CN105764603A - 微通道反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微通道反应器，所述微通道反应器通过将平板状的上板和平板状的下板设置成彼此面对来形成，所述平板状的上板和所述平板状的下板中分别具有通道，所述微通道反应器的特征在于所述通道包括：一个或多个引入通道，不同流体分别被引入到所述引入通道中；混合通道，被引入到所述引入通道中的各流体通过所述混合通道会合并穿过所述混合通道；以及排出通道，通过所述混合通道会合的所述流体通过所述排出通道排出；所述混合通道包括主干通道和一个或多个分支通道，所述主干通道从所述引入通道延伸至所述排出通道，所述分支通道从所述主干通道岔开并在中间终止，并且通过重复分支和会合的流体的混合，使得所述流体经历在向上/向下的方向上分支，然后在向左/向右的方向上彼此会合的混合过程。

Description

微通道反应器
技术领域
本发明涉及一种微通道反应器，更具体地，涉及一种具有能够使流体的停滞(stagnation)最小化并且使流体的混合最大化的新颖结构的微通道反应器，从而，在所述微通道反应器被应用到微粒合成(synthesisofparticles)的情况下，可以使由于反应产物(reactionproductions)的沉积和停滞而导致的通道阻塞最小化，同时获得高反应物混合效率。
背景技术
已经提出了多种用于混合至少两种流体的静态混合反应器。这些静态混合反应器被用于通过化学反应或者结晶来制造超细微粒。在静态混合反应器中的微通道反应器用于将要被混合的流体供应至微通道中。所述微通道反应器正引起人们的关注。
所述微通道反应器设置有通道宽度为10μm至1000μm的微通道。在所述微通道反应器中，至少两种流体通过微通道岔开然后彼此会合(join)。在所述微通道反应器中，流体岔开，由此减小流体扩散(diffused)的距离。因此，增加了流体混合的速度。因而，与当使用传统的静态混合反应器时相比，在所述微通道反应器中，可以在更短的时间内有效地混合流体。
具有Y型通道的反应器作为这种微通道反应器的一个实例为人们所熟知。在这种类型的混合反应器中，引入第一流体的通道和引入第二流体的通道相交成Y型以形成单个的会合通道。被供应至各通道中的流体以层流的状态在通道相交部分处彼此会合。随后，各流体被扩散和混合。
图1是示出了传统的堆叠型(stackedtype)微通道反应器的照片。
参见图1，传统的微通道反应器10包括上板11和下板12，上板11具有微通道，反应物A在该微通道中流动，并且，下板12具有微通道，反应物B在该微通道中流动。也就是说，上板11和下板12面对彼此的界面(interface)设置有：引入通道，流体被引入到所述引入通道中；混合通道，流体流动的方向在所述混合通道中改变，并且在所述混合通道中，流体被一次或多次地分成几个部分，以便混合流体；以及排出通道，混合的流体从所述排出通道排出。混合通道包括主通道和分支通道，使得当上板11和下板12被放置成一个在另一个上时，流体从上板11向下板12交替地流动
因此，在所述微通道反应器中，各流体被混合。在图2的典型视图中示出了混合行为(mixingbehaviors)50。
参见图2和图1，被引入到引入通道中的流体51和52被堆叠成如图2(a)所示的形状。随后，所述混合流体在第一岔开部分处岔开。因此，所述混合流体中的一些流向主通道，所述混合流体的剩余部分流向分支通道。随后，所述流体再次彼此会合。由于分支通道被截断，所以堆叠成如图2(b)和图2(c)所示的形状的上流体和下流体在下一个会合部分处彼此会合。结果，所述流体被堆叠成如图2(d)所示。在第三会合部分处，所述混合流体具有如图2(e)所示的层。作为上述过程重复的结果，所述混合流体在第n个会合部分处具有2n层。
在具有上述构造的微通道反应器中，形成界面的层流(laminarflows)通过如上所述配置的通道的结构交替地布置成一个在另一个上，从而加快流体的混合。
也就是，具有上述构造的微通道反应器被设计成具有能够使反应物之间的混合最大化的结构，大多数情况下反应产物为溶液。为此，反应产物的停滞不是问题。因此，对于低粘度的反应物，可以使得反应物彼此之间能够连续不断地反应，同时使得反应物的混合最大化。然而，所述通道间断地出现以及消失，其结果是所述通道突然地改变。因此，在所述反应产物被沉积的情况下，如果所述通道具有滞点(stagnationpoint)，那么所述通道可能会很容易被阻塞。而且，所述微通道反应器的微通道具有微小结构。因此，所述通道可能会很容易地被阻塞。因此，对于微通道反应器而言，在反应产物为固态物质，例如，纳米粒子的情况下，具有能够防止反应产物的停滞同时获得高混合效率的新颖结构是很有必要的。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述问题和其他尚未被解决的技术问题。
