JP2013530821A - 連続処理反応器およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

流体の連続処理のための反応器を有するシステムが本明細書において提供される。概して、反応器は、外側容器に関連して処理または使用される流体を収容する外側容器と、エネルギー交換表面として機能する外側容器内に設置された内側容器と、流体の処理が沿って実施可能な、外側容器と内側容器との間で規定された環状空間と、を含む。連続薄膜反応器は、例えば、蒸留、蒸発、液体−液体または固体−液体−液体反応、有機反応、冷却および脱塩を実施するように用いることができる。

Description

本願発明は、処理反応器、さらにとりわけ、処理される流体に高い熱伝達率、高い物質移動速度、高い混合速度および高い他の輸送（transport）速度を与えることができる連続処理反応器に関する。

化学反応過程における一般的な問題は、所望の製品を効率的に製造するように、いかにして反応器内において適切な流体力学を達成するかである。反応成分の分子が、触媒を含む反応の他の成分に接触するように反応物が混合される必要がある。気体反応物の存在は、反応効率を向上させるように気体成分と液体成分との間の境界における表面積の増加を更に必要するであろう。

反応成分間における混合と接触とを改善するように、薄膜反応器は、とりわけ、処理チャンバーの内面（すなわち、処理表面）への触媒のコーティングを含むように構成されている。さらに、処理チャンバーの処理表面への触媒の接着を向上させるように、ゾルゲルまたはウォッシュコート（またはウォッシュコーティング、washcoating）を処理表面に塗布できる。しかしながら、コーティングは、時間とともに磨耗する傾向があり、不可避的に非活性化する。

成分間の表面積増加の要求に対処するように、いくつかの薄膜反応器は、処理される材料（例えば、流体等）を内壁上に供給するように用いることができる回転分配器を含むように構成されている。しかしながら、これらの反応器は、処理される材料について強力な熱交換と短い滞留時間とを組み合わせるために、このような構成は、材料が処理チャンバーに入ると、処理チャンバーとソース（または熱源、source）との間における急激の温度差に起因して材料を急速に膨張させることがあり、処理チャンバーの内壁上に材料の不均一な広がりをもたらす。

他の薄膜反応器は、処理される材料を内壁（すなわち、処理表面）上に分配するように、処理チャンバーの内壁に適用できる１以上の回転ワイパーを備えている。しかしながら、処理表面上へのワイパーの直接接触は、材料の汚染と、ワイパーと反応器の内壁との望ましくない磨耗と、をもたらすであろう。更に、必要なワイパーの配置に起因し、処理チャンバーの内壁について実質的に全体の長さに沿った均一な薄膜を得ることは問題として残る。粘性流体の存在下において、不均一な流れに起因して材料の堆積が生じるであろう。このことが起こり、堆積した材料がワイパーに接触すると、回転システムは、機械的バランスを失う恐れがあり、回転を損なうかもしれない。

薄膜反応器は、また、回転盤を備えており、処理される流体が、回転盤から処理チャンバーの処理表面上に分配される。不幸にも、このような反応器は、十分に長い滞留時間を有するようには構成されておらず、大規模処理には適していない。更に、薄膜反応器の現在の構成では、これらの薄膜反応器は、高い輸送速度（すなわち、処理される流体に関連した比較的高い、熱伝達率、物質移動速度、混合速度またはそれらの組合せ）を備える能力を欠いている。

従って、処理表面上で処理される流体または材料の実質的に均一な薄い分配を与えることができ、反応成分間の混合および/または接触を向上でき、十分に長い滞留時間を与えることができ、比較的高い輸送速度を与えることができ、高い処理量を与える構成を備えた薄膜反応器の必要性がある。

本願発明の１つの実施形態によれば、流体を処理するための反応器が備えられる。反応器は内面を有する外側容器を含み、処理される流体を該内面に接触して収容できる。１つの実施形態では、外側容器の内面は、処理される流体が実質的に均一な薄膜の状態で降下でき、比較的高い、熱伝達率、物質移動速度、混合速度、他の輸送速度またはそれらの組合せを有することができるように構成できる。外側容器の内面は、付加的な表面積を生成するように形状パターン（profiled pattern）を備え、処理される液体が、取り扱い（treatment)、処理(processing）、分離、滞留時間の増加の１つまたはそれらの組合せを容易にするように付加的な表面積に亘って流れることができる。反応器は、また、処理される流体のための熱交換面として働く外面を有する、外側容器内に設置された内側容器をも含む。１つの実施形態では、内側容器は、熱交換流体が内面に接触して流れることができる内面を含む。熱交換流体は、概して、内側容器の外面と外側容器の内面との間に温度差を与えるように、処理される流体の温度と異なり得る温度を有する。反応器は、経路を備えるために外側容器と内側容器との間に規定された環状空間を更に含み、流体の処理は、該経路に沿って実施できる。１つの実施形態では、環状空間は、外側容器と内側容器との間の温度差を維持し、処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように構成できる。さらに、環状空間は、処理される流体との相互作用のための第２の流体を収容できる。１つの実施形態では、第２の流体は、処理される流体の流れに対して逆流となるように環状空間内を移動できる。パッキング材料（packing material）のベッド（または床、bed）は、表面積を増加させるように環状空間内に備えられ、大量の処理される流体が、その輸送速度を向上させるために該表面積に亘って接触でき、かつ環状空間に亘って実質的に均一な温度分布を与える。

本願発明の別の実施形態では、流体を処理する方法が提供される。当該方法は、初期に、処理される流体を外側容器内に、その内面に接触するように導入する工程を含む。この工程において、取り扱われ、処理され、および/または分離される流体の能力を向上させ、処理される流体が、比較的高い、熱伝達率、物質移動速度、混合速度またはそれらの組合せを有することができるように、処理される流体の実質的に均一な薄膜の流れが外側容器の内面に接して与えられてよい。１つの実施形態では、処理される流体は、実質的に細かい液滴または繊維状の要素を外側容器の内面上に形成するように、回転様式で供給されてよい。この方法は、また、処理される流体の温度と異なる温度の熱交換面を有する内側容器を外側容器内に備える工程を含む。この工程では、処理される流体の温度と異なる温度で供給された熱交換流体を内側容器の内面に接して分配できる。熱交換流体の分配は、内側容器の内面上に実質的に細かい液滴または繊維状の要素を形成するように、回転様式であってよい。この方法は、外側容器内で処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように、外側容器と内側容器との間の経路に亘って温度差を維持する工程を更に含む。１つの実施形態において、該維持する工程は、内側容器の外面と外側容器の内面との間に比較的短い距離を有する経路を備えることを含む。さらに、第２の流体を経路内に移動でき、処理される流体と相互作用することができる。１つの実施形態では、第２の流体は、処理される流体の流れに対して逆流となるように移動できる。所望する範囲で、パッキング材料のベッドは、表面積を増加させるように経路内に位置でき、処理される流体が、輸送速度の増加のために該表面積に亘って接触できる。このような実施形態では、大量の処理される流体が、外側容器内および経路内に導入できる。

本願発明の処理反応器および処理方法は、有機システムに関連した液体−液体または固体−液体−液体相互作用を含む様々な用途（とりわけ、蒸留、蒸発、過熱した蒸気の冷却、紫外線および/またはマイクロ波初期反応、脱塩および二酸化炭素の除去）のために利用できる。

それぞれの反応器を通って処理される流体のための複数の通路が輸送速度を増加できるように、本願発明の反応器は、順番に（または直列に、in series）配置できる。このシステムにおけるそれぞれの反応器は、必要に応じて、異なる機能のために構成できる。または、本願発明の反応器は、第３の容器と内側容器との間に別の環状空間を備えるように内側容器内に第３の容器を含み、このような反応器を通って処理される流体のための複数の通路を可能にする。必要に応じて、追加の容器が更に備えられ、それぞれが従来の内側容器内に首尾よく設置される。

図１は、本願発明の１つの実施形態に係る、液体−液体反応または固体−液体−液体反応を与えるための連続反応器を有する処理システムの長軸方向の断面図を示す。 図２は、本願発明の１つの実施形態に係る、液体−液体反応または固体−液体−液体反応を与えるための別の連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図３は、本願発明の１つの実施形態に係る、液体−液体反応または固体−液体−液体反応を与えるための更なる別の連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図４は、本願発明の１つの実施形態に係る、液体−液体反応または固体−液体−液体反応を与えるための別の連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図５は、本願発明の１つの実施形態に係る、蒸発および/または蒸留プロセスを実施するための連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図６は、本願発明の１つの実施形態に係る、過熱した蒸気の冷却のための連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図７は、本願発明の１つの実施形態に係る、ＵＶ開始反応（またはＵＶ誘起反応、UV initiated reaction）および/またはマイクロ波開始反応（またはマイクロ波誘起反応、microwave initiated reaction）を実施するための連続反応器の長軸方向の断面図を示す。 図８は、本願発明の反応器の追加の実施形態を示す。 図９は、本願発明の反応器の追加の実施形態を示す。

