專利名稱：高性能微型反應(yīng)器的制作方法
高性能微型反應(yīng)器
本申請要求2005年1月7日提交的歐洲專利申請系列號第EP 05290046.1號
的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及微量反應(yīng)裝置，所述裝置是具有用來進(jìn)行混合和化學(xué)反應(yīng) 的毫米至亞毫米尺寸的內(nèi)部通道或室的裝置，更具體來說，本發(fā)明涉及特別最 優(yōu)化用來以較高物料通過速率(throughput rate)達(dá)到放熱反應(yīng)的良好控制的連 續(xù)操作的裝置。
背景技術(shù)：
微量反應(yīng)技術(shù)從廣義上理解，包括具有有目的地結(jié)構(gòu)化的特征(例如流動 通道等)的化學(xué)反應(yīng)和生物反應(yīng)裝置，其中一個或多個維度尺寸為毫米級，或 者優(yōu)選為亞毫米級或微米級。
目前關(guān)于這種技術(shù)的一個焦點集中于提供一種用來同時進(jìn)行許多的反應(yīng)， 進(jìn)行高通過量的化學(xué)或生物篩選的方法。通常采用極小的尺寸和體積，以能夠 較廉價快速地平行進(jìn)行數(shù)百個、甚至數(shù)千個測試。
微量反應(yīng)技術(shù)的另一個焦點在于使用小通道中能夠達(dá)到的高表面/體積比 (其比值大于常規(guī)的間歇式反應(yīng)器)，以提供化學(xué)實驗室工作、處理和生產(chǎn)方 面的優(yōu)點。具有極高表面/體積比的裝置能夠在極小的體積內(nèi)提供極高的傳熱傳 質(zhì)速率。人們眾所周知的可能的優(yōu)點包括(l)由于較高的產(chǎn)率和純度獲得較高的 生產(chǎn)率和效率，(2)通過顯著減小工藝體積提高安全性，(3)可以進(jìn)行之前的技術(shù) 所無法進(jìn)行的新工藝、新反應(yīng)、或者新的反應(yīng)體系，這又可以提供更高的產(chǎn)率 或安全性。在從實驗室放大到大規(guī)模生產(chǎn)，可能會獲得"增量(numbering up)" 而不是"按比例放大"。"增量"是指通過設(shè)置更多數(shù)量的平行微量反應(yīng)結(jié)構(gòu)， 無論是在單獨的微量反應(yīng)裝置中"內(nèi)部"設(shè)置，還是通過平行排列多個裝置而
"外部"設(shè)置來增大其容量，從而能夠?qū)⒔?jīng)過實驗室檢驗的反應(yīng)直接應(yīng)用于生 產(chǎn)，在將反應(yīng)和工藝按比例放大到工業(yè)生產(chǎn)尺寸的反應(yīng)設(shè)備時不會花費過多的 時間和其它資源。
人們已經(jīng)報道或提出了許多種類的微量混合裝置。其中一種可被稱為"相 間交錯"或"層流"混合器，這種混合器依賴于在大規(guī)模的平行陣列中使待混合的 反應(yīng)物流良好分開和交錯，通常在此之后進(jìn)行物流的輻射狀或線型的"會聚"
(即窄化)，使得物流能夠在擴(kuò)散的驅(qū)動下極快地混合。最近的例子是Hessel等人 在"不同相間交錯微型混合器中的層流混合(Laminar Mixing in Different Interdigital Micromixers) " AIChE J. 49， 3 (2003) 566-577, 578陽84A中所討論的， 由Mikroglas Chemtech GmbH和Institut ftir Mikrotechnik Mainz (IMM)聯(lián)合開發(fā) 的"SuperFocus"混合器，在此混合器中，待混合的物流在基本呈平面型的結(jié)構(gòu)中 相間交錯。IMM還開發(fā)出了極高物料通過量的被稱為"星形層疊器"的層疊板 型微量混合器，其中流體被強制流動在層疊的圖形化的鋼板之間，通常是流入 中心通道穿過板層疊體，這種結(jié)構(gòu)具有使得層疊流在三維構(gòu)型中"相間交錯" 的作用。由Institut fUr Mikroverfahrenstechnik在Forschungszentrum Karlsruhe
(FZK)報道了類似的在具有三維構(gòu)型的大規(guī)模平行相間交錯混合器中的高通過
且 里。
第二類微量混合裝置使用一個或多個簡單的混合"T形管"，其中兩條直 型的通道合并為一，例如Mikroglas Chemtech GmbH(與Fraunhofer ICT聯(lián)合)提 供的另一種"微型反應(yīng)器"中的多混合器結(jié)構(gòu)，例如參見Marioth等人的"玻璃制 微型反應(yīng)器陣列中微流體轉(zhuǎn)遞和傳熱的研究(Investigation of Microfluidics and Heat Transferability Inside a Microreactor Array Made of Glass) ，，， IMRET 5: Proceedings of the Fifth International Conference on Microreaction Technology (Matlosz Ehrfeld Baselt Eds.， Springer 2001)。
第三類微量混合器使用小的碰撞噴射器，例如參見Yang等人的"基于空間 碰撞微型噴射器陣列的快速微型混合器/反應(yīng)器(A rapid Micro-Mixer/Reactor Based on Arrays of Spatially Impinging Microjets) ，， J. Micromech. Microeng. 14 (2004) 1345-1351。
第四類微量混合器使用主動混合，例如磁力驅(qū)動微型攪拌器、壓電驅(qū)動混 合、其它聲能驅(qū)動混合、或者任意其它的對待混合流體的主動操作。
第五類微量混合裝置使用物流的分開和再合并，產(chǎn)生串聯(lián)的(而不是大量
平行的)多層層疊流動。 一個例子是Sch6nfeld等人在"具有均勻的"無序"混 合的最優(yōu)化的分開-再合并的微量混合器(An Optimized Split-and-Recombine Micro-Mixer with Uniform 'Chaotic' Mixing) ，， Lab Chip 2004， 4, 69所述的"履帶 式"混合器。