作为为了解决上述问题而进行的多种广泛和深入的研究和实验的结果，本申请的发明人发现，在根据本发明的具有新颖结构的微通道反应器被应用于发生沉积的反应，如微粒合成(thesynthesisofparticles)的情况下，可以使在通道滞点(stagnationpoint)处的反应产物的沉积和基于其的阻塞现象最小化，同时获得高反应物混合效率。基于这些发现，本发明已经完成。
技术方案
根据本发明的一个方面，通过供应一种微通道反应器能够实现以上目的和其他目的，所述微通道反应器通过将平板状的上板(planarupperplate)和平板状的下板(planardownplate)设置成使得所述上板和所述下板彼此面对来形成，所述平板状的上板和所述平板状的下板中的每个具有形成在其中的通道，其中，
所述通道包括：一个或多个引入通道，不同的流体分别被引入到所述引入通道中；混合通道，被引入到所述引入通道中的所述流体以所述流体彼此会合的状态沿着所述混合通道流动；以及排出通道，在所述混合通道中会合的所述流体从所述排出通道排出，
所述混合通道包括从所述引入通道延伸至所述排出通道的主干通道(stemchannel)以及从所述主干通道岔开然后被截断的一个或多个分支通道，并且，
当所述流体通过重复的岔开和会合被混合时，所述流体在向上和向下的方向上岔开，然后在向左和向右的方向上彼此会合。
通常，如前面所述，传统的微通道反应器为堆叠型微通道反应器，所述堆叠型微通道反应器被配置为使得流体在向左和向右的方向上岔开，然后在向上和向下的方向上彼此会合。因此，在反应产物为溶液的情况下，在层流中，混合效率没有降低，并且没有发生沉积。然而，由于在微粒形成反应中，在突然被向上和向下划分的所述通道部分处发生沉积，因此，在所述下板中的阻塞现象变得严重。结果，混合效率降低，而且反应稳定性也降低。
本申请的发明者研发了一种具有适用于发生沉积，如微粒合成的反应的结构的微通道反应器。具体地，在根据本发明的所述微通道反应器中，不同于传统的微通道反应器，所述流体在向上和向下的方向上岔开，然后在向左和向右的方向上彼此会合。因此，不存在间歇消失的通道，因而能够使所述流体的停滞(stagnation)最小化。另外，所述流体自然岔开，然后彼此会合。因此，在微粒形成反应中，解决上述问题同时提高混合效率是可能的。
而且，为了进一步防止由于沉积现象造成的通道阻塞，所述通道可以被设计为使得即使在所述通道出现的情况下，所述通道的深度也能够连续变化(continuouslychanged)。
同时，下文将更详细地描述根据本发明的所述微通道反应器的中的所述通道中的每个的结构。
在具体实例中，取将流体岔开部分和会合部分相互连接的直线作为中心轴，引入不同流体的引入通道可以包括位于所述中心轴上的第一引入通道以及被定位成以预定的角度从所述中心轴岔开的一个或多个第二引入通道。
在这种情况下，不同的流体可以被引入到所述第二引入通道中。也就是，不同的流体可以被引入到所述第一引入通道中和所述第二引入通道中。然而，本发明并不局限于此。根据情况，根据期望的反应相同的流体或者不同的流体可以被引入到所述引入通道中。
所述第二引入通道可以以30度至60度的角度从所述中心轴岔开。
如果所述第二引入通道以小于30度的角度从所述中心轴岔开，就难以形成通道，这不是优选的。另一方面，如果所述第二引入通道以大于60度的角度从所述中心轴岔开，所述流体可能不会自然地混合。另外，所述流体的流动可能通过弯曲部分被停滞，这不是优选的。
在具体实例中，所述引入通道可以具有1.5mm至5.0mm的直径。所述引入通道的直径大于所述混合通道的直径，下文将进行描述。这是因为所述引入通道没有必要具有通过在所述混合通道中的所述流体的流动来形成的压力，而有必要减小所述流体的流动形成的压力，使得所述流体能够更容易地被引入。
同时，如前面所述，所述混合通道可以被分成主干通道和分支通道。
为了增加所述主干通道的直径，将所述分支通道加至彼此面对的所述板中的每个的所述主干通道。所述分支通道仅形成在所述混合通道的一部分中。另一方面，所述主干通道形成在整个混合通道上。所述主干通道被分成两个区段，在所述两个区段中，所述流体岔开以及彼此会合。
具体地，所述区段中的一个是所述流体彼此会合的区段，且另一个区段是所述流体在向左和向右的方向上岔开的区段。
在这种情况下，所述主干通道在所述流体会合区段中的直径可以为0.5mm至1.5mm，所述主干通道在所述流体向左和向右岔开的区段中的直径可以为所述主干通道在所述流体会合区段中的直径的0.5倍至1倍。
