DE102012010959A1 - Apparatus for providing constant flow conditions of two different fluid phases in micro-channel elements with cellular structures, comprises micro-channel element, first fluid reservoir, and second fluid reservoir arranged in hollow needle - Google Patents

Apparatus for providing constant flow conditions of two different fluid phases in micro-channel elements with cellular structures, comprises micro-channel element, first fluid reservoir, and second fluid reservoir arranged in hollow needle Download PDF

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Abstract

Apparatus for providing constant flow conditions of at least two different fluid phases in micro-channel elements with the cellular structures, comprises: at least one micro-channel element (1) with channels (2); a first fluid reservoir (3) with at least one inlet and outlet opening arranged such that each outlet opening is connected to a respective opening of a channel of a micro-channel element; and a second fluid reservoir (4) arranged in the hollow needle. A second fluid supplied by at least one inlet, is supplied into each channel of a micro-channel element, through the hollow needles. Apparatus for providing constant flow conditions of at least two different fluid phases in micro-channel elements with the cellular structures, comprises: at least one micro-channel element (1) with channels (2), which continuously have a constant cross-sectional area; a first fluid reservoir (3) with at least one inlet and outlet opening that are aligned in one direction and arranged such that each outlet opening is connected to a respective opening of a channel of a micro-channel element such that a first fluid supplied through an inlet, is supplied into each channel of a micro-channel element, through the outlet openings; and a second fluid reservoir (4) arranged in the hollow needle such that each hollow needle is inserted in a channel, along the central longitudinal axis of a channel of a micro-channel element in the flow direction over a length of 1-100 mm and/or the quotient of the outer diameter in each hollow needle and the inner diameter of a channel has a value of 1-0.1. A second fluid supplied by at least one inlet, is supplied into each channel of a micro-channel element, through the hollow needles. An independent claim is also included for providing a constant flow conditions of at least two different fluid phases in micro-channel elements with the cellular structures, using the above mentioned apparatus, comprises supplying the first fluid into through at least one inlet in a continuous or defined pulsed manner, and supplying the fluid from the first fluid reservoir in each channel of a micro-channel element through the outlet openings, in a continuous or defined pulsed manner in the flow direction; and supplying the second fluid supplied into the second fluid reservoir through a second inlet in a continuous or defined pulsed manner, and supplying the fluid from the second fluid reservoir through the hollow needles, directly into each channel of a micro-channel element, traversed by the first fluid channel in a continuous or defined pulsed manner, such that a fluid piston with defined length, defined flow rate, defined distribution and defined residence time are formed within the channels of the micro-channel elements, and the flow velocity, the phase distribution and the residence time distribution of fluid piston, is kept constant over the respective entire through-flow channel length.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bereitstellung konstanter Strömungsverhältnisse von mindestens zwei verschiedenen Fluiden in den zellularen Strukturen von Mikrokanalelementen sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens. Dabei handelt es sich insbesondere um Systeme zur effizienteren Durchführung von chemischen Reaktionsprozessen.The invention relates to an apparatus and a method for providing constant flow conditions of at least two different fluids in the cellular structures of microchannel elements and the use of such a device and such a method. These are in particular systems for more efficient implementation of chemical reaction processes.

Die Entwicklung der letzten Jahre hat gezeigt, dass Systeme mit einem zellularen Aufbau aus Mikrostrukturen eine bedeutende Rolle bei der Intensivierung von Wärme- und Stofftransportprozessen sowie bei Stoffumwandlungsprozessen, wie beispielsweise chemischen Reaktionsprozessen, spielen. Mit solchen Systemen lassen sich beispielsweise absatzweise betriebene Reaktionsprozesse in effizientere kontinuierliche Prozesse überführen. Als potentielle Anwendungsfelder können unkatalysierte sowie homogen und heterogen katalysierte Reaktionsprozesse genannt werden. So können beispielsweise Hydrierungen, Oxidationen, Dehydrierungen, Nitrierungen und Chlorierungen erfolgen.Recent years' development has shown that systems having a cellular structure of microstructures play an important role in intensifying heat and mass transfer processes as well as in material conversion processes, such as chemical reaction processes. With such systems, for example, batch reaction processes can be converted into more efficient continuous processes. Potential applications include uncatalyzed and homogeneous and heterogeneously catalyzed reaction processes. For example, hydrogenation, oxidation, dehydrogenation, nitration and chlorination can occur.

Zellulare Strukturen, mit geraden längs der Strömungsrichtung angeordneten Kanälen, die aus der Fachliteratur auch als Wabenkörper, Mikrokanalelemente oder Monolith bekannt sind, können unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen und besitzen Kanalstrukturen mit verschiedensten Oberflächen. Beispielhaft sind Beschichtungen aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Siliziumoxid und Kohlenstoff mit eingelagerten katalytisch aktiven Stoffen wie beispielsweise Palladium, Ruthenium, Platin, Kupfer oder Eisen genannt. Ein einzelner Kanal einer solchen Kanalstruktur kann dabei beliebige Querschnittsformen mit freien hydraulischen Querschnittsflächen im Bereich von 0,2 mm2 bis 25 mm2 aufweisen. Für chemische Reaktionsprozesse, mit Gas/Flüssig- oder Flüssig/Flüssig-Strömungen, ist die definierte Zugabe von Gas und Flüssigkeit in einen Kanal eines Mikrokanalelements sowie die gleichmäßige radiale und axiale Verteilung der Gase und Flüssigkeiten innerhalb der kanäle eines Mikrokanalelements ausschlaggebend, um hohe Raum-Zeit-Ausbeuten und Stoffumsetzungsraten erzielen zu können. Da es sich sowohl bei Gasen als auch bei Flüssigkeiten um Fluide handelt, werden diese nachfolgend mit dem Begriff „Fluide” zusammengefasst.Cellular structures, with straight channels arranged along the direction of flow, which are known in the specialist literature as honeycomb bodies, microchannel elements or monoliths, can have different cross-sectional shapes and have channel structures with a wide variety of surfaces. By way of example, coatings of aluminum oxide, titanium oxide, silicon oxide and carbon with incorporated catalytically active substances, for example palladium, ruthenium, platinum, copper or iron, are mentioned. A single channel of such a channel structure may have any cross-sectional shapes with free hydraulic cross-sectional areas in the range of 0.2 mm 2 to 25 mm 2 . For chemical reaction processes, with gas / liquid or liquid / liquid flows, the defined addition of gas and liquid into a channel of a microchannel element as well as the uniform radial and axial distribution of the gases and liquids within the channels of a microchannel element is crucial to high space Time yields and material conversion rates. Since both gases and liquids are fluids, these are summarized below with the term "fluids".

Die sich zwischen zwei nichtmischbaren Fluiden, ausbildenden charakteristischen Phasengrenzflächen führen im Fluidstrom innerhalb eines Kanals im Fall von Flüssigkeit zur Ausbildung von Flüssigkeitskolben und im Fall von Gas zur Ausbildung von Gasblasen. Solche Gasblasen oder Flüssigkeitskolben werden auch als Fluidkolben bezeichnet, so dass diese Bezeichnung fortan sowohl für Gasblasen als auch für Flüssigkeitskolben verwendet wird. Die charakteristischen Kenngrößen solcher Fluidkolben (Länge, Verhältnis Gasanteil zu Flüssigkeitsanteil) werden maßgeblich durch die Art der Einspeisung der Fluide in die Kanäle bestimmt. Entsprechend wird der Stofftransport maßgeblich durch die Charakteristik der Fluidkolben beeinflusst. Weiterhin werden Parameter wie die mittlere Verweilzeit und die Verweilzeitverteilung der Fluidkolben in den Kanälen der Mikrokanalelemente so beeinflusst, dass die Kontaktfläche der Fluidkolben mit der inneren Oberfläche der Kanäle sowie die Kontaktdauer gesteuert werden kann.The characteristic phase interfaces which form between two immiscible fluids, lead in the fluid flow within a channel in the case of liquid to form liquid pistons and in the case of gas to form gas bubbles. Such gas bubbles or liquid pistons are also referred to as fluid pistons, so that this name is henceforth used both for gas bubbles and for liquid pistons. The characteristic characteristics of such fluid pistons (length, ratio of gas fraction to liquid fraction) are largely determined by the way in which the fluids are fed into the channels. Accordingly, the mass transport is significantly influenced by the characteristics of the fluid piston. Furthermore, parameters such as the average residence time and the residence time distribution of the fluid pistons in the channels of the microchannel elements are influenced in such a way that the contact area of the fluid pistons with the inner surface of the channels and the contact duration can be controlled.

Insbesondere bei Anwendungen mit heterogener oder homogener Katalyse (katalytisch aktive Substanzen können auch in einer der Fluidphasen gelöst vorliegen) ist die Einstellung einer engen Verweilzeitverteilung mit geringer Streuung der Länge der Fluidkolben und Streuung der Geschwindigkeit der Fluidkolben gewünscht, da es sonst zur unerwünschten Nebenproduktbildung und zu Selektivitätsverlust kommen kann.In particular, in applications with heterogeneous or homogeneous catalysis (catalytically active substances may also be dissolved in one of the fluid phases) is the setting of a narrow residence time distribution with little variation in the length of the fluid piston and scattering of the speed of the fluid piston desired because otherwise unwanted by-product formation and Selective loss can occur.

