液体中气泡的分散可用于有化学反应或无化学反应的气体-液体 接触以促进吸收或解析，或用于泡沫或泡产生。这些例子包括：空气 喷射以满足废物流的BOD(生物需氧量)要求；空气注射用于在容器中 混合液体；空气喷射刺激微生物的生长以用于有害废物处理；氮气喷 射用于罐装色拉调料或芥末，CO2喷射用于碳酸饮料和啤酒；氯气喷 射用于漂白在纸制造中的纸浆；空气喷射用于煤浮选和其它固体分 离；氮气喷射以从机油中除去残留的水；氧气或空气喷射以在发酵反 应中促进细胞的生长；将空气、氧气或其它气体喷射到反应器内用于 改善性能；氢气喷射用于广谱的化学氢化反应；空气或天然气喷射用 于从油井产生的水中除去油；氧气喷射用于漂白在纸制造中的纸浆； 氮气喷射以从食用油、酒以及果汁中除去氧气；在养鱼场中氧气喷射 用于刺激鱼的生长；过硫酸氢钾制剂喷射以清洁在制药工厂中的超纯 水系；CO2或NH3喷射以调节废物或工艺流中的pH值；直接蒸汽注 射用于有效加热并且消除蒸汽锤；空气喷射用于从废物流中除去 VOC(挥发性的有机化合物)；等等。许多这些操作具有的问题在于气 体的分散是低效率的。

本发明提供一种解决该问题的办法。在一实施方案中，本发明使 具有较高表面积的较小的气泡分散到液体中。这导致较高的气体/液体 接触面积。较小的气泡和较高的表面积可将气体更有效地溶解于液体 中。这可降低气体的消耗量。这还可缩短气体溶解于液体中所需的时 间，导致更快的工艺过程和较高的生产量。
本发明涉及一种制造多相混合物的方法，包括：使第一流体流在 工艺微通道流动，第一流体流包括至少一种液体和/或至少一种气体， 工艺微通道具有有孔区；使第二流体流流过有孔区进入工艺微通道与 第一流体流接触以形成多相混合物，第二流体流包括至少一种气体和 /或至少一种微体形成材料，第一流体流在多相混合物中形成连续相， 第二流体流在连续相中形成分散的非连续相。
在一实施方案中，第二流体溶解在第一流体中。这可在工艺微通 道中或在多相混合物排出工艺微通道之后出现。在至少一个实施方案 中，本发明方法的优点在于，同不使用微通道技术的传统技术所形成 的较大气泡相比，多相混合物中的第二流体可包括更有效地溶解于第 一流体中的较小气泡。
在一实施方案中，多相混合物进一步包括在第一流体流中分散的 固体颗粒。
在一实施方案中，在工艺微通道和热源和/或冷源之间交换热量。 在一实施方案中，热源和/或冷源包括至少一个热交换通道。
在一实施方案中有孔区沿微通道的轴向长度的至少一部分沿伸。 在一实施方案中有孔区沿微通道的轴向长度的至少约10％沿伸，在一 实施方案中有孔区沿微通道的轴向长度的至少约20％沿伸，在一实施 方案中有孔区沿微通道的轴向长度的至少约35％沿伸，在一实施方案 中有孔区沿微通道的轴向长度的至少约50％沿伸，在一实施方案中有 孔区沿微通道的轴向长度的至少约65％沿伸，在一实施方案中有孔区 沿微通道的轴向长度的至少约80％沿伸，以及在一实施方案中有孔区 沿微通道的轴向长度的至少约95％沿伸。
在一实施方案中，第二流体流从第二流体流通道流过有孔区。
在一实施方案中，在工艺微通道和热源和/或冷源之间、第二流体 流通道和热源和/或冷源之间、或工艺微通道和第二流体流通道两者和 热源和/或冷源之间交换热量。热源和/或冷源可用于加热、冷却、或 兼有冷却和加热。热源可包括热交换通道和/或加热元件。冷源可包括 热交换通道和/或冷却元件。在一实施方案中，热源和/或冷源可毗邻 于工艺微通道、第二流体流通道、或与工艺微通道和第二流体流通道 两者都毗邻。在一实施方案中，热源和/或冷源可远离工艺微通道和/ 或第二流体流通道，但充分地接近于工艺微通道和/或第二流体流通道 以将热量传至工艺微通道和/或第二流体流通道或从工艺微通道和/或 第二流体流通道中传出。
在一实施方案中，方法在多相混合器中实施，其中采用一个或多 个顶管(header)或歧管以使流体流入工艺微通道、第二流体流通道 以及热交换通道内，并且采用一个或多个底管(footer)或歧管以使 流体流出工艺微通道和热交换通道。
在一实施方案中，第一流体流和第二流体流在工艺微通道中的混 合区内相互接触。在一实施方案中，在热源和/或冷源和在混合区中的 工艺微通道的至少一部分之间交换热量。在一实施方案中，在热源和 /或冷源和在混合区上游中的工艺微通道的至少一部分之间交换热量。 在一实施方案中，在热源和/或冷源和在混合区下游中的工艺微通道的 至少一部分之间交换热量。
在一实施方案中，工艺微通道在混合区中具有限定的剖面。
在一实施方案中，工艺微通道具有隔开的壁和在每个隔开的壁中 的有孔区，第二流体流流过各有孔区进入工艺微通道。在一实施方案 中，在每个隔开的壁中的有孔区包括许多孔，在一个壁的有孔区中的 孔正对于另一个壁的有孔区中的孔排列。在一实施方案中，在每个隔 开的壁中的有孔区包括许多孔，在一个壁的有孔区中的至少一些孔与 另一个壁的有孔区中的孔正好偏移排列。
在一实施方案中，工艺微通道位于多相混合物形成单元中，该多 相混合物形成单元包括第一工艺微通道、第二工艺微通道、以及位于 第一工艺微通道和第二工艺微通道之间的第二流体流通道，各工艺微 通道具有带有孔区的壁，第一流体流流过第一工艺微通道和第二工艺 微通道，第二流体流从第二流体流通道流过第一工艺微通道中的有孔 区与第一流体流接触并流过第二工艺微通道中的有孔区与第一流体 流接触。
在一实施方案中，第三流体流在第三流体流通道中流动，第三流 体流通道具有带另一个有孔区的另一个壁，该方法进一步包括：使第 二流体流流过另一个有孔区与第三流体流接触以形成另一多相混合 物；使另一多相混合物流过有孔区进入工艺微通道与第一流体流接 触。
在一实施方案中，工艺微通道由平行隔开的片和/或板形成。在一 实施方案中，第二流体流通道由平行隔开的片和/或板形成，并且第二 流体流通道毗邻于工艺微通道。在一实施方案中，热交换通道由平行 隔开的片和/或板形成，并且热交换通道毗邻于工艺微通道、第二流体 流通道或与工艺微通道和第二流体流通道两者都毗邻。
在一实施方案中，在微通道混合器中实施本方法，微通道混合器 包括许多工艺微通道和第二流体流通道，各工艺微通道具有带有孔区 的壁和毗邻的第二流体流通道，第二流体流从第二流体流通道流过有 孔区进入工艺微通道与第一流体流接触，工艺微通道和第二流体流通 道由平行隔开的片和/或板形成，工艺微通道和第二流体流通道彼此毗 邻并且在交错的并列的平面中或在交错的层层叠加的平面中排列。
