微反应器系统总成
阅读：378发布：2021-01-16
专利汇可以提供微反应器系统总成专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且微反应器系统总成，包含下述堆栈：至少n个处理模 块 (1-6)，其中n是等于或大于1的整数，其由刚性第一材料制成，且包含至少一个用于容纳和引导反应 流体 的反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)；以及至少n+1个热交换模块(7、8)，其由不同于所述第一材料的有韧性的第二材料制成，且包含至少一个用于容纳和引导热交换流体的热交换流体通道(7A、8A)，其中每个处理模块(1-6)被夹在两个相邻的热交换模块(7、8)之间。，下面是微反应器系统总成专利的具体信息内容。
1.微反应器系统总成，包含下述的堆栈：
至少n个处理模块，其中n是等于或大于1的整数，每个处理模块由刚性的第一材料制成，并且包含至少一个反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)，该反应流体通道穿过所述处理模块，并且介于至少一个反应流体进入口(1C、1D、2C、2D、3C、6C)和至少一个反应流体排出口(1E、1F、2E、3D、6D)之间，用于容纳并且引导反应流体，其中，在有至少两个处理模块的情况下，所述至少两个处理模块串联；
以及至少n+1个热交换模块，每个所述热交换模块由不同于所述第一材料的有韧性的第二材料制成，且包含至少一个热交换流体通道(7A、8A)，该热交换流体通道穿过所述热交换模块内部，且介于至少一个热交换流体进入口(7B、8B)和至少一个热交换流体排出口(7C、8C)之间，用于容纳和引导热交换流体，其中所述至少n+1个热交换模块串联，其中每个处理模块被夹在两个相邻的热交换模块之间。
2.根据权利要求1的微反应器系统总成，其中
所述第一材料抗腐蚀和压力，且选自由不锈钢、镍基合金、钨、钽、钛、陶瓷、石墨组成的组，和/或一个或多个所述第一材料的适当组合；以及
第二材料是导热的，且选自由铝、铝合金、铜、铜合金、银和银合金组成的组，和/或一个或多个所述第二材料的组合。
3.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中所述至少n个处理模块包含：
混合模块(2)，其至少一个反应流体通道(2A)包含用于容纳和混合至少两种反应流体的混合部(2G)；
可选地，热调节模块(1)设在所述混合模块(2)上游，用于在进入所述混合模块(2)之前，调节所述至少两种反应流体的温度；以及
可选地，一个或多个保持模块(3-6)，设在该混合模块(2)的下游，用于容纳该反应流体混合物。
4.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中
所述至少一个反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)是平的通道，包含弯曲的和/或直的部分，使各反应流体能够沿弯曲路径流动，所述平的通道具有在1∶4到1∶50范围内的宽/高比。
5.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中
所述至少一个反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)是平的通道，包含弯曲的和/或直的部分，使各反应流体能够沿弯曲路径流动，所述平的通道具有在1∶4到1∶30范围内的宽/高比。
6.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中
所述至少一个反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)是平的通道，包含弯曲的和/或直的部分，使各反应流体能够沿弯曲路径流动，所述平的通道具有在1∶5到1∶25范围内的宽/高比。
7.根据权利要求1或2的微反应器，其中所述至少n个处理模块包含至少两个外部串联的处理模块。
8.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中所述至少n+1个热交换模块包含：
第一热交换模块(7)，其至少一个热交换流体进入口(7B、8B)与第一热交换流体储存器相通，以及其热交换流体排出口(7C、8C)与随后的热交换模块(8)相通；
