本发明涉及一种利用微通道工艺技术处理和/或形成非牛顿流体的方法。

非牛顿流体是粘度随着剪应力或者剪切率的变化而改变的液体。非牛顿流体可包含聚合物、聚合物溶液、乳液、多相液体混合物等等。这些非牛顿流体可用于药物、粘合剂、食品、个人护理用品、涂层组合物等等。在微通道里处理非牛顿流体时会涉及如下问题：当非牛顿流体以高流率流动时，在微通道壁上就产生高速度梯度。这将引起微通道里的高表观粘度和高压降。在本发明的至少 一 个实施方式中提供了该问题的解决方案。

本发明涉及一种方法，该方法包括：在工艺孩i通道（processmicrochannel )里的至少两个过程区内进行单元操作以处理和/或形成非牛顿流体，在每个过程区进行一个不同的单元操作；向非牛顿流体施加有效量的剪应力以减少每个过程区内非牛顿流体的粘度，其中 一个过程区内的平均剪切率与另一个过程区内的平均剪切率相差至少约1.2的因子。在至少一个过程区内，其剪切率可超出约ioo秒-1，在一个实施方式中可超出约1000秒"。在至少 一个过程区内该工艺微通道可具有收敛性横截面，通过使非牛顿流体流过收敛性横截面可向非牛顿流体施加剪应力。
在至少一个过程区内的一个或多个内表面内和/或上，该工艺孩吏通道可包含表面特征，通过非牛顿流体流动与表面特征相接触可向非牛顿流体施力口剪应力。
在至少一个过程区内，该工艺微通道可包含一个或多个内部结构壁，通过非牛顿流体流动与一个或多个结构内壁相接触可向非牛顿流体施加剪应力。
在至少 一个过程区内，该工艺微通道可包含一个或多个内部障碍物，通过非牛顿流体流动与一个或多个内部障碍物相"f妻触向非牛顿流体施加剪应力。
在至少一个过程区内的一个或多个内表面上，该工艺微通道可包含含有空穴和/或突起的涂层，通过非牛顿流体流动与该涂层相接触向非牛顿流体施加剪应力。
在每个过程区内，所述单元操作可包括化学反应、化学分离、浓缩、蒸发、加热、冷却、压缩、膨胀、相分离、混合或者上述两种或多种的组合。
在两个或多个过程区内，可进行相同的单元操作。但是，通道几何形状可以不同以允许工艺流体具有优化的剪应力环境。
在每个过程区内，单元操作可包括加热非牛顿流体、冷却非牛顿流体、通过混合两种或多种流体形成非牛顿流体、使非牛顿流体与一种或多种其他流体和/或固体颗粒物接触和/或混合、利用两种或多种流体进行反应以形成非牛顿流体、利用作为反应物的一种或多种非牛顿流体进行反应、压缩非牛顿流体、使非牛顿流体膨胀、浓缩非牛顿流体、蒸发非牛顿流体、从非牛顿流体中分离一种或多种成分或上述两种或多种的组合。
在本发明方法中，至少 一个过程区内的非牛顿流体的粘度可降至约
105厘泊。附图说明
在所属附图中，相同的部分和特征具有相同的附图标记。许多附图为示意图，其比例可能不准确。
图l为可用于本发明方法的微通道的示意图。
道可被认为具有收敛性横截面。
图3为可用于处理非牛顿流体的微通道处理单元的示意图。
图4-12为可用于图3所示微通道处理单元内的微通道重复单元的示意
图。这些重复单元包含工艺微通道和热交换通道，热交换通道与工艺微
通道相邻并热接触（图7示出了两个相邻的工艺微通道，热交换通道与其中一个工艺微通道相邻并热接触、与另一个工艺微通道热接触。）。工艺微通道包含内表面特征和/或收敛性横截面，以向非牛顿流体施加剪应力。这些重复单元可用于与非牛顿流体交换热。利用均相催化剂可使它们用于进行化学反应，其中非牛顿流体作为反应物和/或产物。
图13为可用于图3中示出的农史通道处理单元的樣i通道重复单元的示意图。该重复单元包含工艺^f敖通道、分批加入通道、位于工艺j鼓通道与分批加入通道之间的带孔部分以及热交换通道。该重复单元可用于混合乳液或多相液体混合物，或利用均相催化剂进行化学反应。
图14为图13所示微通道重复单元的替代实施方式的示意图，其中，第一重复部分和第二重复部分处于互邻位置，第一重复部分包含第一工艺微通道、第一分批加入通道和第一带孔部分，第二重复部分包含第二工艺微通道、第二分批加入通道和第二带孔部分。热交换通道与第一重复部分相邻并热接触，并与第二重复部分热接触。
图15为包含工艺微通道和相邻的热交换通道的重复单元的示意图。该重复单元可用于图3所示的微通道处理单元内。该工艺微通道含有包含催化剂的反应区。位于催化剂上游的工艺微通道内壁包含将剪应力施加于非牛顿流体的表面特征。图15所示催化剂以固体颗粒物床层的形式存在。但是，本说明书中述及的任何催化剂形式均可用于图15所示的工艺微通道。图16为可用于图3所示的微通道处理单元的、包含工艺微通道和相邻
的热交换通道的重复单元的示意图。该工艺微通道含有包含催化剂的反应区。催化剂置于工艺微通道的其中一个内壁之上。相对于催化剂的工艺微通道内壁包含用于向非牛顿流体施加剪应力的表面特征。
除了其中置有催化剂的工艺微通道内壁还包括用于向非牛顿流体施
加剪应力的表面特征、这些表面特征位于催化剂上游之外，图17为类似于图16所示的重复单元的重复单元示意图。
除了图18不包括位于图17所示催化剂下游的表面特征之外，图18为类似于图17所示的重复单元的重复单元示意图。
图19为可用于图3所示的微通道处理单元的、包含工艺微通道和相邻热交换通道的重复单元的示意图。该工艺微通道具有收敛性的横截面。以固体颗粒物床层形式存在的催化剂置于工艺微通道里。但是，本说明书中述及的任何催化剂形式，均可用于图19所示的工艺微通道。
除了该工艺微通道包括两部分、其中一部分具有收敛性横截面、而另一部分具有非收敛性横截面之外，图20为类似于图19所示的重复单元的重复单元示意图。以固体颗粒物床层形式存在的催化剂，置于具有非收敛性横截面的工艺微通道的一部分中。二者择一地，该催化剂不是以固体颗粒物床层形式存在，而是以本发明中所述的其他任何形式存在。
除了催化剂置于具有收敛性横截面的工艺微通道的 一部分中之外，图21为类似于图20所示的重复单元的重复单元示意图。
除了催化剂部分地置于具有收敛性横截面的部分中且部分地置于具有非收敛性横截面的部分中之外，图22为类似于图20所示的重复单元的重复单元示意图。
图23为可用于图3所示微通道处理单元内的重复单元的示意图。该重复单元包含工艺微通道和分批加入通道。带孔部分置于工艺微通道和分批加入通道之间。热交换通道与工艺微通道相邻放置。工艺微通道含有反应区和混合区。混合区位于反应区的上游。工艺微通道包括向非牛顿流体施加剪应力的表面特征。表面特征位于沿工艺微通道的长度的其中一个工艺微通道的内壁上或中。催化剂置于反应区内。图23所示的催化剂以固体颗粒物床层的形式存在。但是，催化剂可以是本说明书中述及的任何形式。进料流在工艺樣i通道里流动。分批加入的流自分批加入通道流过带孔部分而进入工艺微通道里，在此，其与混合区内的进料流接触以形成反应混合物。反应混合物在反应区内流动，并反应形成产物。
除了分批加入进料流的部分与混合区内的进料流相接触、部分与反
应区内的进料流相接触之外，图24为与图23所示的重复单元相同的重复单元的示意图。
除了分批加入进料流与反应区内的进料流相接触之外，图25为类似于图23所示的重复单元的重复单元的示意图。此外，表面特征位于催化剂上游的工艺微通道的相对内壁上和/或中。
除了图26所示的重复单元含有两套相邻的工艺微通道、分批加入通道和带孔部分之外，图26为类似于图25所示的重复单元的重复单元示意图。其中的一套与热交换通道相邻并热接触，而另一套与热交换通道热接触。
图27为热处理之前多孔不锈钢基板的扫描电镜（SEM)闺像。该基板用于制作带孔部分，该带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺孩吏通道之间的流动。
图28为热处理之后如图27所示基板的SEM图像。该基板用于制作带孔部分，该带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺孩t通道之间的流动。
图29为可用于制作带孔部分的特制的多孔基板的SEM图像，所述带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺微通道之间的流动。
图30为可用于制作带孔部分的带孔片的平面示意图。所述带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺微通道之间的流动。
图31为可用于制作带孔部分的带孔片或板的平面示意图。所述带孔部分可用于才是供位于分批加入通道和相邻工艺樣t通道之间的流动。
图32为可用于制作带孔部分的覆盖相对厚的带孔片或板的相对薄的带孔片的示意图。所述带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺孩i通道之间的流动。图33为可用于制作带孔部分的覆盖相对厚的带孔片或板的相对薄的 带孔片的示意图。所述带孔部分可用于提供位于分批加入通道和相邻工 艺微通道之间的流动。该相对薄的片具有透过工艺微通道中的凸出部分。
图34为可用于带孔部分的孔的替代实施方式的示意图。该带孔部分
可用于提供位于分批加入通道和相邻工艺微通道之间的流动。该孔具有 部分地填充该孔且覆盖其侧壁的涂层。
区包含具有填充床结构的催化剂。
区包含具有旁流结构的催化剂。
区包含具有流过结构的催化剂。
图38为可用于本发明方法的工艺孩i通道的示意图，该工艺孩吏通道含
有包含多个翅片的翅片组件，催化剂负载于翅片上。
图39为图38所示的工艺微通道和翅片组件的一个替代实施方式的示意图。
图40为图38所示的工艺微通道和翅片组件的另一个替代实施方式的 示意图。
图，该承载带包含顶面、底面、前边、后边和侧边。孩i槽形成于顶面内。 微槽可通过承载带部分地渗透或全部地渗透。微槽通过承载带的全部渗 透可使得流体沿自顶面至底面的方向流过微槽，或流体沿自底面至顶面 的方向流过微槽。
图42 (a)为可用于图3所示的孩1通道处理单元的工艺孩吏通道的示意 图。该工艺微通道含有如图41所示的微槽承载带，该微槽承载带适于承 载催化剂。图42 (b)为沿图42 (a)所示的线（b) - (b)剖切的图42 (a) 所示的工艺微通道的剖面图。
图43为可用于图3所示孩i通道处理单元的工艺^f敖通道的示意图。除了 图43 (a)所示的工艺微通道含有相对的内壁和负载于置于各个相对的内壁之上的微槽承载带的催化剂之外，该工艺微通道类似于图42 (a)所示 的工艺微通道。图43 (b)为沿图43 (a)所示的线（b) - (b)剖切的图 43 (a)所示的工艺微通道的剖面图。
图44为并排放置的形成复合载体结构的多个微槽承载带的示意图， 每个微槽承载带的前边和后边开口，足以使流体流过这些边。在每个承 载带中的微槽穿透承载带，足以使流体自 一个承载带流过承载带至另一 个承载带。复合载体结构可用于本发明所述的工艺微通道的反应区。
图45为图44所示复合载体结构的分解图的示意图。图45所示的载体 结构包含以交替次序并排放置的四个第 一微槽承载带和四个第二微槽承 载带。每个承载带中的微槽穿透承载带，足以使流体自一个承载带流过 承载带至另 一承载带。第 一微槽承载带采用朝向承载带的前边和第 一侧 边、与承载带的中心轴形成一定角度的农t槽，该角度大于约0。而小于90。， 例如，介于自约60。至约80。的范围之内。第二微槽承载带采用朝向承载带 的前边和第一侧边、与承载带的中心轴形成一定角度的微槽，该角度大 于90。而小于约180。，例如，介于自约100。至约120。的范围之内。
意图:'、p ' 、、'、
图48为具有前表面或第一表面和后表面或第二表面的垫片以及形成 于每一表面内的槽或微槽的示意图。在前表面或第一表面内的槽或微槽 与后表面或第二表面内的槽或微槽相交叉，结果形成了通过垫片内的孔 或开口的多个空穴。通过孔或开口的空穴可称之为表面特征。
图49为包含图48所示的多个垫片的复合结构的分解图的示意图。
压容器的示意图。
图52为作为剪切稀化流体的剪切率的函数的粘度的图示。 图53为用于下述预测压降的试验中的试验装置的示意图。 图54为用于下述预测压降的试验中的、以表示压力传感器的校准曲
线的图示。
图55为利用Brookfield粘度计测量的作为非牛顿流体的剪切率的函数的粘度的图示。
图56为去离子水、作为牛顿流体的去离子水的试验压降和预测压降 进行比较的图示。
图57为利用Brookfield粘度计所测得信息对低粘度非牛顿流体的试 -睑压降和预测压降进行比4交的图示。
图58为利用Brookfield粘度计所测得信息对中粘度非牛顿流体的试 验压降和预测压降进行比较的图示。
图59为利用Brookfield粘度计所测得信息对高粘度非牛顿流体的试 验压降和预测压降进行比较的图示。
图60为利用新的k值和n值对低粘度流体的试验压降和预测压降进 行比较的图示。
图61为微通道内幂律流体的粘度与剪应力比值关系的理论行为的图示。
图62和图65-67为可用于本发明方法的樣l通道处理单元的示意图。 图63为可用于形成图62所示的微通道处理单元的、可用于制作重复 单元的一对垫片和一个孔^1的示意图。
图64为可用于本发明方法的流动分配特征的示意图。 图68为具有两个过程区的工艺微通道的示意图。 图69为具有多个过程区的工艺微通道的示意图。

本说明书中的所有范围和比值限定均可进行组合。可以理解为，除 非有其他特别说明，"a"、 "an"和/或"the"所指代的可包括一或大于一，单 数的指代项也可包括复数的指代项。
术语"微通道"可指至少一高或宽的内部尺寸达约10毫米（mm)的 通道，在一个实施方式中达约5 mm,在一个实施方式中达约2 mm,在 一个实施方式中达约lmm。该孩t通道可包含至少一个入口和至少一个出 口，其中所述至少一个入口不同于所述至少一个出口。该樣i通道可不仅为可用于本发明方法的微通道的实例。参照图1,所示微通道具有高（h)、 宽（W)和长（1),或在相对的方向具有。流体可以沿箭头所示方向流过 微通道。高（h)和宽（W)都垂直于微通道内流体的总体流动方向。该
高度可称之为间隙。该微通道的高（h)或宽（w)可介于约0.05至约10 mm的范围，在一个实施方式中自约0.05mm至约5mm,在一个实施方 式中自约0.05 mm至约2 mm,在一个实施方式中自约0.05 mm至约1.5 mm, 在一个实施方式中自约0.05 mm至约1 mm， 在一个实施方式中自 约0.05 mm至约0.75 mm,在一个实施方式中自约0.05至约0.5 mm。高 (h)或宽（w)的其他尺寸可为任何尺寸，例如，达约3m,在一个实施 方式中约0.01 m至约3m,在一个实施方式中约0.1 m至约3 m。该樣史通 道的长（1)可为任何尺寸，例如，达约10m,在一个实施方式中自约0.1 m至约10m,在一个实施方式中自约0.2 m至约10 m,在一个实施方式 中自约0.2m至约6m,在一个实施方式中自约0.2 m至约3 m。虽然图1 所示的孩t通道具有矩形的一黄截面，〗旦是可以理解为，该孩吏通道可以具有 任何形状的横截面，例如，正方形、圆形、半圆形、梯形等。该微通道 的横截面的形状和/或尺寸可以随其长度变化。例如，其高或宽可随该微 通道的长度由相对较大的尺寸逐渐变小为相对较小的尺寸，也可随该微 通道的长度由相对较小的尺寸逐渐变大为相对较大的尺寸。详述见图2。 图2所示的微通道可以是图1所示微通道的一种替代实施方式。图2 所示微通道具有由最大值变为最小值的横截面面积。最小的横截面面积 可在微通道的出口处，最大的一黄截面积可在入口处。该孩i通道可称之为 具有"变窄的横截面"。该微通道可称之为具有"收敛的横截面"的微通道。 图2所示的微通道可称之为梯形微通道。该微通道具有两个尺寸的高度， 一个是最小尺寸（h1)，而另一个是最大尺寸（h2)。该高度自W至W逐 渐增大。二者择一地，该微通道可具有形状为圆形、椭圆形、三角形等 的横截面。该微通道具有介于约0.05mm至约10mm范围的至少一个尺 寸的高（h1)，在一个实施方式中自约0.05 mm至约5 mm，在一个实施 方式中自约0.05 mm至约2 mm，在一个实施方式中自约0.05 mm至约 1.5 mm,在一个实施方式中自约0.05mm至约1 mm,在一个实施方式中一个实施方式中自约0.05 mm至约0.5
mm。宽（w)可为任何尺寸，例如，达约3 m,在一个实施方式中自约 0.01m至约3m,在一个实施方式中自约0.1 m至约3 m。长（l)可为任 何尺寸，例如，达约10m,在一个实施方式中自约O.lm至约10m，在 一个实施方式中自约0.2 m至约6 m。其最大横截面面积可至少约为其最 小横截面面积的两倍（2X)，在一个实施方式中为至少约5倍（5X),在 一个实施方式中为至少约最小横截面面积的2 0倍（2 0 X)。当流体沿着图 2所示方向的微通道内的线性流动路径流动时，该微通道内流动流体的线 速度（或反应物与催化剂之间的局部接触时间）可增大。沿箭头所示方 向的该微通道内流动的非牛顿流体可能经受增大的剪切力，结果导致粘 度的降低。通过引用将WO 03/099429 Al所公开的带有变化的横截面面 积的微通道的内容合并于本发明中。
术语"单元操作"可指进行下述操作时的工艺和/或装置或其两种或多 种的组合：化学反应、化学分离（包括吸收、吸附、蒸馏、萃取）、浓缩、 蒸发、蒸馏、加热、冷却、压缩、膨胀、相分离、混合。
术语"微通道处理单元"可指包含处理非牛顿流体的至少一种工艺微 通道的装置。非牛顿流体的处理可包含进行一种或多种单元操作。其可 包含加热流体、冷却流体、通过混合两种或多种流体形成流体（可以是 非牛顿流体，也可以不是非牛顿流体）、使该流体与另一种流体接触（可 以是非牛顿流体，也可以不是非牛顿流体），利用作为反应物的一种或多 种非牛顿流体进行反应、通过一种或多种流体的反应形成非牛顿流体（可 以是非牛顿流体，也可以不是非牛顿流体）、从非牛顿流体中分离该非牛 顿流体的一种或多种成分，或者上述两种或多种的组合。该微通道处理 单元可包含可平行操作的多个工艺微通道、供流体流入工艺微通道的集 管或歧管、供流体流出工艺微通道的底管或歧管。该微通道处理单元可 包含一个或多个分批加入通道，例如与一个或多个工艺樣t通道相邻ii置 的分批加入微通道。该^鼓通道处理单元可包含一个或多个热交换通道， 例如与工艺微通道相邻和/或热接触、以冷却和/或加热工艺微通道内含物 的热交换微通道。术语"工艺微通道"可指在其中进行处理的微通道。该处理可涉及上 述任何单元操作。
术语"过程区"可指工艺微通道内的进行一 个或多个单元操作的区域。
术语"微通道反应器"可指包含用于进行反应的一个或多个工艺微通 道的装置。该微通道反应器可包含可平行操作的多个微通道、供流体流 入工艺微通道的集管或歧管、供流体流出工艺微通道的底管或歧管。该 樣t通道反应器可包含一个或多个分批加入通道，例如与一个或多个工艺 微通道相邻放置的分批加入微通道。该微通道反应器可包含一个或多个 热交换通道，例如与工艺微通道相邻和/或热接触、以冷却和/或加热工艺 微通道内含物的热交换微通道。
术语"结构壁"或"sw"可指通道内壁，例如其表面上放置或固定有一
个或多个带或垫片的^f敖通道壁。该带或垫片可含有一个或多个空隙空间、
开口或透孔。例如，参见图48-49。这些可称之为表面特4正。两层或多层 带或垫片可一层叠于另一层之上或并排放置，以提供一种置于或固定于 通道壁之上的多孔结构。开口的总体流动区域或间隙可置于与结构壁相 邻的工艺孩i通道内。
术语"结构壁反应器"可指包含至少一种工艺微通道的微通道反应 器，其中所述工艺微通道含有一种或多种结构壁。可由一种或多种该结 构壁承载催化剂。开口的总体流动区域或间隙可置于与结构壁相邻的工 艺微通道内。
关于工艺微通道内容积的术语"容积"可包括工艺流体可流过或旁流 (flowby)的工艺微通道内的所有容积。该容积可包括孩i槽承载体的《鼓槽 内的容积，该承载体可置于工艺孩l通道内并适于流体以流过或流经的方 式流动。该容积可包括表面特征内的容积，该表面特征可置于工艺农史通 道内并适于流体以流过或旁流的方式流动。
术语"垫片"可指平的或基本上是平的薄片或板。该垫片的厚度可以 是该垫片的最小尺寸并可达约2 mm，在一个实施方式中介于约0.05 mm 至约2mm的范围内，在一个实施方式中介于约0.05 mm至约lmm的范围内，在一个实施方式中介于约0.05mm至约0.5mm的范围内。该垫片 可具有任何的长和宽。
术语"表面特征，，可指微通道壁内的凹陷和/或从微通道壁伸出的突 起，所述突起调节微通道内的流动和/或混合。该表面特征可以是圆形、 球形、平截头体、椭圆形、正方形、矩形、带角矩形、方格型、V形、 叶片状、翼型、波状等。该表面特征可含有亚特征，其中该表面特征的 主壁进一 步含有较小的表面特征，所述较小的表面特征可以为切口形、 波浪形、锯齿形、穴状、刺状、方格形、扇贝状等。该表面特征可具有 深度、宽度，对于非圆形表面特征来说可具有长度。图46-47中示出了实 例。该表面特征可形成于本发明所使用的工艺微通道的一个或多个内壁 的上面或里面。该表面特征可形成于本发明所使用的热交换通道的一个 或多个内壁的上面或里面。该表面特征可称为钝化（passive)表面特征 或钝化混合特征。该表面特征可用于干扰层流流线型，并产生与总体流 动方向呈一个角度的平流。此可增强流体成分间或流体成分与催化剂之 间的接触。该表面特质可包含形成于结构壁内的空穴和/或突起，例如， 参见图48-49。
术语"微槽"可指深度达约IOOO微米的基板内的槽，在一个实施方式 中介于约1至约IOO(H鼓米的范围内，在一个实施方式中介于约1至约500 微米的范围内，在一个实施方式中介于约1至约IOO微米的范围内。该 微槽可经过该微槽的部分或全部长度而全部渗透通过基板。该微槽可仅 部分地通过该基板。可在渗入该基板的最深点测得该微槽的深度。该微 槽的宽度可达约IOO(H鼓米，在一个实施方式中介于约0.1至约IOO(H鼓米 的范围内，在一个实施方式中介于约1至约500微米的范围内。该宽度 可以是该微槽最宽点测得的宽度。该微槽可以具有任何长度，例如达约 100 cm,在一个实施方式中约0.1至约100 cm,在一个实施方式中约O.l 至约10cm。该微槽可具有任何形状的横截面。其实例包括正方形、矩形、 V形、半圆形、燕尾形、梯形等。该微槽的横截面的形状和/或尺寸可随
微槽的长度变化。
当术语"相邻的"用于描述一个通道的位置相对于另一通道的位置时，其可以指直接地相邻，从而一个壁将两个通道分开。该壁的厚度可
术语"热接触"可指两个主体，例如通道，二者不必相互接触或相邻， ^旦仍可以相互换热。因此，例如与另一主体热4妻触的一个主体可加热或 冷却该另一主体。
术语"总体流动区域"可指工艺微通道内的开放区域。连续的
(contiguous )总体流动区域可使得快速流体流过工艺微通道而不出现明
显压降。在一个实施方式中，在总体流动区域内可以有层流。总体流动
区域可包含至少约5%,在一个实施方式中约30%至约80%的工艺微通道
的内部容积或工艺微通道的坤黄截面面积。
术语"总体流动方向"可指流体在通道内的开^各所流过的向量。 术语"停留时间"，也可称之为"平均停留时间"，是指由流过通道的流
体所占有的通道的内部容积除以在使用温度和压强下流过通道的流体的
平均体积流量。
术语"上游"和"下游"可指在通道内（例如工艺微通道）的相对于通道 内流体流的流动方向的位置。例如， 一部分流体流流向^f旦仍未到达的通 道内的位置为那部分流体流的下游。 一部分流体流已流过的通道内的位 置将是那部分流体流的上游。术语"上游"和"下游"不一定指的是垂直位 置，因为本发明中所使用的通道可设置为水平方向、垂直方向或一定的 倾斜角度。
术语"标准立方英寸"或"标准立方米"可指在温度为20。C和常压下所 测得的体积。
术语"标升"可指在温度为20。C和常压下所测得的体积。 术语"表压"可指绝对压强，其小于常压。例如，零大气压的表压对
应于常压。但是，在该全文和所附权利要求中，除非有其他说明，所有
的压强是指绝对压强。
术语"周期"可指反应物通过工艺微通道的单次通过。
术语"每小时每克催化剂的毫升数"可指每小时每克催化剂所生成的
产物的体积（ml),其中催化剂的克数指的是催化剂中的催化物质而不是可能存在的任何载体。
术语"收率"可指反应物转化为特定产物的摩尔数除以所转化的反应
物的摩尔数。收率可由反应物的转化率乘以所涉及的（in question)产物 的选择率计算得知。
用于描述在通道内流动的流体的速率的术语"表观流速"可指在标准 气压和温度下的体积流率除以通道的开口 （open)纟黄截面面积。
