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マイクロリアクターによる合成技術と工業生産
[コードNo.09STA044]

■体裁/ B5判上製本 234ページ
■発行/ 2009年 9月 25日 S&T出版(株)
■定価/ 59,400円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-903413-74-7
 
★合成反応の収率・選択性向上と生産現場におけるコストダウン
★「適している反応系」「マイクロチャネルの選び方」「スケールアップ」・・・開発、生産現場の事例を交え解説

書籍趣旨

 マイクロリアクターという言葉が一般的に使われ始めて10年あまりが過ぎ、「目的物を高収率で高選択的に生成する」「連続プロセスによる大量生産」「コストダウンの可能性」という点からマイクロリアクターを利用した有機合成反応の開発、工業生産に向けた技術が国内外で急速に進んでいます。
 本書籍は、研究開発・製造導入にむけたメリット、デメリットの解決手段やマイクロリアクターで適している反応、マイクロチャネルの選び方、スケールアップの迅速化など実例を交えながら解説しています。
 マイクロリアクターを利用されている方から、これからマイクロリアクター導入を考えている方にお役立ていただける1冊です。

<著 者>

前一廣京都大学
藤井泰久(株)KRI
山上達也(株)コベルコ科研
馬場美貴男東レエンジニアリング(株)
野田賢奈良先端技術大学
田中仁章横河電機(株)
川崎慎一朗(独)産業技術総合研究所
鈴木明(独)産業技術総合研究所
富樫盛典(株)日立製作所
遠藤喜重(株)日立プラントテクノロジー
菅誠治岡山大学
中川俊哉(株)ワイエムシィ
太田俊彦日油(株)
平賀義之ダイキン工業(株)
永木愛一郎京都大学
吉田潤一京都大学
岩崎猛出光興産(株)
草壁克己福岡女子大学
蟹江治(株)三菱化学生命科学研究所
田原勝彦荒川化学工業(株)
佐藤正明大阪府立大学
外輪健一郎徳島大学
岡本秀穂九州大学

