JP2009534179A - マイクロチャネルプロセス技術を用いて非ニュートン流体を処理し、および／または形成させるためのプロセス - Google Patents

マイクロチャネルプロセス技術を用いて非ニュートン流体を処理し、および／または形成させるためのプロセス Download PDF

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Abstract

本開示発明は、プロセスマイクロチャネルの中の少なくとも２つのプロセス区域の中で単位操作を行って非ニュートン流体を処理し、および／または形成させることであって、各プロセス区域の中で異なる単位操作を行うこと、および有効量のせん断応力を非ニュートン流体に作用させて各プロセス区域の中の非ニュートン流体の粘度を低下させることであって、１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は別のプロセス区域の中の平均せん断速度と少なくとも約１．２倍異なること、を含むプロセスに関する。

Description

本出願は、米国特許法（35 U.S.C. Section 119(e)）にもとづいて２００６年４月２０日出願の米国特許仮出願第６０／７９３，５１９号の優先権を主張する。上記仮出願中の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
本発明は、マイクロチャネルプロセス技術を用いて非ニュートン流体を処理し、および／または形成させるためのプロセスに関する。
非ニュートン流体は、せん断応力またはせん断速度の変化とともに変動する粘度を示す液体である。非ニュートン流体は、重合体、重合体溶液、乳濁液、多相流体混合物、および類似物を含んでよい。これらの非ニュートン流体は、医薬品、接着剤、食品、パーソナルケア用品、被覆材組成物、および類似物として有用なことがある。マイクロチャネルの中で非ニュートン流体を処理することに伴う問題は、非ニュートン流体が高い流速で流れるときマイクロチャネルの壁において高い速度勾配が作り出されるという事実に関連する。これによって見かけの粘度が高くなり、マイクロチャネル内の圧力降下が高くなる。本発明は、少なくとも１つの実施態様では、この問題への解決策を提供する。
本発明は、プロセスマイクロチャネルの中の少なくとも２つのプロセス区域の中で単位操作を行って非ニュートン流体を処理し、および／または形成させることであって、各プロセス区域の中で異なる単位操作を行うこと、および有効量のせん断応力を非ニュートン流体に作用させて各プロセス区域の中の非ニュートン流体の粘度を低下させることであって、１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は別のプロセス区域の中の平均せん断速度と少なくとも約１．２倍異なることを含むプロセスに関する。少なくとも１つのプロセス区域の中のせん断速度は約１００秒−１を超えてよく、一実施態様では約１０００秒−１を超えてよい。
プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に収束形断面積を有してよく、収束形断面積を通して非ニュートン流体を流すことによってせん断応力を非ニュートン流体に作用させてよい。
プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部表面の上および／または中に表面構成要素を含んでよく、非ニュートン流体を表面構成要素と接触させて流すことによってせん断応力を非ニュートン流体に作用させてよい。
プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に１つ以上の内部構造壁を含んでよく、非ニュートン流体を１つ以上の構造壁と接触させて流すことによってせん断応力を非ニュートン流体に作用させてよい。
プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に１つ以上の内部障害物を含んでよく、非ニュートン流体を１つ以上の内部障害物と接触させて流すことによって非ニュートン流体にせん断応力を作用させてよい。
プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の内部表面の１つ以上の上に空洞および／または突起物を含む被覆層を含んでよく、非ニュートン流体を被覆層と接触させて流すことによってせん断応力を非ニュートン流体に作用させてよい。
各プロセス区域の中の単位操作は、化学反応、化学分離、凝縮、蒸発、加熱、冷却、圧縮、膨張、相分離、混合、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
２つ以上のプロセス区域の中で同じ単位操作を行ってよい。しかし、チャネル幾何形状を別のものとしてプロセス流体にとってより適確なせん断応力環境を可能にしてよい。
各プロセス区域の中の単位操作は、非ニュートン流体を加熱すること、非ニュートン流体を冷却すること、２つ以上の流体を混合して非ニュートン流体を形成させること、非ニュートン流体を１つ以上の他の流体および／または固体粒子と接触させることおよび／または混合すること、２つ以上の流体を用いて反応を行って非ニュートン流体を形成させること、１つ以上の非ニュートン流体を反応体として用いて反応を行うこと、非ニュートン流体を圧縮すること、非ニュートン流体を膨張させること、非ニュートン流体を凝縮させること、非ニュートン流体を蒸発させること、１つ以上の成分を非ニュートン流体から分離すること、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
本発明のプロセスの間に、少なくとも１つのプロセス区域の中の非ニュートン流体の粘度は最大で約１０５センチポイズの粘度まで低下してよい。
添付の図面では、同様な部品および構成要素は同様な参照符号を有する。複数の図面が概略図であり、正確に比例していないことがある。
本明細書において開示するすべての範囲および比の境界は組み合わせてよい。特に断らない限り、「ａ」、「ａｎ」および／または「ｔｈｅ」への参照は１つまたは２つ以上を含んでよく、単数の品目への参照は複数の品目も含んでよいと理解すべきである。
用語「マイクロチャネル」は、最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一実施態様では最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では最大約１ｍｍの高さまたは幅の少なくとも一方の内部寸法を有するチャネルを指してよい。マイクロチャネルは少なくとも１つの入り口と少なくとも１つの出口とを含んでよく、少なくとも１つの入り口は少なくとも１つの出口と別個である。マイクロチャネルは、単にオリフィスでなくてよい。マイクロチャネルは、単にゼオライトまたはメソ多孔質材料の中のチャネルでなくてよい。図１に、本発明のプロセスで用いてよいマイクロチャネルの例を示す。図１を参照すると、例を示すマイクロチャネルは、または反対方向に、高さ（ｈ）、幅（ｗ）および長さ（ｌ）を有する。マイクロチャネルを通って矢印で示す方向に流体が流れてよい。高さ（ｈ）および幅（ｗ）はマイクロチャネルの中の流体のバルク流れ方向に対してともに垂直である。高さは、ギャップと呼んでよい。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内であってよい。高さ（ｈ）または幅（ｗ）の他方の寸法は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。マイクロチャネルの長さ（ｌ）は、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。図１に例を示したマイクロチャネルは長方形の断面を有するが、マイクロチャネルは任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等を有する断面を有してよいと理解するべきである。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さにわたって変化してよい。例えば、高さまたは幅は、マイクロチャネルの長さにわたって相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法へ、またはその逆に細くしてよい。図２にこれの例を示す。
図２に例を示すマイクロチャネルは、図１に例を示したマイクロチャネルの代替実施態様であってよい。図２に例を示すマイクロチャネルは、最大から最小まで変化する断面積を有する。最小の断面積はマイクロチャネルの出口にあってよく、最大の断面積は入口にあってよい。このマイクロチャネルは「狭小化断面」を有すると称してよい。このマイクロチャネルは「収束形断面積」を有するマイクロチャネルと呼んでよい。図２に例を示すマイクロチャネルは台形マイクロチャネルと呼んでよい。マイクロチャネルは２つの高さ寸法を有する。一方は最小寸法（ｈ１）であり、他方は最大寸法（ｈ２）である。高さはｈ１からｈ２へ次第に増加する。あるいは、マイクロチャネルは円形、楕円形、三角形等の断面を有してよい。マイクロチャネルは、約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内であってよい少なくとも１つの高さ寸法（ｈ１）を有してよい。幅（ｗ）は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。長さ（ｌ）は任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートルであってよい。最大断面積は、最小断面積の少なくとも約２倍（２×）、一実施態様では少なくとも約５倍（５×）、一実施態様では最小断面積の少なくとも約２０倍（２０×）であってよい。このマイクロチャネルの中を流れる流体の線速度（または反応体と触媒との間の局所接触時間）は、流体がマイクロチャネルの中の直線流路に沿って図２に示す方向へ流れるにつれて増大してよい。このマイクロチャネルの中を矢印で示す方向に流れる非ニュートン流体は増加するせん断を受け、その結果、粘度が低下してよい。国際特許出願公開第０３／０９９４２９号は、その変化する断面積を有するマイクロチャネルの開示を参照することによって本明細書に組み込まれる。
用語「単位操作」は、化学反応、化学分離（吸収、吸着、蒸留、抽出を含む）、凝縮、蒸発、蒸留、加熱、冷却、圧縮、膨張、相分離、混合、またはそれらの２つ以上の組み合わせが行われるプロセスおよび／または装置を指してよい。
用語「マイクロチャネルプロセス処理単位」は、非ニュートン流体がプロセス処理される、少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルを含む装置を指してよい。非ニュートン流体のプロセス処理は、１つ以上の単位操作を行うことを含んでよい。これは、流体を加熱すること、流体を冷却すること、２つ以上の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）を混合して流体を形成させること、流体を別の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）と接触させること、１つ以上の非ニュートン流体を反応体として用いて反応を行うこと、１つ以上の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）を反応させて非ニュートン流体を形成させること、非ニュートン流体の１つ以上の成分を非ニュートン流体から分離すること、または前述の２つ以上の組み合わせを含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位は、並列に動作させてよい複数のプロセスマイクロチャネル、プロセスマイクロチャネルの中への流体の流れを提供するためのヘッダまたはマニホルドアセンブリ、およびプロセスマイクロチャネルからの流体の流れを提供するフッタまたはマニホルドアセンブリを含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位は、１つ以上の段階添加チャネル、例えばプロセスマイクロチャネルの１つ以上と隣接して配置された段階添加マイクロチャネルを含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位は、１つ以上の熱交換チャネル、例えばプロセスマイクロチャネルの内容物を冷却および／または加熱するためにプロセスマイクロチャネルと隣接し、および／または熱接触する熱交換マイクロチャネルを含んでよい。
用語「プロセスマイクロチャネル」は、プロセスが行われるマイクロチャネルを指してよい。プロセスは、上記で開示した任意の単位操作に関するものであってよい。
用語「プロセス区域」は、１つ以上の単位操作が行われる、プロセスマイクロチャネル内の区間を指してよい。
用語「マイクロチャネル反応器」は、反応を行うための１つ以上のプロセスマイクロチャネルを含む装置を指してよい。マイクロチャネル反応器は、並列に動作させてよい複数のプロセスマイクロチャネル、プロセスマイクロチャネルの中への流体の流れを提供するためのヘッダまたはマニホルドアセンブリ、およびプロセスマイクロチャネルからの流体の流れを提供するフッタまたはマニホルドアセンブリを含んでよい。マイクロチャネル反応器は、１つ以上の段階添加チャネル、例えばプロセスマイクロチャネルの１つ以上と隣接して配置された段階添加マイクロチャネルを含んでよい。マイクロチャネル反応器は、１つ以上の熱交換チャネル、例えばプロセスマイクロチャネルの内容物を冷却および／または加熱するための、プロセスマイクロチャネルと隣接し、および／または熱接触する熱交換マイクロチャネルを含んでよい。
用語「構造壁」または「ＳＷ」は、１つ以上のストリップまたはシムを表面に配置するかまたは取り付けたチャネル内壁、例えばマイクロチャネル壁を指してよい。ストリップまたはシムは、１つ以上の空洞空間、開口またはスルーホールを含んでよい。例えば、図４８〜４９を参照すること。これらは、表面構成要素と呼んでよい。２つ以上のストリップ層またはシム層を上下に積み重ねるかまたは横並びに配置してチャネル壁の上に配置されるかまたは取り付けられた多孔質構造体を提供してよい。構造壁に触媒を担持させてよい。構造壁に隣接させてプロセスマイクロチャネルの中に開放バルク流領域または隙間を配置してよい。
用語「構造壁反応器」は、少なくとも１つのプロセスマイクロチャネルを含み、プロセスマイクロチャネルが１つ以上の構造壁を含む、マイクロチャネル反応器を指してよい。１つ以上の構造壁に触媒を担持させてよい。構造壁に隣接させてプロセスマイクロチャネルの中に開放バルク流領域または隙間を配置してよい。
プロセスマイクロチャネル内の体積に関する用語「体積」は、プロセス流体が中を通って流れるかまたは横を流れてよいプロセスマイクロチャネルの中のすべての体積を含んでよい。この体積は、プロセスマイクロチャネルの中に配置され、貫通流方式または側流方式の流体の流れに適するようになっていてよいマイクログルーブ型担体のマイクログルーブ内の体積を含んでよい。この体積は、マイクロチャネルの中に配置され、貫通流方式または側流方式の流体の流れに適するようになっていてよい表面構成要素内の体積を含んでよい。
用語「シム」は、平らなまたは実質的に平らなシートまたはプレートを指してよい。シムの厚さは、シムの最小寸法であってよく、最大約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内であってよい。シムは、任意の長さおよび幅を有してよい。
用語「表面構成要素」は、マイクロチャネル内の流れおよび／または混合を変化させるマイクロチャネル壁の中の窪みおよび／またはマイクロチャネル壁からの突起を指してよい。表面構成要素は、円形、球形、円錐形、楕円形、正方形、長方形、菱形、格子形、Ｖ字形、翼形、空気フォイル形、波形および類似形であってよい。表面構成要素は副構成要素を含んでよい。この場合、表面構成要素の主壁は刻み目形、波形、ギザギザ形、孔、バリ形、格子形、扇形、および類似形であってよい小さな構成要素をさらに含む。表面構成要素は深さ、幅を有してよく、非円形表面構成要素の場合には長さを有してよい。図４６〜４７に例を示す。表面構成要素は、本発明に従って用いられるプロセスマイクロチャネルの内壁の１つ以上の上または中に形成させてよい。表面構成要素は、本明細書で使用される熱交換チャネルの内壁の１つ以上の上または中に形成させてよい。表面構成要素は、受動表面構成要素または受動混合構成要素と呼んでよい。表面構成要素を用いて層流の流線を撹乱し、バルク流れ方向に対して角度を有する移流を作り出してよい。これは、流体成分の間、または流体成分と触媒との間の接触を促進してよい。表面構成要素は、構造壁の中に形成された空洞および／または突起物を含んでよい。例えば図４８〜４９を参照すること。
用語「マイクログルーブ」は、最大約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲内、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲内、一実施態様では約１から約１００ミクロンの深さを有する基板の中の溝（グルーブ）を指してよい。マイクログルーブは、マイクログルーブの長さの一部または全体にわたって基板を貫通してよい。マイクログルーブは、基板の中に一部だけ進入してよい。マイクログルーブの深さは、基板の中への進入の最も深い点で計ってよい。マイクログルーブは、最大約１０００ミクロン、一実施態様では約０．１から約１０００ミクロンの範囲内、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲内の幅を有してよい。幅は、マイクログルーブの最も幅の広い点で計った幅であってよい。マイクログルーブは、任意の長さ、例えば最大約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍを有してよい。マイクログルーブは、任意の形の断面を有してよい。例は、正方形、長方形、Ｖ字形、半円形、逆台形、台形、および類似形を含む。マイクログルーブの断面の形状および／またはサイズは、マイクログルーブの長さにわたって変化してよい。
用語「隣接する」は、別のチャネルの位置に対する１つのチャネルの位置を指すとき、１つの壁がこれら２つのチャネルを分けるように直接隣接することを意味する。この壁は厚さが変化してよい。しかし、「隣接する」チャネルは、チャネルの間の伝熱を妨げるような中間のチャネルによって隔てられることはない。
用語「熱接触」は、必ずしも互いに接触することも互いに隣接することもないが、依然として熱を相互交換してよい２つの実体、例えばチャネルを指してよい。従って、例えば、別の実体と熱接触している１つの実体は相手実体を加熱するかまたは冷却してよい。
用語「バルク流れ領域」は、プロセスマイクロチャネル内の開放区域を指してよい。連続バルク流れ領域は、顕著な圧力降下なしにプロセスマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にしてよい。一実施態様では、バルク流れ領域の中には層流があってよい。バルク流れ領域は、プロセスマイクロチャネルの内部体積またはプロセスマイクロチャネルの断面積の少なくとも約５％、一実施態様では約３０から約８０％を含んでよい。
用語「バルク流れ方向」は、流体がチャネルの中の開放通路の中を移動してよいベクトルを指してよい。
用語「滞留時間」は、「平均滞留時間」とも呼んでよく、チャネルを通って流れる流体が占めるチャネルの内部体積を、用いられる温度および圧力でチャネルを通って流れる流体の平均体積流量で除した商であってよい。
用語「上流」および「下流」は、チャネルの中の流体流の流れの方向に対するチャネル（例えばプロセスマイクロチャネル）内の位置を指してよい。例えば、その位置の方へ流れる流体流の一部分がまだ到着しないチャネル内の位置は、流体流のその一部分の下流であると考えられる。その位置から流れ去る流体流の一部分が既に通過したチャネル内の位置は、流体流のその一部分の上流であると考えられる。本明細書で用いられるチャネルは水平、垂直、またはある傾き角度で配向させてよいので、用語「上流」および「下流」は、必ずしも垂直位置を指さない。
用語「標準立方フィート」または「標準立方メートル」は、２０℃の温度および大気圧で測定された体積を指してよい。
用語「ノルマルリットル」は、２０℃の温度および大気圧で測定された体積を指してよい。
用語「ゲージ圧」は、絶対圧から大気圧を引いた差を指してよい。例えば、ゲージ圧ゼロ気圧は大気圧に相当する。しかし、本明細書文章および添付の請求項の全体にわたって、特に明記しない限りすべての圧力は絶対圧である。
用語「サイクル」は、プロセスマイクロチャネルを通る反応体の１回の通過を指してよい。
用語「時間あたり触媒のグラムあたりｍｌ（ミリリットル）」は、時間あたり触媒のグラムあたり作り出される生成物の体積（ｍｌ）を指してよい。この場合、触媒のグラムは、触媒中の触媒物質を指すが、存在してよい担体は一切含まない。
用語「収率」は、特定の生成物へ変換された反応体のモル数を変換された反応体のモル数で除した商を指してよい。収率は、対象となる生成物への選択率を反応体の反応率に乗じることによって計算してよい。
チャネルの中を流れる流体の速度に関する用語「空塔速度」は、標準圧力および温度における体積流量をチャネルの開放断面積で除した商を指してよい。
用語「非相溶性」は、１つの液体が別の液体の中に可溶性でない、または２５℃でリットルあたり最大約１ミリリットル程度しか溶けないことを指してよい。
用語「水不溶物」は、２５℃で水に溶けないか、または２５℃でリットルあたり最大約０．１グラムの濃度までしか水に溶けない物質を指す。
用語「流体」は、気体、液体、分散固体を含む気体または液体、液滴を含む気体、気泡を含む液体、液滴および分散固体を含む気体、または気泡および分散固体を含む液体を指してよい。
用語「多相混合物」は、２つ以上の相を含む組成物を指してよい。多相混合物は、連続液相と、連続液相の中に分散した１つ以上の不連続液相、気相および／または固相（例えば固体粒子）とを含んでよい。多相混合物は、乳濁液であってよい。
用語「乳濁液」は、連続液相と、連続液相の中に分散した１つ以上の不連続液相とを含む組成物を指してよい。乳濁液は、これらの液相の１つ以上の中に分散した１つ以上の気相および／または固相を含んでよい。
用語「発熱源」は、熱を放出し、別の物質またはデバイスを加熱するために用いてよい物質またはデバイスを指してよい。発熱源は、別の物質またはデバイスへ熱を移動させる熱交換流体を内部に有する熱交換チャネルの形であってよく、別の物質またはデバイスは、例えば熱交換チャネルと隣接するかまたは熱接触するチャネルである。熱交換流体は熱交換チャネルの中にあってよく、および／または熱交換チャネルの中を流れてよい。発熱源は加熱素子、例えば電熱素子または抵抗加熱器の形であってよい。
用語「吸熱源」は、熱を吸収し、別の物質またはデバイスを冷却するために用いてよい物質またはデバイスを指す。吸熱源は、別の物質またはデバイスから伝わる熱を吸収する熱交換流体を内部に有する熱交換チャネルの形であってよく、別の物質またはデバイスは、例えば熱交換チャネルと隣接するかまたは熱接触するチャネルである。熱交換流体は熱交換チャネルの中にあってよく、および／または熱交換チャネルの中を流れてよい。吸熱源は、冷却素子、例えば非流体冷却素子の形であってよい。
用語「発熱源および／または吸熱源」は、熱を放出するかまたは熱を吸収してよい物質またはデバイスを指してよい。発熱源および／または吸熱源は、熱交換チャネルと隣接するかまたは熱接触する別の物質またはデバイスを加熱するときは別の物質またはデバイスへ熱を移動させ、あるいは熱交換チャネルと隣接するかまたは熱交換チャネルと熱接触する別の物質またはデバイスを冷却するときは別の物体またはデバイスから移動する熱を受け取る、熱交換流体を内部に有する熱交換チャネルの形であってよい。発熱源および／または吸熱源として機能する熱交換チャネルは、ときには加熱チャネルとして、ときには冷却チャネルとして機能してよい。熱交換チャネルの単一または複数の部分が加熱チャネルとして機能してよく、熱交換チャネルの別の単一または複数の部分が冷却チャネルとして機能してよい。
用語「熱交換チャネル」は、熱を放出し、および／または熱を吸収してよい熱交換流体を内部に有するチャネルを指してよい。熱交換チャネルはマイクロチャネルであってよい。
用語「伝熱壁」は、プロセスマイクロチャネルと隣接熱交換チャネルとの間の共通の壁であって、一方のチャネルから他方のチャネルへ熱が移動する共通の壁を指してよい。
用語「熱交換流体」は、熱を放出し、および／または熱を吸収してよい流体を指してよい。
用語「隣接する」は、別のチャネルの位置に対する１つのチャネルの位置を指すとき、１つの壁がこれら２つのチャネルを分けるように直接隣接することを意味する。この壁は厚さが変化してよい。しかし、隣接するチャネルは、チャネルの間の伝熱を妨げるような中間のチャネルによって隔てられることはない。
用語「熱接触」は、必ずしも互いに接触することも互いに隣接することもないが、依然として熱を相互交換してよい２つの実体、例えばチャネルを指してよい。従って、例えば、別の実体と熱接触している１つの実体は相手実体を加熱するかまたは冷却してよい。
用語「滞留時間」は、「平均滞留時間」とも呼んでよく、チャネルを通って流れる流体が占めるチャネルの内部体積を、用いられる温度および圧力でチャネルを通って流れる流体の平均体積流量で除した商であってよい。
用語「傾斜触媒」は、１つ以上の触媒活性勾配を有する触媒を指してよい。傾斜触媒は、触媒活性金属の変化する濃度または表面積を有してよい。傾斜触媒は、変化するターンオーバ速度の触媒活性部位を有してよい。傾斜触媒は、距離の関数として変化する物理的性質および／または形を有してよい。例えば、傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルへの入り口では比較的低くプロセスマイクロチャネルの出口近くでは高い濃度へ増加するかまたはその反対であり、あるいはプロセスマイクロチャネルの中心（すなわち中点）に近いほど濃度が低くプロセスマイクロチャネル壁に近いほど濃度が高いかまたはその反対の触媒活性金属活性金属濃度を有してよい等である。傾斜触媒の熱伝導率は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよい。傾斜触媒の表面積は、一定表面積の担体上の触媒活性金属部位のサイズを変化させて、または、担体の種類または粒子サイズを変化させることなど、担体の表面積を変化させて、変化させてよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルの異なる部分で担体の体積に対する表面積の比を高くするかまたは低くし、続いてすべての部分で同じ触媒被覆層を塗布する多孔質担体を有してよい。これまでに記載した実施態様の２つ以上の組み合わせを用いてよい。傾斜触媒は、単一触媒成分または複数触媒成分（例えば二元金属触媒または三元金属触媒）を有してよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置への距離の関数として徐々にその性質および／または組成を変化させてよい。傾斜触媒は、各粒子内に触媒活性金属の「卵殻」分布を有するリム型（rimmed）粒子を含んでよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿った軸方向または横方向に傾斜させてよい。傾斜触媒は、プロセスマイクロチャネル内の１つの位置から別の位置へ変化してよい種々の触媒組成、種々の担持率および／または活性触媒部位数を有してよい。触媒活性部位の数は、触媒構造体の多孔度を変化させることによって変化させてよい。これは、触媒材料の変化する量を析出させるウォッシュコートプロセスを用いて実現してよい。一例は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿って異なる多孔質触媒厚さの使用であってよく、それによって活性を多く必要とするところほど厚い多孔質構造を残してよい。固定または可変の多孔質触媒の厚さの場合に多孔度の変化も用いてよい。流れのための開放区域または隙間に隣接して第１の細孔径を用いてよく、プロセスマイクロチャネル壁に隣接して少なくとも１つの第２の細孔径を用いてよい。
用語「炭化水素」は、純炭化水素化合物、すなわち脂肪族化合物（例えばアルカンまたはアルキレン）、脂環式化合物（例えばシクロアルカン、シクロアルキレン）、芳香族化合物、脂肪族および脂環置換芳香族化合物、芳香族置換脂肪族化合物、芳香族置換脂環式化合物および類似化合物を指してよい。例は、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン類、エチルベンゼン、スチレン等を含んでよい。用語「炭化水素」は、置換炭化水素化合物、すなわち非炭化水素置換基を含む炭化水素化合物を指してよい。非炭化水素置換基の例はヒドロキシル、アシル、ニトロ等を含んでよい。用語「炭化水素」は、ヘテロ置換炭化水素化合物、すなわち他の原子としては炭素原子を含む鎖または環の中に炭素以外の原子を含む炭化水素化合物を指してよい。ヘテロ原子の例は、例えば窒素、酸素および硫黄を含んでよい。一実施態様では、炭化水素化合物の中の１０の炭素原子ごとに約３を超えない、一実施態様では約１を超えない置換基またはヘテロ原子が存在してよい。
用語「ｍｍ」は、ミリメートルを指してよい。用語「ｎｍ」は、ナノメートルを指してよい。用語「ｍｓ」は、ミリ秒を指してよい。用語「μｍ」は、ミクロンまたはマイクロメートルを指してよい。用語「ミクロン」と「マイクロメートル」とは同じ意味を有し、同じ意味に用いてよい。
本発明のプロセスにおいて処理され、および／または形成される非ニュートン流体は、非ニュートン特性を示す任意の流動重合体または重合体組成物（例えば重合体溶液）を含んでよい。非ニュートン流体は、１つ以上の重合体または重合体溶液を含んでよい。非ニュートン流体は、１つ以上の溶融重合体を含んでよい。重合体は、水性または有機溶媒あるいは分散媒と組み合わせてよい。非ニュートン流体は、非ニュートン特性を示す多相混合物または乳濁液を含んでよい。多相混合物または乳濁液は１つ以上の重合体を含んでよい。溶液、多相混合物および／または乳濁液は水性組成物を含んでよい。
重合体は１つ以上の単独重合体、共重合体、三元重合体および類似物を含んでよい。重合体は、オレフィン（例えばエチレン、プロピレン、イソブチレンおよび類似化合物）、環状オレフィン、ジエン（例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン）、エーテル、エステル、アミド、炭酸エステル、酢酸エステル、アクリル類、アルキルアクリル類、アクリル酸エステル、アルキルアクリル酸エステル（例えばアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル）、酢酸ビニル、スチレン、ビニル類（例えば塩化ビニル）、ビニリデン類（例えば塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン）、アクリロニトリト、シアノアクリル酸エステル（例えばシアノアクリル酸メチル）、テトラフルオロエチレン、およびそれらの２つ以上の組み合わせを含む１つ以上の重合性単量体から誘導される繰り返し単位を含んでよい。重合体は１つ以上の熱可塑性樹脂を含んでよい。
重合体は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ゴム改質ポリスチレン、スチレン‐ブタジエン共重合体、ビニル重合体および共重合体、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン（ＡＢＳ）共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、および類似物の１つ以上を含んでよい。
重合体は、エチレンおよび／またはプロピレンと、１つ以上の官能性単量体、例えばアクリル酸アルキル、アクリル酸、アルキルアクリル酸、酢酸ビニル、および類似物とから誘導された１つ以上の共重合体、三元重合体、および類似物を含んでよい。これらのものの例は、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／アクリル酸メチル共重合体、エチレン／アクリル酸エチル共重合体、エチレン／アクリル酸ブチル共重合体、エチレン／メタクリル酸共重合体、エチレン／アクリル酸共重合体、ナトリウムまたは亜鉛を含むエチレン／メタクリル酸共重合体（イオノマーとも呼ばれる）、酸改質、無水物改質またはアクリル酸エステル改質エチレン／酢酸ビニル共重合体、酸改質または無水物改質エチレン／アクリル酸エステル共重合体、無水物改質ポリエチレン、およびそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
重合体は、１つ以上の天然ゴム、再生ゴム、合成ゴム、および類似物を含んでよい。重合体は、１つ以上のポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレンブタジエンゴム、粘着化天然または合成ゴム、スチレンブタジエンまたはスチレンイソプレンブロック共重合体、エチレンと酢酸ビニルとのランダム共重合体、エチレン‐ビニル‐アクリル三元重合体、ポリイソブチレン、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（アクリル）エステル、および類似物を含んでよい。
重合体は、１つ以上のポリアルケニルポリエーテルで架橋されたアクリル酸の１つ以上の単独重合体または共重合体を含んでよい。これらは、カーボポール（Carbopol）という商品名でノベオン（Noveon）から入手してよい。
本発明のプロセスを用いて処理し、および／または形成させてよい非ニュートン流体は、非ニュートン特性を示す任意の多相流体混合物を含んでよい。多相流体混合物は乳濁液であってよい。多相流体混合物は、互いに非混和性であってよい２つ以上の液体を含んでよい。他の液体の一方または両方に対して非混和性であってよい第３の液体が含まれてよい。各液体は、有機液体、水性液体、またはそれらの組み合わせであってよい。例えば一方の液体がベンゼンを含んでよく、他方の液体がグリセロールを含んでよい。液体の１つがイオン液体（例えば１‐ブチル‐３‐メチルイミダゾリウムの塩）であってよく、別の１つが有機液体であってよい。液体の１つが水を含んでよく、別の液体が油などの疎水性有機液体を含んでよい。多相流体混合物は、油中水（ｗ／ｏ）または水中油（ｏ／ｗ）乳濁液を含んでよい。多相流体混合物は、二重乳濁液、例えば水中油中水（ｗ／ｏ／ｗ）または油中水中油（ｏ／ｗ／ｏ）乳濁液を含んでよい。用語「油」は多相流体混合物の有機相を指すために用いてよいが、有機物質は油のことも油でないこともある。多相流体混合物の中では液体の一方が約０．１から約９９．９重量％、一実施態様では約１から約９９重量％、一実施態様では約５から約９５重量％の範囲内の濃度で存在し、他方の液体が残りを占めてよい。用いられるとき、第３の液体は多相流体混合物の中に最大約５０重量％、一実施態様では約０．１から約２０重量％、一実施態様では約０．５から約１０重量％の範囲内の濃度で存在してよい。