在一实施方案中，工艺微通道包括两个或更多的有孔区并且分开 的第二流体流流过各个有孔区。在一实施方案中，流过各有孔区的分 开的第二流体流具有不同的组分。在一实施方案中，流过各有孔区的 分开的第二流体流具有不同的特性。
在一实施方案中，在微通道混合器中实施本方法，微通道混合器 包括至少2个工艺微通道，在一实施方案中包括至少约10个工艺微 通道，在一实施方案中包括至少约100个工艺微通道，以及在一实施 方案中包括至少约1000个工艺微通道。
在一实施方案中，在微通道混合器中实施本方法，工艺微通道包 括连接到至少一个第一流体流歧管的许多工艺微通道，第一流体流流 过至少一个第一流体流歧管流向工艺微通道。在一实施方案中，第二 流体流通道毗邻于工艺微通道，并且微通道混合器进一步包括连接到 第二流体流通道的至少一个第二流体流歧管，第二流体流流过至少一 个第二流体流歧管流向第二流体流通道。在一实施方案中，热交换通 道毗邻于工艺微通道和/或第二流体流通道，微通道混合器进一步包括 连接到热交换通道的至少一个热交换歧管，热交换流体流过至少一个 热交换流体歧管流向热交换通道。
在一实施方案中，第二流体流从第二流体流通道流过有孔区进入 工艺微通道，工艺微通道和液体通道包括同心排列的圆管。
在一实施方案中，在微通道混合器中实施本方法，微通道混合器 包括许多工艺微通道，其中分开的多相混合物在各个工艺微通道中形 成，在至少两个工艺微通道中形成的多相混合物彼此不同。这些多相 混合物可具有不同的组分和/或不同的特性。该微通道混合器可被称作 组合合成和筛选设备。本发明的该实施方案的优点在于它可以使用相 同的设备同时进行多种产物多相混合物的生成和评价。当需要筛选多 种配方作为可能的新产物时，此举会为有利。
在一实施方案中，在微通道混合器中实施本方法，微通道混合器 包括并列或层层叠加排列的许多多相混合物形成单元，各多相混合物 形成单元包括工艺微通道和毗邻的第二流体流通道，工艺微通道和毗 邻的第二流体流通道具有在共用壁，在所述共用壁中具有有孔区，有 孔区适于使第二流体流从第二流体流通道流过有孔区进入工艺微通 道，各工艺微通道和第二流体流通道由平行隔开的片、板或这些片和 板的结合制成，该方法包括：使第一流体流在工艺微通道中流动；使 第二流体流从第二流体流通道流过有孔区进入工艺微通道；以及在工 艺微通道中将第一流体流和第二流体流混合以形成多相混合物。
在一实施方案中，可使用较低的供第一流体流流过工艺微通道的 压降来操作本发明的方法。在一实施方案中，可使用较低的供第二流 体流通过有孔区进入工艺微通道的压降来操作本发明的方法。
在一实施方案中，可通过使用在工艺微通道的一个或多个内壁上 形成的表面特性来改善工艺微通道内的混合。在一实施方案中，第二 流体可在工艺微通道内接触第一流体，然后流过工艺微通道内的区 域，在该区域中可在工艺微通道的一个、两个或多个内壁上形成表面 特性。表面特性可以采取凹入和/或从一个或多个工艺微通道内壁凸出 的形式，所述表面特性相对于流体流过工艺微通道的方向成斜角定 向。成角度的特性可朝着或对着流动方向排列。表面特性可以相对于 流动方向成一定角度(例如，从约1°至约89°，在一实施方案中从约 30°至约75°)排列。流体流的流动与表面特性相接触可迫使部分流体 流进入凹部或表面特性中，同时部分流体流在表面特性上继续流动。 表面特性内的流动可与表面特性一致并且与总体流动成一定角度。当 流体离开表面特性时，它可在x、y、z坐标系的x和y方向上施加动 量，其中总流体在z方向上流动。该效果可以是流体流动的搅动或旋 转。该模式可特别有助于两相流动的混合，因为所赋予的速度梯度可 产生使第二流体碎裂成小的并且充分分散的气泡或颗粒的流体剪切 力。
在一实施方案中，工艺微通道内的表面特性区域可串联设置，这 样可使用第一表面特性区域后随着产生不同流型的至少一个第二表 面特性区域来完成第一流体和第二流体的混合。第二流型可用于将第 一流体和第二流体分离或分开。该步骤可用于辅助气体或液体回收。 本发明的该实施方案可对气液反应特别有用，其中将气体引入液体， 然后使得到的混合物流过包含不均一催化剂或均一催化剂或不含催 化剂的第一表面特性区域。然后混合物可选择地流过第二表面特性区 域，在该第二表面特性区域中流型产生离心力驱动流体以环形流型流 向工艺微通道的内壁，同时气体保持在流体核心中。所述后者的分布 特征可帮助从反应混合物中分离或分开未反应的气体。一个可在流体 中产生强的向心涡流的表面特性的模式可以是一对位于工艺微通道 顶部和底部上的成角度的槽。可以制造向心涡流的流型。在一实施方 案中，多泡沫的混合物释出液体使其流向工艺微通道的壁并且迫使气 体流向工艺微通道的中心。
在一实施方案中，有孔区可包括内部，所述内部形成工艺微通道 的一个或多个内壁的一部分。表面特性片可位于有孔区的内部之上。 表面特性可在表面特性片之中和/或之上形成。第二流体可流过有孔区 和表面特性片。流体通过有孔区的流入，在位于表面特性片的表面特 性内时，是可以从表面特性片的表面分开的。表面特性可包含具有相 对于总流程长度的较小宽度或跨度的成角度特性。表面特性片可为有 孔区提供机械支撑。另外，由表面特性产生的流动涡度或成角度的流 动可优选地进一步将剪切力赋予流过有孔区的第二流体流，因而缩小 总体流动路径中的第二流体颗粒或泡沫的尺寸。
在一实施方案中，多相混合物可包括液体-固体流或气体-液体-固 体流。第二流体流可包括在气体或液体中的固体分散物。第一流体流 可包括在气体或液体中分散的气体、液体或固体。通过工艺微通道中 的表面特性部分的多相混合物的流动可以是有利的，因为所赋予的非 流动方向的动量可产生使混合物充分混合或分散的效果。该应用对于 在液体反应物内的固体催化剂的分散是有用的。
在一实施方案中，多相混合物可包括在第一和/或第二流体流中分 散的固体颗粒并且采以流化床的形式，工艺微通道包括在其一个或多 个内壁之中和/或之上形成的表面特性以用于改变在工艺微通道内的 流动。这可涉及将气体流混合入含有流体流的固体颗粒中。固体可被 吹入或通过载体流载送。表面特性可增强多相混合物的混合。
