一方向に延びた形状を有するリアクターと、マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を、リアクターの未充填空間に伝送する導波管と、を備え、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度は、３０～７５度の範囲内である、ものである。
　このような構成により、マイクロ波を内容物により均等に照射することができるようになる。
　また、本発明による化学反応装置では、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度は、４５度であってもよい。
　また、本発明による化学反応装置において、リアクターは、内容物がリアクターの長手方向に流れる横型のフロー式のリアクターであってもよく、またはバッチ式のリアクターであってもよい。
　本発明による化学反応装置によれば、リアクター内部において、一部の箇所にマイクロ波が集中することを低減させることができ、またマイクロ波が内容物により均等に照射されるようにすることができる。
本発明の実施の形態１による化学反応装置の構成を示す図 同実施の形態におけるリアクターの内部の構成の一例を示す図 同実施の形態におけるリアクターの形状を示す図 同実施の形態におけるリアクターの縦断面図 同実施の形態におけるリアクターの縦断面図 同実施の形態におけるリアクターの縦断面図 同実施の形態におけるシミュレーションでのリアクターの断面形状を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝１５°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝３０°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝４５°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝６０°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝７５°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（θ＝９０°）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（湾曲形状）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（フラット形状）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（アーチ形状）を示す図 同実施の形態におけるシミュレーション結果（フラット形状）を示す図
　以下、本発明による化学反応装置について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。
　（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１による化学反応装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態による化学反応装置は、リアクターの上方側が、リアクターの長手方向に対して湾曲形状を有しており、また、長手方向に直交する方向に対してアーチ形状を有しているものである。
　図１は、本実施の形態による化学反応装置１の構成を示す図である。本実施の形態による化学反応装置１は、混合部１２と、リアクター１３と、マイクロ波発生器１４と、導波管１５と、マイクロ波制御部１６と、触媒分離部１７と、処理液貯留槽１８とを備える。
　混合部１２は、原料と固体触媒とを混合させる。混合部１２は、原料等と反応剤とを混合させてもよい。原料は、複数の物質を含むものであってもよい。例えば、リアクター１３においてエステル化を行う場合には、油脂とアルコールが原料であってもよい。その原料と、固体触媒とは、図１で示されるように、ポンプ１１によって混合部１２に供給されてもよく、または、他の方法によって混合部１２に供給されてもよい。混合部１２は、例えば、羽根状の部材や翼状の部材、スクリュー状の部材を回転させることによって、２以上の物質を混合してもよい。なお、本実施の形態では、原料と混合される触媒が固体触媒（すなわち、不均一系触媒）である場合について説明するが、触媒は液状の触媒（すなわち、均一系触媒）であってもよい。また、固体触媒は、リアクター１３内で流動床を形成してもよく、または、そうでなくてもよい。また、その固体触媒の形状は問わない。固体触媒の形状は、例えば、無定型の粒状、円柱状（例えば、中空であってもよく、そうでなくてもよい）、球状、ペレット状、リング状、シェル状等であってもよい。また、その固体触媒は、例えば、マイクロ波吸収性もしくはマイクロ波感受性を有してもよく、または、そうでなくてもよい。固体触媒がマイクロ波吸収性やマイクロ波感受性を有する場合には、後述するリアクター１３の内部においてマイクロ波を照射した際に、固体触媒がマイクロ波によって加熱されることになり、その固体触媒近傍での化学反応が促進されることになる。なお、そのマイクロ波吸収性やマイクロ波感受性については、照射されるマイクロ波の周波数やリアクター１３の内部の温度等に依存することになる。すなわち、使用するマイクロ波の周波数、及び原料を反応させるリアクター１３の内部の温度において、誘電損失係数の高いものがマイクロ波吸収性の高いものとなる。したがって、例えば、そのようなマイクロ波吸収性の高い物質を含む固体触媒を用いるようにしてもよい。例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波が照射される場合には、マイクロ波吸収性を有する物質として、フラーレンを除くカーボン類（例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、または活性炭など）や、鉄、ニッケル、コバルト、またはフェライト等がある。したがって、固体触媒は、そのようなマイクロ波吸収性を有する物質を含むものであってもよい。