多相流体混合物の中の液体の１つ以上が１つ以上の液体炭化水素を含んでよい。これらは天然油、合成油、またはそれらの混合物を含んでよい。天然油は動物油および植物油（例えばヒマシ油、ラード油）ならびに鉱油を含んでよい。天然油は石炭または頁岩から誘導された油を含んでよい。油はトリグリセリドの類からのケン化性油、例えばダイズ油、ゴマ種子油、綿実油、サフラワー油、および類似油であってよい。油はシリコーンオイルであってよい。油は、ワセリン、スクアラン、スクアレン、または１つ以上のジアルキルシクロヘキサン類、またはそれらの２つ以上の混合物などの脂肪族またはナフテン系炭化水素であってよい。合成油は、重合化オレフィンおよび相互重合化オレフィン（例えばポリブチレン類、ポリプロピレン類、プロピレンイソブチレン共重合体等）；ポリ（１‐ヘキセン類）、ポリ‐（１‐オクテン類）、ポリ（１‐デセン類）等、およびそれらの混合物；アルキルベンゼン類（例えばドデシルベンゼン類、テトラデシルベンゼン類、ジノニルベンゼン類、ジ‐（２‐エチルヘキシル）ベンゼン類等）；ポリフェニル類（例えばビフェニル類、ターフェニル類、アルキル化ポリフェニル等）；アルキル化ジフェニルエーテル類およびアルキル化ジフェニルスルフィド類および誘導体、それらの類似体および同族体および類似物などの炭化水素油を含んでよい。末端ヒドロキシル基をエステル化、エーテル化等によって修飾したアルキレンオキシド重合体、ならびにそれらの相互重合体および誘導体は用いてよい合成油である。合成油は、ポリ‐アルファ‐オレフィンまたはフィッシャー‐トロプシュ合成炭化水素を含んでよい。油は、通常時液体の炭化水素燃料、例えばＡＳＴＭ仕様Ｄ４３９によって定められた自動車ガソリンなどの留出物燃料、またはＡＳＴＭ仕様Ｄ３９６によって定められたディーゼル燃料または燃料油を含んでよい。
多相流体混合物は１つ以上の脂肪族アルコール、脂肪酸エステル、またはそれらの混合物を含んでよい。脂肪族アルコールはゲルベ（Guerbet）アルコールであってよい。脂肪族アルコールは約６から約２２の炭素原子、一実施態様では約６から約１８の炭素原子、一実施態様では約８から約１２の炭素原子を含んでよい。脂肪酸エステルは、約６から約２２の炭素原子の直鎖脂肪酸と約６から約２２の炭素原子の直鎖または分岐脂肪族アルコールとのエステル、約６から約１３の炭素原子の分岐カルボン酸と約６から約２２の炭素原子の直鎖または分岐脂肪族アルコールとのエステル、またはそれらの混合物であってよい。例は、ミリスチン酸ミリスチル、パルミチン酸ミリスチル、ステアリン酸ミリスチル、イソステアリン酸ミリスチル、オレイン酸ミリスチル、ベヘン酸ミリスチル、エルシン酸ミリスチル、ミリスチン酸セチル、パルミチン酸セチル、ステアリン酸セチル、イソステアリン酸セチル、オレイン酸セチル、ベヘン酸セチル、エルシン酸セチル、ミリスチン酸ステアリル、パルミチン酸ステアリル、ステアリン酸ステアリル、イソステアリン酸ステアリル、オレイン酸ステアリル、ベヘン酸ステアリル、エルシン酸ステアリル、ミリスチン酸イソステアリル、パルミチン酸イソステアリル、ステアリン酸イソステアリル、イソステアリン酸イソステアリル、オレイン酸イソステアリル、ベヘン酸イソステアリル、オレイン酸イソステアリル、ミリスチン酸オレイル、パルミチン酸オレイル、ステアリン酸オレイル、イソステアリン酸オレイル、オレイン酸オレイル、ベヘン酸オレイル、エルシン酸オレイル、ミリスチン酸ベヘニル、パルミチン酸ベヘニル、ステアリン酸ベヘニル、イソステアリン酸ベヘニル、オレイン酸ベヘニル、ベヘン酸ベヘニル、エルシン酸ベヘニル、ミリスチン酸エルシル、パルミチン酸エルシル、ステアリン酸エルシル、イソステアリン酸エルシル、オレイン酸エルシル、ベヘン酸エルシルおよびエルシン酸エルシルを含む。脂肪酸エステルは、約１８から約３８の炭素原子のアルキルヒドロキシカルボン酸と約６から約２２の炭素原子の直鎖または分岐脂肪族アルコールとのエステル（例えばりんご酸ジオクチル）；約６から約２２の炭素原子の直鎖または分岐脂肪酸と多価アルコール（例えばプロピレングリコール、二量体ジオールまたは三量体トリオール）および／またはゲルベアルコールとのエステル；１つ以上の約６から約１８の炭素原子の脂肪酸によるトリグリセリド；１つ以上の約６から約１８の炭素原子の脂肪酸によるモノ、ジおよび／またはトリグリセリドの混合物；１つ以上の約６から約２２の炭素原子の脂肪族アルコールおよび／またはゲルベアルコールと１つ以上の芳香族カルボン酸とのエステル（例えば安息香酸）；１つ以上の２から約１２の炭素原子のジカルボン酸と１つ以上の１から約２２の炭素原子を含む直鎖または分岐アルコール、１つ以上の２から約１０の炭素原子と２から約６のヒドロキシル基とを含むポリオール、またはそのようなアルコールとポリオールとの混合物とのエステル；１つ以上の２から約１２の炭素原子のジカルボン酸（例えばフタル酸）と１つ以上の１から２２の炭素原子のアルコール（例えばブチルアルコール、ヘキシルアルコール）とのエステル；安息香酸と約６から約２２の炭素原子の直鎖および／または分岐アルコールとのエステル；あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
多相流体混合物は、１つ以上の約６から約２２の炭素原子の分岐１級アルコール；１つ以上の約６から約２２の炭素原子の直鎖および／または分岐脂肪族アルコール炭酸エステル；１つ以上の約６から約２２の炭素原子の脂肪族アルコールによる１つ以上のゲルベ炭酸エステル；各アルキル基が１から約１２の炭素原子を含む１つ以上のジアルキル（例えばジエチルヘキシル）ナフタレート；アルキル基あたり約６から約２２の炭素原子を含む１つ以上の直鎖または分岐、対称または非対称ジアルキルエーテル；約６から約２２の炭素原子のエポキシ化脂肪酸エステルと２から約１０の炭素原子および２から約６のヒドロキシル基を含むポリオールとの１つ以上の開環生成物；またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
多相流体混合物は１つ以上の相の中に水を含んでよい。水は任意の便利な供給源から採取してよい。水は浸透圧法または蒸留法を用いて脱イオンまたは精製してよい。
多相流体混合物は１つ以上の乳化剤および／または界面活性剤を含んでよい。乳化剤および／または界面活性剤は、グリフィン（Griffin）のシステムでゼロから約１８、一実施態様では約０．０１から約１８の範囲内の親水親油バランス（ＨＬＢ）を有するイオン化合物または非イオン化合物を含んでよい。イオン化合物はカチオン化合物または両性化合物であってよい。例は、「マッカチオンズ界面活性剤および洗剤（McCutcheons
Surfactants and Detergents）」、１９９８年版、北米版および国際版に開示されているものを含む。北米版の１〜２３５頁および国際版の１〜１９９頁は、そのような乳化剤の開示に関する部分が参照によって本明細書に組み込まれる。用いてよい乳化剤および／または界面活性剤は、アルカノールアミン（例えばトリエタノールアミン）、アルキルアリールスルホン酸塩、アミンオキシド、アルキレンオキシド繰り返し単位を含むブロック共重合体を含むポリ（オキシアルキレン）化合物、カルボキシル化アルコールエトキシレート、エトキシル化アルコール、エトキシル化アルキルフェノール、エトキシル化アミンおよびアミド、エトキシル化脂肪酸、エトキシル化脂肪酸エステルおよび油、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、グリセロールエステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリドおよび誘導体、オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルおよび誘導体、プロポキシ化およびエトキシル化脂肪酸またはアルコールまたはアルキルフェノール、ソルビタン誘導体、ショ糖エステルおよび誘導体、硫酸エステルまたはアルコールまたはエトキシル化アルコールまたは脂肪酸エステル、ドデシルおよびトリデシルベンゼンまたは縮合ナフタレンまたは石油のスルホン酸塩、スルホコハク酸塩および誘導体、ならびにトリデシルおよびドデシルベンゼンスルホン酸を含む。乳化剤および／または界面活性剤は１つ以上のポリアルキレングリコール、グリセロールまたはソルビタンと約１２から約２２の炭素原子を含む脂肪酸との１つ以上の部分エステル、またはそれらの混合物を含んでよい。乳化剤および／または界面活性剤はレシチンなどの薬学上許容される物質を含んでよい。乳濁液中のこれらの乳化剤および／または界面活性剤の濃度は、乳濁液の約２０重量％までの範囲内、一実施態様では約０．０１から約５重量％、一実施態様では約０．０１から約２重量％の範囲内であってよい。一実施態様では濃度は最大約２重量％、一実施態様では最大約１重量％、一実施態様では最大約０．５重量％であってよい。
多相流体混合物は、１つ以上の追加の機能添加剤を含んでよい。これらの機能添加剤は、多相混合物または乳濁液を形成させるために用いる任意の液体と前もって混合してよい。これらの機能添加剤は、ＵＶ保護因子（例えば、３‐ベンジリデンカンファーおよびその誘導体、４‐アミノ安息香酸誘導体、サリチル酸のエステル、ベンゾフェノンの誘導体、ベンザルマロン酸のエステル、トリアジン誘導体、２‐フェニルベンゾイミダゾール‐５‐スルホン酸およびその塩、ベンゾフェノンのスルホン酸誘導体およびそれらの塩、ベンゾイルメタンの誘導体）；ワックス（例えばキャンデリラロウ、カルナバロウ、日本ロウ、コルクワックス、米ぬか油ワックス、サトウキビワックス、蜜ロウ、ペトロラタム、ポリアルキレンワックス、ポリエチレングリコールワックス）；粘稠性因子（例えば脂肪族アルコール、ヒドロキシ脂肪族アルコール；部分グリセリド、脂肪酸、ヒドロキシ脂肪酸）；増粘剤（例えば、キサンタンガム、グアグアおよびカルボキシメチルセルロースなどの多糖類、ポリエチレングリコールモノエステルおよびジエステル、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン）；過脂肪剤（例えばラノリン、レシチン、ポリオール脂肪酸エステル、モノグリセリド、脂肪酸アルカノールアミド）；安定剤（例えば、ステアリン酸またはリシノール酸マグネシウム、アルミニウムまたは亜鉛などの脂肪酸の金属塩）、重合体（例えば、カチオン性セルロース誘導体、カチオン性デンプン、ジアリルアンモニウム塩とアクリルアミドとの共重合体、四級化ビニルピロリドン／ビニルイミダゾール重合体、ポリエチレンイミン、カチオン性シリコーン重合体、ポリアミノポリアミドなどのカチオン重合体；アニオン性、双性イオン性、両性および非イオン重合体）；シリコーン化合物（例えばジメチルポリシロキサン；メチルフェニルポリシロキサン；環状シリコーン；アミノ‐、脂肪酸、アルコール、ポリエーテル、エポキシ、フッ素、グルコシドおよび／またはアルキル修飾シリコーン化合物；シメチコーン；ジメチコーン）；脂肪；ワックス；レシチン類；リン脂質；生物剤（例えばトコフェロール、アスコルビン酸、デオキシリボ核酸、レチノール、アミノ酸、植物抽出物、ビタミン複合体）；酸化防止剤（例えば、アミノ酸、イミダゾール、ペプチド、カロチノイド、カロチン、リポン酸およびその誘導体、アウロチオグルコース、プロピルチオウラシル、ジラウリルチオジプロピオネート、スルホキシイミン化合物、アルファ‐ヒドロキシ脂肪酸などの金属キレート化剤、クエン酸または乳酸などのアルファ‐ヒドロキシ酸、フミン酸、胆汁酸、ＥＤＴＡ、ＥＧＴＡ、葉酸およびそれらの誘導体、ビタミンＡ、ＣまたはＥなどのビタミン複合体、スチルベン類およびそれらの誘導体）；脱臭剤；発汗抑制剤；フケ防止剤；膨潤剤（例えばモンモリロナイト、粘土鉱物）；昆虫駆除薬；自己なめし剤（例えばジヒドロキシアセトン）；チロシン阻害剤（脱色剤）；ヒドロトロープ（例えば、流れ挙動を改善するために用いられるエタノール、イソプロピルアルコール、ならびにグリセロールおよびアルキレングリコールなどのポリオール）；可溶化剤；防腐剤（例えば、フェノキシエタノール、ホルムアルデヒド溶液、パラベン類、ペンタンジオール、ソルビン酸）、香油（例えば、花、果物の皮、根、木、ハーブおよび草、針状葉および枝、樹脂およびバルサムの抽出物、およびエステル、エーテル、アルデヒド、ケトン、アルコールおよび炭化水素を含む合成香料）；染料；および類似物を含んでよい。多相流体混合の中のこれらの添加剤のそれぞれの濃度は、最大約２０重量％、一実施態様では約０．０１から約１０重量％、一実施態様では約０．０１から約５重量％、一実施態様では約０．０１から約２重量％、一実施態様では約０．０１から約１重量％であってよい。
多相流体混合物は１つ以上の固体粒子を含んでよい。固体粒子は有機物、無機物、またはそれらの組み合わせであってよい。固体粒子は触媒（例えばＣｅＯ２／ＢａＡｌ２Ｏ１９、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３等などの燃焼触媒、重合触媒、および類似物）、顔料（例えばＴｉＯ２、カーボンブラック、酸化鉄等）、充填材（例えば雲母、シリカ、タルク、硫酸バリウム、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン粉体、メタクリル酸メチル粉体）等を含んでよい。固体粒子はナノサイズ粒子を含んでよい。固体粒子は約０．００１から約１０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１ミクロンの範囲内の平均粒子直径を有してよい。多相流体混合物中の固体粒子の濃度は、乳濁液の重量基準で最大約７０重量％、一実施態様では約０．１から約３０重量％の範囲内であってよい。
多相流体混合物は連続相の中に分散した１つ以上の不連続相を含んでよい。不連続相は最大約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０８ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０３ミクロンの体積基準平均直径を有する気泡、液滴および／または固体粒子を含んでよい。
不連続相は水を含んでよく、連続相は有機液体を含んでよい。不連続相は有機液体を含んでよく、連続相は水または別の有機液体を含んでよい。連続相は連続相の中に分散または懸濁した固体粒子を含んでよい。不連続相は不連続相の中の液滴の中にカプセル化された気泡、固体粒子および／または液滴を含んでよい。本発明の利点は、少なくとも一実施態様では気泡、液滴および／または固体粒子が比較的狭い気泡、液滴または粒子サイズの分布を有することを特徴としてよいことである。一実施態様では、分散相の中の気泡、液滴または粒子のサイズをプロットした結果が正規分布曲線であってよい。
「相対スパン」は、多くの場合「スパン」と呼ばれる。それは、体積分布から計算される無次元パラメータである。体積中央値液滴サイズ（ＶＭＤ）の場合と同じく、Ｄ［ｖ，０．１］およびＤ［ｖ，０．９］は、分散している液体の体積のそれぞれ１０％および９０％がそれらより小さな直径の液滴中にある点を表す直径である。スパンは、Ｄ［ｖ，０．９］からＤ［ｖ，０．１］を引き、次にＶＭＤ（Ｄ［ｖ，０．５］）で除した商と定義してよい。気泡、液滴または粒子のスパンは、約０．００５から約１０、一実施態様では約０．０１から約１０、一実施態様では約０．０１から約５、一実施態様では約０．０１から約２、一実施態様では約０．０１から約１、一実施態様では約０．０１から約０．５、一実施態様では約０．０１から約０．２、一実施態様では約０．０１から約０．１の範囲内であってよい。一実施態様では、本発明のプロセスは単一のプロセスマイクロチャンネルの中で実行され、スパンは約０．０１から約０．５の範囲内であってよい。一実施態様では、本発明のプロセスは複数のプロセスマイクロチャンネルを使用するスケールアッププロセス中で実行され、スパンは約０．０１から約１の範囲内であってよい。
一実施態様では、気泡、液滴および／または固体粒子の体積基準直径は約０．０１から約２００ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．００５から約１０の範囲内であってよい。一実施態様では、体積基準平均直径は約０．０１から約１００ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．０１から約５の範囲内であってよい。一実施態様では、体積基準平均直径は約０．０１から約５０ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．０２から約５の範囲内であってよい。一実施態様では、体積基準平均直径は約０．０１から約１０ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．０５から約２．５の範囲内であってよい。一実施態様では、体積基準平均直径は約０．０１から約５ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．０１から約２の範囲内であってよい。一実施態様では、体積基準平均直径は約０．０１から約１ミクロンの範囲内であってよく、スパンは約０．００５から約１の範囲内であってよい。
本発明のプロセスによって処理され、および／または形成された多相流体混合物は、製造業者が多相流体混合物を濃縮された形で供給することを可能にし、ひいては末端ユーザが水または油などの追加の成分を加えて最終的な完全に調合された製品を得ることを可能にする利点を提供してよい。
本発明のプロセスによって処理され、および／または形成された多相流体混合物は、多数の用途を有してよい。これらは、低くした乳化剤または界面活性剤の濃度が望ましいパーソナルスキンケア製品（例えば防水日焼け止め、防水ハンドクリームまたはローション）を含んでよい。
本発明のプロセスによって処理され、および／または形成された多相流体混合物は、塗料または被覆物として有用であってよい。これらは、強い耐候特性を有する耐水性ラテックス塗料を含んでよい。多相流体混合物は接着剤、糊、漏れ止め、防水シーラントおよび類似品として有用であってよい。これらの組成物の中に水相を含ませることによって、これらの製品における揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の問題を小さくしてよい。
本発明のプロセスは、さまざまな食品プロセス処理用途、特に連続プロセス処理操作において用いてよい。
本発明のプロセスは農業化学品の処理および／または製造において用いてよい。この場合、狭い液滴径分布を有する分散相を用いると、化学物質を葉の上に散布し、より小さな濃度の化学物質を用いて向上した防水性を提供する上で有利である。本発明のプロセスは、殺虫剤などの農業化学品の処理および／または製造において用いてよい。この場合、可視光の波長より小さな分散相の液滴サイズを使用することが望ましい。
本発明のプロセスは、乳化潤滑剤および燃料の処理および／または製造のために用いてよい。これらは、ディーゼルエンジンのために用いてよいものなどのオンボード燃料乳化システムを含んでよい。
本発明のプロセスは、乳化重合プロセスにおいて用いてよい。例えば、単量体を触媒とともに界面活性剤の中に可溶化させてよい。
本発明のプロセスを用いてビチューメンを含む急速硬化性乳濁液を作ってよい。これらの乳濁液は道路、自動車道、および類似施設などのセメントまたはアスファルト表面用の表面仕上げ材として用いてよい。これらの乳濁液は約６０から約７０重量％のビチューメンを含み、処理される表面に吹き付けてよい。これらの表面仕上げ材の上に砂利を散布し、圧延して適切な埋め込みおよび配置を確実にしてよい。これは、水不透性表面封止、および改善した表面組織も提供してよい。
本発明のプロセスを用いて処理され、および／または作られた多相流体混合物はシリコーン乳濁液を含んでよい。これらの乳濁液は、繊維およびその他の基質を処理してそれらの撥水性を変化させるために用いてよい。
本発明のプロセスは結晶化プロセス、例えば連続結晶化プロセスにおいて用いてよい。このプロセスを用いて指定サイズの粉体を単離し、精製し、および／また製造してよい。そのような結晶の例は高度精製砂糖を含む。乳濁液結晶化では、バルク溶融物の中より低い速度で均一な核形成が起こるように溶融物を乳濁液の液滴の中で結晶化させてよい。このプロセスは溶媒を用いないで実行してよく、従って低い資本コストおよび運転コストの利点を提供してよい。
本発明のプロセスを用いて液晶を処理し、および／または作ってよい。このプロセスで形成される液晶は、分散相が適所に「ロックされる」ので、乳化剤および／または界面活性剤の使用を減らす助けとなってよい。
本発明のプロセスを用いて接着剤、液体石鹸、洗濯洗剤、布地または織物のための被覆物、および類似物のためのワックス乳濁液を処理し、および／または作ってよい。
本発明のプロセスは医薬品の製造において用いてよい。この場合、狭い液滴サイズの分布を有する分散油相の提供は有利である。これらは、経口または注射用組成物ならびに皮膚クリーム、ローションおよび点眼薬を含んでよい。本発明のプロセスを用いて実現される液滴サイズおよび分布は薬剤の効力を増大させ、必要な治療のための薬剤使用レベルの低下を提供してよい。これは、包装材料の中に用いられる有機物質を可溶化させる傾向がある非水溶媒成分の使用を回避または限定する利点も提供してよい。これらの用途のための分散油相の液滴サイズは、脾臓または肝臓によって除かれることを回避するために、最大約０．５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．２ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．０１から約０．１ミクロンであってよい。本発明のプロセスによって処理されるかまたは製造される多相流体混合物は、不溶性または貧溶性薬剤（例えばイブプロフェン、ジアゼパム、グリセオフルビン、サイクロスポリン、コーチゾン、プロリューキン、エトポシド、パクリタキセル、サイトトキシン、ビタミンＥ、アルファ‐トコフェロール、および類似物）のための乳化ベヒクルとして機能してよい。本発明のプロセスを用いて医薬品組成物を作る際に、米国特許出願公開第２００３／００２７８５８号に開示されている医薬品化合物または薬剤、油および界面活性剤の多くを用いてよく、この公開特許はそのような化合物または薬剤、油および界面活性剤の開示への参照によって本明細書に組み込まれる。本発明のプロセスを用いる利点は、狭い液滴サイズ分布を有する小さな液滴を実現することを試みるために無菌環境を維持しながら従来の高せん断混合装置を用いることに伴う問題の多くを回避してよいという事実に関する。
本発明は１つ以上のプロセスマイクロチャネルを使用するプロセスに関する。各プロセスマイクロチャネルは２つ以上のプロセス区域を有し、各プロセス区域の中で１つ以上の異なる単位操作が行われる。各単位操作によって、非ニュートン流体が処理され、および／または形成される。
単位操作は、化学反応、化学分離（収着（すなわち吸収および／または吸着）、蒸留、抽出を含む）、凝縮、蒸発、加熱、冷却、圧縮、膨張、相分離、混合、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。従って、例えば、本発明のプロセスは、第１のプロセス区域の中で非ニュートン流体を加熱してから、第２のまたは続くプロセス区域の中で非ニュートン流体を用いて化学反応を行うことを含んでよい。非ニュートン流体は化学反応の間に加熱されるかまたは冷却されてよい。プロセスは、さまざまな成分を第１のプロセス区域の中で混合して非ニュートン流体を形成させてから、第２のまたは続くプロセス区域の中で非ニュートン流体を冷却することを含んでよい。
本発明のプロセスを用いて非ニュートン流体を加熱し、非ニュートン流体を冷却し、２つ以上の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）を混合して非ニュートン流体を形成させ、非ニュートン流体を１つ以上の他の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）および／または固体粒子と接触させ、および／または混合させ、２つ以上の流体（非ニュートン流体であってもなくてもよい）を用いて反応を行って非ニュートン流体を形成させ、１つ以上の非ニュートン流体を反応体として用いて反応を行い、非ニュートン流体を圧縮し、非ニュートン流体を膨張させ、非ニュートン流体を凝縮させ、非ニュートン流体を蒸発させ、１つ以上の成分を非ニュートン流体から分離し、またはこれらのことの２つ以上の組み合わせを行ってよい。
本発明のプロセスは、各単位操作の前および／または間に非ニュートン流体の粘度を低下少させるのに十分なせん断応力を非ニュートン流体に作用させることを含む。本発明のプロセスを行う前に非ニュートン流体は約１０−３から約１０８センチポイズ、一実施態様では約１０２から約１０５センチポイズの範囲内の粘度を有してよい。粘度は各プロセス区域の中で最大約１０５センチポイズの範囲内、一実施態様では約１０−５から約１０５センチポイズの範囲内、一実施態様では約１０−３から約１０３センチポイズ、一実施態様では約１０−３から約１０センチポイズのレベルへ低下させてとよい。
各プロセス区域の中のせん断速度は約１００秒−１を超え、一実施態様では約２５０秒−１を超え、一実施態様では約５００秒−１を超え、一実施態様では約７５０秒−１を超え、一実施態様では約１０００秒−１を超え、一実施態様では約２５００秒−１を超え、一実施態様では約５００秒−１を超え、一実施態様では約７５００秒−１を超え、一実施態様では約１０，０００秒−１を超え、一実施態様では約５０，０００秒−１を超え、一実施態様では約１００，０００秒−１を超えてよい。１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は別のプロセス区域の中の平均せん断速度と少なくとも約１．２倍、一実施態様では少なくとも約１．５倍、一実施態様では少なくとも約２倍、一実施態様では少なくとも約３倍、一実施態様では少なくとも約４倍、一実施態様では少なくとも約５倍、一実施態様では少なくとも約７倍、一実施態様では少なくとも約１０倍、一実施態様では少なくとも約２０倍、一実施態様では少なくとも約３０倍、一実施態様では少なくとも約４０倍、一実施態様では少なくとも約５０倍、一実施態様では少なくとも約７５倍、一実施態様では少なくとも約１００倍異なってよい。
本発明のプロセスの利点は、非ニュートン流体の性質を利用すること、および同じプロセスマイクロチャネルの中の種々の単位操作に合わせてチャネル寸法を最適化することに関する。図６８は、別々のプロセス区域すなわちプロセス区域１およびプロセス区域２を有するプロセスマイクロチャネルを示す。プロセス区域１の中で第１の単位操作が行われてよく、プロセス区域２の中で別の単位操作が行われてよい。非ニュートン流体の粘度のせん断速度に対する依存性を用いて各プロセス区域の中のプロセス効率を最も大きくするようにマイクロチャネル寸法を選んでよい。同様に、図６９は複数すなわち「ｎ」のプロセス区域を含むプロセスマイクロチャネルを示す。ｎの値は任意の数、例えば３から約２０、一実施態様では３から約１０、一実施態様では３から約５であってよい。
プロセス区域の中の平均せん断速度γａｖｇは、次式によって定められる。式中Ａはプロセス区域の中の濡れ表面積である。
Figure 2009534179
表面積Ａは、プロセスマイクロチャネル壁の上および／または中の突起物および／または空洞（例えば表面構成要素または構造壁からの）を含むプロセス区域の中のプロセスマイクロチャネル壁の内部表面積を含む。表面積Ａは、触媒表面も収着材料表面も含まない。
一実施態様では、１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は、プロセスマイクロチャネルの中のプロセス区域の少なくとも約２５％の中の平均せん断速度より少なくとも約１．２倍大きくてよい。一実施態様では、１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は、プロセスマイクロチャネルの中のプロセス区域の少なくとも約５０％の中の平均せん断速度より少なくとも約１．２倍大きくてよい。
図３を参照すると、プロセスは、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２、プロセス流体ヘッダ１０４、および生成物フッタ１０６を含むマイクロチャネルプロセス処理単位１００を用いて行ってよい。マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、非ニュートン流体を処理し、および／または形成させるための２つ以上の単位操作を行うのに有用な複数のプロセスマイクロチャネルを含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、任意選択として、各プロセスマイクロチャネルおよび／または１つ以上の熱交換チャネルと隣接する１つ以上の段階添加チャネルを含んでよい。段階添加チャネルおよび／または熱交換チャネルはマイクロチャネルであってよい。プロセスマイクロチャネル、および任意選択として、段階添加チャネルおよび熱交換チャネルは、層として上下に積み重ねるかまたは横並びに配置してよい。プロセスヘッダ１０４は、第１の流体流がプロセスマイクロチャネルの中へ流れるための通路を提供してよい。第１の流体はニュートン性であっても非ニュートン性であってもよい。第１の流体流は、矢印１１０で示すようにヘッダ１０４を通ってマイクロチャネルプロセス処理単位１００の中へ流れてよい。任意選択として、第２の流体流が矢印１１２で示すようにヘッダ１０４を通ってマイクロチャネルプロセス処理単位１００の中へ流れてよい。任意選択として、１つ以上の追加流体流（図３には示していない）もヘッダ１０４を通ってプロセスマイクロチャネルの中へ流れてよい。第２の流体および／または追加流体はニュートン性であっても非ニュートン性であってもよい。流体流はヘッダ１０４の中で混合されプロセスマイクロチャネルの中へ流れるか、またはマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中へ流れプロセスマイクロチャネルの中で混合されてよい。あるいは、流体流はヘッダ１０４の上流で混合されてからヘッダ１０４を通ってプロセスマイクロチャネルの中へ流れてよい。生成物フッタ１０６は生成物がプロセスマイクロチャネルから流れるための通路を提供してよい。生成物はニュートン性であっても非ニュートン性であってもよい。生成物はマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２から生成物フッタ１０６を通って流れ、矢印１１４で示すように生成物フッタ１０６から出る。第１の流体流、第２の流体流、追加流体流、流体流混合物および／または生成物の１つ以上が非ニュートン流体を含む。生成物は、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２を通して任意の回数、例えば１、２、３、４回等、戻してリサイクルさせてよい。熱交換流体が矢印１１６で示すようにマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中へ流れ、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中の熱交換チャネルを通り、矢印１１８で示すようにマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２から出てよい。マイクロチャネルプロセス処理単位１００は、図面には示していないが当業者には自明と考えられる貯槽、ポンプ、マニホルド、バルブ、流量調節デバイス、導管、および類似物とともに使用してよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、非ニュートン流体を用いて１つ以上の単位操作を行うための複数のマイクロチャネルプロセス処理単位を含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１０００等のこれらの繰り返し単位を含んでよい。図４〜２６および４２〜４３にこれらの例を示す。
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に収束形断面積（図２、８〜１２または１９〜２２参照）を有してよく、せん断応力は、収束形断面区域を通して非ニュートン流体を流すことによって非ニュートン流体に作用させてよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部表面の上および／または中に表面構成要素（図４６〜４７参照）を含んでよく、せん断応力は、非ニュートン流体を表面構成要素と接触させて流すことによって非ニュートン流体に作用させてよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部構造壁（図４８〜４９参照）を含んでよく、せん断応力は、非ニュートン流体を１つ以上の構造壁と接触させて流すことによって非ニュートン流体に作用させてよい。構造壁の中の空洞および／または突起物は、表面構成要素と呼んでよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部表面の上の空洞および／または突起物を含む被覆層を含んでよく、せん断応力は、非ニュートン流体を被覆層と接触させて流すことによって非ニュートン流体に作用させてよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の内部流れ制約デバイス（例えば静的ミキサ、モノリス、リブ等）を含んでよく、せん断応力は、非ニュートン流体を流れ制約デバイスと接触させて流すことによって非ニュートン流体に作用させてよい。
図４を参照すると、繰り返し単位２００はプロセスマイクロチャネル２１０および熱交換区域２７０を含む。プロセスマイクロチャネル２１０は２つ以上のプロセス区域を含んでよい。熱交換区域２７０は熱交換チャネル２７２を含む。プロセスマイクロチャネルの中を矢印２１５および２１６で示す方向にプロセス流体が流れる。熱交換チャネル２７２の中をプロセスマイクロチャネル２１０の中の流れに対して交差流となる方向に熱交換流体が流れる。熱交換チャネル２７２を用いてプロセスマイクロチャネル２１０の長さ方向に調整された加熱または冷却プロフィルを提供してよい。プロセスマイクロチャネル２１０は、対向する側壁２１２と２１４とを含む。側壁２１２は、伝熱壁と呼んでよい。側壁２１２の上および／または中に表面構成要素２１７が配置される。プロセス流体は第１の流体流、または第１の流体流と第２の流体流と、任意選択として１つ以上の追加流体流との混合物を含んでよい。流体流および／または流体混合物の１つ以上が非ニュートン流体であってよい。プロセス流体はプロセス流体ヘッダ１０４から矢印２１５で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０の中へ流れる。プロセスマイクロチャネルの中を流体が流れ、表面構成要素２１７と接触すると、非ニュートン流体に対して粘度を低下させるのに十分なせん断応力が作用することになる。プロセスマイクロチャネル２１０の中で非ニュートン流体を用いて１つ以上の単位操作が行われる。結果として得られる生成物は矢印２１６で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から流れ出る。生成物は繰り返し単位２００から生成物フッタ１０６へ流れこれを通る。熱交換チャネル２７２の中を熱交換流体が流れ、プロセスマイクロチャネル２１０と熱を交換する。熱交換チャネル２７２とプロセスマイクロチャネル２１０との間の熱交換の結果としてプロセスマイクロチャネル２１０の冷却および／または加熱が行われてよい。
図５に例を示す繰り返し単位２００Ａは、表面構成要素２１７が側壁２１２でなく側壁２１４の上に配置される点を除けば図４に例を示した繰り返し単位２００と同じである。
図６に例を示す繰り返し単位２００Ｂは、表面構成要素２１７が側壁２１２と２１４との上に配置される点を除けば図４に例を示した繰り返し単位２００と同じである。