在一实施方案中，固体可由于化学反应和/或沉淀而在多相混合物 中形成。
在一实施方案中，多相混合物是泡沫的形式。在一实施方案中， 多相混合物可选择地包括一种或多种表面活性剂。虽然对于一些泡沫 不要求表面活性剂的存在，但是可以将这些表面活性剂包括进来以形 成泡沫。
附图说明
在附图中，相同的部分和特征具有相同的标记。
图1是可用于本发明方法的微通道的示意图。
图2是以特别形式说明本发明方法的流程图，其中微通道混合器 用于形成多相混合物。
图3是说明用于本发明方法的多相混合物形成单元的流程图，其 中第一流体流流过工艺微通道并且与第二流体流混合，该第二流体流 从毗邻的第二流体流通道通过工艺微通道中的有孔区进入工艺微通 道。
图4-图9是说明用于本发明方法的多相混合物形成单元的流程图。
图10是说明双多相混合物的示意图。
图11是可用于根据本发明方法的微通道通风设备的示意图。
图12是可用于图11所说明的通风设备的微通道多相混合物形成 单元的示意图。
图13是热处理前多孔不锈钢基片的扫描电子显微镜(SEM)图。
图14是热处理后图8所说明的基片的SEM图。
图15是有益于本发明方法的修整的多孔基片的SEM图。
图16是有孔片的俯视图，该有孔片用于制成以本发明方法使用的 工艺微通道的有孔区。
图17是有孔片或板的俯视图，该有孔片或板用于制成以本发明方 法使用的工艺微通道的有孔区。
图18是对覆盖在较厚的有孔片或板上面的较薄的有孔片的说明， 其用于制成以本发明方法使用的工艺微通道的有孔区。
图19说明覆盖在较厚的有孔片或板上面的较薄的有孔片，其用于 制成以本发明方法使用的工艺微通道的有孔区。
图20是对可用于以本发明方法使用的工艺微通道的有孔区的孔 的一个选择实施方案的说明，该孔具有将其部分填充并且覆盖在其侧 壁上的涂层。
图21是表示在本发明方法操作期间气泡或微体的形成的示意图。
图22-图26是可在以本发明方法使用的微通道中配置的表面特性 的示意图。
图27是如实施例5所示的由计算流体动力学(CFD)模拟的表面 特性的几何平面图，在上壁和下壁上都可以看见表面特性。
图28是具有如实施例5所示的由CFD模拟的表面特性的微通道的 等角投影图。
图29说明从如实施例5所示的入口平面俯视流动轴，沿入口平面 的水平中心线(在箭头之间流动)开始的在工艺微通道中流动的轨迹 线。
图30表示从如实施例5所示的一侧来看，沿入口平面的水平中心 线(箭头显示流动的方向)开始的在工艺微通道中流动的轨迹线。
图31表示从如实施例5所示的入口俯视流动轴，沿入口平面的水 平中心线开始的在工艺微通道中流动的轨迹线(在箭头之间流动)。

术语“微通道”是指具有高度或宽度的至少一个内部尺寸达到约 10毫米(mm)的通道，在一实施方案中达到约5mm，在一实施方案 中达到约2mm，以及在一实施方案中达到约1mm。通过该微通道的流 体的流动可沿垂直于该微通道的高度和宽度的微通道轴向长度向前 流动。在图1中说明了本发明方法可作为工艺微通道、以及可选择的 第二流体流通道、第三流体流通道和/或热交换通道使用的微通道的一 个例子。图1说明的微通道10具有高度(h)、宽度(w)以及轴向长度 (1)。流体沿着微通道的长度以箭头12和14表示的方向流过微通道10。 微通道的高度(h)或宽度(w)可在约0.05mm至约10mm范围内， 在一实施方案中可在约0.05mm至约5mm范围内，在一实施方案中可 在约0.05mm至约2mm范围内，在一实施方案中可在约0.05mm至约 1.5mm范围内，在一实施方案中可在约0.05mm至约1mm范围内，在 一实施方案中可在约0.05mm至约0.75mm范围内，以及在一实施方案 中可在约0.05mm至约0.5mm范围内。其它的高度或宽度尺寸可以是 任何尺寸，例如达到约3米(m)，在一实施方案中约0.01m至约3m， 以及在一实施方案中约0.1m至约3m。微通道的轴向长度(1)可以是 任何尺寸，例如达到约10m，在一实施方案中约0.1m至约10m，在一 实施方案中约0.2m至约6m，以及在一实施方案中约0.2m至约3m。虽 然图1说明的微通道10具有矩形的剖面，应当理解为微通道可具有任 何形状的横截面，例如正方形、圆形、半圆形、梯形等。微通道的横 截面的形状和/或尺寸可在其长度上变化。例如，高度或宽度可在微通 道的长度上从较大的尺寸逐渐变为较小的尺寸，或反之亦然。
当述及一个通道的位置相对于另一个通道的位置时，术语“毗邻” 意思是直接邻接使得壁将两个通道分隔开。该壁可在厚度上变化。但 是，“毗邻”的通道不被插入通道分隔开，所述插入通道将干扰通道之 间的热交换。
术语“表面特性”是指调整微通道内的流动的在微通道壁中的凹 入和/或从微通道壁的凸起。表面特性可以是圆形、椭圆形、正方形、 矩形、钩形、V形、波形，以及类似形式。表面特性可包含子特性， 其中表面特性的主壁进一步包含较小的表面特性，该较小的表面特性 可采用槽口、波浪、锯齿状、孔洞、毛口、钩形、扇形，以及类似 形式。表面特性具有深度、宽度以及对于非圆形的表面特性的长度。 这些例子在图22-图26中说明。表面特性可在用于本发明方法的微通 道的一个或多个内侧壁之上或之中形成。表面特性可在用于本发明方 法的第二流体流通道和/或热交换通道的一个或多个内侧壁之上或之 中形成。表面特性可以被称作被动的表面特性或被动的混合特性。
术语“上游”和“下游”是指用于本发明方法中的在包括微通道的通 道内相对于通过通道的流体流动方向的位置。例如，流体流经该通道 朝向某位置流动，其中的一部分流体还没有达到该通道内的所述位置 将是流体所述部分的下游。流体流经该通道离开某位置流动，其中的 一部分流体已经通过该通道内的所述位置将是流体所述部分的上游。 由于用于本发明方法的通道可被水平、垂直或倾斜角度定向，术语“上 游”和“下游”没有必要涉及垂直位置。
