KR20030019393A - 액상용 에멀션화 및 분리 장치 - Google Patents

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Abstract

소량의 서로 섞이지 않는 액상들의 에멀션화 및 분리용 장치는 베이스판 (1) 에 단단히 연결될 수 있는 커버판 (2) 을 구비하며, 베이스판 (1) 및/또는 커버판 (2) 의 내면 (3, 3a) 상에 홈 형태로 마이크로채널 (4, 4a, 5, 6, 6a) 이 파여져 있다. 혼합 영역에서, 2 개의 마이크로채널 (4, 4a) 은 서로 여러번 교차하여 파동 형상으로 이어져 있다. 이후의 분리 영역에서, 그것들은 공통 마이크로채널 (5) 로 결합되어 본질적으로 일직선으로 이어져 있다. 다른 방식으로 단단히 밀봉된 마이크로채널 (4, 4a, 5, 6, 6a) 은 입구 구멍 (8, 8a) 및 출구 구멍 (9, 9a) 을 통해 충진되고 다시 비워질 수 있다.

Description

액상용 에멀션화 및 분리 장치{EMULSIFYING AND SEPARATING DEVICE FOR LIQUID PHASES}
본 발명은 소량의 섞이지 않는 액상들의 에멀션화 및 분리를 위한 장치에 관한 것이다.
새로운 기술의 사용은 화학 반응을 행할 때 과감한 특성 치수의 감소를 가능하게 한다. 지금까지 큰 설비에서 실행될 수 있었던 화학 공정을 소형화된 마이크로부품을 사용하여, 실험실 규모로 행할 수 있다. 마이크로반응 시스템 (microreaction system) 용의 제조 기술의 부단한 발전으로 인하여, 지금은 마이크로반응 시스템의 제조에 광범위한 공정 및 재료를 이용할 수 있다. 최근, 마이크로반응 시스템 제조용 극내온성 및 내산성 재료 (extremely temperature- and acid-resistant materials) 의 사용으로, 고농도 산과의 제어 반응 또는 고온에서의 기상 공정의 실시가 용이하게 되었다. 또한, 반응에 참여하는 소량의 화학 물질로 인해, 고발열 또는 고흡열 반응을 제어된, 특히 일정한 온도에서 행할 수 있다. 특히, 경제적 이점이외에, 소형화는 많은 공업 화학 분야 및 공정 기술에서 완전히 새로운 연구 기회와 부단한 응용 범위의 확대를 제공한다.
실험실 규모의 소형화되고 연속적인 설비로의 진행은 지금까지는, 직렬 연결에 의해 통과하는 흐름 내에서 화학반응이 연속적으로 일어날 수 있는 펌프, 믹서, 반응로, 및 열교환기 등의 개별 마이크로부품의 개발에 관계하였다. 그러나, 따로 제조된 이러한 유형의 마이크로부품들 사이의 공간적인 거리가 커지면 커질 수록, 반응하는 동안에 반응 파라미터, 예를 들어, 반응에 참여하는 물질 각각의 농도 및 온도 또는 에너지 입력 등의 정밀한 제어가 더욱 더 복잡하고 어렵게 된다. 에멀션화 및 그 이후의 분리 동안에, 예를 들어, 온도 등의 동일한 반응 조건은 대단한 노력을 들여서만이 보장할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 2 개의 섞이지 않는 액상에 대한 에멀션화 및 분리 장치로서, 2 개의 공정 단계 동안 동일한 반응 조건을 특정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은, 베이스판 (base plate) 및 이에 연결될 수 있는 커버판 (cover plate) 과 함께, 베이스판 및/또는 커버판의 내면 상에 홈 형태로 파여진 마이크로채널 (microchannels) 을 가진 장치로서, 베이스판 및/또는 커버판 내의 충진 구멍 (fill apertures) 을 통해 따로 충진될 수 있는 2개의 마이크로채널이 혼합 영역 (mixing zone) 에서 서로 여러번 교차하고, 마이크로채널들이 이후의 분리 영역 (separation zone) 에서 공통된 마이크로채널로 함께 이어져 있고, 이후의 브랜치 (branch) 후에, 분리된 출구 구멍으로 이어져 있는 장치에 기초하여 달성된다.
따라서, 2 개의 섞이지 않는 액상의 에멀션화와 이후의 분리 사이에 공간적인 분리가 없게 된다. 따라서, 단순한 설계 수단을 사용하여, 2 개의 공정 단계에 대한 동일한 주위 조건을 확보할 수 있게 된다.
기하학적 형상에 매우 의존하는 에멀션 형성은 마이크로채널의 형상, 특히, 혼합 또는 분리 영역의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 파여진 마이크로채널의 단면 형상 및 표면 구조는, 정밀 가공 방법에 의해 원하는 응용에 쉽게 맞출 수 있다. 베이스판 및 커버판은 선택적으로, 각각 특정 화학 반응에 적합한 금속, 플라스틱 또는 유리로 제조할 수 있어, 매우 다양한 화학 물질의 사용을 가능하게 한다.