第六類微量混合裝置使用各種通道表面特征，在待混合的流體中產(chǎn)生次級 流或"無序平流"。這類混合器的例子包括Strook等人在"用于微型通道的無序混 合器(Chaotic Mixer for Microchannels) " Science 295 1 (2002) 647-65l中所述的 結(jié)構(gòu)(引發(fā)無序平流的表面特征)。
第七類微量混合裝置使用各種通道構(gòu)型，例如改變通道的形狀、曲率或方 向，在待混合的流體中產(chǎn)生次級流、湍流狀效應(yīng)、或"無序平流"。這類微量混 合裝置的例子包括以下文獻(xiàn)報道的結(jié)構(gòu)Jiang等人的"彎曲微型通道中的螺旋 流和無序混合(Helical Flows and Chaotic Mixing in Curved Micro Channels)，， AIChE J. 50, 9(2004) 2297-2305,以及Liu等人的"三維螺旋形微型通道中的被動 混合(Passive Mixing in a Three-Dimensional Serpentine MicroChannel) " J. Microelectromech. Syst. 9， 2 (2000) 190-197(分別顯示了產(chǎn)生"無序"混合的平 面(即二維)和非平面(即三維)的螺旋形通道)。
已經(jīng)報道或提出了各種微量反應(yīng)器。最常用的微型反應(yīng)器是用來提供一種 或多種反應(yīng)物的反應(yīng)(通常包括兩種或更多種反應(yīng)物的混合)、以及通過加熱、
冷卻或熱緩沖進(jìn)行一定程度反應(yīng)控制的微量反應(yīng)裝置。示例性的例子包括上
述Marioth等人的使用多個平行的"T形"混合器的玻璃裝置(a glass device utilizing multiple "tee" mixers in parallel)中報道的Mikroglas微型反應(yīng)器； Fraunhofer制得的使用各種混合器構(gòu)型的"FAMOS，，系統(tǒng)微型反應(yīng)單元，例如參 見Keoschkerjan等人的"用于化學(xué)工程的新穎的多功能微型反應(yīng)器單元(Novel Multifunction Microreaction Unit for Chemical Engineering) ', Chem. Eng. J 101 (2004) 469-475;美國專利申請公開第2003/0223卯9 Al號的附

圖10-12所示的得 自Cellular Process Chemistry (CPC)的"Cytos"微量反應(yīng)器，其使用具有用于熱交 換流體的通道的疊置板構(gòu)造，得自IMM的另一種疊置板構(gòu)造，如Richeter等人在 "用于液相反應(yīng)的撓性多組分微量反應(yīng)系統(tǒng)(A Flexible Multi-Component microreaction System for Liquid Phase Reactions) "， Proceedings of IMRET 3, 636-634 (Springer Verlag 2000)。所述大規(guī)模平行的高物流通過量的三維相間交 錯混合器(例如上述得自IMM和FZK的混合器)還可與緊鄰的大規(guī)模平行高通
過量的熱交換器相連，形成高通過量的微型反應(yīng)系統(tǒng)。
目前"微型反應(yīng)技術(shù)"領(lǐng)域中的努力，無論是針對混合器或完全的微型反應(yīng) 器裝置，即使是目前提出的定義自身，都將注意力集中從在"基于單元內(nèi)的'工 藝設(shè)計'"設(shè)計或選擇的裝置內(nèi)的微流、使用"大量這樣的單元"提供"微流 規(guī)模配置的工藝設(shè)備"不包括符合更廣義的更傳統(tǒng)的定義所述的更大尺寸的連
續(xù)流反應(yīng)器所能夠獲得的益處。例如參見Hessel, Hardt和L6we的Chemical Micro Process Engineering (Wiley VCH, 2004), pp. 5-6; 18-19。
這種注意力的集中是由于人們需要通過使用可預(yù)期的有序的微流來控制 流體過程，以及需要通過在單獨的裝置中獲得提高的通過量。如上文中的Hessel， Hardt和L6we所述，"通常即使使用曲折狀的混合通道或無序混合器，流體的微 量混合也僅能在中等體積流內(nèi)完成。在化學(xué)工藝技術(shù)中，物料通過量通常是一 個重要的問題，出于這種原因，需要超越了在單獨的通道中出現(xiàn)兩股液流的概 念的微量混合器設(shè)計。在摒棄了使得待混合液流被導(dǎo)引只通過單獨的層的混合 器構(gòu)造，而采用多層構(gòu)造的時候，多層層疊的原理的原理成為可實現(xiàn)的...."
這種努力的對象是細(xì)分隔的高度平行的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)確實提供了一些潛 在的優(yōu)點，例如能夠在混合器中以極低的壓降進(jìn)行極快的混合，在熱交換器中 獲得極快、極高的熱交換速率，通過內(nèi)部"增量"有效地提高物料通過量。但 是在顆?；虺赡げ牧系拇嬖谙?，這種極為精細(xì)的結(jié)構(gòu)還特別容易發(fā)生堵塞或結(jié) 垢， 一旦發(fā)生堵塞或結(jié)垢，這種結(jié)構(gòu)可能無法恢復(fù)，或者可能需要費力拆卸和 清潔。另外，這些裝置的性能對分流通道中的液流平衡很敏感，因此設(shè)計或制 造的難題可能導(dǎo)致獲得的混合質(zhì)量或產(chǎn)率低于預(yù)期值或所需值。另外，隨著裝 置的老化，混合質(zhì)量可能難以保持，這是由于液流中的任何不平衡都會由于最 高通過量通道的差異性腐蝕而隨時間放大。另外，即使與快速的高通過量的熱 交換器緊密相連的時候，高通過量的極快的混合器(使用三維多層層疊)通常也 無法獲得比更常規(guī)的工藝提高的產(chǎn)率或生產(chǎn)率。