术语"不混溶的"可指一种液体不溶于另一种液体，或者在25。C每升 仅可溶至约1毫升的程度。
术语"水不溶性"可指在25。C不溶于水的材料，或者在25。C每升仅可 溶至约0.1 g/ml的浓度。
术语"流体"可指气体、液体、含有固体分散体的气体或液体、含有 液滴的气体、含有气泡的液体、含有液滴和固体分散体的气体，或含有 气泡和固体分散体的液体。
术语"多相混合物"可指含有两相或多相的组分。该多相混合物可包 含连续液相以及分散于该连续液相中的一种或多种不连续液相、气相和/ 或固相（例如固体颗粒）。该多相混合物可以是乳液。
术语"乳液"可指含有连续液相和分散于该连续液相中的一种或多种 不连续液相的组分。该乳液可包4舌分散于一种或多种该液相中的一种或 多 种气相和/或固相。
术语"热源"可指散发热量并可用于加热另一种物质或装置的物质或 装置。该热源可以是其中含有热交换流体的热交换通道的形式，所述热 交换通道将热传递到另一种物质或装置；例如，所述另一种物质或装置 可以是与热交换通道相邻或热接触的通道。该热交换流体可在热交换通 道内和/或可流过该热交换通道。该热源可以是力o热元件的形式，例如电 加热元件或电阻加热器。
术语"热沉"可指吸热并可用于冷却另 一物质或装置的物质或装置。 该热沉可以是其中含有热交换流体的热交换通道的形式，所述热交换通 道吸收^v另一种物质或装置传递的热；例如，该另一种物质或装置可以 是与热交换通道相邻或热接触的通道。该热交换流体可在热交换通道内和/或可流过该热交换通道。该热沉可以是冷却元4牛的形式，例如非流体冷却元件。
术语"热源和/或热沉"可指可以散热或吸热的物质或装置。该热源和/或热沉可以是其中含有热交换流体的热交换通道的形式，当另 一物质或装置待加热时所述热交4灸通道传热至与热交换通道相邻或热4妻触的该另一物质或装置，或者当另 一物质或装置待冷却时所述热交换通道吸收与热交换通道相邻或热接触的该另 一物质或装置所传递的热。用作热源和/或热沉的热交换通道有时可用作加热通道而有时可用作冷却通道。热交换通道的一部分或数部分可用作加热通道，同时热交换通道的另一部分或数部分可用作冷却通道。
术语"热交换通道"可指可散热和/或吸热的其中含有热交换流体的通
道。该热交换通道可以是孩i通道。
术语"传热壁"可指工艺孩i通道与相邻的热交换通道间的共用壁，其中热从一个通道通过共壁传递至另 一个通道。
术语"热交换流体"可指可以散热和/或吸热的流体。
当术语"相邻的"用于描述一个通道的位置相对于另一通道的位置时可以指直接地相邻，从而一个壁可把两个通道分开。该壁的厚度可变化。
术语"热接触"可指两个主体，例如通道，二者不必相互接触或相邻，但仍可以相互交换热。因此，例如与另一主体热4妻触的一个主体可加热或冷却该另一主体。
术语"停留时间"，也可称作"平均停留时间"，是指由流过通道的流体所占有的通道的内部容积除以在使用温度和压强下流过通道的流体的平均体积流量。
术语"梯度催化剂"可指具有一个或多个催化活性梯度的催化剂。该梯度催化剂可以具有变化的浓度或表面积的催化活性金属。该梯度催化剂可具有变化的周转率的催化活性位点。该梯度催化剂可具有物理性能和/或作为距离的函数而变化的形式。例如，该梯度催化剂在工艺微通道入口处可具有相对较低的活性金属浓度，而接近该工艺微通道出口处增至较高的浓度，或在工艺微通道入口处可具有相对较高的活性金属浓度，而接近该工艺微通道出口处降至较低的浓度；或者越接近工艺微通道的中心（即中点）催化活性金属的浓度越低，越接近工艺微通道壁催化活性金属的浓度越高，或越接近工艺微通道的中心（即中点）催化活性金属的浓度越高，越接近工艺微通道壁催化活性金属的浓度越低。梯度催化剂的热导率从工艺微通道内的 一个位置至另 一位置可以改变。通过改变恒定表面积载体上的催化剂活性金属部位的尺寸、或者通过改变该载体的表面积诸如改变载体类型或粒度可以改变梯度催化剂的表面积。梯度催化剂可具有多孔载体，在每处涂覆相同催化剂涂层之后，其中载体的表面积与其体积的比率在工艺微通道的不同部分更高或更低。可以组合使用两种或多种上述实施方式。该梯度催化剂可含有单一的催化成分或多重的催化成分（例如双金属或三金属催化剂）。作为距离的函数，该梯度催化剂自工艺微通道的一个位置至另一位置可逐渐改变其性能和/或成分。该梯度催化剂可包含在每一颗粒内有"蛋壳"分布的催化活性金属
的凸缘式颗粒（rimmed particles )。该梯度催化剂可在轴向方向沿工艺樣i通道的长度或沿横向呈梯度分布。自工艺微通道的一个位置至另一位置，该梯度催化剂可含有不同的催化剂组分、不同负载和/或许多催化活性位。通过改变催化剂结构的孔隙度，可改变催化活性位的数目。这可通过利用涂覆变化量的催化物质的洗覆工艺完成。在一个实例中沿工艺微通道的长度使用不同厚度的多孔催化剂，由此所需活性越高的地方可存留的多孔结构越厚。也可利用厚度固定或变化厚度的多孔催化剂的孔隙度的变化。与用于流动的开;^文区域或间隙相邻处可使用第一孔尺寸，而与工艺微通道壁相邻处可使用至少 一第二孔尺寸。
术语"碳氢化合物"可指纯粹的碳氢化合物；即脂肪族化合物（例如烷烃或烯烃）、脂环族化合物（例如环烷烃、环烯烃）、芳香族化合物、脂肪烃和脂环烃取代的芳香族化合物、芳香烃取代的脂肪族化合物、芳香烃取代的脂环族化合物等。实例可包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、环己烷、乙基环己烷、曱苯、二曱苯、乙苯、苯乙烯等。术语"碳氳化合物"可指取代的碳氢化合物；即含有非碳氢化合物取代物的碳氢化合物。非碳氩化合物取代物的实例可包括羟基、酰基、硝基等。术语"碳氢化合物"可指杂取代碳氢化合物；即在链或环上含有非碳原子而在其他位置含有碳原子的碳氢化合物。杂原子的实例可包括，例如氮、氧和硫。
在碳氢化合物中，每十个碳原子中存在的取代物或杂原子可以为：在一个实施方式中，不超过约3个，在一个实施方式中，不超过约1个。
术语"mm"可指毫米。术语"nm"可指纳米。术语"ms"可指毫秒。术语"pm"可指微米或千分之一毫米。术语"微米"和"千分之一毫米"具有相同的意思，可以互用。
本发明方法中所处理和/或所形成的非牛顿流体可包含呈现非牛顿特性的任何流体聚合物或聚合物组合物（例如聚合物溶液）。该非牛顿流体可包含一种或多种聚合物或聚合物溶液。该非牛顿流体可包含一种或多种熔化的聚合物。该聚合物可与水或有机溶剂或分散介质组合。该非牛顿流体可包含呈现非牛顿特性的多相混合物或乳液。该多相混合物或乳液可包含一种或多种聚合物。该溶液、多相混合物和/或乳液可包含含水组合物。
该聚合物可包含一种或多种均聚物、共聚物、三元共聚物等。该聚合物可包含源自 一种或多种可聚合单体的重复单元，该单体包括烯烃（例如乙烯、丙烯、异丁烯等）、环烯烃、二烯类（例如丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯）、醚类、酯类、胺类、羧酸酯类、醋酸酯类、丙烯酸类、甲基丙烯酸类、丙烯酸酯类、曱基丙烯酸酯类（例如曱基丙烯酸酯、甲基丙烯酸曱酯）、乙烯基醋酸酯、苯乙烯、乙烯类（例如氯乙烯）、偏二烯类(例如偏二氯乙烯、偏二氟乙烯）、丙烯腈、氰基丙烯酸酯（例如甲基氰基丙烯酸酯）、四氟乙烯，以及其中两种或多种的组合物。该聚合物可包含一种或多种热塑性树脂。
该聚合物可包含一种或多种聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、橡胶改性聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯聚合物和共聚物、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯（ABS)共聚物、聚甲基丙烯酸曱酯、聚羧酸酯类等。
该聚合物可包含一种或多种共聚物、三元共聚物等，其源自乙烯和/或丙烯以及一种或多种功能性单体，例如丙烯酸烷基酯、丙烯酸、烷基丙烯酸、乙烯基醋酸酯等。这些实例可包括乙烯/丙烯醋酸酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯/乙基丙烯酸酯共聚物、乙烯/丁基丙烯酸酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、含有钠或锌的乙烯/曱基丙烯酸共聚物（也称为离子聚合物），酸、酐或丙烯酸酯改性乙烯/乙烯醋酸酯共聚物、酸或酐改性乙烯/丙烯酸酯共聚物、酐改性聚乙烯，
以及其中两种或多种的混合物。
该聚合物可包含一种或多种天然橡胶、再生橡胶、合成橡胶等。该聚合物可包含一种或多种聚异戊二烯、聚氯丁二烯、苯乙烯丁二烯橡胶、增粘性天然或合成橡胶、苯乙烯丁二烯或苯乙烯异戊二烯嵌段共聚物，
乙烯和乙烯基醋酸酯的无规共聚物、乙烯-乙烯-丙烯酸三元共聚物、聚异丁烯、聚（乙烯醚）、聚（丙烯酸）酯等。
该聚合物可包含丙烯酸与一种或多种聚烯基聚醚交联的一种或多种
均聚物或共聚物。这些反应物可从美国诺誉公司（Noveon)得到，其商品名称为Carbopol。
应用本发明方法进行处理和/或所形成的非牛顿流体可包^^呈现非牛顿特性的任何多相流体混合物。该多相流体混合物可以是乳液。该多相流体混合物可包含可不互溶的两种或多种液体。可包括与其它液体中的一种或两种不互溶的第三种液体。每种液体可以是有机的、含水的或其组合物。例如， 一种液体可包含苯而另一种液体可包含甘油。其中一种液体可以是离子液体（例如l-丁基-3-曱基咪唑啉）而另一种可以是有机液体。其中一种液体可包含水，而另一种液体可包含诸如油的疏水性有机液体。该多相流体混合物可包含油包水型（w/o)或水包油型（o/w)乳液。该多相流体混合物可包含双重乳液，例如水/油/水乳液（w/o/w)或油/水/油（o/w/o)乳液。尽管该有才几材料可以是或不是油，术语"油，，
可用作指代多相流体混合物的有机相。其中一种液体存于多相流体混合
物中的浓度可介于约0.1重量％至约99.9重量％的范围内，在一个实施方式中为约1重量％至约99重量％,在一个实施方式中为约5重量％至约95重量％,另一种流体弥补其差额。第三液体在使用时存于多相流体混合物的浓度可达至约50重量％,在一个实施方式中为约0.1重量％至约20重量％,在一个实施方式中为约0.5重量％至约10重量％。
多相流体混合物中的液体的 一种或多种可包含一种或多种液态烃。这些液态烃可包括天然油、合成油、或其混合物。该天然油可包括动物油和才直物油（例如，蓖麻油、猪油）以及矿物油。该天然油可包括源自煤或页岩的油。该油可以是源自三S交甘油酯类的可皂化油，例如大豆油、芝麻油、棉籽油、红花油等。该油可以是硅油。该油可以是脂肪族或环烷烃碳氢化合物，诸如凡士林、海鲛、角鲨烯、或者一种或多种二烷基环己烷，或者上述两种或多种的混合物。合成油可包括烃油，诸如聚合和互聚烯烃（例如，聚丁烯、聚丙烯、丙烯异丁烯共聚物等）；聚（l-己烯）、聚（l-辛烯）、聚（l-癸烯）等和其混合物；烷基苯（例如，十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二- (2-乙基己基）苯等）；聚苯（例如二苯、三联苯、烷基化聚苯等）；烷基化二苯醚和烷基化二苯硫及其衍生物、类似物及其同类物等。通过酯化、醚化等进行端羟基改性的烯烃氧化物的聚合物和互聚物及其衍生物是可用的合成油。该合成油可包含聚-a-烯烃或费-托合成碳氢化合物。该油可包含正常的液态烃燃料，例如，诸如由美国试验材料协会标准规范D439 ( ASTM Specification D439 )所定义的车用汽油、或者由美国试验材料协会标准规范D396所定义的柴油或燃料油的蒸馏燃料。
该多相流体混合物可包含一种或多种脂肪醇、脂肪酸酯或其混合物。该脂肪醇可以是格尔伯特(Guerbet)醇。该脂肪醇可含有约6至约22个碳原子，在一个实施方式中为约6至约18个碳原子，在一个实施方式中为约8至约12个碳原子。该脂肪酸酯可以是直链上含约6至约22个碳原子的直链脂肪酸的酯、或者是含约6至约22个碳原子的支链脂肪醇，直链上含约6至约13个碳原子的支链羧酸的酯、或者是含约6至约22个碳原子的支链脂肪醇，或其混合物。实例包括十四烷基肉豆蔻酸酯、十四烷基棕榈酸酯、十四烷基硬脂酸酯、十四烷基异硬脂酸酯、十四烷基油酸酯、十四烷基山嵛酸酯、十四烷基芥酸酯、十六烷基肉豆蔻酸酯、十六烷基棕榈酸酯、十六烷基硬脂酸酯、十六烷基异硬脂酸酯、十六烷基油酸酯、十六烷基山嵛酸酯、十六烷基芥酸酯、十八烷基肉豆蔻酸酯、十八烷基棕榈酸酯、十八烷基硬脂酸酯、十八烷基异硬脂酸酯、十八烷 基油酸酯、十八烷基山嵛酸酯、十八烷基芥酸酯、异十八烷基肉豆蔻酸 酯、异十八烷基棕榈酸酯、异十八烷基硬脂酸酯、异十八烷基异硬脂酸 酯、异十八烷基油酸酯、异十八烷基山嵛酸酯、异十八烷基芥酸酯、肉 豆蔻酸油醇酯、棕榈酸油醇酯、 >哽脂酸油醇酯、异^更脂酸油醇酯、油酸 油醇酯、山嵛酸油醇酯、芥酸油醇酯、二十二烷基肉豆蔻酸酯、二十二 烷基棕榈酸酯、二十二烷基硬脂酸酯、二十二烷基异硬脂酸酯、二十二 烷基油酸酯、二十二烷基山嵛酸酯、二十二烷基芥酸酯、瓢儿菜醇肉豆 蔻酸酯、瓢儿菜醇棕榈酸酯、瓢儿菜醇硬脂酸酯、瓢儿菜醇异硬脂酸酯、 瓢儿菜醇油酸酯、瓢儿菜醇山嵛酸酯、瓢儿菜醇芥酸酯。该脂肪酸酯可
包含：含约18至约38个碳原子的羟基羧酸与含约6至约22个碳原子的 直链或支链脂肪醇形成的酯（例如苹果酸二辛酯）；含约6至约22个碳 原子的直链或支链脂肪酸与多羟基醇（例如丙二醇、二聚脂肪醇或三聚 脂肪醇）和/或格尔伯特醇形成的酯；基于约6至约18个碳原子的一种或 多种脂肪酸的甘油三酸酯；基于约6至约18个碳原子的一种或多种脂肪 酸的甘油单酸酯、甘油双酸酯和甘油三酸酯的混合物； 一种或多种脂肪 醇和/或约6至约22个碳原子的格尔伯特醇与一种或多种芳香族羧酸（苯 甲酸）形成的酯； 一种或多种含2至约12个碳原子的二元羧酸与一种或 多种含1至约22个碳原子的直链或支链醇、或与 一种或多种含有2至约 10个碳原子和2至约6个羟基的多元醇、或与上述醇和多元醇的混合物 而形成的酯； 一种或多种含2至约12个碳原子的二元羧酸（例如邻苯二 曱酸）与一种或多种含1至约22个^_原子的醇（例如丁醇、己醇）形成 的酯；苯甲酸与含约6至约22个碳原子的直链和/或支链醇形成的酯；或 者其中两种或多种上述物质的混合物。
该多相流体混合物可包含： 一种或多种含约6至约22个碳原子的支 链伯醇； 一种或多种含约6至约22个碳原子的直链和/或支链脂肪醇碳酸 酯；基于一种或多种含约6至约22个碳原子的一种或多种脂肪醇的一种 或多种格尔伯特醇碳酸酯； 一种或多种其中每个烷基含1至约12个碳原 子的萘二甲酸二烷基（例如，二乙基己基）酯；其每个烷基含约2至约22个碳原子的一种或多种直链或支链、对称或非对称的二烷基醚；与含 2至约10个碳原子和2至约6个羟基的多元醇形成的含约6至约22个碳 原子的环氧脂肪酸酯的一种或多种开环产物；或者两种或多种上述物质 的混合物。
该多相流体混合物可包含一相或多相中的水。该水可耳又自任何1更利 资源。利用渗透或蒸馏可对水进行去离子化或纯化。
该多相流体混合物可包含一种或多种乳化剂和/或表面活性剂。该乳 化剂和/或表面活性剂可包含在Griffm体系中其亲水亲油平衡值(HLB)介 于0至约18范围内的离子或非离子化合物，在一个实施方式中为约0.01 至约18。该离子化合物可以是阳离子或两性化合物。实例包括那些公开 于McCutcheons Surfactants and Detergents, 1998，北美和国际版(North American & International Edition)中的离子化合物。北美版第1 -235页和 国际版第1-199页中所公开的的乳化剂的内容通过引用并入并发明中。可 使用的乳化剂和/或表面活性剂包括烷醇胺（例如三乙醇胺）、烷基芳基磺 酸盐、胺氧化物、聚(氧化烯)化合物、包括含有烯基氧化物重复单元的嵌 段共聚物、羧基化醇乙氧基化物、乙氧基化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧 基化胺和酰胺、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酯和油、脂肪酯、脂肪 酸酰胺、甘油酯、乙二醇酯、山梨醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂及其衍 生物、木质素及其衍生物、甘油单酯及其衍生物、烯烃磺酸盐、磷酸酯 及其衍生物、丙氧基化和乙氧基化脂肪酸或醇或烷基酚、山梨聚糖衍生 物、蔗糖酯及其衍生物、硫酸盐或醇或乙氧基化醇或脂肪酯、十二烷基 和十三烷基苯磺酸盐或浓缩的萘或石油、磺基琥珀酸盐及其衍生物、以 及十三烷基和十二烷基苯磺酸。该乳化剂和/或表面活性剂可包含： 一种 或多种聚亚烷基乙二醇；含有约12至约22个碳原子的甘油或山梨聚糖 和脂肪酸的一种或多种部分酯化物；或其混合物。该乳化剂和/或表面活 性剂可包含药物上可接受的诸如卵磷脂的材料。乳液中这些乳化剂和/或 表面活性剂的浓度可达至该乳液的20重量％，在一个实施方式中可介于 自约0.01重量至约5重量％的范围，在一个实施方式中可介于自约0.01 重量至约2重量％的范围。在一个实施方式中，其浓度可达至约2重量％,在一个实施方式中可达至约1重量％，在一个实施方式中可达至约0.5重量％。
该多相流体混合物可含有 一种或多种添加的功能添加剂。这些功能 添加剂可与所用的任何液体预混合形成多相混合物或乳液。这些功能添
加剂可包括：防紫外因子（例如，3-苯亚甲基樟脑及其衍生物、4-氨基苯 甲酸衍生物、水杨酸酯、二苯酮的衍生物、亚节丙二酸酯、三嗪衍生物、 2-苯基苯并咪唑-5-磺酸及其盐、二苯基酮的磺酸衍生物及其盐、苯甲酰 基曱烷的衍生物）；蜡（例如，小烛树蜡、棕榈蜡、日本蜡、软蜡、米油 蜡、甘蔗蜡、蜂蜡、石油冻、聚亚烷基蜡、聚乙二醇蜡）；稠度因子（例 如，脂肪醇、羟基脂肪醇、偏甘油酯、脂肪酸、羟基脂肪酸）；增稠剂（例 如，诸如黄原胶、瓜尔胶（guar-guar)的多糖以及羧甲基纤维素、聚乙二 醇单酯和双酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮）； 富脂剂（例如，羊毛脂、卵磷脂、多元醇脂肪酸酯、甘油一酸酯、脂肪 酸烷醇酰胺）；稳定剂（例如，脂肪酸的金属盐，诸如镁、铝或锌的硬脂 酸盐或蓖麻醇酸盐）；聚合物（例如，阳离子聚合物，诸如阳离子纤维素 衍生物、阳离子淀粉、二乙烯基铵盐和丙烯酰胺的共聚物、季铵化乙烯 基吡咯烷酮/乙烯基咪唑聚合物、聚丙晞亚胺（polyethyeneimine)、阳离 子有机硅聚合物、聚氨基聚酰胺；阴离子、两性离子、复合离子和非离 子聚合物）；有机硅化合物（例如，二甲基聚硅氧烷；曱基苯基聚硅氧烷； 环状有机硅；氨基、脂肪酸、醇、聚醚、环氧、氟、葡糖苷和/或烷基改 性有机硅化合物；二曱基硅油（simethicones); 二甲聚硅氧烷 (dimethi函e);脂肪；蜡；卵磷脂；磷脂；生物试剂(例如,生育酚、 抗坏血酸、脱氧核糖核酸、视黄醇、氨基酸、植物提取物、复合维生素）； 抗氧化剂（例如，氨基酸、咪唑、多肽、类胡萝卜素、胡萝卜素、脂酮 酸及其衍生物、金硫葡萄糖、丙基硫氧嘧啶、硫代二丙酸二月桂酯、磺基肟化合物、诸如a-羟基脂肪酸的金属螯合物、诸如柠檬酸或乳酸的a-羟基酸、腐植酸、胆汁酸、EDTA、 EGTA、叶酸及其衍生物、诸如维生 素A、 C或E的复合维生素、芪类及其衍生物）；除臭剂；止汗药；祛屑 剂；膨胀剂（例如蒙脱土、粘粒矿物）；驱虫剂；自鞣剂（例如二羟丙酮）; 酪氨酸抑制剂(脱色剂）;助水溶物（hydrotropes)(例如，乙醇、异丙醇 和诸如用于改进流动特性的甘油和亚烷基二醇的多元醇）；助溶剂；防腐 剂（例如，苯氧乙醇、甲醛溶液、苯甲酸酯类、戊二醇、山梨酸）、芳香 油（例如，花、果皮、根、木材、香草和牧草、针叶和枝、树脂和香脂 的提取物以及包括酯、醚、醛、酮、类和烃在内的合成香料）；染料等。 多相流体混合物中的这些添加剂的浓度均可达约20重量％,在一个实施 方式中自约0.01重量％至约10重量％，在一个实施方式中自约0.01重量 %至约5重量％,在一个实施方式中自约0.01重量％至约2重量％,在一 个实施方式中自约0.01重量％至约1重量％。
该多相流体混合物可含有一种或多种固体颗粒物。该固体颗粒物可 以是有机物、无机物或其组合物。该固体颗粒物可包含催化剂（例如， 诸如Ce02/BaAl12019、 Pt/Al203的燃烧催化剂、聚合催化剂等）、色素（例 如，Ti02、炭黑、氧化铁等）、填充剂（例如，云母、二氧化硅、滑石、 硫酸钡、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龙粉末、曱基丙烯酸曱酯粉末）等。 该固体颗粒物可包含纳米尺寸的颗粒。该固体颗粒物可具有介于约0.001 至约IO微米的平均粒径，在一个实施方式中自约0.01至约1微米。在该 多相流体混合物中，该固体颗粒物的浓度可达约70重量％的范围，在一 个实施方式中，基于乳液的重量为自约0.1重量％至约30重量％。
该多相流体混合物可包含一种或多种分散于连续相中的非连续相。 该非连续相可包含气泡、液滴和/或具有达约200微米的基于体积的平均 粒径的固体颗粒物，在一个实施方式中自约0.01微米至约200微米，在一个实施方式中自约O.OU鼓米至约IO(H鼓米，在一个实施方式中自约O.Ol 微米至约50微米，在一个实施方式中自约0.01微米至约25微米，在一 个实施方式中自约0.01微米至约10微米，在一个实施方式中自约0.01 微米至约5微米，在一个实施方式中自约0.01微米至约2微米，在一个 实施方式中自约0.01微米至约1微米，在一个实施方式中自约0.01微米 至约0.5微米，在一个实施方式中自约0.01微米至约0.2微米，在一个实 施方式中自约0.01 ;微米至约0.1孩i米，在一个实施方式中自约0.01孩i米 至约0.08微米，在一个实施方式中自约0.01微米至约0.05微米，在一个 实施方式中自约0.01孩吏米至约0.03孩吏米。
该非连续相可包含水，以及该连续相可包含有机液体。该非连续相 可包含有机液体，以及该连续相可包含水或另一种有机液体。该连续相 可含有分散于或悬浮于连续相中的固体颗粒物。该非连续相可含有气泡、 固体颗粒物和/或包裹于非连续相的液滴内的液滴。本发明的优点是，在 至少一个实施方式中，气泡、液滴或颗粒具有相对较窄的气泡尺寸、液 滴尺寸或颗粒尺寸分布。在一个实施方式中，分散相中的气泡尺寸、液 滴尺寸或颗粒尺寸可以被绘制成一正态分布曲线。
"相对间距"常被称作"间距"。它是由体积分布而计算出的无量纲参 数。与体积平均液滴尺寸(VMD)—样，D[v,O.l]和D[v,0.9]表示点的直 径，在所述点10%和90%体积的分散的液体分别为较小直径的液滴。该 间距可定义为D[v,0.9]减去D[v,0.1]然后除以VMD (D[v,0.5])。气泡、液 滴或颗粒物的间距可介于约0.005至约10，在一个实施方式中为约0.01 至约IO,在一个实施方式中为约0.01至约5，在一个实施方式中为约0.01 至约2,在一个实施方式中为约0.01至约1,在一个实施方式中为约0.01 至约0.5,在一个实施方式中为约0.01至约0.2,在一个实施方式中为约 0.01至约0.1。在一个实施方式中，本发明方法可在单个处理孩吏通道中实施，该间距可介于约0.01至约0.5。在一个实施方式中，本发明方法可在 使用多个工艺《鼓通道的》文大工艺中实施，该间距可介于约0.01至约1。
在一个实施方式中，气泡、液滴和/或固体颗粒物的基于体积的直径 可介于约0.01微米至约200微米，其间距可介于约约0.005至约10。在 一个实施方式中，其基于体积的平均直径可介于约0.01微米至约100微 米，其间距可介于约0.01至约5。在一个实施方式中，其基于体积的平 均直径可介于约0.01微米至约50微米，其间距可介于约约0.02至约5。 在一个实施方式中，其基于体积的平均直径可介于约0.01微米至约10 微米，其间距可介于约约0.05至约2.5。在一个实施方式中，其基于体积 的平均直径可介于约0.01微米至约5微米，其间距可介于约约0.01至约 2。在一个实施方式中，其基于体积的平均直径可介于约O.Ol微米至约1 微米，其间距可介于约0.005至约1。
本发明方法中所处理和/或形成的多相流体混合物可具有如下优点： 使制造者以浓缩的形式输送多相流体混合物，因此使终端使用者能够添 加诸如水或油的附加成分，以得到完全按配方制造的终产物。