베이스판 또는 커버판의 직접 접해 있는 표면 영역에만 가공이 필요하기 때문에, 전체 장치의 제조에 필요한 제조 복잡성 (manufacturing complexity) 은 상대적으로 낮다. 단순한 설계로 인해, 장치는, 장기간에 걸쳐서도, 실제 아무런 유지ㆍ보수 없이도 동작될 수 있다. 베이스판과 커버판의 단단한 연결이 재료 연결을 통해서 이루어지지 않고, 그 대신에 단순히 압력을 통해 이루어지는 경우에, 베이스판 및 커버판을 용이하게 분리하여 간단하게 세정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 베이스판 또는 커버판중 어느 하나만이 홈 형태로 파여진 마이크로채널을 가진다. 그러나, 그 대신에 베이스판 및 커버판 모두의 대응 표면상에 마이크로채널을 파는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 베이스판 및/또는 커버판은 온도 제어 장치를 가진다. 마이크로반응 시스템의 중요한 특징은 액체 체적에 비하여 마이크로채널이 큰 표면적을 갖는다는 것이다. 따라서, 매우 큰 흡열 또는 발열 반응의 경우에도, 효과적인 열평형의 제어 및 조절이 가능하다. 이것은베이스판 및/또는 커버판의 온도 제어에 의해 단순한 방법으로 이루어진다. 마이크로채널의 작은 단면 및 그 결과 낮은 체적 유량으로 인해, 양호한 열교환이 확보된다.
바람직하게는, 베이스판 및 커버판은 나사에 의해 단단히 연결될 수 있다. 통상 충분히 단단한 연결은, 장기간에 걸쳐서도, 나사에 의해 이루어질 수 있다. 그러나, 베이스판 및 커버판은, 예를 들어, 단순화된 세정을 위해 다시 서로 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 섞이지 않는 액상의 에멀션화 및 분리용 장치의 출구 구멍은 인접하여 배치된 장치의 입구 구멍과 연결될 수 있다. 이것은 복수의 장치를 직렬로 연결함으로써 다단계 추출을 용이하게 한다. 따라서, 반응 혼합물을, 소규모로도, 연속적으로 처리할 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시형태들은 종속항들의 특징적 구성들이다.
이하, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예를 더 상세히 설명한다.
하나의 도면은 베이스판 및 커버판으로 이루어진 장치의 분해 사시도를 나타내고 있다.
도시된 실시예의 에멀션화 및 분리 장치는 판, 직사각형 베이스판 (1) 유사한 형상의 커버판 (2) 로 구성된다. 홈 형태로 파여진 마이크로채널 (4, 4a, 5, 6, 6a) 은 커버판 (2) 에 대향하는 베이스판 (1) 의 표면 (3) 상에 위치한다. 2 개의 마이크로채널 (4, 4a) 는 표면 (3) 의 일측 상에서 파동 형상으로 서로 여러번 교차하여 이어져 있다. 이 영역은 (이하, 간단히 혼합 영역이라 함), 베이스판 (1) 의 표면 (3) 의 거의 중심에서 끝나고, 이 2 개의 마이크로채널 (4, 4a) 는 함께 합쳐져서 공통 채널 (5) 을 형성한다. 공통 채널 (5) 은 본질적으로 일직선으로 이어져 있다. 이 영역에서 (이하, 간단히 분리 영역이라 함), 예를 들어, 표면장력 등의 서로 다른 물리적 특성에 기초하여 섞이지 않는 액상들의 분리가 일어난다.
베이스판 (1) 의 표면 (3) 의 끝 직전에서, 공통 마이크로채널 (5) 은 다시 2 개의 출구 채널 (6, 6a) 로 갈라진다. 베이스판 (1) 위에 커버판 (2) 을 단단히 연결하기 위하여, 베이스판 (1) 및 커버판 (2) 의 엣지에 대칭적으로 분포된 6 개의 나사 구멍 (7) 이 각 판에 제공된다. 실린더형 구멍으로 지정되는 2 개의 입구 구멍 (8, 8a) 및 2 개의 출구 구멍 (9, 9a) 은 베이스판 (1) 의 표면 (3) 을 덮는 커버판 (2) 내에 위치한다. 베이스판 (1) 및 커버판 (2) 이 단단히 연결된다면, 2 개의 마이크로채널 (4, 4a) 은 각각 지정된 입구 구멍 (8, 8a) 을 통해 액상들로 충진될 수 있다. 액상은, 2 개의 액상의 효과적인 에멀션화가 일어나는 혼합 영역을 통해 흐른다. 이 후의 분리 영역에서 2 개의 액상이 분리된 후에, 2 개의 액상은 각 출구 구명 (9, 9a) 을 통해 다시 분리되어 나온다.
커버판 (2) 의 내면 (3a) 상에 파여진 홈과 같은 방식으로 설계된 마이크로채널도 또한 가능하다. 베이스판 (1) 및 커버판 (2) 은 다르게 배치될 수도 있으며, 특히, 베이스판 (1) 및 커버판 92) 의 배치는 서로 바꿀 수 있다.
생각할 수 있는 또다른 변형된 설계는, 베이스판 (1) 과 커버판 (2) 사이에 하나 이상의 중간판 (intermediate plates) 을 단단히 연결할 수 있고, 각 판들이그 내면에 마이크로채널을 구비하는 것이다.