术语“微体”是指具有约200微米(μm)和200μm以下范围内的平 均尺寸(例如直径、高度、宽度、长度)的三维物体，在一实施方案 中从约0.01μm到约200μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约 100μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约50μm的范围内，在 一实施方案中约0.01μm到约25μm的范围内，在一实施方案中约 0.01μm到约10μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约5μm范围 内，在一实施方案中约0.01μm到约2μm的范围内，在一实施方案中 约0.01μm到约1μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约0.5μm 的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约0.2μm的范围内，在一实施 方案中约0.01μm到约0.1μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到 约0.08μm的范围内，在一实施方案中约0.01μm到约0.05μm的范围内， 以及在一实施方案中约0.01μm到约0.03μm的范围内。这些微体包括 具有圆形和/或椭圆形形式的剖面的物体。微体可以是球体、椭圆体、 卵形体以及类似形式。微体可具有针样的形状。微体可以是空心的或 实心的。微体可以是微球体。微体可具有大型的尺寸(例如直径、长 度)和小型的尺寸(例如直径、高度、宽度)，大型尺寸与小型尺寸 之比在约10∶1至约1∶1的范围内，在一实施方案中在约5∶1至约1∶1的范 围内，以及在一实施方案中在约2∶1至约1∶1的范围内。
术语“流体”是指气体、液体、含有分散固体的气体或液体、含有 液滴的气体、含有气泡的液体、含有液滴和分散固体的气体、或含有 气泡和分散固体的液体，以及类似物质。
术语“热源”是指放热并且可用于加热另一物体或设备的物体或 设备。热源可以是在其中具有热交换流体的热交换通道的形式，以将 热传到另一物体或设备；另一物体或设备例如是毗邻于或充分接近热 交换通道以接收从热交换通道传递的热量的通道。热交换流体可包含 在热交换通道中和/或其可流过热交换通道。热源可以是加热元件的形 式，例如电加热元件或电阻加热器。术语“冷源”是指吸热并且可用于 冷却另一物体或设备的物体和设备。冷源可以是在其中具有热交换流 体的热交换通道的形式，以接收从另一物体或设备传递的热；另一物 体或设备例如是毗邻于或充分接近热交换通道以将热传到热交换通 道的通道。热交换流体可包含在热交换通道中和/或其可流过热交换通 道。冷源可以是冷却元件的形式，例如非流体冷却元件。
术语“热源和/或冷源”是指可放热或吸热的物质和设备。热源和/ 或冷源可以是在其中具有热交换流体的热交换通道的形式，当毗邻或 接近于热交换通道的另一物质或设备需要加热时以便将热传到所述 另一物质或设备，或当毗邻或接近于热交换通道的另一物质或设备需 要冷却时以便接受所述另一物质或设备传递的热。作为热源和/或冷源 的热交换通道可以在一个时间作为加热通道，在另一个时间作为冷却 通道。热交换通道的一个部分或一些部分可起加热通道的作用，同时 热交换通道的另一部分或一些部分可起冷却通道的作用。
术语“热交换通道”是指在其里面具有热交换流体的通道，该通道 放出热量和/或吸收热量。
术语“热交换流体”是指可放热和/或吸热的流体。
参见图2，可使用微通道混合器100实施本方法，所述微通道混合 器100包括微通道混合器芯102、工艺流体顶管104、产物底管106以及 热交换歧管108。微通道混合器芯102包括许多的工艺微通道、毗邻的 第二流体流通道和热交换通道。第二流体流通道和/或热交换通道可以 是微通道。工艺微通道、第二流体流通道以及热交换通道可以叠加或 并排地多层排列。工艺顶管104对管道进行均匀或基本上均匀地流动 分配，为第一流体流流入工艺微通道和第二流体流流入第二流体流通 道提供通路。产物底管106为多相混合物以较高流速从工艺微通道流 出提供通路。如箭头110所示，第一流体流通过工艺顶管104流入微通 道混合器100。如箭头112所示，第二流体流通过工艺顶管104流入微 通道混合器100。第一流体流和第二流体流流入微通道混合器芯102并 且混合以形成多相混合物。多相混合物从微通道混合器芯102流过产 物底管106，然后如箭头114所示流出产物底管106。在一实施方案中， 多相混合物可通过微通道混合器芯102反向循环任意次数，例如一次、 两次、三次、四次等。如箭头116所示热交换流体流入热交换歧管108， 然后从热交换歧管108流过在微通道混合器芯102中的热交换通道，然 后返回到热交换歧管108，然后如箭头118所示从热交换歧管108流出。 微通道混合器100可与贮存罐、泵、阀门、流量控制装置，以及类似 装置结合使用，这些未在图中示出，但是这对于本领域的技术人员来 说是显而易见的。
微通道混合器芯可包括许多的多相混合物形成单元。在图3-图9 以及图12中说明了多相混合物形成单元的有益的实施方案。参照图3， 可使用包括工艺微通道210的多相混合物形成单元200实施本发明的 方法，该工艺微通道210包括具有相对的侧壁212和214以及在侧壁212 中的有孔区240。有孔区240可被称作多孔区或多孔基片。有孔区240 可包括具有贯穿其中的孔244排列的片或板242。毗邻于侧壁212的是 第二流体流270，其通过有孔区240中的孔244对工艺微通道210开放。 工艺微通道210具有非孔或非多孔区域211和217以及混合区213。非孔 区域211从工艺微通道的入口延伸至混合区313的入口。非孔区域211 位于混合区213的上游。混合区213邻接于有孔区240。非孔区域217从 混合区213的末端延伸至工艺微通道210的出口。非孔区域217位于混 合区213的下游。毗邻于侧壁214的是热交换通道290。在操作中，如 箭头216所示，第一流体流流入工艺微通道210，并通过非孔区域211 进入混合区213。如箭头272所示，第二流体流流入第二流体流通道 270，并如箭头274所示流过有孔区240，进入混合区213。在混合区213 中，第二流体流与第一流体流接触并且混合以形成多相混合物。第二 流体流可在第一流体流内形成不连续相。