Entsprechend einem Anwendungsfall, bei der eine Verlängerung der durchströmbaren Kanäle gewünscht ist, kann die Anordnung mehrerer Mikrokanalelemente längs der Strömungsrichtung erforderlich sein. Für einen solchen Aufbau aus mehreren aufeinandergestapelten Mikrokanalelementen, ist die störungsfreie Überführung der Strömung von einem Mikrokanalelement zu einem nachfolgenden Mikrokanalelement notwendig, um geforderte Leistungskenndaten, wie beispielsweise Umsatz des Ausgangsstoffs oder Selektivität zum Zielprodukt, zu erreichen.According to an application in which an extension of the flow-through channels is desired, the arrangement of several micro-channel elements along the flow direction may be required. For such a construction of a plurality of stacked microchannel elements, the smooth transfer of the flow from a microchannel element to a subsequent microchannel element is necessary in order to achieve required performance characteristics, such as conversion of the starting material or selectivity to the target product.

Bei einem weiteren Anwendungsfall ist es gewünscht eine segmentierte Strömung (Spezialfall: Taylor-Strömung) zu erzeugen, wobei das Strömungsregime durch alternierende Fluidkolben eines ersten und eines zweiten Fluids charakterisiert ist Dabei kann zwischen der Kanalinnenwand und einem dispersen ersten Fluid ein dünner Film eines kontinuierlichen zweiten Fluid gebildet werden. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit können somit durch Reibungseffekte an der Kanalwand Zirkulationsströmungen in den Fluidkolben induziert werden.In a further application, it is desired to produce a segmented flow (special case: Taylor flow), the flow regime being characterized by alternating fluid pistons of a first and a second fluid. A thin film of a continuous second fluid may be interposed between the channel inner wall and a disperse first fluid Fluid are formed. Depending on the flow velocity, circulation flows into the fluid piston can thus be induced by friction effects on the channel wall.

Kawakami et al. (Ind. Eng. Chem. Res. 1989, 28, 394–400) stellen in ihrer Arbeit mit dem Titel: „Performance of a Honeycomb Monolith Bioreactor in a Gas-Liquid-Solid Three-Phase System” , einen dreiphasigen Monolith-Bioreaktor, der von einem 150 mm langen Monolithblock gebildet ist, vor. Die Einspeisung von Gas in die flüssigkeitsdurchströmten Kanäle eines Monolithen erfolgt durch ein Verteilsystem aus Kapillaren in gestapelte Monolithscheiben mit unterschiedlicher Anzahl von einzelnen Kanälen mit unterschiedlichen Kanalquerschnitten. In Abwärtsströmung besteht dabei die Gefahr, dass die homogene Taylorströmung durch die unterschiedlichen Kanalquerschnitte und die unterschiedliche Anzahl von Kanälen der jeweils durchströmten Monolithscheiben gestört wird. Dadurch wird die homogene Verteilung und gezielte Einstellung der Fluidkolben nicht gewährleistet. Auch in Aufwärtsströmung eignet sich die Anordnung nicht zur Erzeugung einer homogenen Taylor-Strömung. Kawakami et al. Eng. Chem. Res. 1989, 28, 394-400), in their work entitled: "Performance of a Honeycomb Monolith Bioreactor in a Gas-Liquid-Solid Three-Phase System" , one three-phase monolith bioreactor formed by a 150 mm long monolith block. The feeding of gas into the liquid-flow channels of a monolith is carried out by a distribution system of capillaries in stacked monolithic disks with different numbers of individual channels with different channel cross-sections. In the downward flow, there is a risk that the homogeneous Taylor flow is disturbed by the different channel cross-sections and the different number of channels of each monolith slices through which flows. As a result, the homogeneous distribution and targeted adjustment of the fluid piston is not guaranteed. Even in upward flow, the arrangement is not suitable for generating a homogeneous Taylor flow.

Bekannte Lösungen zur Verteilung von Fluidphasen (gas/flüssig, flüssig/flüssig) in kanalartigen Strukturen besitzen zwei wesentliche Nachteile. Zum einen kann mit bekannten Phasenverteilern keine homogene Verteilung der beiden Fluidphasen über den gesamten Kanalquerschnitt und der gesamten Kanallänge von Mikrokanalelementen erreicht werden. Folglich lassen sich nicht die maximal möglichen Raum-Zeit-Ausbeuten erreichen. Zum anderen ist es nicht möglich, die Oberfläche der Phasengrenzfläche (z. B. definiert über die Länge der jeweiligen Fluidkolben) optimal an die Bedürfnisse einer chemischen Reaktion anzupassen. Demzufolge sind die Raum-Zeit-Ausbeute, der Umsatz und die erzielbare Selektivität limitiert.Known solutions for the distribution of fluid phases (gas / liquid, liquid / liquid) in channel-like structures have two major disadvantages. On the one hand, with known phase distributors, no homogeneous distribution of the two fluid phases over the entire channel cross section and the entire channel length of microchannel elements can be achieved. Consequently, the maximum possible space-time yields can not be achieved. On the other hand, it is not possible to optimally adapt the surface of the phase interface (eg defined over the length of the respective fluid piston) to the requirements of a chemical reaction. Consequently, the space-time yield, the conversion and the achievable selectivity are limited.

Darüber hinaus erfordert eine Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Mikrokanalelemente eine Überführung der Gas/Flüssig- oder Flüssig/Flüssig-Strömungen von Kanal zu Kanal längs der Strömungsrichtung. Entsprechende Verbindungselemente die diese Aufgabe erfüllen, ohne dass die Strömung beeinflusst wird, sind derzeit nicht bekannt.In addition, an arrangement of a plurality of microchannel elements arranged one behind the other requires a transfer of the gas / liquid or liquid / liquid flows from channel to channel along the flow direction. Corresponding connecting elements which fulfill this task without influencing the flow are currently unknown.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Bedingungen und Möglichkeiten zu schaffen, um konstante Strömungs- und Verteilungsverhältnisse von mindestens zwei unterschiedlichen Fluidphasen in Mikrokanalelementen bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide conditions and possibilities to provide constant flow and distribution ratios of at least two different fluid phases in microchannel elements.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung und vorteilhafte Anwendungen des Verfahrens lassen sich dabei den untergeordneten Ansprüchen entnehmen. Die Verwendungen sind in Anspruch 16 angegeben.This object is achieved by a device according to claim 1 and by a method according to claim 10. Advantageous embodiments of the device and advantageous applications of the method can be found in the subordinate claims. The uses are specified in claim 16.

Nachfolgend wird die Erfindung zunächst allgemein, dann anhand entsprechender Ausführungsbeispiele beschrieben. Einzelne erfindungsgemäße Merkmale, wie sie in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, können dabei unabhängig von anderen einzelnen Merkmalen der Ausführungsbeispiele realisiert werden.In the following, the invention will be described first generally, then with reference to corresponding exemplary embodiments. Individual features of the invention, as described in the embodiments, can be realized independently of other individual features of the embodiments.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens zwei Fluidreservoire und mindestens ein Mikrokanalelement mit darin ausgebildeten Kanälen, die durchgehend eine gleichbleibende Querschnittsfläche aufweisen, auf.A device according to the invention has at least two fluid reservoirs and at least one microchannel element with channels formed therein, which have a constant cross-sectional area throughout.

An einem ersten Fluidreservoir sind mindestens ein Einlass und mehrere Austrittsöffnungen für ein erstes Fluid (Gas oder Flüssigkeit) vorhanden, wobei die Austrittsöffnungen in eine Richtung ausgerichtet und so angeordnet sind, dass jeweils eine der Austrittsöffnungen mit mindestens jeweils einer Öffnung eines Kanals eines Mikrokanalelements, eine Verbindung bildet. Dabei können die Austrittsöffnungen bevorzugt identische freie Querschnittflächen aufweisen. Jeweils eine der Austrittöffnungen ist mit jeweils einem der Kanäle eines Mikrokanalelements so verbunden, dass durch die Austrittsöffnungen ein durch einen ersten Einlass zugeführtes erstes Fluid, gleichmäßig kontinuierlich oder gepulst, in jeden Kanal des Mikrokanalelements zuführbar ist.At a first fluid reservoir at least one inlet and a plurality of outlet openings for a first fluid (gas or liquid) are provided, wherein the outlet openings are aligned in one direction and arranged so that in each case one of the outlet openings with at least one opening of a channel of a micro-channel element Compound forms. In this case, the outlet openings may preferably have identical free cross-sectional areas. In each case one of the outlet openings is connected in each case to one of the channels of a microchannel element in such a way that through the outlet openings a first fluid supplied through a first inlet, uniformly or continuously pulsed, can be fed into each channel of the microchannel element.

Ein zweites Fluidreservoir weist mindestens einen Einlass und mehrere Hohlnadeln auf, wobei die Hohlnadeln in eine Richtung ausgerichtet sind und/oder parallel angeordnet sein können, so dass zumindest jeweils eine Hohlnadel entlang der mittleren Längsachse eines Kanals eines Mikrokanalelements in Strömungsrichtung des ersten Fluides über eine Länge im Bereich von 1 mm bis 100 mm in einen solchen Kanal eingeführt ist und/oder der Quotient Q1, der aus dem Außendurchmesser jeweils einer Hohlnadel und dem Innendurchmesser eines Kanals gebildet ist, einen Wert im Bereich von 0,1 ≤ Q1 < 1, bevorzugt 0,9 ≤ Q1 < 1, aufweist.A second fluid reservoir has at least one inlet and a plurality of hollow needles, wherein the hollow needles are aligned in one direction and / or arranged parallel, so that at least one respective hollow needle along the central longitudinal axis of a channel of a micro-channel element in the flow direction of the first fluid over a length in the range from 1 mm to 100 mm in such a channel is introduced and / or the quotient Q 1 , which is formed from the outer diameter of each of a hollow needle and the inner diameter of a channel, a value in the range of 0.1 ≤ Q 1 <1 , preferably 0.9 ≦ Q 1 <1.