Claims (8)

  1. 소량의 서로 섞이지 않는 액상들의 에멀션화 및 분리용 장치에 있어서,
    베이스판 (1) 및 이에 연결될 수 있는 커버판 (2) 과 함께 상기 베이스판 (1) 및/또는 상기 커버판 (2) 의 내면 (3, 3a) 상에 홈 형태로 파여진 마이크로채널 (4, 4a, 5, 6, 6a) 을 구비하고,
    상기 베이스판 (1) 및/또는 상기 커버판 (2) 내의 충진 구멍 (8, 8a) 을 통해 따로 충진될 수 있는 상기 2개의 마이크로채널 (4, 4a) 은 혼합 영역에서 서로 여러번 교차하고, 상기 마이크로채널 (4, 4a) 은 이후의 분리 영역에서 공통 마이크로채널 (5) 로 함께 이어져 있고, 이후의 브랜치 후에, 분리된 출구 구멍 (9, 9a) 으로 이어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 마이크로채널 (4, 4a) 은 상기 혼합 영역에서 서로 여러번 교차하여 파형 형상으로 이어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통 마이크로채널 (5) 은 상기 분리 영역에서 본질적으로 일직선으로 이어져 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스판 (1) 또는 상기 커버판 (2) 중 어느 하나만이 홈 형태로 파여진 마이크로채널 (4, 4a, 5, 6, 6a) 을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스판 (1) 및/또는 상기 커버판 (2) 은 온도 제어용 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스판 (1) 및 상기 커버판 (2) 은 나사에 의해 단단히 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    서로 섞이지 않는 액상의 에멀션화 및 분리용 장치의 상기 출구 구멍 (9, 9a) 은 인접하여 배치된 장치의 입구 구멍 (8, 8a) 에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스판 (1) 과 상기 커버판 (2) 사이에 하나 이상의 중간판이 단단히 연결될 수 있고, 각각은 그 내면들 상에 파여진 마이크로채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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