図７に例を示すマイクロチャネル繰り返し単位２００Ｃは、繰り返し単位２００Ｃが１つのプロセスマイクロチャネルでなく２つのプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａを含む点を除けば図６に例を示した繰り返し単位２００Ｂと同じである。繰り返し単位２００Ｃはプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａと、熱交換区域２７０とを含む。動作するとき、第１の流体流、または第１の流体流と第２の流体流（と任意選択として１つ以上の追加流体流）との混合物は、プロセス流体ヘッダ１０４から矢印２１５および２１５Ａで示すようにプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａの中へそれぞれ流れる。プロセス流体および／または流体混合物の１つ以上が非ニュートン流体であってよい。プロセス流体は、上記で示したように表面構成要素２１７および２１７Ａと接触する。これによって非ニュートン流体に対するせん断応力の作用が提供され、その結果粘度の低下が起こってよい。プロセス流体はプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａの中を流れる。プロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａの中で１つ以上の単位操作が行われる。その結果得られる生成物は矢印２１６および２１６Ａで示すようにプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａから出る。生成物はプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａから生成物フッタ１０６へ流れてこれを通り、矢印１１４で示すようにマイクロチャネルプロセス処理単位１００から出る。熱交換チャネル２７２の中を流れる熱交換流体はプロセスマイクロチャネル２１０および２１０Ａの中のプロセス流体と熱を交換する。
図８に例を示す繰り返し単位２００Ｄは、繰り返し単位２００Ｄの中のプロセスマイクロチャネル２１０が収束形断面積を有する点を除けば図４に例を示した繰り返し単位２００と同じである。矢印２１５に近いプロセスマイクロチャネル２１０の入口における断面積は、矢印２１６に近いプロセスマイクロチャネル２１０の出口における断面積より大きい。繰り返し単位２００Ｄは、繰り返し単位２００の中の表面構成要素が繰り返し単位２００Ｄの中では除かれているという事実によっても繰り返し単位２００と異なる。動作するとき、収束形断面積を通して非ニュートン流体を流すことによってプロセスマイクロチャネル２１０の中の非ニュートン流体へせん断応力を作用させる。流体がプロセスマイクロチャネル２１０を通って流れるにつれて流体の速度は増加する。非ニュートン流体の粘度は低下する。プロセスマイクロチャネル２１０の中を流れる流体の圧力降下は減少する。プロセスマイクロチャネル２１０の中で１つ以上の単位操作が行われる。
図９に例を示す繰り返し単位２００Ｅは、繰り返し単位２００Ｅの中のプロセスマイクロチャネル２１０が収束形断面積を有する収束区間２１８と非収束形断面積を有する非収束区間２１９とを含む点を除けば図８に例を示した繰り返し単位２００Ｄと同じである。非ニュートン流体を収束区間２１８の中に流すことによって非ニュートン流体にせん断応力を作用させる。この結果、粘度が低下する。非収束区間２１９の中を流れる間に非ニュートン流体の粘度は増大してよい。
図１０に例を示す繰り返し単位２００Ｆは、内壁２１４の上および／または中に表面構成要素２１７が形成される点を除けば図８に例を示した繰り返し単位２００Ｄと同じである。この実施態様では、収束形断面積と表面構成要素２１７との組み合わせを用いてせん断応力の増強を実現してよい。
図１１に例を示す繰り返し単位２００Ｇは、表面構成要素２１７が内壁２１４でなく内壁２１２の上に配置される点を除けば図１０に例を示した繰り返し単位２００Ｆと同じである。
図１２に例を示す繰り返し単位２００Ｈは、表面構成要素２１７が内壁２１２と２１４との両方の上に配置される点を除けば図１０に例を示した繰り返し単位２００Ｆと同じである。
図１３を参照すると、マイクロチャネル繰り返し単位２００Ｉは、プロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２４０、開口区間２５０および熱交換区域２７０を含む。プロセスマイクロチャネル２１０は少なくとも２つのプロセス区域ならびに対向する側壁２１２および２１４を含む。側壁２１２の上に表面構成要素２１７が配置される。側壁２１２は、伝熱壁と呼んでもよい。プロセスマイクロチャネル２１０と段階添加チャネル２４０とにとって共通の壁である側壁２１４の中に開口区間２５０が配置される。開口区間２５０は、多孔質区間または多孔質基板と呼んでよい。開口区間２５０は、内部を通って延在する複数の開口を有するシートまたはプレートを含んでよい。下記で、開口区間２４０の追加実施態様を詳細に考察する。段階添加チャネル２４０は開口区間２５０を通してプロセスマイクロチャネル２１０へ開放される。段階添加チャネル２４０は出口開口２４３を有する貫通流チャネルであっても閉鎖端チャネルであってもよい。プロセスマイクロチャネル２１０は混合区域２１１を有し、混合区域２１１の上流および／または下流に非開口領域（図には示していない）を有してよい。混合区域２１１は開口区間２５０と隣接する。混合区域２１１は混合を増強するために制約された断面を有してよい。動作時、第１の流体流は方向矢印２１５で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０の中へ流れ、混合区域２１１の中へ流れる。第２の流体流は矢印２４２で示すように段階添加チャネル２４０の中へ流れ、次に矢印２４４で示すように開口区間２５０を通って混合区域２１１の中へ流れる。混合区域２１１の中で第２の流体流は第１の流体流と接触し、混合して多相混合物または乳濁液を形成する。第２の流体流は第１の流体流の中の不連続相（例えば気泡、液滴）を形成してよい。第１の流体流は連続相を形成してよい。流体は表面構成要素２１７と接触し、その結果せん断応力が流体に作用する。第１の流体流および／または第２の流体流、および／または結果として得られる多相混合物または乳濁液は非ニュートン性であってよい。作用するせん断応力によって非ニュートン流体の粘度が低下する。多相混合物または乳濁液は矢印２１６で示すように混合区域２１１から流れ、プロセスマイクロチャネル２１０から出る。第１の流体流および／または第２の流体流は均一系触媒を含んでよく、プロセスマイクロチャネル２１０の中で第１の流体流と第２の流体流との間の反応が行われてよい。第２の流体流の一部は段階添加チャネル２４０の中の開口２４３を通って流れ、リサイクルされてヘッダ１０４へ戻ってよく、一方、第２の流体流の残りは上記で考察したように開口区間２５０を通って流れてよい。
マイクロチャネル繰り返し単位２００Ｉは、熱交換チャネル２７２を含む熱交換区域２７０を有する。加熱または冷却が望まれるとき、熱交換流体が熱交換チャネル２７２を通って流れ、プロセスマイクロチャネル２１０および段階添加チャネル２４０の中の流体を加熱または冷却する。加熱または冷却の度合いはプロセスマイクロチャネル２１０および段階添加チャネル２４０の軸方向長さにわたって変化してよい。加熱または冷却はプロセスマイクロチャネル２１０および段階添加チャネル２４０のいくつかの区間では無視してよいかまたは存在せず、他の区間ではゆるやかであるかまたは比較的高くてよい。あるいは、熱交換流体はプロセスマイクロチャネル２１０の中の流体の流れに対して向流または交差流となる方向に流れてよい。あるいは、加熱または冷却は熱交換流体以外の加熱媒質または冷却媒質を用いて実現してよい。例えば、加熱は電熱素子を用いて実現してよい。冷却は非流体冷却素子を用いて実現してよい。電熱素子および／または非流体冷却素子を用いてプロセスマイクロチャネル２１０および／または段階添加チャネル２４０の１つ以上の壁を形成させてよい。電熱素子および／または非流体冷却素子をプロセスマイクロチャネル２１０および／または段階添加チャネル２４０の１つ以上の壁の中へ構築してよい。プロセスマイクロチャネル２１０の軸方向長さに沿って複数の加熱区域または冷却区域を使用してよい。同様に、プロセスマイクロチャネル２１０の長さに沿って異なる温度の複数の熱交換流体を使用してよい。
プロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる流体は、プロセスマイクロチャネル入口からプロセスマイクロチャネル出口へ流れるにつれて圧力降下してよい。この圧力降下の結果、プロセスマイクロチャネル２１０内の内部圧力はプロセスマイクロチャネル入口近くの最高点からプロセスマイクロチャネル出口近くの最低点へ次第に低下してよい。サイズが比較的一様な気泡または液滴を作り出すために、開口区間２５０の軸方向長さに沿って開口区間２５０の前後で実質的に一定の差圧を維持することが望ましいことがある。これを実行するために、段階添加チャネル２４０内の内部圧力を軸方向長さに沿って低下させ、プロセスマイクロチャネルを通る流体の流れの結果である圧力降下の結果としてのプロセスマイクロチャネル２１０の中の内部圧力の低下と整合させてよい。これは、段階添加チャネルの中を流れる第２の流体流がプロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる流体の圧力降下と同様な圧力降下を受けるように、マイクロチャネルの形の段階添加チャネル２４０を提供することによって実行してよい。
一実施態様では、開口区間２５０は、開口区間２５０の軸方向長さに沿った第２の流体流の連続導入ではなく、複数の別々の原料導入点を含んでよい。別々の原料導入点の数は任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、１０、２０、５０、１００等であってよい。
図１４に例を示すマイクロチャネル繰り返し単位２００Ｊは、繰り返し単位２００Ｊが互いに隣接して配置された第１の繰り返し区間２０５と第２の繰り返し区間２０５Ａとを有する点を除けば図１３に例を示したマイクロチャネル繰り返し単位２００１と同じである。第１の繰り返し区間２０５は第１のプロセスマイクロチャネル２１０、第１の段階添加チャネル２４０および第１の開口区間２５０を含む。第２の繰り返し区間２０５Ａは第２のプロセスマイクロチャネル２１０Ａ、第２の段階添加チャネル２４０Ａおよび第２の開口区間２５０Ａを含む。プロセスマイクロチャネル２１０は表面構成要素２１７を含み、プロセスマイクロチャネル２１０Ａは表面構成要素２１７Ａを含む。熱交換チャネル２７２は第１の繰り返し区間２０５と隣接して熱接触し、第２の繰り返し区間２０５Ａからは離れているが熱接触している。
図１５に例を示すマイクロチャネル繰り返し単位２００Ｋは、少なくとも２つのプロセス区域を含むプロセスマイクロチャネル２１０と、熱交換チャネル２７２を含む熱交換区域２７０とを含み、プロセス区域の１つは反応区域２２０を含み、反応区域２２０には触媒２２２が配置されている。図１５に例を示す触媒２２２は固体粒子床の形である。しかし、図１５に例を示すプロセスマイクロチャネルの中では本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。反応区域２２０の上流の対向する側壁２１２および２１４の上および／または中に表面構成要素２１７が配置される。動作時、第１の流体流、または第１の流体流と第２の流体流と、任意選択として１つ以上の別の流体流との混合物は矢印２１５で示すように反応区域２２０へ入り、触媒２２２と接触し、反応して生成物を形成する。流体および／または流体の混合物の１つ以上が非ニュートン性であってよい。非ニュートン流体を表面構成要素２１７と接触させて流すことによって非ニュートン流体にせん断応力を作用させる。これによって非ニュートン流体の粘度が低下する。生成物は矢印２１６で示すように反応区域２２０から流れ出る。
図１６に例を示すマイクロチャネル繰り返し単位２００Ｌは、少なくとも２つのプロセス区域を含むプロセスマイクロチャネル２１０と、熱交換チャネル２７２を含む熱交換区域２７０とを含む。プロセス区域の１つは反応区域２２０を含み、反応区域２２０の中には触媒２２２が配置されている。触媒２２２は内壁２１４の上に配置されている。対向する内壁２１２の上に表面構成要素２１７が配置されている。触媒２２２は、内壁２１４の上に取り付けられた担体の上に配置してよい。触媒は、本明細書中で考察する任意の形であってよい。動作時、第１の流体流、または第１の流体流と第２の流体流と、任意選択として１つ以上の別の流体流との混合物は、矢印２１５で示すように反応区域２２０へ入り、触媒２２２と接触し、反応して生成物を形成する。反応体流体流および／または生成物の１つ以上であってよい非ニュートン流体が表面構成要素２１７と接触してプロセスマイクロチャネル２１０の中を流れると非ニュートン流体にせん断応力が作用する。非ニュートン流体に加えられるせん断応力は、非ニュートン流体の粘度を低下させる。
図１７に例を示す繰り返し単位２００Ｍは、繰り返し単位２００Ｍが触媒２２２の上流の内部側壁２１４の上の追加表面構成要素２１７を含む点を除けば図１６に例を示した繰り返し単位２００Ｌと同じである。繰り返し単位２００Ｍの中の追加表面構成要素２１７は、反応区域２２０の上流のプロセスマイクロチャネル２１０の中で追加のせん断応力、従ってさらに別の粘度の低下を提供する。
図１８に例を示す繰り返し単位２００Ｎは、繰り返し単位２００Ｎでは反応区域の下流で表面構成要素２１７が取り除かれている点を除けば図１７に例を示した繰り返し単位２００Ｍと同じである。これは、反応区域２２０から流れる生成物に、繰り返し単位２００Ｍと比較して低くなったせん断応力を提供する。
図１９に例を示す繰り返し単位２００Ｏは、繰り返し単位２００Ｏが触媒２２２を含む反応区域２２０を含む点を除けば図８に例を示した繰り返し単位２００Ｄと同様である。図１９に例を示す触媒２２２は固体粒子床の形である。しかし、反応区域２２０の中では本明細書で考察する任意の触媒形を用いてよい。反応体および／または生成物は非ニュートン性であってよい。プロセスマイクロチャネル２１０はプロセスマイクロチャネルの中を流れる非ニュートン流体にせん断応力を作用させる収束形断面積を有する。これによって非ニュートン流体の粘度が低下する。熱交換区域２７０の中に配置された熱交換チャネル２７２によって熱交換が提供される。
図２０に例を示す繰り返し単位２００Ｐは、繰り返し単位２００Ｐが触媒２２２を含む反応区域２２０を含む点を除けば図９に例を示した繰り返し単位２００Ｅと同じである。図２０に例を示す触媒２２２は固体粒子床の形である。しかし、本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。プロセスマイクロチャネル２１０は収束区間２１８と非収束区間２１９とを含む。反応区域２２０は非収束区間２１９の中に配置される。非ニュートン性であり、第１の流体、または第１の流体と第２の流体と、任意選択として１つ以上の追加流体の混合物とを含んでよい反応体は、矢印２１５で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０の中を流れ、触媒２２２と接触し、生成物を形成し、生成物は矢印２１６で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から流れ出る。収束区間２１８の中を流れる非ニュートン流体にせん断応力が作用し、その結果非ニュートン流体の粘度は低下する。熱交換区域２７０の中の熱交換チャネル２７２とプロセスマイクロチャネル２１０との間で熱交換が提供されてよい。
図２１に例を示す繰り返し単位２００Ｑは、反応区域２２０が図２０に例を示した非収束区間２１９の中でなくプロセスマイクロチャネル２１０の収束区間２１８の中に配置される点を除けば図２０に例を示した繰り返し単位２００Ｐと同じである。
図２２に例を示す繰り返し単位２００Ｒは、反応区域２２０が一部はプロセスマイクロチャネル２１０の収束形区間２１８の中に配置され、一部はプロセスマイクロチャネル２１０の非収束形区間２１８の中に配置される点を除けば図２０に例を示した繰り返し単位２００Ｐと同じである。
図２３にマイクロチャネル繰り返し単位２００Ｓの例を示す。繰り返し単位２００Ｓはプロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２４０および開口区間２５０を含む。プロセスマイクロチャネル２１０と段階添加チャネル２４０とを共通の側壁２１４が分離する。開口区間２５０は共通壁２１４の中に配置される。開口区間２５０は、開口区間を通る第２の流体流の流れを可能にするための複数の開口を含む。プロセスマイクロチャネル２１０は２つのプロセス区域を含み、その一方は混合区域２１１であり、他方は反応区域２２０である。反応区域２２０の中に触媒２２２が配置される。混合区域２１１は反応区域２２０の上流にある。プロセスマイクロチャネル２１０の側壁２１２の上および／または中に表面構成要素２１７が配置される。側壁２１２は、伝熱壁と呼んでよい。第１の流体流は矢印２１５で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０の中へ流れ、混合区域２１１の中へ流れる。第２の流体流は矢印２４２で示すように段階添加チャネル２４０の中へ流れ、段階添加チャネル２４０から矢印２４４で示すように開口区間２５０を通って混合区域２１１の中へ流れる。矢印２４２で示す段階添加チャネル２４０の中の第２の流体流の流れの方向は、矢印２１５で示すプロセスマイクロチャネル２１０の中の第１の流体流の流れの方向と並流である。あるいは、段階添加チャネル２４０の中の第２の流体流の流れは、マイクロチャネル２１０の中の第１の流体流の流れに対して向流または交差流であってよい。第１の流体流と第２の流体流とは混合区域２１１の中で相互接触し、反応体混合物を形成する。反応体混合物は混合区域２１１から反応区域２２０の中へ流れ、触媒と接触し、反応して生成物を形成する。生成物は矢印２１６で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から出る。第１の流体流、反応体混合物および／または生成物は非ニュートン性であってよい。非ニュートン流体が表面構成要素２１７と接触すると非ニュートン流体にせん断応力が作用する。非ニュートン流体に作用したせん断応力は非ニュートン流体の粘度を低下させる。熱交換区域２７０の中の熱交換チャネル２７２は段階添加チャネル２４０およびプロセスマイクロチャネル２１０の中のプロセス流体と熱を交換する。
図２３に例を示した繰り返し単位２００Ｓの代替実施態様では、混合区域２１１と反応区域２２０との間のプロセスマイクロチャネル２１０の中に補助混合区域が提供されてよい。
図２４に例を示す繰り返し単位２００Ｔは、第２の流体流の一部が混合区域２１１の中で第１の流体流と混合し、第２の流体流の一部が反応区域２２０の中で第１の流体流と混合する点を除けば図２３に例を示した繰り返し単位２００Ｓと同じである。混合区域２１１の中で第１の流体流と混合する第２の流体流の量は第２の流体流の約１％から約９９体積％、一実施態様では約５％から約９５体積％、一実施態様では約１０％から約９０体積％、一実施態様では約２０％から約８０体積％、一実施態様では約３０％から約７０体積％、一実施態様では第２の流体流の約４０％から約６０体積％であってよい。第２の流体流の残りは反応区域２２０の中で第１の流体流と混合する。
図２５に例を示す繰り返し単位２００Ｕは、繰り返し単位２００Ｕが別個の混合区域２１１を含まない点を除けば図２４に例を示した繰り返し単位２００Ｔと同じである。繰り返し単位２００Ｕの中でプロセスマイクロチャネル２１０の側壁２１２および２１４は反応区域２２０のそれぞれの上流の表面の上および／または中にも表面構成要素２１７を有する。繰り返し単位２００Ｕを用いると第２の流体流は開口区間２５０を通って反応区域２２０の中へ流れ、そこで第１の流体流と接触し、触媒２２２の存在下で反応して生成物を形成する。次に、生成物は矢印２１６で示すようにプロセスマイクロチャネル２１０から流れ出る。
図２６に例を示す繰り返し単位２００Ｖは、繰り返し単位２００Ｖが隣接する２組のプロセスマイクロチャネル、段階添加チャネルおよび開口区間を含む点を除けば図２５に例を示した繰り返し単位２０００と同じである。これらの組の一方は熱交換チャネル２７２と隣接し、他方の組は熱交換チャネル２７２から離れているが熱接触している。
代替実施態様では、繰り返し単位は２つのプロセスマイクロチャネルと単一の段階添加チャネルとを含んでよい。この実施態様では、繰り返し単位は第１のプロセスマイクロチャネル、第２のプロセスマイクロチャネル、および第１のプロセスマイクロチャネルと第２のプロセスマイクロチャネルとの間に配置された段階添加チャネルを含んでよい。各プロセスマイクロチャネルは開口区間を有する壁を有してよい。各プロセスマイクロチャネルの中の１つ以上の側壁の上および／または中に表面構成要素が配置されてよい。各プロセスマイクロチャネルの中に触媒が配置されてよい。第１の流体は第１のプロセスマイクロチャネルおよび第２のプロセスマイクロチャネルの中を触媒と接触して流れる。第２の流体は段階添加チャネルから開口区間を通って第１のプロセスマイクロチャネルの中を流れて触媒および第１の流体と接触し、開口区間を通って第２のプロセスマイクロチャネルの中を流れて触媒および第１の流体と接触して反応生成物を形成する。プロセスマイクロチャネルの中を表面構成要素と接触して非ニュートン流体が流れる。これによって非ニュートン流体の粘度が低下する。
プロセスマイクロチャネル、段階添加チャネルおよび熱交換チャネル、ならびに任意のプロセスヘッダ、プロセスフッタ、熱交換ヘッダ、熱交換フッタおよび類似物を含むマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の前述の金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含んでよい。
プロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２４０、および／または熱交換チャネル２７２内の流れおよび／または混合は、そのようなチャネルの１つ、２つまたはそれ以上の内壁の上に形成された表面構成要素を用いて変化させてよい。表面構成要素はチャネル壁の１つ以上の中の窪みおよび／またはチャネル壁の１つ以上からの突起の形であってよい。これらの表面構成要素はチャネルを通る流れの方向に対してある角度で並べてよい。表面構成要素は流れの方向に対して約１°から約８９°、一実施態様では約３０°から約７５°の角度で並べてよい。配向の角度は傾斜角であってよい。角度のある構成要素は流れと同じ方向、または流れと反対の方向へ並べてよい。表面構成要素と接触する流体の流れは、流体の１つ以上を表面構成要素の中の窪みの中へ流れさせるが、他の流体は表面構成要素の上を流れてよい。表面構成要素内の流れは表面構成要素に順応し、チャネル中のバルク流れの方向に対してある角度をなしてよい。流体が表面構成要素から出るとき、流体はバルク流れをｚ方向とするｘ，ｙ，ｚ座標系のｘおよびｙ方向に運動量を及ぼしてよい。この結果、流体の流れの中に撹拌または回転が生じてよい。このパターンは、付与された速度勾配が相の１つを小さな十分分散した滴に分断する流体せん断を作り出してよいので、２相流を混合するのに有用であってよい。
第１の表面構成要素領域を用いて多相混合物または乳濁液を形成させる流体の混合が実現され、続いて少なくとも１つの第２の表面構成要素領域があり、そこで別の流れパターンが用いられてよいように、プロセスマイクロチャネル２１０内の２つ以上の表面構成要素領域を直列に配置してよい。第２の流れパターンを用いて１つ以上の液体または気体を流体混合物から分離してよい。第２の表面構成要素領域の中で１つの液体をプロセスマイクロチャネルの内壁の方へ押しやり、別の液体を流体コアの中にとどまらせる遠心力を作り出す流れパターンを用いてよい。強い中心渦を作り出してよい表面構成要素の一パターンはプロセスマイクロチャネルの上部および底部の一対の角度のあるスロットを含んでよい。表面構成要素のこのパターンを用いて中心渦巻き流れパターンを作り出してよい。
開口区間２５０は、各プロセスマイクロチャネルの内壁の１つ以上の一部分を形成する内部部分を含んでよい。開口区間のこの内部部分の上に表面構成要素シートがあってよい。表面構成要素シートの中および／または上に表面構成要素が形成されてよい。第２の流体は開口区間および表面構成要素シートを通ってプロセスマイクロチャネルの中へ流れてよい。第２の流体の一部は表面構成要素シートの表面から引き離され、一部は表面構成要素シートの表面構成要素の中を流れてよい。表面構成要素シートは流れの長さ全体に対して相対的に小さな幅またはスパンを有する角度のある構成要素を含んでよい。表面構成要素シートは開口区間のための機械的支持を提供してよい。表面構成要素はプロセスマイクロチャネルの中の流体に渦巻き流れパターンを付与し、２つの相の良好な混合を促進し、およびまたは、小さな乳濁液の液滴の形成を促進してよい。渦巻き流れパターンは、開口区間を通って流れる第２の液体にせん断を付与し、従ってバルク流路の中の液滴のサイズを減少させてよい。
図４６〜４７に表面構成要素の例を示す。表面構成要素は上下に積み重ねられるかまたは三次元パターンで絡み合った２つ以上の層を有してよい。それぞれの個別の層の中のパターンは同じであっても異なっていてもよい。各層の中または１つの層の中だけで流れが回転するかまたは移流してよい。チャネルのバルク流路に隣接していなくてよい副層を用いて追加表面積を作り出してよい。流れは表面構成要素の第１のレベルの中で回転し、第２層以降の副層の中に分子拡散して反応を促進してよい。三次元表面構成要素は、金属キャスト法、光化学機械加工法、レーザ切断法、エッチング法、アブレーション法またはその他のプロセスによって作ってよく、上下に積み重ねた個別の面であるかのようにさまざまなパターンを再分化しけてよい。三次元表面構成要素をマイクロチャネル内のバルク流路に隣接させて設け、表面構成要素に種々の深さ、形状および／または位置を持たせ、種々の深さ、形状および／または位置のパターンを有する副構成要素を伴わせる。
表面構成要素、または全体にパターンをエッチングしたプレートの使用は、開口区間を形成するために用いられる薄いまたは弱い開口プレートまたはシートのための構造的な支持を提供するために有利であってよい。一実施態様では、非常に小さな平均細孔直径（１ミクロン未満）を有するが、開口区間を通して第２の液体をプロセスマイクロチャネルの中へ押し込むために必要な高い圧力差（約１０ｐｓｉより大きな、約５０ｐｓｉより大きな、約１００ｐｓｉより大きな、またはもっと大きな）に耐えることができない重合体材料から開口シートを作ってよい。構造的な支持に必要な開口スパンはプロセスマイクロチャネルの断面から表面構成要素の開口スパンまで小さくし、表面構成要素の長さとしてよい。開口シートまたはプレートが低下した機械的一体性を有するなら、表面構成要素のスパンは必要なだけ小さくしてよい。表面構成要素の一利点は、開口区間の壁において顕著なせん断応力を作り出して小さな液滴の分離を支援してよいように表面構成要素内で発生させてよい対流である。
３次元表面構成要素構造体の例は、マイクロチャネルのバルク流路に隣接する界面における窪んだＶ字形を含んでよい。バルク流路に隣接する表面構成要素に接続されているが、いろいろな形状、深さおよび／または位置の構造体から作られた一連の３次元構造体がＶ字体の下にあってよい。マイクロチャネル内のバルク流路に隣接する開放表面構成要素の下に直接配置されるのでなく、１つ以上の曲がりくねった２次元または３次元通路を通って接続される副層通路を設けるとさらに有利であってよい。この手法は、滞留時間分布を狭くするよりは滞留時間分布を広くすることが望ましい場合に、調整された滞留時間分布をマイクロチャネルの中に作り出すために有利であってよい。
表面構成要素の長さおよび幅はマイクロチャネルの長さおよび幅と同じように定めてよい。深さは、表面構成要素がマイクロチャネル表面の中に窪むかまたはマイクロチャネル表面の上に高くなる距離であってよい。表面構成要素の深さは、シート表面の上または中に形成された表面構成要素を有する積層されボンディングされたマイクロチャネルデバイスを積層する方向に対応してよい。表面構成要素の寸法は表面構成要素の最大寸法を指してよく、例えば丸形グルーブの深さは最大深さすなわち溝の底の深さを指してよい。
表面構成要素は約２ｍｍより小さな、一実施態様では約１ｍｍより小さな、一実施態様では約０．０１から約２ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲内の深さを有してよい。表面構成要素の幅はマイクロチャネル幅とほぼ同じであるのに十分であってよい（例えば魚骨設計）が、一実施態様（充填構成要素など）ではマイクロチャネルの幅の約６０％以下、一実施態様では約５０％以下、一実施態様では約４０％以下、一実施態様ではマイクロチャネル幅の約０．１％から約６０％、一実施態様ではマイクロチャネル幅の約０．１％から約５０％、一実施態様ではマイクロチャネル幅の約０．１％から約４０％の幅であってよい。表面構成要素の幅は約０．０５ｍｍから約１００ｃｍの範囲内、一実施態様では約０．５ｍｍから約５ｃｍの範囲内、一実施態様では約１から約２ｃｍの範囲内であってよい。
１つ以上のマイクロチャネル壁の中のさまざまな深さの窪みの表面構成要素を含む、複数の表面構成要素、または表面構成要素の領域をマイクロチャネル内に含んでよい。窪みの間の間隔は約０．０１から約１０ｍｍの範囲内、一実施態様では約０．１から約１ｍｍの範囲内であってよい。表面構成要素はマイクロチャネルの長さ全体にわたってまたはマイクロチャネルの部分または領域の中に存在してよい。表面構成要素を有する部分または領域は、所望の混合または単位操作（例えば分離、冷却等）をあつらえた区域の中で促進するように断続的であってよい。例えば、マイクロチャネルの１センチメートルの区画は間隔を詰めた表面構成要素のアレイ、続いて構成要素のない４センチメートルの平坦なチャネル、続いて間隔の空いた表面構成要素の２センチメートルの区画を有しよい。用語「間隔の空いた表面構成要素」を用いて表面構成要素の幅の約５倍より大きなピッチまたは構成要素‐構成要素距離を有する表面構成要素を指してよい。
一実施態様では、表面構成要素は、実質的にチャネルの軸方向長さ全体にわたって延在する１つ以上の表面構成要素領域の中にあってよい。一実施態様では、チャネルは軸方向長さの約５０％以下、一実施態様では軸方向長さの約２０％以下にわたって延在する表面構成要素を有してよい。一実施態様では、表面構成要素はチャネルの軸方向長さの約１０％から約１００％、一実施態様では約２０％から約９０％、一実施態様では約３０％から約８０％、一実施態様ではマイクロチャネルの軸方向長さの約４０％から約６０％にわたって延在してよい。
図４６および４７は表面構成要素に用いてよい複数の異なるパターンを示す。これらのパターンには本発明を限定する意図はなく、複数の可能性の例を示すことしか意図しない。これらのパターンは、任意の表面構成要素と同じくマイクロチャネルのさまざまな軸方向または横方向区画の中で用いてよい。
プロセスマイクロチャネルは１つ以上の構造壁を含んでよい。これらは１つ以上のシムから形成させてよい。シムの１つ以上は１つ以上の空洞空間、開口またはスルーホールを含んでよい。これらは表面構成要素と呼んでよい。シムは、シムの一方の表面、あるいはシムの前面または第１の表面と背面または第２の表面との両方の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブを含んでよい。第１の表面からのグルーブまたはマイクログルーブが第２の表面からのグルーブまたはマイクログルーブと交差してシムの中の複数の空洞、スルーホールまたは開口を形成してよい。図４８および４９に例を示す。図４８は、前面または第１の表面５１２および背面または第２の表面５１４と、各表面の中に形成された複数のグルーブまたはマイクログルーブ５３０とを有するシム５１０の例を示す。前面５１２の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０は互いに平行であり、ブロックパターン５５０の配列として配置され、第１のブロックパターン５５０の中ではグルーブまたはマイクログルーブは第１の方向または水平方向に並べられ、次に、隣接する第２のブロックパターン５５０の中ではグルーブまたはマイクログルーブは第２の方向または垂直方向に並べられている。ブロックパターン５５０の配列は、上下に配置された連続する行として並べられた複数のブロックパターン５５０を含み、連続する行は横並びに配置された複数の列を形成する。背面５１４の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブ５３０も互いに平行であり、前面５１２が第１の方向または水平方向に並べられたグルーブまたはマイクログルーブを有するところで背面５１４は第２の方向または垂直方向に並べられたグルーブまたはマイクログルーブ５３０を有する点を除けば前面５１２の中のブロックパターン５５０と同様なブロックパターン５５０の配列として配置される。同様に、前面５１２が第２の方向または垂直方向に並べられたグルーブまたはマイクログルーブ５３０を有するところで背面５１４は第１の方向または水平方向に並べられたグルーブまたはマイクログルーブを有する。前面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０、および背面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０は、シム５１０の中に部分的に進入する。前面および背面の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０の進入は、前面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０が背面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０と交差し、シム５１０の中のグルーブまたはマイクログルーブが交差する点に空洞、スルーホールまたは開口５５２の配列が形成される結果となるのに十分である。開口５５２は、流体が開口５５２を通って流れるかまたは拡散することを可能にするのに十分なサイズであってよい。開口の数はｃｍ２あたり約１から約２００，０００開口、一実施態様ではｃｍ２あたり約１０から約１００，０００開口の範囲内であってよい。開口５５２は約１から約２０００ミクロン、一実施態様では約１０から約１０００ミクロンの範囲内の平均寸法（例えば直径）を有してよい。ブロックパターン５５０は約０．０１かける約５００ｍｍ、一実施態様では約０．５かける約２０ｍｍの寸法を有してよい。各ブロックパターン５５０と次の隣接するブロックパターンとの間の間隔は約０．０１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約１ｍｍの範囲内であってよい。この実施態様では、パターンはＡ、Ｂ、Ａ、Ｂ型で交互している。代替実施態様では、構造体の体積に対する表面積の比が反応器の長さ方向でまたは反応器の異なる区域の中で異なってよいように幾何配置を変化させてよい。こうすると、反応器の上部近くで非常に高い放熱速度を有する反応は、反応速度が遅くなり伝熱速度が低くなる反応器の中央部または終端部近くで体積に対する表面積の比を高くした構造の使用によって有利となってよい。その結果得られる反応器長さに沿った発熱速度、または反応器長さに沿った熱流束プロフィルをより一様にまたは均一にしてよい。パターンをさらに最適化して所望の反応生成物への選択率を最大にしてよい。パターンも最適化して触媒構造内、触媒構造の長さ方向、または両方に調整された勾配を作り出してよい。
