CN102405099B - 连续反应微反应器 - Google Patents

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Abstract

一种模块结构的连续反应微反应器，该微反应器沿其由后至前的堆叠轴包括：第一框架装置(100)、反应单元(RU)以及第二框架装置(200)，其中所述反应单元(RU)包括工艺流体通道系统，其用于流入所述反应单元的多种投料或反应剂的连续反应以形成至少一种流出所述反应单元(RU)的产物，且包括热交换流体通道系统，其用于调节所述工艺流体通道系统的温度环境，所述第一和第二框架装置(100、200)各自形成法兰，且所述第一和第二框架装置通过多个沿所述第一及第二框架装置(100、200)外周且处于该外周内的拉紧装置彼此相对压紧并封装所述反应单元(RU)。

Description

连续反应微反应器
技术领域
本发明涉及连续反应微反应器，特别涉及模块结构的连续微反应器。
背景技术
在连续反应技术中，多种投料或反应剂连续流入反应器或微反应器，在其中进行化学反应，从而形成连续流出的产物。在该反应器内提供了将多种投料集合、混合并涡旋的工艺流体通道系统，其置于优化反应环境中(特别为特征温度状况)以发生化学反应。该种工艺流体通道系统可分为适当地串联排列的至少一个湍流混合区以及至少一个基本层流滞留区。对于超过一个混合区和/或滞留区的情况，它们以适当方式连结。为形成熟知的温度状况，通常集成热交换系统，例如通道形式的热交换系统。
上述类型的微反应器披露于，例如，EP 1 839 739 Al，其为包括配置为形成堆叠的多个工艺模块及热交换模块的模块微反应器。该种工艺模块通过增加单独子系统外部连结形成既大且长的流动通道系统，且由于该种热交换模块，可实现流入该流动通道系统的化学物质(反应剂，产物)的逐段加热或冷却(本段采用文献EP 1 839739 A1所用的术语，其含义并非始终等同于本文所用该术语)。
该种反应器的开发是一项复杂任务，即便如今也无法通过计算机模拟满意地解决，仍需追加实验研究以推进该领域的进展。
发明内容
本发明一项目标为提供用于连续反应技术原位研究的实验室规模微反应器，其使得研究者能够更深地理解所涉及的流体动力学，该反应器可随后被放大至工业规模。
该项目标可通过权利要求1的特征实现。
本发明(权利要求1)涉及一种连续反应微反应器，该微反应器(a)具有模块结构，沿其由后至前的堆叠轴包括：第一框架装置、反应单元以及第二框架装置，其中(b)该反应单元包括工艺流体通道系统，其用于流入所述反应单元的多种投料或反应剂的连续反应以形成至少一种流出所述反应单元的产物，且包括热交换流体通道系统，其用于调节该工艺流体通道系统的温度环境，(c)该第一和第二框架装置各自形成法兰，且该第一和第二框架装置通过多个沿该第一及第二框架装置外周且处于该外周内的拉紧装置彼此相对压紧并封装该反应单元(权利要求1所定义主题的示意图可参见图1)。
有关(a)的注释：本发明微反应器的模块性表示所有结构部件(法兰及反应单元中每一个)可单独地被替换，从而可考察和解决多种技术问题。就此而言，例如，该反应单元可被另一不同类型和/或复杂度的工艺流体通道系统和/或热交换流体通道系统替换，以运行不同化学反应或采用具有不同物理特性(粘性、温度和/或压力动态、雷诺数等)的投料流入该反应单元。
术语“由后至前的轴”定义形成该微反应器的每个元件或实体的后表面和前表面。此外，术语“法兰”应理解为基本处于与该由后至前的轴垂直的平面内并以该轴为中心的连接或紧固装置，由此，该由后至前的轴可被视为对称轴。此外，该法兰具有圆环形状或与圆环同形的形状(该内和外周可以为例如方形或长方形；在此情况下，该角落可为圆形或非圆形)。
有关(b)的注释：对于该工艺流体通道系统及该热交换流体通道系统彼此或该第一和第二框架装置的空间关系并无原则限制，只要它们之间的热交换足以提供在各种投料或反应剂之间发生化学反应(即，各种化学物质在该微反应器内，在该工艺流体通道系统内相互作用)所需的温度环境。然而，该通道系统之一优选地处于平面A，而该通道系统另一个在平面B中延伸，其中平面A和平面B彼此平行。更优选地，该通道系统至少部分一致地形成，从而优化热传递。该通道系统可通过例如以合适铸造技术生产反应单元后生成。有利地，在该反应单元侧面提供相应的入口和出口端，如图1所示。