第二热交换模块(8)，其至少一个热交换流体排出口(7C、8C)与第二热交换流体储存器相通，以及其热交换流体进入口(7B、8B)与前面的热交换模块(7)相通；以及可选地至少一个另外的热交换模块，设在所述第一热交换模块(7)与第二热交换模块(8)之间，且与该第一热交换模块(7)及第二热交换模块(8)串联；
其中两个连续的热交换模块的串联通过至少一个热交换流体连接通道(1H、2H、3H、6H)在内部实现，该热交换流体通道通过该至少n个被两个连续的热交换模块夹在中间的处理模块的每一个。
9.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，其中所述至少n个处理模块和/或所述至少n+1个热交换模块的每一个包含彼此永久连接的第一平板(1M-8M)和第二平板(1N-8N)，其中所述反应流体通道、热交换流体通道、反应流体进入口和反应流体排出口和/或热交换流体进入口和热交换流体排出口(1A、1B、1C-1F、2A、2C-2E、2G、3A、3C、3D、6A、6C、6D、7A、
8A)的每一个位于所述第一平板(1M-8M)及第二平板(1M-8M)之间。
10.根据权利要求9的微反应器系统总成，其中所述第一平板(1M-8M)和第二平板
(1N-8N)通过软钎焊、硬钎焊、熔焊、粘合使彼此永久连接。
11.根据权利要求9的微反应器系统总成，其中所述反应流体通道、热交换流体通道、反应流体进入口以及反应流体排出口和/或热交换流体进入口和热交换流体排出口(1A、
1B、1C-1F、2A、2C-2E、2G、3A、3C、3D、6A、6C、6D、7A、8A)的每个是通过烧蚀所述第一平板(1M-8M)和第二平板(1N-8N)中至少一个的内表面获得的。
12.根据权利要求9的微反应器系统总成，其中结构化的中间平板(70、80)被夹在所述至少n+1个热交换模块的所述第一平板及第二平板之间以提供所述热交换流体通道(7A、
8A)。
13.根据权利要求1或2的微反应器系统总成，进一步包含：
第一框架装置(10)；及
第二框架装置(9)，
其中所述至少n个处理模块以及所述至少n+1个热交换模块被所述第一和第二框架装置(9、10)彼此压靠。
微反应器系统总成
技术领域
背景技术
[0002] 微反应器是反应装置，其用于一个或多个反应物反应(通常包含两个或多个反应物的混合物)，以及在某种程度上用于通过在混合前、混合中和/或混合后加热或冷却或热缓冲所述反应物而控制所述反应物的反应。这样的用于在小区域内实现化学反应的微反应器可从例如EP-A-0688242、EP-A-1031375、WO-A-2004/045761及US-A-2004/0109798中获知。
[0003] 在微反应器中进行的化学反应基本上可被分为所谓的A型反应和B型反应。
[0004] A型反应，例如有机金属反应，是非常快的化学反应且在混合室内混合反应物时直接发生，通常在1秒范围内。它们可被称为由混合处理控制的反应。为了让所有反应物完全反应以及为了避免副产物，这样的A型反应要求处理流体的快速和有效混合，以及有效的热控制。这样的A型反应通常要求没有或很短的后反应时间，且因此可在具有小的驻留容积或后反应容积的微反应器内很好地实现。对于这类反应的驻留时间通常在小于20秒的范围内。
[0005] 相反，B型反应，例如维蒂希反应(Wittig reaction)或芳香胺与双烯酮(diktene)的乙酰酰化反应，有快有慢，通常反应时间在1秒钟到10分钟的范围。它们受浓度或动力学控制而进行。为了使反应物反应完全且避免副产物，这类B型反应不要求非常快的混合该反应物，而要求在整个反应时间内反应条件可控制。因此，驻留容积和后反应容积的尺寸必须如此设定，即在可以容易且精确控制的条件下处理流体在该微反应器保持很长时间。然而，由于尺寸小和昂贵的微结构，直到现在，用传统的微反应器实现这样较长的驻留时间是困难的。因此，传统的微反应器大部分用于A型反应。
发明内容
[0006] 因此，本发明的目的是提供改进的微反应器系统总成，其适于确保所需驻留时间，在该驻留时间内温度控制是可能的。