因此，人們需要提供一種裝置，該裝置能夠避免這些缺點，同時以較低的 壓降提供類似的良好的混合，而且具有良好的熱交換能力和高通過量。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及用于一種或多種流體或流體性反應(yīng)物的混合和反應(yīng)的微型反 應(yīng)裝置。所述裝置包括一個或多個熱流緩沖流體通道或多層形式的整體化熱控
制能力。所述裝置包括單式的混合器，即混合通道，至少一種待混合的反應(yīng)物
全部通過該混合通道，所述混合通道構(gòu)建成產(chǎn)生次級流(secondary flow)或湍流 狀效應(yīng)，以促進(jìn)混合。因而，所述混合通道需要為三維螺旋狀，可包括周期性 的或非周期性的障礙物、限制結(jié)構(gòu)或類似的特征。這些裝置還包括一體化的停 留時間通道，所述流體在混合通道中進(jìn)行初始混合之后并在離開所述裝置之前 流過所述停留時間通道。所述停留時間通道的壓降/體積比優(yōu)選顯著小于混合通 道，更優(yōu)選至少約小5倍。所述停留時間通道的體積優(yōu)選至少為l毫升，可能需 要具有更大的體積，例如2毫升、5毫升、甚至10毫升，需要具有足夠的體積， 使得流體以所需流速離開混合通道，以在所述裝置內(nèi)停留足夠的時間，使得過 程中的反應(yīng)充分穩(wěn)定化或完全，使得反應(yīng)流體通過流體連接器或接頭從所述裝 置流出的通道不會過分減小反應(yīng)產(chǎn)率或生產(chǎn)率。所述停留時間通道和單式 (unitary)混合通道與一個或多個緩沖流體通道緊密地?zé)狁盥?lián)(couple)，以盡可能 快地除去多余的熱量。在混合通道中產(chǎn)生的次級流與相連的緊密耦聯(lián)的高流動 的緩沖流體通道協(xié)同作用，防止在混合通道中形成過熱點，提高裝置的傳熱能 力(特別是在混合過程中和剛剛進(jìn)行混合之后)，獲得提高的反應(yīng)控制和選擇 性。反應(yīng)物通道可能需要包含在極薄的體積內(nèi)，薄的方向的尺寸與次最小尺寸 之比約為1:100，在此薄體積的各側(cè)提供緩沖流體層或通道。所述裝置還需要在 混合通道和停留時間通道具有化學(xué)惰性或高耐受性的表面。為此，所述裝置可 能需要直接由化學(xué)惰性或高耐受性的材料形成，這些材料是例如玻璃、陶瓷、 玻璃-陶瓷、耐化學(xué)性的聚合物、耐化學(xué)性的金屬等。
通過這些特征和其它特征，本發(fā)明的裝置能夠優(yōu)選提供與在20毫升/分鐘 流速的反應(yīng)物流的至少20瓦、更優(yōu)選至少40瓦的熱交換能力，在所述20毫升/分 鐘的流速下總停留時間至少為6-10秒(相當(dāng)于停留時間通道體積約為2-3.33毫 升)，在至少最低20毫升/分鐘和更高的流速下，具有至少90%的快速混合性能。 另外，本發(fā)明的裝置在高達(dá)約100毫升/分鐘或更高的流速下，可以優(yōu)選提供約 小于2巴、甚至約小于l巴的低壓降。令人吃驚的是，本發(fā)明實施方式的裝置， 具有熱緩沖能力和體積至少為l毫升的一體化停留時間通道，這種裝置能夠提 供與現(xiàn)有的不包括上述組成的平面構(gòu)造相間交錯的混合器相當(dāng)或更好的快速 混合和低壓降性能。
對本文所述種類的裝置的測試表明，使得使用者可以進(jìn)行高產(chǎn)率、良好控 制的活化芳族化合物的連續(xù)自催化硝化反應(yīng)，在此反應(yīng)中自催化通常會造成失 控的熱量累積、導(dǎo)致發(fā)生無法控制的反應(yīng)。這些測試還顯示本發(fā)明的裝置在熱 量方面顯著影響所需產(chǎn)物相關(guān)產(chǎn)率的能力。
附圖簡述
圖l是可用于根據(jù)本發(fā)明的微量反應(yīng)裝置的微流體裝置結(jié)構(gòu)的截面正視圖。
圖2是圖1實施方式的截面平面圖，為了便于說明，在視覺上進(jìn)行了簡化，其 中標(biāo)示出了反應(yīng)物流動通道。
圖3是標(biāo)示出預(yù)混合通道的圖2的視圖。
圖4是標(biāo)示出混合通道的圖2的視圖。
圖5是標(biāo)示出停留時間通道的圖2的視圖。
圖6是可用來形成本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)的截面正視圖。
圖7是可用來形成本發(fā)明的裝置的另一種結(jié)構(gòu)的截面正視圖。
圖8是圖1實施方式的另一部分的截面平面圖。
圖9顯示了圖1和圖7的截面平面示意圖，圖中顯示了由圖1和圖7表示的結(jié) 構(gòu)疊置組件形成的結(jié)構(gòu)的截面的關(guān)系。
圖10A和10B分別顯示圖7和圖1結(jié)構(gòu)一部分的放大的截面平面圖。 圖11是圖10B的結(jié)構(gòu)的另一種實施方式。
圖12和圖13是用于圖1中實施方式的裝置的緩沖流體通道或室的截面平面圖。
圖14是圖13的結(jié)構(gòu)的另一種實施方式的截面平面圖。
圖15是圖1的實施方式的裝置以及兩種比較裝置中，測得的混合質(zhì)量作為 流速的函數(shù)的圖。
圖16是圖1的實施方式的裝置與三種比較裝置中，測得的壓降作為流速的 函數(shù)的圖。
圖17是圖1的實施方式的裝置與兩種比較裝置中，反應(yīng)流體的總停留時間 作為流速的函數(shù)的圖。
圖18是對于進(jìn)行各種時間長度的堿腐蝕之后的裝置，測得的混合質(zhì)量作為 流速的函數(shù)的圖。
圖19是緩沖流體和反應(yīng)流體通道之間傳遞的能量作為反應(yīng)通道流體流速 的函數(shù)的圖。
優(yōu)選實施方式詳述
在任意可能的時候，在所有附圖中，相同的編號標(biāo)示相同的或類似的部分。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的微型反應(yīng)裝置10的一個實施方式的一部分的截面平面 圖。該截面圖中所示的結(jié)構(gòu)包括外壁18,流體通道壁20，以及各種增強或支承 結(jié)構(gòu)24和可用于制造的層識別標(biāo)記26。所述流體通道壁限定出反應(yīng)物流體通道 22，提供位于流體通道22的相鄰部分壁之間的間隙23。截面圖中所示的壁和其 它結(jié)構(gòu)支承在大體上平行于該圖所示平面、但不位于該圖平面內(nèi)的平面結(jié)構(gòu) 上。圖中所示的壁和其它結(jié)構(gòu)可通過合適的添加或減去材料的方法形成于所述 平面支承結(jié)構(gòu)上，或者如果需要的話，可以與平面支承結(jié)構(gòu)一體化地形成。在 12、 14和16位置提供貫穿所述平面支承結(jié)構(gòu)的孔。在12位置的孔用來提供使反 應(yīng)物流進(jìn)入流體通道22的進(jìn)口，位置14處的孔提供流體離開所述裝置的出口。 位置16處的孔提供用于熱緩沖流體的通道。