本願発明の１つの実施形態によれば、材料の連続処理のための反応器を有する処理システムが提供される。反応器は、反応成分間の混合および/または接触を向上させるように処理される材料に十分に長い滞留時間を与えることができ、かつ比較的高い輸送速度を与えることができ、高い処理量を与える。

反応器は、概して、外側容器に接触して処理または使用される材料（例えば、流体および/または固体）を収容する外側容器と、エネルギー交換面として機能するように、外側容器内に置かれた内側容器と、外側容器と内側容器との間で規定された環状空間（比較的高い輸送速度を与えるように外側容器および内側容器に沿って温度差を与えることができる）と、を含み、処理される材料に関連して高い処理量を与える。

反応器
図１を参照して、１つの実施形態によれば、本願発明の処理システムは、とりわけ連続処理のための反応器１０を備えてよい。図示するように、反応器１０は、処理される流体を収容するための外側容器１１を含む。１つの実施形態では、外側容器１１は、処理される１または複数の流体（および必要に応じて外側容器１１に接触して使用される任意の材料）を内部に収容できる本体部１２を含む。１つの実施形態では、本体部１２は実質的に円筒形状であり、上端部１２１と底端部１２２とを含んでよい。本体部１２は、本体部１２の上端部１２１と底端部１２２との間で延在している、内面１２３と向かい合った外面１２４とを含んでもよい。１つの実施形態では、内面１２３は、処理される流体を、内面１２３に接して、または内面１２３上に入れることができるように構成されてよい。１つの実施形態では、処理される流体は、実施的に均一な薄膜の状態で矢印１２５の方向に内面１２３の長さに沿って下方に流れることができる。１つの実施形態では、内面１２３に沿った流体の実質的に均一な流れは、例えば、重力の力によって容易にすることができる。流体が、薄膜として実質的に均一に流れることができることによって、流体は、比較的高いレベルのエネルギー効率で取り扱い、処理および/または分離によく適合でき、比較的高い輸送速度（すなわち、熱伝達率、物質移動速度および/または混合速度）を流体に与える。本願発明の１つの実施形態によれば、外側容器１１の内面１２３上に与えられた薄膜の流れは、約１．０ミクロンから約１．０ｃｍまでの範囲の厚さを有することができる。しかしながら、当然ながら、本願発明の反応器１０はこの様式で制限されることを意図しないため、与えられた範囲よりも小さい、または与えられた範囲よりも大きい厚さも、また特定の用途に応じて検討される。

外側容器１１が、熱伝達率、物質移動速度、混合速度および/または高い他の関連した輸送速度を更に向上させる要求がある範囲で、処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように構成できる際、内面１２３は、付加的な表面積を生成するように形成でき、処理される流体が該付加的な表面積に亘って流れることができる。とりわけ、流体がそれに亘って流れることができる付加的な表面積を与えることによって、熱の伝達が流体へ（または流体から）生じることができる滞留時間または滞留期間が増加できる。内面１２３の形状パターンは、また、内面１２３に沿って流れている流体の表面張力を増加することを支援でき、内面１２３に沿った液体の実質的に薄く均一な膜を維持することを支援できる。内面１２３のための形状パターンの例は、溝である。１つの実施形態では、溝は、水平に、垂直に、ジグザグパターンで、または任意の他の構成で設置できる。溝は内面１２３に沿って備えることができるがしかし、任意の他の形状パターン（例えば、ギザギザ、凹凸（bump）、起伏（undulation））が輸送速度を増加させるのに支援できる限り、その形状パターンが備えられてよい。

本体部１２の内面１２３に形状パターンを与えることに加えて（または代わりに）、内面１２３は、取り扱い、処理および/または分離を容易にするコーティングを含むことができ、内面１２３に沿って流れている液体に比較的高い輸送速度を与える。１つの実施形態では、このコーティングは、任意の化学的、物理的、電気的、磁気的または他のタイプの既知の技術特性を有してよい。

当然のことながら、外側容器１１の本体部１２は、円筒形状として図示されるがしかし、例えば、三角形、正方形、六角形、八角形等の任意の形状もしくは構成、または任意の所定の長さおよび直径の任意の他の幾何学的構成を用途に応じて備えてよい。さらに、本体部１２は、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミックを含む任意の固体材料、または熱の伝達を可能にし、所定の温度で維持し、および/または必要に応じて温度の変化を可能にする任意の他の固体材料により作られてよい。

更に図１を参照して、反応器１０の外側容器１２は、とりわけ、本体部１２の内面１２３に沿って処理され、かつ降下している流体を収集および除去するように構成された底部１３を含んでもよい。さらに、底部１３は、処理される流体に接触した使用のために、外側容器１１内に他の１または複数の流体を導入するように構成されてもよい。１つの実施形態では、底部１３は、本体部１２と一体であってよい。または、底部１３は、実質的な液体密封シールを備えるように本体部１２に取り外し可能に固定されてよい。実質的な液体密封シールを備えるように、本体部１２と底部１３とが、相補的に係合するフランジ１３１を備え、該フランジが、ネジ、ナットおよびボルトの使用を介して、互いに固定できる。液体密閉シールを強化するように、ラバーoリングまたは他の同様のシールを、相補的に係合するフランジ１３１の間に備えることもできる。実質的な液体密閉シールを備えることができる限り、当然に、他の構成がフランジ１３１の使用以外に利用されてよい。さらに、所望する範囲で、底部１３が本体部１２に旋回可能に固定されてよい。

底部１３内に収集された処理される流体の除去を可能にするように、少なくとも１つの排出口１３２を底部１３に沿った場所に設置でき、収集された流体の除去が十分に達成できる。１つの実施形態では、底部１３から除去された液体は、排出口１３２の近くに設置された集水溝（図示せず）内に、または任意の他の従来技術の手段を介して収集できる。または、外側容器１１内に流体を導入するように、注入口１３３を底部１３に沿って任意の場所に設置でき、流体を、底部１３を通って導入できる。所定の用途において、底部１３を通って反応器１０内に導入できる他の流体との干渉を最小限にするように、本体部１２２の内面１２３に沿って流れている液体が、排出口１３２を通って他の液体が存在することができる底部１３内において下方に流れるのを実質的に防止するように、仕切板１３４を排出口１３２に隣接して設置できる。

図示するように、底部１３は放物線形状であってよい。しかしながら、当然ながら、底部１３が、円錐形もしくは平らであり、または本体部１２の底端部１２２の幾何学的な形状を補完できる任意の他の幾何学的な形状を備えてよい。底部１３を１または複数の流体を収容するように用いることができるように、底部１３は、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミックを含む、本体部１２が作られる材料と同じような任意の固体材料、または所定の温度で維持でき、および/もしくは必要に応じて温度の変化を可能にする任意の他の固体材料により作られてよい。

反応器１０の外側容器１１は、外側容器１１内で処理される流体を保持するための上部１４を更に含んでよい。底部１３に類似した上部１４は、本体部１２と一体であってよい。または、上部１４は、実質的な液体密封シールを備えるように本体部１２に取り外し可能に固定されてよい。実質的な液体密封シールを備えるように、本体部１２と上部１４とは、相補的に係合するフランジ１４１を備え、該フランジは、ネジ、ナットおよびボルトの使用を介して、互いに固定できる。液体密閉シールを強化するように、ラバーｏリングまたは他の同様のシールが、相補的に係合するフランジ１４１の間に備えることもできる。実質的な液体密閉シールを備えることができる限り、当然に、他の構成が、フランジ１４１の使用以外に利用されてよい。さらに、所望する範囲で、上部１４が本体部１２に旋回可能に固定されてよい。

１つの実施形態では、上部１４は、液体と気体とを含む任意の流体（本体部１２の内面１２３に沿って流れている流体の処理に接触して用いられてよい）の除去を可能にするように、少なくとも１つの排気管（exhaust）１４２を備えてよい。排気管１４２は、内面１２３に沿った流体の処理の間、外側容器１１を加圧することに用いることができる任意の気体を解放するように用いられてもよい。図示するように、上部１４は、放物線形状であってよい。しかしながら、当然ながら、上部１４が、円錐形、平らであり、または本体部１２の上端部１２１の幾何学的な形状を補完できる任意の他の幾何学的な形状を備えてよい。更に、上部１４が、高圧に耐える必要があるかもしれないため、上部１４は、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミックを含む、本体部１２が作られる材料と同じような任意の固体材料、または所定の温度で維持でき、および/もしくは必要に応じて温度の変化を可能にする任意の他の固体材料により作られることが好ましいであろう。