目  次

1章マイクロリアクターの原理
1はじめに
2マイクロオーダーへスケールダウンすると
3瞬間的に混合する
3.1マイクロミキサー
3.2ナノ粒子設計への応用
4急速に加熱、冷却する
5反応を厳密制御する
5.1マイクロ反応器システムの考え方
5.2反応機構に従ったプロセスエンジニアリング
5.3過酷な条件で安全操作
6束縛された空間での精緻な流動を利用する
6.1マイクロ空間での流動の特徴
6.2液滴の制御
6.3マイクロスラグ流
7精緻な流れを積極的に利用したマイクロ反応操作
7.1供給原料の配置による選択率制御
7.2触媒とマイクロ空間を組み合わせ
8生産プロセスとするには
2章各材料のマイクロチャネルの選択方法と洗浄方法
1マイクロチャンネルの材料と加工方法
・物質生産用マイクロチャンネル材料の物性値
・流体関連MEMSデバイスの製作に用いられる微細加工技術
2金属
3ガラス
4単結晶Si
5樹脂
6その他(セラミック)
3章マイクロリアクターの多相構造シミュレーション技術
1相構造形成の基礎理論
1.1輸送の基礎方程式
1.1.1体積分率に対する方程式
1.1.2流体に対する方程式
1.2自由エネルギーと化学ポテンシャル
1.2.1多成分混合系の自由エネルギーと化学ポテンシャル
1.2.2電場下での多成分混合系の自由エネルギーと化学ポテンシャル
1.3様々な系を記述する方程式とその類似性
1.4運動を特徴付ける時間・空間のスケールと無次元化
1.4.1時間及び空間単位の考え方
1.4.2方程式の無次元化
1.4.3実パラメータと無次元化パラメータのまとめ
2相構造形成のシミュレーション
2.1拡散による相分離過程
2.2誘電率の異なる液滴の電場による変形過程
2.3拡散と表面張力流動による2つの液滴の合一
2.4拡散と表面張力流動による液滴のせん断変形と緩和
2.5せん断流動の中での拡散と表面張力流動による2相の相分離過程
2.6ジ・ブロック共重合体のミクロ相分離構造
4章マイクロ化学プロセス適用装置の考え方:生産プラント化へ向けて
1マイクロ化学プロセスに適用する装置
1.1マイクロ化学プロセスで使用するポンプ
1.2マイクロミキサー
1.3マイクロリアクター
2マイクロ化学プロセス構築準備
5章マイクロリアクターの閉塞チャネル検出方法
1マイクロリアクターの圧力バランスモデル
2閉塞チャネル検出アルゴリズム
3チャネル閉塞率推定法
6章マイクロリアクターシステム用微小流量センサー
1流体の基礎
1.1流れと圧力
1.2流速と流量
1.3層流と乱流
2流量の測定原理
2.1流量センサーの分類
2.2体積流量センサー
2.2.1差圧式流量センサー
2.2.2渦流量センサー
2.2.3電磁流量センサー
2.2.4その他の体積流量センサー
2.3質量流量センサー
2.3.1コリオリ式流量センサー
2.3.2熱式流量センサー
2.4理想のマイクロリアクターシステム用流量センサー
3事例紹介:ガラスチップ微小流量センサ
3.1微小流量センサの特徴と仕様
3.2測定原理
3.3実流評価結果
7章高温高圧反応におけるマイクロリアクターデバイスの利用技術
1超臨界水とマイクロリアクター
2高温高圧マイクロデバイス及びそれらを用いたマイクロエンジニアリング
2.1マイクロ混合器
2.2直接通電型加熱
3反応アプリケーション
3.1超臨界水有機合成反応
3.2超臨界水熱合成反応
8章マイクロリアクターの液相反応と乳化プロセスへの適用
1マイクロリアクターの特徴
2マイクロリアクターが適用可能なプロセス
3マイクロリアクターのラボ用実験システム
4マイクロリアクターの液相反応プロセスへの適用
5マイクロリアクターの乳化プロセスへの適用
9章マイクロリアクター利用に向いた有機合成反応
1多層系反応
1.1気‐液界面反応
1.1.1フッ素ガスによるフッ素化反応
1.1.2一酸化炭素ガスによるカルボニル化反応
1.2液‐液界面反応
1.2.1ニトロ化反応(有機相/水相)
1.2.2水溶性触媒を用いたアリルアルコール誘導体の異性化反応(有機相/水相)
1.2.3薗頭カップリング反応(有機相/イオン液体相)
1.2.4相関移動型ジアゾカップリング
1.3固‐液界面反応
1.3.1固体担持触媒を利用した反応
1.3.2マイクロチャネル内で調製した触媒担持膜を利用した反応
1.4気‐液‐固界面反応
1.4.1水素化反応
2有機電解反応
3有機光反応
4均一系反応
4.1高速反応
4.1.1Friedel-Crafts 型反応(カチオンプール法を用いた場合)
4.1.2カルボニル化合物と有機金属反応剤の反応
