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マイクロリアクター技術の最前線    
R&D Frontiers in Microreactor for Production Technology
[コードNo.2012T861]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 前一廣
■体裁/ B5判 262ページ
■発行/ 2012年5月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 73,440円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0587-5

 
★環境調和型社会・高効率化に貢献する新時代の合成技術として大注目!
★大好評の前書に引き続き、マイクロリアクター技術の最新動向をまとめた1冊!
★全体を、「デバイス開発」「各種物質製造技術」「マイクロ化学プロセス開発」に分け、基礎から実際技術を網羅する
  充実の内容!

キーワード

合成/反応/有機合成/高効率化/選択的合成/微粒子/ナノ粒子/バルク生産/反応装置/マイクロ空間/マイクロ流路/分離/分散/反応制御/重合反応/粒子設計/乳化/エマルション調整/安全化/医薬品/中間体/GMP/生産プラント/ファインケミカル

刊行にあたって

 生産用マイクロリアクターに関する研究は1990年代にドイツに興り、21世紀に入って日本でも研究が開始され10年少しになる。シーエムシー出版では、日本におけるマイクロリアクター研究のパイオニアで現在も第一人者である京都大学 吉田潤一教授監修のもと、タイムリーに2003年に「マイクロリアクター―新時代の合成技術―」を、2008年には、その普及版書籍である「マイクロリアクターの開発と応用」を刊行し、マイクロリアクターを初めて扱う研究者、技術者の学習に寄与してきた。
 この間、日本では9年間にわたるNEDOの産学共同基盤研究が推進され、世界的にも欧州を中心に数多くの産学連携プロジェクトが行われ、マイクロリアクターの設計や操作への理論的な理解が深まるとともに、いくつかの産業化事例も出てきた。このように2003年当時に比べると、本技術は飛躍的に進歩しているが、その基礎原理から応用に至るまでを体系的に纏めたものは存在せず、未だ世界的にも単発の事例報告のレベルに留まっているのが現状であった。
 そこで、本書では、マイクロリアクター技術のより深い理解と最新の情報を伝えることを目的に、日本におけるマイクロリアクター研究開発の最前線で活躍している数多くの研究者、技術者の方々に、基礎学理からデバイス設計、各分野での適用事例、プロセス化の試み等を執筆頂いた。本書では、2000年代では想定していなかった数万トン/年レベルのバルク生産を視野にしたリアクター例も示されており、読者各位が本書を精読しそれぞれ独自に考えて頂くことで、マイクロリアクターが高機能部材からバルク原料までをカバーする高効率、環境調和型化学産業を支えるコア技術の一つとして展開されることと確信している。
 最後に、ご多忙の中、本書の各章の執筆および翻訳を快く引き受けてくださった諸先生方に厚く御礼申し上げます。

(「巻頭言」より)