有关(c)的注释：根据本发明定义了排列该反应单元的空间(通过该法兰状第一和第二框架装置以及通过连接该第一和第二框架装置的多个紧固装置中两个相邻装置的轴所定义的平面限定)。有利地，如图1所示，所述紧固装置等距排列且不完全封装或包住该反应单元，从而允许由该微反应器外部可接近该反应单元侧表面，藉此在该反应单元和外部单元(流体供应单元、泵、测量装置等)之间建立必要的联系。优选地，入口及出口端在灵活外部导管系统(例如所述外部单元)之间形成界面，且该工艺流体通道系统和/或热交换流体通道系统排列于所述空间内，从而为该反应单元提供最佳机械保护。根据本发明，该紧固装置可沿该第一和第二框架装置外周排列并处于该外周内。即，主要由机械保护所有其它部件的该第一和第二框架装置形成本发明微反应器在垂直于该堆叠轴的平面中的最大延伸。
综上，本发明的微反应器具有如下三个主要优点：(1)其为模块化设计，(2)其反应单元被该第一和第二框架装置以及该紧固装置机械保护，以及(3)其工艺流体和热交换流体通道系统可由外部容易地接近。
根据本发明的优选方面(权利要求2)，该反应单元包括工艺和热交换模块，并在该工艺和热交换模块以及该第二框架装置之间夹入了盖板。首先，如上所述，本发明的模块化表示每一个该工艺和热交换模块以及该盖板可被单独地替换。此外，该盖板作为密封装置，以对形成该工艺和热交换模块前表面的工艺流体通道系统进行密封。即，不带有该盖板时，形成该工艺流体通道系统的通道为不同厚度和/或深度的开口凹槽，其可通过一些微加工技术如铣削容易地形成。然后，该开口凹槽可液密覆盖并通过盖板密闭，在该反应单元侧表面留出各种投料和产物的入口和出口开口。
根据本发明的优选方面(权利要求3)，该工艺和热交换模块包括板状子模块、工艺子模块和热交换子模块，延续权利要求1和2中定义的本发明的模块概念。就相应通道系统的制造和密封而言，盖板和工艺子模块的组合相当于工艺子模块和热交换子模块的组合；该工艺流体通道系统和该热交换流体通道系统两者均面对该第二框架装置，并以直接在其前方的相邻模块/板后表面密封的方式被覆盖。
根据本发明的优选方面(权利要求4)，该热交换子模块和该第一框架装置由一个部分制成。该特征乍看脱离了该模块化概念，因为两个结构部件的功能被整合为单个元件。然而，只要该热交换流体通道系统的通道经适当设计，通过相同热交换流体通道系统可能为多个不同工艺流体通道系统实现足够的加热和/或冷却效果。即，权利要求4中所定义的单个“热交换子模块-第一框架装置-集成元件”可与一个以上工艺流体通道系统及其中发生的化学反应相容。因此，乍看是降低模块性，实际强调了该子模块/板的可独立替换性。此外，制造作为一个部分的该热交换子模块和该第一框架装置降低了制造成本。
根据本发明的优选方面(权利要求5)，该工艺和热交换模块包括板状工艺和热交换子模块和第二盖板，从而延续权利要求1和2中定义的本发明的模块概念。权利要求3中定义的结构(其中该工艺和热交换模块在提供时包括基本相当的子模块)与在其前表面的通道系统的差异在于该工艺和热交换模块包括(i)第一子模块，其包括工艺流体通道系统(形成其前表面)和热交换流体通道系统(形成其后表面)两者，和(ii)第二盖板。其优点在于任意工艺和热交换子模块可被设计为两种最适合的通道系统。即，实践中，有待于通过本发明微反应器研究的特殊化学反应为实现最佳结果需要特定类型的工艺流体通道系统，其为实现最佳结果进而需要特定类型的热交换流体通道系统。通过本发明的结构，该工艺流体通道系统的选择自动提供了最佳热交换流体通道系统。
根据本发明的优选方面(权利要求6)，该工艺和热交换子模块进一步分为板状子模块体，包括该工艺流体通道系统的第一子模块体，包括该热交换流体通道系统的第二子模块体。因此，细分至更小的“主要”实体(即，不管入口及出口端等元件)为：反应单元→模块→子模块→子模块体。根据本发明，该反应单元被分为四个主要实体，或该微反应器被分为六个主要实体。应当指出，该实体也可以不同方式分组。即，在制备该热交换流体通道系统后，例如该热交换子模块体可与该第二盖板连接形成第二热交换模块(与权利要求3定义的热交换模块相当，但具有无需待密封额外表面的密闭通道系统)。
根据本发明的优选方面(权利要求7)，该第二盖板和该第一框架装置由一个部分制成。此处请参考上文有关权利要求4的描述。