具体的には、固体触媒は、そのようなマイクロ波吸収性やマイクロ波感受性を有する物質と、金属もしくは金属酸化物とを組み合わせたコンポジットであってもよく、そのようなマイクロ波吸収性やマイクロ波感受性を有する物質と、アルカリ触媒もしくは酸触媒等の触媒とを組み合わせたコンポジットであってもよく、または、マイクロ波吸収性やマイクロ波感受性を有する物質と、アルカリ触媒もしくは酸触媒等の触媒と、金属もしくは金属酸化物とを組み合わせたコンポジットであってもよい。そのコンポジット化は、例えば、物理吸着によって行われてもよく、化学結合によって行われてもよく、合金化によって行われてもよく、または、その他の方法によって行われてもよい。また、混合部１２において、リアクター１３での反応に備えて、予備的な加熱を行ってもよく、または、行わなくてもよい。その予備的な加熱を行う場合には、原料等がリアクター１３に入る時点において所望の温度または所望の温度幅となるように、混合部１２における予備的な加熱の温度が制御されることが好適である。なお、混合部１２での予備加熱が行われない場合には、その予備加熱に対応する加熱がリアクター１３において行われてもよい。混合部１２で混合された原料と固体触媒は、リアクター１３に入れられる。
　リアクター１３は、液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で入れられる、水平の一方向に延びた形状を有する反応器である。すなわち、リアクター１３は、一方向に延びた形状を有しており、その長手方向が水平方向になるように設置されるものである。そのリアクター１３は、フロー式のものであってもよく、またはバッチ式のものであってもよい。前者の場合には、リアクター１３は、液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で水平方向に流れる横型のフロー式の反応器となる。なお、内容物の流れる方向は、リアクター１３の長手方向である。本実施の形態では、リアクター１３がフロー式のものである場合について主に説明する。図１で示されるリアクター１３では、図中左右方向がリアクター１３の長手方向であり、図中左側から右側に内容物が流れることになる。したがって、内容物は、リアクター１３の上流側、すなわち、図中の左側に入れられることになる。リアクター１３の内容物は、例えば、原料と触媒との混合物である。そのリアクター１３の内部を、混合部１２で混合された、原料と触媒とが流れることになる。なお、リアクター１３における化学反応によって、原料から生成物が生成されるため、リアクター１３の内容物には生成物が含まれていると考えてもよい。すなわち、その内容物は、原料及び／または生成物であると言うこともできる。また、内容物の上方に未充填空間が存在するため、内容物は通常、気体以外のものである。また、内容物は、リアクター１３内部において、流動性を有するものであり、また、液面が平らになるものであるため、固体（例えば、粉体や粒状体等）以外のものである。したがって、内容物は、液状のものである。その液状の内容物は、例えば、水や油、水溶液、コロイド溶液等のように、流動性の高いものであってもよく、または、スラリーや懸濁液のように、流動性の低いものであってもよい。なお、リアクター１３内部において、内容物の液面は水平であることが好適であるため、液状の内容物は、流動性が低かったとしても、外部から振動を加えることなく、ある程度の時間の経過に応じて液面が水平になる程度の流動性を有していることが好適である。すなわち、液状の内容物は、外部からの振動がなくても、表面が変形しうる程度の流動性を有していることが好適である。なお、液面の水平状態は、完全な平坦であってもよく、または、細かい凹凸があったとしても全体として平坦であるといった程度であってもよい。内容物の流動性が高くない場合には、完全な平坦にならないこともありうるからである。リアクター１３の内壁は、マイクロ波を反射する物質で構成されていることが好適である。マイクロ波を反射する物質としては、例えば、金属がある。このリアクター１３の内部の構成については後述する。なお、リアクター１３の長手方向が水平方向になるとは、リアクター１３の長手方向が厳密に水平方向になることであってもよく、内容物が上流側から下流側に流れる程度、または測定誤差や設計誤差などの誤差の程度、リアクター１３の長手方向が水平方向から傾けられることを含んでいてもよい。
　マイクロ波発生器１４は、マイクロ波を発生する。本実施の形態による化学反応装置１は、１個のマイクロ波発生器１４を備えていてもよく、または、２個以上のマイクロ波発生器１４を備えていてもよい。そのマイクロ波の周波数は限定されるものではないが、例えば、２．４５ＧＨｚであってもよく、５．８ＧＨｚであってもよく、２４ＧＨｚであってもよく、９１５ＭＨｚであってもよく、その他の３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの範囲内の周波数であってもよい。なお、化学反応装置１が２個以上のマイクロ波発生器１４を備えている場合に、各マイクロ波発生器１４の発生するマイクロ波の周波数は、同じであってもよく、または、異なっていてもよい。後者の場合には、例えば、リアクター１３のフロー方向における上流側で周波数Ａのマイクロ波が照射され、下流側で周波数Ｂのマイクロ波が照射されるようにしてもよく、または、リアクター１３のフロー方向における同じ位置で、周波数Ａ，Ｂのマイクロ波が照射されるようにしてもよい。なお、周波数Ａと、周波数Ｂとは異なるものとする。
　導波管１５は、マイクロ波発生器１４の発生したマイクロ波を、リアクター１３の未充填空間に伝送する。導波管１５は、図１で示されるように、マイクロ波発生器１４の個数と同じ個数だけ存在してもよい。また、導波管１５は、分岐を有し、未充填空間の２以上の位置にマイクロ波を伝送してもよい。なお、導波管１５は、マイクロ波発生器１４が発生するマイクロ波の周波数に応じた規格のものを使用することが好適である。
　マイクロ波制御部１６は、後述する温度測定部２５が測定した温度に応じて、リアクター１３に照射するマイクロ波の出力（パワー）を制御する。このマイクロ波制御部１６による制御によって、リアクター１３の内部を所望の温度または所望の温度幅に維持することが可能となる。