例を示した実施態様では、前面または第１の表面５１２の中のグルーブまたはマイクログルーブ５３０は背面または第２の表面５１４の中のグルーブまたはマイクログルーブと直交しているが、交角は任意の値（例えば約３０°から約１２０°）であってよく、従って直角に限定されないと理解すべきである。
図４９は、上下に積層されるかまたは横並びに配置されてよい、図５９に例を示す複数のシム５１０を含む複合体構造５０２の例を示す。複合担持構造体５０２の中には任意の数のシム５１０を上下に積層するかまたは横並びに配置してよい。例えば、２、３、４、６、８、１０、２０、３０、５０、１００等のシム５１０を上下に積層してよい。
プロセスマイクロチャネル２１０、段階添加チャネル２４０および／または熱交換チャネル２７２は内壁を疎油性被覆物で被覆して（同じ被覆物が疎水特性も提供してよい）界面エネルギーを減少させてよい。テフロン（登録商標）が、疎油性傾向と疎水性傾向との両方を示してよい被覆物材料の例であってよい。プロセスマイクロチャネル２１０の内部に面する開口区間２４０の表面を疎油性被覆物で被覆して液滴抗力を減少させ、より小さな液滴の形成を促進してよい。開口区間上の被覆物は、開口区間の表面から液滴を離脱させるために必要なエネルギーを減少させてよい。さらに、液滴離脱時、および開口区間を過ぎてプロセスマイクロチャネルの下流を流れる間に第２の液体に及ぼされる抗力を低下させてよい。一実施態様では、疎水性被覆物を開口区間に塗布して液滴の油相の中への離脱を支援してよい。流体は、疎油性被覆物で被覆した表面を濡らさなくてよい。よって、流体は、表面を滑って通り、従って流体の壁に対する通常の非滑り境界条件を打ち消すかまたは低下させてよい。流体が滑ると、小さくなった抗力の結果として局所的摩擦係数は減少してよく、対応するチャネルの単位長さあたりの圧力降下は小さくなってよい。局所的伝熱速度は、淀んだ膜を通る伝導性熱伝達と対比すると、被覆された表面の上の強制対流の結果として増加してよい。被覆物の効果は、異なる種類の非ニュートン流体に対して異なる影響を有してよい。降伏しない偽可塑性（べき乗則）流体の場合、流体に依存するせん断速度より高いせん断速度ではニュートン性に見えてよい。流体の粘度は、せん断速度が特定の値より小さいとき高くなってよい。被覆された壁のため、せん断速度が局所的に大きくなると流体は液滴をせん断しやすくなり、より少ないエネルギーで移動し（ポンプ動力要件が低くなり）、被覆物が用いられていない場合より良好な伝熱特性を有してよい。降伏する偽可塑性（べき乗則）流体の場合であっても降伏応力を有してよく、壁における降伏応力は疎油性被覆物の使用によって大いに減少してよい。被覆物を用いたときの見かけの降伏が被覆物を用いないときと比較して低ければ、熱伝達および摩擦特性は向上してよい。せん断関連効果は、ニュートン流体の場合より非ニュートン流体の場合の方が大きくてよい。
マイクロチャネルプロセス処理ユニットコア１０２は、ワイヤ放電機械加工法、通常機械加工法、レーザ切削法、光化学機械加工法、電気化学機械加工法、成型法、水噴流法、刻印法、エッチング法（例えば化学エッチング法、光化学エッチング法またはプラズマエッチング法）、およびそれらの組み合わせを含む既知の技法を用いて作製してよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、一部を除去して流れの通過を可能とする層またはシートを形成させることによって構築してよい。拡散ボンディング、レーザ溶接、拡散ロウ付けおよび類似の方法によって積層シートを組み立て、一体化デバイスを形成させてよい。マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、シートまたは薄層および部分的シートまたは細片の組み合わせを用いて組み立ててよい。この方法では、細片または部分的シートを組み立てることによってチャネルまたは空洞区域を形成させ、必要な材料の量を減らしてよい。
一実施態様では、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の副区間またはモジュール単位は、以下の部品、すなわち気密封止した周縁とプロセス流のための開口上部／底部とを有する基板片、および熱交換片を用いて作製してよい。基板片と熱交換片とを一緒にして（溶接、接着、ハンダ付け等）漏れのない動作単位を形成させてよい。熱交換片は押し出ししてよい。基板片および熱交換片はプラスチック、金属、または上記で考察した他の材料から作ってよい。
一実施態様では、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２は、任意の上記の材料（例えば金属、プラスチックまたはセラミック）で作られたシムを、各層が流体を運ぶチャネルおよび開口の定義された幾何構造を有するように、積層または拡散ボンディングさせることを含むプロセスによって作ってよい。個々の層を作り出した後、触媒を挿入してよい。次に、予め定められた順序で層を積層させて積層体を構築してよい。層は、横並びまたは上下に積層してよい。完成した積層を次に拡散ボンディングさせて流体がマイクロチャネルプロセス処理単位の中へまたは外へ漏れるのを防いでよい。ボンディングの後、デバイスの形を整えて最終サイズとし、配管およびマニホルドの接続に備えてよい。
構成要素創製方法は、光化学エッチング法、摩砕法、穿孔法、放電機械加工法、レーザ切断法および刻印法を含む。大量生産にとって有用な方法は刻印法であってよい。刻印法では、材料の歪みをできるだけ小さくし、チャネル幾何構造の厳密な公差を維持するように注意する必要がある。歪みを防ぎ、シム配置を維持し、層が適切な順に積層されることを確実にすることが積層プロセス時に制御する必要のある因子である。
積層は、拡散プロセスによって接着させてよい。このプロセスでは、積層を正確な時間の間高い温度および圧力に付して所望の接着品質を実現してよい。これらのパラメータの選択は、金属層の間の十分な粒子成長を可能にする接着条件を見いだすためにモデル化および実験検証を必要としてよい。
ボンディングの後の次の工程はデバイスを機械加工することであってよい。高速カッターによる通常の磨砕法ならびに高度に修正した放電機械加工技法を含む複数のプロセスを用いてよい。ボンディング後の機械加工操作を施した完全サイズのボンディング済みマイクロチャネル反応器、マイクロチャネル分離器単位、または副ユニットは、例えば数１０、数１００、または数１０００のシムを含んでよい。
プロセスマイクロチャネル２１０は約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲内の高さまたは幅を有してよい。高さまたは幅の他方の寸法は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。プロセスマイクロチャネル２１０の長さは任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。プロセスマイクロチャネル２１０は長方形の断面を有してよく、あるいは任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等を有する断面を有してよい。プロセスマイクロチャネル２１０の断面の形状および／またはサイズはその長さにわたって変化してよい。例えば、高さまたは幅はマイクロチャネルの長さにわたって相対的に大きな寸法から相対的に小さな寸法へまたはその逆にテーパ形であってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０は図２に例を示した造りを有してよい。図２に例を示したマイクロチャネルは最大から最小へ変化する断面積を有する。一実施態様では、最小断面積はマイクロチャネルの出口またはその近くにあってよく、最大断面積は入口またはその近くにあってよい。このマイクロチャネルは、収束形断面積を有するマイクロチャネルと呼んでよい。このマイクロチャネルは、台形マイクロチャネルと呼んでよい。マイクロチャネルは２つの高さ寸法を有し、一方は最小寸法（ｈ１）、他方は最大寸法（ｈ２）である。高さはｈ１からｈ２へ次第に増加する。あるいは、マイクロチャネルは円形、楕円形、三角形等の断面を有してよい。マイクロチャネルは約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲であってよい少なくとも１つの高さ寸法（ｈ１）を有する。幅（ｗ）は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。長さ（ｌ）は任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートルであってよい。最大断面積は最小断面積の少なくとも約２倍（２×）、一実施態様では少なくとも約５倍（５×）、一実施態様では最小断面積の少なくとも約２０倍（２０×）であってよい。このマイクロチャネルの中を流れる流体の線速度は、流体がマイクロチャネルの中の直線流路に沿って流れるにつれて増大してよい。反応体と触媒との間の局所接触時間は、反応体がマイクロチャネルの中の直線通路に沿って流れるにつれて減少してよい。
段階添加チャネル２４０および２４０Ａはマイクロチャネルであってもよく、もっと大きな寸法を有してもよい。段階添加チャネル２４０および２４０Ａは任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。段階添加チャネル２４０および２４０Ａは最大約１０ｍｍ、一実施態様では最大約６ｍｍ、一実施態様では最大約４ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍの内部高さまたは隙間を有してよい。一実施態様では、高さまたは隙間は約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約６ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約４ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの範囲内であってよい。段階添加チャネル２４０および２４０Ａの幅は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。段階添加チャネル２４０および２４０Ａのそれぞれの長さは任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。
熱交換チャネル２７２はマイクロチャネルであってもよく、もっと大きな寸法を有してもよい。熱交換チャネル２７２のそれぞれは任意の形状、例えば正方形、長方形、円形、半円形等を有する断面を有してよい。熱交換チャネル２７２のそれぞれは最大約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍの内部高さまたは隙間を有してよい。これらのチャネルのそれぞれの幅は任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであってよい。熱交換チャネル２７２のそれぞれの長さは任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では０．２から約３メートルであってよい。
一実施態様では、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中で用いられるプロセスマイクロチャネル、任意選択の段階添加チャネル、および熱交換チャネルは、長方形の断面を有し、横に並べた垂直配向の平面、または水平配向の積層平面として並べてよい。これらの平面は、水平面から傾斜した角度で傾いていてよい。これらの構成は、平行平面構成と呼んでよい。２つ以上のプロセスマイクロチャネル、および任意選択として隣接する段階添加チャネルと単独の熱交換チャネルとの、または単一のプロセスマイクロチャネル、および任意選択として隣接する段階添加チャネルと組み合わせた２つ以上の熱交換チャネルとのさまざまな組み合わせを使用してよい。スケールアップのためにこれらの長方形チャネルの配列をモジュール化した小型装置の中へ並べてよい。
プロセスマイクロチャネルの断面形状およびサイズを軸長さに沿って変化させ、変化するチャネル内の流体力学に対処させてよい。例えば、反応が行われ、反応体の１つが過剰なら、反応混合物の流体特性は反応の経過につれて変化してよい。表面構成要素を用いて、軸長さに沿って異なる幾何構造、パターン、角度、深さまたはプロセスマイクロチャネルの断面積に対するサイズの比を提供して流体力学的変化に対処させてよい。
隣接するプロセスマイクロチャネル、段階添加チャネルおよび／または熱交換チャネルの間の距離は約０．０５ｍｍから約５０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．２ｍｍから約２ｍｍの範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネルおよび段階添加チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから段階添加チャネルをプロセスマイクロチャネルと隣接させて形成させてよい。熱交換チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成させてよい。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネル、段階添加チャネル、またはプロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとの両方と隣接させてよい。プロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとは、交互配置の横に並べられた平面または交互配置の上下に積み重ねられた平面として並べてよい。
プロセスマイクロチャネルおよび段階添加チャネルは、同心整列した円管を含んでよい。プロセスマイクロチャネルが環状空間の中にあってよく、段階添加チャネルが中心空間または隣接する環状空間の中にあってよい。プロセスマイクロチャネルが中心空間の中にあってよく、段階添加チャネルが隣接する環状空間の中にあってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０の中の反応区域２２０は、バルク流れ通路を有することを特徴としてよい。用語「バルク流れ通路」は、プロセスマイクロチャネル内の開放通路（連続したバルク流れ領域）を指す。連続したバルク流れ領域は大きな圧力降下なしでプロセスマイクロチャネルを通る迅速な流体の流れを可能にする。一実施態様では、バルク流れ領域の中の流体の流れは層流である。各プロセスマイクロチャネル２１０内のバルク流れ領域は約０．０５から約１０，０００ｍｍ２、一実施態様では約０．０５から約５０００ｍｍ２、一実施態様では約０．１から約２５００ｍｍ２の範囲内の断面積を有してよい。バルク流れ領域はプロセスマイクロチャネルの断面積の約５％から約９５％、一実施態様では約３０％から約８０％を含んでよい。
開口区間２５０および２５０Ａの中の開口は、開口区間を通る第２の流体流の流れを可能にするのに十分なサイズであってよい。開口は、細孔と呼んでよい。上記開口を含む開口区間２５０および２５０Ａは約０．０１から約５０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの範囲内の厚さを有してよい。開口は最大約２５０ミクロン、一実施態様では最大約１００ミクロン、一実施態様では最大約５０ミクロン、一実施態様では約０．００１から約５０ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．０５から約５０ミクロン、一実施態様では約０.１から約５０ミクロンの範囲内の平均直径を有してよい。一実施態様では、開口は約０．５から約１０ナノメートル（ｎｍ）、一実施態様では約１から約１０ｎｍ、一実施態様では約５から約１０ｎｍの範囲内の平均直径を有してよい。開口区間の中の開口の数は平方センチメートルあたり約１から約５×１０８開口、一実施態様では平方センチメートルあたり約１から約１×１０６開口の範囲内であってよい。開口は互いから孤立していてもいなくてもよい。開口の一部またはすべては開口区間内の他の開口と流体連通していてよい。すなわち、１つの開口から別の開口へ流体が流れてよい。プロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる流体の流路に沿った開口区間の長さに対する開口区間２５０および２５０Ａの厚さの比は約０．００１から約１、一実施態様では約０．０１から約１、一実施態様では約０．０３から約１、一実施態様では約０．０５から約１、一実施態様では約０．０８から約１、一実施態様では約０．１から約１の範囲内であってよい。
開口区間２５０および２５０Ａは、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度および寸法安定性を提供する任意の材料から構築してよい。これらの材料は鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の上記金属の合金、重合体（例えば熱硬化樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化樹脂）とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、カーボンナノチューブまたはカーボンモレキュラーシーブを含むマイクロ多孔質炭素、ゼオライト、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。開口は、レーザ穿孔法、マイクロエレクトロマシニングシステム（ＭＥＭＳ）、リソグラフィー電着および成形法（ＬＩＧＡ）、電気火花加工法、光化学機械加工法（ＰＣＭ）、電気化学機械加工法（ＥＣＭ）、電気化学エッチング法および類似法などの既知の技法を用いて形成させてよい。開口は、押し出し成型品などの構造化プラスチック、または配列カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜などの膜を作るために用いられる技法を用いて形成させてよい。開口は、金属の粉末または粒子を焼結するかまたは圧縮して蛇行相互連結毛管チャネルを作製するなどの技法および膜作製の技法を用いて形成させてよい。開口は、任意のこれらの方法によって提供されるサイズから、開口を部分的に埋める開口内部側壁への被覆物の塗布によって大きさを小さくしてよい。選択的被覆物は、多孔質体の外側にあって最も小さな細孔径を連続流路に隣接させて提供する薄層も形成してよい。最も小さな平均の細孔開口は、乳濁液の所望の液滴サイズによって約１ナノメートルから大体数百ミクロンの範囲内にあってよい。開口は、熱処理によって、ならびに開口の内部側壁上に酸化物スケールまたは被覆物を形成させる方法によって大きさを小さくしてよい。これらの技法を用いて開口を部分的に閉塞して流れのための開口の大きさを小さくしてよい。図２７および２８は、同じ倍率および同じ位置での熱処理の前後のステンレス鋼多孔基板のＳＥＭ表面構造の比較を示す。図２７は熱処理の前の表面を示し、図２８は熱処理の後の表面を示す。熱処理後の多孔質材料の表面は、著しく小さくなった隙間および開口サイズを有する。開口の間の平均距離は対応して増加する。
開口区間２５０および２５０Ａは、約０．０１から約１０００ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．０１から約２００ミクロンの範囲内にある平均細孔径の相互連結チャネルまたは細孔を有する金属または非金属多孔質材料から作ってよい。これらの細孔は開口として機能してよい。多孔質材料は、平均細孔間距離が平均細孔径と同程度になるように、粉体または微粒子から作ってよい。多孔質材料は、約３００℃から約１０００℃の範囲内の高温での約１時間から約２０日間の長さの酸化によって、あるいは、細孔の表面および内部の上をゾル被覆法によるアルミナまたは化学蒸着法を用いるニッケルなどの別の材料の薄層で被覆して小さな細孔を閉塞させ、大きな細孔の細孔径を小さくし、細孔間距離の方は増加させることによって調整してよい。図２９に調整済み基板または開口区間のＳＥＭ像を示す。
約１ミクロンより小さな気泡または液滴サイズを有する第２の流体流を提供するのに十分に小さな微細規模の開口または細孔を有する開口区間２５０および２５０Ａとして用いるための基板の製作は問題となることが多い。これの理由の１つは、圧縮および／または焼結によって粉体／粒子から作られた金属多孔質基板などの未処理の普通の多孔質材料では、比較的高い表面粗さが生じるという事実にある。これらの金属多孔質基板は、通常、所定の名目細孔径が特定の値より低いとき表面領域では必要な細孔径をもたない。多孔質材料のバルクは指定された名目細孔径を有するが、表面領域は多くの場合はるかに大きなサイズの合体細孔および空洞を特徴とする。この問題は、これらの基板を調整して所望の細孔径および細孔間距離を表面領域の中に提供することによって克服することができる。これは、多孔質基板から表面層を取り除き、より小さな開口を有する滑らかな新しい表面を加えることによって実行してよい。これらの調整された基板を用いて形成されてよい段階添加原料流の液滴サイズまたは気泡サイズは基板にかかる圧力降下を増加させないで小さくなってよい。多孔質表面の直接研削または機械加工は表面構造の汚れおよび細孔の閉塞を引き起こすことがあるので、多孔質構造を液体充填材で満たした後、固化させ、機械研削／研磨してよい。次に、充填材を取り除いて材料の多孔質構造を再び得る。充填材は、亜鉛またはスズなどの低い融点を有する金属、またはエポキシなどの重合体の前駆体であってよい。液体充填工程および除去工程は真空の使用によって支援してよい。研削／研摩は研磨機および研磨粉を用いて実現してよい。金属充填剤の除去は、融解および真空吸引によって、または酸エッチングによって実現してよい。エポキシまたは他の重合体は溶媒溶解によって、または空気中での燃焼除去によって除去してよい。
図３０〜３２を参照すると、一実施態様では、開口区間２５０および２５０Ａは比較的小さな開口３０２を含む比較的薄いシート３００と比較的大きな開口３１２を含む比較的厚いシートまたはプレート３１０とで構築してよい。シート３００、およびシートまたはプレート３１０は、それぞれオリフィスプレートと呼んでよい。開口３１２は開口３０２と位置を合わせるかまたは連結してよい。比較的薄いシート３００は、比較的薄いシート３００がプロセスマイクロチャネル２１０の内部に面し、比較的厚いシート３１０が段階添加チャネル２５０または２５０Ａの内部に面するように比較的厚いシートまたはプレート３１０の上に配置し、ボンディングさせてよい。比較的薄いシート３００は、任意の適当な手順（例えば拡散ボンディング）を用いて比較的厚いシート３１０へ接着させ、機械的強度を高めた複合材構築物３２０を提供してよい。比較的薄いシート３００は約０．００１から約０．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．２ｍｍの範囲内の厚さを有してよい。比較的小さな開口３０２は任意の形状、例えば、円形、三角形または長方形を有してよい。比較的小さな開口３０２は約０．０５から約５０ミクロン、一実施態様では約０．０５から約２０ミクロンの範囲内の平均直径を有してよい。比較的厚いシートまたはプレート３１０は約０．０１から約５ｍｍ、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの範囲内の厚さを有してよい。比較的大きな開口３１２は任意の形状、例えば円形、三角形または長方形を有してよい。比較的大きな開口３１２は約０．０１から約４０００ミクロン、一実施態様では約１から約２０００ミクロン、一実施態様では約１０から約１０００ミクロンの範囲内の平均直径を有してよい。シート３００の中の開口３０２の総数およびシートまたはプレート３１０の中の開口３１２の総数は、平方センチメートルあたり約１から約１００００開口、一実施態様では平方センチメートルあたり約１から約１０００開口の範囲内であってよい。シート３００、およびシートまたはプレート３１０は、開口区間２５０および２５０Ａを構築するために有用であるとして上記に記載した任意の材料で構築してよい。開口３０２と開口３１２とは、開口区間２５０および２５０Ａを通って流れる流体が初めに開口３１２を通り、次に開口３０２を通って流れるように位置を合わせるかまたは連結してよい。液体が比較的小さな開口３０２を通って流れる通路は比較的短いので、開口の中の通路が開口３０２と３１２との深さの合計と等しい深さを有していたら生じたであろう圧力降下と比べると比較的低い圧力降下で、流体は開口７０２を通って流れることができる。
図３３に例を示す実施態様で、複合体構築物３２０ａは、開口３１２を覆う比較的薄いシート３００の凸部分３０４が設けられている点を除けば図３２に例を示したと同じ設計を有する。凸部分３０４は、隣接するチャネルの中に増加した局所せん断力を提供する。段階添加原料流は矢印３２３で示す方向に開口３１２および３０２を通って流れる。図３３の中の方向矢印３２２は開口３０２に隣接するプロセスマイクロチャネルの中の原料組成物の流れを示す。増加した局所せん断力によって開口３０２を通って流れる流体の液滴サイズまたは気泡が小さくなる。
図３４に例を示す実施態様では、シートまたはプレート３３２の表面の上および開口３３６の内部側壁３３４の上に表面被覆物３３０を析出させる。被覆物は、開口の直径を減少させる容易な方法を提供する。被覆物３３０を形成させるために用いられる被覆材料は、アルミナ、ニッケル、金または重合材料（例えばテフロン）であってよい。被覆物３３０は、化学蒸着法、金属スパッタリング法、金属メッキ法、焼結法、ゾル被覆法および類似技法を含む既知の技法を用いてシートまたは板３３２に塗布してよい。開口の直径は、被覆物３３０の厚さを調節することによって調節してよい。
開口区間２５０および２５０Ａは、非対称多孔質材料、例えば複数の焼結粒子層を有する多孔質材料から形成させてよい。層の数は、２、３または４以上であってよい。これらの多層基板の利点は、高められた耐久性および接着強さを提供することである。例は、一方の側に比較的大きな細孔、他方の側に比較的小さな細孔を有する焼結セラミックスを含む。比較的小さな細孔は約２から約１０ｎｍの範囲内の直径を有してよい。比較的小さな細孔は、多層基板の比較的薄い層に配置してよい。比較的薄い層は約１から約１０ミクロンの範囲内の厚さを有してよい。比較的小さな細孔を有する側は、プロセスマイクロチャネル２１０の内部に面するように配置し、比較的高いせん断力を利用して反応体および／または液体触媒の比較的小さな液滴が形成したら離脱させてよい。
開口区間２５０および２５０Ａはプロセスマイクロチャネル２１０の軸方向長さの少なくとも約５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約２０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約３５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約５０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約６５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約８０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約９５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの約５％から約１００％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの約１０％から約９５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの約２５％から約７５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネル２１０の軸方向長さの約４０％から約６０％に沿って延在してよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位１００は図４〜２６および４２〜４３に例を示す繰り返し単位２００〜２００Ｘの１つ以上を含んでよい。一実施態様では、マイクロチャネルプロセス処理単位は１から約５０，０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約５０，０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約３０，０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約１０，０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約５０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約２０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約１０００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約５００の繰り返し単位、一実施態様では約１０から約１００の繰り返し単位を含んでよい。
本発明のプロセスは、非ニュートン生成物を形成させるために用いてよい非ニュートンおよび／またはニュートン原料流の使用を含んでよい。例えば、非ニュートン乳濁液を生成物として形成させるとき、以下の原料流の組み合わせを用いてよい。
事例 連続相（原料Ａ） 分散相（原料Ｂ） 生成物／乳濁液
１ ニュートン ニュートン 非ニュートン
２ ニュートン 非ニュートン 非ニュートン
３ 非ニュートン ニュートン 非ニュートン
４ 非ニュートン 非ニュートン 非ニュートン
プロセス流体ヘッダ１０４の設計に２つの手法を採用してよい。ヘッダ１０４は、入口原料流のそれぞれのために１つ以上の入口マニホルドを含んでよい。入口原料流がニュートン流体のとき、入口原料流は入口マニホルドの中でまったく転回せずに入口マニホルドを通ってプロセスマイクロチャネルの中へまっすぐに流れてよく、または入口原料流はプロセスマイクロチャネルへ入る前に入口マニホルドの中で１回以上転回してよい。一方、入口原料流が非ニュートン流体のとき、入口原料流は入口マニホルドの中でまったく転回せずに入口マニホルドを通ってプロセスマイクロチャネルの中へまっすぐ流れてよい。出口マニホルドを含んでよい生成物フッタ１０６に関して同じことが成立してよい。プロセスマイクロチャネルの中で形成された生成物が非ニュートン流体のとき、生成物はフッタ１０６を通ってマイクロチャネルプロセス処理単位１００からまっすぐ流れ出てよい。フッタ１０６は１つ以上の一直線の出口マニホルドを含んでよく、この場合、流体は出口マニホルドの中でまったく転回せずにマニホルドを通って流れる。参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００５／００８７７６７号、第２００６／０２７５１８５号および第２００６／０２８９６６２号にはヘッダ１０４およびフッタ１０６の中で用いてよいさまざまなマニホルド設計が開示されている。
上記の表の中で参照した事例１〜４の流れパターンの例を図６２、６６および６７に示す。図６２、６６および６７のそれぞれにおいて、マイクロチャネルプロセス処理単位１００が用いられる。これらは、これらの図の中で開示するヘッダが異なっている点を除けば図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位１００と同じである。これらのマイクロチャネルプロセス処理単位のそれぞれは、マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２、プロセス流体ヘッダ１０４および生成物フッタ１０６を含む。事例１の例を図６２に示す。図６２を参照すると、原料流ＡおよびＢはともにニュートン流体であり、ヘッダ１０４へ入る。ヘッダ１０４は原料流のそれぞれのための１つ以上の入口マニホルドを含む。原料流のそれぞれはヘッダの側面からヘッダへ入り、入口マニホルドの中で１回以上転回してマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中のプロセスマイクロチャネルの中へ流れる。生成物乳濁液は非ニュートン性であり、プロセスマイクロチャネルからフッタ１０６を通ってそのままマイクロチャネルプロセス処理単位１００から流れ出る。生成物は出口マニホルドの中で転回しないでフッタ１０６の中の１つ以上の出口マニホルドを通って流れてよい。
事例２および３について流れパターンの例を図６６に示す。図６６の事例２を参照すると、原料流Ａはニュートン性であり、ヘッダの側面からヘッダ１０４の中へ流れる。ヘッダは各原料流のための少なくとも１つの入口マニホルドを含む。原料流Ａはプロセスマイクロチャネルへ入る前に入口マニホルド内で少なくとも１度転回する。原料流Ｂは非ニュートン性であり、ヘッダ１０４の中の入口マニホルドを通って入口マニホルドの中でまったく転回しないでそのままプロセスマイクロチャネルの中へ流れる。原料流ＡおよびＢはプロセスマイクロチャネルの中で混合されて生成物乳濁液を形成し、生成物乳濁液はフッタ１０６を通ってそのままマイクロチャネルプロセス処理単位１００から流れ出る。生成物は出口マニホルドの中でまったく転回しないでフッタ１０６の中の１つ以上の出口マニホルドを通って流れてよい。
同じく図６６に例を示す事例３は、原料流Ｂがニュートン流体であり、ヘッダの側面からヘッダ１０４の中へ流れ、１つ以上の入口マニホルドの中へ流れる点を除けば事例２と同じである。原料流Ｂはプロセスマイクロチャネルへ入る前に入口マニホルドの中で１回以上転回する。原料流Ａは非ニュートン性であり、ヘッダ１０４の中の１つ以上の入口マニホルドを通って入口マニホルドの中でまったく転回しないでそのまま流れる。生成物乳濁液はそのままフッタ１０６を通り、マイクロチャネルプロセス処理単位１００から出る。生成物はフッタ１０６の中の１つ以上の出口マニホルドを通って出口マニホルドの中でまったく転回しないで流れてよい。
図６７に例を示す事例４は入口原料流ＡおよびＢの使用を含み、これらはともに非ニュートン性である。両方の原料流はヘッダ１０４の中の入口マニホルドを通って入口マニホルドの中でまったく転回しないでそのまま流れる。生成物乳濁液は非ニュートン性であり、そのままフッタ１０６を通り、マイクロチャネルプロセス処理単位１０４から流れ出る。生成物はフッタ１０６の中の１つ以上の出口マニホルドを通って出口マニホルドの中でまったく転回しないで流れてよい。
図６２に例を示したマイクロチャネルデバイスは、図６３に例を示すシムおよびオリフィスプレートを用いて形成させてよい。左側のシムは原料流Ａの入口および流れを提供する。右側のシムは原料流Ｂの入口および流れを提供する。これらのシムは、シムとシムとの間に図６３の中央に例を示すオリフィスプレートを配置して上下に積層させてよい。図６３に例を示す２つのシムおよびオリフィスプレートは、マイクロチャネルプロセス処理単位１００を形成するために用いてよい単一の繰り返し単位を含んでよい。上記と同様な追加繰り返し単位を上下に積層させてよい。熱交換チャネル２７２を提供する追加シムを繰り返し単位の間にはさんでよい。
入口マニホルドからプロセスマイクロチャネルへの原料の分配を調節するために、マニホルドの中に流れ抵抗器および／または流れ分配構成要素を設けて入口マニホルドからプロセスマイクロチャネルへの流れの分配を調節してよい。流れ抵抗器は、マニホルドを通る質量流量を減少させる妨害物または粗さを増大させたチャネル壁の区域であってよい。上記の米国特許出願公開第２００５／００８７７６７号および第２００６／０２７５１８５号には、用いてよい流れ抵抗器の例が開示されている。