[0008] 至少n个处理模块(1-6)，其中n是等于或大于1的整数。每个处理模块(1-6)由刚性的第一材料制成，并且包含至少一个反应流体通道(1A、1B、2A、3A、6A)，该反应流体通道穿过所述处理模块(1-6)，并且介于至少一个反应流体进入口(1C、1D、2C、2D、3C、6C)和至少一个反应流体排出口(1E、1F、2E、3D、6D)之间，用于容纳并且引导反应流体。其中，在有至少两个处理模块(1-6)的情况下，所述至少两个处理模块(1-6)功能上串联；以及[0009] 至少n+1个热交换模块(7、8)，其由不同于所述第一材料的可变形或有韧性的第二材料制成，且包含至少一个热交换流体通道(7A、8A)，该热交换流体通道穿过所述热交换模块(7、8)内部，且介于其至少一个热交换流体进入口(7B、8B)和至少一个热交换流体排出口(7C、8C)之间，用于容纳和引导热交换流体，其中所述至少n+1个热交换模块(7、8)功能上串联，
[0010] 其中每个处理模块(1-6)被夹在两个相邻的热交换模块(7、8)之间。
[0011] 该至少n个处理模块和该至少n+1个热交换模块各自形成独立的模块，其限定至少一个流体通道，即反应流体通道或热交换流体通道，在该至少一个进入口和该至少一个排出口之间的模块的内部完全延伸。
[0012] 通过提供由不同材料制成的处理模块和热交换模块，分别为该处理模块和热交换模块选择下述第一和第二材料是可能的：
[0015] 于是，通过提供具有分开的处理模块和热交换模块的微反应器系统总成，针对其特定职责，即进行该化学反应或控制处理温度，最优化每个所述模块变为可能。
[0016] 有利地，对该化学反应处理和该温度控制分别提供单独的模块，允许对该微反应器系统总成的元件标准化。因此，为不同反应提供具有不同驻留时间、不同流体容积、不同转移热量等等的不同的微反应器系统总成变为可能。例如，提供具有用于容纳热交换流体的更大通道的热交换模块，允许向同一处理模块供应或移走更多热量。
[0017] 该第一材料比较刚性，而该第二材料比较有韧性。优选地，用于该热交换模块的有韧性的第二材料在压力下可逆地(即弹性地)或者残留(remainingly)(即塑性)变形。将热交换模块压在相邻的、由像不锈钢等比较刚性第一材料制成的处理模块上，接着使该热交换模块的接触面稍微变形，从而处理模块和热交换模块之间不需要额外的密封。
[0018] 与传统微反应器(其中为了提供良好的热传递处理流体和热交换流体之间的壁厚已经尽可能减小)相比，按照本发明，提供了独立的处理模块和热交换模块。尽管这增加了反应流体和热交换流体之间的距离(在此之前，这被认为是不利的)，由于关于它们的特定职责使这些独立模块最优化，可令人惊讶地达到更好的处理与温度控制。
[0019] 每个处理模块被夹在两个热交换模块之间，以及不放置在该微反应器的端部的每个热交换模块被夹在两个处理模块之间。在该微反应器系统总成端部的热交换模块可分别被放置在第一、第二框架装置与处理模块之间。
[0020] 根据该微反应器系统总成的优选实施例，所述至少n个处理模块包含：
[0021] 混合模块，它的至少一个反应流体通道包含用于接收和混合至少两种反应流体的混合部；以及可选地
[0022] 至少一个热调节模块，设置在所述混合模块的上游，用于在进入所述混合模块之前调整所述反应流体的温度；以及
[0023] 至少一个保持模块，设置在该混合模块的下游，用于容纳该反应流体混合物。
[0024] 使用多于一个混合模块允许对连续的反应步骤连续地引入更多反应流体。在所述混合模块，该反应流体在构成该至少一个反应流体通道的一部分的混合部进行混合，且离开所述混合部之后，被容纳在同样构成该至少一个反应流体通道的一部分的第一保持容积内。所述混合部可具有如栓塞流混合或逆向混合的混合构造，而所述第一保持容积可包含由弯管连接的一个或多个大体直的通道。优选地，提供保持产生层流的第一容纳容积。
[0025] 在该混合模块内的反应流体的温度可被与所述混合模块相邻的两个热交换模块控制。在那里，热的或冷的热交换流体被供应至在该两个热交换模块每个内的该至少一个热交换流体通道，其通过热传递供应或移走来自该处理模块的热量。
[0026] 如上面所指出，在混合两个或多个反应流体之前，所述反应流体可被加热或冷却。另外，可在所述混合模块的上游提供一个或多个热调节模块。对于每个待加热或冷却的反应流体，所述热调节模块包含至少一个反应流体通道。当流经所述反应流体通道时，每个反应流体被与所述热调节模块相邻的两个热交换模块加热或冷却，类似之前对该混合模块的描述。通过提供不同的通道容积，有区别地加热或冷却该不同的反应物变为可能。