根据本发明的优选方面(权利要求8)，该第二框架装置经配置使得可通过透明盖板检视该工艺流体通道系统。该种检视使得可对投料的流动特性进行原位观察，该投料连续流入该反应器以在其中化学反应从而形成包含连续流出该反应器的产物的混合物，还可在该微反应器于预定时间段“关闭”后评估沉着物。该投料可彼此独立地为液体或气体，仅取决于所面对的反应。由于投料的流动(尤其通过该工艺流体通道系统的混合区的流动)为混沌流动，且取决于多种参数，例如其粘性(取决于所经受的温度)，流动速度(对于该工艺流体通道的具体几何形状(形状、大小)，取决于入口压力)，所述几何形状，投料的反应动力学等，通常优选地以计算机模拟进行观察，或者该种计算机模拟首先输入以该方式法获得的实验数据。因此，在工艺流体通道系统的设计中能够观察该化学物质(投料/反应剂和产物)流动的选择为无价的优点。本发明该方面的盖板可以为完全透明，由例如玻璃或塑料制成，或者具有该种材料适当排列的部分。有利地，无色投料可被染色以能够观察其混合过程。优选地，可加入不与该投料反应的化学物质，其显示表征其温度的颜色变化。例如，pH指示剂和中和反应可指示沿通道长度的混合过程。除以肉眼观察外，还可通过合适的仪器例如光谱计或/和各种滤光片以获得工艺模块中所发生过程的信息(UV、IR、Raman)。
根据本发明的优选方面(权利要求9)，该第二框架装置具有允许所述检视的窗口。该窗口可具有任意合适的形状，主要为圆形或长方形，且理想地以该堆叠轴为中心。
根据本发明的优选方面(权利要求10)，该盖板并非透明，而是可以被配置为允许通过该第二框架装置至该盖板的外部流体连接，从而作为所述工艺流体通道系统的流体入口装置。其优点为能够通过该盖板的前表面结合额外投料进入该工艺流体通道系统，从而使结合投料的部位不受该反应单元侧表面的限制。此外，将该工艺流体通道系统与外部连接的通道可以更短。
根据本发明的优选方面(权利要求11)，直接覆盖该工艺流体通道系统的盖板表面带有催化涂层。该催化涂层可仅涂覆于该盖板与该工艺流体通道系统中流动化学物质相接触的区域。作为由单种催化物质制得的催化涂层的变更，该催化涂层可由不同催化物质制成，取决于该盖板和该反应单元的装配状态中该催化涂层相对于该工艺流体通道系统的位置。替代性地或附加地，催化物质可以微球或拉西环形式被直接插入反应通道。
根据本发明的优选方面(权利要求12)，该工艺流体通道系统具有针对多种流入该工艺模块的初级投料的多个初级入口端，以及于化学物质流动方向中所述多个初级入口端之后，针对流入该工艺模块的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。由此，可沿该工艺流体通道系统观察到发生复杂化学反应，其中，例如，通过混合两种初级物质启动第一反应以形成第一(中间体)产物，然后添加第二投料流并与该第一(中间体)产物混合以形成第二中间体产物等。每次添加第二投料，有利地与之前形成的相应产物混合。替代性地，如EP 1 839 739 Al所披露，通过多重注射模块，每次添加的第二投料与一定量第一投料反应。
根据本发明的优选方面(权利要求13)，该初级和/或次级入口端排列于该反应单元侧表面和/或前和后表面。将入口端排列于侧表面可使得能够实现致密及节省空间的设计，其不足在于无法同等自如地在该工艺流体通道系统中每个位置供应投料，尤其在构建该工艺流体通道系统的结构元件(绕组)之间具有更少空间之时。通过将入口端排列于该反应单元的前和/或后表面可改变该状况。理想地，通过密度更低的工艺流体通道系统(其中该供应或投料通道可建立为连接至该工艺流体通道系统任意点)可获得两种优点。
根据本发明优选方面(权利要求16)，该连续反应微反应器的第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其定义该热交换模块和该工艺模块相对于该堆叠轴的位置。由于这些定位装置，其根据本发明的优选方面(权利要求17)分别形成为该第一和第二框架装置表面的凹进，构建该微反应器的模块可被准确且明确地定位。即，所有将在该改动中替换的元件均具有与形成在相应框架装置的凹进的内部尺寸同量的外部尺寸，从而减少其装配并明确其相对位置。
如部分权利要求(其主题如上文注释)所定义的本发明主要方面的结构显示于图18。
附图说明
本发明前述及进一步的目标、特征及优点可通过如下优选实施方式的描述并参考附图清楚易见。附图中：
图1为根据本发明第一实施方式的装配连续反应微反应器的示意透视图。
图2A和2B为根据本发明第二实施方式的连续反应微反应器两种变体的示意分解透视图。
图3A和3B为根据本发明第三实施方式的连续反应微反应器两种变体的示意分解透视图。
图4A和4B为根据本发明第四实施方式的连续反应微反应器两种变体的示意分解透视图。
图5为显示根据本发明的特定类型工艺流体通道系统细节的模块的示意透视图。