流れ分配構成要素は、入口マニホルドをプロセスマイクロチャネルへ接続する微細寸法チャネルであってよい。図６４に、用いてよい接続用流れ分配構成要素の例を示す。図６４に提供する説明図のそれぞれにマニホルドからプロセスマイクロチャネルへの流体の流れを提供する微細寸法チャネルを示す。これらの微細寸法チャネルは約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍの範囲内の高さと約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．２５ｍｍの範囲内の幅とを有してよい。高さおよび幅は、微細寸法チャネルの中の流体の流れに対して垂直の配置であってよい。流れ分配構成要素の断面積は、接続先のプロセスマイクロチャネルの断面積の約１００分の１以上、一実施態様では約５０分の１以上、一実施態様では約１０分の１以上、一実施態様では約２分の１以上であってよい。これらの微細寸法チャネルは、マニホルドからプロセスマイクロチャネルへ流れる異なる原料流によってもたらされる圧力降下が異なるとき有用であってよい。例えば、原料流Ａの圧力降下は原料流Ｂの圧力降下の３分の１であってよく、小さな圧力降下を有する原料に流れ分配構成要素を用いてよい。あるいは、圧力降下が低い方の原料流に流れ抵抗器を用いてよい。
原料流は、図６５に例を示す交差流配向を用いてマイクロチャネルプロセス処理単位１００へ入ってよい。原料流ＡとＢとの両方が１つ以上の直線流れ通過入口マニホルドを用いてマイクロチャネルプロセス処理単位へ入ってよい。このマイクロチャネルプロセス処理単位は、原料流が図６３に例を示すように流れの方向の転回を少なくとも１回必要とするマニホルドを通るのではなくプロセスマイクロチャネルの中へそのまま流れる点を除けば、図６３に例を示した交互配置のシムとオリフィスプレートとを用いて構築してよい。
マニホルドの中の流れ抵抗器および／または流れ分配構成要素を用いて製造公差に対する敏感さを低下させてよい。流れ抵抗器および／または流れ分配構成要素は、製造公差変動に対する全体的圧力降下の敏感さを低下させてよい。流れ抵抗器および／または流れ分配構成要素を製造するための厳密な公差は、同じ原料から作られたシムの中に流れ抵抗器および／または流れ分配構成要素をエッチングすることによって実現してよい。
図５０および５１に例を示す容器６００の中に複数のマイクロチャネルプロセス処理単位１００を収容してよい。図５０および５１を参照すると、容器６００は５つのマイクロチャネルプロセス処理単位１００を含む。これらは、図５０および５１の中でマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５と特定される。図面には５つのマイクロチャネルプロセス処理単位１００を開示するが、容器６００は任意の所望の数のマイクロチャネルプロセス処理単位を含んでよいと理解される。例えば、容器６００は１から約１０００のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では約３から約５００のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では約３から約２５０のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では約３から約１５０のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では約５から約５０のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では約５から約１２のマイクロチャネルプロセス処理単位１００を含んでよい。一実施態様では、容器６００は１から約５０のマイクロチャネルプロセス処理単位１００、一実施態様では１から約２０のマイクロチャネルプロセス処理単位１００を含んでよい。各マイクロチャネルプロセス処理単位１００は約１から約５０，０００のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では約１０から約５０，０００のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では約１０から約３０，０００、一実施態様では約１０から約１０，０００のプロセスマイクロチャネルを含んでよい。容器６００は加圧容器であってよい。容器６００は入口６０２および６０４ならびに出口６０６および６０８を含む。入口６０２は第１の流体をマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中のプロセスマイクロチャネルへ流すために設けられてよいマニホルドへ接続されている。入口６０４は熱交換流体をマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中の熱交換チャネルへ流すために設けられてよいマニホルドへ接続されている。出口６０６は生成物をマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５から容器６００の外へ流すために設けられてよいマニホルドへ接続される。出口６０８はマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５の中にあってよい段階添加チャネルへの第２の流体の流れを提供してよいマニホルドへ接続される。容器６００はマイクロチャネルプロセス処理単位１００‐１、１００‐２、１００‐３、１００‐４および１００‐５からの熱交換流体の流れを提供する出口（図に示していない）も含む。
容器６００は、マイクロチャネル反応器を動作させるために必要な圧力および温度で動作させるのに十分な任意の適当な材料から構築してよい。例えば、容器６００の胴および上部は鋳鋼で構築してよい。フランジ、継ぎ手およびパイプは、ステンレス鋼または他の適切な合金で構築してよい。容器６００は任意の所望の直径、例えば約３０から約５００ｃｍ、一実施態様では約１００から約３００ｃｍを有してよい。容器６００の軸方向長さは任意の所望の値、例えば約０．５から約５０メートル、一実施態様では約０．５から約１５メートル、一実施態様では約１から約１０メートルであってよい。
上記に示したように、マイクロチャネルプロセス処理単位１００は、上下に積み重ねられるかまたは横並びに配置された複数のプロセスマイクロチャネル、熱交換チャネル、および任意選択として段階添加チャネルを含んでよい。マイクロチャネルプロセス処理単位１００は図５０および５１に例を示した立方ブロックの形であってよい。これらの立方ブロックのそれぞれが長さ、幅および高さを有してよい。長さは約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。幅は約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。高さは約１０から約１０００ｃｍの範囲内、一実施態様では約５０から約２００ｃｍの範囲内であってよい。
本発明のプロセスは、反応体および／または生成物の１つ以上が非ニュートン流体である任意の化学反応を行うために適していてよい。これらは気‐液反応、液‐液反応、気‐液‐液反応、気‐液‐固反応、液‐液‐固反応および類似反応を含んでよい。本発明のプロセスによって行ってよい反応は酸化反応、水素化分解反応、水素化反応、水和反応、カルボニル化反応、硫酸化反応、スルホン化反応、オリゴマー化反応、重合反応および類似反応を含む任意の流体反応を含んでよい。
第１の反応体が１つ以上の液体を含んでよい。第１の反応体が２つ以上の液体を含むとき、結果として得られる液体混合物は溶液または多相流体混合物（例えば乳濁液）の形であってよい。第１の反応体は流体の１つ以上の中に分散した固体を含んでよい。固体は触媒粒子を含んでよい。あるいは、固体は触媒でなくてよい。固体を加えて所望の生成物の外見を提供し、望ましい副生物または望ましくない副生物を吸着させ、プロセスマイクロチャネルによるせん断を強めるなどしてよい。固体はプロセスマイクロチャネルの中に入れるのに十分に小さければ任意のサイズであってよい。例えば、固体は約０．０１から約２００ミクロン、一実施態様では約１から約４０ミクロンの範囲内の中央値粒子直径を有してよい。
第２の反応体が１つ以上の液体、１つ以上の気体、またはそれらの混合物を含んでよい。第２の反応体は、分散した液滴を含む１つ以上の気体、または分散した気泡を含む１つ以上の液体を含んでよい。第２の反応体は、気体の形であり第１の反応体の中に導入されて多相反応混合物を形成するとき、第１の反応体の中の気泡を形成してよい。第２の反応体は、液体の形であり第１の反応体の中に導入されて多相反応混合物を形成するとき、第１の反応体の中の液滴を形成してよい。第２の反応体は、液体の形であるとき、第１の反応体と非相溶性であってよい。あるいは、多相反応混合物は、捕捉された気体を薄い液膜が被覆する泡を含んでよい。泡は、連続または不連続な泡構造を含んでよい。
反応体の純度は厳密でなくてよいが、触媒を被毒させることがある化合物の存在は避けることが望ましい。反応体は、反応体と反応しない不純物を含んでよい。
第１の反応体および／または第２の反応体は１つ以上の希釈物質と組み合わせてよい。そのような希釈剤の例は窒素、ヘリウム、非反応性炭化水素希釈剤および類似物を含む。反応体のそれぞれの希釈剤濃度はゼロから約９９重量％、一実施態様ではゼロから約７５重量％、一実施態様ではゼロから約５０重量％の範囲内であってよい。反応体が気体の形であり液体を反応体として用いることが望ましいとき、希釈剤を反応体の１つ以上と組み合わせてよい。希釈剤を用いて粘稠な液体反応体の粘度を低下させてよい。本発明の少なくとも１つの実施態様の利点は、そのような希釈剤を用いないでも効率の高い小型のプロセスを提供し得る点である。
触媒は酸化触媒、水素化分解触媒、水素化触媒、水和触媒、カルボニル化触媒、硫酸化触媒、スルホン化触媒、オリゴマー化触媒、重合触媒、またはそれらの２つ以上の組み合わせであってよい。
酸化反応は、酸素または酸素源と酸化反応を行うことができる１つ以上の炭化水素化合物の１つ以上の酸化触媒の存在下の反応を含んでよい。第１の反応体と呼んでよい炭化水素化合物は液体の形であってよく、または１つ以上の液体の中に分散した気体の形であってよい。第２の反応体と呼んでよい酸素または酸素源は気体の形であってよい。
酸化反応において用いてよい炭化水素化合物は飽和脂肪族化合物（例えばアルカン）、不飽和脂肪族化合物（例えばアルケン、アルキン）、アルデヒド、アルキル置換芳香族化合物、アルキレン置換芳香族化合物および類似化合物を含む。飽和脂肪族化合物は分子あたり１から約２５の炭素原子、一実施態様では１から約２０の炭素原子、一実施態様では１から約１０の炭素原子を含むアルカンを含む。これらは直鎖アルカン、一分岐鎖および複数分岐鎖アルカン、および環に結合した１つ以上のアルキル基を有する環状アルカンを含む環状アルカンを含む。これらは、メタン、エタン、プロパン、イソプロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、シクロペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、２‐エチルヘキサン、ノナン、デカン、ドデカンおよび類似化合物を含む。不飽和脂肪族化合物は、アルケンまたはアルキレン、およびアルキンを含む。不飽和脂肪族化合物は、２から約２５の炭素原子、一実施態様では約２から約２０の炭素原子、一実施態様では約２から約１０の炭素原子を含むとよい。これらは、直鎖アルケン、一分岐鎖および複数分岐鎖アルケン、および環に結合した１つ以上のアルキルおよび／またはアルケン基を有する環状アルケンを含む環状アルケンを含む。これらは、エチレン、プロピレン、１‐ブテン、２‐ブテン、イソブチレン、１‐ペンテン、２‐ペンテン、３‐メチル‐１‐ブテン、２‐メチル‐２‐ブテン、１‐ヘキセン、２、３‐ジメチル‐２‐ブテン、１‐ヘプテン、１‐オクテン、１‐ノナン、１‐デセン、１‐ドデセンおよび類似化合物を含む。
不飽和脂肪族化合物はポリエンを含んでよい。これらはジエン、トリエンおよび類似物を含む。これらの化合物は分子あたり３から約２５の炭素原子、一実施態様では３から約２０の炭素原子、一実施態様では約３から約１０の炭素原子を含んでよい。例は１，２‐プロパジエン（アレンとしても知られている）、１，３‐ブタジエン、２‐メチル‐１，３‐ブタジエン（イソプレンとしても知られている）、１，３‐ペンタジエン、１，４‐ペンタジエン、１，５‐ヘキサジエン、２，４‐ヘキサジエン、２，３‐ジメチル‐１，３‐ブタジエンおよび類似化合物を含む。
アルデヒドは飽和であっても不飽和であってもよい。それらは脂肪族および／または芳香族であってよい。アルデヒドは分子あたり２から約２５の炭素原子、一実施態様では約２から約２０の炭素原子、一実施態様では約２から約１０の炭素原子を含んでよい。例はホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ｎ‐ブチルアルデヒド、ｎ‐バレルアルデヒド、カプロアルデヒド、アクロレイン、トラン‐２‐ｃｉｓ‐６‐ノナジエナール、ｎ‐ヘプチルアルデヒド、ｔｒａｎｓ‐２‐ヘキセナール、ヘキサデコナール、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、ｏ‐トルアルデヒド、ｍ‐トルアルデヒド、ｐ‐トルアルデヒド、サリチルアルデヒド、ｐ‐ヒドロキシベンズアルデヒドおよび類似化合物を含む。
アルキルまたはアルキレン置換芳香族化合物は１つ以上のアルキルまたはアルキレン置換基を含んでよい。これらの化合物は単環（例えばフェニル）であっても多環（例えばナフチル）であってもよい。これらの化合物は１から約２５の炭素原子、一実施態様では１から約２０の炭素原子、一実施態様では１から約１０の炭素原子を含む１つ以上のアルキル基を含むアルキル置換芳香族化合物を含む。これらは２から約２５の炭素原子、一実施態様では２から約２０の炭素原子、一実施態様では２から約１０の炭素原子を含む１つ以上のアルキレン基を含むアルキレン置換芳香族化合物も含む。例はトルエン、ｏ‐キシレン、ｍ‐キシレン、ｐ‐キシレン、ヘミメリテン、プソイドクメン、メシチレン、プレーニテン、イソジュレン、ジュレン、ペンタメチルベンゼン、ヘキサメチルベンゼン、エチルベンゼン、ｎ‐プロピルベンゼン、クメン、ｎ‐ブチルベンゼン、イソブチルベンゼン、ｓｅｃ‐ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ‐ブチルベンゼン、ｐ‐シメン、スチレンおよび類似化合物を含む。
酸化反応において用いられる酸素または酸素源は分子酸素、空気、または酸素源として作用することができる窒素酸化物などの他の酸化剤を含んでよい。酸素源は二酸化炭素、一酸化炭素または過酸化物（例えば過酸化水素）であってよい。酸素と空気との混合物、あるいは酸素と不活性気体（例えばヘリウム、アルゴン等）または希釈気体（例えば二酸化炭素、水蒸気等）との混合物などの酸素を含む気体混合物を用いてよい。酸素源は酸素富化空気を含んでよい。
酸素に対する炭化水素反応体のモル比は約０．２：１から約８：１、一実施態様では約０．５：１から約４：１、一実施態様では約１：１から約３：１の範囲内であってよい。一実施態様ではモル比は約２：１以上、一実施態様では約２．５：１以上であってよい。一実施態様では、モル比は約１．８以下であってよい。
酸化触媒は酸化触媒として有用な任意の触媒を含んでよい。触媒はＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｓ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｅの１つ以上の金属、金属酸化物、または混合金属酸化物、あるいはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。これらの触媒は１つ以上のアルカリ金属、アルカリ土類金属、他の遷移金属、希土類金属、またはランタニド類も含んでよい。さらに、ＰおよびＢｉなどの元素が存在してよい。触媒は担持されていてよく、担持される場合に有用な担体は金属酸化物（例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア）、シリカ、メソ多孔質材料、ゼオライト、耐熱性材料、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。これらの触媒が取ってよい形は、下記でさらに詳しく考察する。
酸化反応によって形成される生成物は１つ以上の含酸素化合物を含んでよい。本明細書では、用語「含酸素化合物」を用いて少なくとも１つの酸素を含む炭化水素化合物を指す。含酸素化合物はアルコール、エポキシド、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、カルボン酸無水物、エステルおよび類似化合物を含む。含酸素化合物はエポキシドおよびエステルを除いて分子あたり１から約２５の炭素原子、一実施態様では１から約２０の炭素原子、一実施態様では１から約１０の炭素原子を含む上記に示した含酸素化合物の１つ以上を含む。エポキシドおよびエステルは少なくとも２つの炭素原子を含まなければならないが、他のすべての点で上記に示した範囲、例えば２から約２５の炭素原子等の範囲内にある化合物を含むと考えられる。アルコールはモノオールおよびポリオールを含む。特定の例はメタノール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ペンチルアルコール、シクロペンチルアルコール、クロチルアルコール、ヘキシルアルコール、シクロヘキシルアルコール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、グリセロールおよび類似化合物を含む。エポキシドはエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、イソブチレンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、スチレンオキシドおよび類似化合物を含む。アルデヒドはホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ｎ‐ブチルアルデヒド、ｎ‐バレルアルデヒド、カプロアルデヒド、アクロレイン、トラン‐２‐ｃｉｓ‐６‐ノナジエナール、ｎ‐ヘプチルアルデヒド、ｔｒａｎｓ‐２‐ヘキセナール、ヘキサデコナール、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、ｏ‐トルアルデヒド、ｍ‐トルアルデヒド、ｐ‐トルアルデヒド、サリチルアルデヒド、ｐ‐ヒドロキシベンズアルデヒドおよび類似化合物を含む。ケトンはアセトン、メチルエチルケトン、２‐ペンタノン、３‐ペンタノン、２‐ヘキサノン、３‐ヘキサノン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、プロピオフェノン、ｎ‐ブチロフェノン、ベンゾフェノンおよび類似化合物を含む。カルボン酸はギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、アクリル酸、メタアクリル酸、安息香酸、トルイル酸、フタル酸、サリチル酸および類似化合物を含む。カルボン酸無水物は無水酢酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水安息香酸および類似化合物を含む。カルボン酸およびカルボン酸無水物は炭化水素置換カルボン酸およびカルボン酸無水物（例えば炭化水素置換コハク酸および無水物）を含み、炭化水素置換基は１から約５００の炭素原子、一実施態様では約２０から約５００の炭素原子を含む。エステルは酢酸メチル、酢酸ビニル、酢酸エチル、ｎ‐酢酸プロピル、ｎ‐酢酸ブチル、ｎ‐酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸ベンジル、酢酸フェニルおよび類似化合物を含む。
水素化分解反応は、大きな炭化水素分子または重質炭化水素分子が小さな炭化水素または軽質炭化水素分子へ細分化され、水素と反応する大型炭化水素分子の分解的水素化（水素添加分解としても知られている）を含んでよい。炭化水素反応体を第１の反応体と呼び、水素を第２の反応体と呼んでよい。本明細書では、用語「軽質」および「重質」は、比較的低沸点範囲および高沸点範囲をそれぞれ指す石油精製産業内の通常の意味で用いられる。炭化水素反応体は、水素化分解を必要とする任意の炭化水素を含んでよい。炭化水素反応体は、ナフサから重質原油残渣留分まで変化してよい。炭化水素反応体は、約３５０°Ｆ（１７７℃）より高い、一実施態様では約４００°Ｆ（２０４℃）より高い５体積％沸点を有してよい。一実施態様では、炭化水素反応体の少なくとも約９０体積％が約３００°Ｆ（１４９℃）から約１０５０°Ｆ（５６６℃）、一実施態様では約６００°Ｆ（３１６℃）から約１０００°Ｆ（５３８℃）の間の沸点範囲内であってよい。炭化水素反応体は常圧ガス油および真空ガス油（ＡＧＯおよびＶＧＯ）などの１つ以上の石油留分を含んでよい。
炭化水素反応体は重質炭化水素質鉱油または合成油、あるいはそれらの１つ以上の留分の混合物を含んでよい。炭化水素反応体は１つ以上の直留ガス油、真空ガス油、脱金属油、脱アスファルテン真空残渣、コークス化装置留出分、接触分解装置留出分、シェール油、タールサンド油、石炭液化物、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。
水素化分解反応において用いられる水素は水素気体の形であってよく、あるいは、水、メタン、二酸化炭素、一酸化炭素および／または窒素をさらに含む水素原料流の中に含まれてよい。水素は、水蒸気改質プロセス（約３のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、部分酸化プロセス（約２のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、自己熱改質プロセス（約２．５のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、ＣＯ２改質プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、石炭ガス化プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）およびそれらの組み合わせなどの別のプロセスのプロセス流から取ってよい。これらの水素源のそれぞれで、水素は膜分離または吸着などの従来の技法を用いて残りの成分から分離してよい。
これらの水素化分解反応における水素に対する炭化水素反応体のモル比は約０．１：１から約１０：１、一実施態様では約０．５：１から約５：１の範囲内であってよい。
水素化分解触媒は任意の水素化分解触媒であってよい。これらはベータゼオライト、オメガゼオライト、Ｌ‐ゼオライト、ＺＳＭ‐５ゼオライトおよびＹ‐型ゼオライトを含むゼオライト触媒を含む。触媒はアルミナ、マグネシア、シリカ、チタニア、ジルコニアおよびシリカ‐アルミナなどの耐熱性無機酸化物を含んでよい。触媒は水素化成分を含んでよい。適当な水素化成分の例は周期律表のＩＶＢ族およびＶＩＩＩ族の金属およびそのような金属の化合物を含む。モリブデン、タングステン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ロジウムおよびルテニウムを水素化成分として用いてよい。これらの触媒は、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６，３１２，５８６号に記載されている。
水素化分解プロセスによって作られる生成物は約２６０から約７００°Ｆ（１２７〜３７１℃）の範囲内で沸騰する中間留分であってよい。用語「中間留分」は、ディーゼル、ジェット燃料およびケロシン沸騰範囲画分を含むものとする。用語「ケロシン」および「ジェット燃料」沸騰範囲は２６０〜５５０°Ｆ（１２７〜２８８℃）の温度範囲を指し、「ディーゼル」沸騰範囲は約２６０から約７００°Ｆ（１２７〜３７１℃）の炭化水素沸点を指すものとする。留分生成物ガソリンまたはナフサ画分であってよい。これらはＣ５から４００°Ｆ（２０４℃）終点画分とみなしてよい。
水素化反応は、１つ以上の水素化触媒の存在下における、水素による水素化反応を受けることができる１つ以上の炭化水素化合物の反応を含んでよい。炭化水素化合物は、第１の反応体と呼んでよい。これらの炭化水素化合物は液体の形であってよく、または液体の中に分散した気体の形であってよい。液体は反応体と１つ以上の追加溶媒とを含んでよい。溶媒は１つ以上の反応体および／または生成物のための溶媒であってよい。水素は、第２の反応体と呼んでよく、気体の形であってよい。水素は上記で述べた任意の源から導いてよい。
水素化反応を受けてよい炭化水素化合物は、上記で考察した不飽和炭化水素化合物を含む。炭化水素化合物は不飽和油脂を含む。油脂は動物源または野菜源から誘導してよい。油脂はトリグリセリド、すなわちグリセロールと脂肪酸とのエステルを含む。脂肪酸は一価不飽和であっても多価不飽和であってもよい。油脂の中の脂肪酸の例はオレイン酸、リノール酸、リノレン酸および類似酸を含む。
これらの水素化反応における水素に対する炭化水素反応体のモル比は約０．１：１から約１０：１、一実施態様では約０．５：１から約５：１の範囲内であってよい。
水素化触媒は任意水素化触媒であってよい。これらは周期律表のＩＶＢ族およびＶＩＩＩ族の金属ならびにそのような金属の化合物を含む。モリブデン、タングステン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、オスミウム、ロジウムおよびルテニウムを用いてよい。一実施態様では、触媒はプロセスマイクロチャネルの壁に被覆されるか、またはプロセスマイクロチャネル内に固定された担体に接着したパラジウムを含んでよい。これらの触媒が有してよい形は、下記でさらに詳しく考察する。
水素化プロセスによって作られる生成物は、第１の反応体として用いられる不飽和炭化水素化合物に対応する飽和または部分飽和炭化水素であってよい。
本プロセスを用いて植物油を水素化し、それらの飽和度を増加させてマーガリンなどの食用脂製品を製造してよい。本発明のプロセスからの結果として得られる向上した物質移動によってプロセスの選択率も向上させ、トリグリセリドのシス異性体のトランス異性体への望ましくない変換の量を減少させてよい。本発明は、従来技術（すなわち非マイクロチャネルプロセス技術）を用いて得てよい約３０％から約５０重量％のトランス異性体の生成を約１５％未満、一実施態様では約１０重量％未満、一実施態様重量では約８％未満へ改善してよい。本プロセスは水素化触媒を用いてよい。触媒はスラリー、固体粒子または固定床の形であってよい。
一実施態様では、水素化プロセスは、プロセスマイクロチャネルの内壁の上またはプロセスマイクロチャネル内に配置された担持構造体の上に固定された触媒（例えばパラジウムなどの貴金属）の使用を含んでよい。これによってろ過工程を不要にしてよい。この結果としてより安全な（触媒汚染のない）、より純度の高い製品も得てよい。パラジウムなどの貴金属触媒は従来技術のニッケル触媒より反応性が高く、従って従来用いられていた温度より低い温度で水素化反応を実現させてよい。これを本発明のプロセスからの結果として得られる向上した伝熱の改善と組み合わせると、油脂の熱分解の結果として通常生成する二次生成物の形成を著しく低減させてよい。これも食品製品の品質を改善してよい。従来のニッケル触媒と異なり、低くした水素化温度でのパラジウム触媒の使用によって、特に、本発明のプロセスに従って比較的短い接触時間で実現してよい高い反応率を用いて、有害なトランス異性体の濃度を減らしてよい。本発明のプロセスからの結果として得られる向上した物質移動によってプロセスの選択率も向上させてよい。向上した伝熱および物質移動によって触媒安定性およびターンオーバ頻度を向上させてよい。この結果、触媒必要量を少なくしてよい。これは、動作温度および圧力が低いので貴金属を用いるとき利点となってよい。一実施態様では、触媒はコロイド金属酸化物、カーボンブラック、フルフラールアルコール等などの分散剤／結合剤を用いてプロセスマイクロチャネルおよび／または表面構成要素の壁の上、またはフィンアセンブリインサートなどの触媒担体の上に分散させたパラジウムなどの貴金属のナノスケールサイズの粒子を含んでよい。触媒は、マイクロチャネルの空洞空間を埋める、触媒金属で被覆した微細形状体を用いて作ってよい。
水和反応は、水和触媒の存在下における不飽和炭化水素化合物と水とのアルコールまたはエーテルを生成する反応を含んでよい。第１の反応体と呼んでよい不飽和炭化水素化合物は、上記で考察した任意の不飽和炭化水素化合物であってよい。第２の反応体と呼んでよい水は、任意の簡便な源から取ってよい。水は、浸透圧法または蒸留法を用いて脱イオンまたは精製してよい。水に対する不飽和炭化水素のモル比は約０．１から約１０、一実施態様では約０．５から約５の範囲内であってよい。
水和触媒はゼオライトなどの固体酸触媒；スルホン酸基または類似基を含む酸性イオン交換樹脂；水和酸化ニオブ、水和酸化タンタル、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素またはそれらの混合酸化物などの無機酸化物；またはスメクタイト、カオリンまたはバーミキュライトなどの層状化合物をアルミニウム、ケイ素、チタンおよびジルコニウムの酸化物から選ばれる少なくとも１つの金属酸化物で処理することによって得られるイオン交換型層状化合物を含んでよい。触媒はモルデナイト、フォージャサイト、クリノプチライト、Ｌ型ゼオライト、チャバサイト、エリオナイトおよびフェリエライトなどのアルミノケイ酸塩、ならびにゼオライト製品ＺＳＭ‐５、ＺＳＭ‐４、ＺＳＭ‐８、ＺＳＭ‐１１、ＺＳＭ‐１２、ＺＳＭ‐２０、ＺＳＭ‐４０、ＺＳＭ‐３５およびＺＳＭ‐４８を含んでよい。触媒はホウケイ酸塩、ガロケイ酸塩およびフェロアルミノケイ酸塩などの元素含有ゼオライトを含んでよい。これらのゼオライトは、トリウム、銅、銀、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、ジルコニウム、ハフニウムおよび類似金属を含んでよい。プロトン交換型（Ｈ型）ゼオライトを用いてよく、その一部分をＮａ、ＫおよびＬｉなどのアルカリ元素、Ｍｇ、ＣａおよびＳｒなどのアルカリ土類元素、およびＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＲｕまたはＰｄなどのＶＩＩＩ族元素から選ばれたカチオン種で交換してよい。触媒が有してよい形は、下記でさらに詳しく考察する。
カルボニル化反応は、カルボニル化触媒の存在下での飽和または不飽和炭化水素と一酸化炭素との反応を含んでよい。第１の反応体と呼んでよい飽和または不飽和炭化水素反応体は、上記で考察した任意の飽和または不飽和炭化水素であってよい。第２の反応体と呼んでよい一酸化炭素は、任意の簡便な源から取ってよい。一酸化炭素は、水蒸気改質プロセス（約３のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、部分酸化プロセス（約２のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、自己熱改質プロセス（約２．５のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、ＣＯ２改質プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、石炭ガス化プロセス（約１のＨ２／ＣＯモル比を有する生成物流）、およびそれらの組み合わせなどのプロセス流から取ってよい。これらの一酸化炭素源のそれぞれで、一酸化炭素、膜または吸着などの通常の技法を用いて残りの成分から分離してよい。
これらのカルボニル化反応における一酸化炭素に対する炭化水素反応体のモル比は約０．５：１から約２０：１、一実施態様では約２：１から約１０：１の範囲内であってよい。
カルボニル化触媒は任意のカルボニル化触媒であってよい。これらは固体酸触媒を含む。触媒は相互作用するプロトン酸部位とルイス酸部位とを含む固体であってよい。触媒はブレンステッド（プロトン）酸とルイス酸との組み合わせを含んでよい。例は、硫酸化金属酸化物（例えば硫酸化ジルコニア）、担体（例えば金属酸化物および炭素）と組み合わせたフルオロカーボンスルホン酸（Ｂ（ＣＦ２）ｎＢＳＯ３Ｈ）、ヘテロポリ酸、Ｔａ、Ｓｂ、ＧａおよびＢのハロゲン化物、ハロゲン化金属酸化物、硫酸化ゼオライト、フルオロスルホン酸樹脂と組み合わせたＴａ、Ｓｂ、ＧａおよびＢのハロゲン化物を含む。金属酸化物は単独成分酸化物と多成分酸化物すなわち混合金属酸化物との両方を含む。単独成分金属酸化物はアルミナ類、シリカ類、ジルコニア、チタニア、およびそれらの混合物を含む。混合金属酸化物は物理的混合物であってよく、または構造的に結合していてよい。混合金属酸化物の例はＺｒＣＴｉ、ＷＣＺｒ、ＴｉＣＣｕ、ＴｉＣＺｎ、ＴｉＣＳｉ、ＡｌＣＺｒ、ＦｅＣＺｒおよびＴｉＣＭｎの酸化物を含む。例は硫酸化ジルコニア、硫酸化チタニア、硫酸化酸化タングステン、フッ素化アルミナ上のＢＦ３、塩素化アルミナ上の塩化アルミニウム、Ｈ３ＰＷ１０Ｏ４０、Ｃｓ２．５Ｈ０．５ＰＷ１２Ｏ４０、Ｈ４ＳｉＷ１２Ｏ４０および類似物を含む。触媒が有してよい形は、下記でさらに詳しく考察する。
スルホン化反応は、水素原子の‐ＳＯ３Ｈ基（硫酸から）への置換、例えばベンゼンＣ６Ｈ６のベンゼンスルホン酸Ｃ６Ｈ５ＳＯ３Ｈへの変換を含んでよい。用いてよいスルホン化手順は、芳香族炭化水素と硫酸、三酸化硫黄、またはクロロ硫酸との反応；有機ハロゲン化合物と無機亜硫酸塩との反応；および特定の種類の有機硫黄化合物、例えばチオールまたはジスルフィドの酸化を含む。
芳香族化合物の芳香環へスルホン酸基を導入することによって芳香族化合物をスルホン化するための試薬として濃硫酸、発煙硫酸、クロロスルホン酸、無水硫酸、ジオキサンとＳＯ３との付加体、アミンとＳＯ３との付加体等を用いてよい。芳香族アミン化合物は、芳香族アミン化合物と化学量論量の硫酸とからアミンの酸性硫酸塩を調製し、加熱してアミンスルホン酸を得ることによってスルホン化してよい。
硫酸化反応は、硫酸のエステルまたは塩（サルフェート）が形成される方法を含んでよい。エステルは、アルコールを硫酸、三酸化硫黄、クロロ硫酸またはスルファミン酸で処理することによって調製してよい。硫酸化試薬は濃硫酸、発煙硫酸、三酸化硫黄、クロロスルホン酸またはスルファミン酸を含んでよい。
重合反応は、上記で考察した任意の重合体を形成するのに適する任意の重合反応であってよい。これらの反応において用いられる触媒は、指定された重合体を作るための任意の適当な重合触媒であってよい。用いてよい触媒の例はＢＦ３などのルイス酸、ブチルリチウムなどの有機リチウム触媒、グリニャール試薬、チーグラー‐ナッタ触媒、および類似物を含んでよい。
本発明のプロセスに従って行われる反応のための触媒は均一系触媒であっても不均一系触媒であってもよい。均一系触媒は、担体の上に固定化してよい。触媒はプロセスマイクロチャネルの中に適合する任意のサイズおよび幾何構成を有してよい。触媒は傾斜触媒であってよい。
触媒は約１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１０から約５００ミクロン、一実施態様では約２５から約２５０ミクロンの中央値粒子直径を有する固体粒子（例えばペレット、粉体、繊維および類似物）の形であってよい。
触媒はメソ多孔質材料の形であってよく、平均細孔径は約１ナノメートル（ｎｍ）以上、例えば約１から約１００ｎｍ、一実施態様では約１から約２０ｎｍの範囲であってよい。