[0027] 当离开该混合模块之后，该混合的反应流体可被容纳在一个或多个保持模块内。在那里，离开该混合模块的反应流体混合物进入在该保持模块内的至少一个反应流体通道，流经所述至少一个反应流体通道，然后离开该保持模块。在流经所述至少一个反应流体通道过程中，以与之前关于该混合和热交换模块的描述相同的方式，所述反应流体混合物可被与每个容纳模块相邻的两个热交换模块加热、冷却或热缓冲。通过提供具有不同形状(differenctly formed)反应流体通道的不同保持模块，获得不同的保持条件变得可能。提供两个或多个彼此相连的保持模块也是可能的，每个保持模块被夹在热交换模块之间，从而在该条件下可以获得大的保持容积以及由此(取决于流速)获得大的保持时间(驻留时间)，尤其该反应流体混合物的温度在驻留时间内可被容易且精确地控制。
[0028] 优选地，该处理模块的用于容纳和引导反应流体的反应流体通道包含平的通道(flat channel)。理想地，微反应器的该流动路径是狭窄的管子，其直径通常小于1mm。然而，如果需要层状非湍流，该流速被所述小截面(section)所限制。为了增大流速，可提供多个这样的狭窄的管子。但是在那里，所有管子里的化学计量必须是可控制的，且对于所有管子而言，该驻留时间必须控制为相同，这点在实际的系统中不能十分确保。
[0029] 作为优选实施例提出的的该平的通道，相当于平行管子的组合。因此流速可被显著增大，同时维持层状非湍流。
[0030] 结果证明，宽高比在1∶4到1∶50范围内适于产生良好的结果。优选地，所述宽/高比被定在1∶4到1∶30范围内。更优选地，所述宽/高比被定在1∶5到1∶25范围内。在示范性实施例中，为该平的通道选择2.0mm的宽度、10mm的高度以及1844mm的长度，产生1∶5的宽/高比。在另外的实施例中，经检测的宽度分别被选为1.4mm、0.9mm和0.5mm，分别产生1∶7.14、1∶11.11和1∶20的宽/高比。
[0031] 由于该通道的微小宽度，单管内的处理流体大部分可维持层流，而同时该流速(单位时间内处理流体的体积)增大。并且，在该优选实施例中，仅须控制一个单个容积内的化学计量。
[0032] 对于之前标明的、即分别具有2.0mm、1.4mm、0.9mm和0.5mm宽度的通道，已经测得100ml/min的流速下驻留时间分别为5.7、10.2、15.9和22.6秒，。从上述测量可知，对于特定的微反应，通过将具有不同的驻留时间的不同的模块进行结合，几乎可任意选择该驻留时间。尤其可获得多达30分钟的驻留时间，或优选多达20分钟，更优选多达10分钟。
[0033] 在一个优选实施例中，该微反应器系统总成包含至少两个串联的处理模块，每个被夹在两个相邻的热交换模块之间。例如，一个或多个混合模块可与至少一个之前的热调节模块组合，用于在混合前将该反应流体调到最佳温度，和/或至少一个保持模块，用于为该反应流体混合物提供所需驻留时间。在混合和保持期间，该反应流体混合物的温度可被与每个混合和保持模块相邻的该热交换模块控制。可选地，带有之前的热调节模块的辅助混合模块可结合在两个保持模块之间，以通过供给进一步的反应流体允许后续反应的进行。
[0034] 随后的两个处理模块的反应流体通道可外部连接。在那里，可使用外部可拆卸的或固定的连接器(coupling)如管子、配件等。特别地，管子可被软钎焊或熔焊至这些模块，或者可使用接头套管快速接头连接器。尽管可拆卸的外部连接器使单个模块能够容易重新使用并因此提高了灵活性，但固定的管子有利地避免了死区体积(dead volume)且可额外地增加整个微反应器系统总成的稳定性。
[0035] 优选地，在热交换模块内的该至少一个热交换流体通道包含至少一个热交换流体进入口，其与第一热交换流体储存器或者在相邻的处理模块内提供的至少一个热交换流体连接通道相连通，以及至少一个热交换流体排出口，其与第二热交换流体储存器或在相邻的处理模块内提供的热交换流体连接通道相连通。因此，把一个处理模块夹在中间的两个热交换模块，可通过提供在该处理模块内的该至少一个热交换流体连接通道彼此相连通。有利地，在所述两个热交换模块之间不需要额外的热交换流体连接件。
[0036] 如果所述热交换模块由有韧性的材料制成，且被压靠在该处理模块上，由于该热交换模块的接触面的轻微塑性或弹性变形，在通过连接两个相邻热交换模块的处理模块的该至少一个热交换流体连接通道的分界面处不需要额外的密封。然而，在另一个优选实施例中，在热交换流体进入口和/或热交换流体排出口的分界面处，可提供额外的密封件，辅助密封该介于两个连续的热交换模块之间的热交换流体连接件分界面，其经由该至少一个热交换流体连接通道穿过该夹在中间的热交换模块。这样的密封优选可为环形密封件。尤其，其可为由特氟纶等制成的硬质密封件。由于该热交换模块由有韧性的材料制成，使用硬质密封件是可能的，这样避免使用可能变脆的弹性密封件如橡胶或硅等。