图6-15为根据本发明的工艺流体通道系统的变体。
图16A和16B为根据本发明的装配微反应器的示意透视图，其中16B显示经第二框架装置于图16A中可见的工艺流体通道系统的放大视图。
图17为典型混合器类型的示意视图；以及
图18的制图显示部分权利要求所定义的本发明主要方面。
具体实施方式
图1显示根据本发明第一实施方式的装配连续反应微反应器的示意透视图。根据图1，该微反应器10包括-沿由后至前的堆叠轴S排列(其中该由后至前的方向由该堆叠轴S顶部的箭头表示)-第一框架装置100、反应单元RU以及第二框架装置200。该第一和第二框架装置100、200分别形成为法兰，并通过四个螺栓206彼此压紧，该螺栓206延伸通过该第二框架装置200中的通孔204并分别旋入四个螺纹孔205，其分别沿该第一和第二框架装置100和200的外周排列并处于该外周内。如图1所示，每两个相邻螺栓206的轴线定义一个平面，从而得到总计四个平面，其与该第一和第二框架装置100、200限定或定义了排列该反应单元RU的空间。具体地，通过明确压紧力，该第一框架装置100通过该螺栓206由下方压紧该反应单元RU，而该第二框架装置200通过该螺栓206由上方压紧该反应单元RU。该反应单元RU包括工艺流体通道系统，其用于流入所述反应单元RU的多种投料或反应剂的连续反应以形成至少一种流出所述反应单元RU的产物，且包括热交换流体通道系统，其用于调节该工艺流体通道系统的温度。尽管该通道系统均未显示于图1，在该反应单元RU侧表面可见形成投料和产物通道系统相应末端的入口和出口开口。该入口和出口开口可带有入口和出口端，其进而连接至于相应两个螺栓206间将该反应单元RU连接至外部单元(投料供应单元、泵、测量装置等)的合适(柔性或非柔性)导管。
图2A显示根据本发明第二实施方式的连续反应微反应器10的示意分解透视图。在该第二实施方式的微反应器10中，第一实施方式的反应单元RU沿该由后至前堆叠轴S被分为热交换子模块400、工艺子模块300以及盖板500，该子模块300、400两者以及该盖板500被夹在该第一和第二框架装置100、200之间液密压紧。
该第一和第二框架装置100、200形成为长方形法兰，并分别包括四个螺纹孔104和通孔204，其围绕该堆叠轴S并相对其等距排列，并接受该螺栓206(见图1)，该螺栓用于将该子模块300和400以及该盖板500压紧形成上文称为反应单元RU的液密实体。该第二框架装置200具有以堆叠轴S为中心的长方形开口203，并允许通过孔502连接该工艺子模块300前表面中形成的工艺流体通道系统304与外部单元。
该第一框架装置100具有长方形凹进106，其中可紧贴安装该热交换子模块400。该凹进106可用作本发明的定位装置，且替代性地，还可形成于或专门地形成于该第二框架装置200中。
此外，该第一和第二框架装置100、200可由任意合适的材料(例如，铝、不锈钢等)形成，其可确保该微反应器10的必要尺寸稳定性。
如图2A所示，该工艺子模块300和该热交换子模块400各自为板状，并分别包括环形槽302和402，其用于容纳相应的O-形密封(未示)，从而在该微反应器10装配状态下，该工艺子模块300压紧该热交换子模块400中该槽402所容纳的密封，以形成该热交换子模块400内所提供的热交换流体通道系统404的密封隔室。类似地，在该微反应器10装配状态下，该盖板500压紧该工艺子模块300中该槽302所容纳的密封，以形成该工艺子模块300内所提供的工艺流体通道系统304的密封隔室。应当指出，该O-形环密封仅为确保该工艺子模块300和该热交换子模块400两者防漏的安全措施，且该盖板500(后表面)和该工艺子模块300(前表面)的接触表面，以及该工艺子模块300(后表面)与该热交换子模块400(前表面)的接触表面各自均有等于或小于1μm的粗糙度深度。因此，该盖板500和该工艺子模块300仅通过压力接触便防止流入它们所覆盖的相应通道系统的流体离开该通道系统(“溢出”)；无需进一步密封。应当进一步指出，对于未发生化学反应的热交换子模块400，相应接触表面无需具有上述高品质，因为部分热交换流体是否由该热交换液体通道的一部分“溢出”至其另一部分实际无关紧要。
在图2A所示的第一实施方式中，在该微反应器10的装配状态下，该工艺子模块300和该热交换子模块400为直接热接触。具体而言，为达到最佳热传递，该工艺子模块300的该工艺流体通道系统304的迂回路线与该热交换子模块400的该热交换流体通道系统404对齐。