圖2是與圖1所示相同的截面圖，但是其中橫截結(jié)構(gòu)用實線標(biāo)示，為了清楚 圖示，其中流體通道22的區(qū)域用陰影標(biāo)出?？蓪⒘黧w通道22進(jìn)一步分為功能子 通道，包括分別在圖3、4和5中示出的預(yù)混合子通道或子通道30,混合子通道40, 以及停留時間子通道50。如圖所示，不同功能子通道之間的邊界可能重疊，實 際上不同種類的子通道的確切邊界無需精確繪出。但是混合子通道40通常是可 以通過以下特性與其它的子通道，特別是停留時間子通道50相區(qū)別開混合子 通道具有較高的表面積/體積比，在特定流速下較高的壓降/體積比，通常小得 多的總體積，或者在使用的時候，混合子通道中產(chǎn)生次級流或湍流狀效應(yīng)通常 大于停留時間子通道中的情況。
在圖l的實施方式的微型反應(yīng)裝置中，如圖6中一般代表性的結(jié)構(gòu)的截面正 視圖所示，流體通道22可能需要設(shè)置在支承所述流體通道壁20的兩個大致的平 面結(jié)構(gòu)60之間。反應(yīng)物通道可由兩組互補的壁結(jié)構(gòu)62和64毗連而形成，這兩組 壁結(jié)構(gòu)各自最初支承在一個平面結(jié)構(gòu)60上。所述限定流體通道22的壁結(jié)構(gòu)可以 在某些位置(例如圖6中的位置66)直接相配。當(dāng)這些結(jié)構(gòu)毗鄰并接合形成微 相反應(yīng)裝置的時候，這些限定流體通道22的壁結(jié)構(gòu)在某些其它的位置(例如圖 6中的位置68)也可以是不相配的，將流體通道22分成為沿圖中的垂直方向疊置 的兩個層。
在制造本發(fā)明裝置的一個所需實施方式和方法中，所述裝置由玻璃或玻
陶瓷組成。對于玻璃制裝置，平面結(jié)構(gòu)60可包括玻璃基板和壁，其它類似的結(jié) 構(gòu)可包括燒結(jié)的玻璃料。例如一種這樣的合適的方法見述于美國專利第
6,769,444號，該專利已轉(zhuǎn)讓給本申請人。
本發(fā)明的裝置還可以用其它的材料(例如金屬、陶瓷和塑料)以及其它的 方法(例如微加工、用光刻蝕刻或不用光刻的蝕刻等)形成。在一些情況下，所 述壁結(jié)構(gòu)可以如圖7所示用包括大致平面的支承結(jié)構(gòu)的相同的整體材料直接形 成，而不是如圖6所示夾在大致平面的結(jié)構(gòu)之間的壁和相關(guān)的結(jié)構(gòu)。在任意的情 況下，所述裝置的最終組裝結(jié)構(gòu)整體來說希望通過例如合適的燒結(jié)法或其它合 適的方法固結(jié)成一體，從而制得氣密和液密的最終裝置。
在本發(fā)明的裝置中，微型反應(yīng)裝置中反應(yīng)物的流體通道與熱緩沖流體層或 通道緊密連通。優(yōu)選的是，如圖6和7所示，封閉流體通道22的大致平面的結(jié)構(gòu) 60本身可以夾在被另外的大致平面的結(jié)構(gòu)90限制的兩個大體平面的緩沖流體 層或通道70之間。所述流體通道70優(yōu)選具有低壓降，以使得緩沖流體具有高流 速，在為1.5巴的壓降下的流速通常至少為200毫米/分鐘或更高，優(yōu)選的是在特 定壓力下的流速比反應(yīng)物流體通道的流速大兩倍，最優(yōu)選至少是其五倍。
圖8是與圖1所示的第一結(jié)構(gòu)互補的壁和相關(guān)結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)的截面平面 圖。在圖8所示的與所述壁和相關(guān)結(jié)構(gòu)相連并支承所述壁和相關(guān)結(jié)構(gòu)的平面結(jié) 構(gòu)中，可以根據(jù)需要在各位置使用貫穿所述平面結(jié)構(gòu)的孔，但是在所示的實施 方式中，只在位置16具有用于緩沖流體通孔的孔。在此具體實施方式
中，圖8 所示的壁結(jié)構(gòu)與圖l所示結(jié)構(gòu)的差異主要僅在于混合子通道區(qū)域，這在下文中 將更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
圖9顯示了圖1和8中所示互補結(jié)構(gòu)的組裝體。圖9A的第一結(jié)構(gòu)72對應(yīng)于上 圖l所示的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)如圖9B所示進(jìn)行倒轉(zhuǎn)(該圖中從左至右)。圖9C顯示了 對應(yīng)于圖8結(jié)構(gòu)的第二結(jié)構(gòu)74,如圖9D所示將圖9B的倒轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)72置于其上。 圖9D顯示了所得的重疊結(jié)構(gòu)76，圖中兩個層都以完全的深色線條標(biāo)示，不考慮 互相重疊。因此人們可以清楚地看出，在混合子通道40區(qū)域具有非匹配互補結(jié) 構(gòu)，其它區(qū)域幾乎沒有或沒有不匹配。
圖10中顯示了混合子通道40的流體通道壁20的橫截結(jié)構(gòu)的放大圖。圖10A 顯示了對應(yīng)于圖8和9C顯示的互補結(jié)構(gòu)的壁20的結(jié)構(gòu)，圖10B顯示了對應(yīng)于圖1 和9B所示的第一結(jié)構(gòu)72的壁20。
當(dāng)流體大致沿著箭頭78方向流入混合子通道的時候，結(jié)構(gòu)72和74迫使流體