　触媒分離部１７は、リアクター１３における反応後の生成物から触媒を分離する。原料と混合された触媒が固体触媒である場合には、例えば、フィルタによって固体触媒を分離してもよく、固体触媒と生成物の一方を沈澱させることによって固体触媒を分離してもよい。また、固体触媒が磁性体を含むものである場合には、磁石によって固体触媒を吸着することによって、固体触媒を分離してもよい。なお、分離された固体触媒は、適宜、再利用することができうる。また、液体の触媒を用いた場合には、触媒分離部１７において、蒸留や抽出、中和を行うことによって、触媒を分離してもよい。
　処理液貯留槽１８には、触媒分離部１７において触媒の分離された生成物が入れられる。そして、適宜、最終的な製造物と副生成物等に分けられる。例えば、原料が遊離脂肪酸であり、リアクター１３においてエステル化が行われた場合には、バイオディーゼル燃料である製造物と、水である副生成物とが得られる。その場合には、酸触媒が用いられる。また、例えば、原料がトリグリセリドであり、リアクター１３においてエステル交換が行われた場合には、バイオディーゼル燃料である製造物と、グリセリンである副生成物とが得られる。その場合には、アルカリ触媒が用いられる。
　なお、リアクター１３の後段に、リアクター１３での反応後の物質を冷却する図示しない冷却器を備えてもよく、または、そうでなくてもよい。前者の場合には、例えば、その冷却器は、リアクター１３での反応後の物質を水冷するものであってもよい。
　図２は、本実施の形態によるリアクター１３の内部構造の一例を示す図である。図２で示されるように、未充填空間２２は、リアクター１３の長手方向（例えば、図２では左右方向）の全体に対して存在することが好適であるが、そうでなくてもよい。図２において、リアクター１３は、内部が仕切り板２１によって複数の室３１，３２，３３，３４に仕切られている。その複数の室３１，３２，３３，３４は、直列に連続した室である。前述のように、リアクター１３の内部では、上方に未充填空間２２が存在する。その未充填空間２２に対して、導波管１５を介して、マイクロ波発生器１４で発生されたマイクロ波が照射される。なお、図２では、リアクター１３内部に単一の未充填空間が存在する場合、すなわち、すべての室３１～３４において未充填空間が共有されている場合について示しているが、そうでなくてもよい。すなわち、未充填空間は、すべての室のうち、少なくとも一部の２以上の室において共有されていてもよく、または、すべての室において共有されていなくてもよい。この場合には、各仕切り板２１によって未充填空間が分断されていることになる。各導波管１５は、各室３２，３３，３４の中央付近の位置に設けられてもよく、または、そうでなくてもよい。前者の場合には、例えば、一の導波管１５によって未充填空間２２に伝送されたマイクロ波が、その下方に存在する室に主に照射される。なお、マイクロ波は未充填空間を伝わるため、例えば、室３２の位置の導波管１５によって伝送されたマイクロ波が、未充填空間を介して室３１や室３３の内容物にも照射されることになる。また、導波管１５を仕切り板２１の位置、すなわち、仕切り板２１の上方の位置に設けてもよい。そのようにすることで、一の導波管１５によって未充填空間２２に伝送されたマイクロ波が、その導波管１５に対応する位置の仕切り板２１で区切られる２個の室に主に照射されることになる。なお、未充填空間が複数の室で共有されている場合には、その共有されている未充填空間に伝送されたマイクロ波は、その未充填空間を共有している複数の室の内容物２０に照射されることになる。仕切り板２１は、マイクロ波透過性のものであってもよく、マイクロ波吸収性のものであってもよく、または、マイクロ波を反射するものであってもよい。マイクロ波を透過する材料としては、例えば、テフロン（登録商標）や、石英ガラス、セラミック、窒化珪素アルミナ等がある。したがって、マイクロ波透過性の仕切り板２１は、そのようなマイクロ波を透過する材料で構成されたものであってもよい。また、マイクロ波を吸収する材料としては、例えば、フラーレンを除くカーボン類等がある。したがって、マイクロ波吸収性の仕切り板２１は、そのようなマイクロ波を吸収する材料で構成されたものであってもよい。また、マイクロ波を反射する材料としては、例えば、金属がある。したがって、マイクロ波を透過しない仕切り板２１は、そのようなマイクロ波を反射する材料で構成されたものであってもよい。また、仕切り板２１は、マイクロ波透過性の材料、マイクロ波吸収性の材料、マイクロ波反射性の材料のうち、任意の２以上の材料の組み合わせによって構成されてもよい。
　また、図２で示されるように、化学反応装置１は、リアクター１３内の内容物２０を回転撹拌する１以上の撹拌手段２３を有してもよい。図２では、各室３１～３４に撹拌手段２３が存在する場合について示しているが、そうでなくてもよい。１以上の室に撹拌手段２３が存在しなくてもよい。また、図２では、撹拌手段２３が羽根状のものである場合について示しているが、これは撹拌手段２３を模式的に示したものであり、その撹拌は、例えば、羽根状、翼状、または、棒状の回転部材が回転されることによって行われてもよい。その回転部材は、マイクロ波透過性のものであってもよく、マイクロ波吸収性のものであってもよく、マイクロ波反射性のものであってもよく、または、マイクロ波透過性の材料、マイクロ波吸収性の材料、マイクロ波反射性の材料のうち、任意の２以上の材料の組み合わせによって構成されたものであってもよい。その回転は、例えば、シャフトに装着された回転部材がシャフトの回転に応じて回転されることによって行われてもよく、または、マグネティックスターラーのように、磁性を用いて回転部材が回転されてもよい。シャフトを用いる前者の場合には、そのシャフトは室ごとに独立したものであってもよく、または、複数の室において共通して用いられるものであってもよい。磁性を用いる後者の場合には、棒状や羽根状、翼状等の回転部材（磁性撹拌子）が、磁石によって回転されることになる。なお、撹拌手段２３による内容物の撹拌が、内容物を上流から下流の方向、もしくは、逆の方向に流すために用いられてもよく、または、そうでなくてもよい。なお、回転撹拌については、すでに公知であり、それらの詳細な説明を省略する。