由图2A可见，该热交换子模块400中所提供的该热交换流体通道系统404与该工艺子模块300中所提供的该工艺流体通道系统304两者均形成迂回凹槽，从而在相应凹槽302、402内延伸。此外，该热交换子模块400和该工艺子模块300均具有按堆叠方向S彼此匹配的钻孔316、416以容纳螺栓(未示)，该螺栓以可拆卸和紧密方式使得该热交换子模块400和该工艺子模块300彼此连接。因此，该连接的热交换子模块400与该工艺子模块300可被视为形成单元，其夹于该第一框架装置100和附着至该第二框架装置200的盖板500之间。
在图2A所示的第一实施方式中，该热交换子模块400如此排列，使得其中结合的该热交换流体通道系统404面对该工艺子模块300并由其密封，而该工艺子模块300如此排列，使得其中结合的该工艺流体通道系统304面对该盖板500并由其密封。
图2B中显示了除该盖板500和该第二框架装置200外与图2A中结构一致的替代性结构。在图2B所示结构中，该盖板由透明材料(例如，玻璃)形成，且该开口203与该盖板500的形状(在图2A中为长方形且彼此配合)在图2B中呈圆形并彼此配合。这允许观察该工艺子模块300的该工艺流体通道系统304中所发生的过程(流动、混合、反应)。应指出，由于极高的工作压被施加于流入该工艺流体通道系统的投料，该透明盖板500的圆形形状可有利地减少该透明盖板500所经受的机械应力。对于图2A的长方形盖板500，其厚度及其材料两者均可适当地和更为自由地选择。如上所述，该第二框架装置中该开口203的形状未受高压限制。
图3A和3B显示了根据本发明第三实施方式的连续反应微反应器两种变体的示意分解透视图。图3A和3B不同之处也在于：前者的盖板500为长方形且不透明，而后者的盖板500为圆形且透明。剩余细节分别与图2A和2B所示相同。
如图3A和3B所示，图2A和2B的工艺子模块300和热交换子模块400组合形成工艺和热交换子模块700。换言之(再次参考第二实施方式)，(a)该热交换流体通道系统404由该热交换子模块400的前表面移动至该工艺子模块300的后表面，且(b)该热交换子模块400被转化为第二盖板800，如图3A所示。即，子模块和板的总数不变。
图4A和4B显示了根据本发明第四实施方式的连续反应微反应器两种变体的示意分解透视图。该第四实施方式与第三实施方式不同之处在于(参考该第三实施方式)，该工艺和热交换子模块被分为包括该工艺流体通道系统304的第一板状子模块体，以及包括该热交换流体通道系统304的第二板状子模块体。换言之(再次参考第二实施方式)，(a)该热交换流体通道系统404由该热交换子模块400的前表面移动至该第二板状子模块体的后表面，该第二板状子模块体插入该热交换子模块400和该工艺子模块300之间。
如图5更具体显示，该工艺流体通道系统304被分为交替连结的湍流混合区306和基本层流滞留区308。在该连结的入口侧形成多个初级入口端310，且在该连结的出口侧形成出口端314。在该连结的该入口和出口侧之间，特别在混合区和滞留区连接处，提供次级入口端312，如上所述，次级投料(化学物质)可由此引入该工艺流体通道系统。如图1-4B所示，该入口端310、312和该出口端314形成为该反应单元RU侧表面的开口，而根据替代性构造(工艺子模块300′)，该入口端310、312和该出口端314排列在该环形凹槽302内。
图6-15显示了图5所示的本发明工艺子模块300′的工艺流体通道系统的变体，其中在每一个变体中该入口和出口端排列于凹槽302内并开口至前或后表面一侧(图5中的上或下表面以及图6和15的凸出平面)，该凹槽302将该工艺模块300′的前表面分为内部区域和外部区域，其中内部区域中排列该工艺流体通道系统304，而外部区域排列用于固定该工艺子模块300′与该热交换子模块400的该钻孔316。
图6-8及11-15所示的工艺流体通道系统304各自包括位于该工艺流体通道系统304入口处的多个初级入口端310(例如，图6中左侧)，位于该工艺流体通道系统304出口处的一个出口端314(例如，图6中右侧)，以及介于该初级入口端310与该出口端314的一个或多个次级入口端312。因此，按总体流动方向，例如图6中为由左至右，该工艺流体通道系统304可被视为分为混合段Ai(图6中，i＝4)，其各自包括至少一个湍流混合区306和/或至少一个层流滞留区308，其中分段Ai的出口与分段Ai+1的入口的各个连接点形成次级入口端312。因此，在分段Ai与Ai之间该连接点处，可进一步添加反应器Rj至由分段Ai中化学反应所生成的中间体产物Pi。
