[发明专利]质量流速控制系统

说明书

本申请是申请号为200680038787.4（PCT/EP2006/010203），申请日为2006年10月23日，名称为“质量流速控制系统”，申请人为“隆萨股份公司”的中国发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种静态混合器给药系统，尤其涉及微型反应器及其控制方法。

诸如微型反应器的静态混合器的作用是使容纳于其中的流体或反应物混合和/或反应。静态混合器包括至少一个，通常为两个进口以便将一种或多种流体通过泵，具体是活塞泵馈送到混合器。然而，由于这种泵具有循环周期性特性，因此会在混合器内产生压力波动。由于具体在微型反应器中，小尺寸的静态反应器具有结构化内腔和表面、具有或没有温度控制、需要更高的压力，因此在这类常规系统中会发生巨大的压力脉冲。图3A描绘了由常规活塞泵传递到微型反应器的进料压力。尤其当反应是微型混合控制的或是压力依赖时，这类发生于包括输送泵的常规系统中的压力波动，具体是压力脉冲，可以反过来影响反应器内的化学反应(选择性、反应机制、副产品的形成等)。

为了施加所需量的流体，必须测量和高精度地控制每种流体的质量流速。

一种测量质量流速的已知方法被所谓的科里奥利(coriolis)质量流控制器(CMFC)。CMFC包括以一定振幅振动的长金属管。然而，这些振动会降低该设备的稳定性和该微型反应器内部的特性。而且，就已知的CMFC而言，精确测量得到的最小质量流应当至少有10克/分钟。此外，为了在低流速下获得良好的精确性，需要直径非常小(小于1mm)的管，但这会引起被称为闭塞、堵塞等的额外问题。而且，CMFC需要相对长的在金属结构中的停留时间，因此会带来一些问题和不良副作用，像化学反应、腐蚀、担心需要(apprehensive effort)进行预热或预冷。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于静态混合器的给药系统，其可以控制质量流，从而避免或至少缓解上述缺点之一。

所述目的由权利要求1所述的给药系统所解决。

一种将流体A馈送到静态混合器1的给药系统，所述系统包括含有所述流体A和处于预定压力的罐2，和提供所述预定压力的加压元件B；连接所述静态混合器1和罐2的流体通道3；检测罐2中所含流体A的重量PV_M的台秤5、设置在所述流体通道3内以控制所述流体A从所述罐2到所述静态混合器1的流动的控制阀4；接收所述流体A的靶流速SP_Q和所述流体A的实际流速PV_Q；和将控制信号MV_L输出到所述控制阀4指示阀位置来调节流速的控制器6；以及在不同时间点t0和t1，基于所述台秤5测得的PV_M，将所述实际流速PV_Q输出到所述控制器6的流估计器。所述流体可以是液体或气体，例如液态或气态反应物或其中有或没有溶解反应物的溶剂。

为了控制所述流体流进所述混合器的质量流，必须测定质量或体积流。因此，本发明给药系统中采用了台秤和流估计器。由于罐中所含流体的重量以及罐、流体和加压元件的总重量只随所述流体流出罐的流量而改变，因此可以根据在不同时间点由所述台秤测得的罐中所含流体的重量来确定流体的流速。即，如果罐中所述流体或整个系统的重量在某一时间段内减少了一定量，则可以通过将所述量除以所述时间段来得到流速。优选地所选择的通过台秤测量和经流估计器处理重量的所述时间段足够小以便获得足够精确的流速，却又足够大以避免样本噪声。

采用这种质量流控制时，与已知的CMFC方法不同，所述反应媒介管可以由适于反应的任何材料，如钢、玻璃、电子邮件(email)、聚合物制成。而且，完整的控制器可以构建有简单和价廉的对环境影响不如常规CMFC或其它已知质量流控制器敏感的元件。

在一个实施方式中，加压元件包括将流体馈送出罐进入混合器的泵。所述泵可以由任何已知方式构成，如作为活塞泵或注射泵。该泵和罐应与台秤协调，后者反过来测定罐中所含流体和加压元件的总重量。有利地，在开始馈送流体前所述台秤可重置到一个初始点(零点)来消除像罐、泵等设备的恒重。

然而，即使有包括泵的加压元件，仍然会发生如绪论中所述的振动和压力脉冲。因此，在优选实施方式中，加压元件可以包含一种处于预定压力下的惰性流体，该压力足以将要馈送进混合器的流体压出罐外和压进所述混合器。因此，在该实施方式中可以有利地避免由泵所产生的振动和压力脉冲。这类非振动和固定的给药系统允许以简单的管道连接进行进一步加工(预冷、预热、预混合两条或多条线路等)。