第一流体流可形成连续相。 多相混合物从混合区213流过非孔区域217，然后如箭头218所示流出 工艺微通道210。加热或冷却是可选择的。当需要加热或冷却时，如 箭头292所示，热交换流体流过热交换通道290，加热或冷却工艺微通 道210和第二流体流通道270中的流体。可在工艺微通道210和第二流 体流通道270的长度上改变加热或冷却的程度。在工艺微通道和第二 流体流通道的一些区域中加热或冷却是可忽略的或不存在的，而在其 它区域中是适中的或较高的。可选择地，加热或冷却可使用非热交换 通道实现。例如，可使用电加热元件或电阻加热器实现加热。电加热 元件或电阻加热器可用于形成工艺微通道210和/或第二流体流通道 270的一个或多个壁。电加热元件或电阻加热器可位于工艺微通道210 和/或第二流体流通道270的一个或多个壁中。可使用非流体冷却元件 实现冷却。可沿工艺微通道210的长度使用多重加热或冷却区。类似 地，可沿工艺微通道210和/或第二流体流通道270的长度使用一个或多 个热交换通道中的不同温度的热交换流体。
除工艺微通道210的侧壁210包括与有孔部分240相对排列的锥形 区220外，图4说明的多相混合物形成单元200A与图3说明的多相混合 物形成单元200相同。在混合区213中锥形区220缩减了的工艺微通道 210的宽度或高度，因而为在混合区213中的工艺微通道210提供了受 限制的横截面。宽度或高度可在约0.001mm至约5mm的范围内，在 一实施方案中在约0.01mm至约2mm的范围内。锥形区220的存在使 得流过混合区213的流体的速度加快。流过混合区213的流体的加速导 致作用于流过孔244进入混合区213的第二流体流的剪切力增加。这使 得第二流体流易于流过孔244。流过工艺微通道210的受限制横截面通 过混合区213的流体速度可在每秒约0.005米至约每秒约100米(m/s) 的范围内，在一实施方案中在约0.01m/s至约50m/s的范围内。
除了多相混合物形成单元200B还包括第二流体流通道270a和有 孔部分240a外，图5说明的多相混合物形成单元200B与图3说明的多 相混合物形成单元200相同。第二流体流通道270a位于工艺微通道210 和热交换通道290之间。在侧壁214中形成有孔部分240a。第二流体流 通道270a通过有孔区240a对工艺微通道210开放。有孔区240a可包括 具有贯穿其中的孔244a排列的片或板242a。工艺微通道210具有非孔 或非多孔区域211和217以及混合区213。非孔区域211从工艺微通道的 入口延伸至混合区213的入口并且位于混合区213的上游。混合区213 位于有孔区240和240a之间。非孔区域217从混合区213的末端延伸至 工艺微通道210的出口。非孔区域217位于混合区213的下游。在操作 中，如箭头216所示，第一流体流流入工艺微通道210，并通过非孔区 域211进入混合区213。分别如箭头272和272a所示，第二流体流流入 第二流体流通道270和270a。分别如箭头274和274a所示，第二流体流 流过有孔区240和240a，进入混合区213。在混合区213中，第二流体 流与第一流体流接触并且混合以形成多相混合物。第二流体流可在第 一液体内形成不连续相。第一流体流可形成连续相。多相混合物流过 非孔区域217，并如箭头218所示流出工艺微通道210。加热或冷却是 可选择的。当需要加热或冷却时，如箭头292所示，热交换流体流过 热交换通道290，加热或冷却工艺微通道210以及第二流体流通道270 和270a中的流体。可在工艺微通道和第二流体流通道的长度上改变加 热或冷却的程度。在工艺微通道和第二流体流通道的一些区域中加热 或冷却是可忽略的或不存在的，而在其它区域中是适中的或较高的。
除了图5说明的有孔区244和244a彼此正好相对排列，而图6说明 的有孔区244和244a偏离这种正对排列外，图6说明的多相混合物形成 单元200C与图5说明的多相混合物形成单元200B相同。在图5中，流 过孔244和244a的第二流体流彼此直接碰撞，因而促进第二流体流分 散到第一流体流内。另一方面，在图6中，流过孔244和244a的第二流 体流彼此偏离，因而在混合区213内通过提供涡流效应来促进分散。
图7说明的多相混合物形成单元200D包括工艺微通道210和210a、 有孔区240和240a、第二流体流通道270以及热交换通道290。在侧壁 212中形成有孔区240，并且在侧壁212a中形成有孔区240a。有孔区240 和240a可被称作多孔区或多孔基片。第二流体流通道270分别通过有 孔区240和240a对工艺微通道210开放。有孔区240可包括具有贯穿其 中的孔244排列的片或板242。同样地，有孔区240a可包括具有贯穿其 中的孔244a排列的片或板242a。工艺微通道210和210a分别具有非孔 或非多孔区域211和217、和211a和217a、以及混合区213和213a。非 孔区域211和211a分别从工艺微通道210和210a的入口延伸至混合区 213和213a的入口。非孔区域211和211a分别位于混合区213和213a的 上游。混合区213和213a分别邻接于有孔区240和240a。非孔区域217 和217a分别从混合区213和213a的末端延伸至工艺微通道210和210a 的出口。非孔区域217和217a分别位于混合区213和213a的下游。毗 邻于工艺微通道210的是热交换通道290。在操作中，分别如箭头216 和216a所示，第一流体流流入工艺微通道210和210a，并通过非孔区 域211和211a进入混合区213和213a。如箭头272所示，第二流体流流 入第二流体流通道270，然后如箭头274和274a所示分别流过有孔区 240和240a，进入混合区213和213a。在混合区213和213a中，第二流 体流与第一流体流接触并且混合以形成多相混合物。第二流体流可在 第一流体流内形成不连续相。第一流体流可形成连续相。多相混合物 分别流过非孔区域217和217a，并如箭头218和218a所示分别流出工艺 微通道210和210a。加热或冷却是可选择的。当需要加热或冷却时， 如箭头292所示热交换流体流过热交换通道290，加热或冷却通道210、 210a以及270中的流体。可在通道长度上变化加热或冷却的程度。在 工艺微通道210和210a以及第二流体流通道270的一些区域中加热或 冷却是可忽略的或不存在的，而在其它区域中是适中的或较高的。