这是因为所述主干通道在所述流体岔开区段中的直径必须小于所述主干通道在所述流体会合区段中的直径，使得当所述流体重新彼此会合时，所述流体具有一致的(uniform)直径。
因此，为了将所述主干通道在所述流体会合区段中的直径维持一致，所述主干通道在所述流体向左和向右岔开的区段中的直径朝向流体会合区段逐渐减小。例如，向左和向右岔开的所述主干通道的末端(end)的直径为所述主干通道在所述流体彼此会合的区段中的直径的0.5倍。
同时，所述主干通道从所述流体岔开点至所述流体会合点的路径可以是对称的。取将流体岔开部分和连接部分相互连接的直线作为中心轴，所述分支通道可以以所述分支通道与所述主干通道对称的状态从所述中心轴岔开。因此，当所述上板和所述下板彼此面对时，所述主干通道和所述分支通道彼此重叠。此时，对通过所述主干通道和所述分支通道形成的平板状结构(planarstructure)没有特别地限制，只要所述平板状结构是对称的。例如，所述平板状结构可以具有菱形形状。
在这种情况下，所述分支通道可以岔开，以便与彼此面对的板的所述主干通道在岔开区段的点(point)处结合，使得在向上和向下的方向上岔开的所述流体能向左和向右彼此会合。在具体实例中，所述分支通道可以从所述主干通道朝向所述引入通道向上岔开。取将流体岔开部分和连接部分相互连接的直线作为中心轴，所述分支通道的岔开角度可以为10度至45度。
如果所述岔开角度小于10度，难以形成所述通道，这不是优选的。另一方面，如果所述岔开角大于45度，所述流体的流动通过弯曲部分可能被停滞，这不是优选的。
同时，为了进一步防止如前所述的由于所述沉积现象造成的通道阻塞，所述通道深度可以连续改变，使得当所述上板和所述下板彼此面对时，由于所述分支通道造成所述通道不会突然出现。所述分支通道中的每个都可以包括具有相对于每个板的表面连续变化的深度的一个或多个区段。具有连续变化的深度的区段可以各自形成下述结构，所述结构从所述分支通道的截断点(interruptedpoints)朝向岔开点向下逐渐变细，所述截断点即在所述通道中流动的流体与所述分支通道相会的点，所述岔开点即在所述通道中流动的流体向左和向右彼此会合的点。
在这种情况中，这种向下逐渐变细的结构可以具有30度至45度的倾角。如果所述向下逐渐变细的结构(downwardlytaperedstructure)的倾角小于30度，就有必要增加所述分支通道的长度直至所述分支通道的长度与所述主干通道在所述流体彼此会合的区段中的深度相等，这是低效的。另一方面，如果所述向下逐渐变细的结构的倾角大于45度，所述流体可能在突变的倾斜部分下立即停滞，结果是微粒可能被沉积，这不是优选的。
最终，被引入至所述引入通道中和沿所述混合通道一致混合的所述流体通过所述排出通道被排出。所述排出通道可能具有1.5mm至5.0mm的直径，该直径比所述混合通道的直径大，使得所述混合的流体能够在不被阻塞的情况下平稳地排出。
依据本发明的另一方面，提供了一种使用所述微通道反应器合成纳米微粒的方法。依据本发明的又一方面，提供了使用上述方法制造的纳米微粒。
通过将反应物、蒸馏水和还原剂引入至所述微通道反应器的一个或多个引入通道，并且使所述流体沿着所述微通道反应器的所述混合通道在向左和向右的方向上彼此会合，可以获得合成纳米微粒的方法。
当如上所述制造纳米微粒时，不会因微粒的沉积造成反应器的阻塞而能够稳定地产生纳米微粒。另外，能够防止由于在反应器中沉积而造成的损失。因而，根据本发明的纳米通道反应器的产率(yield)高于传统的纳米通道反应器的产率。
附图说明
图1是示出了传统的堆叠型微通道反应器的照片；
图2是示出了图1中的传统的堆叠型微通道反应器的各部分中发生的混合行为的截面典型视图；
图3是示出了根据本发明的微通道反应器的上板和下板的典型视图；
图4是示出了图3中的下板的A部分的放大典型视图；
图5是示出了图4的B部分的通道深度剖面(channeldepthprofile)的侧面典型视图；
图6是示出了图3中的上板和下板在上板和下板彼此面对的状态下的典型视图；以及
图7是示出了在图6中的所述微通道反应器的各部分中发生的混合行为的截面典型视图。
具体实施方式
现在，将参见附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应当注意本发明的范围并不受所示实施例的限制。
图3是示出了根据本发明的实施例的微通道反应器的上板和下板的典型视图，图4是示出了图3中的下板的A部分的放大典型视图。在以下描述中，为方便起见，被引入到第一引入通道中的流体被称为第一流体，被引入到第二引入通道中的流体被称为第二流体和第三流体。