著者一覧

前一廣京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 教授
長谷部伸治京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 教授
外輪健一郎徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授
近藤賢JAASインターナショナル(株) 広島支店 支店長
妹尾典久岡山大学 大学院自然科学研究科 研究員
富樫盛典(株)日立製作所 日立研究所 機械研究センタ 第一部 ユニットリーダ 主任研究員
野一色公二(株)神戸製鋼所 機械事業本部 機械本部 技術室 開発グループ 担当課長
御手洗篤DKSHジャパン(株) テクノロジー事業部門 科学機器部 主任
吉田潤一京都大学 大学院工学研究科 合成・生物化学専攻 教授
永木愛一郎京都大学 大学院工学研究科 合成・生物化学専攻 助教
川波肇(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学システム研究センター 主任研究員
水野一彦大阪府立大学 名誉教授;奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 客員教授
中谷英樹ダイキン工業(株) 化学事業部 プロセス技術部
平賀義之大金フッ素化学中国有限公司 董事副総経理、ダイキン工業(株) 化学事業部 中国技術革新プロジェクトリーダー
井上朋也(独)産業技術総合研究所 集積マイクロシステム研究センター 主任研究員
川口達也宇部興産(株) 研究開発本部 有機化学研究所 触媒化学G 主席研究員
時實昌史大阪府立大学 大学院理学系研究科 分子科学専攻 博士研究員
福山高英大阪府立大学 大学院理学系研究科 分子科学専攻 准教授
柳日馨大阪府立大学 大学院理学系研究科 分子科学専攻 教授
草壁克己崇城大学 工学部ナノサイエンス学科 教授
安川隼也三菱レイヨン(株) 中央技術研究所 触媒研究グループ 副主任研究員
岩崎猛出光興産(株) 機能材料研究所 化学品開発センター 研究主任
石坂孝之(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学システム研究センター 研究員
鈴木敏重(独)産業技術総合研究所 コンパクト化学システム研究センター 企画連携統括
渡邉哲京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 助教
宮原稔京都大学 大学院工学研究科 化学工学専攻 教授
木俣光正山形大学 大学院理工学研究科 バイオ化学工学分野 准教授
西迫貴志東京工業大学 精密工学研究所 助教
小野努岡山大学 大学院自然科学研究科 教授
小林功(独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 主任研究員
竹島弘昌東レエンジニアリング(株) エンジニアリング事業本部 プラント技術部 第2プラント技術室 マイクロ化学チーム 主席技師
太田俊彦日油(株) 愛知事業所 武豊工場 研究開発部 主査
Dominique RobergeLonza Ltd Lonza Custom Manufacturing Head of Continuous Flow/MRT Business Development
早川道也ロンザジャパン(株) 有機合成受託事業部 事業部長
夕部邦夫三菱ガス化学(株) 東京研究所 主任研究員
松山一雄花王(株) 加工・プロセス開発研究所1室 グループリーダー
長澤英治富士フイルム(株) R&D統括本部 技術戦略部 主任技師
滝沢容一綜研化学(株) PLD事業推進プロジェクト リーダー
内田正之東洋エンジニアリング(株) 取締役常務執行役員 経営計画本部長