　ここで、撹拌手段２３がリアクター１３の内容物を回転撹拌する理由について簡単に説明する。撹拌手段２３が内容物を撹拌する第１の理由は、マイクロ波によって内容物が均一に加熱されるようにするためである。内容物の種類や内容物の温度にも依存するが、あるマイクロ波が浸透する深さは決まっているため、内容物の全体に均一にマイクロ波が照射され、均一に加熱されるように撹拌することになる。また、未充填空間２２における内容物の表面積が大きくなると、マイクロ波をより効率よく内容物に照射することができるようになる。したがって、内容物を撹拌する第２の理由は、マイクロ波の照射面積をより広くするためである。そのため、撹拌手段２３による内容物の撹拌は、未充填空間２２における内容物の表面に波が起こる程度の激しさであることが好適であるが、そうでなくてもよい。第１の理由に応じた撹拌が行われるのであれば、結果として内容物の全体が加熱され、それで十分である場合もあるからである。また、このように、撹拌手段２３を用いて原料等の撹拌を行うため、原料に密度の異なる２以上の物質が含まれている場合であっても、両者を適切に混合して反応させることができるようになる。例えば、縦型のフロー式のリアクターにおいて、アルコールと廃油のように、密度の違うものを反応させようとしても、両者が容易に分離してしまうことになるが、本実施の形態のように横型のフロー式のリアクター１３であって、撹拌手段２３が存在する場合には、両者を適切に混合して反応させることができるようになる。
　また、図２で示されるように、リアクター１３は、温度測定部２５をも有してもよい。すなわち、本実施の形態による化学反応装置１は、リアクター１３の内部の温度を測定する温度測定部２５を備えていてもよい。リアクター１３の内部の温度は、リアクター１３の内容物の温度であることが好適である。図２では、各室３１～３４に温度測定部２５が存在する場合について示しているが、そうでなくてもよい。１以上の室に温度測定部２５が存在しなくてもよい。また、図２では、温度測定部２５を模式的に示しているが、温度測定部２５は、例えば、熱電対によって温度を測定してもよく、赤外線センサによって温度を測定してもよく、光ファイバーによって温度を測定してもよく、その他の方法によって温度を測定してもよい。温度測定部２５が測定した温度は、マイクロ波制御部１６に渡され、マイクロ波発生器１４によるマイクロ波の出力の制御のために用いられる。マイクロ波制御部１６に渡される温度は、厳密に言えば、温度を示すデータである。また、その制御は、前述のように、各室３１～３４の温度を所望の温度または所望の温度幅に維持するための制御である。例えば、図２で示されるように、仕切り板２１の位置にマイクロ波が照射される場合には、その位置に照射されるマイクロ波の出力の制御を、例えば、マイクロ波が照射される位置の仕切り板２１で区切られる２個の室の温度のうち、一方を用いて行ってもよく、または、両者を用いて行ってもよい。前者の場合には、例えば、低い方の温度を用いて制御を行ってもよく、高い方の温度を用いて制御を行ってもよく、または、あらかじめ決められた室の温度を用いて制御を行ってもよい。後者の場合には、例えば、両者の平均を用いて制御を行ってもよく、または、両者の室の容量に応じた加重平均（すなわち、室の容量に応じた重みを考慮した平均）を用いて制御を行ってもよい。
　ここで、リアクター１３の上方側の形状について説明する。リアクター１３の上方側は、図１，図２で示されるように、リアクター１３の長手方向（例えば、図１、図２における左右方向）に対して湾曲形状を有している。その湾曲形状は、上に凸となる湾曲形状である。すなわち、リアクター１３の天井側の形状は、長手方向における中央付近の未充填空間２２の上下方向（鉛直方向）の高さが最も高くなっており、リアクター１３の両端に向かうにしたがって、未充填空間２２の上下方向の高さが徐々に低くなっていく形状となっている。なお、リアクター１３の両端は、リアクター１３の流入孔側、及び排出孔側である。その湾曲形状は、例えば、半楕円形状や、円弧形状等であってもよい。また、厳密に言えば、そのリアクター１３の上方側の形状とは、リアクター１３内部（すなわち、未充填空間２２）の上方側の形状のことである。以下の説明においても同様である。また、リアクター１３のフロー方向は、横型のフロー式のリアクター１３の長手方向であると考えてもよい。
　図３は、リアクター１３を、その長手方向から見た外観図であり、図４Ａは、図１のIVＡ－IVＡ線断面図であり、図４Ｂは、図１のIVＢ－IVＢ線断面図である。図４Ａ，図４Ｂにおいて、撹拌手段２３のシャフト２３ａ及び回転部材２３ｂを示しているが、断面の位置によっては、回転部材２３ｂが存在しない断面となることもありうる。また、それらの断面図において、リアクター１３の上方側の形状は、アーチ形状となっている。すなわち、リアクター１３の上方側は、リアクター１３の長手方向に直交する方向に対してアーチ形状を有している。なお、長手方向に直交する方向とは、長手方向に直交する方向のうち、水平な方向であると考えてもよい。そのアーチ形状は、上に凸となるアーチ形状である。すなわち、リアクター１３の天井側の形状は、リアクター１３の長手方向に直交する方向における中央付近の未充填空間２２の上下方向（鉛直方向）の高さが最も高くなっており、リアクター１３の側面に向かうにしたがって、未充填空間２２の上下方向の高さが徐々に低くなっていく形状となっている。そのアーチ形状は、例えば、半円形状であってもよく、半楕円形状であってもよく、その他のアーチ形状であってもよい。また、リアクター１３の上方側は、長手方向に湾曲した形状となっているため、図４Ａの未充填空間の高さは、図４Ｂの未充填空間の高さよりも低くなっている。なお、リアクター１３の下方側の断面形状は、図４Ａ，図４Ｂで示されるように、下に凸となる半円形状であってもよく、または、その他の形状であってもよい。前者のようにすることで、回転部材２３ｂがシャフト２３ａを中心に回転する場合にも、回転部材２３ｂと、リアクター１３の内部とが干渉しないようにすることができ、また、回転部材２３ｂとリアクター１３との隙間を少なくすることができるため、撹拌されずにリアクター１３の一部に滞留する内容物をより少なくすることができる。なお、図４Ａ，図４Ｂで示されるように、リアクター１３の縦断面において、上方側のアーチ形状と、下方側の半円形状との間に、水平方向の幅が変化しない領域が存在してもよい。そして、内容物２０の液面がその領域にある場合には、液面の高さが変化しても、その液面の面積が不変であるようになっていてもよい。