[0037] 热交换模块的该至少一个容纳该热交换流体的热交换流体通道可以为产生所述热交换流体的(高)湍流，这有利于增大从热交换模块至该相邻处理模块的热传递。优选地，实现雷诺数等于或大于2600。
[0038] 在一个优选实施例中，通过将第一平板与第二平板彼此连接制成处理模块。在所述第一和第二平板的接触面，可通过铣削、蚀刻等方式提供用于容纳至少一个反应流体的该至少一个反应流体通道。优选地，所述至少一个反应流体通道是微结构。在通过软钎焊、硬钎焊、烧结、熔焊、粘合等将所述第一和第二平板彼此连接之后，除了该至少一个反应流体进入口和该至少一个反应流体排出口之外，用于容纳该反应流体的该至少一个反应流体通道被完全包在该处理模块内。
[0039] 通过在第一和第二平板的一个或两个接触面提供用于容纳至少一个热交换流体的至少一个热交换流体通道，热交换模块可被类似地制成，第一和第二平板之后通过软钎焊、熔焊等连接在一起。或者，中间平板可被夹在所述第一和第二平板之间，所述中间平板包含一个或多个切削(cut-out)。将所述第一、中间和第二平板彼此连接后，所述切削与所述第一和第二平板的对应表面限定了用于容纳至少一个热交换流体的至少一个热交换流体通道。
[0040] 在外部连接的处理模块和在内部连接的热交换模块的组合，提供了用于将该至少一个反应流体回路和该至少一个热交换流体回路分开和避免交叉污染的最佳方案。
[0041] 在一个优选实施例中，通过至少第一和第二框架装置，处理模块与热交换模块的堆栈被彼此压靠。在那里，通过一个或多个拉力锚或拉杆，所述第一和第二框架装置可被朝向彼此拉，由此将该处理模块和热交换模块相互压在两个框架装置之间。
[0042] 在一个优选实施例中，每个所述框架装置可选地包含内部和外部框架。在根据图17的进一步的优选实施例中，一个框架装置由结构元件组成，以及第二框架装置由外部和内部框架组成，其中该第一框架装置通过拉杆直接锚固在该外部框架上，并且所述外部框架将所述内部框架推靠在该第一框架装置和位于中间的模块堆栈上。
[0043] 可在该微反应器系统总成的中心和/或边缘提供所述拉杆。如此，所述模块化微反应器系统总成能容易地装配为具有不同数目的模块。
[0044] 有利地，在该第一和第二框架装置的中心区域提供空腔(cavity)，从而在推动所述第一和第二框架装置彼此互相靠近时，这些模块的圆周部分获得更高的压力。这有利于增大该微反应器的密封特性。
[0045] 在最优选的实施例中，一个热交换模块充当两个连续处理模块的相邻的模块，即，在该微反应器系统总成中，以交替方式提供热交换模块和处理模块。有利地，这一堆栈开始于并结束于热交换模块。如果两个连续热交换模块通过提供于夹在其间的处理模块内的热交换流体连接通道互相连通，就可使用结构完全相同的热交换模块，其中每个第二模块被旋转约180度(饶纵轴180度旋转，若假定该热交换流体从右至左流动)，从而该第一热交换模块的该至少一个排出口、提供在该相邻的处理模块内的该至少一个热交换流体连接通道、以及该随后的第二热交换模块的该至少一个热交换流体进入口互相对准。
[0046] 整个微处理器系统总成的最开始的热交换模块的该至少一个热交换流体进入口与最后一个热交换模块的该至少一个热交换流体排出口，可分别与第一和第二热交换流体储存器相通，从而该热交换流体从该第一储存器流向该第二储存器，反之亦然，由此加热、冷却或热缓冲该微反应器系统总成的该处理模块。在那里，在邻接该第一个和最后一个热交换模块的该第一和第二框架装置内可分别提供进入口和排出口。
[0047] 在位于该微反应器内的热交换模块内可提供额外的热交换流体进入口和热交换流体排出口，其与第三、第四等等热交换流体储存器相通。于是，例如热的第一热交换流体可从该第一储存器经过把该热调节模块夹在中间的热交换模块流进第三储存器，由此加热流经热调节模块的反应物。那么，冷的第二热交换流体可从第四储存器经过把该保持模块夹在中间的热交换模块流进该第二储存器，由此在驻留时间内冷却该处理流体。