在一实施方案中，多相混合物配方和/或工艺条件的设定可用于在 单独微通道混合器内产生不同的多相混合物。例如，单独微通道混合 器可使用两个或多个工艺微通道和相关联的第二流体流通道以及热 交换通道以在单独微通道混合器中制成二、三、四、五、六、七、八、 九、十、几十、几百、几千、几万、几十万等不同的多相混合物。该 混合器类型可被称作组合的合成设备。这在图8中示出，其中说明了 多相混合物形成单元300。多相混合物形成单元300使用4个工艺微 通道，因此可能够产生达4个不同的多相混合物。多相混合物形成单 元300可被重复任意所需的次数，例如二、三、四、五、六、七、八、 九、十、几十、几百、几千、几万次等，以提供上述指出的多种不同 多相混合物的可能性。多相混合物形成单元300包括工艺微通道310、 320、330以及340，第二流体流通道350和360，以及热交换通道370 和380。在侧壁312中形成有孔区311。在侧壁322中形成有孔区321。 在侧壁332中形成有孔区331。在侧壁342中形成有孔区341。孔313、 323、333以及343分别位于并且贯穿有孔区311、321、331以及341。 工艺微通道310、320、330以及340分别包括位于混合区315、325、 335以及345上游的非孔区314、324、334以及344。混合区315、325、 335以及345分别与有孔区311、321、331以及341邻接分布。工艺 微通道310、320、330以及340还分别包括位于混合区315、325、335 以及345下游的非孔区316、326、336以及346。在操作中，如箭头 317、327、337以及347所示，第一流体流分别流入工艺微通道310、 320、330以及340。进入工艺微通道310、320、330以及340的第一 流体流可具有彼此相同的组分或彼此不同的组分。第一流体流分别流 过非孔区314、324、334以及344进入混合区315、325、335以及345。 如箭头351和361所示，第二流体流流入第二流体流通道350和360。 进入第二流体流通道350的第二流体流可与进入第二流体流通道360 的第二流体流相同或可不同。进入第二流体流通道350的第二流体流 和进入液体通道360的第二液体的差别可以是基于组分或工艺条件、 物理性质(例如，粘度、密度、表面张力等)和/或操作参数。如箭头 351所示第二流体流进入第二流体流通道350，如箭头352和353所 示分别流过有孔区311和321，进入混合区315和325。在混合区315 和325中，第二流体流与第一流体流接触并且混合以形成多相混合物。 同样地，如箭头361所示第二流体流流入第二流体流通道360，然后 如箭头362和363所示分别流过有孔区331和341，进入混合区335 和345。在混合区315、325、335以及345中，第二流体流与第一流 体流接触并且混合以形成多相混合物。在混合区315、325、335以及 345中形成的多相混合物可以是相同的或不同的。如果不同，多相混 合物可根据组分和/或物理性质或操作参数(例如，分散和/或连续相 的组分、粒度、粒度分布、粘度、密度、表面张力、温度、压力、流 速等)而彼此不同。多相混合物分别从混合区315、325、335以及345 流过非孔区316、326、336以及346，并如箭头318、328、338以及 348所示流出工艺微通道310、320、330以及340。使用热交换通道 370和380加热或冷却是可选择的。当需要加热或冷却时，如箭头371 和372以及箭头381和382所示热交换流体流过热交换通道370和 380，加热或冷却通道310、320、330、340、350以及360中的流体。 可在各通道的长度上变化加热或冷却的程度。在工艺微通道和/或液体 通道的一些区域中加热或冷却是可忽略的或不存在的，而在其它区域 中是适中的或较高的。本发明的该实施方案的优点在于可使用相同的 设备同时形成和评估多种产物多相混合物。当需要筛选多种配方作为 可能的新产物时，这可以是有利的。
在一实施方案中，本发明方法适于产生双多相混合物。可使用图 9说明的多相混合物形成单元400制成这些双多相混合物。在图9中， 多相混合物形成单元400位于中心线402和404之间。多相混合物形成 单元400包括工艺微通道410以及流体流通道420、430、440和450。流 体流通道420和430毗邻于工艺微通道410。流体流通道440毗邻于工艺 微通道420，流体流通道450毗邻于流体流通道430。包括粗糙的有孔 区415的共用壁412将工艺微通道410和流体流通道420分开。包括粗糙 的有孔区425的共用壁422将工艺微通道410和流体流通道430分开。有 孔区415和425分别包含孔416和426。包含孔436的精制的有孔区415位 于流体流通道440和流体流通道420之间并且将流体流通道440和流体 流通道420分开。包含孔446的精制的有孔区445位于流体流通道450和 流体流通道430之间并且将流体流通道450和流体流通道430分开。在 粗糙的有孔区415和425中的孔416和426大于在精制的有孔区435和 445中的孔436和446。工艺微通道410具有非孔或非多孔区域411和混 合区413。非孔区域411从工艺微通道的入口延伸至混合区413的入口。 混合区413毗邻于有孔区415和425。可选择地，可在由中心线402和/ 或404所示的位置中可插入热交换通道以为流体提供所需的加热或冷 却。
另外在图9中也说明的毗邻的多相混合物形成单元400a的一部分 位于中心线402的下面。多相混合物形成单元400a包括工艺微通道 410a、粗糙的有孔区415a和425a、流体流通道430a以及精制的有孔区 445a。这些与上面论述的工艺微通道410、粗糙的有孔区415和425、 流体流通道430以及精制的有孔区445相同。此外，在图9中说明的毗 邻的多相混合物形成单元400b的一部分位于中心线404的上面。多相 混合物形成单元400b包括精制的有孔区435b和流体流通道420b。这 些与上面论述的精制的有孔区435和流体流通道420相同。当按照本发 明方法使用于工艺微通道混合器时，在图9中包括多相混合物形成单 元400a和400b的一部分说明了多相混合物形成单元400的重复特征。