如小箭頭80所示發(fā)生周期性的變向。由箭頭可以看出，特別是在互補結(jié)構(gòu)74中， 該結(jié)構(gòu)在圖9所示的組裝步驟之后，己成為圖9中最底部的結(jié)構(gòu)，流體流動方向 強烈振蕩。另外，在從結(jié)構(gòu)72移動到結(jié)構(gòu)74、返回72、以此類推的過程中，流 體運動也沿著垂直于圖10平面的"Z"方向振蕩。因此可將混合子通道描述為 三維螺旋形，其在一個以上平面內(nèi)具有振蕩或波動?；蛘邠Q句話說，所述混合 子通道包括位于一個以上平面內(nèi)的彎曲或曲線。通過迫使流體經(jīng)常在一個以上 平面內(nèi)改變方向，本發(fā)明的混合子通道有效地產(chǎn)生次級流和湍流效應(yīng)，使得子 通道內(nèi)流體截面明顯折疊和拉伸。柱82形式的周期性障礙物也有助于產(chǎn)生次級 流或湍流狀效果。
可以有各種混合子通道結(jié)構(gòu)，例如如圖ll所示，圖中顯示的是第一結(jié)構(gòu)72 的另一實施方式。(互補的結(jié)構(gòu)74可類似地變化)。其中不存在柱子，但是抗議使 用通道"收斂"84,即通道寬度周期性減小，有助于發(fā)揮類似的功能。
圖12和13顯示了對圖6和7的截面圖中所示的緩沖流體層70的支承結(jié)構(gòu)94 的有用的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)94很小，均勻地分散在較大的大致平面的體積中，使得可 以具有極低的壓降和相應(yīng)很高的流速。增強的熱交換區(qū)域96位于與混合子通道 40緊鄰的上方和下方。區(qū)域96不具有用來使緩沖流體和混合子通道中的流體最 大熱交換的支承結(jié)構(gòu)。在所示的實施方式中，緩沖流體通過緩沖流體入口和出 口93流入上部和下部緩沖流體通道70。緩沖流體完全通過包括所述反應(yīng)流體通 道的中間層，到達(dá)下部通道70。反應(yīng)物通過流經(jīng)孔或口92而進(jìn)入和離開所述裝 置。
本發(fā)明裝置的一個基本原理特征是使用單式的混合器或混合子通道，也即 是說，構(gòu)設(shè)一個混合子通道，使得所述一種或多種反應(yīng)物流中的至少一種必須 完全通過所述子通道。這種設(shè)計避免了將反應(yīng)物流分流到許多獨立的通道中。 這可以更好地阻止發(fā)生堵塞，能夠在流體物流中包含顆粒的情況下更好地操 作。
本發(fā)明裝置的另一個基本原理特征是使用混合子通道，該混合子通道的結(jié) 構(gòu)設(shè)計成能夠在流經(jīng)的流體中引起次級流或湍流狀效應(yīng)，而不是依賴于保持可 預(yù)期的大體上有序的層流區(qū)域，例如所謂的"履帶式"混合器中的情況，也不是 主要地或排他性地依賴于對液流進(jìn)行細(xì)密的分流(如在大多數(shù)非單式混合器的 情況)。具體來說，本發(fā)明的裝置可能需要使用三維螺旋形通道作為混合子通 道。對于混合，本發(fā)明的裝置主要依賴于通過混合子通道本身所產(chǎn)生的物理混合，而不是依賴于通道進(jìn)行精細(xì)分流和接觸向上物流而進(jìn)行混合。實際上，所 述接觸點優(yōu)選盡可能靠近三維螺旋形混合子通道。
通過使得混合性能主要依賴于三維螺旋形子通道，使得本發(fā)明的裝置在使 用過程中，即使隨著使用的時間推移，其內(nèi)部通道發(fā)生了一定的腐蝕，卻仍然 具有良好的性能。使用這種混合器可以避免平行管道中良好的流動平衡所需的 嚴(yán)格的尺寸公差，從而使得制造較為容易。使用這種混合還有助于裝置的反應(yīng) 控制性能。通過有效地阻止任何一種流體物流在所述混合子通道的中心保留任 意長度的時間，本發(fā)明的單式混合器在所述混合子通道中提供了有用的強制對 流。
本發(fā)明的形成次級流的混合器與本發(fā)明另一基本特征協(xié)作，即存在一個或 多個較大的高流動緩沖流體通道，這些通道與所述混合子通道緊密接觸地設(shè) 置。所述混合子通道中顯著的強制對流與所述高流動緊密耦聯(lián)的緩沖劑通道相 結(jié)合，可以改進(jìn)對反應(yīng)的控制，例如以改進(jìn)對不希望有的次級反應(yīng)或副反應(yīng)的 控制的形式來提高對反應(yīng)的控制。在上述實施方式中，所述緩沖流體通道的一 部分直接位于所述混合子通道的上方和下方，使得所述混合子通道的主表面區(qū) 域或壁中的兩者作為整體與所述緩沖流體通道共用。這使得所述混合子通道和 緩沖流體子通道緊密地?zé)狁盥?lián)，因此即使在具有高反應(yīng)物流動和單式混合器或 混合通道時，仍具有良好的熱交換性能。
本發(fā)明的另一個顯著特征是提供了較大體積的停留時間子通道，使得在特 定流速下，反應(yīng)物能夠在單獨微量反應(yīng)裝置的良好熱控制環(huán)境中相對于微量混 合器保留長得多的時間，并且相對于常規(guī)的微型反應(yīng)器保留更長的時間。
一些極快速的高通過量的微量混合器無法實線預(yù)期的或所需的產(chǎn)率或其 它性能利益。這種情況一部分可能是由于熱控制不足造成的。特別是對于快速 放熱反應(yīng)情況，在沒有整體化的熱控制情況下進(jìn)行極快的混合，即使反應(yīng)物流 入直接耦聯(lián)的熱交換器所需的時間較短，仍然可能會導(dǎo)致副反應(yīng)或另外的反 應(yīng)。微型反應(yīng)器不同于微量混合器，前者通過界定而提供了一定的熱控制，但 是如果微型反應(yīng)器中保持熱控制的體積過小，則反應(yīng)物在微型反應(yīng)器中熱調(diào)節(jié) 環(huán)境中的停留時間將會不足，會對反應(yīng)產(chǎn)率和/或選擇性造成影響。因此，本發(fā) 明的裝置所提供的停留子通道的體積優(yōu)選至少為l毫升，當(dāng)特定的所需反應(yīng)能
夠從較長的停留時間獲益的時候，更優(yōu)選高達(dá)2，5或10毫升，或更高。
所述停留時間子通道還優(yōu)選具有比混合子通道低得多的壓降/體積比，優(yōu)
選比混合子通道大至少兩倍，更優(yōu)選大五倍或更多，從而可以在不顯著影響裝 置中整體壓降的前提下提供所需的停留時間。