[0048] 如上所述，在优选实施例中，连续的热交换模块大体相同，其中每个第二模块被旋转约180度，从而该第一热交换模块的该至少一个热交换流体排出口、提供在该相邻的处理模块内的该至少一个热交换流体连接通道、以及该相邻的第二热交换模块的该至少一个热交换流体进入口彼此互相连通。因此该热交换流体以Z字形线流经该微反应器。取决于处理模块和热交换模块的数量，为了与整个微反应器的进入口和排出口相适应，有必要提供两个彼此相邻的热交换模块。为了避免所述两个相邻的热交换模块，可通过设置一个盲块(blind module)将它们分隔开。或者，例如，该第二框架装置(该微反应器的排出口可提供于其内)可被旋转约180度(饶水平轴180度旋转，假定该热交换流体从右向左流动)以与该最后一个热交换模块的排出口相匹配。或者，例如，可使用带有移位的(shifted)进入口的第二框架装置。
[0050] 图1显示根据本发明一个实施例，所有配件在一侧的微反应器系统总成的立体图；
[0051] 图2显示图1所示的该微反应器系统总成旋转180度的立体图；
[0052] 图3显示图1所示的该微反应器系统总成的热调节模块的前剖视图；
[0053] 图4显示从左侧看图3的该热调节模块；
[0054] 图5显示图1所示的该微反应器系统总成的混合模块的前剖视图；
[0055] 图6显示图5中标识为“X”的左上角的放大图；
[0056] 图7显示图1中的该微反应器系统总成的保持(保持retention)模块的前剖视图；
[0057] 图8显示从上面看图7的该混合模块的俯视剖视图；
[0058] 图9显示图8所示的该混合模块的反应流体进入口的放大图；
[0059] 图10显示图1中该微反应器的另一个保持模块的前剖视图；
[0060] 图11显示从上面看图10的该混合模块的俯视剖视图；
[0061] 图12显示图10的该混合模块的反应流体进入口的放大图；
[0062] 图13显示第一热交换模块的前剖视图；
[0063] 图14显示图13的热交换模块的侧面剖视图；
[0064] 图15显示第二热交换模块的前剖视图；
[0065] 图16显示图15的热交换模块的侧面剖视图；以及
[0066] 图17显示根据本发明的一个实施例的微反应器系统总成的纵剖面。
具体实施方式
[0067] 根据本发明的一个实施例的该微反应器系统总成，如图1及图2所示，顺次包含第一框架装置10、第一热交换模块7、作为处理模块的热调节模块1、第二热交换模块8、作为另一处理模块的混合模块2、另一个第一热交换模块7、看作另外的处理模块的保持模块3、另一个第二热交换模块8、另外的保持模块4、5和6(每个分别被夹在两个热交换模块7、8之间)以及第二框架装置9。这样，在所述第一和第二框架装置10、9之间提供交替的第一或第二热交换模块7、8以及处理模块1-6。
[0068] 从图14、16可以清楚地看到，每个热交换模块7、8，分别包含第一平板7M、8M，中间平板70、80，和第二平板7N、8N，它们通过软钎焊连接到一起。该中间平板包含平行的直通道形式的图案，其中接连两个通道由半环连接，以便形成一个连续的正弦形图案。该中间平板70、80的所述图案由此分别和该第一和第二平板7M、7N和8M、8N的该内部表面限定热交换流体通道7A、8A用于容纳该热交换模块7、8内的热交换流体。在该图案的一端，贯穿孔形成于该第一平板7M、8M，以及在该图案的相对的一端，另一个贯穿孔形成于该第二平板7N、8N，从而分别限定了热交换流体进入口7B、8B和热交换流体排出口7C、8C，它们与该热交换流体通道7A、8A相通。
[0069] 从图13-16可以看出，该第一和第二热交换模块7、8大体上相同，其中该第二热交换模块8被旋转约180度。这样，当组装时，第一热交换模块7的排出口7C与第二热交换模块8的热交换流体进入口8B互相对准，该第二热交换模块8的热交换流体排出口8C与下一个第一热交换模块7的进入口7B也如此。
[0070] 从图3、5、7和10可以看出，每个处理模块1-3、6包含两个贯穿孔1H-3H、6H，当组装时，其中一个与热交换流体进入口7B、8B对应，而另一个与把所述每个处理模块1-3、6夹在中间的第一和第二热交换模块7、8的热交换流体排出口7C、8C对应。因此，从图1、2和17可以看出，当组装时，用于容纳和引导在第一热交换模块7内和在第二热交换模块8内的热交换流体的热交换流体通道7A、8A通过由夹在所述第一热交换模块7和第二热交换模块
8之间的处理模块1-6之一中的贯穿孔形成的热交换流体连接通道彼此互相连通。
8之间的处理模块1-6之一中的贯穿孔形成的热交换流体连接通道彼此互相连通。