　図４Ｃは、未充填空間２２に入射されるマイクロ波と、内容物２０の液面とのなす角度について説明するための図である。なお、図４Ｃでは、撹拌手段２３を省略している。そのマイクロ波と、内容物２０の液面とのなす角度θは、３０～７５度（ｄｅｇ）の範囲内であることが好適である。そのような範囲内とすることによって、後述するように、マイクロ波を内容物２０により均一に照射することができるようになる。なお、そのマイクロ波と、内容物２０の液面とのなす角度θは、４５度であることがさらに好適である。ここで、４５度には、測定誤差や設計誤差などの誤差の程度、４５度からずれている角度が含まれていてもよい。また、マイクロ波は、内容物２０のフロー方向に直交する方向（例えば、図４Ｃの左右方向）における液面の中央の位置に照射されてもよい。すなわち、図４Ｃで示されるように、内容物２０の液面の左右方向における中央に、マイクロ波が照射されてもよい。このようにすることで、液面で反射したマイクロ波が、リアクター１３の天井側で反射され、再度、内容物２０に照射されやすくなる。なお、中央には、測定誤差や設計誤差などの誤差の程度、中央からずれている位置が含まれていてもよい。また、マイクロ波が、その中央の位置に照射されるとは、そのマイクロ波を伝送する導波管１５を長手方向に延長した場合に、その延長された導波管と、内容物の液面とが交わる位置が、その中央の位置になる状況であると考えてもよい。
　なお、図４Ｃで示されるように、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物２０の液面との角度θが４５°である場合には、通常、導波管１５の開口部が図２の未充填空間２２において見えるようになっているが、図１，図２では、説明の便宜上、θ＝９０°である導波管１５を示している。
　次に、仕切り板２１について説明する。リアクター１３に入った原料等の内容物２０は、各室３１～３４の間を流通し、最終的に下流（例えば、図２のリアクター１３の右端）から出力される。なお、その仕切り板２１には、内容物が流通する流路が存在する。その流路は、内容物が主にリアクター１３の上流側（例えば、図２の左側）から、下流側（例えば、図２の右側）に向かって流れていく流路であるが、一部は下流側から上流側に流れてもよい。その仕切り板２１の流路は、例えば、仕切り板２１の上方において内容物がオーバーフローする流路であってもよく、または、仕切り板２１の隙間において内容物が流れる流路であってもよい。その仕切り板２１は、例えば、日本の特開２０１３－１０３１６０号公報で示されるものであってもよい。また、リアクター１３の内部に複数の仕切り板２１が存在する場合に、各仕切り板２１は、同じ形状であってもよく、または、そうでなくてもよい。
　なお、リアクター１３内における液面の高さは、全体としては、リアクター１３の流出孔の位置によって決まることになる。通常、液面の高さは、その流出孔の位置よりも高くなるため、その流出孔の位置によって、液面の下限を決定することができる。また、各室の液面の高さは、その室と、隣接する後段の室との間の流路の高さによって決まることになる。この場合にも、通常、各室の液面の高さは、その室から流出する流路の位置と同程度になるため、その流路の位置によって、液面の高さを制御することもできうる。なお、通常は、リアクター１３からの流出孔の高さと、各室から内容物が後段側に流出する流路の高さとはほぼ同程度となる。
　また、リアクター１３の壁面は、断熱材で覆われていてもよい。そのようにすることで、リアクター１３の内部の熱が外部に放出されることを防止することができる。
　次に、本実施の形態による化学反応装置１の動作について簡単に説明する。原料と触媒とは、ポンプ１１によって混合部１２に供給される。そして、混合部１２において混合され、リアクター１３に投入される。そのリアクター１３への原料等の供給速度は、あらかじめ決められていてもよい。
　リアクター１３に供給された原料等は、撹拌手段２３によって撹拌されながら、上流側から下流側に流れていく。その際に、マイクロ波発生器１４が発生したマイクロ波が導波管１５を介してリアクター１３の未充填空間２２に伝送され、原料等に照射される。その結果、原料等が加熱されることになり、原料等の反応が促進されることになる。なお、各室３１～３４の温度は、温度測定部２５によって測定され、図示しない経路によって、マイクロ波制御部１６に渡される。そして、マイクロ波制御部１６は、各室３１～３４の温度が所望の温度または所望の温度幅となるようにマイクロ波発生器１４の出力を制御する。
　リアクター１３から出力された生成物は、触媒分離部１７に投入され、触媒が分離される。そして、触媒の分離された生成物がポンプ１１によって処理液貯留槽１８に投入され、処理液貯留槽１８において、目的とする製造物と副生成物とに分けられる。このようにして、最終的な製造物が得られることになる。また、このような処理が繰り返して実行されることにより、目的とする製造物が順次、生成されていくことになる。なお、リアクター１３が、未充填空間の上部で開閉可能な構成になっているのであれば、例えば、リアクター１３の内部の様子を確認したい場合、または、リアクター１３の内部のメンテナンスを行いたい場合に、リアクター１３の上部を開けることによって、リアクター１３の内部にアクセスすることも可能である。
　なお、触媒分離部１７における触媒の分離の処理や、処理液貯留槽１８における製造物と副生成物との分離の処理は、生成物が投入されるごとに順次、行ってもよく、または、投入された生成物が一定の分量だけたまってから、一括して行ってもよい。すなわち、リアクター１３における処理はフロー式（流通式）で処理されるが、その後段の触媒分離部１７や処理液貯留槽１８における処理は、フロー式で処理されてもよく、または、バッチ式で処理されてもよい。なお、フロー式は、連続式と呼ばれることもある。