Dabei wird dem zweiten Fluidreservoir, durch mindestens einen zweiten Einlass, ein zweites Fluid (Gas oder Flüssigkeit) zugeführt, dass durch die Hohlnadeln, gleichmäßig kontinuierlich oder gepulst, in jeden vom ersten Fluid durchströmten Kanal eines Mikrokanalelements zuführbar ist.In this case, the second fluid reservoir, through at least one second inlet, a second fluid (gas or liquid) is supplied that can be fed through the hollow needles, uniformly continuous or pulsed, in each of the first fluid flow channel of a micro-channel element.

Eine Verbindung zwischen mindestens einer Hohlnadel und dem zweiten Reservoir kann so gestaltet sein, dass mindestens eine Hohlnadel verschieb- und/oder austauschbar ist. Eine Hohlnadel kann mit einem zweiten Fluidreservoir auch stoffschlüssig verbunden und fixiert sein. In einer besonderen Ausführungsform kann ein zweites Fluidreservoir mindestens zwei, entlang ihrer mittleren Längsachse angeordnete, aufeinanderfolgende Hohlnadeln aufweisen, die ineinander verschiebbar sind. Durch entsprechende Bewegungsmechanismen der verschiebbaren Nadeln können Phasengrenzflächen der Fluidkolben im Betrieb, dass heißt währenddessen die Kanäle mit Fluid durchströmt werden, verändert werden. Die Verschiebung von zwei entlang ihrer mittleren Längsachse aufeinanderfolgend, jeweils auf einer Grundplatte angeordneten Hohlnadeln kann zum Beispiel durch ein hydraulisches System erfolgen. Dabei kann eine durch eine Hydraulik oder Mechanik bewegliche Grundplatte mit darin in Strömungsrichtung ausgerichteten Hohlnadeln entlang der mittleren Längsachse, von in einer starr angeordneten Grundplatte angeordneten in Strömungsrichtung ausgerichteten Hohlnadeln, so in Strömungsrichtung alternierend bewegt werden, dass Hohlnadeln der beweglichen Grundplatte in die Hohlnadeln der starren Grundplatte eingeschoben werden können. A connection between at least one hollow needle and the second reservoir may be designed such that at least one hollow needle is displaceable and / or replaceable. A hollow needle can also be materially connected and fixed to a second fluid reservoir. In a particular embodiment, a second fluid reservoir may have at least two consecutive hollow needles arranged along their central longitudinal axis, which are slidable into one another. Through appropriate movement mechanisms of the displaceable needles, phase boundary surfaces of the fluid pistons can be changed during operation, that is, during which the channels are traversed with fluid. The displacement of two along their central longitudinal axis successively, each arranged on a base plate hollow needles can be done for example by a hydraulic system. In this case, a movable by a hydraulic or mechanical base plate with therein aligned in the flow direction hollow needles along the central longitudinal axis of arranged in a rigid base plate arranged in the flow direction hollow needles, are moved alternately in the flow direction that hollow needles of the movable base plate in the hollow needles of the rigid Base plate can be inserted.

Die besagten Mikrokanalelemente können eine Kanaldichte von 10 Kanälen bis 1500 Kanälen je cm2 aufweisen, durch die Fluid strömen kann, wobei die inneren freien Querschnitte der Kanäle verschiedene Formen mit inneren freien Querschnittsflächen im Bereich von 0,2 mm2 bis 25 mm2 aufweisen können.Said microchannel elements may have a channel density of 10 channels to 1500 channels per cm 2 through which fluid can flow, wherein the inner free cross sections of the channels may have different shapes with internal free cross sectional areas in the range of 0.2 mm 2 to 25 mm 2 ,

Ist eine Verlängerung der von Fluid durchströmbaren Kanäle erforderlich, so können Mikrokanalelemente in Reihe in Strömungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet werden. Solche aufeinanderfolgenden Mikrokanalelemente sollten identische Querschnittsformen und -flächen ihrer Kanäle aufweisen und können mit einem Kanalverbindungselement bypassfrei verbunden werden. Ein solches Kanalverbindungselement kann als eine Grundplatte mit darin senkrecht an beiden Seiten herausragenden durchgängigen Durchführungen ausgebildet sein, wobei die Kanalverbindungselemente in jeweils zwei aneinander grenzende, in Strömungsrichtung gegenüberliegende Kanäle der Mikrokanalelemente eingeführt werden, so dass die Mikrokanalelemente miteinander verbunden werden können. Dabei kann die Verbindung formschlüssig, beispielsweise durch Presspassung oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten oder Kleben erfolgen. Die für eine Reaktion nutzbare Kanalgesamtlänge kann somit im Bereich von 0,01 m bis 80 m, bevorzugt 0,1 m bis 80 m, liegen.If an extension of the channels through which fluid can flow is required, then microchannel elements can be arranged in series in the flow direction in succession. Such successive microchannel elements should have identical cross-sectional shapes and areas of their channels and may be connected bypass-free with a channel connector. Such a channel connection element may be formed as a base plate with through-holes projecting perpendicularly on both sides, wherein the channel connection elements are introduced into in each case two adjoining flow channels of the microchannel elements, so that the microchannel elements can be connected to one another. In this case, the connection can be positively, for example by press-fitting or cohesively, for example by soldering or gluing done. The total usable channel length for a reaction can thus be in the range from 0.01 m to 80 m, preferably 0.1 m to 80 m.

Die Innenwände der Kanäle der Mikrokanalelemente können mit mindestens einem Katalysator beschichtet sein und/oder mindestens ein Katalysator kann als Pulver- oder Formkörperschüttung innerhalb der Kanäle eines Mikrokanalelements immobilisiert sein. Ein Katalysator kann aber auch als Fluid oder in suspendierter Form durch die Kanäle eines Mikrokanalelements strömen. Weiterhin kann mindestens ein Katalysator in dem Material, aus dem ein Mikrokanalelement gebildet ist, immobilisiert sein. Ein Mikrokanalelement kann auch aus mindestens einem katalytisch aktiven Material gebildet sein. Auch die Fluidreservoire, die Hohlnadeln und/oder die Durchführungen der Kanalverbindungselemente können katalytisch aktiv ausgeführt sein. Ein Katalysator kann aber auch als Fluid und/oder als Suspension durch die Kanäle eines Mikrokanalelements strömen.The inner walls of the channels of the microchannel elements may be coated with at least one catalyst and / or at least one catalyst may be immobilized as a powder or shaped bed within the channels of a microchannel element. However, a catalyst may also flow as fluid or in suspended form through the channels of a microchannel element. Furthermore, at least one catalyst may be immobilized in the material of which a microchannel element is formed. A microchannel element can also be formed from at least one catalytically active material. The fluid reservoirs, the hollow needles and / or the passages of the channel connecting elements can also be made catalytically active. However, a catalyst can also flow as a fluid and / or as a suspension through the channels of a microchannel element.

Als Katalysatoren sollen Substanzen bezeichnet werden, die die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Senkung der Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion erhöhen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Demnach sollen auch Enzyme als Katalysatoren verstanden werden, die ein oder mehrere biochemische Reaktionen katalysieren. Ebenso sollen als Katalysatoren jegliche Art von Mikroorganismen verstanden werden, die aufgrund ihres Stoffwechsels/Metabolismus zur Produktion einer bestimmten Substanz technisch eingesetzt werden können.Catalysts are substances which increase the reaction rate by lowering the activation energy of a chemical reaction without being consumed by it itself. Accordingly, enzymes should also be understood as catalysts which catalyze one or more biochemical reactions. Likewise to be understood as catalysts any kind of microorganisms that can be used technically due to their metabolism / metabolism for the production of a particular substance.

Bei den Kanalverbindungselementen kann der Wert aus dem Quotient zwischen dem Außendurchmesser der Durchführungen und dem Innendurchmesser des jeweiligen Kanals, bei einer stoffschlüssigen Verbindung < 1 liegen und kann bei einer formschlüssigen Verbindung > 1 liegen. Bei ausreichender Materialbeschaffenheit kann auch eine Presspassung der Durchführungen in die Kanäle der Mikrokanalelemente gewählt werden. Durch eine ausreichend gute Verbindung können Fehlströmungen innerhalb eines jeweiligen Kanals verringert werden. Die Wandstärke der Durchführungen sollte dabei möglichst klein sein, um dadurch resultierende zusätzliche Druckverluste zu minimieren. Die Kanalverbindungselemente können auch gezielt zur Induktion von Pulsationen in den Kanälen genutzt werden. So kann beispielsweise der Quotient Q2, der aus dem Innendurchmesser einer Durchführung und dem Kanalinnendurchmesser gebildet ist, einen Wert im Bereich von 0,1 ≤ Q2 < 1, bevorzugt 0,1 ≤ Q2 < 0,9 aufweisen, wodurch Beschleunigungseffekte hervorgerufen werden, die zu einer Intensivierung von Stoff- und Wärmeaustauschprozessen führen können.In the case of the channel connecting elements, the value can be from the quotient between the outer diameter of the bushings and the inner diameter of the respective channel, with a cohesive connection <1, and can be> 1 in the case of a positive connection. With sufficient material properties, a press fit of the bushings in the channels of the micro-channel elements can be selected. By having a sufficiently good connection, erroneous flows within a respective channel can be reduced. The wall thickness of the bushings should be as small as possible in order to minimize resulting additional pressure losses. The channel connection elements can also be used specifically for inducing pulsations in the channels. For example, the quotient Q 2 , which is formed from the inner diameter of a passage and the channel inner diameter, a value in the range of 0.1 ≤ Q 2 <1, preferably 0.1 ≤ Q 2 <0.9, causing acceleration effects which can lead to an intensification of material and heat exchange processes.