由本发明方法而进行处理和/或所形成的多相流体混合物可具有许多 应用。这些应用可包括希望其中乳化剂或表面活性剂的浓度得以降低的 个人皮肤护理产品（例如，防水防晒霜、防水护手霜或防水润手露）。
由本发明方法而进行处理和/或所形成的多相流体混合物可用作涂料 或涂层。这些涂料或涂层可包括具有强耐气候性的防水乳胶漆。该多相 流体混合物可用作粘合剂、胶、腻子胶、防水密封胶等。在这些成分中 包括有水相，其可以减少这些产物中的挥发性有机化合物（VOC)的问 题。
本发明的方法可用于各种食品加工的应用中，特别是用于连续处理操作。本发明的方法可用于处理和/或生产农药，其中使用具有窄分布的液 滴大小的分散相有利于在叶子上扩散化学药品，且使用较小浓度的化学 品有利于提供的增强的防水性能。本发明的方法可用于处理和/或生产诸 如杀虫剂的农药，其中希望使用的分散相的液滴尺寸小于可见光波长。
本发明的方法可用于处理和/或生产乳化润滑剂和燃料。这些乳化润 滑剂和燃料可包括诸如那些可用于柴油机的车载燃料乳化系统。
本发明的方法可用于乳化聚合过程。例如，可以把表面活性剂中的 单体与催化剂一起溶解。
本发明的方法可用于速凝含有沥青的乳液。这些乳液可用作水泥或
者诸如道路、车道等的沥青表面的表面修琢。这些乳液可含有自约60重 量％至约70重量％的沥青，其可被喷洒于进行处理的表面上。可在这些
供一种不渗水表面密封剂，也可提供改良的表面紋理。
应用本发明的方法处理和/或制备的多相流体混合物可包含有机硅乳 液。这些乳液可用于处理纤维和其他基质以改变其抗水性能。
本发明的方法可用于结晶工艺，例如连续结晶工艺。该方法可用于 分离、提纯和/或制造特定尺寸的粉末。此类晶体的实例包括高精制糖。 在乳化结晶中，熔体可在乳化液滴中结晶以使其均相成核的发生率比在 熔融体中低。不用溶剂时可实施该工艺，因此可具有低资本成本和低运 行成本的优点。
本发明的方法可用于处理和/或制造液晶。由于分散相可"锁定"于合 适的位置，因此该方法所形成的液晶有助于减少乳化剂和/或表面活性剂 的使用。
洗涤剂、织物涂层等。本发明的方法可用于制造药物，其中其优点是:R供带有窄分布的液 滴尺寸的分散油相。这些药物可包括口服或可注射组合物，以及皮肤病 用乳高、洗剂和眼科药品。本发明的方法所获得的液滴尺寸和分布可增 强药物效能，并可使用于必需治疗的药物的使用量降低。这也具有避免 或限制使用非水溶性溶剂成分的优点，所述非水溶性溶剂成分会溶解使 用于包装材料中的有机物质。为了避免被脾或肝排泄出去，这些应用中 的分散油相的液滴尺寸可达约0.5微米，在一个实施方式中为自约0.01
至约0.2微米的范围，在一个实施方式中为自约0.01至约0.1微米。使用 本发明的方法处理或制造的多相流体混合物可起到作为不溶性或难溶性 药物（例如，布洛芬、安定、灰黄霉素、环孢素、可的松、普诺肯、依 托泊苷、紫杉醇、细胞毒素、维生素E、 a-生育酚等）的乳液载体的作用。 公布号为2003/0027858A1的美国专利申请中公开的药物化合物或药物、 油和表面活性剂中的多种可用于使用本发明的方法制备药物组合物；该 专利出版物所公开的此类化合物或药物、油和表面活性剂通过引用被合 并于本发明中。使用本发明的方法的优点涉及如下事实：可以避免许多 与在保持无菌环境的同时使用常规高剪切混合设备以试图获得具有窄液 滴尺寸分布的小液滴相关的问题。
本发明涉及使用一种或多种处理微通道，其中每个工艺微通道具有 两个或多个过程区，在每个过程区内进行一种或多种不同的单元#:作。 通过每一单元操作，处理和/或形成非牛顿流体。
该单元才喿作可包含化学反应、化学分离（包括吸附（即吸收和/或吸 附）蒸馏、提取）、浓缩、蒸发、加热、冷却、压缩、膨胀、相分离、混 合或者上述两种或多种操作的组合。因此，例如，本发明的方法可包含 在第一过程区内加热非牛顿流体，然后在第二或后续过程区中与非牛顿 流体进行化学反应。在化学反应过程中可以加热或冷却该非牛顿流体。该方法可包含在第 一处理区中混合各种不同成分以形成该非牛顿流体， 然后在第二或后续过程区内冷却该非牛顿流体。
本发明的方法可用于加热该非牛顿流体、冷却该非牛顿流体、通过 混合两种或多种流体（可以是或不是非牛顿流体）形成该非牛顿流体、 将非牛顿流体与一种或多种其他流体（可以是或可以不是非牛顿流体） 和/或固体颗粒物接触和/或混合、利用两种或多种流体（可以是或不是非 牛顿流体）进行反应以形成非牛顿流体、利用作为反应物的一种或多种 非牛顿流体进行反应、压缩该非牛顿流体、使该非牛顿流体膨胀、浓缩 该非牛顿流体、蒸发该非牛顿流体、从该非牛顿流体中分离一种或多种 成分、或者上述两种或多种的组合。
本发明的方法包括向该非牛顿流体施加剪应力，该剪应力在每一单 元操作之前和/或操作过程中足以降低其粘度。在实施该发明方法之前，
该非牛顿流体可具有介于约10-3至约108厘泊范围内的粘度，在一个实施 方式中为自约102至约105厘泊。每一个过程区内的粘度可降至约105厘 泊的水平，在一个实施方式中为自约10-5至约105厘泊，在一个实施方式 中为自约10-3至约103厘泊，在一个实施方式中为自约10-3至约IO厘泊。 在每一个过程区内，剪切率可超过约IOO秒"，在一个实施方式中超 过约250秒"，在一个实施方式中超过约500秒"，在一个实施方式中超 过约750秒-1,在一个实施方式中超过约1000秒"，在一个实施方式中超 过约2500秒-1,在一个实施方式中超过约500秒"，在一个实施方式中超 过约7500秒"，在一个实施方式中超过约10,000秒"，在一个实施方式中 超过约50,000秒"，在一个实施方式中超过约100,000秒"。 一个过程区 内的平均剪切率与另 一个过程区内的平均剪切率相差至少约1.2的因子， 在一个实施方式中相差至少约1.5的因子，在一个实施方式中相差至少约 2的因子，在一个实施方式中相差至少约3的因子，在一个实施方式中相差至少约4的因子，在一个实施方式中相差至少约5的因子，在一个实 施方式中相差至少约7的因子，在一个实施方式中相差至少约IO的因子， 在一个实施方式中相差至少约20的因子，在一个实施方式中相差至少约 30的因子，在一个实施方式中相差至少约40的因子，在一个实施方式中 相差至少约50的因子，在一个实施方式中相差至少约75的因子，在一 个实施方式中相差至少约IOO的因子。
本发明方法的优点涉及利用非牛顿流体的特性和在相同的工艺微通 道中优化不同单元操作的通道尺寸。图68示出了具有不同过程区的工艺 微通道：过程区1和过程区2。可在过程区1中进行第一单元操作，可在 过程区2中进行不同的单元操作。可利用非牛顿流体的粘度对剪切率的 依赖性选择微通道尺寸，以使每一过程区内的工艺效率最大化。同样， 图69示出了含有多个或"n"个过程区的工艺微通道。N的值可以是任何数 值，例如自3至约20,在一个实施方式中自3至约10,在一个实施方式 中自3至约5。
过程区内的平均剪切率Y平均可由下式确定，其中A表示过程区内的 湿表面积：
^考二 ~
该表面积A包含过程区内的工艺微通道的内表面积，所述内表面积 包括在工艺微通道壁上和/或中的突起和/或空穴（例如，源自表面特征或 结构壁）。该表面积A不包括催化剂或吸附材料的表面。
在一个实施方式中， 一个过程区内的平均剪切率比在工艺微通道内 的至少约25%的过程区的平均剪切率要大至少约1.2的因子。在一个实施 方式中， 一个过程区内的平均剪切率比在工艺微通道内的至少约50%的 过程区的平均剪切率要大至少约1.2的因子。参照图3，可利用包括微通道处理单元核102、工艺流体集管104和 产物底管106在内的孩i通道处理单元100实施该方法。该樣t通道处理单 元核102可含有多个工艺微通道，所述工艺微通道用于进行两个或多个 单元操作以处理和/或形成非牛顿流体。该微通道处理单元核102可选才奪 性地含有与每一工艺微通道和/或一种或多种热交换通道相邻的 一种或多 种分批加入通道。该分批加入通道和/或热交换通道可以是孩i通道。该工 艺微通道和选择性分批加入通道和/或热交换通道可以 一层置于另 一层之 上的方式叠放各层或并排放置。该工艺集管104可为第一流体流提供通 道以流进工艺微通道内。第一流体可以是牛顿流体或非牛顿流体。如箭 头110所示，该第一流体流可通过集管104流进该j鼓通道处理单元100。 选择性地，如箭头112所示，该第二流体流可通过集管104流进该微通 道处理单元100。选才奪性地， 一种或多种附加流体流（图3中未示出）也 可通过集管104流进工艺微通道里。第二流体和/或附加流体可以是牛顿 流体或非牛顿流体。该流体流可在集管104内混合而流进该工艺微通道， 或者它们可流进微通道处理单元核102内和在该工艺微通道里混合。二 者择一地，该流体流可在集管104的上游混合，然后流过集管104而进 入该工艺孩i通道里。该产物底管106可为产物提供自该工艺樣吏通道流动 的通道中。该产物可以是牛顿的或非牛顿的。如箭头114所示，该产物 自孩i通道处理单元核102流经产物底管106，并从产物底管106流出。一 种或多种第一流体流、第二流体流、附加流体流、流体流混合物和/或产 物包含非牛顿流体。该产物可通过该;微通道处理单元核102反向循环任 何次数，例如一次、两次、三次、四次等。如箭头116所示，该热交换 流体可流进工艺微通道处理单元核102内，如箭头118所示，通过工艺 孩吏通道处理单元核102内的热交换通道，并乂人工艺孩t通道处理单元核102 流出。该微通道处理单元100可用于连接储存器、泵、歧管、阀、流量控制器、导管等，其在附图中未示出，但对本领域技术人员而言是显而 易见的。
该微通道处理单元核102可包含对非牛顿流体进行一种或多种单元 操作的多个微通道处理单元。该;微通道处理单元核102可含有任何数量 的这些重复单元，例3。一个、两个、三个、四个、五个、六个、7\个、
十个、几百个、几千个等。图4-26和图42-43中示出了这些数量的实例。 在一个实施方式中，该工艺樣l通道在至少一个过程区内可具有收敛 的横截面（参见图2、图8-12或图19-22),并且通过使非牛顿流体流过 收敛的横截面向该非牛顿流体施加剪应力。在一个实施方式中，该工艺 微通道在至少一个过程区内的一个或多个内表面上或其内可包含表面特 征（参见图46-47),并且通过使非牛顿流体与表面特征相接触的方式流 动向该非牛顿流体施加剪应力。在一个实施方式中，该工艺j敖通道在至 少一个过程区内可包含一个或多个内部的结构壁（参见图48-49),并且 通过使非牛顿流体与 一个或多个结构壁相接触的方式流动向该非牛顿流 体施加剪应力。结构壁里面的空穴和/或突起可称之为表面特征。在一个 实施方式中，该工艺微通道在至少一个过程区内的一个或多个内表面上 可包含含有空穴和/或突起的涂层，并且通过使非牛顿流体与涂层相接触 的方式流动向该非牛顿流体施加剪应力。在一个实施方式中，该工艺微 通道在至少一个过程区内可包含内部节流装置（例如，静态混合器、坝 段（monol池）、棱（rib )等），并且通过使非牛顿流体与节流装置相接触 的方式流动向该非牛顿流体施加剪应力。
参照图4，重复单元200包含工艺《鼓通道210和热交换区270。该工 艺微通道210可含有两个或多个过程区。热交换区270包含热交换通道 272。工艺流体按箭头215和216所示方向在工艺^t通道内流动。在热交 换通道272内的热交换流体以相对于在工艺微通道210内的流动为错流的方向流动。该热交换通道272可用于沿着工艺微通道210的长度提供 特定的加热或冷却剖面。该工艺微通道210包括相对的侧壁212和214。 侧壁212可称作传热壁。表面特征217设置于侧壁212之上和/或里面。 该工艺流体可包含第 一流体流、或第一流体流和第二流体流的混合物,可 选择地可包含一种或多种附加流体流。 一种或多种该流体流和/或流体混 合物可以是非牛顿流体。如箭头215所示，该工艺流体自该工艺流体集 管104流进工艺微通道210。工艺微通道内的流体的流动以及与表面特征 217的接触提供了剪应力在非牛顿流体上的应用，所述剪应力足以降低非 牛顿流体的粘度。在工艺微通道210内可以对非牛顿流体进行一个或多 个单元操作。如箭头216所示，所得产物流出工艺微通道210。该产物自 重复单元200流向并流过产物底管106。热交换流体在热交换通道272 内流动并与工艺微通道210换热。热交换通道272与工艺樣i通道210之 间的换热将导致冷却和/或加热该工艺微通道210。
除了表面特征217置于侧壁214而不是侧壁212上面之外，图5所 示重复单元200A与图4所示重复单元200相同。
除了表面特征217既置于侧壁212上面又置于侧壁214上面之外， 图6所示重复单元200B与图4所示重复单元200相同。
除了重复单元200C包括两个工艺微通道210和210A而不是一个工 艺孩i通道之外，图7所示微通道重复单元200C与图6所示重复单元200B 相同。重复单元200C包括工艺农i通道210、 210A和热交换区270。如箭 头215和215A所示，在操作中，第一流体流或第一流体流和第二流体流 的混合物（以及可选择性的一种或多种附加流体流）自工艺流体集管104 分别流进工艺微通道210和210A内。 一种或多种工艺流体和/或流体混 合物可以是非牛顿流体。如上所述，工艺流体接触表面特征217和217A。 这在非牛顿流体上施加了剪应力从而降低了粘度。该工艺流体在工艺微通道210和210A内流动。在工艺樣t通道210和210A内进行一种或多种 单元纟喿作。如箭头216和216A所示，所得产物/人工艺孩t通道210和200A 流出。如箭头114所示，该产物自工艺孩t通道210和210A流向并流过产 物底管106，并从工艺^t通道处理单元100流出。在热交换通道272内流 动的热交换流体在工艺微通道210和210A内与工艺流体进行换热。
除了重复单元200D内的工艺微通道210具有收敛的横截面之外，图 8所示重复单元200D与图4所示重复单元200相同。接近箭头215、位 于工艺微通道210入口处的横截面大于接近箭头216、位于工艺微通道 210出口处的横截面。基于如下事实：重复单元200的表面特征不包括于 重复单元200D内，所以重复单元200D也不同于重复单元200。操:作中， 通过使非牛顿流体流过收敛的横截面将剪应力施加于工艺微通道210内 的非牛顿流体上。当流体流过工艺微通道210时，流体的速率增加。非 牛顿流体的粘度降低。在工艺微通道210内流动的流体的压降减少。在 工艺孩i通道210内进行一种或多种单元操作。
除了重复单元200E内的工艺微通道210包括具有收敛的横截面的收 敛区间218以及具有非收敛的横截面的非收敛区间219之外，图9所示 的重复单元200E与图8所示的重复单元200D相同。通过使非牛顿流体 在收敛区间218内流动将剪应力施加于非牛顿流体之上。这将导致粘度 的降低。在非收敛区间219流动的过程中，非牛顿流体的黏度可以增加。
除了表面特征217形成于内壁214之上或里面之外，图IO所示重复 单元200F与图8所示重复单元200D相同。在该实施方式中，通过组合 利用收敛的横截面和表面特征217可得到增加的剪应力。
除了表面特征217设置于内壁212上而不是设置于内壁214上面之 外，图11所示重复单元200G与图10所示重复单元200F相同。
除了表面特征217既设置于内壁212上面又置于内壁214上面之外，图12所示重复单元200H与图10所示重复单元200F相同。
参照图13，微通道重复单元2001包含工艺微通道210、分批加入通 道240、带孔部分250和热交换区270。该工艺樣么通道210包括至少两个 过程区和相对的侧壁212和214。表面特征217设置于侧壁212之上。侧 壁212也被称作传热壁。带孔部分250设置于侧壁214内，其为工艺微 通道210和分批加入通道240的共壁。该带孔部分250可纟皮称作多孔部 分或多孔基质。该带孔部分250可包含有具有多个穿过其延伸的孔的片 或板。下面将详述带孔部分240的其它的实施方式。分批加入通道240 通过带孔部分250向工艺微通道210开口 。该分批加入通道240可以是 带有排出口 243的流过通道或是末端封闭的通道。该工艺微通道210具 有混合区211,并自混合区211的上游和/或下游具有非孔区域（附图中 未示出）。该混合区211与带孔部分250相邻。该混合区211可具有限制 的横截面以促进混合。如方向箭头215所示，在操作中，第一流体流流 进工艺孩i通道210中，并流进混合区211。如箭头242所示，第二流体流 流进分批加入通道240中，然后如箭头244所示流过带孔部分250,并流 进混合区211。在混合区211中，第二流体流与第一流体流接触并混合以 形成多相混合物或乳液。第二流体流可在第一流体流内形成非连续相（例 如气泡、液滴）。第一流体流可形成连续相。流体与表面特征217相接触， 从而将剪应力施加于流体之上。第 一和/或第二流体流和/或所产生的多相 混合物或乳液可以是非牛顿流体。所施加的剪应力降低了非牛顿流体的 粘度。如箭头216所示，该多相混合物或乳液自混合区211由工艺微通 道210流出。第一和/或第二流体流可含有均相催化剂，可在工艺孩i通道 210内进行第一流体流和第二流体流之间的反应。如上所述，部分第二流 体流可流过分批加入通道240内的开口 243并反向循环至集管104,而剩 余的第二流体流可流过带孔部分250。该-微通道重复单元2001具有包括热交换通道272的热交换区270。 当需要加热或冷却时，热交换流体流过热交换通道272,并加热或冷却工 艺微通道210和分批加入通道240内的流体。加热或冷却的程度可以根 据工艺微通道210和分批加入通道240的轴向长度变化。在工艺纟鼓通道 210和分批加入通道240的一些区间内，力口热或冷却可以忽略或不存在， 而在其他区间为中等或4交高。二者才奪一地，该热交"t灸流体可以相对于工 艺微通道210内流体的流动为逆流或错流的方向流动。二者4奪一地，利 用加热或冷却介质而不用热交^奂流体可实现加热或冷却。例如，利用电 加热元件可实现加热。利用非流体冷却元件可实现冷却。电加热元件和/ 或非流体冷却元件可用于形成工艺孩i通道210和/或分批加入通道240的 一种或多种壁。沿着工艺樣t通道210的轴向长度可^f吏用多种加热或冷却 区。类似地，沿着工艺微通道210的长度可使用不同温度下的多种热交 换流体。
当流体自工艺微通道的入口流向工艺微通道的出口时，流过工艺微 通道210的流体可经历压降。该压降使得工艺《鼓通道210内的内压可自 接近工艺微通道入口的高点逐渐降至接近工艺微通道出口的低点。为了 产生尺寸相对均匀的气泡或液滴，希望沿着带孔部分250的轴向长度能 横越带孔部分250基本上保持恒压差。为此，分批加入通道240内的内 压可沿着其轴向长度而降低，以适应因流体流过工艺微通道而导致的工 艺微通道210内的内压降。此可通过提供微通道的形式的分批加入通道 240来实现，从而在分批加入通道内流动的第二流体流所经历的压降类似 于流体流过工艺微通道210经历的的压降。
在一个实施方式中，沿带孔部分250的轴向长度，该带孔部分250 可包含第二流体流的多个离散的进料31入点而不是连续的可1入点。该离 散的进料引入点的数量可以是任何数字，例如， 一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、十个、二十个、五十个、 一百个等。
除了重复单元200J具有彼此相邻设置的第一重复部分205A和第二 重复部分205之外，图14所示微通道重复单元200J与图13所示孩i通道 重复单元200I相同。第一重复部分205包含第一工艺孩吏通道210、第一 分批加入通道240和第一带孔部分250。第二重复部分205A包含第二工 艺微通道210A、第二分批加入通道240A和第二带孔部分250A。工艺微 通道210包括表面特征217,工艺微通道210A包括表面特征217A。热 交换通道272与第一重复部分205相邻并热接触，且远离第二重复部分 205A但与其热接触。
图15所示的微通道重复单元200K包含工艺微通道210,工艺微通 道210包括至少两个过程区，其中之一包括其中放置有催化剂222的反 应区220,以及包括热交换通道272的热交换区270。图15所示的催化 剂222为固体颗粒物床层的形式。但是，该说明书中所述的任何催化剂 形式可用于图15中所示的工艺微通道。表面特征217置于反应区220上 游的相对侧壁212和214上和/或中。如箭头215所示，在操:作中，第一 流体流或第一流体流和第二流体流的混合物、以及选择性的一种或多种 附加的流体流进入反应区220,其与催化剂222相接触并反应形成产物。 一种或多种该流体和/或流体的混合物可以是非牛顿流体。通过使非牛顿 流体流动与表面特征217相接触向非牛顿流体施加剪应力。此将降低非 牛顿流体的粘度。如箭头216所示，产物流出反应区220。
图16所示的微通道重复单元200L包含工艺^f鼓通道210,工艺樣i通道 210包括至少两个处理区，其中之一包括其中放置有催化剂222的反应区 220,以及包括热交换通道272的热交换区270。催化剂222置于内壁214 上。表面特征272置于相对内壁212上。催化剂222可置于固定于内壁 214之上的载体上。催化剂可以为本说明书中所述的任何形式。如箭头215所示，在揭:作中，第一流体流或第一流体流和第二流体流的混合物、
以及选择性的一种或多种附加的流体流进入反应区220,其与催化剂222相接触并反应形成产物。当非牛顿流体流过工艺微通道210并与表面特征217相接触时，向非牛顿流体施加剪应力，该非牛顿流体可以是一种或多种反应物流体流和/或产物。施加于非牛顿流体的剪应力降低了非牛顿流体的粘度。
除了重复单元200M包括在催化剂222上游的内壁214上的附加表面特征之外，图17所示的重复单元200M与图16所示的重复单元200L相同。重复单元200M内的附加表面特征217 4是供附加的剪应力，因此
除了在重复单元200N内已去除反应区下游的表面特征217之外，图18所示的重复单元200N与图17所示的重复单元200M相同。相比于重复单元200M,此将4吏流出反应区220的产物上的剪应力降低。
除了重复单元200O包括含有催化剂222的反应区220之外，图19所示的重复单元200O与图8所示的重复单元200D相似。图19所示催化剂222为固体颗粒物床层的形式。但是，本说明书中所述的任何催化剂形式均可用于反应区220内。该反应物和/或产物可以是非牛顿流体。该工艺孩i通道210具有收敛的4黄截面，该收名支的横截面将剪应力施加于在工艺微通道内流动的流体上。此将降低非牛顿流体的粘度。通过置于热交换区270内的热交换通道272提供热交换。
除了重复单元200P包括含有催化剂222的反应区220之外，图20所示的重复单元200P与图9所示的重复单元200E相同。图20所示催化剂222为固体颗粒物床层形式。但是，可使用说明书中所述的任何催化剂形式。该工艺微通道210包括收敛区间218和非收敛区间219。该反应区220置于非收敛区间219内。属于非牛顿流体且可包含第一流体或者第 一 流体和第二流体的混合物以及选择性的 一种或多种流体的反应物，
如箭头215所示在工艺微通道210内流动，其与催化剂222相接触，并形成如箭头216所示流出工艺^t通道210的产物。将剪应力施加于在收敛区间218中流动的非牛顿流体上，从而非牛顿流体的粘度得以降低。在热交换区270内的热交换通道272与工艺j鼓通道210之间可4是供热交换。
除了反应区220置于工艺微通道210的收敛区间218内而不是置于如图20所示的非收敛区间219内之外，图21所示的重复单元200Q与图20所示的重复单元200P相同。
除了反应区220部分置于工艺孩吏通道210的收敛区间218内和部分置于工艺微通道210的非收敛区间219内之外，图22所示的重复单元200R与图20所示的重复单元200P相同。