在操作中，参见图9，如箭头414所示第一流体流进入工艺微通道 410，并流过非孔区411进入混合区413。如箭头423和433所示第二流 体流分别进入流体流通道420和430。如箭头442和452所示第三流体流 分别进入液体通道440和450。第三流体流从流体流通道440流过有孔 区435进入流体流通道420，在那里，第三流体流与第二流体流混合并 且形成另一多相混合物。另外，第三流体流从流体流通道450流过有 孔区445进入流体流通道430，在那里，第三流体流与第二流体流混合 并且形成另一多相混合物。第三流体流形成非连续相，并且在流体流 通道420和430中形成的另一多相混合物中，第二流体流形成连续相。 在流体流通道420和430中形成的另一多相混合物分别流过有孔区415 和425，进入混合区413，在那里，另一多相混合物与第一流体流混合。 在混合区413中，另一多相混合物在第一流体流中分散为非连续相， 第一流体流是连续相的形式。在混合区413中形成的多相混合物可被 称作双多相混合物。在双多相混合物中，至少部分的第三流体流可包 裹于第二流体流的泡沫或微体(例如微球)内。被包裹的泡沫或微体 可在第一流体流中分散为非连续相，所述第一流体流可以是连续相的 形式。如箭头418所示双多相混合物排出工艺微通道410。在一实施方 案中，可采以图10中所示意说明的形式的双多相混合物，如多相混合 物490，包括被包裹于第二流体流494(例如，液体或微体)内的第三 流体流492(例如气体)，所述第二流体流494分散于第一流体流496(例 如，气体或液体)中。
在一实施方案中，本发明方法可用于曝气工艺。这在图11和图12 中说明。在该实施方案中，使用包括微通道混合器502的曝气罐500来 实施本方法。在操作中，被曝气的流体包含在罐500内，并且如箭头 504所示，作为第一流体流进入微通道混合器502。可被曝气的流体的 例子是细胞液体培养基(cell broth)。如箭头506所示第二流体流进入 微通道混合器502。第二流体流可包括空气或氧气。在微通道混合器 中，第一流体流(例如细胞液体培养基)和第二流体流(例如空气或 氧气)混合，结果形成多相混合物(例如曝气的细胞液体培养基)。 微通道混合器502可包括许多多相混合物形成单元510。多相混合物形 成单元510包括工艺微通道520、第二流体流通道530和540、可以采以 精细陶瓷膜形式的有孔区550和560、可以采以大孔载体形式的有孔区 570和580、以及热交换通道590。在操作中，如箭头522所示第一流体 流进入工艺微通道520。如箭头532和542所示第二流体流分别进入第 二流体流通道530和540。第二流体流从第二流体流通道532流过有孔 区570，然后通过有孔区550进入工艺微通道520。同样地，如箭头542 所示另一第二流体流进入第二流体流通道540，流过有孔区580，然后 通过有孔区560进入工艺微通道520。第一流体流和第二流体流在工艺 微通道520中混合，结果形成多相混合物。如箭头524所示多相混合物 排出工艺微通道520。在多相混合物中，第一流体流可形成连续相， 并且第二流体流可形成非连续相。在一实施方案中，多相混合物可包 括在其整体中分散的氧或空气的水平得到提高的细胞液体培养基。如 箭头507所示，可通过使热交换流体流入微通道混合器502，通过热交 换通道590，然后流出微通道混合器502来冷却或加热流体。
虽然在图3-9中的每一个图以及图12中只说明了一个多相混合物 形成单元，但是对于可在实施本发明方法的工艺微通道中使用的多相 混合物形成单元的数量实际上是没有上限的。例如，可使用一、二、 三、四、五、六、八、十、二十、五十、一百、几百、一千、几千、 一万、几万、十万、几十万、几百万个等数量的上述多相混合物形成 单元。在一实施方案中，每个多相混合物形成单元可以是被多歧管化 的。可通过将大管、配管或导管连接到各单元来实现多歧管化。可选 择地，可通过在各单元之间产生相对均等的压降环流而在含有多相混 合物形成单元的微通道混合器内使许多多相混合物形成单元被内在 地多歧管化。另一方面，在各单元之间的压降可不相等，因为某些流 动分布不均可不影响产品质量。在一实施方案中，在使用本发明方法 形成多相混合物中，达到约50％的流动分布不均是可接受的。工艺微 通道、相关联的第二和第三流体流通道、以及热交换通道可并排地排 列或层层叠加。对于多相混合物形成单元200和200A，例如，工艺微 通道210可在一个平面中平行排列，第二流体流通道270可在工艺微通 道210一侧上的毗邻平面中平行排列，以及热交换通道290可在工艺微 通道210的另一侧上的另一平面中平行排列。对于多相混合物形成单 元200B和200C，例如，工艺微通道210可在一个平面中平行排列，第 二流体流通道270和270a可在工艺微通道210的各侧上的毗邻的平面 中平行排列，以及热交换通道290可在毗邻于第二流动流通道270a的 平面中平行排列。对于多相混合物形成单元200D，第二流体流通道270 可在一个平面中平行排列，工艺微通道210和210a可在液体通道270 的各侧上的毗邻的平面中平行排列，以及热交换通道290可在毗邻于 工艺微通道210的平面中平行排列。这些多相混合物形成单元可具有 合适的顶管、底管、阀门、管道线、管道、控制装置等以控制工艺液 体的输入和输出，这些未在图3-9以及图12中示出，但是可由本领域的 技术人员来提供。例如，在包括多相混合物形成单元的微通道混合器 的入口和出口处，呈斜面的顶管和底管可用于连接管道线或管道以避 免与工艺微通道的尺寸有关的不必要的压降。