能夠從這種較大體積的停留時間通道獲益的反應(yīng)的一個例子是在NaOH水 溶液存在下進(jìn)行酯(乙酸乙酯)的皂化乙酸乙酯+NaOH—乙醇+AcONa(乙酸 鈉)。乙酸乙酯和NaOH水溶液將會以相同的流速加入，乙酸乙酯為0.8摩爾/升， NaOH溶液為1.0摩爾/升。乙酸乙酯的完全轉(zhuǎn)化需要一定的時間，但是隨著溫度 的升高，所需的時間會減少。根據(jù)本發(fā)明的用于該反應(yīng)的一種裝置的停留時間 子通道內(nèi)的體積優(yōu)選等于或大于5毫升，更優(yōu)選為10毫升，使得在可達(dá)到的溫度 下(溫度通常不應(yīng)高于反應(yīng)物或溶劑中一種的常壓沸點，以免形成氣體和出現(xiàn)其 它問題)，即使流速為10或20毫升/分鐘(以獲得高效制備和良好的混合)，該反應(yīng) 也能在所述裝置熱控制的環(huán)境中完成90%或更高。例如，在停留時間體積為IO 毫升、溫度為80。C的條件下，在高達(dá)大約20毫升/分鐘的流速下(該流速足以確 保此處所述的測試樣品中良好混合)，進(jìn)入的乙酸乙酯可以有90%在所述裝置 中發(fā)生轉(zhuǎn)化。
本發(fā)明的裝置還優(yōu)選為各預(yù)混合子通道30提供合理的體積，優(yōu)選至少為 0.1-0.5毫升或更大，這些通道也與緩沖劑流體通道或一條緩沖劑流體通道緊密 耦聯(lián)。對于許多反應(yīng)，與上述乙酸乙酯的皂化反應(yīng)類似，需要反應(yīng)物在高于或 低于常規(guī)反應(yīng)物存儲溫度的溫度下開始反應(yīng)，可以用所述預(yù)混合子通道和耦聯(lián) 的緩沖劑流體通道一起，使反應(yīng)物升溫或降溫至所需的溫度，然后使它們接觸 或者對它們進(jìn)行混合。
本發(fā)明的裝置希望具有的另一種特征顯示于圖1中流體通道壁20的形狀 在反應(yīng)物流體通道22的相鄰部分之間，各通道具有各自獨立的壁，它們不與流 體通道22另外的部分共用。流體通道22相鄰部分的壁被間隙23 (優(yōu)選是空氣間 隙)分隔。這種特征會使得裝置在使用的時候整體具有各向異性的熱導(dǎo)性，熱 能在圖6和7中的垂直方向的傳遞要比在圖1中的水平方向傳遞更容易。通過結(jié) 合優(yōu)選使用中等熱導(dǎo)性的材料，例如玻璃或玻璃陶瓷材料形成裝置的結(jié)構(gòu)，這 種特征有助于防止在流體通道22中形成任何過熱點或過冷點，以免它們影響流 體通道22的其它部分，有助于確保熱流主要是沿該方向進(jìn)入(或流出)緩沖流 體通道70,后者以大致平面結(jié)構(gòu)60的形式與流體通道22共享共用的壁。由于壁 20的任意裂口都將處于裝置的外部，因此容易檢測到，從而提高了安全性，不 會造成反應(yīng)物或產(chǎn)物流的交叉污染。
如果需要，還可將緩沖劑流體通道70分段，如圖14所示，將大致為平面的 體積分割成相鄰的大體共平面體積，這顯示了圖13所示結(jié)構(gòu)的一種替代形式， 用兩個緩沖劑流體通道代替一個通道。這種分割開的緩沖劑流體通道的入口可
提供在大體平面微量反應(yīng)裝置的兩個相對側(cè)，例如提供在位置93。這種結(jié)構(gòu)例
如可用來對預(yù)混合反應(yīng)物更充分地預(yù)熱，同時更充分地冷卻混合和/或混合后的
反應(yīng)物流。
本發(fā)明另一個優(yōu)選的特征是反應(yīng)物流體通道22整體具有低的長寬比。在圖 l的實施方式中，圖中顯示的通道22粗略地顯示了它們在圖平面內(nèi)的尺寸，所 述混合子通道在圖平面內(nèi)的尺寸大體為0.5-l毫米，停留時間子通道尺寸大體為 3-5毫米。在垂直于圖平面的方向上，所述通道22在非混合子部分中的尺寸優(yōu)選 為0.5-l毫米。所述通道22的總體積約為5.3毫米，但是在平面結(jié)構(gòu)60之間提供了 更大的封閉體積(通常僅約為0.5-l毫米高)，圖1平面內(nèi)具有約120X 150毫米2 的面積。該體積中常規(guī)最高的高度為lmm，該高度和次最小尺寸之間的比值約 為1:100至1:120。通道22整體的小長寬比、或者限定出通道22的體積的小長寬 比，與兩側(cè)的緩沖流體通道一起，幫助確保對裝置進(jìn)行良好的熱控制。
實施例
Villermaux J.等人在"使用平行競爭反應(yīng)表征微量混合效率(Use of Parallel Competing Reactions to Characterize Micro Mixing Efficiency)" AlChE Symp. Ser. 88 (1991)6,第286頁中描述了使用一種測試方法定量評價兩種可混溶性液體的 混合質(zhì)量。對于本文所述的測試，采用的方法是在室溫下制備酰基氯溶液以 及乙酸鉀和KI(碘化鉀)混合溶液。然后使用注射泵或蠕動泵將這兩種流體或反 應(yīng)物連續(xù)注入待測的微量混合器或微型反應(yīng)器中。
所得的測試反應(yīng)會得到兩種具有不同速度的競爭反應(yīng)生成具有紫外吸收 性質(zhì)的終產(chǎn)物的"快"反應(yīng)和在極快混合條件下占主導(dǎo)地位生成透明溶液的"極 快"反應(yīng)。這樣以來，混合性能與UV透射率相關(guān)，理論上完美的或100%的快速 混合會使得產(chǎn)物中具有100n/。的UV透射率。
在測試下由裝置中流出的流體流過流通室或比色皿(10微升)，通過測量350 納米的透射率進(jìn)行定量。
本文中所討論的壓降數(shù)據(jù)是使用22。C的水，用蠕動泵獲得的?？偭魉偈窃?混合器或反應(yīng)器的出口測得的。使用壓力傳感器測量上游絕對壓力值，微量混
合器或微型反應(yīng)器的出口對大氣壓敞開。
性能實施例I:混合性能，壓降和停留時間
在上面的圖l-5、 8-10、 12和13中所示的本發(fā)明實施方式的九種不同的樣品 上進(jìn)行了上述混合測試。圖15中繪制的數(shù)據(jù)100示出作為流速的函數(shù)的平均快 速混合性能，圖16中繪制的數(shù)據(jù)200示出作為流速的函數(shù)的平均壓降?？焖倩旌?使得從略低于20毫升/分鐘開始和增大的流速范圍下，測得混合性能等于或大于 90%，對應(yīng)于略小于90毫巴的最小壓降。駐留時間或"停留時間"作為流速的函 數(shù)以數(shù)據(jù)300繪制在圖17中。
比較例A
如上所述對玻璃形成的流體動力學(xué)會聚的最優(yōu)化的大體平面構(gòu)型多層層 疊混合器進(jìn)行測試，該混合器大體上與上述AIChE J. 49， 3 (2003) 566-584中報 道的裝置類似。用圖15中曲線表示的數(shù)據(jù)102示出快速混合性能，同一裝置的壓 降性能由圖16中曲線表示的數(shù)據(jù)202示出。使用虛線標(biāo)示來區(qū)別該比較例的裝 置，根據(jù)本文所用的術(shù)語，該裝置僅是一個"混合器"，而不是微型反應(yīng)器。