参见图3，根据本发明的微通道反应器包括上板110和下板120。上板110和下板120设置有：第一引入通道111和121，以及第二引入通道112、113、122和123，不同的流体被引入到其中；混合通道，被引入到引入通道111、112、113、121、122和123中的各流体以流体彼此会合的状态在所述混合通道中流动；以及排出通道116和126，在所述混合通道中会合的流体从所述排出通道排出。所述混合通道包括从引入通道111、112、113、121、122和123延伸到排出通道116和126的主干通道114和124，以及一个或者多个分支通道115和125，所述分支通道从主干通道114和124岔开(diverge)，然后被截断。
下文中，将参照图4详细描述所述引入通道和所述混合通道。
首先，将描述引入通道121、122、和123。第一引入通道121位于使流体岔开部分和会合部分相互连接的中心轴129上，并且第二引入通道122和123被定位成以30度至60度的角度a1从中心轴129岔开。
为了减小由流体的流动所产生的压力，使得流体能更容易地被引入，引入通道121、122和123具有1.5mm至5.0mm的直径d1，该直径大于所述混合通道的平均直径。
所述混合通道包括主干通道124和分支通道125。主干通道124从流体岔开点至流体会合点的路径是对称的，并且分支通道125以分支通道125与主干通道124对称的状态从中心轴129向上岔开。相对于中心轴129，分支通道125的岔开角度a2为10度至45度。与分支通道125对称的主干通道124以10度至45度的角度a3弯曲。因此，当上板110和下板120彼此面对时，主干通道和分支通道相互重叠。此时，对通过主干通道和分支通道形成的平板状结构(planarstructure)没有特别地限制，只要所述平板状结构是对称的。例如，如图6所示，所述平板状结构具有菱形(diamond)形状。
返回参见图4，基于所述流体是否岔开和彼此会合，主干通道124可以主要被分成两个区段(sections)。
主干通道124在不同的区段中具有不同的直径。具体地，主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1不同于主干通道124在流体向左和向右岔开的区段中的直径w2和w3。
主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1为1.5mm，主干通道124在流体向左和向右岔开的区段中的直径w2和w3为主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1的0.5倍至1倍。
将更详细地描述主干通道124在流体向左和向右岔开的区段中的直径w2和w3。主干通道在邻近第一流体会合区段的向左和向右岔开区段中的直径w2是主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1的1倍。主干通道在邻近第二流体会合区段的向左和向右岔开区段中的直径w3是主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1的0.5倍。也就是，主干通道的直径从主干通道的邻近第一流体会合区段的区段至主干通道的邻近第二流体会合区段的区段逐渐减小。
与主干通道214对称的分支通道215具有不同的直径，使得分支通道215对应于主干通道。
当混合通道被配置为如上所述时，主干通道124在流体彼此会合的区段中的直径w1在所述混合通道上维持一致。因此，一致量的流体在所述微通道反应器中流动。
图5是示出了图4的B部分的通道深度剖面的侧面典型视图。
参见图5，分支通道215的深度剖面被配置为具有下述结构，在所述结构中，分支通道215从分支通道215的末端点(endpoint)E至岔开点S向下逐渐变细(tapereddownward)，其中，末端点E即在通道中流动的流体第一次与分支通道相会的点，岔开点S即在通道中流动的流体在左侧和右侧处彼此会合的点。在这种情况下，这种向下逐渐变细的结构具有30度至45度的倾角a4。在本说明书中，仅示出了所述下板的分支通道。所述上板的分支通道可以具有与下板的分支通道相同的形状。
在被配置为具有上述结构的微通道反应器中，当所述上板和所述下板彼此面对时，由于分支通道导致通道不会突然地出现(abruptlyappear)，从而更加有效地防止因微粒在突变的通道形成部分(theabruptchannelformingportion)中的沉积而引起的通道阻塞现象的出现阻塞。
图6是示出了微通道反应器100在图3中的上板和下板彼此面对的状态下的典型视图，图7是示出了在图6的微通道反应器的各部分中的混合行为300的截面典型视图。
下文中，将参见图6和图7对在微通道反应器100中的流体彼此岔开和彼此会合的过程进行描述。