Solche ersten und zweiten Fluidreservoire, die Hohlnadeln, die Kanalverbindungselemente und die Durchführungen können beispielsweise mit Template-Techniken aus verschieden Materialen, wie beispielsweise aus Metall oder aus Keramik gefertigt werden und können außerdem entsprechend inerte oder reaktive Innenwandbeschichtungen aufweisen. Für solche Innenwandbeschichtungen in den Kanälen, Hohlnadeln und/oder Durchführungen können Schichten aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Kohlenstoff in Verbindung mit eingelagerten katalytisch aktiven Stoffen wie Ruthenium, Palladium, Platin, Kupfer oder Eisen verwendet werden.Such first and second fluid reservoirs, the hollow needles, the channel connecting elements and the leadthroughs may be made, for example, by template techniques of different materials, such as For example, be made of metal or ceramic and may also have corresponding inert or reactive interior wall coatings. For such inner wall coatings in the channels, hollow needles and / or bushings, layers of alumina, silica or carbon can be used in conjunction with intercalated catalytically active substances such as ruthenium, palladium, platinum, copper or iron.

Das/die Mikrokanalelement(e) kann/können in verschiedene Raumrichtungen, insbesondere horizontal und vertikal, ausgerichtet werden. In Reihe angeordnete, aufeinanderfolgende Mikrokanalelemente sollten durchgängige Kanäle mit gleichbleibenden Querschnittsflächen aufweisen.The microchannel element (s) can be oriented in different spatial directions, in particular horizontally and vertically. In-line, consecutive microchannel elements should have continuous channels with uniform cross-sectional areas.

Gasförmige Fluide können den Fluidreservoiren mit Massendurchflussreglern oder Verdichtern zugeführt werden, während für die Zufuhr von flüssigen Fluiden beispielsweise Kolben-, Kreiselpumpen oder dualangesteuerte Doppelkolbenpumpen eingesetzt werden können. Weiterhin kann die Zuführung von flüssigen Fluiden mit pulsationsfreien Pumpen oder mit Pumpen mit gezielt steuerbarer Pulsation erfolgen. Alternativ zu den genannten kontinuierlichen Zuführungen können auch pulsationsartige Zuführungen verwendet werden, die durch die Kopplung von durchflussgeregelten Bauelementen, wie piezoangesteuerten Ventilen oder klassischen mechanischen oder elektrischen Magnetventilen, mit einem unter Überdruck stehendem Fluidreservoir oder durch periodisch arbeitende Fluidfördersysteme wie Einkolbenpumpen bereitgestellt werden.Gaseous fluids may be supplied to the fluid reservoirs with mass flow controllers or compressors, while for the supply of liquid fluids, for example, piston, centrifugal or dual-action dual piston pumps may be employed. Furthermore, the supply of liquid fluids with pulsation-free pumps or pumps with targeted controllable pulsation can take place. Alternatively to said continuous feeds, pulsation type feeds provided by the coupling of flow controlled devices such as piezo actuated valves or classical mechanical or electrical solenoid valves, with a pressurized fluid reservoir or by periodically operating fluid delivery systems such as single piston pumps may also be used.

Bei der Zufuhr von gasförmigen Fluiden in ein Fluidreservoir, können zur Verminderung eines Puffervolumens außerhalb des jeweiligen Fluidreservoirs beziehungsweise vor dem jeweiligen Fluidreservoir, zusätzliche druckverlusterzeugende Elemente vorhanden sein. In diesem Fall kann durch ein druckverlusterzeugendes Element die Wechselwirkung beim Einströmen eines gasförmigen Fluids in ein Fluidreservoir verringert oder verhindert werden. Druckverlustelemente können Filterelemente, Blenden oder durchströmte Bereiche mit reduziertem Strömungsquerschnitt sein.When supplying gaseous fluids into a fluid reservoir, additional pressure loss-generating elements may be present to reduce a buffer volume outside the respective fluid reservoir or in front of the respective fluid reservoir. In this case, a pressure loss-generating element can reduce or prevent the interaction when a gaseous fluid flows into a fluid reservoir. Pressure loss elements may be filter elements, diaphragms or flow areas with reduced flow cross-section.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung können mehrere Hohlnadeln in einen Kanal eines Mikrokanalelements eingeführt werden, so dass mehrere Fluide gleichzeitig oder unabhängig voneinander, gepulst und/oder kontinuierlich zugeführt werden können.In a further embodiment of the device, a plurality of hollow needles can be introduced into a channel of a microchannel element, so that a plurality of fluids can be supplied simultaneously or independently, pulsed and / or continuously.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bereitstellung konstanter Strömungsverhältnisse von mindestens zwei Fluidphasen in Mikrokanalelementen mit zellularen Strukturen wird ein erstes Fluid durch mindestens einen Einlass kontinuierlich oder definiert gepulst, in ein erstes Fluidreservoir zugeführt.In a method according to the invention for providing constant flow conditions of at least two fluid phases in microchannel elements having cellular structures, a first fluid is pulsed continuously or in a defined manner through at least one inlet, fed into a first fluid reservoir.

Von dort wird das erste Fluid gleichmäßig durch die Austrittsöffnungen, kontinuierlich oder gepulst, in jeden Kanal eines Mikrokanalelements in Strömungsrichtung zugeführt, wobei bevorzugt durch die Austrittsöffnungen jeweils der gleiche Volumenstrom des ersten Fluids abgegeben wird. Es sollte durch jede Austrittsöffnung eine identische Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids eingehalten werden.From there, the first fluid is fed uniformly through the outlet openings, continuous or pulsed, into each channel of a microchannel element in the flow direction, wherein in each case the same volume flow of the first fluid is dispensed through the outlet openings. It should be followed by each outlet an identical flow rate of the first fluid.

Ein zweites Fluid wird durch mindestens einen zweiten Einlass in ein zweites Fluidreservoir kontinuierlich oder definiert gepulst zugeführt. Von dort wird das zweite Fluid gleichmäßig durch die Hohlnadeln, kontinuierlich oder gepulst, direkt in Strömungsrichtung des ersten Fluids, in jeden vom ersten Fluid bereits durchströmten Kanal eines Mikrokanalelements zugeführt, wobei durch jede Hohlnadel, bevorzugt jeweils der gleiche Volumenstrom des zweiten Fluids abgegeben wird. Für das durch jede Hohlnadel geführte zweite Fluid sollte jeweils eine identische Strömungsgeschwindigkeit in jeder Hohlnadel eingehalten werden.A second fluid is supplied pulsed through at least one second inlet into a second fluid reservoir in a continuous or defined manner. From there, the second fluid is supplied uniformly through the hollow needles, continuously or pulsed directly in the direction of flow of the first fluid, into each channel of a microchannel element already flowed through by the first fluid, wherein the same volume flow of the second fluid is delivered through each hollow needle, preferably in each case. For the guided through each hollow needle second fluid each an identical flow rate should be maintained in each hollow needle.

Ein erstes Fluid muss von dem zweiten Fluid verschieden sein, in dem sich die Fluide zum Beispiel in ihrer Dichte, Viskosität, Oberflächenspannung, stofflichen Zusammensetzung, Benetzbarkeit und/oder der Polarität voneinander unterscheiden.A first fluid must be different from the second fluid in which the fluids differ, for example, in their density, viscosity, surface tension, material composition, wettability and / or polarity.

Die gepulste Zuführung eines ersten Fluids sollte in einen, von einem zweiten Fluid kontinuierlich durchströmten Kanal eines Mikrokanalelements erfolgen. Dabei kann das gepulste erste Fluid entweder durch die Austrittsöffnungen des ersten Fluidreservoirs zugeführt werden, wenn der kontinuierliche Fluidstrom des zweiten Fluids durch die Hohlnadeln erfolgt oder durch die Hohlnadeln zugeführt werden, wenn der kontinuierliche Fluidstrom des zweiten Fluids durch die Austrittsöffnungen des ersten Fluidreservoirs erfolgt. Es können aber auch das erste und das zweite Fluid gepulst in einen Kanal eines Mikrokanalelements zugeführt werden.The pulsed supply of a first fluid should take place in a channel of a microchannel element continuously flowed through by a second fluid. In this case, the pulsed first fluid can be supplied either through the outlet openings of the first fluid reservoir, if the continuous fluid flow of the second fluid through the hollow needles or supplied by the hollow needles, if the continuous fluid flow of the second fluid through the outlet openings of the first fluid reservoir. However, it is also possible for the first and the second fluid to be supplied pulsed into a channel of a microchannel element.

Die kontinuierliche und/oder die gepulste Abführung des ersten und zweiten Fluids sollte so eingestellt werden, dass sich innerhalb eines Kanals eines Mikrokanalelements definierte und kontrollierte Phasengrenzflächen, Oberflächen die miteinander in Kontakt stehen, zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid bilden. Dabei sollte die Pulsation des ersten Fluids bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids so gewählt werden, dass Fluidkolben mit definierter Länge und geringer Längenschwankung ausgebildet werden.The continuous and / or pulsed discharge of the first and second fluids should be adjusted so that within a channel of a microchannel element, defined and controlled interface surfaces, surfaces in contact with each other, form between the first and second fluids. In this case, the pulsation of the first fluid or the flow speed of the second fluid should be selected such that fluid pistons with a defined length and short length variation are formed.

Durch die Einstellung der Pulsationsrate und der Dauer einer einzelnen Pulsation eines ersten Fluids, können in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids, die Länge und die Verweilzeitverteilung der Fluidkolben des zweiten Fluids beeinflusst werden.By adjusting the pulsation rate and the duration of a single pulsation of a first fluid, depending on the flow rate of the second fluid, the length and the residence time distribution of the fluid piston of the second fluid can be influenced.