　また、本実施の形態による化学反応装置１において行われる化学反応は、マイクロ波の照射自体、または、マイクロ波の照射に応じた加熱によって引き起こされる化学反応であれば、どのようなものであってもよい。例えば、エステル化やエステル交換によるバイオディーゼル燃料の生成であってもよく、エステルであるインク原料の生成であってもよく、その他の化学反応であってもよい。また、マイクロ波の照射と共に、超音波の照射も行われてもよく、または、そうでなくてもよい。
　［シミュレーション結果］
　次に、シミュレーション結果について説明する。そのシミュレーションは、高周波３次元電磁界解析ソフトウェア「ＡＮＳＹＳ（登録商標）　ＨＦＳＳ」を用いて行った。なお、各シミュレーション結果において、色の薄い箇所（白っぽい箇所）がマイクロ波の強度が大きい箇所であり、色の濃い箇所（黒っぽい箇所）がマイクロ波の強度が小さい箇所である。
　シミュレーション１
　このシミュレーションでは、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度θを１５°から９０°まで変化させた。図６Ａ～図６Ｆは、それぞれθ＝１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°に対応するシミュレーション結果である。なお、各シミュレーション結果において、リアクターの上方側の形状は、長手方向においても、長手方向に直交する方向においてもフラットであるとした。すなわち、リアクターの断面形状を図５で示されるものとした。また、図６Ａ～図６Ｆのそれぞれにおいて、内容物の液面位置が矢印で示されている。また、図６Ａ～図６Ｆのそれぞれにおいて、リアクターの長手方向は、図中の左右方向である。したがって、図６Ａ～図６Ｆでは、リアクターを図１や図２と同じ方向から見ていることになる。図６Ａで示されるθ＝１５°の場合には、マイクロ波の多くが液面で反射し、液中に浸透していない。また、図６Ａでは、中央付近に上下に延びるマイクロ波の弱い領域が存在し、その部分にはマイクロ波が適切に照射されていない。また、図６Ｆで示されるθ＝９０°の場合には、マイクロ波が液中にも浸透しているが、その液中におけるマイクロ波のムラが大きく、マイクロ波が集中している箇所と、そうでない箇所とが存在する。また、図６Ａの場合と同様に、図６Ｆにおいても、中央付近に上下に延びるマイクロ波の弱い領域が存在する。図６Ｂ～図６Ｅのそれぞれは、θ＝３０°、４５°、６０°、７５°に対応し、液中においてマイクロ波の強度分布が比較的均等であることが分かる。したがって、マイクロ波を照射する角度としては、θ＝３０～７５°の範囲が好適であることが分かる。特に、図６Ｃで示されるθ＝４５°の場合には、液中におけるマイクロ波の強度分布が均等であり、さらにリアクターの上方におけるマイクロ波の集中も存在していない。したがって、θ＝４５°付近でマイクロ波を照射することがさらに好適であることが分かる。そのため、以下のシミュレーション２、３では、θ＝４５°とした。なお、マイクロ波の照射方向は、そのマイクロ波を伝送する導波管の長手方向であると考えてもよい。
　シミュレーション２
　このシミュレーションでは、リアクター１３の長手方向においてリアクターの上方側が湾曲形状を有している場合と、そうでない場合とを比較した。図７Ａは、リアクター１３の上方側が長手方向において湾曲形状を有している場合のシミュレーション結果であり、図７Ｂは、そうでない場合、すなわち、リアクターの上方側が長手方向において湾曲形状を有しておらず、フラットである場合のシミュレーション結果である。なお、両方の場合において、長手方向と直交する方向については、リアクターの上方側の形状がフラットであるとした。すなわち、リアクターの断面形状が図５で示されるものとした。また、図７Ａ，図７Ｂの図中の矢印によって、内容物のフロー方向を示している。したがって、図７Ａ，図７Ｂでは、リアクターを図１や図２と同じ方向から見ていることになる。また、図７Ａ，図７Ｂの両方において、リアクターの内部はマイクロ波を透過しない仕切り板によって７個の室に分けられている。そして、その両方において、左から１番目の室と、左から４番目の室との上方にそれぞれ、導波管が接続されているものとしている。図７Ａでは、その導波管１５の接続されている位置の室におけるマイクロ波の強度が最も大きくなっているが、それ以外の室にも均等にマイクロ波が照射されている。一方、図７Ｂでは、導波管の接続されている位置の室と関係なく、左から１番目と、左から３番目の室におけるマイクロ波の強度が大きくなっており、さらに右から１番目の室には全くマイクロ波が入っていない。そのように、長手方向におけるリアクターの上方側の形状が湾曲形状である場合には、各室により均等にマイクロ波が照射され、マイクロ波の集中も比較的少ない。一方、長手方向におけるリアクターの上方側の形状がフラット形状である場合には、マイクロ波が集中することになり、均等な照射を行うことができていない。したがって、リアクター１３の上方側を、長手方向に対して湾曲形状を有するようにすることは、マイクロ波の集中を低減し、マイクロ波がより均等に照射されるようにするために有効であることが分かる。
　シミュレーション３