首先参见图6，如前所述，根据本发明的微通道反应器100被配置为使得通过所述主干通道和所述分支通道形成的平板状结构包括菱形混合通道。流体在所述菱形混合通道中流动。图7仅示出了在第一菱形混合通道之前和之后的流体的混合行为300。
参见图7连同图6，第一流体301被引入到图6的第一引入通道中，第二流体302和第三流体303被引入到图6的第二引入通道中。如图7(a)所示，流体沿所述微通道反应器的通道流动。如图7(b)所示，当第一流体301被引入到所述第一引入通道中，且所述第二流体302和第三流体303被引入到所述第二引入通道中时，在流体被引入到混合通道中之前，流体在向左和向右的方向上彼此会合。
随后，如图7(b)中所示被混合的流体在第一岔开部分处，即，Y区段处，在向上和向下的方向上岔开，如图7(c)所示，使得混合流体中的一些流向所述上板的主干通道，所述混合流体的剩余的部分流向所述下板的主干通道。岔开的流体沿以预定的角度弯曲的主干通道流动。主干通道在流体岔开的区段中的直径从岔开点逐渐减小。在Z区段中，所述混合流体具有如图7(d)所示的形状。
岔开至所述上板和所述下板且沿所述上板和所述下板流动的流体到达彼此面对的板的分支通道。结果，已经在向上和向下的方向上岔开的所述混合流体在T区段中在向左和向右的方向上流动，如图7(e)所示。结果，如图7(f)所示，所述流体在为第二会合区段的U区段中彼此会合。
随着流体沿如上所述的菱形混合通道流动，从最后的排出通道排出的混合流体被混合的次数等于所述菱形形状的数目n。结果，2n个混合流体彼此汇合，所述混合流体中的每个都具有图7(b)所示的形状。
也就是，在根据本发明的所述微通道反应器中，流体在向上和向下的方向上自然岔开，然后在向左和向右的方向上彼此会合。因此，不存在间断消失的通道，因而，所述流体被有效地混合，同时流体的停滞被最小化。
尽管为了说明目的已经公开本发明的优选实施例，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离如所附权利要求公开的发明范围和精神的情况下，各种修改、添加和替代是可能的。
工业实用性
从以上的描述可以明显看出，根据本发明的微通道反应器被设计以具有使流体的停滞最小化，且使流体的混合最大化的新颖结构，因而，在根据本发明的微通道反应器被应用于发生沉积的反应，例如，微粒合成的情况下时，可以使在通道滞点处的反应产物的沉积以及基于其的阻塞现象最小化，同时阻塞获得高反应物混合效率，从而使反应稳定性最大化。

Claims (19)

1.一种微通道反应器，所述微通道反应器通过将平板状的上板和平板状的下板设置成使得所述上板和所述下板彼此面对来形成，所述平板状的上板和所述平板状的下板中的每个具有形成在其中的通道，其中，
所述通道包括：一个或多个引入通道，不同的流体分别被引入到所述引入通道中；混合通道，被引入到所述引入通道中的所述流体以所述流体彼此会合的状态沿所述混合通道流动；以及排出通道，在所述混合通道中会合的所述流体从所述排出通道排出；
所述混合通道包括主干通道和一个或多个分支通道，所述主干通道从所述引入通道延伸至所述排出通道，所述分支通道从所述主干通道岔开，然后被截断；并且，
当所述流体通过重复的岔开和会合被混合时，所述流体在向上和向下的方向上岔开，然后在向左和向右的方向上彼此会合。
2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，取将流体岔开部分和流体会合部分相互连接的直线作为中心轴，所述引入通道包括位于所述中心轴上的第一引入通道以及被定位成以预定的角度从所述中心轴岔开的一个或多个第二引入通道。
3.根据权利要求2所述的微通道反应器，其中，不同的流体分别被引入到所述第二引入通道中。
4.根据权利要求2所述的微通道反应器，其中，所述第二引入通道以30度至60度的角度从所述中心轴岔开。
5.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述引入通道具有1.5mm至5.0mm的直径。
6.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述主干通道在流体会合区段中的直径为0.5mm至1.5mm。
7.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述主干通道在所述流体向左和向右岔开的区段中的直径为所述主干通道在流体会合区段中的直径的0.5倍至1.0倍。
8.根据权利要求7所述的微通道反应器，其中，所述主干通道在所述流体向左和向右岔开的所述区段中的直径朝向流体会合区段逐渐减小。