例如，图6的该工艺模块300′包括两个初级入口端310，其用于反应剂R1和R2，R1和R2在分段A1中反应得到第一中间体产物P1。在分段A1与A2连接的该第一次级入口端312，可进一步添加反应剂R3以生成第二中间体产物P2，依次类推直至(最终)产物P4于该出口端314流出该工艺模块300′。
图9和10所示的工艺模块300′与图6-8及11-15不同之处在于集成了三个独立工艺流体通道系统304-1至304-3，其分别具有两个入口端310和一个出口端314。这允许对不同反应或混合作用进行比较研究。应指出，该工艺流体通道系统304-1具有两个混合区306，而该工艺流体通道系统304-2和304-3分别仅具有一个混合区306。
图17示范性地显示各种典型混合器元件结构a)至f)，根据其外观分别被表观地称为T-接触器、Y-接触器、切线混合器、弯管、SZ-混合器及LZ混合器。这些结构可由图6-16所示的变体识别。
在下文中，将根据部分附图描述各种流体通道系统的具体细节。
图8显示了三种不同类型混合区306(由左至右)：(i)较长后接较短的切线区、直LZ区以及普通U型SZ区。此外，在图8中流动通道以外某些位置显示了小“斜面”320，表明铺设了脱离纯二维结构的工艺流体通道系统，即，在相应通道内具有倾斜，其中倾斜方向对应于斜面320的取向。
另一细节显示于图10的304-1部分。该混合区306左侧包括突出部322，其基本位于组成该混合区的四个切线混合器每一个中部。类似的突出部例如同样显示于图10中。该突出部322可增强涡旋效果。该工艺模块也显示上述斜面。
应指出，上述工艺流体通道系统304的3D结构也可由切线混合器入口通道的限制及变窄看到，其例如显示于图13，并缺失于图10。其组合显示于图15中右侧混合器中，其中按流动方向(在混合器内部由上至下方向)该混合器组合为2D-3D-2D-3D。
图13显示催化物质在此处所谓的催化流通道318内的使用，该催化流通道318即该工艺流体通道系统304中包含，例如流动反应剂/产物在其上流动的涂层形式的催化物质的流通道。这表示该催化物质为该工艺模块体的一部分。屏障324防止该催化物质部分进入工艺流体通道系统。
此外应指出，分别进入和离开该混合器的入口和出口方向可相同或不同，从而导致不同混合度。
比较图6-15，可明显看到该工艺流体通道系统304的长度、宽度、路线、排列等可独立变化，从而该工艺流体通道系统304可调整至最佳。
图16A和16B为根据本发明的装配微反应器的示意透视图，其中16B显示经第二框架装置在图6A中可见的工艺流体通道系统的放大视图。
具体地，图16B显示了图5所示意显示的结构。可清楚看到该流动通道系统304包括混合区306、滞留区308以及次级入口端312。该初级入口和出口端310、316由图16A下方伸出，其将微反应器分别与泵和合适产物容器连接。
对于第一和第二实施方式中所用的材料，应指出，该工艺模块通常采用刚性材料以实现尺寸稳定性，而热交换模块所用材料可以为刚性或具有延展性，优选为不锈钢。工艺模块所用刚性材料的范例为：不锈钢、哈斯特莱合金以及其它镍合金、钨、钽、钛、陶瓷、石墨、烧结石英器皿(模糊、半透明或上色)，热交换模块所用延展性材料的范例为聚合物、铝、铝合金、铜、铜合金、银以及银合金，优选为铝或铝合金。热交换模块所用刚性材料的范例为不锈钢、哈斯特莱合金以及其它镍合金或陶瓷。对于透明盖板所用材料，优选地选自聚合物、硅石玻璃、石英玻璃或熔融石英。应指出，所有表面，即使玻璃表面，应被研磨至表面粗糙度在1μm的量级。
图18的示意制图显示第一至第四实施方式以及相应附图。此外，为了加深基本请求结构的理解，权利要求中定义的部分特征显示于虚线框内。具体而言：
(i)该第一至第四栏分别代表第一至第四实施方式。
(ii)在第二至第四实施方式中该反应单元包括盖板以及工艺和热交换模块(→A)。
(iii)B为工艺流体通道系统，C为热交换流体通道系统。
(iv)D为权利要求2所定义的特征，E为权利要求3中所定义的特征，F为权利要求5中所定义的特征，G为权利要求6中所定义的特征。
参考编号列表
10  连续反应微反应器
100 第一框架装置
104 螺纹孔
106 长方形凹进
200 第二框架装置
203 圆形开口
204 通孔
206 螺栓
300(′)  工艺子模块
302 环形凹槽
304 工艺流体通道系统
306 混合区
308 滞留区
310 初级入口端
312 次级入口端
314 出口端
316 钻孔