4.2中間体や活性種が不安定な反応
4.2.1Swern 酸化反応
4.2.2ハロゲン‐金属交換反応を利用した分子変換
4.3重合反応
5多段階反応‐反応の集積化‐
6今後の展望
10章マイクロリアクターの応用技術と可能性
1節マイクロリアクターの事業化へ向けた実用的効果と装置
1事業化に向けたマイクロリアクター装置
1.1反応溶液の安定送液
1.2正確な温度制御
1.3反応条件の検討を容易にするソフト
1.4マイクロミキサーの閉塞リスクの低減と混合効率の向上
2システム化されたマイクロリアクター
3種々のリアクターについて
4海外での事例
2節マイクロリアクターを用いたニトロ化合物の生成
1工業的なニトロ化合物生産方法の概要
2ニトロ化合物の合成にマイクロリアクターを用いる優位性と注意点
3マイクロリアクターを用いたニトロ化の実例
3.1マイクロリアクターを用いたニトロニュウムイオン生成挙動の追跡
3.2攪拌回転型マイクロリアクターによるニトロ化反応
3節マイクロリアクターを用いたフッ素系ファインケミカル製品の合成
1フッ素化合物とフッ素ファインケミカル製品
2フッ素化合物の合成方法
3フッ素系ケミカル製品のマイクロリアクターを用いた事例
3.1マイクロリアクターを用いた直接フッ素化反応
3.2マイクロリアクターを用いたエポキシ化反応
3.3マイクロリアクターを用いたハロゲン−リチウム交換反応
4節マイクロリアクターを用いたアニオン付加重合
1スチレン類のアニオン重合反応
1.1単独重合の制御
1.2アニオンリビング生長末端の利用反応
1.3複数の反応点を有する求電子剤との選択的反応による精密構造ポリマー合成
2アルキルメタクリレート類のブロック重合反応
2.1単独重合
2.2アニオンリビング生長末端の利用反応
3未来に向けて
5節マイクロリアクターを用いたラジカル重合、カチオン重合の制御
1マイクロリアクターを用いたラジカル重合
1.1装置・実験方法
1.2マイクロリアクターの熱交換特性の評価
1.3重合評価の結果
2ナンバリングアップリアクターと連続運転
2.1ナンバリングアップリアクターの設計
2.2パイロット装置による連続運転
3マイクロリアクターを用いたカチオン重合
3.1装置・実験方法
3.2ビニルエーテルの重合結果
6節マイクロリアクターを用いた微粒子合成技術
13次元リアクターを用いた微粒子合成
1.1概要
1.2光重合法によるアクリル系微粒子の合成
1.3ゾル-ゲル法によるシリカ粒子の合成
2液滴衝突型3次元リアクターを用いた微粒子合成
2.1概要
2.2高分子電解質反応によるマイクロカプセル合成
2.3熱重合法2色ボールの合成
3マイクロリアクターの実用化に向けての考察
7節マイクロリアクターを用いたバイオディーゼル合成
1触媒法によるバイオディーゼル合成
2マイクロリアクターを用いたバイオディーゼル合成
3共溶媒を用いた均相バイオディーゼル合成
4電解法によるバイオディーゼル合成
8節マイクロリアクターによる糖鎖合成技術:多様性へのチャレンジ
1糖鎖の構造多様性と創薬への期待
2糖鎖医薬の潜在的問題
3糖鎖の化学合成
3.1化学合成の利点
3.2効率合成への取り組み
3.3マイクロチップで化学合成
4天然糖鎖の合成
4.1天然構造には酵素合成
4.2マイクロチップで酵素合成
5微量合成を可能とする構造解析プラットフォーム
9節不均一触媒担持(触媒充填型)マイクロフローリアクターの開発
1流路への不均一触媒の固定化方法と反応の特徴
1.1流路壁への固定
1.2流路内への充填
2今後の展望
11章マイクロリアクターのスケールアップ迅速化
1節ナンバリングアップによるスケールアップ
1外部ナンバリングアップ
2内部ナンバリングアップ
2節深溝型マイクロリアクタによる大量処理技術
1深溝型マイクロリアクタの概念
2流動特性
3伝熱特性
4反応事例
5マイクロ化学プラント
12章マイクロリアクターの今後の展望
1マイクロリアクターに有効な反応
・マイクロ反応技術は、どのような化学反応に有効であるか?
 また有効でない反応は何か?
2マイクロリアクターによるファインケミカルの生産方式
・工業的なファインケミカル生産方式のひとつとして、
 本当に将来有望な技術であろうか?
3マイクロリアクターのデバイス(装置)の生産
・どのようなリアクターを研究開発をすれば、自分たちのデバイスが
 活きてくるのか?
4マイクロリアクター製品の市場規模
・マイクロリアクターに関連した製品の市場規模はどの程度になろうか?



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