[0071] 该最开始的热交换模块7的该热交换流体进入口7B，通过提供在该第一框架装置10以及与之连接的第一连接部12A内的通道，与第一热交换流体储存器(未示)相通。该最后一个热交换模块8的该热交换流体排出口8C，通过提供在该第二框架装置9以及与之连接的第二连接部12B内的通道，与第二热交换流体储存器(未示)相通。这样，例如温的热交换流体可以Z字形线，从该第一储存器，通过该第一连接部12A、该第一框架10、经由夹在所述第一和第二热交换模块7、8中间的处理模块1-6内提供的热交换流体连接通道相通的第一和第二热交换模块7、8组、第二框架9以及第二连接部12B，流入第二储存器，由此，通过这些模块平板的热交换，随后加热所有的处理模块1-6。
[0072] 提供温度调节模块1作为第一处理模块，其在图3、4中更详细显示。所述温度调节模块1包含第一反应流体通道1A，其与第一反应流体进入口1C及第一反应流体排出口1F相通，以及第二反应流体通道1B，其与第二反应流体进入口1D及第二反应流体排出口1E相通。通过该第一反应流体进入口1C，向该第一反应流体通道1A供应第一反应流体。通过该第二反应流体进入口1D，向该第二反应流体通道供应第二反应流体。
[0073] 所述温度调节模块1包含第一和第二平板1M、1N(图4)，其通过软钎焊等彼此连接。通过蚀刻、铣削等，在该第一和/或第二平板1M、1N的接触面的内切出正弦形的反应流体通道1A、1B。
[0074] 当经过所述第一反应流体通道1A流向所述第一反应流体排出口1F时，所述第一反应流体的温度由把所述温度调节模块1夹在中间的两个热交换模块7、8来调节。在那里，流经所述热交换模块7、8的该热交换流体，凭借通过接触所述温度调节模块的平板1M、1N的热交换模块的平板7N、8M的热传导供应或移走所述第一反应流体的热量。
[0075] 作为第二处理模块的混合模块2显示于图5、6。尽管没有详细显示，所述混合模块2包含第一和第二平板，类似于上述该温度调节模块1。在所述混合模块内，提供包含混合部2G和第一保持部2I的反应流体通道2A。
[0076] 与所述反应流体通道2A相通的第一反应流体进入口2C通过外部连接件(未示)与该温度调节模块1的该第一反应流体排出口1F相连接。同样与该反应流体通道2A相通的第二反应流体进入口2D类似地与该温度调节模块1的该第二反应流体排出口1E相连接。这样，该第一和第二反应流体，通过所述温度调节模块1之后，分别流入位于该混合模块2内的通道2A的混合部2G，其中所述两种反应流体彼此混合。可适当选择该混合部2G的几何形状，如图6的放大图所示，用于以最佳方式混合该反应流体。混合之后，所得到的处理流体流入该反应流体通道2A的第一保持部2I，该通道2A基本上形成为平的通道，由此提供大体上层流的处理流体。
[0077] 需要强调的是，该处理模块及热交换模块1-6、7、8的通道的几何形状并不限于图中所示以及关于优选实施例描述的形状，而是可以选择为任何适当的设计。
[0078] 在位于该混合部2G和第一保持部2I内的混合和驻留期间，该化学反应可被该把所述混合模块2夹在中间的两个热交换模块7、8控制温度。
[0079] 该处理流体，通过反应流体排出口2E离开该反应流体通道2A，进入图7-9所示的第一保持模块3的反应流体进入口3C。在那里，该反应流体排出口2E和反应流体进入口3C通过管子等(未示)外部连接。该保持模块3，如其它保持模块4-6一样，主要包含通过软钎焊、熔焊等与第二平板3N-6N连接的第一平板3M-6M。在所述两个平板之间，提供通道
3A-6A用于在驻留时间期间容纳该处理流体。在那里，基本上正弦形的平的通道，通过蚀刻、铣削等被刻(carve)入该第一和/或第二平板的接触面。
3A-6A用于在驻留时间期间容纳该处理流体。在那里，基本上正弦形的平的通道，通过蚀刻、铣削等被刻(carve)入该第一和/或第二平板的接触面。
[0080] 当流经所述反应流体通道3A时，该处理流体被与所述保持模块3相邻的两个热交换模块7、8控制温度，如之前对该温度调节模块1和混合模块2的描述。
[0081] 经反应流体排出口3D离开该第一保持模块3之后，该反应流体经由与先前的保持模块的反应流体排出口相连接的各自的反应流体进入口进入随后的保持模块4-6，如之前对该反应流体进入口3C和该反应流体排出口2E的描述。这样，在经过该最后一个处理模块的排出口6D离开该微反应器系统总成之前，该反应流体可以流经所有随后的保持模块4-6。
[0082] 在每个保持模块3-6内的该驻留时间由该保持容积，即该保持部的通道3A-6A的(宽度×高度)×长度，除以流速来定义的。由此，通过提供单个通道的不同的宽度、长度和/或高度，可获得不同的驻留时间。所以，通过将具有不同的通道几何形状的不同的保持模块相结合，该驻留时间几乎可以任意选择。