令人吃驚的是，本發(fā)明的微型反應(yīng)裝置對可混溶液體的快速混合性能超過 了比較例A的裝置，比較例A的裝置僅設(shè)計用來進(jìn)行快速混合，而沒有像本發(fā)明 的裝置這樣提供溫度控制或具有停留時間功能。本發(fā)明被測的實施方式在任意 給定流速下的混合性能都優(yōu)于比較例A的裝置。另外，本發(fā)明的裝置達(dá)到的較 佳的混合效果不會被增大的壓降所抵消。相反的，相對于實施例A的相間交錯 混合器，本發(fā)明裝置的壓降性能還獲得了改進(jìn)(即更低的壓降)。在較低的壓降 下，本發(fā)明裝置可達(dá)到的生產(chǎn)量也更佳。比較例A的裝置在約等于和大于30毫 升/分鐘的流速下獲得大于90%的混合效果，這相當(dāng)于超過200毫巴的最小壓降, 大于上述本發(fā)明實施方式中獲得相同混合性能所需最小壓降的2倍。
比較例B
還如上所述對使用根據(jù)上文中Marioth等人所述的平行的多個混合"T形 管"，由玻璃制微型反應(yīng)裝置進(jìn)行了測試?；旌闲阅芙Y(jié)果由圖15中的數(shù)據(jù)104 示出，而壓降性能結(jié)果由圖16中的數(shù)據(jù)204示出。
在40毫升/分鐘的流速下，比較例B的裝置達(dá)到了約80X的快速混合性能,
這對應(yīng)于約為92毫巴的壓降，略高于本發(fā)明的裝置達(dá)到90%的混合時的壓降。 比較例B的裝置提供的停留時間與本發(fā)明的裝置顯著不同，見圖17中的數(shù)據(jù) 304。比較例B的裝置的停留時間僅約為上述本發(fā)明實施方式的八分之一。比較 例B中需要40毫升/分鐘的流速以達(dá)到90。/。的混合，使得停留時間極短(< l秒)， 因此裝置的邊界內(nèi)許多反應(yīng)無法完成(即使是接近完成)，更不用提在裝置的 熱緩沖部分中完成了，使得在反應(yīng)物通過非熱緩沖的收集通道、和通過流體接 頭處流出的時候，可能造成熱控制的損失。
比較例C
如上所述還對高耐腐蝕性不銹鋼形成的微型反應(yīng)裝置進(jìn)行了測試，該裝置 與Richter等人在"金屬微量反應(yīng)器部件和整體化系統(tǒng)(Metallic Microreactors: Components and Integrated Systems) ，， Proceedings of IMRET 2, 146-151 AlChe Meeting, New Orleans, USA, 1998中所述的裝置類似?；旌闲阅芙Y(jié)果由圖15的數(shù) 據(jù)106示出，而壓降性能結(jié)果由圖16中的數(shù)據(jù)206示出。比較例C裝置的停留時間 用圖17中數(shù)據(jù)306標(biāo)示，巧合的是，其與比較例B的數(shù)據(jù)相同。
從圖中可以看出，比較例C的裝置在約等于和大于7.5毫升/分鐘的流速下 達(dá)到高于90%的快速混合，這對應(yīng)于約730毫巴的最小壓降，比上述本發(fā)明實施 方式中獲得相同快速混合性能的最小壓降大八倍。
性能實施例II:混合的重復(fù)性和耐久性
在20毫升/分鐘的流速下，對圖1-10、 12和13所示的本發(fā)明實施方式的九個 不同的樣品進(jìn)行了如上所述的快速混合測試，比較了數(shù)值的范圍。在20毫升/分 鐘的透射百分率為93-95%。相同裝置中的重復(fù)性也非常好，為±1%。
還對通過上述方法用玻璃形成的本發(fā)明裝置的樣品進(jìn)行了堿腐蝕，具體操 作是使lN(lM)的NaOH溶液在95eC以20毫升/分鐘的速率流過反應(yīng)物通道。在0、 100、 200和300小時這樣的腐蝕之后，測量壓降隨流速、總內(nèi)部體積和混合性 能的變化情況。300小時腐蝕之后，內(nèi)部體積增大了約30%，壓降減半。但是如 圖17的圖表顯示，在腐蝕測試過程中混合性能保持穩(wěn)定，該圖表顯示了0、 100、 200和300小時之后測得的混合性能隨流速的變化情況。
混合性能的耐久性或穩(wěn)定性相對于具有非單式混合器的常規(guī)微型反應(yīng)器 是一個改進(jìn)，所述非單式混合器是指將反應(yīng)物流分流成多股流的混合器，其取
決于這種分流及其均勻平衡，在混合過程中局部地保持所需的化學(xué)劑量關(guān)系。 本發(fā)明人在測試中觀察到了這些裝置的混合性能的一些不穩(wěn)定性或變化，這些 變化是由于(特別是在較低流速下)可能發(fā)生的分流的變化造成的。這些變化 只會隨著腐蝕或其它腐蝕性老化作用而惡化，由于通過更多流體的通道也會經(jīng) 受更大程度的腐蝕，造成更大的流動不平衡，加快混合性能的變差。
本發(fā)明裝置顯著腐蝕之后的良好混合性能還證明本發(fā)明裝置的內(nèi)部特征 提供了一定的可擴(kuò)大到更大體積的能力，甚至超過當(dāng)前微型反應(yīng)裝置較大的尺 寸，具有更高的通過量和較低的壓降，同時保持基本相同的混合質(zhì)量。
性能實施例ni:顆粒處理
將碳化硅顆粒分散在水中，使其流過本文所述種類的反應(yīng)物通道，以作為
輸送惰性顆粒能力的測試。測試了三種不同平均粒度的顆粒13,37和105微米, 所有的顆粒的長徑比都為2:l至3:l。在18毫升/分鐘的流速下，在300克/升的顆粒 加入量之下，對13微米和37微米的顆粒未觀察到發(fā)生堵塞或壓降變化。在25和 50克/升的濃度下檢測105微米的顆粒，在25克/升的濃度下未發(fā)生堵塞。在50克/ 升的濃度下，幾分鐘后觀察到堵塞。
在本文所述種類的反應(yīng)物通道中對高錳酸鉀進(jìn)行還原，作為測量對玻璃具 有親合性的沉淀物(Mn02)的輸送能力的測試，所述反應(yīng)物通道用玻璃形成。在 44克/升的濃度下，當(dāng)制得的沉淀顆?；颈３蛛x散，所得的有效粒度為8-10微 米，當(dāng)粒度為10-100微米的時候，觀察到發(fā)生聚集。在任意的情況下，在15分 鐘的實驗過程中，均未觀察到發(fā)生堵塞。
比較例D