目   次

第1章生産用マイクロリアクター利用の基本概念とデバイス開発
1マイクロリアクター利用の基本概念と大量生産化戦略  前 一廣
1.1はじめに
1.2マイクロリアクターの特長
1.3マイクロ空間で発現する機能を利用した操作法
1.3.1基本的な考え方
1.3.2瞬間混合操作(ナノ粒子製造を例に)
1.3.3束縛された空間での精緻な流動を利用した操作
1.3.4大きな熱交換能力
1.3.5反応時間の厳密制御
1.4マイクロリアクターの適用分野
1.5大量生産プロセスへの開発戦略
1.6おわりに
2高効率マイクロリアクターの形状設計法  長谷部伸治
2.1はじめに
2.2設計時の留意点
2.3コンパーメントモデルを用いた形状最適化
2.4CFDシミュレーションと応答局面を用いた形状最適化
2.5随伴変数法の適用
2.6分配器の設計
2.7おわりに
3深溝型マイクロリアクター  外輪健一郎
3.1深溝型流路による処理量増大の概念
3.2作製精度と流動状態
3.3混合性能の改良
3.4応用例
3.5実用化に向けて
4工業用化学反応器として適合するマイクロリアクターの開発  近藤 賢
4.1はじめに
4.2スループットの向上
4.2.1既存マイクロリアクター単体のスループットの限界
4.2.2既存の内部ナンバリングアップとその限界
4.2.31エレメントの能力アップがキー因子
4.3混相系への適合性
4.3.1エマルジョン反応系への適合性
4.3.2気体混合系への適合性
4.3.3固体混合系への適合性
4.4生産ツールとして備えるべきそのほかの重要な機能と拡張機能
4.4.1熱交換性
4.4.2滞留時間・反応時間範囲の拡張
4.4.3適用固体物サイズの拡張
4.5プラント
4.5.1医薬品・ニトロ化
4.5.2ファインケミカル・アルキルニトロ化合物
4.5.3チューブ振動式フローリアクター Coflore ATR
4.6まとめ
5各種金属性マイクロリアクターの開発  妹尾典久
5.1はじめに
5.2界面反応型マイクロリアクター(マイクロミキサー)の開発
5.3複合液滴生成用マイクロリアクターの開発
5.3.1サイド・バイ・サイド型マイクロリアクター
5.3.2シース・コア型マイクロリアクター
5.4海・島型マイクロリアクター
5.5多孔・多段式マイクロミキサー(カルマン型マイクロミキサー)
5.6流体を微粒子にするマイクロリアクター
5.7分配器
5.8転相温度乳化装置およびその方法
5.9参考資料
5.10さいごに
6中量産に向けたマイクロリアクターの開発  富樫盛典
6.1はじめに
6.2マイクロリアクターが適用可能なプロセス
6.3「ナンバリングアップ」の概念
6.4外部ナンバリングアップの中量産プラント
6.5内部ナンバリングアップの中量産プラント
7バルク生産用マイクロリアクター開発  野一色公二
7.1はじめに
7.2バルク生産用マイクロリアクターの基本概念
7.3バルク生産用熱交換器から大容量MCRへ
7.4大容量MCR 積層型多流路反応器(SMCR™)について
7.5SMCR™の適用事例
7.5.1抽出用途への適用検討
7.5.2実験内容および結果
7.6おわりに
8モジュラー型マイクロリアクター開発  御手洗篤
8.1はじめに
8.2モジュラーマイクロ反応システムMMRS
8.3プロセスコントロール
8.4スタンドアローン・モジュール
8.5スケールアップ戦略
8.6おわりに
第2章マイクロリアクターを用いた各種物質製造技術
1マイクロリアクターを使った環境調和型有機合成、高分子合成技術  吉田潤一、永木愛一郎
1.1はじめに
1.2フローマイクロリアクターの特長
1.3マイクロリアクターの特長を活かした有機合成
1.3.1選択性よくほしい生成物を得る
1.3.2低温反応のエネルギー消費を抑える
1.3.3保護基を用いない合成
1.3.4マイクロリアクターの特長を活かした高分子合成
1.4まとめ
2高温高圧マイクロリアクターを用いた化学物質の高効率製造法  川波 肇
2.1はじめに
2.2高温高圧水
2.3高温高圧水―マイクロリアクター
2.3.1高温高圧―マイクロリアクター
2.3.2高温高圧水―マイクロリアクターを用いた反応例
2.3.3炭素―炭素カップリング反応
2.4おわりに
3フロー系マイクロリアクターを用いる高効率・高選択的光化学反応  水野一彦
3.1はじめに
3.2フロー系マイクロリアクターを用いる光化学反応の特長
3.3光化学反応装置
3.4均一系光化学反応―その1
3.5均一系光化学反応―その2
3.6不均一系および界面を用いる光化学反応
3.7おわりに