排気管（exhaust）、注入口または排出口（outlet）として言及されるこれらの開口部（openings or aperture）は、外側容器１１からの流体を導入または除去するように用いることができることに留意すべきである。

図１を更に参照すると、外側容器１１に加えて、反応器１０は、外側容器内に設置されかつ外側容器１１の内面１２３（すなわち、処理表面）に沿って流れている流体のために熱交換面を備えるように構成された内側容器１５を更に含んでよい。１つの実施形態では、内側容器１５は、実質的に円筒形状であり、かつ外側容器１１内に同心円状に設置され、内側容器１５と外側容器１１とが、互いに実質的に軸方向に一直線になり得る。さらに、内側容器１５は、外側容器１１の直径よりもある程度小さい直径を有し、環状空間１６は、経路を備えるように内側容器１５と外側容器１１との間で規定され、外側容器１１の内面１２３に沿った流体の処理を該経路に沿って実施できる。１つの実施形態では、内側容器１５および外側容器１１のサイズおよび直径、または一方の容器の他方の容器に対するサイズおよび直径の相対的な比率は、特定の用途によって変更および決定できる。外側容器１１内に位置した内側容器１５を支持するように、内側容器１５は、直立して、またはレッグ(leg)１５１上に設置されてよい。レッグ１５１が、外側容器１１の底部１３内に設置され、流体の流れが、底部１３全体に亘って維持される必要があるかもしれないため、流体の流れがレッグ１５１を通過して進行できるように、レッグ１５１は多孔質であってよい。

図示するように、内側容器１５は、反応器１０内で熱交換面として働くように構成された本体部１７を含んでよい。とりわけ、内側容器の本体部１７は外面１７１と内面１７２とを含み、熱交換流体が、外面１７１および内面１７２に沿って矢印１７３の方向に流れてよい。１つの実施形態では、内側容器１５の内面１７２に沿って流れている熱交換流体は、外側容器１２の内面１２３に沿って流れている処理される流体と異なる温度で供給されてよい。異なる温度を有した熱交換流体を供給することによって、外側容器１２の内面１２３に沿って流れている流体の取り扱い、処理および/または分離の際に、比較的高い輸送速度を容易にするように外側容器１１の内面１２３と内側容器１５の外面１７１との間の環状空間１６に亘って温度差が生じ得る。熱交換流体の例は、水、油、グリコール混合物、ダウサーム（商標登録）または熱交換を実施できる任意の流体を含む。

１つの実施形態では、熱交換流体が実質的に均一な薄膜の状態で内面１７２の長さに沿って下方に流れることができるように、外側容器の内面１２３に類似した、内側容器１５の内面１７２が構成されてよい。１つの実施形態では、内面１７２に沿った熱交換流体の実質的に均一な流れは、例えば重力によって容易にすることができる。本願発明の１つの実施形態によれば、内側容器１５の内面１７２に与えられた薄膜の流れは、約１．０ミクロンから約１．０ｃｍの範囲の厚さを有してよい。しかしながら、本願発明の内側容器１５がこの様式で制限されるように意図されないため、与えられた範囲よりも小さい（または大きい）厚さが、特定の用途に応じて検討されてもよいことに留意すべきである。

比表面張力の増加を支援し、内側容器１５の内面１７２に沿った流体の実質的に薄く均一な膜を維持するように、内面１７２が、外側容器１１の内面１２３に沿って備えられた形状パターンと類似した形状パターン（図示せず）を備えることができる。内側容器１５の内面１７２のための形状パターンの例は、溝を含む。１つの実施形態では、当該溝は、水平に、垂直に、ジグザグパターンで、または任意の構成で備えられてよい。溝は、内面１７２に沿って備えられてよいがしかし、例えば、ギザギザ、凹凸（bump）、起伏（undulation）などの他の形状パターンが、薄膜の流れの均一性を向上させることに支援できる限り、該形状パターンを備えることができる。

当然ながら、内側容器１５の本体部１７は、円筒形状として図示されるがしかし、例えば、三角形、正方形、六角形、八角形等の任意の形状もしくは構成、または任意の所望の長さおよび直径の任意の他の幾何学的な構成を用途に応じて備えてよい。さらに、本体部１７は、外側容器１１の内面１２３と内側容器１５の外面１７１との間に亘って温度差を生ずるように、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミックを含む任意の固体材料、または熱の伝達を可能にし、所定の温度で維持され、および/もしくは必要に応じて温度の変化を可能にする任意の他の固体材料により作られてよい。

反応器１０の内側容器１５は、本体部１７の内面１７２から降下している熱交換流体を収集および除去するための底端部１８を含んでもよい。１つの実施形態では、本体部１７に実質的な密着流体シールを備えるように、底端部１８は本体部１７と一体であってよい。底端部１８から収集された流体の除去を可能にするように、出口ポート１８１が備えられてよい。１つの実施形態では、出口ポート１８１は、外側容器１１の底部１３と流体輸送路であり、熱交換流体は、内側容器１５から外側容器１１の底部１３内に出ることができ、その後、熱交換流体は、排気口１８２を通過して除去できる。図示するように、底端部１８は、円錐形状であってよい。しかしながら、当然ながら、底端部１８は、放物形状もしくは平らであり、または底端部１８が熱交換流体を内側容器１５内に保持するように機能できる限り、任意の他の幾何学的な形状で備えられてよい。

反応器１０の内側容器１５は、内側容器１５内に熱交換流体を保持するための上端部１９を更に含んでよい。１つの実施形態では、上端部１９は、本体部１７に実質的な密閉流体シールを備えるように、本体部１７と一体であってよい。底端部１８と同様に、内側容器１５の上端部１９は、円筒形状であってよい。しかしながら、当然ながら、上端部１９が、放物線状もしくは平らであり、または上端部１９が、内側容器１５内に熱交換流体を維持するように機能できる限り、任意の他の幾何学的な形状で備えられてよい。

本願発明の１つの実施形態では、内側容器１５の上端部１９と底端部１８とは、内側容器の本体部１７のために備えられた材料と同じような任意の固体材料により作られてよい。このような材料の例は、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミックス、または熱の伝達を可能にし、所定の温度で維持され、および/もしくは必要に応じて温度の変化を可能にする任意の他の固体材料を含む。

上述したように、外側容器１１の内面１２３と内側容器１５の外面１７１との間の温度差を維持し、取り扱い、処理および/または分離を容易にし、内面１２３に沿って流れている流体に比較的高い輸送速度を与えるように、環状空間１６が、外側容器１１の内面１２３と内側容器１５の外面１７１との間に設置されてよい。本願発明の１つの実施形態では、環状空間１６が、経路を備え、外側容器１１の内面１２３に沿った流体の処理が該経路に沿って実施できるため、環状空間１６は、降下している処理される流体に接触し、かつ影響を及ぼすために、少なくとも第２の流体（すなわち、気体または液体）を環状空間１６内に入れることができる構成を備えてよい。１つの実施形態では、第２の流体は、環状空間１６内で上方に（すなわち上昇する流れ）移動でき、かつ矢印１２５の方向に沿って処理される流体の降下している流れに対して逆流となるように矢印１６１の方向に沿って移動できる。上昇している第２の流体と降下している処理される流体との間に逆流の流れを形成することによって、第２の流体と処理される流体との間の界面における接触部が、比較的高い輸送速度を与える比較的大きい表面積に亘って増加できる。

さらに、形状パターンを有する、外側容器１１の内面１２３および内側容器１５の外面１７１の１つまたは両方を備えることによって、環状空間１６内の降下している流体と上昇している流体との間で接触が起こり得る滞留時間または滞留期間が、実質的に増加できる。内側容器１５の外面１７１に示すパターン１７４のような形状パターンが利用されてよい。または、溝、ギザギザ、凸凹、起伏のような他の形状パターンが用いられてよい。さらに、これらのパターンのそれぞれは、上述したように、水平に、垂直に、ジグザグパターンで、または任意の他の構成で備えられてよい。説明する目的のために、示される形成パターン１７４は、外側容器１１の内面１２３および内側容器１５の内面１７２のそれぞれに実施できる。環状空間１６内のプロセスの滞留時間を増加させることによって、１つの実施形態では、該プロセスは、比較的より高い、エネルギー効率および他の処理効率を得ることができる。