318 催化流通道
320 斜面
322 突出部
324 屏障
400 热交换子模块
402 环形凹槽
404 热交换流体通道系统
416 钻孔
500 盖板
502 孔
600 盖板
700 工艺及热交换子模块
800 第二盖板
A，B 300的取向
P  产物
R  反应剂
RU 反应单元
S  堆叠轴

Claims (37)

1.一种模块结构的连续反应微反应器，该微反应器沿其由后至前的堆叠轴包括：第一框架装置、反应单元以及第二框架装置，其中
-所述反应单元包括工艺和热交换模块，以及夹在所述工艺和热交换模块以及该第二框架装置之间的透明的盖板,以及工艺流体通道系统，其用于流入所述反应单元的多种投料或反应剂的连续反应以形成至少一种流出所述反应单元的产物，且包括热交换流体通道系统，其用于调节所述工艺流体通道系统的温度环境，
-所述第二框架装置具有观察窗口且被配置成允许通过所述透明盖板来检视所述工艺流体通道系统，并且所述第一和第二框架装置各自形成为法兰，且
-所述第一和第二框架装置通过多个螺栓彼此相对压紧，使得所述第一框架装置从一个方向压紧所述反应单元而所述第二框架装置从与所述一个方向相反的方向压紧所述反应单元；
其特征在于：
-所述法兰具有圆环形状或与圆环同形的形状；
-所述多个螺栓沿所述第一及第二框架装置外周排列且处于该外周内，使得所述反应单元被排列在通过所述第一和第二框架装置以及通过所述多个螺栓中两个相邻螺栓的轴所定义的平面限定的空间，从而允许由所述微反应器外部接近所述反应单元的侧表面。
2.如权利要求1的连续反应微反应器，其中：
-所述工艺流体通道系统包括形成所述工艺和热交换模块的反应表面的微结构，所述工艺和热交换模块由所述盖板以密封所述工艺流体通道系统的方式直接覆盖。
3.如权利要求2的连续反应微反应器，其中：
-所述工艺及热交换模块包括板状工艺子模块，其前表面为所述反应表面，还包括夹在所述工艺子模块和所述第一框架装置之间的板状热交换子模块，且
-所述热交换流体通道系统包括形成所述热交换子模块的前表面且以密封所述热交换流体通道系统的方式由所述工艺子模块后表面覆盖的微结构。
4.如权利要求2的连续反应微反应器，其中所述热交换子模块和所述第一框架装置被整合为单个元件。
5.如权利要求2的连续反应微反应器，其中：
-所述工艺及热交换模块包括板状工艺及热交换子模块，其前表面为所述反应表面，还包括夹在所述工艺及热交换子模块和所述第一框架装置之间的第二盖板，且
-所述热交换流体通道系统包括形成所述热交换子模块后表面且以密封所述热交换流体通道系统的方式由所述第二盖板覆盖的微结构。
6.如权利要求5的连续反应微反应器，其中所述工艺及热交换子模块由垂直于所述堆叠轴的平面分为包括所述工艺流体通道系统的第一板状子模块体以及包括所述热交换通道系统的第二板状子模块体。
7.如权利要求5或6的连续反应微反应器，其中所述第二盖板和所述第一框架装置被整合为单个元件。
8.如权利要求7的连续反应微反应器，其中所述盖板为透明的且所述第二框架装置如此配置，从而可通过所述第二框架装置和所述盖板检视所述工艺流体通道系统。
9.如权利要求2-6其中一项的连续反应微反应器，其中所述第二框架装置如此配置，从而允许所述盖板通过该第二框架装置的外部流体连接作为所述工艺流体通道系统的流体入口装置。
10.如权利要求7的连续反应微反应器，其中所述第二框架装置如此配置，从而允许所述盖板通过该第二框架装置的外部流体连接作为所述工艺流体通道系统的流体入口装置。
11.如权利要求2-6其中一项的连续反应微反应器，其中直接覆盖所述工艺流体通道系统的所述盖板的表面携带催化涂层。
12.如权利要求7的连续反应微反应器，其中直接覆盖所述工艺流体通道系统的所述盖板的表面携带催化涂层。
13.如权利要求1的连续反应微反应器，其中直接覆盖所述工艺流体通道系统的所述盖板的表面携带催化涂层。
14.如权利要求9的连续反应微反应器，其中直接覆盖所述工艺流体通道系统的所述盖板的表面携带催化涂层。
15.如权利要求2-6其中一项的连续反应微反应器，其中所述反应单元具有针对多种流入所述工艺流体通道系统的初级投料的多个初级入口端，以及于流动方向所述多个初级入口端之后，针对流入所述工艺流体通道系统的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。