9.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述主干通道从流体岔开点至流体会合点的路径是对称的。
10.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，取将流体岔开部分和流体会合部分相互连接的直线作为中心轴，所述分支通道以所述分支通道与所述主干通道对称的状态从所述中心轴岔开。
11.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述分支通道从所述主干通道朝向所述引入通道向上岔开。
12.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，取将流体岔开部分和流体会合部分相互连接的直线作为中心轴，所述分支通道的岔开角度为10度至45度。
13.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述分支通道中的每个包括一个或多个区段，所述一个或多个区段具有相对于每个所述板的表面连续变化的深度。
14.根据权利要求13所述的微通道反应器，其中，具有所述连续变化的深度的所述区段在所述分支通道的截断点处形成。
15.根据权利要求13所述的微通道反应器，其中，具有所述连续变化的深度的所述区段中的每个具有从所述分支通道的截断点朝向岔开点向下逐渐变细的结构。
16.根据权利要求15所述的微通道反应器，其中，所述向下逐渐变细的结构具有30度至45度的倾角。
17.根据权利要求1所述的微通道反应器，其中，所述排出通道具有1.5mm至5.0mm的直径。
18.一种使用微通道反应器合成纳米微粒的方法，其中，所述微通道反应器通过将平板状的上板和平板状的下板设置成使得所述上板和所述下板彼此面对来形成，所述平板状的上板和所述平板状的下板中的每个具有形成在其中的通道；
所述通道包括：一个或多个引入通道，不同的流体分别被引入到所述引入通道中；混合通道，被引入到所述引入通道中的所述流体以所述流体彼此会合的状态沿所述混合通道流动；以及排出通道，在所述混合通道中会合的所述流体从所述排出通道排出；
所述混合通道包括主干通道和一个或多个分支通道，所述主干通道从所述引入通道延伸至所述排出通道，所述分支通道从所述主干通道岔开，然后被截断；以及
反应物、蒸馏水和还原剂分别被引入到所述一个或多个引入通道中，所述流体在向左和向右的方向上彼此会合。
19.纳米微粒，所述纳米微粒通过使用根据权利要求18所述的方法来制造。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6924556B2 (ja) * 2016-04-12 2021-08-25 株式会社日立プラントサービス マイクロリアクタ、化成品製造システム及びマイクロリアクタの製造方法
CN107537415B (zh) * 2017-09-18 2023-03-28 中山致安化工科技有限公司 一种微通道反应器
CN108686594B (zh) * 2018-08-01 2023-12-01 上海璨谊生物科技有限公司 连续流微通道反应模块
KR102346758B1 (ko) * 2019-12-03 2021-12-31 서강대학교산학협력단 금 나노입자 합성을 위한 미세 액적 기반 미세유체칩 및 이의 용도
WO2022159700A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Emory University Methods, devices and systems for generating a chemical gradient

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006031058A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-23 Spec Co., Ltd Micro channel reactor
JP2010142798A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Takashi Nitta 螺旋状導管と衝撃板（ショクプレート）混合装置と検出・流体供給制御装置
CN102325589A (zh) * 2008-12-23 2012-01-18 康宁股份有限公司 微通道反应器
CN101224402B (zh) * 2006-09-01 2012-06-27 东曹株式会社 微小流路结构及采用它的微小颗粒制造方法