本願発明の１つの実施形態によれば、環状空間１６は、約０．２ｃｍから約２ｃｍまでの範囲の幅を有して備えられてよい。しかしながら、任意のサイズ幅を有する環状空間を用いることができることを理解すべきである。環状空間１６を横切る比較的短い距離に起因して、環状空間１６内に形成できる温度差または温度勾配は、比較的より高いエネルギー効率および処理効率をもたらすこともできる。更に、反応器１０の構成に起因して、環状空間１６は、反応速度に影響を及ぼすために、所定の用途に関連して真空条件下で維持できる。当然ながら、第２の流体が環状空間１６内に移動できることに起因して、排出口１３２に隣接して設置された仕切板１３４のサイズおよび構成は、仕切板１３４が内側容器１５と接触せずに環状空間１６内まで延在することを可能にする。そのようにして、仕切板１３４の存在は、環状空間１６内への第２の流体の流入を危うくすることを回避し、流体を外側容器１１の内面１２３から排出口１３２を通って移動する十分な長さを維持している。

外側容器１１の内面１２３に沿って処理される流体に輸送速度を更に与え、かつ増加させるように、内面１２３に沿って流れている流体を加熱または冷却するためのソースとして働くように、熱ポンプジャケット１１１のようなエネルギーソースが、外側容器１１の本体部１２周辺に環状に備えられてよい。例えば、環状空間１６内において、降下している処理される流体と上昇している第２の流体との間の相互作用が、降下している流体のある程度の温度変化をもたらす場合、ジャケット１１１は、降下している流体の温度を必要に応じて所望の温度が達成されるまで上げまたは下げて調節するように用いられてよい。

１つの実施形態では、ジャケット１１１は、任意の商用の熱ポンプであり、誘導要素（inductive element）、抵抗要素（resistive element）または導電要素（conductive element）を含んでよい。ジャケット１３２は、熱的性能を改善する付加的な要素を更に含んでよい。または、ジャケット１１１は、熱ポンプの代わりに、相対的に上昇した温度または相対的に冷たい温度の流体がジャケット１１１を通り抜けることができ、外側容器１１の内面１２３に沿って流れている流体を加熱または冷却するためのソースとして働くように構成されてよい。そのようにして、ジャケット１１１は、気体、液体、固体、または流体がジャケット１１１を出入りできるポート１１２を含んでよい。１つの実施形態では、ジャケット１１１は、金属、金属合金、プラスティック、ガラス、石英、セラミック、または高温もしくは冷温を維持、かつ与えることができる任意の他の材料により作られてよい。

本願発明の反応器１０の利点の１つは、処理するための外側容器１１の内面１２３に沿った実質的に均一な薄膜を与える能力である。そのため、反応器１０は、１つの実施形態によれば、図１に図示するような流体供給システム１０１を利用する。１つの実施形態では、供給システム１０１は、処理される流体をソース（図示せず）から外側容器１１内に導入するように構成された経路１０２を含んでよい。供給システム１０１は、経路１０２と流体輸送路である、円盤のような第１の回転可能な部材１０３をも含むことができ、経路１０２からの流体は、必要に応じて、連続的に移動でき、その後、第１の回転可能な部材１０３によって外側容器１１の内面１２３上に供給できる。

当然ながら、１つの実施形態では、部材１０３は、回転が遠心動作をもたらす様式で、経路１０２から受容された流体を部材１０３周辺（すなわち、端部）に向かって外側に移動するように構成できる。部材１０３の回転は、部材１０３周辺の流体を部材１０３から離れ、外側容器１１の内面１２３上に、実質的に細かい液滴または繊維状の要素に更に連続的に分離できる。内面１２３上への実質的に細かい液滴または繊維状の要素の連続的な供給は、処理される流体が内面１２３に沿って降下するように実質的に均一な薄膜を形成することができる。

図１に示す実施形態では、部材１０３は、外側容器１１内の細長いチューブ１０４上に設置され、経路１０２から離れてよい。図示したように細長いチューブ１０４は、外側容器１１の底部１３を通って内側容器１５内まで延在し、かつ内側容器１５の上端部１９を通過して延在してよく、経路１０２と実質的に軸方向に一直線になる。１つの実施形態では、チューブ１０４は、排出口１８２内に同軸に設置でき、内側容器１５から排出する流体が出ることができる。

供給システム１０１は、チューブ１０４と流体輸送路であり、内側容器１５内に設置された第２の回転可能な部材１０５を含んでもよい。１つの実施形態では、第２の回転可能な部材１０５は、内側容器１５の内面１７２上に、熱交換流体の実質的に均一な薄膜を供給するように用いられてよい。図示するように、第２の部材１０５は、孔を開けることができ、チューブ１０４に沿って移動された流体を第２の部材１０５から供給できる。

第１の回転可能な部材１０３と同様に、第２の回転可能な部材１０５は、回転が遠心動作をもたらすこのような様式で、チューブ１０４から受容された流体を部材１０５周辺（すなわち、端部）に向かって外側に移動するようにも構成できる。第２の部材１０５の回転は、周辺の流体を実質的に細かい液滴または繊維状の要素として、内側容器１５の内面１７２上に、パーフォレーション（perforation）を通って更に連続的に供給できる。内面１７２上への実質的に細かい液滴または繊維状の要素の連続的な供給は、実質的に均一な薄膜を内面１７２に沿って降下している処理される流体として形成することを可能にする。

供給システム１０１は、例えば、矢印１０６で示される方向へのチューブ１０４の回転と、従って部材１０３、１０５の回転とを作動するように構成されたモーター（図示せず）を更に含んでよい。１つの実施形態では、モーターは、部材１０３が位置するのと反対のチューブ１０４の端部に連結され、かつ十分な速度で回転するように構成されてよい。１つの実施形態では、モーターの回転速度は、必要に応じて回転速度を変更できるように制御されてよい。例えば、流体の流動速度が変化した場合、モーターの回転速度は、薄膜の均一な分配を確実にするように変更できる。

図２に示すように、供給システム１０１内の第１の回転可能な部材１０３の位置は、経路１０２から離れているように図示されるがしかし、回転部材１０３が経路１０２に実質的に接触して、経路１０２と流体輸送路になり得るように、構成されてよい。図２に示す実施形態では、経路１０２は、チューブ１０４の延長であり、チューブ１０４と実質的に軸方向に一直線であってよい。すなわち、内側容器１５の上端部１９から延在し、外側容器１１の上部１４を通過して延在し続けるように、チューブ１０４は延長されてよい。他方では、第１の回転可能な部材１０３は、その周辺に開口部（図示せず）を含み、回転可能な部材１０３内に移動された流体は、部材１０３内から開口部を通って、外側容器１１の内面１２３上に供給できる。モーター（図示せず）は外側容器１１の上部１４から延在しているチューブ１０４の端部に連結され、矢印２０の方向にチューブ１０４の回転を作動してよい。当然に、所望する範囲で、モーターは、外側容器１１の底部１３に隣接した、チューブ１０４の反対の端部に代わりに連結されてよい。

図２に図示すように、第１の回転可能な部材１０３が供給する目的のために回転可能であり、かつその周辺に開口部を備えることができる限り、中空の円盤、中空のチューブまたは任意の他の構成であってよい。しかしながら、当然ながら、図３に示すように、回転可能な部材１０３が、第２の回転可能な部材１０５に類似した構成を備えることもできる。特に回転可能な部材１０３は、複数のパーフォレーションを備え、チューブ１０４の経路１０２に沿って移動された流体は、回転可能な部材１０３内に存在でき、そこから供給できる。

図４を参照して、そこでの所定の用途のために、反応器１０の環状空間１６は、薄膜の流体を収容する代わりに、大量の処理される流体で満たされてよい。このような１つの実施形態では、本出願の連続反応器１０は、環状空間１６内にパッキング材料４０のベッドを備えてよい。パッキング材料４０のベッドは、表面積を増加させるように用いることができ、大量の処理される流体は、輸送速度を増加させるように該表面積に亘って接触できる。１つの実施形態では、パッキング材料４０は、流体を処理できる滞留時間または滞留期間を増加させるように、メッシュ状の材料、気泡、モノリス(monolith)または処理される流体が通過する必要がある実質的に入り組んだ（または曲がりくねった、tortuous）経路を有することができる任意の他の材料を含んでよい。このような１つの実施形態では、反応は、処理される流体の存在下で、環状空間１６内に導入される逆流する気体を含んでよい。この導入によって、逆流する気体は、大量の流体内に気泡を生成でき、かつパッキング材料４０のベッドを通過できる。さらに、パッキング材料４０のベッド内の入り組んだ通路の存在と、パッキング材料４０の存在とが、それぞれの気泡を結合するように働く、または多数のより小さい気泡に分割するように働くことができる。このようにして、処理される流体との反応のためのたくさんのより多い気泡全体に亘って表面積の増加が生じることができる。１つの実施形態では、より小さい気泡が生成されるにつれて、パッキング材料４０のベッドは、環状空間１６内の大量の流体中に気泡を実質的に均一に分配するように機能できる。