Dabei werden innerhalb der Kanäle der Mikrokanalelemente Fluidkolben mit definierter Länge, definierter Strömungsgeschwindigkeit, definierter Fluidverteilung und definierter Verweilzeitverteilung ausgebildet. Die Strömungsgeschwindigkeit, die Phasenverteilung und die Verweilzeitverteilung der Fluidkolben, des ersten und/oder zweiten Fluids, werden dabei über jeweils die gesamte durchströmbare Kanallänge eines Mikrokanalelements oder von in Reihe angeordneten, aufeinanderfolgenden Mikrokanalelementen konstant gehalten (abgesehen von Änderungen, die durch den Verbrauch im Stoffumwandlungsprozess hervorgerufen werden).In this case, fluid pistons with a defined length, defined flow rate, defined fluid distribution and defined residence time distribution are formed within the channels of the microchannel elements. The flow rate, the phase distribution and the residence time distribution of the fluid piston, the first and / or second fluid are kept constant over each of the entire flow-through channel length of a micro-channel element or arranged in series, successive micro-channel elements (apart from changes caused by the consumption in the material conversion process be caused).

Darüber hinaus können die Parameter: Länge, Strömungsgeschwindigkeit, Fluidverteilung, Phasenverteilung, Verweilzeitverteilung und die Strömungsrichtung von Fluidkolben, unabhängig von der räumlichen Ausrichtung eines Mikrokanalelements und/oder in Reihe angeordneter, aufeinanderfolgender Mikrokanalelemente ohne chemische Reaktion konstant gehalten werden. Dabei sollten die eingestellten Parameter, auch bei einer Veränderung der räumlichen Ausrichtung der Vorrichtung während des Betriebs, konstant gehalten werden. Weiterhin kann die Vorrichtung mit konstanten Parametern in Horizontaldurchströmung und/oder in Vertikaldurchströmung in Auf- und Abwärtsströmung betrieben werden. Eine segmentierte Strömung kann somit für verschiedene Strömungsrichtungen bei unterschiedlichen räumlichen Ausrichtungen der Vorrichtung erzeugt werden.In addition, the parameters: length, flow rate, fluid distribution, phase distribution, residence time distribution, and flow direction of fluid pistons may be kept constant without chemical reaction regardless of the spatial orientation of a microchannel element and / or series-sequential microchannel elements. The set parameters should be kept constant, even if there is a change in the spatial orientation of the device during operation. Furthermore, the device can be operated with constant parameters in horizontal flow and / or in vertical flow in up and down flow. A segmented flow can thus be generated for different flow directions at different spatial orientations of the device.

Bei der innerhalb der Kanäle ablaufenden chemischen Reaktionen werden die in den Fluidkolben vorhandenen Substanzen verbraucht, so dass sich die Länge der Fluidkolben verändern kann.The chemical reactions taking place within the channels consume the substances present in the fluid pistons, so that the length of the fluid pistons can change.

Die Veränderung der Phasengrenzflächen zwischen zwei Fluiden kann durch die Veränderung des Verhältnisses des Innendurchmessers einer Hohlnadel gegenüber dem Innendurchmesser des jeweiligen Kanals eingestellt werden, indem der Innendurchmesser von Hohlnadeln durch sich entlang der mittleren Längsachse ineinander verschiebbarer Hohlnadeln eingestellt wird. Eine Veränderung der Phasengrenzflächen zwischen zwei Fluiden kann aber auch durch ein alternierendes Bewegungsmuster von sich entlang der mittleren Längsachse ineinander verschiebbarer Hohlnadeln erzeugt werden.The change in the phase boundaries between two fluids can be adjusted by changing the ratio of the inner diameter of a hollow needle to the inner diameter of the respective channel by adjusting the inner diameter of hollow needles by hollow needles being intermeshable along the central longitudinal axis. However, a change in the phase boundary surfaces between two fluids can also be produced by an alternating movement pattern of hollow needles which can be displaced along the central longitudinal axis.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren kann/können zur Durchführung von Stoffumwandlungsprozessen und insbesondere zur Durchführung chemischer Reaktionsprozesse von einer Substanz A mit oder in Gegenwart mindestens einer Substanz B und/oder in Gegenwart eines Katalysators Y und/oder in Gegenwart weiterer Substanzen zu mindestens einer Substanz C eingesetzt werden. Dabei wird in jeweils einen Kanal eines Mikrokanalelements und/oder in Reihe angeordneter Mikrokanalelemente, ein erstes Fluid, mit einer darin vorhandenen Substanz A oder ein erstes Fluid, das aus einer Substanz A oder einer Verdünnung der Substanz A gebildet ist, kontinuierlich zugeführt und mindestens ein zweites Fluid, mit einer Pulsationsrate die Bereich von 1 min–1 bis 1000 s–1 eingestellt ist, durch Hohlnadeln jeweils gleichmäßig gepulst, in einem vom ersten Fluid durchströmten Kanal eines Mikrokanalelements so zugeführt, dass innerhalb der Kanäle eines Mikrokanalelements Fluidkolben mit definierter Länge (LS, LB), Strömungsgeschwindigkeit, Verweilzeit und Verweilzeitverteilung gebildet werden.A device according to the invention and a method according to the invention can be used for carrying out material conversion processes and in particular for carrying out chemical reaction processes of a substance A with or in the presence of at least one substance B and / or in the presence of a catalyst Y and / or in the presence of further substances to at least one Substance C can be used. In each case one channel of a microchannel element and / or microchannel elements arranged in series, a first fluid, with a substance A present therein or a first fluid, which is formed from a substance A or a dilution of the substance A, is fed continuously and at least one second fluid, with a pulsation rate is set from 1 min -1 to 1000 s -1 , pulsed uniformly by hollow needles, fed in a flowed through the first fluid channel of a micro-channel element so that within the channels of a micro-channel element fluid piston with a defined length ( LS, LB), flow rate, residence time and residence time distribution.

Dabei sollte innerhalb eines Kanals eines Mikrokanalelements eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 1000°C und ein Druck im Bereich von 0,01 bar bis 500 bar so eingestellt sein, dass möglichst das Optimum für eine Reaktionsfähigkeit der Substanz A mit oder in Gegenwart der Substanz B und/oder in Gegenwart eines Katalysators Y zu mindestens einer Substanz C eingestellt ist.In this case, within a channel of a microchannel element, a temperature in the range of 10 ° C. to 1000 ° C. and a pressure in the range of 0.01 bar to 500 bar should be set in such a way that, if possible, the optimum for a reactivity of substance A with or in the presence the substance B and / or in the presence of a catalyst Y to at least one substance C is set.

Die in den Fluidkolben enthaltene Substanz A kann dann mit oder in Gegenwart mindestens einer Substanz B und/oder in Gegenwart weiterer Substanzen und/oder in Gegenwart eines an den Kanalinnenwänden der Mikrokanalelemente beschichteten und/oder in den Kanalinnenwänden der Mikrokanalelemente immobilisierten Katalysator Y und/oder in Gegenwart eines Katalysators Y der als Pulver- oder Formkörperschüttung innerhalb eines Kanals oder in einem der beiden Fluide vorliegt oder als Fluid oder in suspendierter Form in einem Kanal strömt, entlang der Länge eines Kanals reagieren und zu mindestens einer Substanz C umgewandelt werden. Ein Fluid kann dabei auch mit mindestens einer Substanz B gebildet sein. Zudem kann in einem der Fluide mindestens ein Substanz B enthalten sein. Weiterhin kann die Substanz B in oder an den Kanälen eines Mikrokanalelements immobilisiert sein. Dadurch können beliebige Stoffumwandlungsprozesse, bevorzugt chemische, heterogen oder homogen katalysierte Reaktionsprozesse, wie Hydrierungen, Oxidationen, Dehydrierungen, Nitrierungen und Chlorierungen, Acylierungen, Alkylierungen, Carboxylierungen, Halogenierungen, Hydroformulierungen, oder Hydroxylierungen durchgeführt werden.The substance A contained in the fluid piston can then be reacted with or in the presence of at least one substance B and / or in the presence of further substances and / or in the presence of a catalyst Y and / or immobilized on the channel inner walls of the microchannel elements and / or immobilized in the channel inner walls of the microchannel elements in the presence of a catalyst Y which is present as a powder or shaped bed within a channel or in one of the two fluids or flows as a fluid or in suspended form in a channel, reacting along the length of a channel and are converted to at least one substance C. A fluid can also be formed with at least one substance B. In addition, at least one substance B may be contained in one of the fluids. Furthermore, the substance B may be immobilized in or on the channels of a microchannel element. As a result, any material conversion processes, preferably chemical, heterogeneous or homogeneously catalyzed reaction processes, such as hydrogenations, oxidations, dehydrogenations, nitrations and chlorinations, acylations, alkylations, carboxylations, halogenations, hydroformulations, or hydroxylations are performed.

Mit weiteren besonderen Ausführungsformen der Vorrichtung können Verfahren mit komplexen und mehrstufigen/mehrphasigen Reaktionsprozessen und Reaktionskaskaden durchgeführt werden, indem in Reihe angeordnete, aufeinanderfolgende Mikrokanalelemente eingesetzt werden, die mit verschiedenen Katalysatoren beschichtet und/oder modifiziert sein können.With other particular embodiments of the device, methods with complex and multi-stage / multi-phase reaction processes and reaction cascades can be carried out by using series-arranged, successive microchannel elements which can be coated and / or modified with different catalysts.

Die Umsetzung der Erfindung wird im nachfolgenden Ausführungsbeispiel dargestellt.The implementation of the invention is illustrated in the following embodiment.

Es zeigt:It shows:

1a/b: schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Bereitstellung konstanter Strömungsverhältnisse von Fluiden in Mikrokanalelementen mit zellularen Strukturen, 1a / b: schematic sectional view of a device for providing constant flow conditions of fluids in microchannel elements with cellular structures,

2: eine schematische Schnittdarstellung eines Verbindungselementes mit zwei aufeinanderfolgenden Mikrokanalelementen, 2 FIG. 2 is a schematic sectional view of a connecting element with two successive microchannel elements, FIG.