图23中示出了微通道重复单元200S。重复单元200S包含工艺微通道210、分批加入通道240和带孔部分250。共同侧壁214将工艺孩吏通道210和分批加入通道240分开。带孔部分250置于共壁214内。带孔部分250含有可以使第二流体流流过带孔部分的多个孔。该工艺微通道210包括两个反应区，其中一个为混合区211，另一个为反应区220。催化剂222置于反应区220内。混合区211在反应区220的上游。表面特征217置于工艺^:通道220的侧壁212上和/或中。侧壁212可称之为传热壁。如箭头215所示，第一流体流流进工艺^f鼓通道210内，并流进混合区211。如箭头242所示，第二流体流流进分批加入通道240内，如箭头244所示，自分批加入通道240通过带孔部分250而流进混合区211内。如箭头242所示，分批加入通道240内的第二流体流的流动方向与如箭头215所示的工艺微通道210内的第一流体流的流动方向为平流关系。可选择地，分批加入通道240内的第二流体流的流动可相对于工艺微通道210内的第一流体流的流动为逆流或错流。第一流体流和第二流体流在混合区211内相互接触并形成反应混合物。该反应混合物自混合区211流进
反应区220,其与催化剂接触并反应以形成产物。如箭头216所示，产物从工艺微通道210流出。第一流体流、反应混合物和/或产物可以是非牛顿流体。当非牛顿流体与表面特征217相接触时，向非牛顿流体施加剪应力。施加于非牛顿流体上的剪应力降低了非牛顿流体的粘度。热交换区270内的热交换通道272与分批加入通道240和工艺樣i通道210内的工艺流体进行换热。
在图23所示的重复单元200S的一替代实施方式中，可在混合区211与反应区220之间的工艺微通道210内设置附加的混合区。
除了部分第二流体流与混合区211内的第一流体流混合、部分第二流体流与反应区220内的第一流体流混合之外，图24所示的重复单元200T与图23所示的重复单元200S相同。在混合区211内与第一流体流混合的第二流体流的量可以占第二流体流的约1体积％至约99体积％,在一个实施方式中占第二流体流的约5体积％至约95体积％，在一个实施方式中占第二流体流的约10体积％至约90体积％，在一个实施方式中占第二流体流的约20体积％至约80体积％,在一个实施方式中占第二流体流的约30体积％至约70体积％,在一个实施方式中占第二流体流的约40体积％至约60体积％。剩余的第二流体流在反应区220内与第一流体流混合。
除了重复单元200U不含有独立的混合区211之外，图25所示的重复单元200U与图24所示的重复单元200T相同。此外，在重复单元200U内，工艺微通道210的侧壁212和214在反应区220的每个上游的表面上和/或里面具有表面特征217。通过重复单元200U,第二流体流流过带孔部分250而进入反应区220内，其与第一流体流在反应区220相接触并在催化剂222的存在下反应形成产物。如箭头216所示，该产物然后流出工艺孩t通道210。
除了重复单元200V包含两套相邻的工艺微通道、分批加入通道和带孔部分之外，图26所示的重复单元200V与图25所示的重复单元200U相同。其中一套与热交换通道272相邻而另一套远离热交换通道272但与其相接触。
在一个替代实施方式中，该重复单元可包含两个工艺孩i通道和一个分批加入通道。在该实施方式中，该重复单元可包含第一工艺微通道、第二工艺微通道和位于第 一 工艺微通道和第二工艺微通道之间的分批加入通道。每一工艺樣吏通道可具有带孔部分的壁。表面特征可置于每一工艺微通道内的一个或多个侧壁上和/或中。催化剂可置于每一工艺微通道内。第一流体在第一工艺微通道和第二工艺微通道内流动，其与催化剂相接触。第二流体自分批加入通道流过第一工艺微通道的带孔部分与催化剂和第一流体相接触，并通过第二工艺微通道的带孔部分与催化剂和第 一流体相接触以形成反应产物。非牛顿流体在工艺纟鼓通道内流动并与表面特征相接触。其降低了非牛顿流体的粘度。
微通道处理单元核102可由任何可提供足够强度、尺寸稳定性和热传递特性以便可进行本发明的方法的操作的任何材料成，所述微通道处理单元核102包括工艺孩i通道、分批加入通道和热交换通道以及任何工艺集管、工艺底管、热交换集管、热交换底管等，。这些材料可以包括钢；铝、钛；镍、柏；铑；铜；铬；黄铜；上述任何金属的合金；聚合物（例如，热固性树脂）；陶资；玻璃；包含一种或多种聚合物的复合物（例如热固性树脂）和玻璃纤维；石英；硅；或其中两种或多种的组合物。
可通过使用形成于此通道内一个、两个或多个内壁上的表面特征以调节工艺微通道210、分批加入通道240和/或热交换通道272内的流动和/或混合。该表面特征可以为一个或多个通道壁的凹陷和/或凸起物的形式。这些表面特征可设置成相对于流过通道的方向呈一定的角度。相对
于流动方向，该表面特征可以自约1°至约89。的角度排列，在一个实施方式中自约3。至约75。的角度排列。该方位角可以是斜角。带角度的表面特4正可以向着流动的方向或背向流动的方向排列。与表面特4i相4妻触的流体的流动可促使一种或多种流体流进表面特征内的凹陷中，而其他流体可在表面特征上流动。在表面特征内的流动可顺应表面特征并与通道内的总体流动方向呈一个角度。当流体离开表面特征时，其可沿x、 y、 z
坐标体系的x方向和y方向施力口动量，其中其总体流动在z方向上。这
可能导致流体流动中的搅动或转动。当所引入的速率梯度可以产生使其中的一个相分裂成小而易分散的液滴的流体剪切力时，该模式有助于混
合两相流动。
工艺微通道210内两个或多个表面特征区域可串行放置，从而利用第一表面特征区域、然后利用至少一个第二表面特征区域而实现形成多相混合物或乳液的流体的混合，在所述第二表面特征区域可使用不同的流动模式。第二流动模式可用于从流体混合物中分离 一种或多种液体或气体。在第二表面特征区域内，流动模式可用于产生一种向工艺^L通道的内壁驱动一种液体的离心力，而另一种液体停留于流体核内。可产生强中心涡流的 一种形式的表面特征可包含在工艺微通道顶端和底部上的一对角槽。表面特征的此模式可用于产生一个中心旋涡流动模式。
该带孔部分250可包含形成每一工艺孩t通道210的一个或多个内壁的部分的内部。表面特征片可覆盖带孔部分的该内部。表面特征可形成于表面特征片中和/或上面。第二流体可流过带孔部分和表面特征片而进入工艺微通道内。部分第二流体从表面特征片的表面分开，而部分第二流体在表面特征片的表面特征内流动。该表面特征片可含有相对于整个流动长度具有相对较小的宽度或间距的带角的表面特征。该表面特征片可为带孔部分提供机械支持。该表面特征可为工艺微通道内的流体引入旋涡流动模式，并促使两相的良好混合或促使小乳液液滴的形成。该涡流流动模式可向流过带孔部分的第二流体引入剪切力，并因此减小总体流动通路内液滴的尺寸。
图46-47示出了表面特征的实例。该表面特征可具有一个置于另一个上面的方式叠放或以三维模式交织的两层或多层。每一分离的层的模式可以相同或不同。流动可在每层或l又一层内循还或平流输送。可与通道的总体流动通路不相邻的亚层可用于产生附加的表面区域。该流动可在第水平面的表面特征中循还，并分子扩散至第二或更多亚层内以促进反应。可通过金属铸造、光化学机械加工、激光切割、蚀刻、消融或其他方法来制作三维表面特征，其中不同的模式可分解成分离的平面就像一个置于另一个上面的方式叠放一样。三维表面特征可设置成与相邻微通道内的总体流动通路相邻，其中所述表面特征具有不同的深度、形状和/或位置，并伴随有具有不同深度、形状和/或位置的模式的亚特征。
使用表面特征或具有模式的全蚀刻板可有利于为用于形成带孔部分的薄或不结实的带孔板或片提供结构支持。在一个实施方式中，该带孔片可由聚合材料制成，该聚合材料具有非常小的平均孔径（小于1微米），但不能经受迫使第二流体流过带孔部分进入工艺微通道所需的高压差(大于约10psi，或大于约50psi,或大于约100psi,或者更大）。结构支持所需的无支架跨距可自工艺微通道的横截面减小至表面特征的无支架跨距，并且沿表面特征的长度延伸。如果带孔片或板降低其机械完整性，则该表面特征的间距可制作得如所需要的那样更小。该表面特征的优点之一是可在表面特征内出现对流，从而可在带孔部分的壁处产生显著的剪应力，以协助小液滴的分离。三维表面特征结构的 一个实施例可包括在与微通道的总体流动通路
相邻的界面处的带切槽的人字形紋（chevrons )。在人字形紋下面，可有与总体流动通路相邻的表面特征相连接的 一 系列三维结构，但该三维结构由不同形状、深度和/或位置的结构物制成。可进一步有利地提供亚层通道，该通道不直接处于与微通道内的总体流动通路相邻的开口表面特征之下，但通过一种或多种弯曲的二维或三维通道连接。该方法有利于在微通道内产生特定的停留时间分布，在此种情形下可期望具有较宽的而非更窄的停留时间分布。
可以与定义微通道的长度和宽度相同方式来定义表面特征的长度和宽度。该深度可以是表面特征沉入微通道表面或从微通道表面伸出的距离。该表面特征的深度可对应于叠置的并且粘合的微通道装置的叠放方向，所述微通道装置具有形成于片表面上或中的表面特征。该表面特征的尺寸可指表面特征的最大尺寸；例如，圆形槽的深度可指最大深度，即槽底的深度。
该表面特征可具有小于约2mm的深度，在一个实施方式中小于约1mm,在一个实施方式中介于约0.01mm至约2mm的范围内，在一个实施方式中介于约0.01 mm至约1 mm的范围内，在一个实施方式中介于约0.01 mm至约0.5mm的范围内。表面特征的宽度可几乎足以跨过微通道的宽度（例如，倒八字形设计），但在一个实施方式中（例如填充特征）可跨过约60%或小于微通道的宽度，在一个实施方式中为约50%或更小，在一个实施方式中为约40%或更小，在一个实施方式中为微通道宽度的自约0.1%至约60%,在一个实施方式中为微通道宽度的自约0.1%至约50%，在一个实施方式中为微通道宽度的自约0.1%至约40%。该表面特征的宽度可介于自约0.05 mm至约100cm的范围内，在一个实施方式中介于自约0. 5mm至约5cm的范围内，在一个实施方式中介于自约1 cm至约2cm的范围内。
在微通道内可包括多个表面特征或表面特征的区域，所述微通道包 括凹陷入一种或多种微通道壁中的不同深度的表面特征。凹陷之间的间 距可介于自约0.01mm至约10mm的范围内，在一个实施方式中介于自 约0. 1 mm至约1 mm的范围内。在樣么通道的整个长度或孩i通道的部分或 区域内均可存在有表面特征。具有表面特征的部分或区域可以是间断的， 以促进特定区域内的所希望的混合或单元操作（例如，分离、冷却等）。 例如，1 cm的微通道部分可具有密间距排布的表面特征，接着是4cm的 不具有表面特征的平直通道部分，然后是2 cm的疏间距表面特征部分。 术语"疏间距表面特征"可用于指带有间距的表面特征或特征与特征之间 的距离大于表面特征宽度约5倍的表面特征。
在一个实施方式中，该表面特征可以是基本上沿通道的整个轴向长 度延伸的一个或多个表面特征区域。在一个实施方式中，通道可具有沿 其轴向长度约50%或更少延伸的表面特征，在一个实施方式中具有沿其 轴向长度约20%或更少延伸的表面特征。在一个实施方式中，该表面特 征可沿通道的轴向长度的约10%至约100%延伸，在一个实施方式中为通 道轴向长度的约20%至约90%,在一个实施方式中为通道轴向长度的约 30%至约80%,在一个实施方式中为通道轴向长度的约40%至约60%。
图46和47示出了可用于表面特征的许多不同的模式。这些模式不 用于限制本发明，仅用于举例说明其多种可能性。正如任何表面特征一 样，该模式可用于微通道的不同轴向或横向部分。
该工艺孩i通道可包含一种或多种结构壁。这些结构壁可由一种或多 种垫片形成。 一种或多种垫片可含有一种或多种空隙、开口或透孔。这 些空隙、开口或透孔可被称作表面特征。该垫片可含有形成于垫片的一 个表面或者既形成于垫片的前表面或第一表面也形成于垫片的后表面或第二表面的槽或微槽。源自第一表面的槽或微槽可与源自第二表面的槽
或微槽交叉以在垫片内形成多个空穴、透孔或开口。图48和49示出了 实例。图48示出了垫片510,其具有前表面或第一表面512和后表面或 第二表面514、以及形成于各表面中的多个槽或樣i槽530。形成于前表面 512中的槽或微槽530相互平行并置于块模式方阵550中，其中在第一块 模式550中，槽或微槽沿第一或水平方向排列，然后在相邻的第二块模 式550中，槽或《敖槽沿第二或垂直方向排列。该块;漠式方阵550包括多 个彼此联排放置排列的块模式550，该联排形成了多个彼此并排放置的 列。除了前表面512具有沿第一或水平方向排列的槽或微槽、后表面514 具有沿第二或垂直方向排列的槽或微槽530之外，形成于后表面514内 的槽或微槽530也相互平行，并置于与前表面512中的块才莫式550类似 的块模式方阵550中。类似地，在前表面512具有沿第二或垂直方向排 列的槽或微槽530之处，后表面514具有沿第一或水平方向排列的槽或 微槽。在前表面512内的槽或微槽530和在后表面514内的槽或《鼓槽530 部分地穿透垫片510。前表面和后表面内的槽或微槽530的穿透足以使前 表面512内的槽或微槽530与后表面514内的槽或微槽530交叉，结果 在槽或4鼓槽交叉的点处的垫片510内形成一排空穴、透孔或开口 552。开 口 552可具有足够的尺寸以使流体流动或通过开口 552扩散。开口的数 量每平方厘米有介于约1至约200,000个，在一个实施方式中每平方厘米 有介于约10至约100,000个。开口 552可具有介于约1至约2000樣i米的 平均尺寸（例如直径），在一个实施方式中介于约IO至约IOOO微米。该 块模式550可具有约O.Olx约500mm的尺寸，在一个实施方式中可具有 约0.5x约20 mm的尺寸。每一块模式550与紧相邻的块模式之间的间距 可介于约0.01至约10 mm的范围内，在一个实施方式中为约0.1至1 mm。 在该实施方式中，该模式以A、 B、 A、 B的方式交替排布。在一个替代实施方式中，可以改变其几何形态，以^吏结构物的表面积与体积的比可 以沿反应器的长度或在反应器的不同区域内不同。以此方式，通过使用 接近反应器的中部或末端的具有较高的表面积与体积的比的结构，对接 近反应器顶部的很高热释放率的反应有利，在所述反应器的中部或末端， 动力学减慢且导热率降低。沿反应器长度的最终生热率或沿反应器长度 的热流量分布可变得更加均勻或一致。可进一步优化该模式以使希望的 反应产物的选择性最大化。沿着催化剂结构的长度也可优化该模式以在 催化剂结构内产生特定的梯度，或者进行实现上述两种目的优化。
在所述实施方式中，前表面或第一表面512内的槽或微槽530与后 表面或第二表面514内的槽或樣i槽交叉成直角，但是，可以理解为，交 叉角可以是任何值（例如约30°至约120°)，因此不限于仅为直角。
图49示出了包含多个图59中示出的垫片510的复合结构502,该垫 片510可彼此上下叠放或并排放置。在复合载体结构502中，可以互相 上下叠放或并排放置任何数量的垫片510。例如，2、 3、 4、 6、 8、 10、 20、 30、 50、 100等，垫片510可以互相上下叠》文。
工艺微通道210、分批加入通道240和/或热交换通道272可使其内 壁涂覆有疏脂涂层（同一涂层也可提供疏水性能）。聚四氟乙烯可以是涂 层材料的一个实例，其既呈现疏脂的趋势也呈现疏水的趋势。面向工艺 孩吏通道210内部的带孔部分240的表面可涂覆有疏水涂层，以减少液滴 的牵引力并促进更小液滴的形成。带孔部分上的涂层可降低需要的使液 滴从带孔部分的表面脱离的能量。另外，在液滴分开的过程中和在超出 工艺微通道下游的带孔部分范围流动时，可降低施加于第二流体上的牵 引力。在一个实施方式中，疏水涂层可被涂覆于带孔部分，以协助水滴 的脱离而进入油相。流体可不浸润涂覆有疏脂涂层的表面。这样，流体 可滑过该表面，而因此取消或降低靠壁流体的通常的无滑动边界条件。当流体滑动时，由于降低的牵引力则局部摩擦系数可减小，以及通道的 每单元长度的相应压降可减小。由于经过涂层表面的强制对流相对于通 过滞膜的热传导进行，局部导热率可以提高。涂层的效果对不同类型的 非牛顿流体具有不同的影响。对于无屈服点的假塑性（幂律）流体而言， 可表现为高于剪切率的牛顿流体，所述剪切率是流体依赖性的。当剪切 率低于一定值时，该流体的粘度可变高。如果因为涂层壁而剪切率局部 较大时，则该流体比不用涂层时将能够更容易地剪切液滴，耗能更低（泵 入需求更低）地移动，并具有较好的传热性能。对于具有屈服点的假塑 性（幂律）流体而言，可仍具有屈服应力，使用疏脂涂层时壁上的屈服 应力可大大减小。相比于不使用涂层时，使用涂层时如果表观屈服低则 可提高其传热和摩擦性能。剪切相关效应对非牛顿流体比对牛顿流体更显著。
可利用公知技术制造微通道处理单元核102,该技术包括电火花线加 工、普通切削加工、激光切割、光化学机械加工、电化学机械加工、才莫 铸、水射流、沖压、蚀刻（例如，化学、光化学或等离子蚀刻）及其组 合。
可通过形成层或片以构成工艺微通道处理单元核102,其部分被去除 以留有流道。经过扩散焊、激光焊、扩散钎焊及其类似方法组装叠片以 形成集成装置。组合使用片或薄层和部分片或带可组装该微通道处理单 元核102。在此方法中，可通过组装带或部分片形成通道或空穴区以减少 所需材料的数量。
在一个实施方式中，可4吏用如下组件以构成孩i通道处理单元核102 的分段或模块化单元：带有熔封周界和工艺流程开口的顶端/底部的基质 部件，和热交换部件。该基质部件和热交换部件可结合起来（熔合、粘 合、焊接等）以形成无泄漏操作单元。可挤压该热交换部件。该基质部件和热交换部件可由塑料、金属或上述其他材料制成。
在一个实施方式中，该樣t通道处理单元核102可通过一种方法而制 得，该方法包含层压或扩散焊由任何上述材料（例如，金属、塑料或陶 瓷）制成的垫片，以使每层均具有限定的通道的几何形状以及可通过其 传送流体的开口。在已经产生个体层之后，可嵌入催化剂。可按规定的 次序叠放这些层以建立层流。这些层可以并排叠放或上下叠放。然后， 所述完成的叠放层可以扩散焊接以避免流体漏入或漏出微通道处理单 元。焊接后，修整该装置至其最终尺寸并准备附属管和歧管。
特征产生方法包括光化学蚀刻、铣削、钻孔、电火花机械加工、激 光切割和模铸等。用于大量制造的有益方法可以是模铸。在模铸中，应 当注意使材料变形最小化以及保持通道几何形态的紧密度容限。防止变 形、保持垫片排布和确保层以适当次序叠放为在叠放过程中需要控制的 因素。
该叠放可通过扩散法焊接。在此方法中，可在一个精确的期间内使 所述叠放升高的温度和压力以获得所希望的焊接质量。这些参数的选择 需要进行模拟和试验验证，以找到能够在金属层之间进行充分颗粒生长 的焊接条件。
焊接后的下一步可以是机械加工装置。可以使用许多方法，包括带 有高速切刀的常规铣削，也可以是高改性的电火花机械加工技术。 一种 已经历后焊接机械加工操作的全尺寸焊接的微通道反应器或微通道分离 器单元或亚单元可包含例如十几个、几百个或几千个垫片。
该工艺孩史通道210可具有介于自约0.05 mm至约10 mm的高度或宽 度，在一个实施方式中自约0.05 mm至约5 mm, 在一个实施方式中自约 0.05 mm至约2 mm,在一个实施方式中自约0.05 mm至约1.5 mm，在一 个实施方式中自约0.05 mm至约1 mm,在一个实施方式中自约0.05 mm至约0.75 mm,在一个实施方式中自约0.05 mm至约0.5 mm。高度或宽 度的其他尺寸可以为任何尺寸，例如达约3 m,在一个实施方式中自约 0.01m至约3m,在一个实施方式中自约0.1 m至约3 m。该工艺纟敖通道 210的长度可以为任何尺寸，例如达至约10 m,在一个实施方式中自约 0. lm至约10m,在一个实施方式中自约0.2m至约10 m,在一个实施 方式中自约0.2m至约6m,在一个实施方式中自约0.2 m至约3 m。该 工艺微通道210可具有矩形的横截面，或者可选地，其可具有任何形状 的横截面，例如正方形、圆形、半圆形、梯形等。该工艺微通道210的 横截面的形状和/或尺寸可以根据其长度改变。例如，高度或宽度可以根 据微通道的长度自相对大的尺寸逐渐变小至相对小的尺寸，或自相对小 的尺寸逐渐变大至相对大的尺寸。
该工艺微通道210可具有图2所示的结构。图2中所示的微通道具 有自最大值变至最小值的横截面面积。在一个实施方式中，其最小的横 截面积可位于该微通道出口处或其附近，而其最大的横截面积可位于其 入口处或其附近。该微通道可称之为带有收敛横截面的微通道。该微通 道可被称作梯形微通道。该微通道有两个尺寸的高度， 一个是最小尺寸 (h1)而另一个是最大尺寸（h2)。其高度由hi逐渐增至h2。 二者才奪一地， 该微通道可具有形状为圆形、椭圆形、三角形等的横截面。该微通道具 有介于约0.05 mm至约10 mm范围内的至少一高度（h1)尺寸，在一个 实施方式中自约0.05 mm至约5 mm，在一个实施方式中自约0.05 mm至 约2 mm, 在一个实施方式中自约0.05 mm至约1.5 mm, 在一个实施方 式中自约0.05 mm至约1 mm，在一个实施方式中自约0.05 mm至约0.75 mm,在一个实施方式中自约0.05mm至约0.5mm。其宽度（w)可以是 任何尺寸，例如约至3m，在一个实施方式中自约0.01 m至约3m，在一 个实施方式中自约0.1m至约3m。其长度（1)可以是任何尺寸，例如达约10m,在一个实施方式中自约0.1 m至约10 m,在一个实施方式中自 约0.2m至约6m。其最大横截面面积可以是其最小横截面面积的至少约 两倍（2X)，在一个实施方式中为至少约五倍（5X),在一个实施方式中 为其最小横截面积的至少约二十倍（20X)。当流体沿着微通道内的线流 通道流动时，流体在该孩l通道内流动的线速度可以增加。当反应物沿着 微通道内的线性通道流动时，反应物和催化剂之间的局部接触时间可以 减少。
该分批加入通道240和240A可以是微通道或者其可具有较大尺寸。 该分批加入通道240和240A可具有任何形状的横截面，例如正方形、矩 形、圆形、半圓形等。该分批加入通道240和240A可有达约10 mm的 内部高度或间隙，在一个实施方式中达约6mm,在一个实施方式中达约 4 mm,在一个实施方式中达约2mm。在一个实施方式中，其高度或间隙 可介于约0.05 mm至约10 mm的范围内，在一个实施方式中为约0.05 mm 至约6mm,在一个实施方式中为约0.05 mm至约4 mm，在一个实施方 式中为约0.05 mm至约2 mm。该分批加入通道240和240A的宽度可以 是任何尺寸，例如达约3m,在一个实施方式中为约0.01 m至约3 m,在 一个实施方式中为约0.1 m至约3 m。各分批加入通道240和240A的长 度可以是任何尺寸，例如达约10m,在一个实施方式中为自约0. 1 m至 约10m,在一个实施方式中为自约0.2m至约10m,在一个实施方式中 为自约0.2m至约6m,在一个实施方式中为自约0.2 m至约1 m,在一 个实施方式中为自约0.2 m至约3 m。
该热交换通道272可以是微通道或其具有较大尺寸。各热交换通道 272可具有任何形状的横截面，例如正方形、矩形、圆形、半圆形等。各 热交换通道272可有达约10 mm 的内部高度或间隙，在一个实施方式中 为约0.05 mm至约10 mm,在一个实施方式中为约0.05 mm至约5 mm,在一个实施方式中为约0.05mm至约2mm。这些通道中各通道的宽度可 以是任何尺寸，例如达约3m,在一个实施方式中为约0.01m至约3m, 在一个实施方式中为约0.1 m至约3m。各热交换通道272的长度可以是 任何尺寸，例如，达约10 m,在一个实施方式中为自约0. 1 m至约10 m, 在一个实施方式中为自约0.2m至约6m,在一个实施方式中为自约0.2 m 至约3 m。
在一个实施方式中，用于^:通道处理单元核102内的工艺^:通道、 选择性分批加入通道和热交换通道可具有矩形的横截面并且可以竖向并
排排列或横向叠放排列。这些平面可自水平方向以一倾斜角倾斜。这些 结构可被称作平行板结构。可以使用两种或多种工艺微通道、可选择的 相邻的分批加入通道与单个的热交换通道的不同组合，或者两种或多种 热交换通道与单个工艺微通道、可选择的相邻的分批加入通道的组合。 这些矩形通道的阵列可以模块化致密单元的方式排列以扩大规模。
工艺樣l通道的横截面形状和尺寸可以沿着其轴向长度改变，以适应 通道内变化的流体动力学。例如，如果进行反应并且其中一种反应物过 量，那么反应混合物的流体性质在该反应的整个过程中可以改变。表面 特征可用于提供不同的几何形态、模式、角度、深度或沿着其轴向长度 相对于工艺微通道的横截面的尺寸的比例，以适应这些流体动力学的变化。