所望する範囲で、パッキング材料４０は、取り扱い、処理および/または分離を容易にする触媒層によりコーティングでき、比較的高い輸送速度を伴う、環状空間１６を通って流れている流体を更に向上させる。１つの実施形態では、例えば、外側容器１１の内面１２３を介したジャケット１１によっておよび/または内側容器１５の外面１７１を介した熱交換流体によって特定の用途に応じてパッキング材料４０は加熱または冷却できる。更に、加熱または冷却する際、環状空間１６内のパッキング材料の存在は、環状空間１６に亘って実質的に均一な温度分布を与えることができる。

作業
図１を再び参照して、作業中、処理される流体は、概して、経路１０２を通過して反応器１０の外側容器１１内に実質的に連続して導入されてよい。処理される流体は、次に、第１の回転自在な部材１０３上（または内部）に移動され、部材１０３の回転による遠心力に起因して、部材１０３周辺（すなわち端部）に向かって外側に移動できる。部材１０３の回転は、周辺の流体を実質的に細かい液滴または繊維状の要素として部材１０３から外側容器１１の内面１２３上に更に連続して供給させる。内面１２３上への実質的に細かい液滴または繊維状の要素の連続的な供給は、処理される流体が内面１２３に沿って降下するように実質的に均一な薄膜を形成することができる。

処理される流体が経路１０２を通って導入される頃に、処理される流体の温度と異なる温度の熱交換流体が、チューブ１０４を通って内側容器１５に実質的に連続して導入されてよい。この熱交換流体は、その後に、第２の回転自在な部材１０５内に移動され、再び、回転部材１０５によってもたらされる遠心力に起因して、熱交換流体は、部材１０５周辺に向かって移動する。それ故、第１の回転可能な部材１０３と同様に、熱交換流体は、実質的に均一な薄膜が内面１７２に沿って流れることができるように、実質的に細かい液滴または繊維状の要素として内側容器１５の内面１７２上に連続的に供給できる。

所定の用途では、例えば、気体−液体反応において、逆流する流体（すなわち、気体）が、外側容器１１の底部１３上の注入口１３３を介して環状空間１６内に導入できる。このような流体は、内側容器１５の外面１７１に沿って環状空間１６内に移動され、外側容器１１の内面１２３に沿って移動している降下する処理される流体（すなわち、液体）と相互作用することができる。環状空間１６に沿って逆流する流体の存在は、降下している流体の反応、取り扱い、処理または分離の効率を向上できる。このような効率の向上は、降下している流体との接触部の増加の結果となり、および/または降下している流体と上昇している逆流する流体との間の境界における表面積の増加の結果となり得る。このような用途では、降下している流体と上昇している逆流する流体との間の連続的な相互作用に基づいて生じた反応は、それぞれの流体の温度に影響を及ぼすことができる（発熱反応）。そのため、降下している処理される流体の温度は必要に応じてジャケット１１１によって制御できるがしかし、内側容器１５の外面１７１に沿って逆流する流体の温度は、内側容器１５の内面１７２に沿って移動している熱交換流体によって制御できる。

降下している処理される流体が、外側容器１１の内面１２３に沿って流れ、一旦、降下している処理される流体が、底部１３に到達すると、排出口１３２内に移動され、反応器１０から除去されてよい。同じように、降下している熱交換流体が、一旦、内側容器１５の底端部１８に到達すると、降下している熱交換流体が、出口ポート１８１を通過し、排気口１８２を通って反応器１０から除去されてよい。

本願発明の反応器１０の構成に起因して、処理される流体の実質的に均一な薄膜の流れと、処理される流体と逆流する流体との間の相互作用のための表面積の増加および滞留時間の増加と、を与える反応器１０の能力と、狭い環状空間１６に亘って温度勾配を形成するように、処理される薄膜の流体と熱交換流体との間に温度差を与える能力と、を備えた本願発明の反応器１０は、取り扱い、処理および/または分離を向上でき、このような流体に比較的高い、熱伝達率、物質移動速度および/または混合速度のような輸送速度を与える。さらに、実質的に大きい表面積に亘って流体の実質的に均一な薄膜を連続的に供給する能力に起因して、本願発明の反応器１０が、関与した１または複数の流体の実質的に高い処理量の処理を提供できる。

実施例１：液体−液体または固体−液体−液体反応
図１、２、３および５に図示した実施形態に示すように、本願の反応器１０は、有機システムに関連した流体−流体反応または固体−流体−流体反応に適用可能である。当然ながら、本明細書および本出願全体に亘って用いられる用語流体は、気体と液体とを含む。従って、反応器１０は、例えば、気体−液体、液体−液体、固体−気体−液体反応または任意の他の組合せに適用可能である。

１つの実施形態では、図１、２および３に図示した反応器１０は、高圧および高温が用いられる有機システムのための特定の用途（例えば、水素添加、酸化、重合、脱アルキル化、アルキル化、メチル化、カルボキシル化、脱カルボキシル化およびとりわけフィッシャートロップ（Fisher-Tropps））を有する。この用途は、石炭スラリーからの有機製品の製造、または供給原料として、天然ガス、メタノールもしくは他の有機液体または気体の混合物を用いたジメチルエーテル（ＤＭＥ）の製造に更に有益であり得る。エステル交換およびエステル化プロセスを用いた、ディーゼルエンジンのための低い遊離脂肪酸を有したバイオ燃料および供給原料の製造に更に適用可能であってよい。

図１〜３では、液体−気体反応において、処理される液体は、最初に、経路１０２を通って第１の回転可能な部材１０３上に連続的に導入されてよい。液体は、水、溶媒、化学薬品、消毒剤、油、塩水、メタノール、エタノール、液体触媒、スラリータイプの触媒または任意の他の種類の流体を含んでよい。一旦、回転可能な部材１０３上においては、回転部材１０３からの遠心力は、液体を実質的に細かい液滴または繊維状の要素として外側容器１１の内面１２３上に連続して分散させるように働き、内面１２３上の流体の連続した実質的に均一な薄膜を形成する。処理される液体が経路１０２を通って導入される頃に、逆流する気体は、外側容器１１上の注入口１３３を通って環状空間内に導入されてよい。この気体は、内側容器１５の外面１７１に沿って環状空間１６内に移動され、外側容器１１の内面１２３に沿って移動している降下する液体と相互作用することができる。このような気体の例は、水素、酸素、空気、合成気体、ＣＯ_２、窒素または任意の他の反応性ガスもしくは非反応性ガスを含むことができる。

この液体−気体反応において、例えば、発熱反応が生じてよい。そのため、降下している流体の温度は、降下している流体を所望の温度で維持するように、ジャケット１１１によって制御できる。上昇している逆流する気体に関して、その温度を制御するように、降下している流体の温度と異なる温度の熱交換流体がチューブ１０４を通って内側容器１５に実質的に連続して導入できる。この熱交換流体は、その後、第２の回転可能な部材１０５内に移動され、回転部材１０５により与えられる遠心力に起因して、この熱交換流体は、内面１７２に沿った、連続した実質的に均一な薄膜を生成するように、実質的に細かい液滴または繊維状の要素として内側容器１５の内面１７２上に連続的に分散される。

降下している処理される液体が、外側容器１１の内面１２３に沿って流れ、一旦、降下している処理される液体が、底部１３に到達すると、排出口１３２内に移動され、反応器１０から除去されてよい。同様に、一旦、降下している熱交換流体が、内側容器１５の底端部１８に到達すると、降下している熱交換流体は、出口ポート１８１を通過して移動され、排気口１８２を通過して反応器１０から除去されてよい。上昇している逆流する気体に関して、上昇している逆流する気体は、排気管１４２を通って除去されてよい。所望する範囲で、コンデンサが、効率的な収集のために除去された逆流する気体を凝縮するように備えられてよい。更に、適切な場合には、環状空間１６に沿った反応は、反応速度に影響を及ぼすために真空下で維持されてよい。