触媒は図３５に例を示すような固体粒子の固定床の形であってよい。図３５を参照すると、触媒３５０はプロセスマイクロチャネル３５２の中に含まれている。反応体は矢印３５４および３５６で示すように触媒床を通って流れる。
触媒は発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせなどの多孔質担持構造体の上に担持させてよい。本明細書では、用語「発泡体」を用いて、全体にわたって細孔を定める連続壁を有する構造体を指す。本明細書では、用語「フェルト」を用いて、間に隙間空間を有する繊維の構造体を指す。本明細書では、用語「詰め物」を用いてスチールウールのようなからみ合った糸の構造を有する担体を指す。触媒は、ハニカム構造または蛇行構成を有する担体の上に担持させてよい。
触媒は、隣接する隙間を有するフェルト、隣接する隙間を有する発泡体、隙間を有するフィン構造体、任意の挿入基板の上のウォッシュコート、または流れの方向に平行で流れに対応するすき間を有するガーゼなどの側流担持構造体の上に担持させてよい。図３６に側流構造体の例を示す。図３６で、触媒３６０はプロセスマイクロチャネル３６２の中に含まれている。矢印３６６および３６８で示す触媒３６０と接触してプロセスマイクロチャネル３６２を通る反応体の流れを開放通路３６４が可能にする。
触媒は、発泡体、詰め物、ペレット、粉体またはガーゼなどの貫通流担持構造体の上に担持させてよい。図３７に貫通流構造体の例を示す。図３７で、貫通流触媒３７０はプロセスマイクロチャネル３７２内に含まれ、反応体は矢印３７４および３７６で示すように触媒３７０を通って流れる。
担体は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホネート、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む材料から形成させてよい。一実施態様では、担持構造体は、金属などの伝熱材料で作って触媒からの熱の放出を促進させてよい。
触媒は、プロセスマイクロチャネルの内壁の上に直接ウォッシュコートするか、溶液から壁に成長させるか、またはフィン構造体の上にインサイチュ被覆させてよい。触媒は、図４８〜４９に例を示すような構造壁の上に被覆させてよい。触媒は、図４６〜４７に例を示すような表面構成要素の上に被覆させてよい。触媒は、多孔性連続材料の単一片、または物理的に接触する多数の片の形であってよい。一実施態様では、触媒は連続材料を含み、分子が触媒の中に拡散することができるように、連続多孔性を有してよい。この実施態様では、流体は、触媒の周りでなく触媒を通って流れてよい。一実施態様では、触媒の断面積はプロセスマイクロチャネルの断面積の約１から約９９％、一実施態様では約１０から約９５％を占めてよい。触媒は約０．５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約２ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約１０ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約２５ｍ２／ｇより大きな、一実施態様では約５０ｍ２／ｇより大きな、ＢＥＴによって測定した表面積を有してよい。
触媒は、多孔質担体、多孔質担体の上にある界面層、および界面層の上に分散するかまたは析出した触媒物質を含んでよい。界面層は、担体の上に溶液析出させるか、または化学蒸着法または物理蒸着法によって析出させてよい。一実施態様では、触媒は、多孔質担体、任意選択として担体の上にある緩衝層、担体または任意選択の緩衝層の上にある界面層、および界面層の上に分散するかまたは析出した触媒物質を含む。上述の層のどれも連続であってよく、あるいはスポットまたはドットの形、あるいは隙間または孔を有する層の形のように不連続であってよい。
多孔質担体は、水銀ポロシメトリーで測定して少なくとも約５％の多孔率、および約１から約１０００ミクロンの平均細孔径（細孔直径の総和を細孔の数で除した商）を有してよい。多孔質担体は、担持構造体を作る上で有用であると特定された任意の上記指定材料で作ってよい。多孔質担体は、多孔質セラミック担体または金属発泡体を含んでよい。用いてよい他の多孔質担体は炭化物、窒化物および複合材料を含む。多孔質担体は約３０％から約９９％、一実施態様では約６０％から約９８％の多孔率を有してよい。多孔質担体は発泡体、フェルト、詰め物、またはそれらの組み合わせの形であってよい。金属発泡体の開放小胞はインチあたり約２０細孔（ｐｐｉ）から約３０００ｐｐｉ、一実施態様では約２０から約１０００ｐｐｉ、一実施態様では約４０から約１２０ｐｐｉの範囲内であってよい。用語「ｐｐｉ」はインチあたりの細孔の最大数を指す（等方性物質中では測定の方向は無関係であるが、異方性物質中では細孔数を最大にする方向で測定を実行する）。
緩衝層は、存在するとき、多孔質担体と界面層との両方と異なる組成および／または密度を有してよく、一実施態様では、多孔質担体の熱膨張率と界面層の熱膨張率との中間になる熱膨張率を有してよい。緩衝層は金属酸化物または金属炭化物であってよい。緩衝層は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２またはそれらの組み合わせで構成してよい。Ａｌ２Ｏ３はα‐Ａｌ２Ｏ３、γ‐Ａｌ２Ｏ３またはそれらの組み合わせであってよい。α‐Ａｌ２Ｏ３は酸素拡散に対する優れた抵抗性という利点を提供する。緩衝層は組成の異なる２つ以上の副層で形成させてよい。例えば、多孔性担体が金属、例えばステンレス鋼発泡体のとき、組成の異なる２つの副層で形成される緩衝層を用いてよい。第１の副層（多孔質担体と接触している）はＴｉＯ２であってよい。第２の副層はＴｉＯ２の上に配置されたα‐Ａｌ２Ｏ３であってよい。一実施態様では、α‐Ａｌ２Ｏ３副層は下にある金属表面の保護を提供す高密度層である。次に、アルミナなどのこれより密度の低い大表面積界面層を触媒活性層のための担体として析出させてよい。
多孔質担体は界面層の熱膨張率と異なる熱膨張率を有してよい。そのような場合、２つの熱膨張率の間のつなぎとして緩衝層が必要なことがある。緩衝層の熱膨張率は、その組成を調節することによって調整して多孔質担体および界面層の膨張率と適合する膨張率を得ることができる。緩衝層は、開口部やピンホールをなくし、下にある担体の優れた保護を提供すべきである。緩衝層は非多孔質であってよい。緩衝層は多孔質担体の平均細孔径の半分未満の厚さを有してよい。緩衝層は約０．０５から約１０μｍ、一実施態様では約０．０５から約５μｍの厚さを有してよい。
本発明の一実施態様では、緩衝層を用いないで適切な接着強さおよび化学安定性を得てよい。この実施態様では緩衝層を省略してよい。
界面層は窒化物、炭化物、硫化物、ハロゲン化物、金属酸化物、炭素、またはそれらの組み合わせを含んでよい。界面層は大表面積を提供し、および／または担持触媒のための望ましい触媒‐担体相互作用を提供する。界面層は、触媒担体として通常用いられる任意の材料で構成してよい。界面層は、金属酸化物で構成してよい。用いてよい金属酸化物の例はγ‐Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、酸化タングステン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、ランタン系列酸化物（単数または複数）、ゼオライト（単数または複数）およびそれらの組み合わせを含む。界面層は、上にそれ以上の触媒活性材料を析出させず、触媒活性層として働かせてよい。しかし、通常、界面層は触媒活性層と組み合わせて用いる。界面層も、組成の異なる２つ以上の副層で形成させてよい。界面層は多孔質担体の平均細孔径の半分未満の厚さを有してよい。界面層の厚さは約０．５から約１００μｍ、一実施態様では約１から約５０μｍの範囲内であって。界面層は結晶または非晶質のどちらであってもよい。界面層は少なくとも約１ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有してよい。
触媒は、界面層の上に析出させてよい。あるいは、触媒物質は、界面層と同時に析出させてよい。触媒層は、界面層の上に密に分散させてよい。触媒層を界面層の「上に分散させる」または「上に析出させる」とは、微視的な触媒粒子を担体層（すなわち界面層）表面の上に、担体層の中の割れ目の中に、および担体層の中の開口細孔の中に分散させるという通常の理解を含む。
触媒は、プロセスマイクロチャネル内に配置された１つ以上のフィンのアセンブリの上に担持させてよい。図３８〜４０に例を示す。図３８を参照すると、フィンアセンブリ３８０は、プロセスマイクロチャネル３８８の基壁３８６の上にあるフィン支持体３８４の上に取り付けられたフィン３８２を含む。フィン３８２は、フィン支持体３８４からプロセスマイクロチャネル３８８の内部へ突き出ている。フィン３８２は、プロセスマイクロチャネル３８８の上部壁３９０の内部表面へ延在している。フィン３９２の間のフィンチャネル３９２は、流体がプロセスマイクロチャネル３８８を通ってその長さと平行に流れるための通路を提供する。フィン３８２のそれぞれは各側面に外表面を有し、この外表面が触媒のための担持基材を提供する。本発明のプロセスでは、反応体は、フィンチャネル３９２を通って流れ、フィン３８２の外表面に担持されている触媒と接触し、反応して生成物を形成する。図３９に例を示すフィンアセンブリ３８０ａは、フィン３８２ａがマイクロチャネル３８８の上部壁３９０の内表面まで完全に延在していない点を除けば図３８に例を示したフィンアセンブリ３８０と同様である。図４０に例を示すフィンアセンブリ３８０ｂは、フィンアセンブリ３８０ｂの中のフィン３８２ｂが台形の断面形状を有する点を除けば図３８に例を示したフィンアセンブリ３８０と同様である。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれは約０．０２ｍｍからプロセスマイクロチャネル８３８の高さまで、一実施態様では約０．０２から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍの範囲内の高さを有してよい。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれの幅は約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲内であってよい。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれの長さはプロセスマイクロチャネル８３８の高さまで、一実施態様では最大約１０ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約１０ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約５ｍ、一実施態様では約１ｃｍから約２．５ｍの範囲内の任意の長さであってよい。フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）のそれぞれの間の隙間は任意の値であってよく、約０．０２から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０２から約１ｍｍの範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネル３８８の中のフィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）の数はプロセスマイクロチャネル３８８の幅のセンチメートルあたり約１から約５０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約１０フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約５フィン、一実施態様ではセンチメートルあたり約１から約３フィンの範囲内であってとよい。その長さ方向で見たとき、各フィン（３８２、３８２ａ、３８２ｂ）は直線構成、テーパ形構成、または蛇行構成を有してよい。フィンアセンブリ（３８０、３８０ａ、３８０ｂ）はプロセスマイクロチャネルが意図される動作を可能にするのに十分な強さ、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、任意の上記金属の合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、１つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む。フィンアセンブリ（３８０、３８０ａ、３８０ｂ）はＦｅ、Ｃｒ、ＡｌおよびＹを含む合金などのＡｌ２Ｏ３形成材料、またはＮｉ、ＣｒおよびＦｅの合金などのＣｒ２Ｏ３形成材料で作ってよい。
触媒は、図４１に例を示すマイクログルーブ型担体ストリップに担持させてよい。図４１を参照すると、マイクログルーブ型担持ストリップ４００は、形状が長方形で長さ（ｌ）、幅（ｗ）および厚さ（ｔ）を有する担持ストリップ４１０を含む。担持ストリップ４１０は第１の表面または上部表面４１２、第２の表面または下部表面４１４、第１の側端４１６、第２の側端４１８、前端４２０および後端４２２を有する。担持ストリップ４１０は担持ストリップの長さ（ｌ）に沿って延在する中心軸４２４を有する。第１の表面４１２の中に複数の平行なマイクログルーブ４３０を形成させる。マイクログルーブ４３０は、担体ストリップ４１０の第１の側面端４１６と第２の側端４１８との間に延在してよいが、側端を貫いて突き出さない。マイクログルーブ型担持ストリップ４００は、マイクログルーブ型担持ストリップ４００に閉じた前端４２０と後端４２２とを提供するグルーブ非設置区間４３４と４３６とを含む。すなわち、マイクログルーブ型担持ストリップ４００の前端４２０および後端４２２は、流体が前端４２０および後端４２２を通って流れないように十分に遮断する。マイクログルーブ４３０は、流体がマイクログルーブ４３０の中を全体として前端４２０から後端４２２へ向かう方向に流れることを可能にするのに十分な角度４２５で中心軸４２４に対して配向させてよい。マイクログルーブ型担持ストリップ４００の前端４２０、後端４２２ならびに側端４１６および４１８は閉じている。これらの閉じた端は、流体が前端、後端および側端を通って流れないようにする。
図４１に例を示したマイクログルーブ４３０は正方形の断面を有する。あるいは、マイクログルーブ４３０のそれぞれは長方形の断面、Ｖ字形の断面、半円形の断面、逆台形の断面または台形の断面を有してよい。他の断面形状を有するマイクログルーブを用いてよいことは当業者には自明であろう。マイクログルーブ４３０のそれぞれは深さ、幅および長さを有する。マイクログルーブ４３０のそれぞれの深さは約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１００ミクロンの範囲内であってよい。マイクログルーブ４３０のそれぞれの幅は、最も広い寸法のところの幅であるとして、約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約５００ミクロンの範囲内であってよい。マイクログルーブ４３０のそれぞれの長さは担持ストリップ４１０の幅（ｗ）によって決まる任意の寸法であってよい。各マイクログルーブ４３０の長さは約０．１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲内であってよい。マイクログルーブ４３０間の間隔は最大約１０００ミクロン、一実施態様では約０．１から約１０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲内であってよい。マイクログルーブ４３０のそれぞれは、後端４２２および第１の側端４１６の方へ配向させ、流体がマイクログルーブの中を全体として第２の側端４１８および後端４２２へ向かう方向に流れることを可能にするのに十分な角度４２５を中心軸４２４と形成させてよい。角度４２５は約０°から約９０°であってよい。角度４２５は約５０°から約８０°、一実施態様では約６０°から約７５の範囲内であってよい。マイクログルーブ４３０は中心軸４２４と約９０°の角度すなわち直角に並べてよく、一実施態様では第１の側端４１６から第２の側端４１８へ延在させてよい。マイクログルーブ４３０は中心軸４２４と平行に並べてよく、一実施態様では前端４２０から後端４２２へ延在させてよい。マイクログルーブ４３０は光化学機械加工法、レーザエッチング法、ウォータージェット機械加工法および類似技法を含む任意の適当な技法によって担持ストリップ４１０の第１の表面４１２の中に形成させてよい。
担持ストリップ４１０は約０．１から約５０００ミクロン、一実施態様では約１から約１０００ミクロンの範囲の厚さ（ｔ）を有してよい。担持ストリップ４１０は、任意の幅（ｗ）および任意の長さ（ｌ）を有してよく、幅および長さは担持ストリップ４１０が用いられるマイクロチャネルの寸法に依存する。担持ストリップ４１０は約０．０１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲内の幅（ｗ）を有してよい。担持ストリップ４１０の長さ（ｌ）は約０．０１から約１００ｃｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｃｍの範囲内であってよい。図３０に例を示す担持ストリップ４１０は長方形である。しかし、担持ストリップ４１０は目的のマイクロチャネルの設計に合わせるために任意の形態、例えば正方形、円形、楕円形等を有してよいと理解すべきである。
担持ストリップ４１０は触媒を担持するためのマイクロチャネルの中のマイクログルーブ型担持ストリップ４００の使用を可能にするのに十分な強度、寸法安定性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってよい。担持ストリップ４１０は金属、炭化ケイ素、黒鉛、またはそれらの２つ以上の組み合わせで作ってよい。金属は鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、または任意の以上の金属の合金を含んでよい。担持構造体４１０はステンレス鋼、または鉄、クロム、アルミニウムおよびイットリウムを含む合金で作ってよい。
マイクログルーブ型担持ストリップ４００は、マイクロチャネルの中の側流担持構造体として用いてよい。
一実施態様では、複数のマイクログルーブ型担持ストリップを上下に積み重ねるかまたは横並びに配置して本発明のプロセスにおいて用いられる触媒を担持するために用いてよい複合担持構造体を形成させてよい。図４４および４５に一実施態様における複合担持構造体の例を示す。図４４および４５に例を示す担持ストリップ４００Ａおよび４００Ｂは、開いた前端４２０および後端４２２、閉じた側端４１６および４１８、ならびに上部表面４１２から底部表面４１４まで担持ストリップ４１０を貫通するマイクログルーブ４３０を有する。流体が複合担持構造体を通って流れるとき、開いた前端４２０、後端４２２およびマイクログルーブ４３０は、流体がマイクログルーブ型担持ストリップを通って複合担持構造体内の１つの担持ストリップから別の担持ストリップへ流れることを可能にする。そのような複合担持構造体の中で使用されるマイクログルーブ型担持ストリップの数は任意の数、例えば最大約５０、一実施態様では最大約３０、一実施態様では最大約１５、一実施態様では最大約１０であってよい。複合担持構造体は、流体が複合構造体の側面から流れ出ないようにする端板も含む。
図４４および４５に例を示した複合担持構造体４０２は、八つ（８）のマイクログルーブ型担持ストリップと２つの端板４０５（図２６および２７には１枚の端板しか示されていない）とを含み、マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａおよび４００Ｂのそれぞれ４つが横並びに交互に配置されている。マイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａおよび４００Ｂは、長方形であって長さ、幅および厚さを有する担持ストリップ４１０をそれぞれ含む。担持ストリップ４１０は担持ストリップの長さに沿って延在する中心軸を有する。担持ストリップ４１０の中に複数の平行なマイクログルーブ４３０が形成され、上部表面４１２から底部表面４１４へ担持ストリップの中に進入する。開いた前端４２０および後端４２２、ならびに開いたマイクログルーブ４３０は、流体が複合担持構造体４０２内を１つのマイクログルーブ型担持ストリップから別のマイクログルーブ型担持ストリップへ流れることを可能にする。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から第２の側端４１８へ平行なマイクログルーブの第１の群が延在する。前端４２０から第２の側端４１８へマイクログルーブ４３０の第２の群が延在する。担持ストリップ４１０の第１の側端４１６から後端４２２へマイクログルーブ４３０の第３の群が延在する。マイクログルーブ４３０は、側端４１６および４１８へ延在するが、これらの側端から突き出さない。端板４０５は、流体が複合担持構造体４０２の側面から流れ出ないようにする。図に示していない第２の端板４０５は、図４４および４５の左側の第１のマイクログルーブ型担持ストリップ４００Ａに隣接させて配置する。担持ストリップ４００Ａの中のマイクログルーブ４３０は担持ストリップの中心軸および側端４１６に対して約９０°から約１８０°、一実施態様では約１００°から約１５０°の範囲内の角度で配向させてよい。担持ストリップ４００Ｂの中のマイクログルーブ４３０は担持ストリップの中心軸および側端１１６に対して約０°から約９０°、一実施態様では約５０°から約８０°の範囲内の角度で配向させてよい。流体は担持ストリップ４００Ａおよび４００Ｂの前端４２０へ入り、マイクログルーブ４３０の中を通り抜けて流れ、流体が担持ストリップの後端４２２へ達した後、複合担持構造体４０２から流れ出るまで１つの担持ストリップ（４００Ａまたは４００Ｂ）の中のマイクログルーブ４３０から別の担持ストリップ（４００Ａまたは４００Ｂ）の中のマイクログルーブ４３０へ移動することによって複合体構造体４０２を通って流れてよい。図４５は、図４４に例を示した複合担持構造体の開口『Ａ』から入る流体のための複合担持構造体４０２を通る流路の例を示す。複合担持構造体４０２を通る流体の流れは、流体が複合担持構造体の前端から後端へ通過するまで、透過し、拡散し、層から層へ移流すると記述してよい。
触媒は、従来の技法を用いてマイクログルーブ型担持ストリップ（４００、４００Ａ、４００Ｂ）の上に析出させてよい。これらは、マイクログルーブ型担持ストリップの上に触媒をウォッシュコートすること、マイクログルーブ型担持ストリップの上に触媒を成長させること、または蒸着法を用いてマイクログルーブ型担持ストリップの上に触媒を析出させることを含んでよい。蒸着法は、化学蒸着法であっても物理蒸着法であってもよい。触媒は、スラリー被覆法、ゾル被覆法または溶液被覆法によって析出させてよい。一実施態様では、触媒は、担持ストリップまたは複合担持構造体のマイクログルーブ４３０の中に析出させ、接着させたマイクロサイズの粒子の形であってよい。触媒担持量は、マイクログルーブ型担持ストリップの平方センチメートルあたり約０．１から約１００ミリグラム（mg）の範囲内、一実施態様ではマイクログルーブ型担持ストリップの平方センチメートルあたり約１から約１０ｍｇの触媒の範囲内であってよい。マイクロサイズの粒子は、約０．０１から約１００ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．１から約５０ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．１から約１０ミクロンの範囲内、一実施態様では約０．１から約７ミクロン、一実施態様では約０．１から約５ミクロン、一実施態様では約０．１から約３ミクロン、一実施態様では約０．１から約２ミクロン、一実施態様では約０．１から約１ミクロン、一実施態様では約０．１から約０．５ミクロンの平均粒径を有してよい。
マイクログルーブ型担持ストリップおよび複合構造体の利点は、マイクロサイズの触媒粒子をマイクログルーブの中に配置し、固定してよく、従って粒子がマイクロチャネルを通るプロセス流体の流れによって押し流される傾向を小さくするという事実に関連する。
図４２および４３に、触媒を担持するためにマイクログルーブ型担持ストリップ４００を使用するマイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２に用いられる繰り返し単位２００Ｗおよび２００Ｘの例を示す。マイクロチャネルプロセス処理単位コア１０２の中で用いてよいこれらの繰り返し単位の数は任意の数、例えば１、２、３、４、５、６、８、１０、数１００、数１０００等であってよい。図４２を参照すると、繰り返し単位２００Ｗは、プロセスマイクロチャネル２１０と、プロセスマイクロチャネル２１０の内壁２３０の上に取り付けられたマイクログルーブ型担持ストリップ４００とを含む。バルク流れ領域２３４はマイクログルーブ型担持ストリップ４００の上のプロセスマイクロチャネル２１０内の空間である。プロセスマイクロチャネル２１０を通って矢印２１５および２１６で示すようにプロセス流体が流れる。プロセス流体は、プロセスマイクロチャネル２１０を通って流れる際に、触媒担持マイクログルーブ型担持ストリップ４００と接触してバルク流れ領域２３４を通って流れる。触媒は、マイクログルーブ４３０の中に配置されたマイクロサイズの粒子の形であってよい。マイクログルーブ型担持ストリップ４００は側流担持ストリップである。しかし、プロセス流体のいくらかは、触媒と接触してマイクログルーブ４３０の中を流れてよい。マイクログルーブ４３０を通るプロセス流体の流れは、全体として側端４１８から側端４１６および後端４２２へ向かう方向にあってよい。プロセスマイクロチャネル２１０を加熱および／または冷却するために熱交換チャネル（図に示していない）を提供してよい。
図４３に例を示す繰り返し単位２００Ｘは、図４３に例を示すプロセスマイクロチャネル２１０が対向する内壁２３０および２３２と、対向する内壁のそれぞれの上に取り付けられた触媒担持マイクログルーブ型担持ストリップ４００とを含む点を除けば図４２に例を示した繰り返し単位２００Ｗと同様である。
本発明のプロセスの利点は、少なくとも一実施態様では、プロセスが実験室またはパイロットプラント規模を意図しようと全生産規模を意図しようと、プロセスマイクロチャネル、段階添加チャネル、および熱交換チャネルの間の隙間の距離が同じであってよいことである。その結果、本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルプロセス処理単位によって製造される多相流体混合物の中の第２の流体の粒径分布は、マイクロチャネルプロセス処理単位が実験室またはパイロットプラント規模で構築されようと実生産プラント単位として構築されようと、実質的に同じであってよい。
速度ｕの方向の液体制御要素（離散形の）に対するせん断力またはせん断応力は、式Ｆｘ＝ｍｕ＊ｄｕ／ｄｙによって計算してよい。式中、ｍｕは粘度であり、ｄｕ／ｄｙは開口区間に垂直な液体の流れの速度勾配である。しかし、流体の位置（制御要素によって代表される）と同じく、速度は一般に３つの成分を有し、せん断力も３つの成分を有する。表面近傍および表面におけるチャンネルの流れについては一次元仮定を設けることができ、液体の要素表面の正味のせん断応力をＦＸで近似することができる。表面せん断力を計算することができるように、フルーエント（Fluent）またはフェムラブ（FEMLAB）などの市販ソフトウェアパッケージを含む計算機流体力学を用いて必要な輸送方程式を解いてよい。流れの方向に平行なチャネル長さの方向の表面せん断力または表面せん断応力を計算してよい。平行チャネルの間のせん断力またはせん断応力も計算してよく、流れ分布効果を取り込んで詳細なチャネルおよびマニホルドの幾何形状の関数として各平行チャネルの中への物質流束を求める。例えば、「流体力学の基礎（Fundamentals of Fluid Mechanics）」、第３版、ビー・アール・マンソン（B.R. Munson）、ディー・エフ・ヤング（D.F. Young）およびティー・エイチ・オキイシ（T.H. Okiishi）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（John Wiley & Son, Inc.）、ヴァインハイム（Weinheim）、１９９８年、に別の計算方法がある。
一実施態様では、単一のプロセスマイクロチャネルを使用するプロセスのせん断力偏差因子（ＳＦＤＦ）は、複数のプロセスマイクロチャネルを含むスケールアップされたプロセスのＳＦＤＦの約５０％の範囲内であってよい。ＳＦＤＦは、式
ＳＦＤＦ＝（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／（２Ｆｍｅａｎ）
を用いて計算してよい。式中、Ｆｍａｘはプロセスマイクロチャネルの中の特定の液体についての最大せん断応力であり、Ｆｍｉｎはプロセスマイクロチャネルの中の同液体についての最小せん断応力であり、Ｆｍｅａｎはプロセスマイクロチャネル２１０内の開口区間（２５０、２５０Ａ）の表面における同流体についての算術平均せん断力である。本発明のプロセスによって動作する単一のプロセスマイクロチャネル内では、ＳＦＤＦは約２より小さく、一実施態様では約１より小さく、一実施態様では約０．５より小さく、一実施態様では約０．２より小さくてよい。
一実施態様では、本発明のプロセスは複数のプロセスマイクロチャネルを使用しながら比較的一様なせん断応力を提供してよい。複数のプロセスマイクロチャンネルの間のせん断力一様性を測定するために、各チャンネルについて平均せん断力を計算し、比較する。Ｆｍａｘは平均チャネルせん断力の最大値であり、Ｆｍｉｎは平均せん断力の最小値である。Ｆｍｅａｎはすべてのチャネルの平均せん断力の平均値である。ＳＦＤＦは、これらの値から計算してよい。少なくとも本発明のプロセスの一実施態様では、複数のプロセスマイクロチャネルの間のＳＦＤＦは約２より小さく、一実施態様では約１より小さく、一実施態様では約０．５より小さく、一実施態様では約０．２より小さくてよい。
プロセスマイクロチャネル内のせん断力の偏差は下記のように定義してもよい。
Figure 2009534179
 式中、Ｆｍａｘ、Ｆｍｉｎは上記で定義したものと同じである。一実施態様では、ＳＦＤＦ’は約０．９より小さく、一実施態様では約０．５より小さく、一実施態様では約０．１より小さくてよい。
複数のプロセスチャネルでは、せん断力の偏差は下記のように定義してよい。
Figure 2009534179
 式中、Ｆ′ｍａｘは複数のプロセスマイクロチャネルについて所定の軸方向位置における最大せん断力と定義され、Ｆ′ｍｉｎは複数のプロセスマイクロチャネルについて同じ軸方向位置における最小せん断力と定義される。一実施態様では、ＳＦＤＦ″は約０．９より小さく、一実施態様では約０．５より小さい、一実施態様では約０．１より小さくてよい。
規模拡大デバイスにおいて、特定の利用の場合に、プロセス流体の質量をマイクロチャネルの間に一様に分配する必要が生じることがある。そのような利用は、プロセス流体を隣接する熱交換チャネルを用いて加熱するかまたは冷却する必要のあるときであってよい。一様な質量流れ分布は、１つの平行マイクロチャネルから別のマイクロチャネルへ断面積を変化させることによって得てよい。質量流れ分布の一様さは、下に示す品質指数因子（Ｑ因子）によって定義してよい。０％のＱ因子は絶対一様分布を意味する。
Figure 2009534179
断面積の変化の結果として壁の上のせん断応力の差を生じてよい。
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルのＱ因子は、約５０％より小さく、一実施態様では約２０％より小さく、一実施態様では約５％より小さく、一実施態様では約１％より小さくてよい。
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルのＱ因子は約５０％より小さくてよく、ＳＦＤＦ″は約０．８より小さくてよい。一実施態様では、Ｑ因子は約５％より小さくてよく、ＳＦＤＦ″は約０．５より小さくてよい。一実施態様では、Ｑ因子は約１％より小さくてよく、ＳＦＤＦ″は約０．１より小さくてよい。
冷却、加熱、または冷却と加熱との両方のために発熱源および／または吸熱源を用いてよい。発熱源および／または吸熱源は１つ以上の熱交換チャネルを含んでよい。発熱源は、１つ以上の電熱素子または抵抗加熱器など、１つ以上の非流体加熱素子を含んでよい。吸熱源は、１つ以上の非流体冷却素子を含んでよい。これらは、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルと隣接してよい。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源はプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルと接触も隣接もしなくてよく、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの一方または両方からむしろ離れているが、発熱源および／または吸熱源とプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルとの間で熱を移動させるためには十分に、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの近くにあってよい。非流体加熱および／または非流体冷却素子を用いてプロセスマイクロチャネル（２１０）および／または段階添加チャネル（２４０、２４０Ａ）の１つ以上の壁を形成させてよい。非流体加熱および／または冷却素子は、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの１つ以上の壁の中へ造り込んでよい。非流体加熱および／または冷却素子は、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの壁の中に埋め込まれた薄いシート、ロッド、ワイヤ、円盤または他の形状の構造体であってよい。非流体加熱および／または冷却素子は、プロセスマイクロチャネル壁および／または段階添加チャネル壁へ接着させたフォイルまたはワイヤの形であってよい。加熱および／または冷却は、ペルティエ型熱電冷却および／または加熱素子を用いて実現してよい。プロセスマイクロチャンネルおよび／または段階添加チャネルの長さに沿って複数の加熱および／または冷却区域を使用してよい。同様に、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの長さに沿って１つ以上の熱交換チャネルの中のさまざまな温度の伝熱流体を使用してよい。発熱源および／または吸熱源を用いてプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネル内の精密な温度制御を提供してよい。
前記熱交換流体は任意の流体であってよい。これらは空気、蒸気、液体水、気体窒素、液体窒素、不活性気体を含む他の気体、一酸化炭素、二酸化炭素、鉱油などの油類、気体炭化水素、液体炭化水素、およびダウ‐ユニオンカーバイド（Dow-Union Carbide）から入手可能なダウサームＡ（Dowtherm A）およびサーミノール（Therminol）などの熱交換流体を含む。
熱交換流体は第１の流体、第２の流体および／または生成物を含んでよい。これによってプロセス予熱および／またはプロセス全体の熱効率の増加を提供することができる。