　このシミュレーションでは、リアクター１３の長手方向に直交する方向においてリアクターの上方側がアーチ形状である場合と、そうでない場合とを比較した。図８Ａは、リアクター１３の上方側が、長手方向に直交する方向においてアーチ形状を有している場合のシミュレーション結果であり、図８Ｂは、そうでない場合、すなわち、リアクターの上方側が長手方向に直交する方向においてフラットである場合のシミュレーション結果である。なお、両方の場合において、長手方向については、リアクターの上方側の形状がフラットであるとした。すなわち、リアクターの長手方向のどの位置での断面も同じ形状となる。また、図８Ａ，図８Ｂの両方において、内容物の液面位置が矢印で示されている。また、図８Ａ，図８Ｂでは、リアクターを図３と同じ方向から見ていることになる。なお、図８Ａ，図８Ｂでは、仕切り板を透視している。図８Ａで示されるように、長手方向に直交する方向において、リアクター１３の上方側がアーチ形状を有する場合には、そのリアクター１３の上方側におけるマイクロ波の集中がほとんど見られなかった。それに対し、図８Ｂで示されるように、長手方向に直交する方向において、リアクターの上方側がアーチ形状を有していない場合には、そのリアクターの上方側において、マイクロ波の集中している箇所があった。特に、図８Ｂの右上の箇所においては、リアクターの上面付近においてマイクロ波が集中しており、リアクターの上面板が異常加熱されるおそれがある。したがって、リアクター１３の上方側の形状を、長手方向に直交する方向に対してアーチ形状とすることは、未充填空間におけるマイクロ波の集中を低減するために有効であることが分かった。
　なお、シミュレーション結果３から、リアクター１３の内壁が９０°またはそれ未満の角度（鋭角）で折れ曲がっている箇所（例えば、図８Ｂの右上の箇所等）が存在すると、その箇所にマイクロ波が集中する可能性があると考えられる。したがって、リアクター１３の内部全体、または少なくともリアクター１３の未充填空間において、リアクター１３の内壁が９０°を超える角度（鈍角）によって連続していることが好適であると考えられる。
　以上のように、本実施の形態による化学反応装置１によれば、リアクター１３の上方側の形状を、リアクター１３の長手方向において湾曲形状としたり、長手方向に直交する方向においてアーチ形状としたりすることによって、内容物以外の箇所、例えば未充填空間等におけるマイクロ波の集中を低減することができ、また内容物により均等にマイクロ波が照射することができるようになる。その結果、内容物が適切に加熱されることになり、内容物に関する化学反応が促進されることになる。なお、シングルモードの場合には、マイクロ波の定在波を用いるため、電界や磁界の集中する箇所を容易に把握できるが、マルチモードの場合には、電界や磁界の集中する箇所を把握することは非常に難しい。しかしながら、本実施の形態による化学反応装置１のリアクター１３のような形状とすることにより、マルチモードであっても、未充填空間等におけるマイクロ波の集中を低減させることができるようになる。また、目的としていない箇所におけるマイクロ波の集中を低減できることによって、エネルギー効率も向上しうると考えられる。
　また、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度θを３０°～７５°の範囲内とすることにより、内容物により均等にマイクロ波を照射することができるようになる。さらに、その角度θを４５°とすることによって、そのことがより顕著になると共に、未充填空間におけるマイクロ波の集中を低減できるようになる。
　また、マイクロ波を、リアクター１３の長手方向に直交する方向における液面の中央の位置に照射することによって、内容物の液面で反射したマイクロ波が、リアクター１３の上方側によって反射された際に、その反射されたマイクロ波が内容物に照射される可能性を高めることができと考えられる。
　なお、上記説明では、リアクター１３内を流れる内容物に対してマイクロ波が照射される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。例えば、リアクター１３に、内容物を満たし、内容物の投入を停止した後に未充填空間を介して内容物にマイクロ波を照射し、そのマイクロ波の照射を終了した後に、新たな内容物をリアクター１３に投入することによって、反応後の内容物が排出されるようにしてもよい。そして、そのような内容物のフローと、マイクロ波の照射とを交互に繰り返して行うようにしてもよい。その場合であっても、内容物が水平方向に流れるため、そのリアクター１３は、横型のフロー式のリアクターであると言うことができる。また、その場合において、新たな内容物をリアクター１３に投入している際にも、マイクロ波を内容物に照射するようにしてもよい。また、上述のように、リアクター１３を、バッチ式のリアクターとして用いてもよい。リアクター１３をバッチ式のリアクターとして用いる場合には、例えば、内容物を排出するための排出孔がリアクター１３の底部に設けられていてもよい。
　また、本実施の形態では、原料と触媒とを混合する混合部１２が存在する場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、あらかじめ混合された原料と触媒とを用いる場合や、リアクター１３において混合をも行う場合、リアクター１３内を流れる固体触媒がリアクター１３内に留まっている場合、リアクター１３内を流れる固体触媒に代えて固定床の固体触媒を用いる場合、または、触媒を使用しない場合などには、化学反応装置１は、混合部１２を備えなくてもよい。なお、固定床の固体触媒を用いる場合には、通常、その固定床の固体触媒はリアクター１３の内部に存在することになる。その固定床の固体触媒は、例えば、リアクター１３の内壁に貼着されたものであってもよく、または、リアクター１３の内部において触媒充填層やカラム等に充填されることによって固定されたものであってもよい。その固体触媒の形状は、例えば、無定型の粒状、円柱状（例えば、中空であってもよく、そうでなくてもよい）、球状、ペレット状、リング状、シェル状、ハニカム状、発泡体状、繊維状、布状、板状、または、その他の形状であってもよい。
　また、本実施の形態では、リアクター１３が、図２で示されるように、直列に連続した４個の室３１～３４を有する場合について説明したが、この室の個数は１個であってもよく、または、２個以上であってもよい。通常、室の数が多いほど、リアクター１３の流入孔から流出孔に対して原料が短絡して流れることを効果的に防止できる。
　また、本実施の形態では、化学反応装置１が温度測定部２５とマイクロ波制御部１６とを備える場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、マイクロ波の出力をあらかじめ決められた値にすることによって、リアクター１３の内部の温度を所望の温度や温度幅に維持することができる場合には、温度を用いたマイクロ波の出力の制御を行わなくてもよい。