相邻工艺^鼓通道、分批加入通道和/或热交换通道之间的间距可介于 自约0.05 mm至约50 mm的范围内，在一个实施方式中为约0.1 mm至 约10mm,在一个实施方式中为约0.2mm至约2mm。
工艺微通道和分批加入通道可由平行间隔的片和/或板、与工艺微通 道相邻的分批加入通道形成。热交换通道可由平行间隔的片和/或^反形成。 热交换通道可与工艺樣i通道、分批加入通道相邻，或者既与工艺樣l通道相邻又与分批加入通道相邻。该工艺微通道和分批加入通道可交错并排
排列或彼此交错叠放地排列。
工艺微通道和分批加入通道可包含集中排布的圆管。工艺微通道可 位于环形空间内，而分批加入通道可位于中心空间或相邻的环形空间内。 工艺孩i通道可位于中心空间内，而分批加入通道可位于相邻的环形空间 内。
工艺微通道210中的反应区220可通过具有总体流动通道进行表征。 术语"总体流动通道"指工艺^:通道内的开》欠通道（相邻总体流动区域）。 相邻总体流动区域使得流体快速流过工艺微通道而不产生大的压降。在 一个实施方式中，总体流动区域内流体的流动为层流。每个工艺微通道 210内的总体流动区域可具有介于约0.05 mm2至约10,000 mm2的4黄截面 积，在一个实施方式中介于约0.05 mm2至约5000 mm2,在一个实施方式 中介于约0.1 mn^至约2500 mm2。所述总体流动区域可包含工艺孩史通道 横截面的约5%至约95%,在一个实施方式中介于约30%至约80%。
带孔部分250和250A中的孔具有足够的尺寸以使得第二流体流可以 流过带孔部分。该孔可一皮称作毛细孔（pores )。含有上述孔的带孔部分 250和250A可具有的厚度介于约0.01 mm至约50 mm的范围内，在一个 实施方式中介于约0.05 mm至约10 mm,在一个实施方式中介于约0.1 mm至约2mm。该孔可具有达约250微米范围的平均直径，在一个实施 方式中达约10(H鼓米，在一个实施方式中达约5(H敬米，在一个实施方式 中为约0.001微米至约50微米的范围内，在一个实施方式中为约0.05微 米至约50微米，在一个实施方式中为约0.1微米至约50微米。在一个实 施方式中，所述孔可具有的平均直径介于约0.5纳米至约10纳米（nm) 的范围内，在一个实施方式中为约1 nm至约10nm,在一个实施方式中 为约5 rnn至约10 nm。带孔部分内的孔的数量每平方厘米可介于约1至约5xl()S个孔的范围内，在一个实施方式中为每平方厘米可约1至约lx106
个孔。该孔可以是相互分离的或者不分离的。孔的一部分或全部可与带 孔部分内的其他孔流体连通。即，流体可自一个孔流向另一个孔。带孔
部分250和250A的厚度与带孔部分沿着流体流过工艺微通道210的流道 的长度之比可介于约0.001至约1的范围内，在一个实施方式中为约0.01 至约1,在一个实施方式中为约0.03至约1,在一个实施方式中为约0.05 至约l,在一个实施方式中为约0.08至约1,在一个实施方式中为约0. 1 至约1。
带孔部分250和250A可由具有足够强度和尺寸稳定性使得可以进行 本发明的方法的操作的任何材料构成。这些材料包括：钢（例如不锈钢、
碳钢等）；蒙乃尔；英科乃尔；铝；钛；镍；柏；铑；铜；铬；黄铜；任 何上述材料的合金；聚合物（例如热固性树脂）；陶瓷；玻璃；含有一种 或多种聚合物（例如热固性树脂）和玻璃纤维的复合物；石英；有机硅； 包括碳纳米管或碳分子筛在内的微孔炭；沸石；或者其中两种或多种物 质的组合物。可以利用已知4支术形成所述孔，例如激光钻孔、；微电子积j 械体系（MEMS)、光刻电镀和模铸（LIGA )、电打火、光化学机械加工 (PCM)、电化学机械加工（ECM)、电化学蚀刻等。可利用用于制造结 构塑料的技术形成孔，例如挤压、或薄膜，诸如排列的碳纳米管（CNT) 薄膜。可利用诸如烧结或压缩金属粉末或颗粒以形成弯曲的互连毛细通 道的技术和制备薄膜的技术来形成孔。通过在所述孔的内侧壁上涂覆涂
性的涂层也可在多孔体的外部形成薄层，所述多孔体提供与连续流动通 道相近的最小孔径。最小的平均孔口可介于约1纳米至约几百微米的范 围内，这取决于所希望的乳液液滴尺寸。既可通过热处理也可通过在孔 的内侧壁上形成氧化膜或氧化涂层的方法减少孔的尺寸。这些技术可用于部分地咬合孔以减少流动开口的尺寸。图27和图28示出了在相同位 置进行相同程度的热处理前后的不锈钢多孔底物的SEM表面结构的对 比。图27示出了热处理前的表面，图28示出了热处理后的表面。热处 理后的多孔材料的表面具有明显较小的间隙和开口尺寸。开口之间的平 均3巨离相应地增加。
带孔部分250和250A可由金属或非金属多孔材料制成，所述多孔材 料含有互连通道或其平均孔径介于约0.01微米至约IOOO微米的毛细孑L, 在一个实施方式中介于约0.01微米至约200微米。这些毛细孔可用作孔。
自约300。C至约1000。C范围的高温下氧化约1小时至约20天，或者通过 涂覆一薄层其它材料，例如通过溶胶涂覆的氧化铝或在孔的表面上和内 侧利用化学气相沉积的的镍，可以定制多孔材料以阻塞较小的孔、减少 较大孔的孔径，从而增大孔间距。定制的底物或带孔部分的SEM图像如 图29所示。
制造用作如下带孔部分250和250A的基质可能是有问题的：所述带 孔部分250和250A带有足够小的用于提供具有小于约1微米的泡或液滴 尺寸的第二流体流的微尺度孔或毛孔。其中原因之一在于下述事实：使 用诸如通过压缩和/或烧结粉末/颗粒制成的金属多孔基质的未处理的常 规的多孔材料存在相对高的表面粗糙度，。当给定的标称孔径低于一定值 时，这些金属多孔基质通常在表面区域中不含有所需要的孔径。虽然总 体多孔材料可具有特定的标称孔径，但是经常通过合并的毛孔和更大尺 寸的空腔表征该表面区域。通过特制这些基质以提供表面区域内的所希 望的孔径和孔间距可克服该问题。其可通过从多孔基质去除表面层和添
加具有较小开口的光滑的新表面来完成。可利用这些特制底物形成的分 批添加进料流的液滴尺寸或泡尺寸可减小而不会增加整个基质的压降。由于直接研磨或机械加工多孔表面可引起表面结构的涂抹和孔的堵塞， 可用液体填充剂填充该多孔结构，接下来固化和机械研磨/抛光。然后去
除填充剂以重新获得该材料的多孔结构。该填充剂可以是低熔点金属， 例如锌或锡或诸如环氧树脂的聚合物的前体。可通过利用真空协助液体 填充和去除步骤。使用磨床和磨粉可实现研磨/抛光。通过熔融和真空抽 吸、或通过酸蚀可实现金属填充剂的去除。可通过溶剂溶解或通过空中 烧尽去除环氧树脂或其他聚合物。
参照图30-32,在一个实施方式中，带孔部分250和250A可由含有 相对小的孔302的相对薄的片300、以及含有相对大的孔312的相对厚的 片或板310构成。各片300和片或板310可被称作孔板。孔312可与孔 302对准或者与孔302连接。该相对薄的片300可覆盖相对厚的片或板 310和与其焊接，相对薄的片300面向工艺微通道210的内部，而相对厚 的片310面向分批加入通道250或250A的内部。利用任何合适的可提供 具有增强的机械强度的复合结构320的工艺（例如扩散焊接）可使相对 薄的片300与相对厚的片310焊接。该相对薄的片300可具有介于约0.001 mm至约0.5 mm的范围的厚度，在一个实施方式中为约0.05 mm至约0.2 mm。该相对小的孔302可具有任何形状，例如圓形、三角形或矩形。该 相对小的孔302可具有介于约0.05微米至约50微米的范围的平均直径， 在一个实施方式中为约0.05微米至约20微米。该相对厚的片或板310 可具有介于约0.01 mm至约5 mm的范围的厚度，在一个实施方式中为约 0.1mm至约2mm。该相对大的孔312可具有任何形状，例如圆形、三角 形或矩形。该相对大的孔312可具有介于约0.01微米至约4000微米的范 围的平均直径，在一个实施方式中为约1至约2000微米，在一个实施方 式中为约IO微米至约1000微米。片300内的孔302的总数和片或板310 内的孔312的总数可介于每平方厘米约1至约10000个孔，在一个实施方式中为每平方厘米约1至约1000个孔。片300和片或板310可由上述 用于构建带孔部分250和250A的任何材料构建。孔302和312可以下述 方式排列或连接：流过带孔部分250和250A的流体最初流过孔312，然 后流过孔302。相比于如果孔内的通道的深度等于孔302和312的组合的 深度时所出现的压降，用于流体流过相对小的孔302的相对短的通道使 得流体可以相对较低的压降流过孔302。
在图33所示的实施方式中，除了提供了覆盖孔312的相对薄的片300 的凸起部分304之外，复合结构320a具有如图32所示的相同设计。凸 起部分304在相邻的通道内提供增强的局部剪力。分批加入进料流沿箭 头323所示方向流过孔312和302。图33中的方向箭头322示出了与孔 302相邻的工艺微通道内的进料成分的流动。所述增加的局部剪力导致较 小的液滴尺寸或流体流过孔302的气泡。
在如图34所示的实施方式中，表面涂层330沉积于片或板332的表 面上和孔336的内侧壁334上。该涂层冲是供了减小孔径的便利途径。用 于形成涂层330的涂层材料可以是氧化铝、镍、金、或者聚合材料（例 如聚四氟乙烯）。利用如下公知技术可将涂层330涂覆于片或板332上： 化学气相沉积、金属溅射、金属镀、烧结、溶胶涂层等。可通过控制该 涂层330的厚度控制孔径。
可由不对称多孔材料形成带孔部分250和250A,例如具有多层烧结 颗粒的多孔材料。层数可以是两层、三层或更多。这些多层底物的优点 是其提供了增强的耐久性和粘合性。实例包括在一侧上具有相对大的孔 而在另一侧上具有相对小的孔的烧结陶瓷。该相对小的孔可具有介于约2 nm至约10nm的孔径。该相对小的孔可位于多层底物的相对薄的层中。 该相对薄的层可具有的厚度介于约l微米至约IO微米的范围内。带有相 对小的孔的侧可面向工艺微通道210的内部放置，以充分利用相对高的剪力去除反应物中相对小的液滴和/或形成的液体催化剂。
带孔部分250和250A可沿着工艺^t通道210的至少约5%的轴向长 度延伸，在一个实施方式中为工艺微通道的至少约20%的轴向长度，在 一个实施方式中为工艺微通道的至少约35%的轴向长度，在一个实施方 式中为工艺微通道的至少约50%的轴向长度，在一个实施方式中为工艺 微通道的至少约65%的轴向长度，在一个实施方式中为工艺微通道的至 少约80%的轴向长度，在一个实施方式中为工艺微通道的至少约95%的 轴向长度，在一个实施方式中为工艺微通道的至少约5%至约100%的轴 向长度，在一个实施方式中为工艺微通道的至少约10%至约95%的轴向 长度，在一个实施方式中为工艺微通道的至少约25%至约75%的轴向长长度。
微通道处理单元100可包含一种或多种如图4-26和图42-43所示的 重复单元200-200X。在一个实施方式中，该孩i通道处理单元可包含自1 至约50,000个重复单元，在一个实施方式中为约10至约50,000个重复 单元，在一个实施方式中为约10至约30,000个重复单元，在一个实施方 式中为约IO至约10,000个重复单元，在一个实施方式中为约10至约5000 个重复单元，在一个实施方式中为约10至约2000个重复单元，在一个 实施方式中为约10至约1000个重复单元，在一个实施方式中为约10至 约500个重复单元，在一个实施方式中为约10至约IOO个重复单元。
本发明方法可包含用于形成非牛顿流体产品的非牛顿流体和/或牛顿 流体进料流的应用。例如，当形成作为产物的非牛顿乳液时，可应用下 述进料流的组合：table see original document page 67

可采用两种方法设计工艺流体集管104。该集管104可包含用于每一 入口进料流的一种或多种入口歧管。当入口进料流是牛顿流体时，该入 口进料流可在入口歧管内不进行任何转向而直接地流过所述入口歧管、 流进工艺微通道，或者所述入口进料流在进入工艺微通道之前可在入口 歧管内进行一次或多次转向。另一方面，当入口进料流是非牛顿流体时， 所述入口进料流可在入口歧管内不进行任何转向而直接地流过该入口歧 管、流进工艺微通道中。对于可包含出口歧管的产物底管106而言，同 样如此。当形成于工艺微通道内的产物是非牛顿流体时，该产物可直接 地流过底管106、流出樣t通道处理单元100。底管106可包含一种或多种 直通出口歧管，流体流过该歧管而在出口歧管内不进行任何转向。美国 专利出版物2005/0087767 Al 、 2006/0275185 Al和2006/0289662 Al ^>开 了可用于集管104和底管106内的各种歧管的设计，其通过引用合并于 本发明中。
图62、 66和67中示出了上述表格中提及的实例1-4的流动模式。在 各图62、 66和67中，均使用微通道处理单元100。除了这些图中所示出 的集管不同之外，图3中示出的这些^[鼓通道处理单元100均是相同的。 每一这些微通道处理单元包含微通道处理单元核102、工艺流体集管104 和产物底管106。图62中示出了实例1 。参照图62，进料流A和B均是进入集管104的牛顿流体。该集管104包括用于每一进料流的一种或多 种入口歧管。每一进料流从集管的一侧进入集管，并且在入口歧管内进
行一次或多次转弯以流入微通道处理单元核102内的工艺微通道中。属 于非牛顿流体的产物乳液，自工艺微通道直接地流过底管106、从微通道 处理单元100流出。该产物可流过底管106内的一种或多种出口歧管， 而在出口歧管内不进行变向。
对于实例2和3而言，图66中示出了流动才莫式。参照图66中所示 的实例2，属于牛顿流体的进料流A自集管的一侧流进集管104内。该 集管包括至少一用于各进料流的入口歧管。在进入工艺微通道内之前， 进料流A在入口歧管内进行至少一次转向。属于非牛顿流体的进料流B 在入口歧管内未进行任何转向而直接地流过集管104内的入口歧管而流 进工艺微通道。进料流A和B在工艺微通道内混合以形成产物乳液，所 述产物乳液直接地流过底管106、从微通道处理单元100流出。该产物可 流过底管106内的一个或多个出口歧管，而在出口歧管内未进行任何转 向。
除了进料流B是从集管的一侧流进集管104并流进一个或多个入口 歧管的牛顿流体之外，图66中示出的实例3也与实例2相同。在进入工 艺微通道之前，进料流B在入口歧管内进行一次或多次转向。属于非牛 顿流体的进料流A直接地流过集管104内的一个或多个入口歧管，而在 入口歧管内未进行任何转向。产物乳液直接地流过底管106、从微通道处 理单元100流出。产物可流过底管106内的一个或多个出口歧管，而在 出口歧管内未进行任何转向。
图67中示出的实例4包括入口进料流A和B的应用，所述进料流A 和B均为非牛顿流体。所述两种流体流直接地流过集管104内的入口歧 管，而在入口歧管内未进行任何转向。属于非牛顿流体的产物乳液直接地流过底管106、 /人微通道处理单元104流出。该产物可流过底管106 内的一个或多个出口歧管，而在出口歧管内未进行任何转向。
使用图63所示的垫片和孔板可形成图62所示的微通道装置。左垫 片提供进料流A的入口及其流动。右垫片提供进料流B的入口及其流动。 这些垫片可彼此上下叠放，图63中心所示的孔板置于垫片之间。图63 所示的该两个垫片和孔板可包含用于形成微通道处理单元100的单一的 重复单元。与上述重复单元类似的附加重复单元可彼此上下叠放。提供 热交换通道272的附加垫片可交织于重复单元之间。
为了控制自入口歧管至工艺微通道的进料分布，可在歧管内提供流 阻和/或流动分布特征，以控制自入口ai支管至工艺孩吏通道的流动分布。流 阻可以是障碍物或者是减少通过歧管的质量流量的增加了通道壁粗糙度 的区域。可用的流阻的实例7>开于上述美国专利出版物2005/0087767Al 和2006/0275185 Al中。
流动分布特征可以是使入口歧管与工艺微通道连接的微观尺寸通 道。图64示出了可使用的连接流动分布特征的实例。在图64所示出的 各图解中，示出了用于流体自歧管流动至工艺微通道的微观尺寸通道。 这些微观尺寸通道可具有介于约0.05 mm至约10mm的范围的高度，在 一个实施方式中自约0.05 mm至约5 mm,以及约0.05 mm至约1 mm的 范围的宽度，在一个实施方式中自约0.05 mm至约0.25 mm。其高度和宽 度可标配于樣i观尺寸通道内的流体流动。该流动分布特4i的横截面面积 可比与其连接的工艺微通道的横截面积小约100倍，在一个实施方式中 比其小约50倍，在一个实施方式中比其小约10倍，在一个实施方式中 比其小约2倍。当由自歧管流至工艺微通道的不同进料流所提供的压降 不同时，这些微观尺寸通道可有用。例如，进料流A的压降可比进料流 B的压降小3倍，并且流动分布特征可用于具有较小压降的进料。二者择一地，流阻可用于具有较低压降的进料流。
利用如图65所示的横流取向，进料流可进入《效通道处理单元100内。
利用流过入口歧管的一种或多种直流进料流A和B都可进入微通道处理 单元内。除了进料流直接地流进工艺微通道而不是通过歧管沿图63所示 的流动方向需要至少一次转向之外，可利用图63所示的交替排布的垫片 和孔板构建所述微通道处理单元。
歧管内的流阻和/或流动分布特征可用于降低制造公差的灵敏度。该 流阻和/或流动分布特征可降低整个压降的灵敏度至制造公差带。通过蚀 刻由相同原料（stock)制成的垫片中的流阻和/或流动分布特征，可实现 用于制造流阻和/或流动分布特征的紧密公差。
许多孩吏通道处理单元100可容纳于图50和51所示的容器600内。 参照图50和51,该容器600含有五个《鼓通道处理单元100。在图50和 51中，这些微通道处理单元被标识为微通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4和100-5。虽然附图中示出了五个樣i通道处理单元100, j旦是可以 理解：容器600可含有任何希望数量的微通道处理单元。例如，容器600 可含有自1至约1000个微通道处理单元100,在一个实施方式中自约3 至约500个^f效通道处理单元100，在一个实施方式中自约3至约250个孩i 通道处理单元100,在一个实施方式中自约3至约150个微通道处理单元 100，在一个实施方式中自约5至约50个微通道处理单元100，在一个实 施方式中自约5至约12个孩i通道处理单元100。在一个实施方式中，该 容器600可含有自1至约50个微通道处理单元100,在一个实施方式中 自1至约20个微通道处理单元100。每一微通道处理单元100可包含自 约1至约50,000个工艺孩i通道，在一个实施方式中为约10至约50,000 可工艺孩i通道，在一个实施方式中为约10至约30,000可工艺微通道，在 一个实施方式中为约10至约10,000可工艺微通道。该容器600可以是加压容器。该容器600包括入口 602和604以及出口 606和608。该入口 602与歧管连接，所述歧管可用于使第一流体流至樣i通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4和100-5内的工艺微通道。该入口 604与歧管，所 述歧管可用于使热交换流体流至樣t通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4和100-5内的热交换通道。该出口 706与it支管连接，所述歧管可用 于使产物自微通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4和100-5流出容 器600。入口 608与歧管连接，所述歧管可用于^f吏第二流体流至可位于樣吏 通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4和100-5内的分批加入通道。 容器600还可包括用于来自微通道处理单元100-1、 100-2、 100-3、 100-4 和100-5的热交换流体的流动的出口 （图中未示出）。
容器600可由任何合适的材料制成，所述材料足以在操作微通道反 应器所需要的压强和温度下进行操作。例如，该容器600的外壳和顶端 可由铸钢制成。法兰、管接头和管可由不锈钢或其他合适的合金制成。 该容器600可具有任何所希望的直径，例如自约30 cm至约500 cm，在 一个实施方式中自约100 cm至约300 cm。该容器600的轴向长度可以是 任何所希望的值，例如自约0.5m至约50m,在一个实施方式中自约0.5 m至约15 m,在一个实施方式中自约1 m至约10 m。
如上所述，该」微通道处理单元100可包含多个;f皮此上下叠;^或并排 放置的工艺微通道、热交换通道和选择性地分批加入通道。微通道处理 单元100可以是如图50和51所示的立方块的形式。每一这些立方块均 可具有长度、宽度和高度。该长度可介于约10 cm至约1000 cm的范围 内，在一个实施方式中为约50cm至约200cm的范围。该宽度可介于约 10 cm至约1000 cm的范围，在一个实施方式中为约50 cm至约200 cm 的范围。该高度可介于约10 cm至约1000 cm的范围，在一个实施方式 中为约50 cm至约200 cm的范围。本发明方法可适于进行任何化学反应，其中 一种或多种反应物和/或 产物为非牛顿流体。这些反应可包括气-液反应、液-液反应、气-液-液反 应、气-液-固反应、液-液-固反应等。根据本发明方法可进行的反应可包 括任何流体反应，所述流体反应包括氧化反应、力O氢裂化反应、加氢反 应、水合反应、羰基化反应、硫酸化反应、磺化反应、低聚反应、聚合 反应等。
第 一反应物可包括一种或多种液体。当该第 一反应物包括多于一种 的液体时，所得液体混合物可以是溶液或多相流体混合物（例如乳液） 的形式。该第一反应物可包含分散于一种或多种流体中的固体。该固体 可包含催化剂颗粒。二者择一地，固体可以不是用于催化的。可加入该 固体以提供希望的产物结构、吸收所需要的或不需要的副产物、强化工 艺微通道的剪切等。该固体可以是足够小的可以位于工艺微通道内的任
何尺寸。例如，该固体可具有介于约0.01微米至约200微米范围内的平 均粒径，在一个实施方式中为约l微米至约40樣i米。
第二反应物可包含一种或多种液体， 一种或多种气体或者其混合物。 第二反应物可包含含有分散的液滴的 一种或多种气体或者含有分散的气 泡的一种或多种液体。当第二反应物以气体的形式被引进第一反应物以 形成多相反应混合物时，第二反应物可在第一反应物内形成气泡。当第 二反应物以液体的形式被引进第 一反应物以形成多相反应混合物时，第 二反应物可在第一反应物内形成液滴。当第二反应物为液体形式时，其 可与第一反应物不混溶。二者冲李一地，该多相反应混合物可包含泡沫， 其中薄液膜覆盖滞留的气体。该泡沫可包含连续或不连续的泡沫结构。
虽然希望避免可能使催化剂中毒的化合物存在，但反应物的纯度并 不是关键的。反应物可包含不与反应物反应的杂质。
所述第一和/或第二反应物可与一种或多种稀释材料组合。此稀释剂的实例包括氮、氦、非活性烃稀释剂等。每一反应物的稀释剂的浓度可
介于0至约99重量％的范围内，在一个实施方式中自0至约75重量％, 在一个实施方式中自O至约50重量％。当反应物为气体形式时，稀释剂 可与一种或多种反应物组合，并且希望将液体用作反应物。稀释剂可用 于降低粘性液体反应物的粘度。本发明中的至少一个实施方式的优点是： 不使用此类稀释剂却可提供一种更有效并紧凑的方法。
该催化剂可以是氧化催化剂、加氬裂化催化剂、加氢催化剂、水合 催化剂、羰基化催化剂、硫酸化催化剂、磺化催化剂、低聚催化剂、聚 合催化剂，或者其中两种或多种的组合物。
在一种或多种氧化催化剂存在时，氧化反应包括一种或多种可进行 氧化反应的碳氲化合物与氧气或氧气源的反应。可被称作第一反应物的 所述碳氢化合物可为液体形式，或者可以为分散于一种或多种液体内的 气体形式。可被称作第二反应物的氧气或氧气源可为气体的形式。
可用于氧化反应中的碳氢化合物包括饱和脂肪族化合物（例如烷 烃）、不饱和脂肪族化合物（例如烯烃、炔烃）、醛、烷基取代的芳香族 化合物、烯烃取代的芳香烃化合物等。该饱和的脂肪族化合物包括每分 子中含有1至约25个碳原子的烷烃，在一个实施方式中为1至约20个 碳原子，在一个实施方式中为1至约IO个碳原子。这些饱和的脂肪族化 合物包括直链烷烃、单个和多个支链烷烃、以及包括环上附有一个或多 个烷基的环烷烃在内的环烷烃。这些饱和的脂肪族化合物包括甲烷、乙 烷、丙烷、异丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、环戊烷、己烷、庚烷、辛烷、 2-乙基己烷、壬烷、癸烷、十二烷等。该不饱和的脂肪族化合物包括烷烃 或烯烃以及炔烃。该不饱和脂肪族化合物可包含自2至约25个碳原子， 在一个实施方式中为约2至约20个碳原子，在一个实施方式中为约2至 约10个碳原子。这些不饱和脂肪族化合物包括直链烯烃、单个和多个支链的婦烃、以及环上附有一个或多个烷基和/或烯基的环烯烃在内的环烯