3a/b/c: Homogene Verteilung von Fluidkolben in einem Mikrokanalelement mit variierten Volumenströmungen. 3a / b / c: Homogeneous distribution of fluid pistons in a microchannel element with varied volume flows.

In der 1a ist ein Schnitt durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei der die Einlässe 3.1 und 4.1 des ersten Fluidreservoirs 3 und die des zweiten Fluidreservoirs 4 senkrecht zur Strömungsrichtung S angeordnet sind. Bei der in der 1b dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Einlässe 3.1 und 4.1 in Richtung der Strömungsrichtung S angeordnet. Dabei sind die beiden Fluidreservoire 3 und 4 jeweils so mit einander verbunden, dass jeweils eine von den vom zweiten Fluidreservoir 4 ausgehenden in Strömungsrichtung S ausgerichteten Hohlnadeln 4.2 durch jeweils eine der im Querschnitt identischen Austrittsöffnungen 3.2 des ersten Fluidreservoirs 3 hindurch, in jeweils einen Kanal 2 eines Mikrokanalelements 1 eingeführt ist. Die Fluidreservoire 3 und 4 sind mit dem Mikrokanalelement 1 gegenüber der Umwelt druck- und fluiddicht verbunden. In jedes der Fluidreservoire 3 und 4 kann gasförmiges oder flüssiges Fluid zugeführt werden.In the 1a is a section through an example of a device according to the invention shown, in which the inlets 3.1 and 4.1 of the first fluid reservoir 3 and the second fluid reservoir 4 are arranged perpendicular to the flow direction S. When in the 1b illustrated device according to the invention are the inlets 3.1 and 4.1 arranged in the direction of the flow direction S. Here are the two fluid reservoirs 3 and 4 each connected to each other so that each one of the second fluid reservoir 4 outgoing aligned in the flow direction S hollow needles 4.2 by each one of the identical in cross section outlet openings 3.2 of the first fluid reservoir 3 through, in each case a channel 2 a microchannel element 1 is introduced. The fluid reservoirs 3 and 4 are with the microchannel element 1 connected to the environment pressure and fluid-tight. In each of the fluid reservoirs 3 and 4 can be supplied gaseous or liquid fluid.

In der 2 ist eine Schnittdarstellung eines Kanalverbindungselements 5 zur Verbindung von zwei aufeinanderfolgenden Mikrokanalelementen 1 abgebildet. Jeweils eine der senkrecht an beiden Seiten der Grundplatte des Kanalverbindungselements 5 herausragenden Durchführungen 5.1, wird in jeweils zwei gengenüberliegende Kanäle 2 von in Strömungsrichtung S gegenüberliegenden Mikrokanalelementen 1 eingeführt und dadurch miteinander bypassfrei verbunden und fluiddicht abgedichtet.In the 2 is a sectional view of a channel connector 5 for connecting two consecutive microchannel elements 1 displayed. In each case one of the perpendicular to both sides of the base plate of the channel connecting element 5 outstanding bushings 5.1 , is in each case two gengenüberliegende channels 2 of opposite in the flow direction S micro-channel elements 1 introduced and thereby bypassed connected and sealed fluid-tight.

Die 3a zeigt eine Fluidströmung im Abwärtsstrom mit einem gasförmigen Fluid (Luft), dass über die Hohlnadeln 4.2 des zweiten Fluidreservoirs 4 in 10 parallel angeordnete Kanäle 2 zugeführt wird. Das flüssige Fluid (Wasser) wird durch die Austrittsöffnungen 3.2 des ersten Fluidreservoirs 3 in die Kanäle 2 zugeführt. Der Volumenstrom des gasförmigen Fluids und des flüssigen Fluids beträgt 60 ml/min bei einem Druck von 0,1 MPa und einer Temperatur von 293 K. Dabei werden Fluidkolben des flüssigen Fluids mit einer definierten Länge LS und Fluidkolben des gasförmigen Fluids mit einer definierten Länge LB gebildet.The 3a shows a fluid flow in the downward flow with a gaseous fluid (air) that over the hollow needles 4.2 of the second fluid reservoir 4 in 10 parallel channels 2 is supplied. The liquid fluid (water) passes through the outlet openings 3.2 of the first fluid reservoir 3 into the channels 2 fed. The volume flow of the gaseous fluid and the liquid fluid is 60 ml / min at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 293 K. Here are fluid piston of the liquid fluid having a defined length LS and fluid piston of the gaseous fluid having a defined length LB educated.

In der 3b sind Fluidkolben innerhalb eines Kanals 2 mit einem Kanalverbindungselement 5 dargestellt, wobei in den Kanal ein erstes flüssiges Fluid, mit einem Volumenstrom von 3 ml/min (0,05 ml/s) und ein zweites gasförmiges Fluid, mit einem Volumenstrom von 30 ml/min (0,5 ml/s) zugeführt wird. Weiterhin zeigt die 3c Fluidkolben innerhalb eines Kanals 2, wobei für ein erstes flüssiges Fluid, ein Volumenstrom von 1,5 ml/min (0,025 ml/s) und ein Volumenstrom eines zweiten gasförmigen Fluids mit 150 ml/min (2,50 ml/s) eingestellt ist. Mit der Anpassung der Volumenströme des ersten und des zweiten Fluids, werden die Längen und die Verteilungen der Fluidkolben eingestellt und verändert.In the 3b are fluid pistons within a channel 2 with a channel connector 5 shown, wherein in the channel a first liquid fluid, with a flow rate of 3 ml / min (0.05 ml / s) and a second gaseous fluid, with a flow rate of 30 ml / min (0.5 ml / s) supplied becomes. Furthermore, the shows 3c Fluid piston within a channel 2 , wherein for a first liquid fluid, a volume flow of 1.5 ml / min (0.025 ml / s) and a flow rate of a second gaseous fluid at 150 ml / min (2.50 ml / s) is set. As the volume flows of the first and second fluids are adjusted, the lengths and distributions of the fluid pistons are adjusted and varied.

Wie den beiden 3b und 3c weiterhin zu entnehmen ist, erfolgt keine Beeinflussung der Länge der Fluidkolben durch das Kanalverbindungselement 5. So entspricht in der 3b, die Länge des Fluidkolbens LSv1 (1,3 mm) des flüssigen Fluids in Strömungsrichtung S vor dem Kanalverbindungselement 5, der Länge des Fluidkolbens LSn1 (1,3 mm) des flüssigen Fluids in Strömungsrichtung S hinter dem Kanalverbindungselement 5. Ebenso ist dies auch der Fall für die Länge der Fluidkolben des gasförmigen Fluids. Dementsprechend entspricht die Länge des Fluidkolbens LBv1 (2,1 mm) vor dem Kanalverbindungselement 5, der Länge des Fluidkolbens LBn1 (2,1 mm) in Strömungsrichtung S hinter dem Kanalverbindungselement 5. Dies ist auch bei geänderten Volumenströmungsverhältnissen der 3c der Fall. Demnach entspricht die Länge des Fluidkolbens LSv2 (0,4 mm) der Länge des Fluidkolbens LSn2 (0,4 mm) und die Länge des Fluidkolbens LBv2 (6,8 mm) der Länge des Fluidkolbens LSn2 (6,8 mm).Like the two 3b and 3c can still be seen, there is no influence on the length of the fluid piston through the channel connecting element 5 , So corresponds in the 3b , the length of the liquid piston LSv1 (1.3 mm) of the liquid fluid in the flow direction S in front of the channel connecting element 5 , the length of the liquid piston LSn1 (1.3 mm) of the liquid fluid in the flow direction S behind the channel connecting member 5 , Likewise, this is also the case for the length of the fluid piston of the gaseous fluid. Accordingly, the length of the fluid piston corresponds to LBv1 (2.1 mm) in front of the channel connector 5 , of the Length of the fluid piston LBn1 (2.1 mm) in the flow direction S behind the duct connection element 5 , This is also with changed volume flow conditions of 3c the case. Thus, the length of the fluid piston LSv2 (0.4 mm) corresponds to the length of the fluid piston LSn2 (0.4 mm) and the length of the fluid piston LBv2 (6.8 mm) to the length of the fluid piston LSn2 (6.8 mm).

Ein weiteres Beispiel zeigt, dass die Länge von Fluidkolben und die Phasengrenzflächen zwischen den beteiligten Fluiden (Phasen), mit der Veränderung der Innendurchmesser der Hohlnadeln 4.2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eingestellt werden kann. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Längen von Fluidkolben und die Phasengrenzflächen zwischen den beteiligten Fluiden (Phasen) dargestellt, die bei Veränderung des Kanalinnendurchmessers bei einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit von 0,025 m/s der eingesetzten Fluide erzeugt werden. Bei dem Fluid 1 handelt es sich um Alphamethylstyrol (AMS) und bei dem Fluid 2 um Wasserstoff (H2). Tabelle 1 (Fluid 1: AMS; Fluid 2: H2; Druck: 1 MPa; Temperatur: 293 K) Innendurchmesser Hohlnadel (4.2) Fluidkolbenlänge Fluid 1 Fluidkolbenlänge Fluid 2 Spezifische Austauchfläche Fluid 1 – Kanalwand [m2/m3] Spezifische Austauchfläche Fluid 2 – Kanalwand [m2/m3] Spezifische Austauchfläche Fluid 1–Fluid 2 [m2/m3] 0,18 0,8 1,1 211 3789 276 0,32 1,6 1,7 848 3152 159 0,49 2,1 2,1 1048 2952 125 Another example shows that the length of fluid piston and the phase interfaces between the fluids involved (phases), with the change in the inner diameter of the hollow needles 4.2 a device according to the invention can be adjusted. Table 1 below shows the lengths of fluid pistons and the phase boundaries between the fluids involved (phases) which are generated when the internal channel diameter is changed at a constant flow rate of 0.025 m / s of the fluids used. The fluid 1 is alpha-methylstyrene (AMS) and the fluid 2 is hydrogen (H 2 ). Table 1 (fluid 1: AMS; fluid 2: H 2 ; pressure: 1 MPa; temperature: 293 K) Inner diameter hollow needle ( 4.2 ) Fluid piston length fluid 1 Fluid piston length fluid 2 Specific exchange area fluid 1 - channel wall [m 2 / m 3 ] Specific exchange area fluid 2 - channel wall [m 2 / m 3 ] Specific exchange area Fluid 1-Fluid 2 [m 2 / m 3 ] 0.18 0.8 1.1 211 3789 276 0.32 1.6 1.7 848 3152 159 0.49 2.1 2.1 1048 2952 125

Nachfolgend wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Beispiel der Hydrierung von Alphamethylstyrol (AMS) zu Cumol beschrieben.The use of the device according to the invention is described below using the example of the hydrogenation of alphamethylstyrene (AMS) to form cumene.