4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  中谷英樹、平賀義之
4.1はじめに
4.2フッ素化合物とフッ素ファインケミカル製品
4.3フッ素化合物の合成方法
4.4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
4.4.1マイクロリアクターを用いた直接フッ素化反応
4.4.2マイクロリアクターを用いたビルディングブロック法
4.4.3マイクロリアクターを用いたエポキシ化反応
4.4.4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
4.4.5マイクロリアクターの生産設備としての利用可能性
4.5おわりに
5マイクロリアクター技術による直接法過酸化水素製造プロセス開発  井上朋也
5.1はじめに
5.2過酸化水素について
5.3過酸化水素製造へのマイクロリアクター技術の適用
5.3.1MEMS技術によるマイクロリアクター製作・評価
5.3.2ガラス製マイクロリアクターを用いた過酸化水素製造法へ
5.3.3ナンバリングアップに向けた取り組み
5.3.4マイクロリアクターに適した触媒
5.4実用化に向けて
6高選択率を目指したスワン酸化反応の素反応制御  川口達也
6.1はじめに
6.2スワン酸化反応について
6.3結果
6.3.1マイクロフロー法とバッチ法の比較
6.3.2反応温度、滞留時間検討
6.3.3混合方式比較
6.3.4スケールアップ検討
6.4おわりに
7マイクロフローリアクターと数百グラムオーダーの有機合成  時實昌史、福山高英、柳 日馨
7.1はじめに
7.2触媒反応によるフロー合成とフローマイクロプラント
7.3ラジカル反応によるフロー合成
7.4光反応による合成
7.5カチオン反応によるフロー合成
7.6アニオン反応によるフロー合成
7.7フルオラス溶媒を用いた臭素化反応
7.8おわりに
8マイクロチューブリアクターを用いたバイオディーゼル合成  草壁克己
8.1はじめに
8.2マイクロチューブリアクターによる反応促進効果
8.3BDF合成条件の最適化
8.4マイクロチューブリアクター内の流動状態と反応特性
8.5マイクロチューブリアクターを用いた新規BDF合成
8.6おわりに
9気液マイクロリアクターを用いたピルビン酸の製造  安川隼也
9.1はじめに
9.2マイクロリアクターの適用
9.3乳酸エチルの酸化反応へのマイクロリアクターの適用
9.4気液スラグ流の流動状態と反応成績
9.4.1気液流量比の変更に伴うスラグ長さの変化
9.4.2スラグ長さ変更に伴う反応成績の変化
9.5スケールアップを目的とした反応解析と安定操作法の探索
9.5.1乳酸エチル酸化反応の速度解析
9.5.2気液スラグの安定操作条件の探索
9.6まとめ
10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  岩崎 猛
10.1はじめに
10.2マイクロリアクターを用いたラジカル重合
10.2.1装置・実験方法
10.2.2マイクロリアクターの熱交換特性の評価
10.2.3重合評価の結果
10.3ナンバリングアップリアクターと連続運転
10.3.1ナンバリングアップリアクターの設計
10.3.2パイロット装置による連続運転
10.4マイクロリアクターを用いたカチオン重合
10.4.1装置・実験方法
10.4.2ビニルエーテルの重合結果
10.5まとめ
11マイクロリアクターを用いたポリイミドナノ構造体の連続作製  石坂孝之、川波 肇、鈴木敏重
11.1はじめに
11.2マイクロリアクターを用いた微粒子の作製
11.3迅速な逐次操作に注目したナノ材料作製
11.4マイクロリアクターを用いたポリイミドナノ構造体の作製
11.4.1ポリイミドとは
11.4.2ポリイミドナノ粒子の作製
11.4.3ポリイミドナノ構造体の作製
11.5おわりに
12マイクロミキサーを用いた機能性微粒子合成  渡邉 哲、宮原 稔
12.1はじめに
12.2マイクロミキサーを用いたPtナノ粒子の合成
12.3マイクロミキサーを用いたAu@SiO2粒子の合成
12.4まとめ
13多重管型マイクロリアクターによる酸化物ナノ粒子の合成  木俣光正
13.1はじめに
13.2多重管型マイクロリアクター
13.3金属アルコキシドの加水分解法による粒子合成
13.4多重円管型マイクロリアクターによるナノ粒子合成
13.4.1二酸化チタンナノ粒子
13.4.2亜酸化銅ナノ粒子
13.4.3複合酸化物ナノ粒子
13.5おわりに