烃。这些不饱和脂肪族化合物包括乙烯；丙烯；l-丁烯；2-丁烯；异丁烯； l-戊烯;2-戊烯;3-甲基-l-丁烯;2-甲基-2-丁烯;1-己烯;2，3-二甲基-2-丁烯；l-庚烯；1-辛烯；l-壬烯；l-癸烯；l-十二烯等。
不饱和脂肪族化合物可包含多烯。这些多烯包括二烯、三烯等。这 些化合物的每分子可含有自3至约25个碳原子，在一个实施方式中为3 至约20个碳原子，在一个实施方式中为3至约10个碳原子。实例包括 1,2-丙二烯（也称作丙二烯）；1,3-丁二烯；2-曱基-l,3-丁二烯（也称作异 戊二烯）；1，3-戊二烯；1,4-戊二烯；1,5-己二烯；2,4-己二烯；2,3-二曱基 -1,3-丁二烯等。
所述醛可以是饱和醛也可以是不饱和醛。它们可以是脂肪族的也可 以是芳香族的。所述醛每分子中可含有自2至约25个碳原子，在一个实 施方式中为约2至约20个碳原子，在一个实施方式中为约2至约10个 碳原子。实例包括甲醛、乙醛、丙趁、正丁^、正戊醛、己醛、丙烯醛、 反式-2-顺式-6-壬二烯醛、正己醛、反式-2-壬二烯醛、十六醛 (hexadeconal)、苯甲醛、苯乙醛、邻曱基苯曱醛、间曱基苯曱醛、对曱 基苯曱醛、水杨醛、对羟基苯曱醛等。
烷基或烯基取代的芳香族化合物可含有 一种或多种烷基或烯基取代 基。这些化合物可以是单环的（例如苯基）或者多环的（例如萘基）。这 些化合物包括含1至约25个碳原子的一个或多个烷基的烷基取代的芳香 族化合物，在一个实施方式中为1至约20个碳原子，在一个实施方式中 为1至约10个碳原子。这些芳香族化合物也包括含2至约25个碳原子 的一个或多个烯基的烯基取代的芳香族化合物，在一个实施方式中为2 至约20个碳原子，在一个实施方式中为2至约10个碳原子。实例包括 甲苯、邻二曱苯、间二甲苯、对二曱苯、半蜜腊质、1,2，4-三曱苯、1,3，5-三曱苯、连四曱苯、异杜烯、杜烯、五曱基苯、六曱基苯、乙苯、正丙
基苯、异丙基苯、正丁基苯、异丁基苯、仲丁基苯、叔丁基苯、对-聚伞 花素、苯乙烯等。
用于氧化反应的氧气或氧气源可包含分子氧、空气或其他氧化剂， 诸如能够作为氧气源的氮氧化物。该氧气源可以是二氧化碳、 一氧化碳 或过氧化物（例如过氧化氢）。可以使用含氧气的气体混合物，诸如氧气 和空气的混合物、或氧气和惰性气体（例如氦气、氩气等）的混合物或 稀释气体（例如二氧化碳、水蒸气等）的混合物。该氧气源可包含富含 氧的空气。
碳氢反应物与氧气的摩尔比可介于自约0.2:1至约8:1的范围内，在 一个实施方式中为约0.5:1至约4:1,在一个实施方式中为约1:1至约3:1。 在一个实施方式中所述摩尔比可以是约2:1或更高，在一个实施方式中可 以是约2.5:1或更高。在一个实施方式中所述摩尔比可以是约1.8:1或更低。
氧化催化剂可包含可用作氧化催化剂的任何催化剂。该催化剂可包 含金属、金属氧化物或Mo、 W、 V、 Nb、 Sb、 Sn、 Pt、 Pd、 Cs、 Zr、 Cr、 Mg、 Mn、 Ni、 Co、 Ce中一种或多种金属氧化物的混合物，或者其中两 种或多种金属氧化物的混合物。这些催化剂也可包含碱金属、碱土金属、 其他过渡金属、稀土金属或镧系金属的一种或多种。另外，也可含有诸 如P和Bi的元素。催化剂可被支持，如果催化剂被支持，有用的载体材 料包括金属氧化物（例如氧化铝、二氧化钛、氧化锆）、二氧化硅、介孔 材料、分子筛、耐火材料、或者其中两种或多种物质的组合物。下文将 更详述地描述这些催化剂的形式。
由氧化反应形成的产物可包含一种或多种氧化物。本发明中使用的 术语"氧化物"指的是含有至少一个氧的碳氢化合物。该氧化物包括醇、环氧化物、醛、酮、羧酸、羧酸酐、酯等。除了环氧化物和酯之外，该
氧化物包括每分子中含有1至约25个碳原子的上述氧化物的一种或多 种，在一个实施方式中为1至约20个碳原子，在一个实施方式中为l至 约IO个碳原子。该环氧化物和酯必须含有至少2个碳原子，在其它方面， 其可包括上述范围内的化合物，例如2至约25个碳原子等。该醇包括单 元醇和多元醇。具体的实例包括曱醇、乙醇、丙醇、丁醇、异丁醇、戊 醇、环戊醇、巴豆醇、己醇、环己醇、烯丙醇、苯甲醇、甘油等。该环 氧化物包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧异丁烷、环氧环戊烷、 环氧环己烷、环氧苯乙烷等。所述醛包括甲醛、乙醛、丙醛、正丁醛、 正戊醛、己醛、丙烯醛、反式-2-顺式-6-壬二烯醛、正庚醛、反式-2-壬二 烯醛、十六醛、苯曱醛、苯乙醛、邻曱基苯曱醛、间甲基苯曱醛、对甲 基苯甲醛、水杨醛、对羟基苯甲酪等。所述酮包括丙酮、曱乙酮、2-戊酮、 3-戊酮、2-己酮、3-己酮、环己酮、曱基异丁基酮、苯乙酮、苯丙酮、正 苯丁酮、苯甲酮等。所述羧酸包括曱酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、 戊酸、己酸、辛酸、癸酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯甲酸、甲基苯甲酸、 邻苯二曱酸、水杨酸等。所述羧酸酐包括乙酸酐、马来酸酐、邻苯二甲 酸酐、苯甲酸酐等。所述羧酸和酸酐包括烃取代的羧酸和酸酐（例如烃 取代的琥珀酸和酸酐），其中该烃取代基含有自l至约500个碳原子，在 一个实施方式中为约20至约500个碳原子。该酯类包括乙酸甲酯、乙酸 乙烯酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、乙酸正戊酯、乙酸异戊 酯、乙酸苯曱酯、乙酸苯酯等。
氢化裂解反应可包括大烃分子的破坏加氬（也称之为氢解作用），其 中大或重烃分子被裂解为较小或较轻的分子并与氬反应。该烃反应物可 被称作为第一反应物，而该氢可被称作为第二反应物在本发明中，术语 "轻"和"重，，以其在精炼工业中的常规意义上使用，其分别指的是相对较低和较高的沸点范围。该烃类反应物可包含需要氢化裂解的任何烃。该烃 类反应物可变化于石脑油至重质原油残留馏分。5体积％的该烃类反应物
的沸点高于约350°F( 177。C),在一个实施方式中高于约400。F ( 204。C )。 在一个实施方式中，至少约90体积％的该烃类反应物可落入约300°F (149°C)至约1050°F ( 566°C)的沸点范围内，在一个实施方式中在约 600°F (316°C)至约1000°F ( 538°C)之间。该烃类反应物可包含一种或 多种石油馏分诸如常压瓦斯油和减压瓦斯油（AGO和VGO )。
该烃类反应物可包含重烃矿物或合成油，或者其一种或多种馏分的 混合物。该烃类反应物可包含直馏汽油、减压汽油、脱金属油、脱沥青 减压渣油、焦化馏分、催化裂化馏分、页岩油、沥青砂油、煤液体的一 种或多种，或者其中两种或多种物质的混合物。
用于氢化裂解反应中的氢可以是氢气的形式或者可以是进一步包含 水、曱烷、二氧化碳、 一氧化碳和/或氮气的氢气进气流。所述氢可取自 另一过程的过程流，诸如：流形成过程（112和CO的摩尔比为约3的产 物流）、部分氧化过程（H2和CO的摩尔比为约2的产物流）、换热式转 化过程（H2和CO的摩尔比为约2.5的产物流）、形成C02的过程（H2 和CO的摩尔比为约1的产物流）、煤气化过程（H2和CO的摩尔比为约 1的产物流）以及其中的组合。使用各种这些氲源时，利用诸如膜分离或 吸附的常规技术即可从剩余的成分中分离氬。
在这些氢化裂解反应中，烃类反应物和氢的摩尔比可介于自约0.1:1 至约10:1的范围内，在一个实施方式中为约0.5:1至约5:1。
所述氢化裂解催化剂可以是任何催化裂解催化剂。这些催化剂包括 分子筛催化剂，所述分子筛催化剂包括(3分子筛、Q分子筛、L-分子筛、 ZSM-5分子筛和Y型分子筛。该催化剂可包括耐火的无机氧化物，例如 氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化锆和氧化硅-氧化铝。该催化剂可包含加氢成分。合适的加氢成分的实例包括周期表中IVB族和VIII族 的金属和此类金属的化合物。钼、鴒、铬、铁、钴、镍、4自、把、铱、
锇、铑、钌可用作加氢成分。美国专利6,312,586 Bl中描述了这些催化 剂，其通过引用被并入本发明中。
由氢化裂解工艺制得的产物可以是沸程为约260至约700°F (127-371°C)的中间馏分。该术语"中间馏分"确定为包括柴油、喷气燃 料和煤油沸程的馏分。该术语"煤油"和"喷气燃料"的沸程确定为指温度范 围为260-550°F( 127-288。C ),而"柴油"的沸程确定为指烃类沸点自约260 至约700°F ( 127-371°C)。该馏分产物可以是汽油或石脑油馏分。这些馏 分可纟皮认为是C5至沸点终点为400°F (204°C)的馏分。
该加氢反应可包括在一种或多种加氬催化剂存在时能够与氬进行加 氢反应的一种或多种碳氢化合物的的反应。该碳氢化合物可被称为第一 反应物。这些碳氢化合物可以是液体的形式，或者它们可以是分散于液 体中的气体的形式。该液体可包含反应物和一种或多种附加溶剂。该溶 剂可以是用于 一种或多种反应物和/或产物的溶剂。该氢可被称为第二反 应物，并可以是气体的形式。该氬可源上述任何来源。
可进行加氢反应的碳氢化合物包括上述不饱和碳氢化合物。该碳氩 化合物包括不饱和脂肪和油。该脂肪和油可源自动物或4直物资源。该脂 肪和油包括甘油三酸酯，即甘油和脂肪酸的酯。该脂肪酸可以是单不饱 和的或者多不饱和的。该脂肪和油中的脂肪酸的实例包括油酸、亚油酸、 亚麻酸等。
在这些加氢反应中，不饱和烃反应物与氢的摩尔比可以介于约0.1:1 至约10:1的范围内，在一个实施方式中为约0.5:1至约5:1。
该氢化催化剂可以是任何氢化催化剂。这些催化剂包括周期表中IVB
族和vin族的金属和这些金属的化合物。可以使用钼、鴒、铬、铁、钴、镍、柏、钇、铱、锇、铑、铼和钌。在一个实施方式中，该催化剂可包 含涂覆于工艺微通道壁上或粘附于工艺微通道内的固定载体的钯。下文 将详述这些催化剂的形式。
由加氢工艺制得的产物可以是对应于用作第一反应物的不饱和烃的 化合物的饱和的或部分饱和的烃。
所述方法可以用于氢化植物油以增加其饱和度，以制备诸如人造黄 油的食用脂肪产物。由于本发明方法产生的改良的传质也改善了该方法 的选择性，以减少不希望的甘油三酸酯的顺式异构体向反式异构体转化 的量。本发明可改善由利用常规技术（例如非微通道工艺技术）获得的
反式异构体的形成物从约30重量％〜约50重量％至小于约15重量％,在 一个实施方式中小于约10重量％,在一个实施方式中小于约8重量％。 该方法可使用加氢催化剂。该催化剂可以是浆液形式、固体颗粒物形式 或固定床形式。
在一个实施方式中，该加氢方法可包括使用固定于工艺樣吏通道内壁 上或固定于位于工艺微通道内的载体结构上的催化剂（例如，诸如钯的 贵金属）。这可以排除过滤步骤的需要。这也可以获得更安全（没有催化 剂污染）、更纯净的产物。诸如钯的贵金属催化剂可比现有技术中的镍催 化剂更活泼，从而可在低于常规使用的温度进行所述加氢反应。将此与 由本发明方法获得的改良的热传递进行组合可显著地减少通常因油和脂 肪的热解而的副产物。这也可提高食品产物的质量。不像常规的镍催化 剂，在降低的加氢温度下使用把催化剂可降低危害性反式异构体的浓度， 特别是利用根据本发明方法的在相对短的接触时间内可获得的高转化 率。由本发明方法产生的改善的传质也可改善所述方法的选择性。改善 的传热传质可提高催化剂的稳定性和转换频率。这可导致需求较少的催 化剂。由于操作温度和压力低，当使用贵金属时这会有利。在一个实施方式中，该催化剂可包含纳米级尺寸的诸如钯的贵金属颗粒，所述金属 颗粒分散于工艺微通道和/或表面特征的壁上，或分散于催化剂载体上， 例如使用诸如胶态金属氧化物、炭黑、糠醇等分散剂/粘合剂的翅片组件 嵌入物。可以使用涂覆有填充微通道空隙的催化剂金属的微观形态制备 所述催化剂。
该水合反应可包括在水合催化剂存在下的不饱和烃化合物与水反应 形成醇或酯的反应。可被称作第 一反应物的该不饱和烃化合物可以是上 述不饱和烃化合物中的任何化合物。可被称作第二反应物的水可取自任 何便利的资源。利用渗透或蒸馏可以对水进行去离子化或纯化。不饱和
烃与水的摩尔比可以介于约0.1至约10的范围内，在一个实施方式中为 约0.5至约5。
该水合催化剂可包含诸如分子筛的固体酸催化剂；含磺酸酯基或其 类似物的酸性离子交换树脂；无机氧化物，例如水合氧化铌、水合氧化 钽、二氧化锆、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅或上述氧化物的混合物； 或通过处理诸如蒙脱石、高呤石或蛭石的分层化合物与选自至少一铝、 硅、钛和锆的金属氧化物而得到的离子交换型分层化合物。该催化剂可 包含铝矽酸盐，例如发光沸石、八面沸石、斜发沸石（clinoptilite )、 L型 分子筛、菱沸石、毛沸石和镁碱沸石，以及分子筛产物ZSM-5、 ZSM-4、 ZSM國8、 ZSM-ll、 ZSM画12、 ZSM画20、 ZSM國40、 ZSM-35和ZSM國48。 所述催化剂可包含含基本要素的分子筛，诸如硅硼酸盐、硅酸盐和铁铝 硅酸盐。这些分子筛可含有钍、铜、银、钼、鵠、钛、锆、铪及其类似 金属。可使用质子交换型（H型）分子筛，其一部分可与选自诸如Na、 K和Li的碱金属、诸如Mg、 Ca和Sr的碱土金属、诸如Fe、 Co、 Ni、 Ru或Pd的VIII族元素的阳离子种类进行交换。下文将详述催化剂可使 用的形式。该羰基化反应可包括在叛基化催化剂存在下饱和或不饱和烃与一氧 化石友的反应。可被称为第 一反应物的饱和或不饱和烃反应物可以是上述 任何饱和或不饱和烃。可被称为第二反应物的 一氧化碳可取自任何来源。 该一氧化碳可取自过程流，诸如蒸汽转化过程（H2/CO的摩尔比为约3
的产物流）、部分氧化过程（H2/CO的摩尔比为约2的产物流）、换热式 转化过程（H2/CO的摩尔比为约2.5的产物流）、C02转化过程（H2/CO 的摩尔比为约1的产物流）、煤气化过程（H2和CO的摩尔比为约1的产 物流）以及其中的组合。对于每一这些一氧化碳源而言，利用诸如膜或 吸附的常规技术可将一氧化碳从剩余成分中分离。
在这些羰基化反应中，烃反应物和一氧化碳的摩尔比可以介于自约 0.5:1至约20:1的范围内，在一个实施方式中为约2:1至约10:1。
该羰基化催化剂可以是任何羰基化催化剂。这些催化剂包括固体酸 催化剂。该催化剂可以是包含相互作用的质子性和路易斯酸位点的固体。 该催化剂可包含布朗斯特（质子的）酸和路易斯酸的组合物。实例包括 硫酸化金属氧化物（例如硫酸化氧化锆）、氟碳磺g臾盐（B(CF2)nBS03H) 与载体（例如金属氧化物和炭）的组合物、杂多酸、Ta、 Sb、 Ga和B 的卣化物、囟化金属氧化物、硫酸化分子筛、Ta、 Sb、 Ga和B的卣化 物与氟硅酸酯的组合物。金属氧化物既包括单一成分的氧化物也包括多 成分氧化物，即混合金属氧化物。单一成分的金属氧化物包括氧化铝、 二氧化硅、氧化锆、氧化钛及其混合物。该混合的金属氧化物可以是物 理状态混合物，或者是在结构上相连接。混合金属氧化物的实例包括 ZrCTi、 WCZr、 TiCCu、 TiCZn、 TiCSi、 AICZr、 FeCZr和TiCMn氧化 物。实例包括硫酸化氧化锆、硫酸化氧化钛、硫酸化氧化鴒、氟代氧化 铝上的BF3、氯化氧化铝上的氯化铝、H3PW^04。、 Cs2.5H。.5PW1204o、 H4SiW1204Q等。下文将详述该催化剂的形式。该磺化反应可包括取代氢原子-S03H基团（来自硫酸），例如苯C6H6
转化为苯磺酸C6HsS03H。可使用的磺化工艺包括芳香烃与硫酸、三氧化 硫或氯磺酸的反应；有机囟化合物与无机亚硫酸盐的反应；以及几类有 机含硫化合物，例如硫醇或二硫化物的氧化。
通过在化合物的芳香环上引入磺酸基，浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸、
三氧化硫、二氧杂环乙烷与S03的加合物、胺与S03的加合物等可用作 使芳香族化合物磺化的试剂。通过由芳香胺化合物和化学计算量的硫酸 制备胺的酸性硫酸盐可使芳香胺化合物磺化，并对其加热以得到氨基磺酸。
该磺化反应可包括通过其形成磺酸（磺酸盐）的酯或盐的方法。通 过处理乙醇与硫酸、三氧化硫、氯磺酸或氨基磺酸可制备酯。该磺化试 剂可包括浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫、氯磺酸或氨基磺酸。
该聚合反应可以是适于形成任何上述聚合物的任何聚合反应。这些
剂。可使用的催化剂的实例可包括诸如BF3的路易斯酸、诸如丁基锂的 有机锂催化剂、格林试剂、齐格勒-纳塔催化剂等。
相催化剂。该均相催化剂可固定于载体上。该催化剂可具有与工艺微通 道相匹配的任何尺寸和几何构型。该催化剂可以是梯度催化剂。
该催化剂可以是平均粒度为约1至约IOOO微米的固体颗粒物的形式 (例如，球团状、粉末状、纤维状等），在一个实施方式中为约10至约 500微米，在一个实施方式中为约25至约250微米。
该催化剂可以是介孔材料的形式，其中平均孔径可等于或大于约1 纳米（nm),例如，介于约1至约100nm的范围内，在一个实施方式中 自约1至约20nm。该催化剂可以是如图35所示的固定床固体颗粒物形式。参照图35, 该催化剂350可包含于工艺微通道352内。该反应物如箭头354和356 所示流过催化剂床。
该催化剂可负载于多孔载体结构上，例如泡沫、毛毡、填料或其组 合物。本发明中所用的术语"泡沫"指的是带有限定整个结构的孔的连续 壁的结构。本发明中所用的术语"毛毡"指的是在纤维之间带有空隙空间 的纤维结构。本发明中所用的术语"填料"指的是具有如钢丝绒的交织股 结构的载体。该催化剂可负载于具有蜂窝结构或蛇形结构的载体上。
该催化剂可负载于旁流载体结构上，诸如带有相邻间隙的毛毡、带 有相邻间隙的泡沫、带有间隙的翅片构造、在任何插入的底物上的罩面 层、与用于流动的相应的间隙的流动方向平行的金属丝网。图36示出了 旁流结构的一个实例。在图36中，该催化剂360包含于工艺微通道362 内。如箭头366和368所示，开》文的通^各364允许反应物流过工艺孩吏通 道362与催化剂360相接触。
催化剂可负载于流过载体结构上，例如泡沫、填料、球团、粉末或 金属丝网上。图37所示为流过结构的实例。在图37中，该流过催化剂 370包含于工艺微通道372内，如箭头374和376所示，该反应物流过催 化剂370。
该载体可由以下材料形成：硅胶、发泡铜、烧结不锈钢纤维、钢丝 绒、氧化铝、聚（曱基丙烯酸甲酯）、多磺酸盐、聚（四氟乙烯）、铁、 镍海绵、尼龙、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯乙基酮、聚乙烯 醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚苯 硫醚、聚砜、聚丁烯，或者其中两种或多种的组合物。在一个实施方式 中，该载体结构可由诸如金属的导热材料制成，以提高来自该催化剂的 热传递。该催化剂可直接地涂覆（washcoat)于工艺微通道的内壁上，在溶液 的壁上生长，或涂覆于翅片结构的原位上。该催化剂可涂覆于如图48-49 所示的结构壁上。该催化剂可涂覆于如图46-47所示的那些表面特征上。 该催化剂可以是单件多孔邻近材料形式或物理接触的多件材料形式。在 一个实施方式中，该催化剂可包含相邻材料，并具有相邻孔隙度使得分 子可以通过该催化剂扩散。在该实施方式中，该流体可流过该催化剂而 不是绕其流过。在一个实施方式中，该催化剂的横截面面积可占该工艺 微通道横截面面积的约1%至约99%，在一个实施方式中为约10%至约 95%。如通过BET所测量的，该催化剂可具有大于约0.5m2/g的表面积， 在一个实施方式中大于约2m2/g,在一个实施方式中大于约5m2/g,在一 个实施方式中大于约10m2/g,在一个实施方式中大于约25m2/g,在一个 实施方式中大于约50m2/g。
该催化剂可包含多孔载体、覆盖该多孔载体的界面层以及分散或沉 积于界面层上的催化剂材料。该界面层可以是沉积于载体上的溶液或者 其可通过化学气相沉积或物理气相沉积而被沉积。在一个实施方式中， 该催化剂包含多孔载体、覆盖该载体的选择性緩沖层、覆盖该载体或选 择性緩冲层的界面层以及分散或沉积于界面层上的催化剂材料。任何上 述层可以是连续的或不连续的，例如以斑点或圆点的形式存在或以带有 间隙或孔的层的形式存在。
该多孔载体可具有由水银孔隙度仪测定的至少约5%的孔隙度，以及 约1至约IOOO微米的平均孔径（孔径的总和除以孔数）。该多孔载体可 由上述确定的对制造载体结构有用的任何材料制成。该多孔结构可包含 多孔陶瓷载体或泡沫金属。其他可用的多孔载体包括碳化物、氮化物以 及复合材料。该多孔载体可具有约30%至约99%的孔隙度，在一个实施 方式中为约60%至约98%。该多孔载体可为泡沫、毛毡、填料或其组合物的形式。该泡沫金属的开孔可介于每英寸约20个孔（ppi )至约3000 ppi, 在一个实施方式中为约20 ppi至约1000 ppi，在一个实施方式中为约40 ppi至约120ppi。术语"ppi"指每英寸内孔的最大数目（在各向同性材料 中与测量方向不相关；但是，在各向异性材料中，沿使孔数最大化的方 向进行测量）。
当存在緩沖层时，该緩冲层可具有既与该多孔载体不同又与界面层 不同的的成分和/或密度，在一个实施方式中具有介于该多孔载体和该界 面层的热膨胀系数之间的热膨胀系数。该緩沖层可以是金属氧化物或金 属碳化物。该緩冲层可由A1203、 Ti02、 Si02、 Zr02或其组合物组成。A1203 可以是01-八1203、 ？八1203或其组合物。a-Al203具有对氧扩散具有优异的 耐受性的优点。该缓冲层具有两种或多种组分不同的子层。例如，当该 多孔载体是金属例如不锈钢泡沫时，可以使用由两种组分不同的子层形 成的緩冲层。第一子层（与该多孔载体接触）可以是Ti02。第二子层可 以是置于Ti02上面的a-Al203。在一个实施方式中，该a-Al203子层是提 供保护下面的金属表面的致密层。然后诸如氧化铝的较不致密的、高比 表面的界面层可以作为沉积催化活性层的载体。
该多孔载体可具有不同于界面层的热膨胀系数的热膨胀系数。此时， 可能需要緩沖层以在所述两种热膨胀系数之间进行过渡。通过控制緩沖 层的组分以得到可与多孔载体和界面层的膨胀系数兼容的膨胀系数，能 够特制该緩沖层的热膨胀系数。该缓冲层应当不具有开口和塞孔，以提 供对下面载体的较好保护。该緩冲层可以无孔。该緩沖层可具有小于多 孔载体的平均孔径的一半的厚度。该緩沖层可具有约0.05 pm至约10|im 的厚度，在一个实施方式中为0.05 (im至约5pm。
在本发明的 一个实施方式中，没有緩冲层也可得到足够的粘附力和 化学稳定性。在该实施方式中，可以忽略緩冲层。该界面层可包含氮化物、碳化物、硫化物、卣化物、金属氧化物、 炭或者其中的组合物。该界面层提供了高比表面和/或为所负载的催化剂 提供了所希望的催化剂载体的交互作用。该界面层可由常规地用作催化 剂载体的任何材料制成。该界面层可由金属氧化物组成。可用的金属氧
化物的实例包括1八1203、 Si02、 Zr02、 Ti02、氧化钨、氧化镁、氧化钒、 氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化钼、 氧化锡、氧化钙、氧化铝、镧的系列氧化物、分子筛及其上述物质的组 合物。该界面层可用作在其上未沉积有任何进一步催化活性材料的催化 活性层。然而，该界面层通常与催化活性层组合使用。该界面层也可由 两种或多种组分不同的子层组成。该界面层具有小于多孔载体的平均孔 径的一半的厚度。该界面层的厚度可介于自约0.5 fim至约100 (im,在一 个实施方式中自约1 (im至约50pm。该界面层可以是结晶态的也可以是 无定形态的。该界面层可具有至少约1 m2/g的BET表面积。