Bei diesem Anwendungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Mikrokanalelement 1 mit katalytisch aktiven Kanälen 2, mit einer durchströmbaren Kanallänge von 0,6 m und einer Kanal-Querschnittsfläche von 1 mm2 auf. Die Mikrokanalelemente 1 sind mit einer Kombination aus Cordierit und Aluminiumoxid gebildet und mit dem Katalysator Palladium (Y), mit einer Gesamtmasse von 5,5 mg, beschichtet. Bei einer inneren Kanaltemperatur von 343 K und einem Druck von 1 MPa wird das erste Fluid AMS kontinuierlich durch die Austrittsöffnungen 3.2 des ersten Fluidreservoirs 3 in Strömungsrichtung S, in jeweils einen Kanal 2 des Mikrokanalelements 1 zugeführt. Das zweite Fluid Wasserstoff wird durch Hohlnadeln 4.2, aus dem zweiten Fluidreservoir 4 kontinuierlich in jeweils einen vom ersten Fluid durchströmten Kanal 2 zugeführt. In Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der beiden zugeführten Fluide entsteht eine segmentierte Strömung, bei der bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Fluide unterschiedliche Umsatzraten von AMS zu Cumol gemessen werden. In der nachfolgende Tabelle 2 sind die Umsatzraten von AMS zu Cumol bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der zugeführten Fluide aufgeführt. Tabelle 2 Fluid 1 AMS [m/s] Fluid 2 H2 [m/s] Umsatz AMS [%] 0,094 0,031 5,7 0,150 0,050 6,4 0,025 0,025 24,0 0,063 0,063 13,9 0,100 0,100 9,7 0,150 0,150 8,2 0,003 0,008 60,9 0,013 0,038 49,7 0,031 0,094 30,3 0,050 0,150 18,9 In this application example, the device according to the invention has a microchannel element 1 with catalytically active channels 2 , with a flow-through channel length of 0.6 m and a channel cross-sectional area of 1 mm 2 . The microchannel elements 1 are formed with a combination of cordierite and alumina and coated with the catalyst palladium (Y), with a total mass of 5.5 mg. At an internal channel temperature of 343 K and a pressure of 1 MPa, the first fluid AMS continuously through the outlet openings 3.2 of the first fluid reservoir 3 in the flow direction S, in each case a channel 2 of the microchannel element 1 fed. The second fluid is hydrogen by hollow needles 4.2 , from the second fluid reservoir 4 continuously in each case a flowed through by the first fluid channel 2 fed. Depending on the flow velocity of the two supplied fluids, a segmented flow is formed in which different conversion rates of AMS to cumene are measured at different flow rates of the two fluids. Table 2 below shows the conversion rates of AMS to cumene at different flow rates of the fluids supplied. Table 2 Fluid 1 AMS [m / s] Fluid 2 H 2 [m / s] Sales AMS [%] 0.094 0.031 5.7 0,150 0,050 6.4 0,025 0,025 24.0 0.063 0.063 13.9 0,100 0,100 9.7 0,150 0,150 8.2 0,003 0,008 60.9 0,013 0,038 49.7 0.031 0.094 30.3 0,050 0,150 18.9

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
MikrokanalelementMicrochannel element
22
Kanälechannels
33
Erstes FluidreservoirFirst fluid reservoir
3.13.1
Erster EinlassFirst inlet
3.23.2
Austrittsöffnungenoutlet openings
44
Zweites FluidreservoirSecond fluid reservoir
4.14.1
Zweiter EinlassSecond inlet
4.24.2
Hohlnadelnhollow needles
55
KanalverbindungselementChannel coupling
5.15.1
Durchführungenbushings
SS
Strömungsrichtungflow direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Kawakami et al. (Ind. Eng. Chem. Res. 1989, 28, 394–400) stellen in ihrer Arbeit mit dem Titel: „Performance of a Honeycomb Monolith Bioreactor in a Gas-Liquid-Solid Three-Phase System” [0008] Kawakami et al. Eng. Chem. Res. 1989, 28, 394-400), in their work entitled: "Performance of a Honeycomb Monolith Bioreactor in a Gas-Liquid-Solid Three-Phase System" [0008]

Claims (16)