別の実施形態では、図４に図示するように、反応器１０は固体−流体−流体反応に用いられ、環状空間１６内にパッキング材料４０のベッドを含んでよい。パッキング材料４０のベッドは、表面積を増加させるように用いられ、降下している大量の処理される流体は、輸送速度を更に増加させるように該表面積に亘って接触できる。さらに、パッキング材料４０は、降下している流体が通過する必要があり、かつおよび/または降下している液体を処理できる滞留時間を増加できる実質的に入り組んだ経路を備えることができる。そのため、パッキング材料４０は、降下している液体に比較的高い輸送速度を更に与え、取り扱い、処理および/または分離を更に容易にするように働くことができる。パッキング材料４０は、例えば、ジャケット１１によっておよび/または内側容器１５内の熱交換流体によって特定の用途に応じて加熱または冷却されてもよい。加熱または冷却する際、環状空間１６内のパッキング材料の存在は、環状空間１６に亘って実質的に均一な温度分布を与えることができる。

実施例２：蒸留および蒸発
図５に図示した実施形態に示すように、本願発明の反応器５０は、蒸発および蒸留プロセスに用いられてよい。蒸発および蒸留プロセスは、例えば、油、エタノール、メタノール、グリセリンまたは他の組成物（compound）から水を除去することを含む。さらに、このようなプロセスは、例えば、重油から軽質スイート原油、バイオディーゼルとグリセリン混合物とからメタノール、グリセリンからメタノール、重油から軽い有機物（light organics）、のような重い有機物から軽い有機物を除去することを含んでよい。更に、このようなプロセスは、高分子分散体からエチルアセテートのような有機溶剤を除去すること、または解重合プロセスの間に有機溶媒またはモノマーを除去することを含んでよい。このプロセスは、また、水の脱塩、フルーツジュースの濃縮、スープ、ミルクのような食品材料の濃縮、地下水からの軽い有機物の除去、処理される水（すなわち、工場廃水）からの溶解した有機物の除去、熱いアミン溶解物からの二酸化炭素、水からの硫化水素、のような液体からの溶解した気体の除去、スラリーの濃縮および様々な他の用途に用いられてもよい。

重い有機物から軽い有機物を除去する用途では、外側容器１１の内面１２３は、例えば、ジャケット１１１によって加熱され、内側容器１５の外面１７１は、内側容器１５の内面１７２に沿って流れている実質的に冷却された流体によって冷却されてよい。さらに、外側容器１１と内側容器１５との間の環状空間１６は、反応速度を向上させるために真空下で維持されてよい。

１つの実施形態では、上述した条件下において、蒸発または蒸留される軽い有機物または材料を含む液体は、経路１０２を通って導入され、第１の回転可能な部材１０３によって、外側容器１１の加熱された内面１２３上に均一に沿って分配されてよい。薄膜の液体が、加熱された内面１２３を降下すると、蒸気が、内面１２３に沿って生じ、その後、蒸気が、外側容器１５の相対的により冷たい外面１７１に接触してよい。相対的により冷たい外面１７１に接触する際、蒸気は凝縮して、液体に相変化してよい。それから、この凝縮された液体は、内側容器１５の外面１７１に沿って下方に流れ、外側容器１１の底部１３で収集できる。蒸気から液体の形態へのこの相変化は、環状空間１６内の実質的に短い距離（通常、外側容器１１の内面１２３と内側容器１５の外面１７１との間の距離）に亘って起こり得る。この構成の１つの利点は、より重い組成物からより軽い組成物を分離するためのエネルギー効率の良い方法を提供することである。

この特定のプロセスを伴うエネルギー効率またはエネルギーの節約を更に向上させるように、処理される液体を、熱交換流体としても用いることができる。とりわけ、相対的に低温の処理される液体は、チューブ１０４を通って内面１７２に沿って内側容器１５内に移動できる。この液体が内面１７２に沿って降下すると、外側容器１１の内面１２３に沿って降下している処理される流体から生じた蒸気は、内側容器１５の外面１７１に接触できる。蒸気からの熱エネルギーは、その後、内側容器１５の内面１７２に沿って降下している相対的に低温の処理される流体により吸収できる。高い温度となった内面１７２に沿ったこの液体は、内側容器１５の底端部１８で収集され、経路１０２と第１の回転部材１０３とを通って外側容器１１の内面１２３上に移動できる。この液体が内面１２３に沿って降下すると、その蒸気は、内側容器１５の内面１７２に沿った流体を加熱するように、再び、内側容器１５の相対的により低温の外面１７１に接触できる。一旦、この循環が確立されると、エネルギーを節約するようにジャケット１１１を除去して、本明細書に記載されたプロセスが、高いエネルギー効率で進行できる。

外側容器１１の上部１４に向かって移動した全ての凝縮していない蒸気のために、コンデンサが、このような残りの蒸気を凝縮するように備えられてよい。１つの実施形態では、コンデンサは、排気管１４２を通過した凝縮していない蒸気を受容するように、外側容器１１の外側に位置し、排気管１４２と流体輸送路であってよい。または、コンデンサは、外側容器１０４内に位置してよい。１つの実施形態では、コンデンサは、コイル５１の形態で排気管１４２内に位置してよい。

外側容器１１の加熱された内面１２３上に分配された全ての液体が蒸発しなくてもよいことにも留意すべきである。そのため、このような液体は、内面１２３を下方に流れることができ、外側容器１１の底部１３の排出口１３２を通過してよい。必要に応じて、このような液体は、再処理するために経路１０２を再度通って（戻って）再循環されてよい。

または、集水溝（catch basin）は、底部１３の排出口１３２から除去された液体を収集するように反応器５０の底部に位置してよい。外面１７１を降下し、かつ底部１３に堆積した凝縮された液体のために、分離した集水溝が、注入口１３３を通るこのような流体を収集するように備えられてよい。

実施例３：過熱した蒸気の冷却（deheating）
図６に図示された実施形態では、本願発明の反応器６０は、過熱した蒸気の冷却または蒸気の脱過熱（過熱防止、desuperheat）に関連して用いられてよい。外側容器１１の内面１２３および内側容器１５の外面１７１の両方が、過熱した蒸気に対してある程度より低い（より冷たい）温度で維持できる。

外側容器１１の内面１２３を相対的に低い温度に維持するように、相対的に低温の液体が、経路１０２を通って導入され、第１の回転可能な部材１０３によって外側容器１１の内面１２３上に実質的に均一に沿って分配されてよい。加えて、またはこれに代えて、ジャケット１１１は、内面１２３をこのような相対的に低い温度で維持するように、所定の温度レベルに設定されてよい。内側容器１５の外面１７１を同じような相対的に低い温度に維持するように、相対的に低温の液体がチューブ１０４を通って内側容器１５内に導入されてよい。それに続いて、この流体は、第２の回転可能な部材１０５内に移動され、その後、内側容器１５の内面１７２上に実質的に均一に沿って分配されてよい。

上述した条件下において、過熱した蒸気は、外側容器１１の上部１４の排気管１４２を通って外側容器１１内に注入されてよい。１つの実施形態では、過熱した蒸気は、例えば、ミクロスケールからナノスケールまでの範囲の水粒子の降下物（precipitation）として供給できる。それから、蒸気は、環状空間１６内に移動され、一方の側面において、外側容器１１の相対的に低温の内面１２３に接触し、他方の側面において、内側容器１５の相対的に低温の外面１７１に接触する。さらに、過熱した蒸気が相対的に低温の環状空間１６に入る際、第１の回転部材１０３から供給された低温の流体と衝突する。回転部材１０３から供給された相対的に低温の流体との接触は、過熱した蒸気を所定のレベルまで下げて冷却する役割を果たす。それから、蒸気が、環状空間１６に沿って移動する際、蒸気は、収集のために更に冷却され、凝縮して液化されてよい。

とりわけ、１つの実施形態では、過熱した蒸気が、環状空間１６内を通り、供給された相対的に低温の液体中を通過する際、該蒸気は、供給された液体にいくらかの熱的エネルギー（すなわち、熱）を伝達し、かつ外側容器１０４の内面１２３上に供給された液体によって押し付けられてよい。１つの実施形態では、供給された液体は、蒸気の粒子をコーティングする（すなわち、その場コーティングプロセス（in-situ coating process））ように働き、内面１２３上に蒸気を押し付けることができる。蒸気が外側容器１１の内面１２３上に押し付けられると、蒸気は、内面１２３に沿って維持される相対的に低い温度によって再び冷却されてよい。さらに、蒸気が、環状空間内または内面１２３に沿って供給された液体に熱を伝達すると、温度の増加によって液体の気化を生じてもよい。環状空間１６内に生じた蒸気は、内側容器１５の相対的に低温の外面１７１によって凝縮されてもよい。供給された流体と、外側容器１１の内面１２３および内側容器１５の外面１７１とのこの連続的な相互作用は、過熱した蒸気を急激に冷却するように働くことができる。それから、冷却された蒸気は、凝縮して、内側容器１５の外面１７１および外側容器１１の内面１２３に沿って、かつ蒸気を収集できる外側容器１１の底部１３に向かって下方に流れることができる。