该催化剂可沉积于该界面层之上。二者择一地，该催化剂材料可与 界面层同时沉积。该催化剂层可紧密分散于该界面层之上。所述催化剂 层"分散于"或"沉积于"界面层上包括对微观催化剂颗粒分散的常规理解： 分散于载体层（即界面层）面之上，分散于载体层内的裂缝里，分散于 载体层内的开孔内。
该催化剂可负载于置于工艺微通道内的一个或多个翅片的组件上。 图38-40中示出了实例。参照图38，翅片组件380包括固定于覆盖工艺 微通道388的底壁386的翅片载体384之上的翅片382。该翅片382自翅 片载体384透进工艺微通道388的内部。该翅片382伸向工艺微通道388 上壁390的内表面。翅片392之间的翅片通道392为流体提供了通道， 以使其平行于其长度而流过工艺微通道388。每一翅片382在其各侧上均 具有外表面，此外表面为催化剂提供了支持底座。在本发明的方法中，反应物流过翅片通道392,接触负载于翅片382外表面上的催化剂，并反 应形成产物。除了翅片382a未全部伸向微通道388的上壁390的内表面 之外，图39所示的翅片組件380a类似于图38所示的翅片组件380。除 了翅片组件380b内的翅片382b具有梯形的横截面形状之外，图40所示 的翅片组件380b类似于图38所示的翅片组件380。每一翅片（382、 382a、 382b)的高度可介于自约0.02 mm达至工艺微通道838的高度的范围， 在一个实施方式中自约0.02mm至约10 mm，在一个实施方式中自约0.02 mm至约5 mm,在一个实施方式中自约0.02 mm至约2 mm。每一翅片 (382、 382a、 382b)的宽度可介于自约0.02 mm至约5 mm的范围，在 一个实施方式中自约0.02 mm至约2 mm,在一个实施方式中自约0.02 mm至约lmm。每一翅片（382、 382a、 382b)的长度可以是达至工艺微 通道838长度的任何长度，在一个实施方式中达至约10 mm,在一个实 施方式中自约1 cm至约10 m,在一个实施方式中自约1 cm至约5 m， 在一个实施方式中约1 cm至约2.5m。各翅片（382、 382a、 382b)之间 的间隙可以是任何值并可介于自约0.02 mm至约5 mm的范围内，在一个 实施方式中自约0.02 mm至约2mm，在一个实施方式中自约0.02 mm至 约1 mm。工艺微通道388内的翅片（382、 382a、 382b)的数量可为每 厘米工艺微通道388的宽度约1至约50个翅片，在一个实施方式中每厘 米有自约1至约30个翅片，在一个实施方式中每厘米有自约1至约10 个翅片，在一个实施方式中每厘米有自约1至约5个翅片，在一个实施 方式中每厘米有自约l至约3个翅片。沿其长度看去，每一翅片（382、 382a、 382b)可以是直的、锥形的或具有蛇形结构。该翅片组件（380、 380a、 380b)可由提供工艺微通道足够强度、尺寸稳定性和传热特性以 便可以进行所述工艺微通道的预期的操作的任何材料制成。这些材料包 括：钢（例如不锈钢、碳钢等）；蒙乃尔；英科乃尔；铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任何上述金属的合金；聚合物（例如热固性树脂）； 陶瓷；玻璃；含有一种或多种聚合物（例如热固性树脂）的组合物和玻 璃纤维；石英；有机硅；或者两种或多种上述物质的组合物。该翅片组 件（380、 380a、 380b )可由诸如包含Fe、 Cr、 Al和Y的合金的形成A1203 的材料制成，或由诸如Ni 、 Cr和Fe的合金的形成Cr203的材料制成。
该催化剂可由图41中所示的微槽承载带承载。参照图41，微槽承载 带400包含其形状为矩形、具有长度（1)、宽度（w)、厚度（t)的承载 带410。该承载带410具有第一或顶面412、第二或底面414、第一侧边 416、第二侧边418、前边420和后边422。该承载带410具有沿承载带 的长度（1)延伸的中心轴424。多个平行的微槽430形成于第一表面412 内。该微槽430可在承载带410的第一侧边416和第二侧边418之间延 伸，但不可透过该侧边。微槽承载带400包括可提供带有封闭的前边420 和后边422的微槽承载带400的非微槽部分434和436。即，微槽承载带 400的前边420和后边422被阻塞得足以防止流体流过前边420和后边
使流体沿着总的方向在微槽430内自前边420流向后边422。微槽承载带 400的前边420、后边422和侧边416和418是封闭的。这些封闭的边不 允许流体流过前边、后边和侧边。
图41所示的微槽430具有正方形的横截面。二者择一地，每一微槽 430均可具有矩形的横截面、V型横截面、半圆形横截面、楔形横截面或 梯形横截面。本领域技术人员可以认识到，可以使用具有其他横截面形 状的微槽。每一微槽430均具有深度、宽度和长度。每一微槽430的深 度可介于自约0.1微米至约IOOO微米的范围内，在一个实施方式中自约 1微米至约100微米。每一微槽430的可是在其最宽尺寸的宽度的宽度可 介于约0.1微米至约IOOO微米的范围内，在一个实施方式中自约0.1微米至约500微米。每一微槽430的长度可以是任何尺寸，其取决于承载 带410的宽度（w)。每一微槽430的长度可介于约0.1 cm至约100 cm 的范围内，在一个实施方式中自约0.1 cm至约10 cm。微槽430之间的 间距可达约1000微米的范围，在一个实施方式中自约0.1微米至约1000 微米，在一个实施方式中自约1微米至约1000微米。每一微槽430可朝 向后边422和第一侧边416并可与中心轴424形成一个角度425,所述角 度425足以使流体在微槽内沿总的方向流向第二侧边418和后边422。该 角425可以自约0°至约90°。该角425可以自约50°至约80°，在一个实 施方式中自约60°至约75。。该微槽430可与中心轴424成约90°的角度 或成直角排布，在一个实施方式中自第一侧边416延伸至第二侧边418。 该微槽430可与中心轴424平行排布，在一个实施方式中自前边420延 伸至后边422。通过任何合适的技术，该微槽430可形成于承载带410 的第一表面412内，该技术包括光化学机械加工、激光蚀刻、水射机械 加工等。
该承载带410可具有介于自约0.1微米至约5000微米的厚度（t), 在一个实施方式中自约1微米至约100(H鼓米。该承载带410可具有任何 宽度（w)和任何长度（1 )，其宽度和长度取决于承载带410所要用的微 通道的尺寸。该承载带410可具有介于自约0.01cm至约100 cm的宽度 (w )，在一个实施方式中自约0.1cm至约10 cm。该承载带410的长度 (1 )可介于自约0.01cm至约100 cm的范围，在一个实施方式中自约0.1 cm 至约10 cm。如图30中所述的承载带410为矩形的形式。但是，可以理 解为，该承载带410可具有任何构形，例如正方形、圆形、椭圆形等， 以符合所述承载带410所要用的微通道的设计。
该承载带410可由提供足够强度、尺寸稳定性和热传递特性以便可 在微通道内使用微槽承载带400以承载催化剂的任何材料制成。该承载带410可由金属、金刚砂、碳化物、石墨或其两种或多种的组合物制成。 该金属可包含钢、铝、钛、镍、4自、铑、铜、铬、黄铜或者上述任何金 属的一种合金。该承载结构410可由不锈钢或包含铁、铬、铝和钇的合 金制成。
微槽承载带400可用作微通道内的旁流载体结构。 在一个实施方式中，多个微槽承载带可互相上下叠放或并排放置， 以形成可用于承载用于本发明方法的催化剂的复合载体结构。在一个实 施方式中，图44和45示出了所述复合载体结构。图44和45中示出的 承载带400A和400B具有前开口 420和后边422、封闭的侧边416和418 以及自顶面412全部透过承载带410至底面414的微槽430。该前开口边 420、后边422和樣l槽430使得当流体流过复合载体结构时，所述流体流 过微槽承载带而自复合载体结构内的一个承载带流至另一个承载带。在 此复合载体结构内所用的孩么槽承载带的数目可以是任何数，例如达约50 个，在一个实施方式中达约30个，在一个实施方式中达约15个，在一 个实施方式中达约10个。该复合载体结构也包括防止流体流出复合结构 侧边的端才反。
图44和45所示的复合载体结构402包含八（8 )个微槽承载带、交 替并排放置的各为四个的微槽承载带400A和400B和两个端板405 (图 44和45中仅示出一端板）。每一微槽承载带400A和400B包含其形状为 矩形、具有长度、宽度和厚度的承载带410。承载带410具有沿承载带的 长度延伸的中心轴。多个平行的微槽430形成于承载带410内，并穿过 该承载带自顶面412突至底面414。该前开口 420和后边422和开口樣么槽 430使得流体自复合载体结构402内的一个微槽承载带流至另一个微槽 承载带。第一组平行的微槽自承载带410的第一侧边416延伸至第二侧 边418。第二组微槽430自前边420延伸至第二侧边418。第三组微槽430自寿义载带410的第一侧边416延伸至后边422。该孩吏槽430延伸至侧边 416和418，但并不从这些侧边伸出。端板405防止流体流出复合载体结 构402的侧边。附图中未示出的第二端4反405与图44和45中左侧边上 的第一微槽承载带400A相邻放置。承载带400A内的微槽430可与相对 于承载带和侧边416的中心轴成一个角度定向，所述角度为约90。至约 180°，在一个实施方式中介于自约100°至约150。的范围内。承载带400B 内的微槽430可与相对于承载带和侧边116的中心轴成一个角度定向， 所述角度为约0°至约90。，在一个实施方式中介于自约50°至约80°的范 围内。通过进入承载带400A和400B的前边420、流入并流过孩i槽430 以及从一个承载带（400A或400B)内的微槽430转移至另一个承载带
(400A或400B )内的微槽430直至流体到达承载带的后边422而后流 出复合载体结构402,流体可流过复合结构402。图45示出了用于流体 进入图44中示出的复合载体结构的开口'A，的、通过复合载体结构402 的流动通道的实例。通过复合载体结构402的流体的流动可以描述为/人 一层渗透、扩散和平流输送至另一层，直至流体自该复合载体结构的前 端通过而至其后端。
利用常规技术即可将催化剂沉积于微槽承载带（400、 400A、 400B) 上。这些技术可包括将催化剂涂覆于微槽载体带上面、在微槽载体带上 面生长催化剂或利用气相沉积将催化剂沉积于微槽承载带之上。该气相 沉积可以是化学气相沉积或物理气相沉积。可通过浆料涂覆、溶胶涂覆 或溶液涂覆将催化剂沉积。在一个实施方式中，该催化剂可以是沉积于 和粘附于承载带或复合载体结构的微槽430上的微米颗粒的形式。每平 方厘米微槽承载带的催化剂负载可介于约0.1 mg至约100 mg的范围内， 在一个实施方式中每平方厘米微槽承载带的催化剂可介于约1 mg至约 10 mg的范围内。该微米颗粒可具有介于约0.01微米至约100微米的范围的平均粒径，在一个实施方式中介于约0.1微米至约50微米的范围内， 在一个实施方式中介于约0.1微米至约IO微米的范围内，在一个实施方
式中介于约0.1微米至约7微米的范围内，在一个实施方式中介于约0.1 微米至约5微米的范围内，在一个实施方式中介于约0.1微米至约3微米 的范围内，在一个实施方式中介于约0.1微米至约2微米的范围内，在一 个实施方式中介于约0.1微米至约1微米的范围内，在一个实施方式中介 于约0.1微米至约0.5微米的范围内。
该微槽承载带和复合结构的优点涉及如下事实：微米颗粒的催化剂 可置于微槽内并粘附于微槽，由此减少由于工艺流体流过微通道而冲走 颗粒的趋势。
图42和图43所示为用于樣t通道处理单元核102内的重复单元200W
带400。可用于微通道处理单元核102的这些重复单元的数目可以是任何 凄丈目，例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、八个、十个、几百 个、几千个等。参照图42,重复单元200W包括带有固定于工艺微通道 210内壁230上的微槽承载带400的工艺微通道210。总体流动区域234 是位于微槽承载带400上面的工艺微通道210内的空间。如箭头215和 216所示，工艺流体流过工艺纟效通道210。在流过工艺樣么通道210期间， 工艺流体流过与微槽承载带400承载的催化剂接触的总体流动区域234。 该催化剂可以是置于微槽430内的微米颗粒的形式。该樣l槽承载带400 是一种旁流承载带。但是， 一些工艺流体可在微槽430内流动并接触催 化剂。工艺流体通过微槽430的流动可以总体上沿自侧边418流向侧边 416和后边422的方向。可^是供热交换通道（附图中未示出）以加热和/ 或冷却工艺孩t通道210。
除了图43所示的工艺^:通道210含有相对的内壁230和232和负载页
于固定在每一相对的内壁之上的微槽承载带400的催化剂之外，图43所 示的重复单元200X类似于图42所示的重复单元200W。
至少在一个实施方式中，本发明方法的优点是：无论该方法是打算 用于实验室或实验厂规模还是全规模生产，工艺微通道、分批加入通道 和热交换通道之间的间距可以是相同的。结果，无论该樣t通道处理单元 以实验室或实验厂的规模建立还是作为全规模工厂单元，通过使用本发 明的方法的微通道处理单元所制得的多相流体混合物内的第二流体的粒 径分布可以基本上相同。
通过公式Fx=mu*du/dy,可以计算出速度u方向的液体控制元件（以 离散的形式存在）上的剪力或剪应力，其中mu为粘度，du/dy为流体正 常流向带孔部分的速度梯度。但是，正如在流体的位置（由控制元件表 示），该速度通常具有三个分速度，剪力也具有三个分力。对于在其表面 和附近的通道流动来说，能够作出一个尺寸假设，并且Fx能够接近在流 体元件表面的净剪应力。利用计算流体力学，包括可使用诸如Fluent或 FEMLAB的商业软件包以用于解所需输运方程式，从而计算出表面剪力。 可沿通道的长度、平行于流动的方向计算出表面剪力或剪应力。也可计 算平行通道之间的剪力或剪应力，其中包括流动分布效应，以确定进入 各平行通道内的质量流量为具体化的通道和歧管几何形状的函数。例如， 也可在《基础流体力学》，第三版，B. R. Munson, D. F. Young and T.H. Okiishi, John Wiley & Son, Inc., Weinheim, 1998得知其他计算方法。
在一个实施方式中，使用单一工艺微通道的工艺的剪力偏差系数 (SFDF)可以在包括多个工艺樣吏通道的》文大工艺的SFDF的约50%的范 围内。可利用下式计算SFDF:
SFDF — (Fmax — Fmin)/(2Fmean) 其中，F丽为用于指定流体的工艺微通道内的最大剪应力；Fi为用于所小剪应力；Fmean为位于工艺微通道210内带
孔部分（250, 250A)的表面处流体的算术平均剪应力。在根据本发明方 法操作的一工艺微通道内，该SFDF可小于约2，在一个实施方式中小于 约l,在一个实施方式中小于约0.5,以及在一个实施方式中小于约0.2。
在一个实施方式中，本发明方法在使用多个工艺微通道的同时可提 供相对均匀的剪应力。为测量多个工艺微通道中的剪力的一致性，计算 出每个通道的平均剪力并进行对比。F皿为平均通道剪力的最大值，Fmin 为平均剪力的最小值。Fmean为所有通道的平均剪力的平均值。由这些值 可计算出SFDF。在多个工艺微通道之中，至少在本发明方法所用的一个 实施方式中，SFDF可小于约2，在一个实施方式中小于约1,在一个实 施方式中小于约0.5,在一个实施方式中小于约0.2。
工艺微通道内剪力的偏差也可定义为：
二 ,—— 尸
'max
其中，Fmax、 F匪如上述定义。在一个实施方式中，SFDF，可小于约0.9, 在一个实施方式中小于约0.5,在一个实施方式中小于约0.1。 对于多个工艺微通道来说，剪力偏差可定义为：
其中，F;ax定义为位于多个工艺微通道给定轴向位置的最大剪力，F，min 定义为位于多个工艺微通道相同给定轴向位置的最小剪力。在一个实施 方式中，该SFDF"可小于约0.9,在一个实施方式中小于约0.5,在一个 实施方式中小于约0.1。
在放大装置中，相对一定应用来说，需要使工艺流体的质量在微通 道内均匀分布。此应用可用于当需要一起加热或者冷却工艺流体与相邻的热交换通道的时候。通过改变自平行微通道至另 一微通道的横截面积 可获得均匀的质量流量分布。可通过下述质量指标因数（Q-因数）定义 质量流动分布的均匀性。0%的Q-因数表示绝对均匀分布。
Q = 咖——^x100
''""max
横截面积的变化可引起壁上剪力的差异。
在一个实施方式中，工艺微通道的Q-因数可小于约50%,在一个实 施方式中小于约20%,在一个实施方式中小于约5%,在一个实施方式中 小于约1%。
在一个实施方式中，工艺微通道的Q-因数可小于约50%, SFDF"可 小于约0.8。在一个实施方式中Q-因数小于约5%, SFDF"可小于约0.5。 在一个实施方式中Q-因数可小于约1%， SFDF"可小于约0.1。
热源和/或热沉可用于冷却、加热或者既用于加热又用于卩令却。该热 源和/或热沉可包含一种或多种热交换通道。该热源可包含一种或多种非 流体加热元件，诸如一种或多种电热元件或电阻加热.器。该热沉可包含
一种或多种非流体冷却元件。这些元件可与工艺孩i通道和/或分批加入通 道相邻。在一个实施方式中，该热源和/或热沉可与工艺微通道和/或分批 加入通道不接触或不相邻，而是远离工艺樣t通道和/或分批加入通道的两 者或其一，但充分地接近工艺微通道和/或分批加入通道以在热源和/或热 沉与工艺孩i通道和/或分批加入通道之间传递热。非流体加热和/或非流体 冷却元件可用于形成工艺微通道（210)和/或分批加入通道（240,240A) 的一个或多个壁。可把该非流体加热和/或冷却元件建造成工艺微通道和/ 或分批加入通道的一个或多个壁。该非流体加热和/或冷却元件可以是薄 片、条、丝网、圓板或者嵌入工艺微通道和/或分批加入通道的壁内的其 他形状的结构。该非流体加热和/或冷却元件可以是粘附于工艺微通道和/或分批加入通道的薄片或丝网的形式。^吏用珀耳帖型（Peltier-type)热电 冷却和/或加热元件可实现加热和/或冷却。沿着工艺微通道和/或分批加入
通道的长度可使用多个加热和/或冷却区。类似地，沿着工艺孩吏通道和/ 或分批加入通道的长度可使用在一个或多个热交换通道内的不同温度下 的传热流体。该热源和/或热沉可用于4是供工艺纟敖通道和/或分批加入通道 内的准确的温度控制。
该热交换流体可以是任何流体。这些流体包括空气、水蒸汽、液态 水、气态氮、液态氮、包括惰性气体在内的其它气体、 一氧化碳、二氧 化碳、诸如矿物油的油、气态烃、液态烃以及热交换流体，例如可从道 氏-联合碳化物公司得到的道氏热载体A和美国Therminol。
该热交换流体可包含第一流体、第二流体和/或产物。此能提供工艺 预加热和/或提高工艺的整体热效率。
在一个实施方式中，该热交换通道包含进行吸热过程或it热过程的 工艺微通道。这些热交换工艺通道可以是微通道。可在热交换通道内进 行的吸热过程的实例包括水蒸气转化和脱氢反应。可在热交换通道内进 行的放热过程的实例包括水-煤气转化反应、合成曱醇反应和合成氨反应。
在一个实施方式中，热交换流体经历热交换通道内的相变。此相变 提供超过由对流加热或冷却所提供的添加至或移自工艺微通道和/或第二 反应物流通道的额外的热。此相变的实例是经沸腾的油或水。在一个实 施方式中，相变流体的沸腾的蒸汽质量分数的量可达约100%,在一个实 施方式中达约75%,在一个实施方式中达约50%。
在微通道处理单元内热交换的热通量在微通道处理单元内传热壁的 每平方厘米表面积介于自约0.01瓦特至约500瓦特（W/cm2)的范围内， 在一个实施方式中自约0.1 W/cn^至约250 W/cm2,在一个实施方式中自 约0.1 W/cr^至约100 W/cm2,在一个实施方式中自约1 W/cn^至约100W/cm2,在一个实施方式中自约1 W/cn^至约50 W/cm2，在一个实施方式中自约1 W/cn^至约25 W/cm2,在一个实施方式中自约1 W/cn^至约10 W/cm2。
在一个实施方式中，进入微通道处理单元100的流体流的温度可在离开微通道处理单元100的产物温度的约200。C的范围内，在一个实施方式中在约100。C的范围内，在一个实施方式中在约50。C的范围内，在一
个实施方式中在约2crc的范围内。
通过控制与工艺微通道和/或分批加入通道极接近或者相邻的热交换通道之间的热交换可允许工艺微通道和/或分批加入通道的均匀的温度分布。此将提供比由诸如搅拌槽的常规处理装置所得的更快速率的、更均匀的热交换的可能性。对于使用多个工艺微通道和选择性的多个分批加入第二通道的樣i通道处理单元来说，沿工艺4鼓通道的长度至少一个共同
位置的工艺微通道和/或分批加入通道之间的温差可小于约5°C,在一个
实施方式中小于约2。c,在一个实施方式中小于约rc。
与任一工艺微通道和/或分批加入通道相邻的热交换区270沿此通道
的长度可使用不同的温度区。例如，在一个实施方式中，接近工艺微通道入口的第 一 区的温度可维持在接近工艺微通道末端的第二区的第二温度之上或之下的一个温度。冷却区或淬火区可合并于工艺微通道内以冷却产物。可能有许多热分布的组合，以允许沿工艺微通道和/或分批加入通道的长度的特制热分布，包括在工艺微通道内反应区前和/或后具有加热区或冷却区以加热或冷却反应物和/或产物的可能。
进入热交换通道的热交换流体的温度可介于约-40。C至约400°C的范围内，在一个实施方式中约0。C至约400。C,在一个实施方式中自约20°C至约300。C,在一个实施方式中自约20。C至约250°C,在一个实施方式中自约2(TC至约200°C。离开热交换通道的热交换流体的温度可介于约-4(TC至约40(rC的范围内，在一个实施方式中约0。C至约400。C，在一个实施方式中自约20。C至约3(XTC,在一个实施方式中自约20。C至约250°C,在一个实施方式中自约20。C至约200°C。热交换通道内热交换流体的^f亭留时间可介于自5ms至约1 min的范围内，在一个实施方式中自20 ms至约1 min,在一个实施方式中自50 ms至约1 min,在一个实施方式中自100 ms至约1 min。当热交换流体流过热交换通道时其压降可达约1 atm/m的范围，在一个实施方式中达至约0.5 atm/m，在一个实施方式中达至约0.1 atm/m,在一个实施方式中达约0.01 atm/m至约1 atm/m。该热交换流体可以是蒸汽、液体或蒸汽和液体的混合物的形式。蒸汽流过热交换通道的雷诺数可介于自约10至约5000的范围内，在一个实施方式中为约100至约3000。液体流过热交换通道的雷诺数可介于自约10至约10000的范围内，在一个实施方式中为约100至约5000。
沿其轴向长度的工艺微通道的设计可以改变，以适应工艺微通道内变化的流体力学。例如，如果其中一种反应物过量，那么反应混合物的流体性质在整个反应过程中可发生变化，如所表示的反应程度小于约10%至反应程度大于约50%。对于氧气的输送接近化学计量输送速率的氧化反应来说，在工艺微通道的入口处，液体与气体的比例可以是适中的，但在工艺微通道的末端处，液体与气体的比例可高，对希望气体反应物趋于消失的反应而言，所述比例趋于无穷大。减少传质需要良好的相混合。当气体或可选冲奪的液体几乎完成反应时，例如大于约60%的转化，在一个实施方式中大于约90%的转化，良好的相混合需要不同的设计。在工艺微通道内可有至少一个第二反应区，其中减小或增加与第一反应区中的微通道的横截面相应的微通道的横截面以产生不同的混合模式。当反应进程趋于完全时，如果使用表面特征，其可具有不同的几何形状、模式、角度、深度或者相对于微通道间隙的不同尺寸比。在本发明的 一个实施方式中，通过限制催化剂所需的扩散通道可实现相对短的接触时间、所期望的产物的高选择性以及催化剂的相对较低的失活率。例如，当催化剂以位于所设计的诸如金属泡沫的载体之上或者工艺微通道的壁之上的薄层形式存在时，可实现此目标。此允许增加的空速。在一个实施方式中，可利用化学气相沉积制备该催化剂薄层。该薄层可具有达约1微米的厚度，在一个实施方式中自约0.1微米至约1微米，在一个实施方式中达约0.25微米。通过减少扩散通道，这些薄层可缩短反应物在活性催化剂结构内的时间。这缩短了反应物在催化剂活性部分所消耗的时间。结果可提高产物的选择性和减少不希望的副产物。此种方式配置催化剂的优点是，不像常规催化剂那样，其中催化剂的活性部分可被束缚于惰性低导热性的粘合剂内，该活性催化剂薄膜与所设计的结构或与工艺微通道的壁紧密接触。此可平衡微通道反应器内所得到的高传热速率，并且可以紧密控制温度。结果是能够在升高的温度（更快的动力学）下进行反应，并且未促使不希望的副产物的形成，从而得到较高的产率和收率，并且延长了催化剂的寿命。