16.如权利要求7的连续反应微反应器，其中所述反应单元具有针对多种流入所述工艺流体通道系统的初级投料的多个初级入口端，以及于流动方向所述多个初级入口端之后，针对流入所述工艺流体通道系统的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。
17.如权利要求1的连续反应微反应器，其中所述反应单元具有针对多种流入所述工艺流体通道系统的初级投料的多个初级入口端，以及于流动方向所述多个初级入口端之后，针对流入所述工艺流体通道系统的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。
18.如权利要求9的连续反应微反应器，其中所述反应单元具有针对多种流入所述工艺流体通道系统的初级投料的多个初级入口端，以及于流动方向所述多个初级入口端之后，针对流入所述工艺流体通道系统的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。
19.如权利要求11的连续反应微反应器，其中所述反应单元具有针对多种流入所述工艺流体通道系统的初级投料的多个初级入口端，以及于流动方向所述多个初级入口端之后，针对流入所述工艺流体通道系统的至少一种次级投料流的至少一个次级入口端。
20.如权利要求15的连续反应微反应器，其中所述初级和/或次级入口端排列于所述反应单元侧表面和/或前和后表面。
21.如权利要求1-6其中一项的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统和/或所述热交换流体通道系统以迂回方式形成。
22.如权利要求7的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统和/或所述热交换流体通道系统以迂回方式形成。
23.如权利要求9的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统和/或所述热交换流体通道系统以迂回方式形成。
24.如权利要求11的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统和/或所述热交换流体通道系统以迂回方式形成。
25.如权利要求15的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统包含沿流经其的所述初级投料的流动方向连续排列的至少一个湍流混合区和至少一个基本层流滞留区。
26.如权利要求20的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统包含沿流经其的所述初级投料的流动方向连续排列的至少一个湍流混合区和至少一个基本层流滞留区。
27.如权利要求21的连续反应微反应器，其中所述工艺流体通道系统包含沿流经其的所述初级投料的流动方向连续排列的至少一个湍流混合区和至少一个基本层流滞留区。
28.如权利要求1-6其中一项的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
29.如权利要求7的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
30.如权利要求9的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
31.如权利要求11的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
32.如权利要求15的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
33.如权利要求20的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
34.如权利要求21的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
35.如权利要求25的连续反应微反应器，其中所述第一和第二框架装置分别具有第一和第二定位装置，其限定所述反应单元与该堆叠轴的相对位置。
36.如权利要求28的连续反应微反应器，其中所述第一和第二定位装置分别于所述第一和第二框架装置的表面形成为彼此面对的凹进，其中该凹进的内周形状与所述反应单元对应侧的外周形状同量。
37.如权利要求36的连续反应微反应器，其中形成所述第一和第二定位装置的所述凹进为长方形。
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