当然ながら、過熱した蒸気の冷却は、上述したように同方向の流れにより実施されてよいが、逆流する流れの構成で実施されてもよい。すなわち、蒸気は、第１の回転部材１０３から供給された相対的に低温の流体に対して逆流する方向に導入できる。

実施例４：ＵＶまたはマイクロ波開始反応
図７に図示した実施形態に示すように、本願発明の反応器７０は、光重合、水処理もしくは消毒のような紫外線（ＵＶ）開始反応（または紫外線誘起反応、ultraviolet initiated reaction）、または医薬品の製造のための有機反応に関連して用いられてよい。さらに、反応器７０は、マイクロ波開始反応（またはマイクロ波誘起反応、microwave initiated reaction）に関連して用いられてもよい。とりわけ、マイクロ波エネルギーは、熱を与えるためのソースとして、および有機反応のための活性化助剤（とりわけ、石炭スラリー、液体有機物、薬を含む有機反応と、のソウダストおよび他の木材ベースの製品をセルロースに変換する有機反応と、のための活性化助剤）として用いられてよい。マイクロ波エネルギーは、水の高いエネルギー効率での蒸発、脱塩プロセスおよび二酸化炭素捕集および回収目的のためにも用いられてよい。例えば、マイクロ波およびＵＶ波からのエネルギーは、流体中の病原菌およびバクテリアを破壊させるように働くことができる。本願発明は、この様式で限定されることを意図していないため他のエネルギーソースも可能である。

マイクロ波を用いた水の脱塩および処理における使用のために、反応器７０は、図１に関連して示されるのと実質的に同じ様式で配置されてよい。１つの実施形態では、塩を含んだ液体は、経路１０２を通って導入され、第１の回転可能な部材１０３によって外側容器１１の加熱された内面１２３上に均一に沿って分配されてよい。概ね同じ時間に、相対的に低温の液体が、チューブ１０４を通って内側容器１５内に導入されてよい。それに続いて、この流体は、第２の回転可能な部材１０５内に移動され、その後に、内側容器１５の内面１７２上に実質的に均一に沿って分配されてよい。

塩を含んだ液体の実質的に均一な薄膜が、容器１１の内面１２３に沿って移動する際、外側容器１１の本体部１２の周辺に位置したマイクロ波生成装置７１のようなエネルギーソースは、マイクロ波の放射が本体部１２の壁を介して伝達するように作動し、容器１１の内面１２３に沿って流れている塩を含んだ流体を加熱してよい。これにより、塩を含んだ流体の薄膜が気化する。当然ながら、そのエネルギーが外側容器１１内の処理される流体に影響を与える必要があるが、内側容器１５内の熱交換流体に影響を与える必要がない、マイクロ波ジェネレーター７１のようなエネルギーソースを用いる際、外側容器１１の本体部１２は、このようなエネルギーが、外側容器１１の本体部１２を通過できる材料により作られ、内側容器１５は、このようなエネルギーに影響を受けない材料により作られる。

その後、生じた蒸気は、環状空間１６を横断し、内側容器１５の相対的に低温の外面１７１に向かって、移動してよい。相対的に低温の外面１７１との接触においては、蒸気は、液体に凝縮でき、内側容器１５の外面１７１を降下することができる。凝縮された液体は、その後、外側容器１１の底部１３内から収集できる。１つの実施形態では、当該プロセスは、真空条件下の環状空間１６により実施されてよい。または、当該プロセスは、大気または大気よりも高圧の条件下で実施されてよい。

当然ながら、すべての流体はマイクロ波の放射によって加熱されなかった。そのため、外側容器１１の内面１２３に沿って流れている加熱された流体は、底部１３の排出口１３２を通って収集され、経路１０２を通って外側容器１１内に再度通って（戻って）再循環されてよい。このようにして、このプロセスが開始した後、処理される塩を含んだ流体を加熱するように、それほど多いエネルギーは、マイクロ波ソース７１から必要とされない。結果として、この構成は、蒸留のための実質的なエネルギー効率システムを有することができる。

ある例では、マイクロ波の放射の使用に加えて、処理される流体に存在できる全ての病原菌またはバクテリアを破壊するように、紫外線（ＵＶ）の放射が用いられてもよい。

実施例５：二酸化炭素除去
二酸化炭素捕集および回収目的での使用のために、図１、２および３に図示した反応器を含む上述した反応器のいずれもが、上述の記載と実質的に同じ様式で用いられてよい。

気体の二酸化炭素を吸収できる液体を用いた１つの実施形態では、このような液体のプールは、気体の二酸化炭素を含有する環境に曝され、二酸化炭素を液体内に吸収し、この環境から二酸化炭素を除去できる。一旦、二酸化炭素で飽和すると、液体は、経路１０２を通って導入され、第１の回転可能な部材１０３によって外側容器１１の加熱された内面１２３上に均一に沿って分配されてよい。概ね同じ時間に、二酸化炭素を吸収できる上昇している逆流する気体の流れが、環状空間１６内に導入されてよい。

飽和した液体の実質的に均一な薄膜が、容器１１の内面１２３に沿って移動する際、外側容器１１の本体部１２の周辺に位置した、マイクロ波または流体のパイプのような加熱装置７１は、容器１１の内面１２３に沿って流れている飽和した流体を加熱するように作動できる。他方で、逆流する気体の流れが、相対的により低い温度で維持されてよい。そのため、相対的に低温の液体が、チューブ１０４を通って内側容器１５内に導入されてよい。それに続いて、この流体は、第２の回転可能な部材１０５内に移動され、その後、内側容器１５の内面１７２上に、実質的に均一に沿って分配される。

上昇している逆流する気体の流れが、加熱された飽和した液体に接触する際、逆流する気体は、飽和した液体と相互作用し、液体から二酸化炭素を吸収できる。液体は、それから、内面１２３を下方に移動し、かつ外側容器１１の底部１３の排出口１３２を通って移動し続け、収集でき、または経路１０２内に再度通って（戻って）再循環できる。上昇している逆流する気体の流れが二酸化炭素で飽和すると、外側容器１１の上部１４の排気管１４２を通って除去できる。二酸化炭素で飽和した気体の流れは、その後に、カーボナイト製品を製造するように他の液体または材料と混合できる。

実施例６
図８に示すように、１つの実施形態では、図１〜７に図示した反応器の全てに類似した反応器８０が順番に配置され、互いに流動輸送路になるように構成され、全ての上記の用途が、順番に連続して実施され、または当該反応器もしくは同じような反応器の構成を通る流体のための複数の通路を可能にする。反応器の全ての可能な組み合わせが、順番に実施され、この順番は、任意の最大数の反応器として制限されなくてもよいことに留意すべきである。

図９に示すように、更なる実施形態では、順番に反応器を備える代わりに、本願発明の反応器１０が、少なくとも第３の容器９０を含むように構成でき、第３の容器９０は内側容器１５内に設置され、第３の容器９０の外面と内側容器１５の内面１７２との間に第２の環状空間を備える。この構成では、外側容器１１と内側容器１５との間の環状空間１６に沿って流れている流体および/または気体は、内側容器１５と内側容器１５内の第３の容器９０との間に位置する環状空間９１に再び移動されてよい。この再移動は、上端部１９の開口部９２と内側容器１５の底端部１８の開口部９３とを通って達成できる。この構成によって、反応器１０を通過する複数の通路で処理される流体が輸送速度を増加できる。第４の容器も第３の容器の内部に設置でき、第３の環状空間を備えることに留意すべきである。この構成は、付加的な第５、第６または任意の付加的な容器を必要に応じて繰り返して備えることができる。

当然に、複数の通路が好ましい場合、図１〜７の反応器のいずれかの環状空間１６から捕集された流体および/または気体が、必要に応じて複数の通路のために環状空間１６に再度通って（戻って）再循環できる。

本願発明が、これらの実施形態を参照して記載され、当業者によって様々な変化が為され、同様のものが、本願発明の本当の精神と範囲とから逸脱せずに置換されてよいことを理解すべきである。さらに、多くの修正が、本願発明の精神と範囲とから逸脱せずに特定の状況、指示、材料および問題の構成、１または複数の処理工程に適合するように為されてよい。全てのこのような修正は、本明細書に添付した特許請求の範囲内において制限されていることを意図している。