Vorrichtung zur Bereitstellung konstanter Strömungsverhältnisse von mindestens zwei unterschiedlichen Fluidphasen in Mikrokanalelementen mit zellularen Strukturen, umfassend mindestens ein Mikrokanalelement (1) mit darin ausgebildeten Kanälen (2), die durchgehend eine gleichbleibende Querschnittsfläche aufweisen, ein erstes Fluidreservoir (3), mit mindestens einem Einlass (3.1) und Austrittsöffnungen (3.2), die in eine Richtung ausgerichtet und so angeordnet sind, dass jeweils eine der Austrittsöffnungen (3.2) mit jeweils einer Öffnung eines Kanals (2) eines Mikrokanalelements (1) so verbunden ist, dass durch einen Einlass (3.1) zugeführtes erstes Fluid durch die Austrittsöffnungen (3.2) in jeden Kanal (2) eines Mikrokanalelements (1) zuführbar ist, und ein zweites Fluidreservoir (4) in dem Hohlnadeln (4.2) so angeordnet sind, dass jeweils eine der Hohlnadeln (4.2) entlang der mittleren Längsachse eines Kanals (2) eines Mikrokanalelements (1) in Strömungsrichtung S über eine Länge im Bereich von 1 mm bis 100 mm in einen solchen Kanal (2) eingeführt ist und/oder der Quotient Q1 aus dem Außendurchmesser jeweils einer Hohlnadel (4.2) und dem Innendurchmesser eines Kanals (2) einen Wert im Bereich von 0,1 ≤ Q1 < 1 aufweist, wobei ein durch mindestens einen Einlass (4.1) zugeführtes zweites Fluid durch die Hohlnadeln (4.2) in jeden Kanal (2) eines Mikrokanalelements (1) zuführbar ist.Device for providing constant flow conditions of at least two different fluid phases in microchannel elements with cellular structures, comprising at least one microchannel element ( 1 ) with channels formed therein ( 2 ), which have a constant cross-sectional area throughout, a first fluid reservoir ( 3 ), with at least one inlet ( 3.1 ) and outlet openings ( 3.2 ), which are aligned in one direction and arranged so that in each case one of the outlet openings ( 3.2 ) each having an opening of a channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) is connected by an inlet ( 3.1 ) supplied first fluid through the outlet openings ( 3.2 ) in each channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ), and a second fluid reservoir ( 4 ) in the hollow needles ( 4.2 ) are arranged so that in each case one of the hollow needles ( 4.2 ) along the central longitudinal axis of a channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) in the flow direction S over a length in the range of 1 mm to 100 mm in such a channel ( 2 ) is introduced and / or the quotient Q 1 from the outer diameter of a respective hollow needle ( 4.2 ) and the inner diameter of a channel ( 2 ) has a value in the range of 0.1 ≤ Q 1 <1, with one passing through at least one inlet ( 4.1 ) supplied second fluid through the hollow needles ( 4.2 ) in each channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) can be fed. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe angeordnete, aufeinanderfolgende Mikrokanalelemente (1) mit einem Kanalverbindungselement (5) bypassfrei verbunden sind, wobei eine Grundplatte mit darin senkrecht an beiden Seiten herausragenden durchgängigen Durchführungen (5.1) in jeweils zwei aneinander grenzende Kanäle (2) von zwei miteinander verbundenen Mikrokanalelementen (1) eingeführt sind und die Mikrokanalelemente dadurch miteinander verbunden sind.Device according to Claim 1, characterized in that successive microchannel elements ( 1 ) with a channel connection element ( 5 ) are bypass-connected, wherein a base plate with therein perpendicular on both sides outstanding through-holes ( 5.1 ) into two adjacent channels ( 2 ) of two interconnected microchannel elements ( 1 ) are introduced and the micro-channel elements are thereby interconnected. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte durchströmbare Kanallänge mit mehreren in Reihe angeordneten, in Strömungsrichtung S miteinander verbundenen Mikrokanalelementen (1) gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the entire flow-through channel length with a plurality of arranged in series, in the flow direction S interconnected micro-channel elements ( 1 ) is formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Mikrokanalelemente) (1) in verschiedene Raumrichtungen, insbesondere horizontal und vertikal, ausrichtbar ist/sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the microchannel element (s) ( 1 ) in different spatial directions, in particular horizontally and vertically, is alignable / are. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zufuhr von Gas, als eines der beiden Fluide, in ein Fluidreservoir (3 oder 4), zur Verminderung eines Puffervolumens vor dem jeweiligen Fluidreservoir (3 oder 4), zusätzliche druckverlusterzeugende Elemente angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the supply of gas, as one of the two fluids, in a fluid reservoir ( 3 or 4 ), to reduce a buffer volume in front of the respective fluid reservoir ( 3 or 4 ), additional pressure loss generating elements are arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von flüssigen Fluiden mit pulsationsfreien Pumpen oder mit Pumpen mit gezielt steuerbarer Pulsation erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of liquid fluids with pulsation-free pumps or pumps with targeted controllable pulsation. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei aufeinanderfolgende Hohlnadeln (4.2), entlang ihrer mittleren Längsachse ineinander verschiebbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two consecutive hollow needles ( 4.2 ), are slidable along their central longitudinal axis. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlnadeln (4.2) und/oder die Durchführungen (5.1) der Kanalverbindungselemente (5) katalytisch aktiv ausgeführt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow needles ( 4.2 ) and / or the bushings ( 5.1 ) of the channel connection elements ( 5 ) are carried out catalytically active. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrokanalelement (1) aus mindestens einem katalytisch aktiven Material gebildet ist und/oder mindestens ein Katalysator Y in dem Material, aus dem ein Mikrokanalelement gebildet ist, immobilisiert ist und/oder die Innenwände der Kanäle (2) mit mindestens einem Katalysator Y beschichtet sind und/oder mindestens ein Katalysator Y als Pulver- oder Formkörperschüttung innerhalb der Kanäle (2) eines Mikrokanalelements (1) immobilisiert ist oder als Fluid oder in suspendierter Form darin strömt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a microchannel element ( 1 ) is formed from at least one catalytically active material and / or at least one catalyst Y is immobilized in the material of which a microchannel element is formed and / or the inner walls of the channels ( 2 ) are coated with at least one catalyst Y and / or at least one catalyst Y as a powder or molding charge within the channels ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) is immobilized or flows therein as fluid or in suspended form. Verfahren zur Bereitstellung konstanter Strömungsverhältnisse von mindestens zwei unterschiedlichen Fluidphasen in Mikrokanalelementen mit zellularen Strukturen, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erstes Fluid durch mindestens einen Einlass (3.1) kontinuierlich oder definiert gepulst in ein erstes Fluidreservoir (3) zugeführt und von dort durch die Austrittsöffnungen (3.2), kontinuierlich oder definiert gepulst, in jeden Kanal (2) eines Mikrokanalelements (1) in Strömungsrichtung S zugeführt wird, und ein zweites Fluid durch einen zweiten Einlass (4.1) kontinuierlich oder definiert gepulst in ein zweites Fluidreservoir (4) zugeführt und von dort durch die Hohlnadeln (4.2), kontinuierlich oder definiert gepulst in Strömungsrichtung S, direkt in jeden, vom ersten Fluid durchströmten Kanal (2) eines Mikrokanalelements (1) zugeführt wird, so dass innerhalb der Kanäle (2) der Mikrokanalelemente (1), Fluidkolben mit definierter Länge, definierter Strömungsgeschwindigkeit, definierter Verteilung und definierter Verweilzeitverteilung ausgebildet werden und die Strömungsgeschwindigkeit, die Phasenverteilung und die Verweilzeitverteilung von Fluidkolben über jeweils die gesamte durchströmbare Kanallänge konstant gehalten wird.A method for providing constant flow ratios of at least two different fluid phases in microchannel elements having cellular structures, using a device according to any one of the preceding claims, in which a first fluid is introduced through at least one inlet ( 3.1 ) continuously or defined pulsed in a first fluid reservoir ( 3 ) and from there through the outlet openings ( 3.2 ), pulsed continuously or in a defined manner, into each channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) in the flow direction S, and a second fluid through a second inlet ( 4.1 ) continuously or defined pulsed in a second fluid reservoir ( 4 ) and from there through the hollow needles ( 4.2 ), pulsed continuously or defined in Flow direction S, directly into each channel through which the first fluid flows ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ), so that within the channels ( 2 ) of the microchannel elements ( 1 ), Fluid piston having a defined length, a defined flow velocity, a defined distribution and a defined residence time distribution are formed and the flow velocity, the phase distribution and the residence time distribution of fluid piston is kept constant over the entire flow-through channel length. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Phasengrenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Fluid durch ein Bewegungsmuster, sich entlang der mittleren Längsachse ineinander verschiebbarer Hohlnadeln (4.2) eingestellt wird.A method according to claim 10, characterized in that a change in the phase interface between the first and the second fluid by a movement pattern, along the central longitudinal axis of interlocking hollow needles ( 4.2 ) is set. Verfahren nach Ansprüchen 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass eine gleichmäßige Phasenerteilung von Fluidkolben über den gesamten Querschnitt der Mikrokanalelemente (1) eingehalten wird.Process according to claims 10 or 11, characterized in that a uniform phase distribution of fluid pistons over the entire cross section of the microchannel elements ( 1 ) is complied with. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge, die Strömungsgeschwindigkeit, die Verteilung und die Strömungsrichtung S von Fluidkolben, unabhängig von der räumlichen Ausrichtung eines Mikrokanalelements (1) und/oder in Reihe angeordneter, aufeinanderfolgender Mikrokanalelemente (1), über die gesamte durchströmbare Kanallänge konstant gehalten wird, wenn keine chemische Reaktion stattfindet.Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the length, the flow velocity, the distribution and the flow direction S of fluid piston, regardless of the spatial orientation of a micro-channel element ( 1 ) and / or sequentially arranged successive microchannel elements ( 1 ), is held constant over the entire flowable channel length if no chemical reaction takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung von Stoffumwandlungsprozessen und insbesondere zur Durchführung chemischer, heterogen oder homogen katalysierter Reaktionsprozesse von einer Substanz A mit oder in Gegenwart mindestens einer Substanz B und/oder in Gegenwart mindestens eines Katalysators Y zu mindestens einer Substanz C, mindestens zwei voneinander verschiedene Fluide, mit mindestens einer darin enthaltenen Substanz A und mit mindestens einer darin enthaltenen Substanz B, von denen ein Fluid, in jeweils einen Kanal eines Mikrokanalelements und/oder in Reihe angeordneter Mikrokanalelemente kontinuierlich zugeführt wird, und ein weiteres Fluid, mit einer Pulsationsrate die im Bereich von 1 min–1 bis 1000 s–1 eingestellt ist, durch Hohlnadeln (4.2) jeweils gleichmäßig gepulst, in einem vom Fluid durchströmten Kanal (2) eines Mikrokanalelements (1) so zugeführt wird, dass innerhalb der Kanäle (2) eines Mikrokanalelementes (1) Fluidkolben mit definierter Länge (LS, LB), Strömungsgeschwindigkeit, Verweilzeit und Verweilzeitverteilung gebildet werden, wobei innerhalb eines Kanals (2) eines Mikrokanalelements (1) eine Temperatur im Bereich von 10°C bis 1000°C und ein Druck im Bereich von 0,01 bar bis 500 bar so eingestellt sind, dass möglichst das Optimum für eine Reaktionsfähigkeit der Substanz A mit oder in Gegenwart mindestens einer Substanz B und/oder in Gegenwart mindestens eines Katalysators Y zu mindestens einer Substanz C eingestellt ist und die in den Fluidkolben enthaltene Substanz A mit mindestens einer in den Fluidkolben enthaltenen Substanz B und/oder mit mindestens einem in den Mikrokanalelementen (1) immobilisierten Katalysator Y entlang der Länge eines Kanals (2) reagiert und zu mindestens einer Substanz C umgewandelt wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that for the implementation of material conversion processes and in particular for carrying out chemical, heterogeneous or homogeneously catalyzed reaction processes of a substance A with or in the presence of at least one substance B and / or in the presence of at least one catalyst Y to at least one substance C, at least two mutually different fluids, with at least one substance A contained therein and with at least one substance B contained therein, of which a fluid, in each case one channel of a microchannel element and / or arranged in series microchannel elements is continuously supplied, and another fluid, with a pulsation rate that is set in the range of 1 min -1 to 1000 s -1 , by hollow needles ( 4.2 ) each pulsed uniformly, in a fluid-flow channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) is fed so that within the channels ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) Fluid piston of defined length (LS, LB), flow velocity, residence time and residence time distribution are formed, wherein within a channel ( 2 ) of a microchannel element ( 1 ) a temperature in the range of 10 ° C to 1000 ° C and a pressure in the range of 0.01 bar to 500 bar are set so that as possible the optimum for a reactivity of the substance A with or in the presence of at least one substance B and / or in the presence of at least one catalyst Y is adjusted to at least one substance C and the substance A contained in the fluid piston with at least one substance B contained in the fluid piston and / or at least one in the microchannel elements ( 1 ) immobilized catalyst Y along the length of a channel ( 2 ) and is converted to at least one substance C. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte durchströmbare Kanallänge einen Wert im Bereich von 0,01 m bis 80 m aufweist.A method according to claim 13, characterized in that the entire flow-through channel length has a value in the range of 0.01 m to 80 m. Verwendung einer Vorrichtung und eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Stoffumwandlungsprozesse, wie Hydrierungen, Oxidationen, Dehydrierungen, Nitrierungen und Chlorierungen, Acylierungen, Alkylierungen, Carboxylierungen, Halogenierungen, Hydroformulierungen, oder Hydroxylierungen durchgeführt werden.Use of apparatus and method according to any preceding claim for material conversion processes such as hydrogenations, oxidations, dehydrogenations, nitrations and chlorinations, acylations, alkylations, carboxylations, halogenations, hydroformulations, or hydroxylations.
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CN112419584A (en) * 2020-10-30 2021-02-26 海口琼侬枝头农业科技有限公司 Cutting and weighing integrated jackfruit vending machine
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