　また、本実施の形態では、リアクター１３の後段に触媒分離部１７を備えた場合について説明したが、そうでなくてもよい。他の装置によって触媒を分離する場合や、リアクター１３内を流れる固体触媒がリアクター１３内に留まっている場合、リアクター１３内を流れる固体触媒に代えて固定床の固体触媒を用いる場合、リアクター１３での化学反応に触媒を用いない場合などのように、本実施の形態による化学反応装置１において触媒の分離を行わなくてもよい場合には、触媒分離部１７を備えていなくてもよい。
　また、本実施の形態では、原料と触媒とが混合されてリアクター１３に投入される場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、原料のみがリアクター１３に投入されてもよい。また、原料と触媒との混合が行われない場合には、リアクター１３の内部を、原料のみが流れてもよい。すなわち、リアクター１３の内容物は、例えば、複数の原料の混合物であってもよい。また、原料と触媒との混合が行われない場合であっても、例えば、リアクター１３内を流れる固体触媒がリアクター１３内に留まっているときには、リアクター１３の内部を原料と触媒とが流れてもよい。また、原料と触媒との混合が行われない場合には、混合部１２は、例えば、原料を混合させてもよく、または、原料（基質）と反応剤とを混合させてもよい。また、その原料等の混合が必要ない場合には、前述のように、化学反応装置１は、混合部１２を備えていなくてもよい。
　また、本実施の形態では、リアクター１３内の原料を撹拌する１以上の撹拌手段２３を備える場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、リアクター１３がマイクロ波を原料の全体に容易に照射することができるような構成である場合（例えば、リアクター１３の内径が小さい場合等）には、撹拌手段２３がなくてもよい。
　また、本実施の形態では、化学反応装置１が処理液貯留槽１８を備える場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、化学反応装置１から出力された生成物や副生成物が混合したものについて、他の装置において生成物の抽出等が行われてもよい。
　また、本実施の形態において、リアクター１３の上方側の形状が、リアクター１３の長手方向において湾曲形状である場合について説明したが、そうでなくてもよい。また、リアクター１３の上方側の形状が、リアクター１３の長手方向に直交する方向においてアーチ形状である場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、リアクター１３の上方側の形状は、リアクター１３の長手方向において湾曲形状であるが、リアクター１３の長手方向に直交する方向においてアーチ形状でなくてもよく、リアクター１３の長手方向において湾曲形状でないが、リアクター１３の長手方向に直交する方向においてアーチ形状であってもよく、または、リアクター１３の長手方向において湾曲形状でなく、リアクター１３の長手方向に直交する方向においてアーチ形状でなくてもよい。
　また、本実施の形態では、未充填空間に入射されるマイクロ波と、内容物の液面とのなす角度が３０度以上、７５度以下の範囲内である場合について説明したが、そうでなくてもよい。その角度が、その範囲外であってもよい。
　また、本実施の形態では、マイクロ波が、リアクター１３の長手方向に直交する方向における中央の位置に照射される場合について説明したが、そうでなくてもよい。それ以外の位置にマイクロ波が照射されてもよい。
　また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
　以上より、本発明による化学反応装置によれば、リアクター内部において、一部の箇所にマイクロ波が集中することを低減でき、またマイクロ波が内容物により均等に照射できるという効果が得られ、例えば、マイクロ波によって内容物を加熱する化学反応装置として有用である。

Claims (6)

  1. 液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で水平方向に流れる横型のフロー式のリアクターと、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を、前記リアクターの未充填空間に伝送する導波管と、を備え、
    前記リアクターの上方側は、前記内容物のフロー方向に対して湾曲形状を有する、化学反応装置。
  2. 前記リアクターの上方側は、前記フロー方向に直交する方向に対してアーチ形状を有する、請求項１記載の化学反応装置。
  3. 前記未充填空間に入射されるマイクロ波と、前記内容物の液面とのなす角度は、３０～７５度の範囲内である、請求項１または請求項２記載の化学反応装置。
  4. 前記未充填空間に入射されるマイクロ波と、前記内容物の液面とのなす角度は、４５度である、請求項３記載の化学反応装置。
  5. 液状の内容物が、上方に未充填空間を有した状態で水平方向に流れる横型のフロー式のリアクターと、
    マイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    前記マイクロ波発生器の発生したマイクロ波を、前記リアクターの未充填空間に伝送する導波管と、を備え、
    前記未充填空間に入射されるマイクロ波と、前記内容物の液面とのなす角度は、３０～７５度の範囲内であり、
    前記リアクターの上方側は、前記内容物のフロー方向に直交する方向に対してアーチ形状を有しており、
    前記マイクロ波は、前記フロー方向に直交する方向における液面の中央の位置に照射される、化学反応装置。
  6. 前記未充填空間に入射されるマイクロ波と、前記内容物の液面とのなす角度は、４５度である、請求項５記載の化学反応装置。
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