一実施態様では、熱交換チャネルは吸熱または発熱プロセスが実行されるプロセスチャネルを含む。これらの熱交換プロセスチャネルはマイクロチャネルであってよい。熱交換チャネルの中で実行してよい吸熱プロセスの例は、水蒸気改質反応および脱水素反応を含む。熱交換チャネルの中で実行してよい発熱プロセスの例は、水性ガスシフト反応、メタノール合成反応およびアンモニア合成反応を含む。
一実施態様では、熱交換流体は熱交換チャネルの中で相変化を行う。この相変化は、対流加熱または冷却によって提供される以外のプロセスマイクロチャネルおよび／または第２の反応体流チャネルへの追加の加熱またはプロセスマイクロチャネルおよび／または第２の反応体流チャネルからの追加の除熱を提供する。そのような相変化の例は、沸騰する油または水と考えられる。一実施態様では、相変化流体の沸騰の蒸気質量分率量は、最大約１００％、一実施態様では最大約７５％、一実施態様では最大約５０％であってよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位の中の熱交換のための熱流束は、マイクロチャネルプロセス処理単位の中の伝熱壁の表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約５００ワット（Ｗ／ｃｍ２）、一実施態様では約０．１から約２５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約０．１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲内であってよい。
一実施態様では、マイクロチャネルプロセス処理単位１００へ入る流体流の温度は、マイクロチャネルプロセス処理単位１００から出る生成物の温度から約２００℃の範囲内、一実施態様では約１００℃の範囲内、一実施態様では約５０℃の範囲内、一実施態様では約２０℃の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの近傍にあるかまたは隣接する熱交換チャネルの間の制御された熱交換の使用によって、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの一様な温度プロフィルを可能としてよい。これは、混合タンクなどの従来のプロセス処理装置を用いて得られるものより迅速な速度で一様な熱交換の可能性を提供する。複数のプロセスマイクロチャネルと、任意選択として複数の段階添加型の第２のチャネルとを使用するマイクロチャネルプロセス処理単位の場合、プロセスマイクロチャネルの長さ方向の少なくとも１つの共通位置におけるプロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの間の温度差は、約５℃より小さく、一実施態様では約２℃より小さく、一実施態様では約１℃より小さくてよい。
プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルのどちらかと隣接する熱交換区域２７０は、そのようなチャネルの長さに沿って別々の温度区域を使用してよい。例えば、一実施態様では、プロセスマイクロチャネルへの入口に近い第１の区域の中の温度は、プロセスマイクロチャネルの終わりに近い第２の区域の中の第２の温度より高いかまたは低い温度に維持してよい。プロセスマイクロチャネルの中に冷却区域または急冷区域を組み込んで生成物を冷却してよい。プロセスマイクロチャネルの中の反応区域の前および／または後で反応体および／または生成物を加熱または冷却する加熱区域または冷却区域の可能性を含む、プロセスマイクロチャネルおよび／または段階添加チャネルの長さ方向の調整された熱プロフィルを可能にする多数の熱プロフィルの組み合わせが可能である。
熱交換チャネルへ入る熱交換流体は約−４０℃から約４００℃の範囲内、一実施態様では約０℃から約４００℃、一実施態様では約２０℃から約３００℃、一実施態様では約２０℃から約２５０℃、一実施態様では約２０℃から約２００℃の温度であってよい。熱交換チャネルから出る熱交換流体は約−４０℃から約４００℃、一実施態様では約０℃から約４００℃、一実施態様では約２０℃から約３００℃、一実施態様では約２０℃から約２５０℃、一実施態様では約２０℃から約２００℃の範囲内の温度であってよい。熱交換チャネルの中の熱交換流体の滞留時間は約５ｍｓから約１分、一実施態様では約２０ｍｓから約１分、一実施態様では約５０ｍｓから約１分、一実施態様では約１００ｍｓから約１分の範囲内であってよい。熱交換流体が熱交換チャネルを通って流れるときの圧力降下は最大約１気圧／ｍ、一実施態様では最大約０．５気圧／ｍ、一実施態様では最大約０．１気圧／ｍ、一実施態様では約０．０１から約１気圧／ｍの範囲内であってよい。熱交換流体は蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。熱交換チャネルを通る蒸気の流れのレイノルズ数は約１０から約５０００、一実施態様では約１００から約３０００の範囲内であってよい。熱交換チャネルを通る液体の流れのレイノルズ数は約１０から約１００００、一実施態様では約１００から約５０００の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネルの設計は、軸方向長さに沿って変化させてプロセスマイクロチャネルの中で変化する流体力学に対応させてよい。例えば、反応体の１つが過剰なら、反応混合物の流体特性は、約１０％より小さな反応進行度から約５０％より大きな反応進行度によって代表されるように反応の経過に伴って変化してよい。酸素が化学量論供給速度の近くで供給される酸化反応の場合、プロセスマイクロチャネルへの入口では気体に対する液体の比は控え目であってよいが、プロセスマイクロチャネルの終わりでは気体に対する液体の比は高く、気体反応体の消滅まで進むことが望ましい反応では無限大に近づいてよい。物質移動の減少によって良好な相混合が必要になる。気体あるいは液体が反応して完了に近づき、例えば約６０％反応率より大きくなり、一実施態様では約９０％反応率より大きくなると、良好な相混合のために別の設計が必要になることがある。プロセスマイクロチャネルの中に少なくとも１つの第２の反応区域があり、そこではマイクロチャネルの断面積を対応する第１の反応区域の中の断面積より小さくするかまたは大きくして異なる混合パターンを作り出してよい。表面構成要素は、用いるなら、反応が完了の方へ進行するにつれて異なる幾何構造、パターン、角度、深さまたはマイクロチャネルギャップに対するサイズの比を有してよい。
本発明の一実施態様では、触媒に必要な拡散路を限定することによって比較的短い接触時間、所望の生成物への高い選択率および比較的低い触媒の活性低下速度を実現してよい。例えば、これは、触媒が金属発泡体などの加工担体の上またはプロセスマイクロチャネルの壁の上の薄層の形であるとき、実現させてよい。これは、空間速度の増加を可能にする。一実施態様では、触媒の薄層は、化学的蒸着法を用いて作り出すことができる。この薄層は最大約１ミクロン、一実施態様では約０．１から約１ミクロン、一実施態様では約０．２５ミクロンの範囲内の厚さを有してよい。これらの薄層は、拡散路を短くすることによって、反応体が活性触媒構造内にある時間を短縮させてよい。これは、反応体が触媒の活性部分の中で費やす時間を減少させる。その結果は増大した生成物への選択率と、減少した望ましくない副生物とであってよい。この触媒配備モードの利点は、触媒の活性部分が不活性な低熱伝導率の結合剤の中に束縛されてしまう従来の触媒と異なり、活性触媒膜が加工構造体またはプロセスマイクロチャネルの壁と密接に接触している点である。これによって、マイクロチャネル反応器の中で到達可能な高い伝熱速度を利用してよく、精密な温度制御を可能になる。結果は、望ましくない副生物の生成を促進しないで高くした温度で運転し（反応速度が速くなる）、従って高めた生産性および収率をもたらし、触媒寿命を長くする能力である。
一実施態様では、触媒は再生させてよい。これは、プロセスマイクロチャネル２１０を通して再生用流体を流して触媒と接触させることによって実行してよい。再生用流体は水素または希釈水素の流れを含んでよい。希釈剤は窒素、アルゴン、水蒸気、メタン、二酸化炭素、またはそれらの２つ以上の混合物を含んでよい。再生用流体の中のＨ２の濃度は最大約１００体積％、一実施態様では約１から約１００体積％、一実施態様では約１から約５０体積％であってよい。再生用流体はヘッダ１０４からプロセスマイクロチャネルを通ってフッタ１０６へ、または反対の方向にフッタ１０６からプロセスマイクロチャネルを通ってヘッダ１０４へ流れてよい。再生用流体の温度は約２０から約６００℃、一実施態様では約２０から約４００℃、一実施態様では約８０から約２００℃であってよい。この再生工程の間のプロセスマイクロチャネル内の圧力は絶対圧力で約１から約１００気圧、一実施態様では約１から約１０気圧の範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネルの中の再生用流体の滞留時間は約０．００１から約１０秒、一実施態様では約０．０１秒から約１秒の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０内の反応体および生成物と触媒との接触時間は最大約１００秒の範囲内、一実施態様では約１ミリ秒（ｍｓ）から約１００秒の範囲内、一実施態様では約１ｍｓから約５０秒の範囲内、一実施態様では約１ｍｓから約２５秒の範囲内、一実施態様では約１ｍｓから約１０秒の範囲内、一実施態様では約１ｍｓから約１秒、一実施態様では約１ｍｓから約５００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約２００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約１００ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約５０ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約２０ｍｓ、一実施態様では約１ｍｓから約１０ｍｓであってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０の中を流れる流体の流量は約０．００１から約５００ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約２５０ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約１００ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約５０ｌｐｍ、一実施態様では約０．００１から約２５ｌｐｍ、一実施態様では約０．０１から約１０ｌｐｍの範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネルの中の流体流れの速度は、約０．０１から約２００ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約７５ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約５０ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０１から約３０ｍ／ｓ、一実施態様では約０．０２から約２０ｍ／ｓの範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネルの中を流れる流体のレイノルズ数は、約０．００１から約１０００００、一実施態様では約０．００１から約１００００の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネルの中の反応体および生成物の流れの重量毎時空間速度（ＷＨＳＶ）は少なくとも約０．１（ｍｌ原料）／（ｇ触媒）（時間）であってよい。ＷＨＳＶは約０．１から約５０００であってよく、一実施態様ではＷＨＳＶは約１から約５００（ｍｌ原料）／（ｇ触媒）（時間）の範囲内であってよく、一実施態様ではＷＨＳＶは約１０から約５００（ｍｌ原料）／（ｇ触媒）（時間）の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネルの中の流体の流れの滞留時間は約０．００５から約１００秒、一実施態様では約０．０３から約１０秒の範囲内であってよい。
理論にこだわることは望まないが、プロセスマイクロチャネル２１０の中の高い空塔速度は、反応の間に気相と液相との両方が存在する反応にとって有利であってよいと考えられる。これは、触媒の表面の上に通常形成される薄い液体層に流体のせん断応力が作用してよいからである。薄くなった液膜層は触媒表面への反応体の物質移動抵抗を減らし、比較的短い反応体の接触時間、例えば約５００ミリ秒より小さい接触時間での反応率を高くしてよい。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルを通って流れる流体の空塔速度は秒あたり少なくとも約０．０１メートル（ｍ／ｓ）、一実施態様では約０．０１から約５０ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１０ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０１から約１ｍ／ｓの範囲内、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍ／ｓの範囲内であってよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位１００またはプロセス処理単位コア１０２へ入る流体の温度は約−４０℃から約４００℃、一実施態様では約０℃から約４００℃、一実施態様では約２０℃から約３００℃、一実施態様では約２０℃から約２５０℃、一実施態様では約２０℃から約２００℃の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０内の温度は約−４０℃から約４００℃、一実施態様では約０℃から約４００℃、一実施態様では約２０℃から約３００℃、一実施態様では約２０℃から約２５０℃、一実施態様では約２０℃から約２００℃の範囲内であってよい。
マイクロチャネルプロセス処理単位１００またはプロセス処理単位１０２を出る生成物の温度は約−４０℃から約４００℃、一実施態様では約０℃から約４００℃、一実施態様では約２０℃から約３００℃、一実施態様では約２０℃から約２５０℃、一実施態様では約２０℃から約２００℃の範囲内であってよい。
プロセスマイクロチャネル２１０内の圧力は絶対圧力で最大約５０気圧、一実施態様では最大約４０気圧、一実施態様では最大約３０気圧の範囲内であってよい。一実施態様では、圧力は、絶対圧力で約１から約５０気圧、一実施態様では約１０から約４０気圧、一実施態様では約２０から約３０気圧の範囲内であってよい。
反応体および／または生成物がプロセスマイクロチャネル２１０の中を流れるときの圧力降下はプロセスマイクロチャネルの長さのメートルあたり最大約１気圧（ａｔｍ／ｍ）、一実施態様では最大約０．５気圧／ｍ、一実施態様では最大約０．１気圧／ｍであってよい。
開口区間（２５０、２５０Ａ）を通って流れる第２の流体の圧力降下は最大約０．１気圧、一実施態様では約０．００１から約０．１気圧、一実施態様では約０．００１から約０．０５気圧、一実施態様では約０．００１から約０．００５気圧の範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネル２１０の中を流れる反応体または生成物は蒸気、液体、または蒸気と液体との混合物の形であってよい。プロセスマイクロチャネルの中の蒸気の流れのレイノルズ数は約１０から約１００００、一実施態様では約１００から約３０００の範囲内であってよい。プロセスマイクロチャネルの中の液体の流れのレイノルズ数は約１０から約１００００、一実施態様では約１００から約３０００の範囲内であってよい。
第１の反応体の反応率はサイクルあたり約５％以上、一実施態様では約１５から約１００％の範囲内であってよい。
第２の反応体の反応率はサイクルあたり約２５％以上、一実施態様ではサイクルあたり約２５から約１００％の範囲内であってよい。
生成物の収率はサイクルあたり約２０％以上、一実施態様ではサイクルあたり約２０から約５０％の範囲内であってよい。
マイクロチャネル内の乳濁液形成は、とりわけパーソナルケア製品、医療品および食品などの新しい商品用途に向いた小さくなった平均液滴サイズを可能にする。チャネルあたり高い流量で動作させると、結果として得られる乳濁混合物は細いマイクロチャネルの壁に沿って高い壁せん断応力を作り出す。連続相物質のこの高い流体‐壁せん断応力が透過可能な壁を通して導入した分散相を横切ると、小さな乳濁液滴、一度に１滴の形成を可能にする。これらの乳濁液は、非ニュートン流体と呼んでよい。この技術の規模拡大に付随する問題は、高い壁せん断応力下の非ニュートン流体の挙動を理解することであった。さらに別の複雑化要素は、乳濁液が形成されるときのマイクロチャネルの長さに沿った組成による流体特性の変化であった。
低せん断速度における多くの非ニュートン乳濁流体の予測モデルが誘導され、予測と実験との間で優れた一致を示している。低せん断速度で得られた非ニュートン乳濁液のべき乗法則関係式は、小さなマイクロチャネルの中の高い処理能力によって作り出される高せん断環境下では成立しない。寸法が小さいため壁の部分でより高い速度勾配が作り出され、その結果見掛け粘度が大きくなる。低せん断環境で得られるべき乗則を外挿しても高流量域でマイクロチャネルの中で起ってよい圧力降下を正確に予測しないことがある。
従来の相関関係から予測される、高い壁せん断応力のマイクロチャネル環境の中でより大きな圧力降下を発生させるせん断減粘流体の場合の結果を下記に説明する。以下の述語を用いる。
ｆ＝ファニング（Fanning）摩擦係数
Ｄ＝チャネルの水力直径、ｍ
ｋ＝べき乗則定数
Ｌ＝チャネルの長さ、ｍ
ｎ＝べき乗則係数
Ｒ＝チャネルの半径、ｍ
Ｒｅ＝レイノルズ数
Ｖ＝チャネルの中の流体の平均速度、ｍ／ｓ
ｘ＋＝無次元展開長
ΔＰ＝圧力降下、Ｐａ
ρ＝チャネルの中の流体の密度、ｋｇ／ｍ３
μ＝粘度、ｋｇ／ｍ‐ｓ
τ＝せん断応力、Ｎ／ｍ２
γ＝せん断速度、秒−１
乳濁液は、流体‐流体界面安定化に影響する成分を含む分散液と呼んでよい。多くの場合にこれらの乳濁液の成分ならびに乳濁液は、せん断応力とせん断速度との間のニュートン関係に従わない。せん断応力とせん断速度との間の関係は、非ニュートン流体の流動力学ならびにマイクロチャネルプロセス処理単位のための設計パラメータ（例えば圧力降下）を予測する上で重要な役割を演じる。
巨視的規模のパイプの中の非ニュートン流体の圧力降下を予測するとき、確立された速度プロフィルのための理論式または経験式とともにべき乗則定数などの流体力学的パラメータを用いる。速度プロフィルのための流体力学的パラメータは、多くの場合卓上レオメータまたは実験室用粘度計から得られる。しかし、マイクロチャネルの中の非ニュートン流体の速度プロフィルについては十分に確立された相関関係がないので、小さな寸法のシステムの場合、流動曲線からの流体力学パラメータを高せん断環境、最終的には圧力降下へ変換すると不正確になる可能性がある。
設計計算のための基礎として流動曲線を用いる代りに、パイプライン粘度計（毛管粘度計の１つの形）を用いてマイクロチャネルの中に作り出される高せん断環境に関する流体力学的パラメータを測定すると実験的により簡便で正確なことがある。マイクロチャネル環境の中のせん断減粘非ニュートン流体についてのせん断応力とせん断速度との関係式の適用性を下記で説明する。
産業界における用途のほとんどは許容圧力降下によって限定される。流れモデル化の目的は、システムの圧力降下およびそれに影響を及ぼすパラメータを理解し、求めることである。本節では直線導管の中の圧力降下推定に用いてよい式を説明する。
ニュートン流体
ニュートン流体の場合、せん断応力はせん断速度に比例して変化する。比例定数は動粘度と呼ばれ、一定温度および圧力では所定の流体について一定である。
τ＝μγ （１）
上記の応力と変形との関係式によって、ニュートン流体による直線導管の中の圧力降下方程式の一般形は、下式によって与えられる。
Figure 2009534179
 式中、ファニング摩擦係数（ｆ）は無次元数であり、チャネル壁の上のせん断応力を表す。摩擦係数の値は流れ領域（またはレイノルズ数）、導管幾何構造および壁表面粗さに依存する。円形チャネル幾何構造の場合のファニング摩擦係数はレイノルズ数に依存し、下記に挙げられる。
層流領域（Ｒｅ＜２２００）。層流領域における摩擦係数は無次元展開長に依存し、下式によって推定してよい。
Figure 2009534179
Figure 2009534179
 遷移領域（２２００≦Ｒｅ＜４０００）。遷移領域の場合の円形チャネルの中の摩擦係数は下式によって与えてよい。
Figure 2009534179
 乱流領域（Ｒｅ≧４０００）。遷移領域の場合の円形チャネルの中の摩擦係数は下式によって与えてよい。
Figure 2009534179
 レイノルズ数および無次元長は下式によって与えてよい。
Figure 2009534179
Figure 2009534179
非ニュートン流体
せん断減粘非ニュートン流体の場合、せん断応力とせん断速度との間の従来の関係を図５２に示す。せん断応力（または粘度）がせん断速度に対して変化しない領域は、ニュートン領域と呼んでよい。これらの領域の間の挙動はｌｏｇ‐ｌｏｇ目盛りで直線であってよく、べき乗則領域として知られることがある。
べき乗則領域における流体の挙動は下式によって近似してよい。
μ＝ｋγｎ−１ （９）
円形管路の中の層流領域の中のべき乗則に従うせん断減粘流体に関する十分に展開した速度プロフィルおよびせん断速度は下式によって与えてよい。
Figure 2009534179
Figure 2009534179
一般に、非ニュートン流体が関与する数学的問題はナビエ‐ストークス（Navier-Stokes）方程式を解くことを含む。しかし、ｋおよびｎの値が粘度計によって測定することができるなら、式（９）、（１０）、（１１）に記述したべき乗則関係を式（２）から（４）とともに用いて、非ニュートン流体の圧力降下を推定する簡単な方法を構築することができる。この圧力降下推定方法は、１‐Ｄ法と呼んでよい。
図５３に、高せん断速度環境中の粘度を実験的に測定するための試験デバイスの例を示す。円形断面を有するステンレス鋼管が用いられる。名目管直径は１．５９ｍｍである。管壁の名目厚さは０．４３ｍｍである。管の長さは６１０ｍｍである。試験装置は、コイル原管から必要な長さの配管を切断し、バリ取り装置を用いて管の両端のバリを取って準備する。
注入筒ポンプのＩｓｃｏモデル２６０Ｄによって流体を供給する。ポンプは０．００１ｍｌ／分の程度まで正確である。ポンプの最大送液圧力は２０，８００ｋＰａ（２０５．３気圧）である。液体の圧力は、試験装置の入口および出口で圧力トランスデューサのＮＯＨＯＫシリーズ１００を用いて測定する。試験装置の出口で単一圧力トランスデューサを０から１３６ｋＰａ（５ｐｓｉｇ、１．３４気圧）の範囲で用いる。試験デバイスの入口で２つの圧力トランスデューサを用いる。一方のトランスデューサは０から７９１ｋＰａ（１００ｐｓｉｇ、７．８１気圧）の範囲を有し、他方の圧力トランスデューサは０から７０００ｋＰａ（１０００ｐｓｉｇ、６９．１気圧）の範囲を有する。入口圧力が７１０ｋＰａ（７．０１気圧）未満のときは０から７９１ｋＰａ（７．８１気圧）の範囲を有する圧力トランスデューサが用いられ、そうでないときは０から７０００ｋＰａ（６９．１気圧）の範囲を有する圧力トランスデューサが用いられる。圧力トランスデューサの正確さは圧力範囲の±０．５％である。試験デバイスの出口は周囲圧力条件に保持する。試験装置への流体の入口および出口温度は、±２℃の正確さを有するオメガＫ型熱電対を用いて測定する。試験デバイス全体は周囲温度条件に保持される。あらゆる粘性熱発生は周囲に散逸させる。
黒鉛フェルールとスウェージロック取り付け部品とを用いて試験デバイスへの接続を行って末端における管の圧縮を防いだ。
温度および圧力データは、ナショナルインスツルメンツ（National Instruments）のラブビュー（Labview）７．１を用いて電子的に記録する。データ記録の間隔は１秒である。
あらゆる実験を実行する前に正確な圧力測定のために圧力トランスデューサを較正する。較正のために用いられる標準はフルーク（Fluke）７２５ｗ／７００ＰＯ７圧力モジュールである。較正曲線はデータロギングラブビュー（Labview）ソフトウェアによって読み取った生圧力トランスデューサ出力電流（ｍＡ）を、圧力モジュールを備えるフルーク７２５によって測定した圧力（ｋＰａの）と対照することによって構築される。圧力は、アルテック（Altech）３６８‐６００高圧手動ポンプを用いて導入される。少なくとも６つの点を用いて較正曲線を生成させた。加えられる圧力と圧力トランスデューサ信号との間の関係は３つの圧力トランスデューサすべてについて線形であることが見いだされる。次に較正曲線を実験の間の圧力測定に用いる。図５４は、１３６ｋＰａ（１．３４気圧）、７９１ｋＰａ（７．８１気圧）および７０００ｋＰａ（６９．１気圧）範囲の圧力トランスデューサ用の較正曲線を示す。
ポンプの正確さを測定すると±０．５％の範囲内である。
実験的試験計画を作成してニュートン流体と非ニュートン流体との両方について圧力降下を推定する。用いられるニュートン流体は脱イオン水である。非ニュートン流体は、脱イオン水に溶解した流動性調節剤を用いて調製する。用いられる流動性調節剤はノベオンからのカーボポールＳＦ‐１である。実験的試験計画を表１に示す。
Figure 2009534179
ニュートン流体として脱イオン水が用いられる。脱イオン水は、エルガ（Elga）によって製造される脱イオン装置のメディカ（Medica）１７Ｒ型を用いて調製される。設定は１８ＭΩである。
３つの非ニュートン溶液は、ノベオンカーボポール重合体を用いて調製される。カーボポール重合体は、ポリアルケニルポリエーテルで架橋したアクリル酸の高分子量単独重合体および共重合体である。１％より低い濃度で用いられると、これらの重合体は広い範囲の流動特性を提供する。第１の溶液は４．２ｇのカーボポール重合体を５００ｇの脱イオン水の中に混合して調製される。第２の溶液は５．６ｇのカーボポール重合体を５００ｇの脱イオン水の中に混合して調製される。第３の溶液は８．４ｇのカーボポール重合体を５００ｇの脱イオン水の中に混合して調製される。すべての溶液はｐＨを監視しながら撹拌して０．１Ｎ ＮａＯＨの滴下添加によってｐＨ６．８〜７．２に調整する。第１の溶液を低粘度と呼び、第２の溶液を中粘度と呼び、第３の溶液を高粘度と呼ぶ。これらはそれぞれ非ニュートン流体である。
非ニュートン流体の粘度は、ＵＬアダプタを備えたブルックフィールド（Brookfield）ＲＶＤＶ‐Ｅ粘度計を用いて測定する。粘度測定に用いられるスピンドルはＵＬＡ‐０００である。
図５５は、ブルックフィールド粘度計によって試験した低粘度、中粘度および高粘度非ニュートン流体について、せん断速度の関数としてのカーボポール溶液の測定粘度を示す。
ｌｏｇ‐ｌｏｇ目盛りでの粘度とせん断速度との間の線形関係は、流体が従来のべき乗則関係に従うせん断減粘非ニュートン流体であることを示す。
ポンプの液溜めを試験流体で満たす。データ記録を開始して圧力および温度を電子的に記録する。必要な試験デバイスへの流量を注入筒に設定し、注入筒ポンプを始動させる。入口圧力トランスデューサの変動幅が３．５ｋＰａ（０．０３５気圧）未満のとき、流れは定常状態であるとみなす。定常状態を３０から６０秒間維持して入口および出口の圧力と温度との情報を集める。流体に関するすべての試験項目が完了した後、５０ｍＬの空気を圧送してシステムをパージし、次に用いる流体２０ｍＬでフラッシュしてから試験を開始する。いくつかの試験点を繰り返して再現性を検証する。入口と出口との測定圧力の差によって試験デバイスの圧力降下を計算する。
図５６は、水に関する実験圧力降下と予測との比較を示す。圧力降下の予測には式（２）から（８）を用いる。図５６に示すように、ニュートン流体としての水の場合、測定される圧力降下と予測される圧力降下との間に優れた一致がある。選んだ摩擦係数相関をこの比較によって検証する。
図５５に示す、ブルックフィールド粘度計によって行った粘度測定値を用いて粘度とせん断速度とのべき乗則関係における定数ｋおよびｎを計算する。低粘度、中粘度および高粘度非ニュートン流体のｋおよびｎの値を表２に要約する。
Figure 2009534179
式（２）、（９〜１１）および表２の中のｋおよびｎの値を用いて、デバイスの中の低粘度、中粘度および高粘度非ニュートン流体のための圧力を予測する。図５７〜５９は低粘度、中粘度および高粘度非ニュートン流体についての実験圧力降下と予測圧力降下とを比較する。すべての場合に、実験圧力降下は、低せん断ブルックフィールド粘度計において得たべき乗則係数の重ね合わせによる、１‐Ｄ法によって予測した圧力降下より大きい。
計算流体力学方法も用いて１‐Ｄ方法を検証する。ギャンビット（Gambit）で試験デバイスの簡単なメッシュを作成する。計算流体力学のために用いられるソフトウェアはフルーエント（Fluent）Ｖ６．２．１６である。この解析では、表２に挙げるブルックフィールド粘度計から得たべき乗則係数を用いる。図５８に示すように、計算流体力学方法と１‐Ｄ方法とからの予測の間には良好な一致が見られる。
低せん断ブルックフィールド粘度計試験から得たｋおよびｎ値を用いて、１‐Ｄ方法と計算機流体力学方法との両方によって行った非ニュートン流体についての圧力降下予測は、実験的圧力降下（図５７〜５９に示す）測定値より著しく低い。非ニュートン流体の粘度が増加するにつれて予測値と測定値との間の不一致も増加する。
ブルックフィールド粘度計は、せん断速度が０．１から１００秒−１の間の非ニュートン流体の粘度を評価する。このせん断速度範囲を用いて粘度とせん断速度との間のべき乗則関係を評価する。しかし、図５７〜５９に示すように、試験デバイスの中のせん断速度は５０００から５０，０００秒−１の範囲内である。これらの高いせん断速度はマイクロチャネル乳化デバイスの中の動作では一般的である。予測圧力降下と実測圧力降下との間の不一致は、粘度計によって推定されるべき乗則関係がマイクロチャネルの中の圧力降下の正確な予測には適切でないことがあることを示す。
実験圧力降下データを用いてｋおよびｎ値を再計算して予測値を実験圧力降下値と整合させる。新しいｋおよびｎの値は粘度計によって推定した値と著しく異なり、高せん断速度における異なる粘度‐せん断速度関係を示す。表３は比較を要約する。図６０は低粘度流体に関する実験圧力降下と新しいｋおよびｎ値を用いた予測との比較を示す。中粘度流体および高い粘度流体に関する結果は同様であり、予測の誤差は１％未満である。
この明らかな不一致は、マイクロチャネル寸法における低せん断速度環境から高せん断速度環境の間の非ニュートン流体のべき乗則関係における変化によるものと考えられる。理論にこだわることは望まないが、マイクロチャネルにおける小さなチャネル寸法と高い処理能力とが層流プロフィルへの変化の原因になることがあると考えられる。増加したｎの値は、速度プロフィルがさらに平らになっていることを示唆する。平らになった流体プロフィルの効果は、壁における見かけ粘度を増加させ、その結果、マイクロチャネルの中により高い圧力降下を生じさせることがある。
さらに、低せん断下の管粘度計の中で追加の実験を行うと、結果として得られるｋおよびｎの値は、表４に示すこの低せん断速度領域でブルックフィールド粘度計によって予測したものと一致する。マイクロチャネルの中のべき乗則非ニュートン流体についての粘度とせん断速度との間の理論化した関係を図６１に示す。遷移せん断速度で粘度‐せん断速度関係に変化がある。
Figure 2009534179
Figure 2009534179
実験室粘度計によって評価したせん断減粘非ニュートン流体に関する粘度とせん断速度との間のべき乗則関係は一般に低せん断速度域にある。小さな特性寸法を有するマイクロチャネルを通る高速度せん断減粘非ニュートン流れは、結果として高いせん断速度を生じさせる。これらの高せん断速度において、低せん断実験室粘度計によって評価したべき乗則は圧力降下予測にとって正確ではないことがある。対象領域における流体および流量を用いる上述の圧力降下試験によって非ニュートン流体の場合のマイクロチャネル寸法の良好な予測圧力降下モデルが得られることがある。正確な予測およびシステム設計のためにこの方法によって開発されたモデルを用いてよい。さらに、これらの結果は、細いチャネル内の流体プロフィルは、高せん断環境で見かけ粘度が増加するように変化することを示唆する。
せん断減粘流体の場合、マイクロチャネルの中の高せん断速度流れについて粘度計測定値から外挿した粘度‐せん断速度関係と実際の粘度‐せん断速度関係との間の差が観測されるが、せん断増粘、時間依存性流体（チキソトロピー、レオペクシー）などの他の種類の非ニュートン流体の場合、低せん断速度での粘度計測定値がマイクロチャネルの中の高せん断速度流れに適用可能でないことがあり得る。
ここで考察する正確な圧力降下モデルの利用法を用いてマイクロチャネルプロセス処理単位の中の複数のマイクロチャネルまたはマイクロチャネルプロセス処理単位のためのモジュールを用いるプロセスおよび装置を設計してよい。１つのマイクロチャネルプロセス処理単位の中へ導入される流体は、マニホルド区間を通ってから複数のマイクロチャネルの中へ流れてよい。モデルを用いてチャネル寸法および流れ制約物を選び、デバイスの中で実行される単位操作の所望の結果を得るのに十分なチャネルの間の流れ分布を得てよい。単位操作は、反応、分離、加熱、冷却、蒸発、凝縮、混合および類似操作を含んでよい。
流れ分布の１つの指標が品質指標因子である。品質指標因子「Ｑ１」は、マニホルドが流れを分配する上でどれくらい有効かという指標であってよい。それは、連結チャネル流れの最大速度と最小速度との間の差を最大速度で除した比である。一定のチャネル寸法を有する連結チャネルのシステムの場合、チャネルあたり等しい質量流量を実現することが望ましいことがある。この場合のための式は次式のようであってよい。
Figure 2009534179
 式中、
ｍｍａｘ［ｋｇ／秒］＝最大連結チャネル質量流量
ｍｍｉｎ［ｋｇ／秒］＝最小連結チャネル質量流量
変化する連結チャネル寸法がある場合には、必要な単位操作のデューティが達成されてよいように、滞留時間、接触時間、速度または質量流束速度がチャネルによってできるだけ少ない変動を有することが望ましいことがある。それらの場合には、品質指数因子は次式のように定義してよい。
Figure 2009534179
 式中、Ｇは質量流束速度である。すべての接続チャネルが同じ断面積を有する場合には、Ｑ２のための式はＱ１へ単純化される。品質指標因子は、接続チャネル流量の範囲を示し、０％は完璧な分布であり、１００％は少なくとも１つのチャネルの中の停滞（流れない）を示し、１００％を超える値は少なくとも１つのチャネルの中の逆流（所望の流れの方向と逆の方向の流れ）を示す。Ｑ１およびＱ２は、接続チャネルを通る正味の流れの約９５％を含むチャネルにもとづいて定義してよく、最も低い流れのチャネルは、それらのチャネルを通る流れが接続チャネルを通る正味の流れの約９５％を説明するために必要でなければ計数されない。品質指数因子は約２０％以下、一実施態様では約５％以下、一実施態様では約１％以下であってよい。一実施態様では、品質指数因子は約０．５％から約５％の範囲内であってよい。
特定の実施態様との関連で本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、これらの実施態様のさまざまな変更形は当業者にとって自明であると理解される。従って、本明細書で取り扱う本発明は、そのような変更形を請求項の範囲に属するものとして包含することを意図すると理解される。