CN102553480A (zh) * 2011-12-26 2012-07-11 溧阳市澳谷信息科技有限公司 微混合器
CN202893334U (zh) * 2012-11-07 2013-04-24 林领妹 一种新型微通道反应器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5595712A (en) * 1994-07-25 1997-01-21 E. I. Du Pont De Nemours And Company Chemical mixing and reaction apparatus
DE19746583A1 (de) 1997-10-22 1999-04-29 Merck Patent Gmbh Mikromischer
JP2001120972A (ja) * 1999-10-21 2001-05-08 Shimadzu Corp 液体混合器
JP4193561B2 (ja) * 2002-04-25 2008-12-10 東ソー株式会社 微小流路構造体、これを用いた微小粒子製造方法及び微小流路構造体による溶媒抽出方法
KR100658361B1 (ko) * 2005-09-12 2006-12-15 주식회사 스펙 마이크로 채널 리액터
JP2006122735A (ja) * 2004-10-26 2006-05-18 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 流路構造体および流体混合装置
BRPI0606335A2 (pt) * 2005-03-23 2009-09-29 Velocys Inc caracterìsticas em superfìcie na tecnologia de microprocesso
FR2890578B3 (fr) * 2005-09-09 2007-11-30 Rhodia Chimie Sa Dispositif d'ecoulement microfluidique permettant de determiner des parametres d'une transformation physique et/ ou chimique, et son utilisation
JP4855471B2 (ja) * 2005-09-26 2012-01-18 エルジー・ケム・リミテッド 積層反応装置
JP4598646B2 (ja) * 2005-10-18 2010-12-15 学校法人早稲田大学 マイクロ反応装置
US20080245184A1 (en) * 2006-06-15 2008-10-09 Woo Ram Lee Preparation method of metal nano particle using micro mixer
JP2008264640A (ja) * 2007-04-18 2008-11-06 Shimadzu Corp 混合器
JP5691195B2 (ja) * 2010-03-01 2015-04-01 ソニー株式会社 マイクロチップ及び微小粒子分析装置
JP2012170854A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Toyohashi Univ Of Technology マイクロミキサーおよびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006031058A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-23 Spec Co., Ltd Micro channel reactor
CN101224402B (zh) * 2006-09-01 2012-06-27 东曹株式会社 微小流路结构及采用它的微小颗粒制造方法
JP2010142798A (ja) * 2008-12-19 2010-07-01 Takashi Nitta 螺旋状導管と衝撃板（ショクプレート）混合装置と検出・流体供給制御装置
CN102325589A (zh) * 2008-12-23 2012-01-18 康宁股份有限公司 微通道反应器
CN102553480A (zh) * 2011-12-26 2012-07-11 溧阳市澳谷信息科技有限公司 微混合器
CN202893334U (zh) * 2012-11-07 2013-04-24 林领妹 一种新型微通道反应器

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