使用粒度為105微米的碳化硅顆粒，在5、 10和50克/升的顆粒加入量之下， 對上述比較例B的裝置進(jìn)行測試。5和50克/升的流體以18毫升/分鐘的速率加入, 而10克/升的流體以快50%的速率，即27毫升/分鐘的速率加入。盡管比較例B中 裝置內(nèi)多個平行混合通道中的每個通道從橫截面尺寸與測試的本發(fā)明裝置中 單一混合通道的尺寸相同，但是在所有三種測試條件下，比較例B中的裝置都發(fā) 生了堵塞。堵塞最經(jīng)常在該裝置中多個平行混合通道緊鄰的上游的通道或室內(nèi) 發(fā)生。盡管沒有對比較例A和C的裝置進(jìn)行顆粒測試，但是這兩種裝置都具有多 個平行的通道，其橫截面遠(yuǎn)小于容易發(fā)生堵塞的比較例B的裝置。在相同的測試
條件下，可以預(yù)期比較例A和C的裝置也會發(fā)生堵塞。
性能實施例IV:測量的熱交換
在6(TC的溫差下進(jìn)行了水-水試驗(熱流體在熱緩沖流體通道或?qū)又辛鲃樱?冷流體在反應(yīng)通道中流動)。用流過反應(yīng)物通道的流體的溫度升高來計算熱交換 能力。圖18顯示了緩沖劑通道中兩種不同流速的數(shù)據(jù)下部的曲線308表示在 270毫升/分鐘的情況，上部的曲線310表示在610毫升/分鐘的情況。如圖所示， 在略超過100毫升/分鐘的反應(yīng)物流速下，150W的能量被傳送到反應(yīng)物通道流 體。當(dāng)緩沖劑流體層中的流速為l升/分鐘，反應(yīng)物通道中為100毫米/分鐘的時 候，傳送了165W的能量。
性能實施例V:反應(yīng)控制
測試表明根據(jù)本發(fā)明的種類的裝置能夠控制相關(guān)的放熱反應(yīng)。例如，使 23.5重量％苯酚和6.1重量％乙酸在70.4重量％水中的苯酚溶液以15.76克/分鐘 (13.13 1/min)的速率流入根據(jù)本發(fā)明裝置的一個口內(nèi)，同時使65重量％硝酸的 硝酸溶液以6.76克/分鐘(6.63毫升/分鐘)的速率流入另一個口內(nèi)，使得總輸入速 率為22.53克/分鐘(或者19.75毫升/分鐘)，兩種反應(yīng)物均基本處于室溫。將60'C 的水以150或200毫升/分鐘的速率通入緩沖劑流體通道。結(jié)果兩種輸入的反應(yīng)物 均從緩沖劑流體接收到足夠的能量，基本上在反應(yīng)物接觸的時候立刻開始發(fā)生 苯酚的自催化硝化，反應(yīng)開始后，反應(yīng)產(chǎn)物的溫度升高保持在小于10'C。還觀 察到約等于或大于70%的良好的產(chǎn)率。
權(quán)利要求
1.一種微流體裝置，其包括伸長的主體；限定在所述伸長的主體內(nèi)的反應(yīng)物流體通道，所述反應(yīng)物流體通道具有一個或多個用來接收流體流入所述反應(yīng)物流體通道的入口，混合子通道，和停留時間子通道，對于給定的流體和流速，所述混合子通道的壓降/體積比大于在所述的給定流體和流速條件下所述停留時間子通道的壓降/體積比；一種或多種限定在所述伸長的主體中的熱緩沖流體通道；對所述反應(yīng)物流體通道及其所述混合子通道進(jìn)行安排和設(shè)置，使得流過所述一個或多個入口中的至少一個的所有流體都通過所述混合子通道，所述停留時間子通道的體積至少為1毫升。
2. 如權(quán)利要求l所述的微流體裝置，其特征在于，所述停留時間子通道的 體積至少為2毫升。
3. 如權(quán)利要求l所述的微流體裝置，其特征在于，所述停留時間子通道的 體積至少為5毫升。
4. 如權(quán)利要求l-3中任一項所述的微流體裝置, 主體包含玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料。其特征在于，所述伸長的
5. 如權(quán)利要求l-3中任一項所述的微流體裝置， 主體包含玻璃或玻璃-陶瓷材料。其特征在于，所述伸長的
6. 如權(quán)利要求l-5中任一項所述的微流體裝置， 合子通道，在流經(jīng)該子通道的流體中引發(fā)次級流。其特征在于，設(shè)置所述混
7. 如權(quán)利要求l-6中任一項所述的微流體裝置，其特征在于，所述混合子 通道包括其中具有彎曲結(jié)構(gòu)的通道，所述彎曲結(jié)構(gòu)位于一個以上平面內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求l-7中任一項所述的微流體裝置，其特征在于，所述反應(yīng)物 通道具有足夠的流動容量，使水能夠在2巴的壓降下以至少100毫升/分鐘的流速 流動，所述一個或多個熱緩沖通道中的至少一個的流動容量至少為所述反應(yīng)物 通道的兩倍，所述至少一個熱緩沖通道通過與所述混合子通道共用一個或多個 共用壁而與所述混合子通道緊密熱耦聯(lián)。
9. 如權(quán)利要求l-8中任一項所述的微流體裝置，其特征在于，所述反應(yīng)物 通道具有足夠的流動容量，使水在l巴的壓降下以至少100毫升/分鐘的流速流 動。
10. 如權(quán)利要求l-9中任一項所述的微流體裝置，其特征在于，所述一個或 多個熱緩沖通道中的至少一個的流動容量至少為所述反應(yīng)物通道的五倍。
11. 如權(quán)利要求1-10中任一項所述的微流體裝置，其特征在于，所述一個 或多個熱緩沖通道通過與所述混合子通道共用兩個或更多個公共壁，而與所述 混合子通道熱耦聯(lián)。
全文摘要
一種微流體反應(yīng)裝置10，其包括全部限制在一個伸長的主體內(nèi)的熱緩沖流體通道[70]和反應(yīng)物通道[22]，所述反應(yīng)物通道[22]具有混合子通道[40]和停留時間子通道[50]，所述停留時間子通道[50]的體積至少為1毫升，所述混合子通道[40]為無需精確分流的單式的混合器的形式，以提供良好混合。所述裝置優(yōu)選由玻璃或陶瓷形成。所述單式的混合器[40]構(gòu)建成在反應(yīng)物流體中產(chǎn)生次級流，優(yōu)選通過共用一個或多個共用壁而與緩沖劑流體通道[70]緊密地?zé)狁盥?lián)。
文檔編號B01J19/00GK101102835SQ200680001923
公開日2008年1月9日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者C·C·蓋爾穆, J·-P·特蒙特, P·卡茲, P·沃爾, Y·P·內(nèi)德萊克 申請人:康寧股份有限公司