[0083] 从图9和12的对比可以看出，其分别显示该第一和第四保持模块3和6的该反应流体进入口3C、6C，分别限定该反应流体通道3A、6A的平的通道的宽度，可以制成小于(图9)、大体等于或大于该反应流体进入口的宽度。
[0084] 如图1、2所示，两个拉杆13将第一和第二框架装置10、9向彼此推，由此压着该堆叠的热交换模块7、8和处理模块1-6彼此抵。将拉杆13放在该微反应器系统总成的周界(circumference)，且在与该热交换模块7、8接触的该框架装置10、9的表面中心提供空腔见图17)，在该微反应器系统总成的周界可获得较高压力。因此，该热交换模块7、8的该热交换流体进入口7B、8B和热交换流体排出口7C、8C，其同样提供在该微反应器系统总成的周界，以较高压力压靠在位于该处理模块1-6内的热交换流体连接通道1H-6H。如果该热交换模块7、8由韧性材料如铝、铜或其合金制成，该进入口和排出口的周界边缘在压力下会稍微变形，由此对夹在其间的该处理模块1-6的表面提供良好的密封。这样，两个随后的热交换模块7、8的热交换流体排出口7C、8C和热交换流体进入口7B、8B经由提供在该中间的处理模块内的该热交换流体连接通道1H-6H不漏流体相通。
[0085] 另外，可提供围绕该热交换流体进入口7B、8B和热交换流体排出口7C、8C的密封圈(密封圈)。在那里，例如在该第一和第二平板7M、7N、8M、8N内，可分别提供环形槽，在其内容纳密封圈(未示)。这样的密封圈可由橡胶、硅或特氟纶(优选)等制成。
[0086] 如从前面的描述可以理解的，按照本发明的微反应器系统总成由于其模块化结构而提供了高灵活性，且允许将具有不同的混合通道几何形状的不同的保持模块结合，由此提供任意选择的驻留时间，尤其对B型反应而言。每个所述处理模块1-6被两个相邻的热交换模块7、8控制温度。由于热传递仅由经过该热交换模块7、8和处理模块1-6的该平板1M-8M、1N-8N的热传导实现，密封等不是必要的。而且，有利地，可关于容纳在其中的该反应物优化该处理模块1-6，例如抗腐蚀和/或压力，而同时，可关于热传递和/或密封特性优化该未与这些反应物接触的热交换模块7、8。
[0087] 在上述实施例中，热交换模块7、8和处理模块1-6彼此交替堆叠，且该热交换流体从第一储存器，经过第一连接部12A，以Z字形线经过所有热交换模块7、8，流入连接至第二连接部12B的第二储存器。由此，该热交换模块7、8的所有热交换流体的连接件提供在内部，没有任何额外的连接件。有利地，可使用标准化的处理模块和热交换模块，这使得以容易的、模组化的方式组装具有不同驻留时间等的不同微反应器变为可能。
[0088] 在上述实施例中，一个温度调节模块1、一个混合模块2和四个保持模块3-6以这个顺序结合起来。然而，这些模块的任意结合是可能的。例如可提供更多温度调节模块以增加在其中加热或冷却这些反应物的通道。对多步骤反应，可提供更多混合模块。可提供不同的保持模块以实现所需的驻留时间。
[0089] 在样本测试中，以如100ml/分钟的给定流速、处理模块的通道长度约1844mm、通道高度10mm和通道宽度0.5-2mm，实现了每个模块的驻留时间6-22秒。这样，可实现高达30分钟的总驻留时间。
[0090] 出人意料地，已经证实连续的处理模块1-6的连续的接并未显著影响该微反应器的温度控制。由于每个处理模块1-6，尤其每个保持模块3-6，可被从两侧非常有效地控制温度(加热、冷却或热缓冲)，反应可在该微反应器内、在宽的温度范围内进行。如所述实施例中的示例，优选地，一个热交换模块7、8从连续的处理模块传递热量，或者将热量传递至连续处理模块1-6(除了最开始的和最后一个热交换模块)。
[0091] 在该处理模块1-6内的这些反应流体通道通过蚀刻、铣削等等形成微结构。由于该热交换模块7、8被分别制作，它们可以制造为不带有该微结构，这样降低成本。此外，由于所述热交换模块7、8不与这些反应物接触，它们不需要耐腐蚀或高的处理压力，因此允许使用对热传递来说最佳的材料。尤其可将下述材料用于热交换模块。
[0092] 铝合金AlMgSil(＝EN AW-6082或EN6082)：
[0093]
[0094] 相反，该处理模块1-6可由下述材料制成，例如：
[0095]
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