在一个实施方式中，该催化剂可以再生。此可通过使再生流体流过
工艺微通道210并接触催化剂来得以完成。该再生流体可包含氪或稀释
的氢气流。该稀释剂可包含氮气、氩气、水蒸气、甲烷、二氧化碳、或
其两种或多种的混合物。再生流体中H2的浓度可达约100体积％的范围，在一个实施方式中自约1体积％至约100体积％，在一个实施方式中自约1体积％至约50体积％。该再生流体可自集管104流过工艺微通道而至底管106,或按相对的方向自底管106流过工艺微通道而至集管104。该再生流体的温度可自约20。C至约600°C，在一个实施方式中为约20。C至约400。C,在一个实施方式中为约80。C至约200°C。在此再生步骤中，工艺微通道210内的压力可介于自约1个大气压至约100个大气压的绝对压力的范围内，在一个实施方式中为约1个大气压至约IO个大气压。工
艺微通道内再生流体的停留时间可介于自约0.001秒至约IO秒的范围内，在一个实施方式中为约0.01秒至约1秒。
工艺微通道210内反应物和产物与催化剂的接触时间可达约100秒的范围，在一个实施方式中可介于自约1毫秒至约IOO秒的范围内，在一个实施方式中可介于自约1毫秒（ms)至约IOO秒的范围，在一个实施方式中可介于自约1毫秒至约50秒的范围内，在一个实施方式中可介于自约1毫秒至约25秒的范围内，在一个实施方式中可介于自约1毫秒至约10秒的范围内，在一个实施方式中可自约1毫秒至约1秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约500毫秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约200毫秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约100毫秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约50毫秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约20毫秒，在一个实施方式中可自约1毫秒至约10毫秒。
在工艺^t通道210内流动的流体的流率可介于约0.001 Ipm至约500Ipm,在一个实施方式中为约0.001 Ipm至约250Ipm，在一个实施方式中为约0.001 Ipm至约100 Ipm,在一个实施方式中为约0.001 Ipm至约50Ipm,在一个实施方式中为约0.001 Ipm至约25 Ipm,在一个实施方式中为约0.001 Ipm至约10 Ipm。流体在工艺微通道内流动的速度可介于自约0.01 m/s至约200 m/s的范围内，在一个实施方式中为约0.01 m/s至约75m/s,在一个实施方式中为约0.01m/s至约50m/s,在一个实施方式中为约0.01 m/s至约30m/s,在一个实施方式中为约0.02 m/s至约20 m/s。流体在工艺微通道内流动的雷诺数可以介于自约0.0001至约100000的范围内，在一个实施方式中为约0.001至约10000。
工艺微通道内反应物和产物流动的重量时空速度（WHSV)可以是至少约O.l (ml进料）/(g催化剂）（小时）。该WHSV可以介于自约0,1(ml进料）/ ( g催化剂）（小时）至约5000 ( ml进料）/ ( g催化剂）（小 时）的范围内，在一个实施方式中该WHSV可以介于自约1 (ml进料） / (g催化剂）（小时）至约500 (ml进料）/ (g催化剂）（小时）的范围 内，在一个实施方式中该WHSV可以介于自约10 (ml进料）/ (g催化 剂）（小时）至约500 (ml进料）/ (g催化剂）（小时）的范围内。
流体在工艺微通道内流动的停留时间可介于自约0.005秒至约100 秒的范围内，在一个实施方式中自约0.03秒至约10秒。
虽然不希望受理论束缚，可以认为工艺微通道210内的高表观速度 有利于反应，其中气相和液相在反应过程中均存在。这是因为流体的剪 应力可作用于通常形成于催化剂表面上的液体薄层。较薄的液膜层可减 小反应物对催化剂表面的传质阻力，并且促进了反应物在相对短的接触 时间内的转化，例如接触时间小于约500毫秒。在一个实施方式中，流 体流过工艺微通道的表观速度可以是至少约0.01 m/s，在一个实施方式中 介于约0.01 m/s至约50 m/s的范围内，在一个实施方式中介于约0.01 m/s 至约10m/s的范围内，在一个实施方式中介于约0.01 m/s至约lm/s的范 围内，在一个实施方式中介于约0.05 m/s至约0.5 m/s的范围内。
流体进入微通道处理单元100或者处理单元核102的温度可介于约 -40°〇至约400°。的范围内，在一个实施方式中为约0。C至约400°C,在一 个实施方式中为自约20。C至约300°C,在一个实施方式中为自约20。C至 约250。C,在一个实施方式中为自约20。C至约200。C。
工艺微通道210内的温度可介于约-40。C至约400。C的范围内，在一 个实施方式中为约0。C至约400°C,在一个实施方式中为自约20。C至约 300°C,在一个实施方式中为自约2(TC至约250°C,在一个实施方式中为 自约20。C至约200°C。
离开微通道处理单元100或处理单元102的产物的温度可介于约-40°〇至约400°〇的范围内，在一个实施方式中为约0。C至约400°C,在一 个实施方式中为自约20。C至约300°C，在一个实施方式中为自约20。C至 约250°C,在一个实施方式中为自约20。C至约200°C。
工艺^f敖通道210内的压力可达约50大气压的绝对压力的范围，在一 个实施方式中达至约40大气压，在一个实施方式中达至约30大气压。 在一个实施方式中其压力可达约1大气压至约50大气压的绝对压力的范 围，在一个实施方式中为约10大气压至约40大气压，在一个实施方式 中为约20大气压至约30大气压。
当反应物和/或产物在工艺樣i通道210内流动时，其压降可达约每米 工艺微通道长度1大气压（atm/m)的范围，在一个实施方式中达约0.5 atm/m,在一个实施方式中达约0.1 atm/m。
流过带孔部分（250, 250A)的第二流体的压降可达约0.1 atm的范围， 在一个实施方式中自约0.001 atm至约O.l atm,在一个实施方式中自约 0.001 atm至约0.05 atm,在一个实施方式中自约0.001 atm至约0.005 atm。 在工艺^f敖通道210内流动的反应物或产物可以是蒸汽、液体、或者蒸汽 和液体的混合物的形式。在工艺微通道内的蒸汽的流动的雷诺数可介于 自约10至约10000的范围内，在一个实施方式中为约100至约3000。在 工艺微通道内的液体的流动的雷诺数可介于自约10至约10000的范围 内，在一个实施方式中为约100至约3000。
第一反应物的转化率可介于每周期约5%或更高的范围内，在一个实 施方式中自约15%至约100%。
第二反应物的转化率可介于每周期约25%或更高的范围内，在一个 实施方式中每周期自约25%至约100%。
产物收率可介于每周期约20%或更高的范围内，在一个实施方式中 每周期自约20%至约25%。微通道内乳液的形成使得更小的平均液滴尺寸可用于新的商业应 用，除了别的以外，诸如个人护理产品、医疗产品和食品。当每通道以 高流率进行操作时，所得乳液混合物沿窄微通道的壁产生高的壁剪应力。 该通过透壁引入的、经过分散相的连续相材料的流体与壁面之间的高剪 应力使得形成小乳液液滴一每次一滴。这些乳液可被称为非牛顿流体。 该技术的放大的问题已经理解为非牛顿流体在高壁剪应力下的行为。当 形成乳液时，沿着微通道长度的组分的流体性质的进一步复杂性已发生 改变。
非牛顿乳液流体的许多预测模式源自低剪切速率，并且已显示出预 测情况与试验结果间的优异的一致性。在低剪切速率下所得的非牛顿乳 液的幂律关系在由小的微通道里的高通量所产生的高剪切环境下受到破 坏。该小尺寸在壁处产生更高的速度梯度，结果导致较大的表观黏度。 在低剪切环境下所得的幂律的推理不能准确地预测在高流率时在微通道 内可能出现的压降。
下面述及在由常规关系所推知的高的壁剪应力微通道环境下产生较
大压降的剪切稀化流体的结果，所用的术语如下： f:范宁摩擦系数 D二通道的水力直径，m ]^=幂律常数 1^=通道长度，m
1!=幕律系数
R:通道半径，m Re二雷诺数
V二通道内流体的平均速率，m/s
X+二无量纟冈传达长度(dimensionless developing length)AP:压降，pa
p-通道内流体的密度，kg/m3 『粘度,kg/m-s 丁=剪应力，N/m2 Y^剪切率，sec-1
乳液可被称为含有影响流体与流体间界面稳定性的成分的分散系。 在许多情况下，这些乳液的成分和该乳液不遵循剪应力与剪切率之间的 牛顿关系。剪应力与剪切率之间的关系在预测微通道处理单元的非牛顿 流体的流体动力学和设计参数（例如压降）方面起到了重要作用。
在预测宏观尺度管道内非牛顿流体的压降时，结合使用诸如幂律常
式流变仪或试验室粘度计得知速度分布的流变参数。但是，对于小尺寸 体系来说，因为没有得到确认的微通道内非牛顿流体的速度分布的相互 关系，将流变图中的流变参数转换为高剪切环境和最终的压降可能是不 准确的。
不用流变图作为设计计算的基础，利用管线粘度计（毛细管粘度计 的一种形式）测定微通道内所产生的高剪切环境下的流变参数在试验上 可能更方便和更准确。下文述及微通道环境内剪切稀化型非牛顿流体的 剪应力和剪切率关系的适用性。
大多数工业上的应用都受所允许的压降的限制。流动建^^莫的目的是 理解和得到系统内的压降和影响它的参数。该部分描述可用于估算直线 管道内压降的方程式。
对于非牛顿流体来说，剪应力的变化与剪切率成比例。比例常数被 称为动力粘度，对给定流体来说，该常数在恒温恒压下为定值。r = /i" (丄）
基于上述应力与应变的关系，装有牛顿流体的直线管道内的压降方 程式的一般形式为：
2 (2)
其中，范宁摩擦系数（f)为无量纲数，其代表通道壁上的剪应力。所述 摩擦系数的值取决于流态（或者雷诺数）、管道几何形态和壁表面粗糙度。 圆形通道几何外形的范宁摩擦系数取决于雷诺数并列出如下。
层流区（Re<2200):层流区内的摩擦系数取决于无量纲传达长度,并可 由下式估算：
1.25 I ，,. 3,44
f 3.44 〕 U【x"]"
当X+S0.1时， Re ; (3)
]6
当X+X).1时， /=^; (4)
过渡区（2200^Re<4000):过渡区的圆形通道内的摩擦系数可由下式计算 出：
/=薩8+0.1143
湍流区（Re^4000):过渡区的圆形通道内的摩擦系数可由下式计算出：
/ =画4+^^ ,、
Re-" ( 6 )雷诺数和无量纲长度可由下式计算出：
formula see original document page 106 (7)
formula see original document page 106 (8)
图52示出了剪切稀化非牛顿流体的剪应力和剪切率之间的传统关 系。剪应力（或粘度）不随剪切率而改变的区域可称之为牛顿区。这些 区域间的行为可以是重对数图尺上的直线，并被认为是幂律区域。
幂律区域内的流体特性可近似为：
formula see original document page 106 (9)
圆形管道内层流区遵循幂律的剪切稀化流体的充分发展的速度分布 和剪切率可由下式计算出：
formula see original document page 106 (10)
formula see original document page 106 （ 11)
一般情况下，涉及非牛顿流体的数学问题包括解Navier-Strokes方程 式。不过，如由粘度计能确定k和n值，那么，通过利用如方程式（9)、 (10)、 （11)并结合方程式（2)至（4)所述的关系可开发出估算非牛 顿流体的压降的简单方法。估算压降的此方法可被称之为l-D方法。
图53所示为试验测定高剪切率环境内的粘度的试验装置。使用圆形 横截面的不锈钢管。该管的标称直径为1.59nm。该管壁的标称厚度为0.43 nm。该管的长度为610 mm。通过从巻材切割所需长度的管并利用除毛刺 机（de-burrer)除去管两端的毛刺来制作试验装置。流体通过Isco才莫式260D注射泵进料。该泵准确至0.001 ml/min。该 泵的最大输送压为20,800 kPa (205.3个大气压）。利用NOSHOK系列 (NOSHOK Series 100)的压力传感器来测定试验装置入口和出口处的 液压。在自0至136 kPa (5 psig, 1.34个大气压）的测定范围内，在试 验装置的出口处使用单个的压力传感器。在试验装置的入口处，使用两 个压力传感器。其中一个传感器的测定范围为自0至791kPa (100psig， 7.81个大气压），而另一个传感器的测定范围为自0至7000 kPa ( 1000 psig， 69.1个大气压）。当入口压力小于710kPa (7.01个大气压）时，使 用测定范围为自0至791 kPa (7.81个大气压）的压力传感器，其他情况 下使用测定范围为自0至7000 kPa (69.1个大气压）的压力传感器。压 力传感器的准确度为压力范围的±0.5%。试验装置的出口处保持在围压条 件下。利用准确度为士2"C的欧米茄型k (Omega Type K)热电偶测定试 验装置的入口和出口流体的温度。整个试验装置维持在室温条件下。任 何的粘性生成热（viscous heat generation)均可消散于周围环境内。
利用石墨卡套和卡套接头配件进行试验装置的连接，以防止管末端 的受压。
利用美国国家仪器公司的LabVIEW 7.1电子记录温度和压力数据。 记录泰:据的时间间隔为1秒。
进行任何试验之前，要校准压力传感器以准确测定压力。用于校准 的标准是美国福禄克（Fluke) 725 w/700PO7压力校准模块。通过对比由 LabVIEW数据记录软件读出的压力传感器原始输出电流（单位为mA) 和由配有压力校准模块（单位为kPa)的美国福禄克725测定的压力来建 立校准曲线。利用Altech 368-600高压手动泵引入压力。利用最小的六个 点生成该校准曲线。对所有三个压力传感器来说，发现其外加压力与压 力传感器信号之间呈线性关系。然后该校准曲线用于试验过程中的压力测定。图54示出了测定范围达至136 kPa( 1.34个大气压）、791kPa(7.81 个大气压）和7000 kPa ( 69.1个大气压）的压力传感器的校准曲线。 泵测定的准确度不超过±0.5%。
逐渐形成实验检验方案以既估算牛顿流体又估算非牛顿流体的压 降。所用的牛顿流体为去离子水。利用溶于去离子水中的流变改性剂制 备非牛顿流体。所用的流变改性剂为来自美国诺誉（Noveon)公司的 Carbopol SF-1。表1所示为该实验测试方案。
表l:牛顿流体和非牛顿流体的实验测试方案
table see original document page 108
去离子水可用作牛顿流体。通过利用英国威立雅（ELGA)公司制造 的型号为Medical7R的除离子器制备去离子水。整定值（setting)为18 MQ。
使用Noveon Carbopol聚合物制备三种非牛顿溶液。Carbopol聚合物 为高分子量的丙烯酸与聚烯基聚醚交联的均聚物和共聚物。当其使用浓 度低于1%时，这些聚合物提供了一种宽范围的流变性质。通过把4.2 gCarb叩ol聚合物混于500 g去离子水中制得第一溶液。通过把5.6 g Carbopol聚合物混于500 g去离子水中制得第二溶液。通过把8.4 g Carbopol聚合物混于500 g去离子水中制得第三溶液。通过逐滴加入O.l NNaOH溶液，搅拌的同时监控pH值，使得所有溶液的pH值处于6.8-7.2 之间。第一溶液称之为瓶游產，第二溶液称之为哞^^度，而第三溶液称 之为葛祐產。这些溶液的每一溶液均为非牛顿流体。
利用配有UL适配器的Brookfield RVDV-E粘度计测定非牛顿流体的 粘度。用于粘度测定的转子为ULA-OOO。
图55表明Carbopol溶液的所测粘度为由Brookfield粘度计测得的低、 中和高粘度非牛顿流体的剪切率的函数。
重对数图尺上粘度和剪切率之间的线性关系表明该流体是遵循常规 幂律关系的剪切稀化非牛顿流体。
泵的储存器里装有测试液。数据记录仪开始电子记录其压力和温度。 在注射泵里设置试验装置所需流率，然后启动注射泵。当压力传感器的 入口压力的波动幅度小于3.5 kPa( 0.035个大气压）时，可认为该流动为 稳态流动。维持该稳态流动30至60秒，以收集入口和出口的压力与温 度的数据信息。当完成流体的所有试运转后，开始试验之前充入50 ml 空气清除系统，并用20ml进行下一次流体沖洗。重复几个运行点以验证 其再现性。通过入口和出口的所测压力差来计算试验装置的压降。
图56示出了水的试验压降与预测压降的对照。利用方程式（2)至 (8)预测其压降。正如图56中所示，作为牛顿流体的水的所测压降和 预测压降间是完全吻合的。该对照验证了选择的摩擦系数的相互关系。
如图55所示，由Brookfield粘度计测得的粘度值用于计算粘度与剪 切率之间的幂律关系中的常数k和n。表2汇总了低、中和高粘度非牛顿 流体的k值和n值。表2: Brookfield粘度计测得的非牛顿流体的k值和n值小结table see original document page 110
利用方程式（2)、 （9-11)以及表2中的k值和n值，可预测试-验装 置内低、中、高粘度的非牛顿流体的压降。图57-59对比了低、中、高粘 度的非牛顿流体的试验压降和预测压降。在所有情况下，试验压降都大 于由基于适于低剪切Brookfield粘度计所得幂律系数的l-D方法的预测 压降。
也可利用计算流体力学方法来验证l-D方法。优先(in Gambit)开发出 一种简易试验装置的网状物。用于计算流体力学的软件为FluentV6.2.16。 如表2所示，由Brookfield粘度计所得幂律系数用于分析。如图58所示 可看出，由计算流体力学方法所得的预测值与由l-D方法所得的预测值 很好地相吻合。
利用由低剪切Brookfield粘度计测得的k值和n值，由l-D方法和 计算流体力学方法这两种方法所进行的非牛顿流体的压降预测值都明显
地低于所测得的试验压降值（如图57-59所示）。同样，当非牛顿流体的 粘度增大时，预测值与测得值之间的差异变大。
Brookfield粘度计估测了 0.1秒—1和100秒"剪切率之间的该非牛顿流 体的粘度。该范围内的剪切率用于估计粘度和剪切率之间的幂律关系。 但是，如图57-59所示，试验装置内的剪切率介于5000秒"和50,000秒 "的范围内。这些较高的剪切率通常为微通道乳化装置内的操作情况。预 测压降和测得压降间的偏差表明，由粘度计所估算的幂律关系不足以准 确预测孩i通道内的压降。table see original document page 111

重新计算所利用的试验压降数据、k值和n值，以使预测压降值与试
验压降值相匹配。新的k值和n值明显地不同于由粘度计所估算的值， 所述粘度计示出了在高剪切率下的不同的粘度与剪切率的关系。表3对 其对比进行小结。图60示出了利用低粘度流体的新的k值和n值的试验 压降和预测压降的比较。中粘度和高粘度流体的结果相类似，其预测误 差小于1%。
此表观偏差归因于微通道尺寸下低剪切率环境至高剪切率环境之间 的非牛顿流体的幂律关系的变化。虽然不希望受理论束缚，可以认为， 微通道内的小通道尺寸和高通道通过量可引起层流流体分布的变化。增 加的n值表明速度分布剖面变得进一步扁平。变扁平的流体分布剖面可 导致壁表观粘度增大，并可在微通道内导致更高的压降。
此外，如表4所示，低剪切下在管粘度计中进行了附加试验，所得 的k值和n值与在该低剪切率区内由Brookfield粘度计所预测的k值和n 值相匹配。图61所示为微通道内幂律非牛顿流体的粘度和剪切率之间的 理论关系。在过渡剪切率的位置，粘度与剪切率间的关系出现变化。
表3:由Brookfield粘度计所估算的k值和n值与由高剪切实验数据 所计算的k值和n值的比较
Brookfield粘度计 实验数据的估算 k n k n
低粘度 0,16 0.65 0.10 0.74
中粘度 0.55 0.49 0.28 0.68
高粘度 2.13 0.33 0.66 0.62
表4:由Brookfield粘度计所估算的k值和n值与由低剪切实验管数 据所计算的k值和n值的比较table see original document page 112
由实验室粘度计所估算的剪切稀化非牛顿流体的粘度与剪切率之间 的幂律关系通常存于低剪切率的范围内。高速剪切稀化非牛顿流体流过 具有小特征尺寸的微通道会导致高剪切率。在这些高剪切率之中，由低 剪切实验室粘度计所估算的幂律对于压降的预测可能不准确。对于非牛 顿流体来说，通过研究区内上述流体的压降试验和流率可得到具有良好 预测能力的微通道尺寸的压降模型。由此方法所开发的模型可用于准确 预测和系统设计。此外，此结果表明在高剪切环境下窄通道内的流体分 布会变化，从而表观粘度增大。
对于剪切稀化流体来说，虽然可看出由粘度计测量值推算出的粘度 和剪切率间的关系与微通道内高剪切率流动的的实际粘度和剪切率间的 关系之间的差异。但是对于诸如剪切增稠流体、时间相关流体（触变的、 抗流变的）的其他类型的非牛顿流体来说，在低剪切率时的粘度计测量 值可能不适用于微通道内的高剪切率流动。
利用此处所述的准确的压降模型可用来设计使用微通道处理单元内 的多个微通道的工艺和装置，或用来设计用于微通道处理单元的模块。 被引入一个微通道处理单元的流体可流过歧管部分而后进入多个樣吏通 道。利用此模型可以选择微通道尺寸和节流，以得到在通道中充分的流 动分布，以获得该装置内所进行的单元操作的所期望的结果。单元操作 可包括反应、分离、加热、冷却、蒸发、浓缩、混合等。
流动分布的一个度量为质量指标因数。质量指标因数"Qr可衡量歧 管在分配流量方面的有效性。它是连接通道流动的最大流率与最小流率 的差除以最大流率的比。对于具有恒定通道尺寸的连接通道体系来说，
希望每一通道具有相等的质量流率。该情况下的方程式可表示如下：g = —附mii x 00%
'"丽
其中
nvax[千克/秒h连接通道的最大质量流率
mmin[千克/秒;h连接通道的最小质量流率
对于具有不同的连接通道尺寸的情况，希望通道与通道之间的停留 时间、接触时间、速度或质量流量具有最小的变化，从而可得到所需要
的单元操作的占空比（duty)。此时，质量指标因数可定义如下：
g2 = G|m、 —Gmin x 100%
其中G为质量流率。当出现所有连接通道都具有相同横截面积的情况时， Q2的方程式可简化为Qi。质量指标因数给出连接通道流率的范围，0% 为完善分配，100%表示至少一个通道内的停滞（没有流动），而其值超过 100%时表示至少一个通道内出现回流（沿与所希望的流动方向相反的方 向流动）。基于含有约95%的通过连接通道的净流量的通道可定义Qi和 Q2,其中，如果通过那些通道的流量不必占通过连接通道的净流量的约
95%,那么不计算最低的流量通道。质量指标因tt可以为约20%或更少， 在一个实施方式中为约5%或更少，在一个实施方式中为约1%或更少。 在一个实施方式中质量指标因数可介于自约0.5%至约5%的范围内。
虽然已经结合具体的实施方式说明了本发明，可以理解，在阅读本 说明书后，所述实施方式的各种变型对本领域技术人员而言是显而易见 的。因此，可以理解，本申请所覆盖的发明确定包括可能落入所附权利 要求的范围之内的此类修正。

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