Claims (49)

1. 内面を有し、処理される流体を該内面に接触して収容できる外側容器と、
   前記処理される流体のための熱交換面として機能する外面を有する、前記外側容器内に設置された内側容器と、
   それに沿って前記流体の処理を実施可能な経路を備えるために前記外側容器と前記内側容器との間で規定された環状空間であって、前記外側容器と前記内側容器との間の温度差を維持し、前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように構成された環状空間と、
   を含むことを特徴とする反応器。
2. 前記外側容器の前記内面が、前記処理される流体が実質的に均一な薄膜の状態で降下できるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
3. 前記実質的に均一な薄膜が、前記流体を取り扱い、処理および/または分離によく適して処理できることを特徴とする請求項２に記載の反応器。
4. 前記実質的に均一な薄膜が、前記処理される流体が比較的高い、熱伝達率、物質移動速度、混合速度の１つまたはそれらの組み合わせを備えることができることを特徴とする請求項２に記載の反応器。
5. 前記外側容器の前記内面が、付加的な表面積を形成するように形状パターンを備えることができ、前記処理される流体が、前記環状空間内において取り扱い、処理、分離、滞留時間の増加の１つまたはそれらの組み合わせを容易にするように、前記付加的な表面積に亘って流れることができることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
6. 前記外側容器の前記内面が、前記処理される流体の取り扱い、処理および/または分離を容易にするようにコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
7. 前記外側容器が、前記内面から降下した前記処理される流体を収集および除去するように構成された下部をも含むことを特徴とする請求項１に記載の反応器。
8. 前記内側容器が内面を含み、熱交換流体が該内面に沿って流れることができることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
9. 前記熱交換流体が、前記内側容器の前記外面と前記外側容器の前記内面との間に温度差を与えるように、前記処理される流体の温度と異なる温度を有することを特徴とする請求項８に記載の反応器。
10. 表面張力を増加させ、前記熱交換流体の実質的に薄く均一な膜を与え、かつ維持するように、前記内側容器の前記内面が形状パターンを備えることができることを特徴とする請求項８に記載の反応器。
11. 前記内側容器が、前記内面から降下した前記熱交換流体を収集および除去するように構成された底端部をも含むことを特徴とする請求項８に記載の反応器。
12. 前記処理される流体と相互作用するために第２の流体がを前記環状空間内に移動できるように、前記環状空間が構成されることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
13. 前記環状空間内の比較的大きい表面積に亘って、前記第２の流体と前記処理される流体との間の界面における接触部を増加させ、前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように、前記第２の流体が働くことができることを特徴とする請求項１２に記載の反応器。
14. 前記処理される流体と相互作用するために第２の流体を前記処理される流体に対して逆流となるように前記環状空間内に移動できるように、前記環状空間が構成されることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
15. 前記環状空間が、前記外側容器の前記内面と前記内側容器の前記外面との間に比較的短い距離を有し、前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
16. 前記外側容器の前記内面と前記内側容器の前記内面とに前記処理される流体の導入を可能にする流体供給システムを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の反応器。
17. 前記流体供給システムが、前記処理される流体から実質的に細かい液滴または繊維状の要素を生成するために前記外側容器内に回転部材を含み、前記処理される流体の実質的に均一な薄膜を前記外側部材の前記内面上に供給できることを特徴とする請求項１６に記載の反応器。
18. 前記流体供給システムが、前記熱交換流体から実質的に細かい液滴または繊維状の要素を生成するために前記内側容器内に回転部材を含み、前記熱交換流体の実質的に均一な薄膜を前記内側部材の前記内面上に供給できることを特徴とする請求項１６に記載の反応器。
19. 前記外側容器の前記内面に沿った前記処理される流体を加熱または冷却するためのソースとして機能するように、前記外側容器周辺に備えられたエネルギーソースを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の反応器。
20. 表面積を増加させるように前記環状空間内にパッキング材料のベッドを更に含み、大量の前記処理される流体が、その輸送速度を増加させるように前記表面積に亘って接触できることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
21. 前記パッキング材料のベッドが、前記環状空間に亘って実質的に均一な温度分布を与えることができることを特徴とする請求項２０に記載の反応器。
22. 前記内側容器内に設置された第３の容器を更に含み、前記第３の容器と前記内側容器との間に別の環状空間を備え、前記反応器を通る複数の通路のために前記処理される流体が、輸送速度を増加できることを特徴とする請求項１に記載の反応器。
23. 前記反応器を通る複数の通路のために前記処理される流体が輸送速度を増加できるように、複数の請求項１に記載の反応器が順番に連結されることを特徴とする流体を処理するシステム。
24. それぞれの反応器が、前記処理される流体を異なって処理するように構成されることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
25. 処理される流体を外側容器内に、この内面に接するように導入する工程と、
    前記処理される流体の温度と異なる温度の熱交換面を有した内側容器を、前記外側容器内に備える工程と、
    前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように、前記外側容器と前記内側容器との間の経路に亘って温度差を維持する工程と、
    を含む、流体を処理する方法。
26. 前記導入する工程が、前記処理される流体の実質的に均一な薄膜の流れを前記外側容器の前記内面に接して形成する工程を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 前記形成する工程において、前記実質的に均一な薄膜の流れが、取り扱われ、処理され、および/または分離される前記流体の能力を向上させることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記形成する工程が、前記処理される流体が比較的速い、熱伝達率、物質移動速度、混合速度またはそれらの組み合わせを有することができることを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
29. 前記形成する工程が、前記処理される流体の実質的に細かい液滴または繊維状の要素を前記外側容器内に回転して供給することを含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 前記導入する工程が、付加的な表面積を形成するように形状パターンを前記外側容器の前記内面に与えることを含み、前記処理される流体が、前記経路内の前記処理される流体の取り扱い、処理、分離、滞留時間の増加の１つまたはそれらの組合せを容易にするように、前記付加的な表面積に亘って流れることができることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
31. 前記導入する工程が、前記処理される流体の取り扱い、処理および/または分離を容易にするように、前記外側容器の前記内面をコーティングすることを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
32. 前記備える工程が、前記処理される流体の温度と異なる温度の熱交換流体を前記内側容器の前記内面に接して分配する工程を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
33. 前記分配する工程が、前記内側容器の前記外面と前記外側容器の前記内面との間に温度差を形成することを含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記分配する工程が、前記熱交換流体の実質的に細かい液滴または繊維状の要素を前記内側容器内に回転して供給することを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
35. 前記備える工程が、表面張力を増加させ、前記熱交換流体の実質的に薄く均一な膜を与え、かつ維持するように前記内側容器の前記内面に形状パターンを備えることを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
36. 前記処理される流体との相互作用を可能にするように、第２の流体を前記外側容器と前記内側容器との間の前記経路内に移動する工程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
37. 前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように、前記経路内の比較的大きい表面積に亘って、前記第２の流体と前記処理される流体との間の界面における接触部を増加させることを、前記移動する工程が含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
38. 前記第２の流体が、前記処理される流体に対して逆流となるように経路内を移動できることを、前記移動する工程が含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
39. 前記処理される流体に比較的高い輸送速度を与えるように、前記内側容器の前記外面と前記外側容器の前記内面との間に比較的短い距離を有する前記経路を備えることを、前記維持する工程が含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
40. 前記外側容器の前記内面に沿った前記処理される流体を加熱または冷却することを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
41. 表面積を増加させるように前記外側容器と前記内側容器との間の前記経路内にパッキング材料のベッドを更に設置する工程を更に含み、前記処理される流体が、その輸送速度を増加させるように前記表面積に亘って接触できることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
42. 前記設置する工程では、大量の前記処理される流体が、前記外側容器内に導入されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。
43. 前記設置する工程が、前記外側容器と前記内側容器との間の前記経路に亘って実質的に均一な温度分布を与えるように前記パッキング材料のベッドを利用することを含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。
44. 前記処理される流体が、有機システムに関連した流体−流体反応に用いられることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
45. 前記処理される流体が、蒸留または蒸発プロセスに用いられることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
46. 前記処理される流体が、冷却または冷やされた過熱した蒸気であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
47. 前記処理される流体が、紫外線および/またはマイクロ波開始反応に用いられることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
48. 前記処理される流体が、脱塩プロセスに用いられることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
49. 前記処理される流体が、二酸化炭素で飽和し、二酸化炭素除去プロセスに用いられることを特徴とする請求項２５に記載の方法。

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