[发明专利]多流路微型反应器设计

说明书

优先权

本申请要求题为“多流路微型反应器设计(Multiple Flow Path Microreactor Design)”的2008年10月22日提交的欧洲专利申请第08305711.7号以及2008年9月29日提交的欧洲专利申请第08305610.1号的优先权。

发明背景

如本文所理解的，微流体装置包括数微米至数毫米的流体装置，也就是说，包括最小尺寸为数微米至数毫米、优选约数十微米至约2毫米的流体通道的装置。部分是由于所述微流体装置具有其特征的低总工艺流体体积和特征的高表面/体积比，微流体装置、特别是微型反应器可以以安全、高效和环境友好的方式有效地进行一些困难的、危险的、甚至是其它方式无法进行的化学反应和工艺、这些改进的化学处理经常被称作“工艺强化”。

工艺强化是化学工程的一个范例，其有可能改变常规的化学处理，获得更小、更安全、更节约能源和更环境友好的工艺。工艺强化的主要目标是使用同时显著减小反应器尺寸并且最大程度提高传质和传热效率的构造获得高效率的反应和处理系统。通过使用一些方法，使得研究人员可以获得更好的转化率和/或选择性，由此可以缩短从实验室到工业生产的开发时间，这也是所述工艺强化研究的重点之一。工艺强化对于精细化学和药物工业可能是特别有益的，在这些领域中，产量经常小于几公吨/年，在强化工艺中，实验室结果可以较为容易地以平行方式成比例放大。

预期相对于目前常用的技术，由开发新设备和技术组成的工艺强化能够给制造和处理带来非常重要的改进，显著减小工程开发的设备尺寸，由此获得明显更小、更清洁、更节能的技术，这就是工艺强化。

本发明所揭示的方法和/或装置通常可用来进行任何工艺，所述工艺包括在微型结构中对流体或流体混合物进行混合、分离、萃取、结晶、沉淀或其它的处理，所述流体混合物包括流体的多相混合物，并包括流体或包括还含有固体的流体的多相混合物的流体混合物。所述处理可以包括物理过程，化学反应，生物化学过程，或者任意其它形式的处理，化学反应被定义为导致有机物、无机物、或者有机物和无机物发生相互转化的过程。以下列出了可以通过所述方法和/或装置进行的反应的非限制性例子：氧化；还原；取代；消除；加成；配体交换；金属交换；以及离子交换。更具体来说，以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的非限制性例子：聚合；烷基化；脱烷基化；硝化；过氧化；磺化氧化；环氧化；氨氧化；氢化；脱氢；有机金属反应；贵金属化学/均相催化剂反应；羰基化；硫羰基化；烷氧基化；卤化；脱卤化氢；脱卤化；加氢甲酰化；羧化；脱羧；胺化；芳基化；肽偶联；醇醛缩合；环化缩合；脱氢环化；酯化；酰胺化；杂环合成；脱水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；酮化；皂化；异构化；季铵化；甲酰化；相转移反应；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；叠氮化学反应；复分解；氢化硅烷化；偶联反应；以及酶反应。

本发明人及其同事之前开发了可以用于工艺强化的各种微型流体装置，以及制造这些装置的方法。这些之前开发的装置包括由现有技术图1所示的一般形式的设备。图1不是按照比例绘制的，是某种的微流体装置的一般层状结构的透视示意图。图示种类的微流体装置10通常包括至少两个体积12和14，其中，设置或配置一个或多个热控制通道(在此图中未细致地显示)。通过水平壁16和18在垂直方向限制体积12，同时通过水平壁20和22在垂直方向限制体积14。

在该文献中的术语“水平”和“垂直”仅仅是相对术语，仅仅表示一般的相对取向，不一定表示正交，还可以为了便于表示图中所用的取向而使用，所述取向仅仅按惯例使用，并不是作为所示装置的特征。本发明以及文中所述的实施方式可以以任何所需的取向使用，水平壁和垂直壁通常仅仅是相交的壁，不一定是垂直的。

反应物通道26(现有技术的图2显示了其部分细节)设置在两个中央水平壁18和20之间的体积24内。图2显示了垂直壁结构28的截面平面图，一部分垂直壁结构在体积24内特定的截面层限定了反应物通道26。图2中的反应物通道26画上阴影，以便于观察其中包含的流体，该通道形成蜿蜒形式的具有恒定宽度的二维曲折迂回的通道，其覆盖了限定体积24的板的表面最大的区域。图1的截面图所示的微型流体装置10的其他部分与曲折的反应物通道26的入口30和出口32之间的流体连接在体积12和/或14内的对图2所示的截面图的平面有垂直位移的不同的平面内提供。

所述反应物通道26在垂直于大体平的壁的方向具有恒定的高度。

图1和图2所示的装置用来提供体积，在此体积中可以完成反应，同时处于相对受控的热环境。