14マイクロ流路による多相エマルション生成と微粒子作製  西迫貴志
14.1はじめに
14.2マイクロ流路デバイスを用いた多相エマルション生成技術
14.2.1マイクロ流路分岐の連結構造を用いた手法
14.2.2多重管ノズルを用いた多相エマルション生成技術
14.3単分散多相エマルションを基材とした微粒子調整
14.3.1マイクロカプセル粒子の作製
14.3.2コアシェル粒子の作製
14.4ナンバリングアップによる生産量スケールアップ
14.5おわりに
15マイクロリアクターによる乳化・エマルション調整の微細化  小野 努
15.1はじめに
15.2マイクロ流路分岐乳化法によるエマルション調整の微細化
15.3転相温度(PIT)乳化法を利用したナノエマルション調整
15.4マイクロ流路内超音波照射を利用したナノエマルション調整
15.5おわりに
16マイクロチャネルデバイスを用いた非球形微小液滴・微粒子の製造  小林 功
16.1はじめに
16.2分岐構造を持つMCデバイスを利用した非球形単分散微小液滴・微粒子の製造
16.2.1非球形単分散微小液滴の製造に関する基本的特性
16.2.2非球形単分散微粒子の製造
16.3.3MCアレイデバイスを用いた非球形微小液滴・微粒子の製造
16.3.1MCアレイデバイス
16.3.2クロスフロー型MCアレイデバイスを用いた単分散非球形微小液滴・微粒子の製造
16.4おわりに
第3章マイクロ化学プロセス開発
1マイクロ化学プロセスの生産プラント化へのアプローチ  竹島弘昌
1.1はじめに
1.2マイクロ化学プラントの基本的装置構成
1.2.1ポンプ
1.2.2デバイス
1.2.3センサ
1.3ラボ試験からのマイクロ技術ノウハウの蓄積
1.3.1プロセス適用可能性試験
1.3.2試験における課題
1.3.3スケールアップ基礎試験
1.3.4試験からの開発ニーズとその展開
1.4マイクロ量産化の手法とその実施例
1.4.1スケールアップ基礎試験
1.4.2ナンバリングアップ基礎試験(分配性能および安定化確認)
1.4.3スケールアップとナンバリングアップの組合せ
1.4.4全工程の連続フロー化
1.4.5マイクロの洗浄性
1.5おわりに
2ニトロ化合物の安全高効率製造  太田俊彦
2.1はじめに
2.2現在のニトロ化合物の工業的な製造方法とその特徴
2.3ニトロ化合物製造プロセスをマイクロ化するメリット
2.4マイクロ空間におけるニトロ化合物の生成反応
2.4.1攪拌回転型マイクロリアクターによるニトロ化合物製造の研究と開発
2.5おわりに
3医薬品製造のためのマイクロリアクターの工業化設計とスケールアップ戦略  Dominique Roberge、早川道也
3.1概略
3.2はじめに
3.3工業用マイクロリアクター設計のための反応分類
3.4スケールアップコンセプト
3.5マイクロリアクター技術の工業的利用
3.6まとめ
4過酸化水素酸化反応によるビタミンK3製造プロセス開発  夕部邦夫
4.1はじめに
4.2過酸化水素酸化反応によるビタミンK3合成
4.3過酢酸を酸化剤に用いたビタミンK3合成
4.4マイクロ連続反応システムによるビタミンK3合成
4.5ビタミンK3合成におけるマイクロ化学プロセス適用のメリット
4.6おわりに
5トイレタリー高機能製品の製造  松山一雄
5.1はじめに
5.2“micro in macro”に基づく汎用マイクロミキサー開発
5.3マイクロ空間の特性を利用した新しい乳化プロセスの提案
5.4“micro in macro”の実現による高機能製品の製造
5.5おわりに
6有機顔料微粒子製造  長澤英治
6.1はじめに
6.2研究開発の動向
6.3当社における有機顔料微粒子製造プロセスの開発
6.3.1狙いとする有機顔料微粒子分散液
6.3.2水系有機顔料微粒子分散液製造
6.3.3溶剤系有機顔料微粒子形成法
6.4おわりに
7電子ペーパー用ツイストボール製造  滝沢容一
7.1はじめに
7.2ツイストボールの製作方法
7.3マイクロチャンネル法での粒径制御
7.4スケールアップについて
7.5ツイストボールの設計
7.6電子ペーパーへの応用
7.7おわりに
8洋上GTLプラントの開発  内田正之
8.1はじめに
8.2GTLとは
8.3洋上GTLプラントが必要とされる背景
8.4Velocys社およびそのマイクロチャンネルリアクターの特徴
8.5マイクロGTLプラント
8.6開発の状況
8.7商業プラントの概念設計
8.8おわりに



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