本発明のプロセスにおいて有用であってよいマイクロチャネルの概略図である。 本発明のプロセスにおいて有用であってよいマイクロチャネルの代替実施態様の概略図である。このマイクロチャネルは、収束形断面積を有すると称してよい。 非ニュートン流体を処理する際に有用であってよいマイクロチャネルプロセス処理単位の概略図である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。本図は２つの隣接するプロセスマイクロチャネルを示す。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルの１つと隣接し、熱接触し、他のプロセスマイクロチャネルと熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。これらの繰り返し単位はプロセスマイクロチャネルと熱交換チャネルとを含み、熱交換チャネルはプロセスマイクロチャネルと隣接し、熱接触している。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための内部表面構成要素および／または収束形断面積を含む。これらの繰り返し単位を用いて非ニュートン流体と熱を交換させてよい。それらを用いて均一系触媒を用いる化学反応を行ってよく、非ニュートン流体は反応体および／または生成物である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよいマイクロチャネル繰り返し単位の概略図である。繰り返し単位は、プロセスマイクロチャネル、段階添加チャネル、プロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとの間に配置された開口区間、および熱交換チャネルを含む。この繰り返し単位は、乳濁液または多相流体混合物を混合するためまたは均一系触媒を用いる化学反応を行うために用いてよい。 図１３に例を示したマイクロチャネル繰り返し単位の代替実施態様の概略図である。第１の繰り返し区間と第２の繰り返し区間とが互いに隣接して配置され、第１の繰り返し区間は第１のプロセスマイクロチャネル、第１の段階添加チャネルおよび第１の開口区間を含み、第２の繰り返し区間は第２のプロセスマイクロチャネル、第２の段階添加チャネルおよび第２の開口区間を含む。熱交換チャネルが第１の繰り返し区間と隣接し熱接触し、第２の繰り返し区間と熱接触している。 プロセスマイクロチャネルおよび隣接する熱交換チャネルを含む繰り返し単位の概略図である。この繰り返し単位は、図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよい。プロセスマイクロチャネルは、触媒を含む反応区域を含む。触媒の上流のプロセスマイクロチャネルの内壁は、非ニュートン流体にせん断応力を作用させるための表面構成要素を含む。図１５に例を示す触媒は、固体粒子床の形である。しかし、図１５に例を示すプロセスマイクロチャネルの中では本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネルおよび隣接する熱交換チャネルを含む繰り返し単位の概略図である。プロセスマイクロチャネルは、触媒を含む反応区域を含む。触媒は、プロセスマイクロチャネルの内壁の１つの上に配置される。触媒と対向するプロセスマイクロチャネルの内壁は、非ニュートン流体にせん断応力を加えるための表面構成要素を含む。 触媒が取り付けられているプロセスマイクロチャネルの内壁もせん断応力を非ニュートン流体に作用させるための表面構成要素を含む点を除けば、図１６に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。これらの表面構成要素は触媒の上流にある。 図１７で触媒の下流にある表面構成要素が図１８では除かれている点を除けば、図１７に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよい、プロセスマイクロチャネルおよび隣接する熱交換チャネルを含む繰り返し単位の概略図である。プロセスマイクロチャネルは収束形断面積を有する。プロセスマイクロチャネルの中に固体粒子床の形の触媒が配置されている。しかし、図１９に例を示すプロセスマイクロチャネルの中では本明細書中で考察する任意の触媒形を用いてよい。 プロセスマイクロチャネルが２つの区間を含み、区間の１つは収束形断面積を有し、他の区間は非収束形断面積を有する点を除けば、図１９に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。触媒は、固体粒子床の形であり、非収束形断面積を有するプロセスマイクロチャネルの区間の中にある。あるいは、触媒は、固体粒子床の形ではなく、本明細書で考察する任意の形を有してよい。 触媒が収束形断面積を有するプロセスマイクロチャネルの区間の中にある点を除けば、図２０に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。 触媒が一部は収束形断面積を有する区間の中に、一部は非収束形断面積を有する区間の中に配置される点を除けば、図２０に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。 図３に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位の中で用いてよい繰り返し単位の概略図である。繰り返し単位は、プロセスマイクロチャネルおよび段階添加チャネルを含む。プロセスマイクロチャネルと段階添加チャネルとの間に開口区間が配置される。プロセスマイクロチャネルに隣接して熱交換チャネルが配置される。プロセスマイクロチャネルは反応区域および混合区域を含む。混合区域は、反応区域の上流にある。プロセスマイクロチャネルは、せん断応力を非ニュートン流体に作用させるための表面構成要素を含む。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルの長さに沿ってプロセスマイクロチャネルの内壁の１つの上または中に配置される。反応区域の中に触媒が配置される。図２３に例を示す触媒は固体粒子床の形である。しかし、触媒は本明細書中で考察する任意の形を有してよい。プロセスマイクロチャネルの中を原料流が流れる。段階添加チャネルから開口区間を通って段階添加流がプロセスマイクロチャネルの中へ流れ、混合区域の中で原料流と接触して反応体混合物を形成する。反応体混合物は反応区域の中を流れ、反応して生成物を形成する。 段階添加流の一部が原料水蒸気と混合区域の中で接触し、段階添加流の一部が原料流と反応区域の中で接触する点を除けば、図２３に例を示した繰り返し単位と同じ繰り返し単位の概略図である。 段階添加流が原料流と反応区域の中で接触する点を除けば、図２３に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。表面構成要素は触媒の上流のプロセスマイクロチャネルの対向する内壁の上および／または中にも配置される。 繰り返し単位が隣接する２組のプロセスマイクロチャネル、段階添加チャネルおよび開口区間を含む点を除けば、図２５に例を示した繰り返し単位と同様な繰り返し単位の概略図である。これらの組の一方は熱交換チャネルと隣接し熱接触し、他方の組は熱交換チャネルと熱接触している。 熱処理される前の多孔質ステンレス鋼基板の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。この基板は、段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供するために用いることができる開口区間を作るために用いてよい。 図２７に例を示した基板の熱処理された後のＳＥＭ像である。この基板は、段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供するために用いることができる開口区間を作るために用いてよい。 段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供するために用いることができる開口区間を作るために用いてよい調整された多孔質基板のＳＥＭ像である。 開口区間を作る際に用いてよい開口シートの平面概略図である。開口区間を用いて段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供してよい。 開口区間を作る際に用いてよい開口シートの平面概略図である。開口区間を用いて段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供してよい。 開口区間を作る際に用いてよい、比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄いシートの概略図である。開口区間を用いて段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供してよい。 開口区間を作る際に用いてよい、比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄いシートの概略図である。開口区間を用いて段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供してよい。比較的薄いシートは、プロセスマイクロチャネルの中へ突き出す凸部分を有する。 開口区間の中で用いてよい開口の代替実施態様の概略図である。開口区間を用いて段階添加チャネルと隣接するプロセスマイクロチャネルとの間の流れを提供してよい。開口は、それを部分的に埋め、その側壁の上にある被覆物を有する。 本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略図である。反応区域は充填床構成を有する触媒を含む。 本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略図である。反応区域は側流構成を有する触媒を含む。 本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの反応区域の概略図である。反応区域は貫通流構成を有する触媒を含む。 本発明のプロセスで用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略図である。プロセスマイクロチャネルは複数のフィンを備えるフィンアセンブリを含み、触媒がフィンに担持されている。 図３８に例を示したプロセスマイクロチャネルおよびフィンアセンブリの代替実施態様の概略図である。 図３８に例を示したプロセスマイクロチャネルおよびフィンアセンブリの別の代替実施態様の概略図である。 本発明のプロセスに用いられる触媒を担持させるために用いてよいマイクログルーブ型担持ストリップの概略図である。担持ストリップは上部表面、底部表面、前端、後端および側端を含む。マイクログルーブは上部表面の中に形成される。マイクログルーブは担持ストリップの中へ一部または貫通して進入してよい。マイクログルーブが担体ストリップの中を貫通すると、流体がマイクログルーブを通って上部表面から下部表面またはその反対の方向へ流れることが可能になる。 （ａ）は図３に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略図である。プロセスマイクロチャネルは図４１に例を示したマイクログルーブ型担持ストリップを含み、マイクログルーブ型担持ストリップは触媒を担持するようになっている。（ｂ）は（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルを（ａ）のライン（ｂ）‐（ｂ）の上で見た断面図である。 図３に例を示したマイクロチャネル反応器の中で用いてよいプロセスマイクロチャネルの概略図である。プロセスマイクロチャネルは、（ａ）に例を示すプロセスマイクロチャネルが対向する内壁と、対向する内壁のそれぞれの上に配置された触媒担持マイクログルーブ型担持ストリップとを含む点を除けば、図４２の（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルと同様である。（ｂ）は（ａ）に例を示したプロセスマイクロチャネルを（ａ）のライン（ｂ）‐（ｂ）の上で見た断面図である。 横並びに配置され、複合担持構造体を形成する複数のマイクログルーブ型担持ストリップを示す概略図である。各マイクログルーブ型担持ストリップの前端および後端は流体がそのような端を通って流れることを可能にするのに十分に開いている。各担持ストリップの中のマイクログルーブは、流体が担持ストリップを通って１つの担体ストリップから別の担体ストリップへ流れることを可能にするのに十分に担体ストリップの中へ進入する。複合担持構造体は、本明細書に記載するプロセスマイクロチャネルの反応区域の中で用いてよい。 図４４に例を示した複合担持構造体の分解概略図である。担持構造体は、横並びに交互順で配置された四つ（４）の第１のマイクログルーブ型担持ストリップと四つ（４）の第２のマイクログルーブ型担持ストリップとを含む。各担持ストリップの中のマイクログルーブは、流体が担持ストリップを通って１つの担体ストリップから別の担体ストリップへ流れることを可能にするのに十分に担体ストリップの中へ進入する。第１のマイクログルーブ型担持ストリップは、担持ストリップの中心軸と、担持ストリップの前端および第１の側端の方を向き約０°より大きく９０°より小さな、例えば約６０°から約８０°の範囲内の角度を形成するマイクログルーブを使用する。第２のマイクログルーブ型担持ストリップは、担持ストリップの中心軸と、担持ストリップの前端および第１の側端の方を向き約９０°より大きく１８０°より小さな、例えば約１００°から約１２０°の範囲内の角度を形成するマイクログルーブを使用する。 本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中で用いてよい表面構成要素の概略図である。 本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中で用いてよい表面構成要素の概略図である。 前面または第１の表面および背面または第２の表面と、各表面の中に形成されたグルーブまたはマイクログルーブとを有するシムの概略図である。前面または第１の表面の中のグルーブまたはマイクログルーブは、背面または第２の表面の中のグルーブまたはマイクログルーブと交差し、その結果、シムの中に複数の空洞、スルーホールまたは開口が形成される。空洞、スルーホールまたは開口は表面構成要素と呼んでよい。 図４８に例を示した複数のシムを含む複合体構造の分解概略図である。 本発明によって提供されるマイクロチャネルプロセス処理単位を収容するために用いてよい耐圧容器の概略図である。 本発明によって提供されるマイクロチャネルプロセス処理単位を収容するために用いてよい耐圧容器の概略図である。 せん断減粘流体の場合のせん断速度の関数としての粘度のプロットである。 下記で考察する圧力降下を予測するための試験において用いられる実験装置の概略図である。 下記で考察する圧力降下を予測するための試験において用いられる圧力トランスデューサの較正曲線を示すプロットである。 ブルックフィールド（Brookfield）粘度計を用いて測定した非ニュートン流体のせん断速度の関数としての粘度を示すプロットである。 脱イオン水の実験圧力降下と予測圧力降下との比較を示すプロットである。脱イオン水はニュートン流体である。 低粘度非ニュートン流体の場合の実験圧力降下とブルックフィールド粘度計情報を用いて予測された圧力降下との比較を示すプロットである。 中間粘度非ニュートン流体の場合の実験圧力降下とブルックフィールド粘度計情報を用いて予測された圧力降下との比較を示すプロットである。 高粘度非ニュートン流体の場合の実験圧力降下とブルックフィールド粘度計情報を用いて予測された圧力降下との比較を示すプロットである。 低粘度流体の場合の実験圧力降下と新しいｋおよびｎの値による予測との比較を示すプロットである。 マイクロチャネルの中のべき則流体の粘度‐せん断速度関係の理論化挙動を示すプロットである。 本発明のプロセスに従って用いてよいマイクロチャネルプロセス処理単位の概略図である。 図６２に例を示したマイクロチャネルプロセス処理単位を形成させる際に用いることができる繰り返し単位を作るために用いてよい一対のシムとオリフィスプレートとの概略図である。 本発明のプロセスで用いてよい流れ分配構成要素の概略図である。 本発明のプロセスに従って用いてよいマイクロチャネルプロセス処理単位の概略図である。 本発明のプロセスに従って用いてよいマイクロチャネルプロセス処理単位の概略図である。 本発明のプロセスに従って用いてよいマイクロチャネルプロセス処理単位の概略図である。 ２つのプロセス区域を有するプロセスマイクロチャネルの概略図である。 複数のプロセス区域を有するプロセスマイクロチャネルの概略図である。

Claims (60)

  1. プロセスマイクロチャネルの中の少なくとも２つのプロセス区域の中で単位操作を行って非ニュートン流体を処理し、および／または形成させることであって、各プロセス区域の中で異なる単位操作を行うこと、および
    有効な量のせん断応力を前記非ニュートン流体に作用させて各プロセス区域の中の前記非ニュートン流体の粘度を低下させることであって、１つのプロセス区域の中の平均せん断速度は別のプロセス区域の中の前記平均せん断速度と少なくとも約１．２倍異なること、
    を含むプロセス。
  2. 少なくとも１つのプロセス区域の中の前記平均せん断速度は約１００秒−１を超える、請求項１に記載のプロセス。
  3. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に収束形断面積を有し、前記収束形断面積を通して前記非ニュートン流体を流すことによって前記せん断応力を前記非ニュートン流体に作用させる、請求項１または請求項２に記載のプロセス。
  4. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部表面の上および／または中に表面構成要素を含み、前記非ニュートン流体を前記表面構成要素と接触させて流すことによって前記せん断応力を前記非ニュートン流体に作用させる、請求項１から３のいずれか１項に記載のプロセス。
  5. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に１つ以上の内部構造壁を含み、前記非ニュートン流体を１つ以上の構造壁と接触させて流すことによって前記せん断応力を前記非ニュートン流体に作用させる、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロセス。
  6. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中に１つ以上の内部妨害物を含み、前記非ニュートン流体を１つ以上の内部妨害物と接触させて流すことによって前記せん断応力を前記非ニュートン流体に作用させる、請求項１から５のいずれか１項に記載のプロセス。
  7. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つのプロセス区域の中の１つ以上の内部表面の上に空洞および／または突起物を含む被覆層を含み、前記非ニュートン流体を前記被覆層と接触させて流すことによって前記せん断応力を前記非ニュートン流体に作用させる、請求項１から６のいずれか１項に記載のプロセス。
  8. それぞれの単位操作は、化学反応、化学分離、凝縮、蒸発、加熱、冷却、圧縮、膨張、相分離、混合、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のプロセス。
  9. 前記単位操作は、前記非ニュートン流体を加熱すること、前記非ニュートン流体を冷却すること、２つ以上の流体を混合することによって前記非ニュートン流体を形成させること、前記非ニュートン流体を１つ以上の他の流体および／または固体粒子と接触させおよび／または混合させること、２つ以上の流体を用いて反応を行って非ニュートン流体を形成させること、前記反応体として１つ以上の非ニュートン流体を用いて反応を行うこと、前記非ニュートン流体を圧縮すること、前記非ニュートン流体を膨張させること、前記非ニュートン流体を凝縮させること、前記非ニュートン流体を蒸発させること、１つ以上の成分を前記非ニュートン流体から分離すること、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のプロセス。
  10. 少なくとも１つのプロセス区域の中の前記非ニュートン流体の前記粘度を高くとも約１０５センチポイズの粘度へ低下させる、請求項１から９のいずれか１項に記載のプロセス。
  11. 前記非ニュートン流体は、少なくとも１つの重合体、重合体組成物、多相流体混合物、または乳濁液を含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載のプロセス。
  12. 前記非ニュートン流体は少なくとも１つの重合体を含み、前記重合体は１つ以上の重合性オレフィン、環状オレフィン、ジエン、エーテル、エステル、アミド、炭酸エステル、酢酸エステル、アクリル、アルキルアクリル、アクリル酸エステル、アルキルアクリル酸エステル、酢酸ビニル、スチレン、ビニル、ビニリデン、アクリロニトリト、シアノアクリル酸エステル、テトラフルオロエチレン、およびそれらの２つ以上の組み合わせから誘導される繰り返し単位を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のプロセス。
  13. 前記非ニュートン流体は少なくとも１つの重合体を含み、前記重合体はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ゴム改質ポリスチレン、スチレン‐ブタジエン共重合体、ビニル重合体、ビニル共重合体、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、またはそれらの２つ以上の混合物を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載のプロセス。
  14. 前記非ニュートン流体は少なくとも１つの重合体を含み、前記重合体は、エチレンおよび／またはプロピレンと、アクリル酸エステル、アルキルアクリル酸エステル、アクリル酸、アルキルアクリル酸および／または酢酸ビニルを含む１つ以上の単量体とから誘導される、請求項１から１３のいずれか１項に記載のプロセス。
  15. 前記非ニュートン流体は少なくとも１つの重合体を含み、前記重合体は、天然ゴム、再生ゴム、合成ゴム、またはそれら２つ以上の混合物を含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載のプロセス。
  16. 前記非ニュートン流体は少なくとも１つの重合体を含み、前記重合体は、１つ以上のポリアルケニルポリエーテルで架橋された１つ以上のアクリル酸の重合体を含む、請求項１から１５のいずれか１項に記載のプロセス。
  17. 前記非ニュートン流体は多相混合物を含み、前記多相混合物は、水および／または少なくとも１つの有機液体を含む、請求項１から１６のいずれか１項に記載のプロセス。
  18. 前記非ニュートン流体は多相混合物を含み、前記多相混合物は、少なくとも１つの液体炭化水素を含む、請求項１から１７のいずれか１項に記載のプロセス。
  19. 前記非ニュートン流体は多相混合物を含み、前記多相混合物は、少なくとも１つの天然油、合成油またはそれらの混合物を含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載のプロセス。
  20. 前記非ニュートン流体は多相混合物を含み、前記多相混合物は、乳化剤；界面活性剤；ＵＶ保護因子；ワックス；粘稠性因子；増粘剤；過脂肪剤；安定剤；陽イオン、陰イオン、双性イオン、両性または非イオン重合体；シリコーン化合物；脂肪；ワックス；レシチン；リン脂質；生物起源剤；酸化防止剤；脱臭剤；発汗抑制剤；フケ防止剤；膨潤剤；駆虫剤；自己なめし剤；チロシン阻害剤；可溶化剤；香油防腐剤；または染料；あるいはそれらの２つ以上の混合物の１つ以上を含む、請求項１から１９のいずれか１項に記載のプロセス。
  21. 前記非ニュートン流体は多相混合物を含み、前記多相混合物の中に固体が分散している、請求項１から２０のいずれか１項に記載のプロセス。
  22. 前記プロセスマイクロチャネルの中に第１の流体および第２の流体があり、前記第１の流体、第２の流体、前記第１と第２の流体との流体の混合物、および／または前記第１の流体を前記第２の流体と反応させることによって作られる生成物は非ニュートン流体である、請求項１から２１のいずれか１項に記載のプロセス。
  23. 前記非ニュートン流体は、少なくとも１つの第１の流体と少なくとも１つの第２の流体との混合物、または少なくとも１つの第１の流体を少なくとも１つの第２の流体と反応させることによって作られる生成物を含み、少なくとも１つの段階添加チャネルが前記プロセスマイクロチャネルと隣接し、前記少なくとも１つの段階添加チャネルと前記プロセスマイクロチャネルとの間に少なくとも１つの開口区間が配置され、前記第１の流体は前記プロセスマイクロチャネルの中を流れ、前記第２の流体は前記少なくとも１つの段階添加チャネルから前記少なくとも１つの開口区間を通って前記プロセスマイクロチャネルの中の少なくとも１つのプロセス区域の中へ流れて前記第１の流体と接触する、請求項１から２２のいずれか１項に記載のプロセス。
  24. 前記プロセスマイクロチャネルは、平行離間シートおよび／またはプレートから形成される、請求項１から２３のいずれか１項に記載のプロセス。
  25. 前記プロセスマイクロチャネルおよび前記段階添加チャネルは平行離間シートおよび／またはプレートから形成され、前記プロセスマイクロチャネルおよび段階添加チャネルは、横並びに配置されるかまたは上下に積み重ねられる、請求項２３に記載のプロセス。
  26. 前記プロセスマイクロチャネルは少なくとも１つの熱交換チャネルと熱を交換し、前記プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルは平行離間シートおよび／またはプレートから形成され、前記熱交換チャネルは、前記プロセスマイクロチャネルと隣接し、および／または熱接触している、請求項１から２５のいずれか１項に記載のプロセス。
  27. 前記開口区間は、少なくとも１つのシートおよび／またはプレートと、前記シートおよび／またはプレートの中の複数の開口とを含む、請求項２３または請求項２５に記載のプロセス。
  28. 前記開口区間は、多孔質材料から作られる、請求項２３、２５または２７に記載のプロセス。
  29. 前記プロセスマイクロチャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、任意の前記金属の合金、重合体、セラミック、ガラス、重合体とガラス繊維とを含む複合体、石英、ケイ素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む物質で作られている、請求項１から２８のいずれか１項に記載のプロセス。
  30. 前記プロセスマイクロチャネルと発熱源とおよび／または吸熱源との間で熱が交換される、請求項１から２９のいずれか１項に記載のプロセス。
  31. 前記発熱源および／または吸熱源は、少なくとも１つの熱交換チャネルを含む、請求項３０に記載のプロセス。
  32. 前記熱交換チャネルの中に熱交換流体がある、請求項３１に記載のプロセス。
  33. 前記熱交換流体は、前記熱交換チャネルの中で相変化を行う、請求項３２に記載のプロセス。
  34. 前記熱交換チャネルの中で吸熱プロセスまたは発熱プロセスが実行される、請求項３１に記載のプロセス。
  35. 前記熱交換流体は、空気、水蒸気、液体水、一酸化炭素、二酸化炭素、気体窒素、液体窒素、少なくとも１つの気体炭化水素、少なくとも１つの液体炭化水素、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む、請求項３２に記載のプロセス。
  36. 前記発熱源および／または吸熱源は、電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子を含む、請求項３０に記載のプロセス。
  37. 前記表面構成要素は、前記マイクロチャネルを通る流体の流れの方向に対して斜めの角度に並べられた、前記マイクロチャネル内壁の１つ以上の中の窪みおよび／またはからの突起の形である、請求項４に記載のプロセス。
  38. 前記表面構成要素は少なくとも２つの表面構成要素領域の形であり、第一の表面構成要素領域の中で前記第１の流体と第２の流体との混合が行われた後、第二の表面構成要素領域の中へ流れ、前記第二の表面構成要素領域の中の前記流れパターンは、前記第一の表面構成要素領域の中の前記流れパターンと異なる、請求項４または請求項３７に記載のプロセス。
  39. 前記少なくとも１つの開口区間は、前記プロセスマイクロチャネルの前記内壁の１つ以上の一部を形成する内部部分と、前記開口区間の前記内部部分の上にある表面構成要素シートとを含み、前記表面構成要素シートの中および／または上に表面構成要素がある、請求項２３、２５、２７または２８のいずれか１項に記載のプロセス。
  40. 前記表面構成要素は、上下に積み重ねられ、および／または三次元パターンで絡み合う２つ以上の層を含む、請求項４または３７から３９のいずれか１項に記載のプロセス。
  41. 前記表面構成要素は、円形、楕円形、正方形、長方形、格子形、Ｖ字形、波形、またはそれらの組み合わせの形である、請求項４または３７から４０のいずれか１項に記載のプロセス。
  42. 前記表面構成要素は副構成要素を含み、前記表面構成要素の主壁は、ノッチ、波、ギザギザ、孔、バリ、格子、扇形、またはそれらの組み合わせの形の副表面構成要素をさらに含む、請求項４または３７から４１のいずれか１項に記載のプロセス。
  43. 前記非ニュートン流体は化学反応の反応体および／または生成物であり、前記反応は、気‐液反応、液‐液反応、気‐液‐液反応、気‐液‐固反応、または液‐液‐固反応である、請求項１から４２のいずれか１項に記載のプロセス。
  44. 前記非ニュートン流体は化学反応の反応体および／または生成物であり、前記反応は、酸化反応、水素化クラッキング反応、水素化反応、水和反応、カルボニル化反応、硫酸化反応、スルホン化反応、オリゴマー化である、請求項１から４３のいずれか１項に記載のプロセス。
  45. 前記少なくとも１つの単位操作は化学反応を含み、前記非ニュートン流体は反応体および／または生成物であり、前記化学反応は触媒の存在下で実行される、請求項１から４４のいずれか１項に記載のプロセス。
  46. 前記触媒は、均一系触媒を含むかまたは固体粒子の形であり、前記プロセスマイクロチャネルの１つ以上の内部表面の上にウォッシュコートされるかまたは前記プロセスマイクロチャネルの１つ以上の内部表面の上に成長する、請求項４５に記載のプロセス。
  47. 前記触媒は、担体、前記担体の上にある任意選択の緩衝層、前記任意選択の緩衝層または前記担体の上にある界面層、および前記界面層の上に分散または析出させた触媒物質を含む、請求項４５または請求項４６に記載のプロセス。
  48. 前記触媒は担体によって担持され、前記担体は、シリカゲル、発泡銅、焼結ステンレス鋼繊維、スチールウール、アルミナ、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスルホネート、ポリ（テトラフルオロエチレン）、鉄、ニッケルスポンジ、ナイロン、ポリ二フッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンエチルケトン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリブチレン、またはそれらの２つ以上の組み合わせを含む物質で作られている、請求項４５から４７のいずれか１項に記載のプロセス。
  49. 前記触媒は、熱伝導性物質を含む、請求項４５から４８のいずれか１項に記載のプロセス。
  50. 前記触媒は、側流構成、貫通流構成、ハニカム構造または蛇行構成を有する担体上に担持されている、請求項４５から４９のいずれか１項に記載のプロセス。
  51. 前記触媒は担体の上に担持され、前記担体は、発泡体、フェルト、詰め物、フィンまたはそれらの２つ以上の組み合わせの形である、請求項４５から５０のいずれか１項に記載のプロセス。
  52. 前記触媒は担体の上に担持され、前記担体は、少なくとも１つのフィンを含むフィンアセンブリを含む、請求項４５から５１のいずれか１項に記載のプロセス。
  53. 前記触媒は担体の上に担持され、前記担体は、マイクログルーブ型担持ストリップを含む、請求項４５から５１のいずれか１項に記載のプロセス。
  54. 前記触媒は傾斜触媒である、請求項４５から５３のいずれか１項に記載のプロセス。
  55. 前記プロセスは１つ以上の入口マニホルドおよび複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記１つ以上の入口マニホルドを通してニュートン流体および／または非ニュートン流体を流し、前記ニュートン流体および／または非ニュートン流体を前記複数のプロセスマイクロチャネルへ分配することを含み、品質指数因子は約２０％未満である、請求項１から５４のいずれか１項に記載のプロセス。
  56. 前記プロセスは複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記非ニュートン流体を複数のプロセスマイクロチャネルの中に流すことを含み、前記プロセスマイクロチャネルの中の前記非ニュートン流体の前記せん断速度は約１００秒−１を超え、せん断力偏差因子（ＳＦＤＦ）は約２未満である、請求項１から５５のいずれか１項に記載のプロセス。
  57. 前記プロセスは入口マニホルドおよび複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記マニホルドを通して非ニュートン流体を流し、前記非ニュートン流体を複数のプロセスマイクロチャネルへ分配することを含み、前記非ニュートン流体は、前記マニホルドの中で１回も転回しないで前記入口マニホルドを通ってそのまま流れる、請求項１から５６のいずれか１項に記載のプロセス。
  58. 前記プロセスは入口マニホルドおよび複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記マニホルドを通してニュートン流体を流し、前記ニュートン流体を複数のプロセスマイクロチャネルへ分配することを含み、前記ニュートン流体は、前記入口マニホルドの中へ流れ、前記プロセスマイクロチャネルへ入る前に前記入口マニホルドの中で少なくとも１回転回する、請求項１から５７のいずれか１項に記載のプロセス。
  59. 前記プロセスは入口マニホルドおよび複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記入口マニホルドを通して原料流を流し、前記原料流を複数のプロセスマイクロチャネルへ分配することを含み、前記原料流は、前記入口マニホルドの中の流れ抵抗器と接触する、請求項１から５８のいずれか１項に記載のプロセス。
  60. 前記プロセスは入口マニホルドおよび複数の前記プロセスマイクロチャネルを含むマイクロチャネルプロセス処理単位の中で行われ、前記プロセスは前記入口マニホルドを通して原料流を流し、前記原料流を前記複数のプロセスマイクロチャネルへ分配することを含み、前記原料流は流れ分配構成要素を通って流れる、請求項１から５９のいずれか１項に記載のプロセス。
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