在一实施方案中，许多多相混合物形成单元(200，200A，200B， 200C，200D，300，400，510)可层层叠加以形成被放大的单元芯以 用于所需要的大生产能力。被放大的单元可具有呈斜面的顶管和底管 作为用于形成多相混合物的液体的歧管以及作为多相混合物产物的 歧管。还可通过在工艺或分散相或热交换通道的入口处增加孔板或其 它有孔区来促进更均匀的流动分布。框架区可用于支撑和密封多相混 合物形成单元。
各工艺微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520) 可具有任何构形的横截面，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆 形、梯形等。工艺微通道可以是管状的。工艺微通道可由并排或层层 放置的平行隔开的片和/或板形成。术语“片”是指达到约5mm的壁厚 度。术语“板”是指约5mm或更大的壁厚度。这些片可以卷状形式提供 给使用者，而这些板可以材料的平片形式提供给使用者。各工艺微通 道可具有在达到约50mm和约50mm以下范围内的垂直于流体通过工 艺微通道的流动的内部尺寸(例如高度、宽度或直径)，在一实施方 案中达到约10mm，在一实施方案中达到约2mm。该尺寸可在约 0.05mm至约50mm的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约10mm 的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约5mm的范围内，在一实 施方案中在约0.05mm至约2mm的范围内，在一实施方案中在约 0.05mm至约1.5mm的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约1mm 的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约0.5mm的范围内。垂直 于流体通过工艺微通道的流动的另一内部尺寸(例如高度或宽度)可 以是任意值，例如它可在约0.01cm至约100cm的范围内，在一实施方 案中在约0.01cm至约75cm的范围内，在一实施方案中在约0.1cm至 约50cm的范围内，在一实施方案中在约0.2cm至约25cm的范围内。 各工艺微通道的长度可以是任意值，例如在约0.1cm至约500cm的范 围内，在一实施方案中在约0.1cm至约250cm的范围内，在一实施方 案中在约1cm至约100cm的范围内，在一实施方案中在约1cm至约 50cm的范围内，以及在一实施方案中在约2cm至约25cm的范围内。
在一实施方案中，工艺微通道(210，210a，310，320，330，340， 410，520)可在混合区(213，213a，315，325，335，345，413)的 上游在其入口中具有非孔或非多孔区域(211，211a，314，324，334， 344，411)以提供工艺微通道中的第一液体的流动的均匀分布。当多 个工艺微通道并排和/或层叠排列并且进入多个工艺微通道的第一流 体流的流动是非均匀时，这是有益的。配置这些非孔区域可使第一流 体流在到达混合区之前的流动稳定。当工艺微通道具有圆形横截面 (即管状的几何结构)时，使用非孔或非多孔区域可以是有利的。在 一实施方案中，从工艺微通道的入口到混合区的入口的非孔区域的长 度相对于在非孔或非多孔区域中的工艺微通道的最小内部尺寸的比 率可在约0.0001至约10000的范围内，在一实施方案中在约0.001至约 1000的范围内。
工艺微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)的 一个或多个内壁可具有表面特性以调整工艺微通道内的流动。在图 22-26中说明了这些表面特性的例子。表面特性可具有在彼此之上叠加 的或以三维式样缠绕的两层或更多层。在各个分离的层中的式样可以 是相同或不同的。流动可在各层或仅在一层中旋转或平流。可不毗邻 于总体流动通道的子层可用于产生额外的表面积。例如，这些可用于 沉积催化剂。流动可在表面特性的第一水平面旋转并且以分子状态分 散进入第二或更多的子层以促进反应。三维特性可通过金属铸造或其 它方法制成，其中，变化的式样可不进入分离的平面，如同在彼此之 上叠加。可见三维改变表面特性毗邻于总体流动通道，其中，这些特 性具有不同的深度、形状以及位置并伴以具有变化的深度、形状以及 位置的式样的子特性。对于需要另外表面积用于催化剂沉积的化学反 应或诸如蒸馏的化学分离，这些表面结构可以是有利的。
图23示意说明三维表面特性结构的俯视图。三维表面特性结构的 后视图的例子在图24中说明，其中，在总体流动微通道的界面毗邻处 可见凹入的V形，并且在V形之下是与毗邻于总体流动通道的特性 连接的一系列的三维结构，但所述三维结构由不同形状、深度以及位 置的结构制成。其进一步的优点是产生子层通路，所述子层通路没有 正好凹入毗邻于总体流动微通道的开放的表面特性之下，而是连接通 过一个或多个弯曲的二维或三维通路。对于在反应器中产生经调节的 停留时间分布而言，该方法可以是有益的，在反应器中，可能需要具 有较宽或更窄的停留时间分布。
图25是三维表面特性的正视图，在那里凹入的V形邻接总体流动 微通道并且在它们后面具有不同形状的深度和位置改变了的其它特 性。
表面特性可具有小于约2mm的深度，在一实施方案中小于约1mm 的深度，在一实施方案中在约0.01mm至约0.5mm的范围内。表面特 性的横向宽度可足以几乎横跨微通道宽度(如人字形设计所示)，但 在一实施方案中(例如填充特性)可横跨微通道宽度的约60％或更低， 在一实施方案中约40％或更低，在一实施方案中从约0.1％至约60％， 在一实施方案中从微通道宽度的约0.1％至约50％。
表面特性的横向宽度可在约0.05mm至约100cm的范围内，在一 实施方案中在约0.5mm至约5cm的范围内，在一实施方案中在约1cm 至约2cm的范围内。
表面特性的长度和宽度可以与用于微通道的长度和宽度同样的 方式来定义。深度可以是表面特性陷入微通道表面的距离；它与微通 道的高度或微通道的间隙的方向相同。这可相当于被堆叠结合的微通 道装置的堆叠方向，所述微通道装置具有在片表面之上或之中形成的 表面特性。表面特性的这些尺寸是指表面特性的最大尺寸；例如圆形 凹槽的深度可指最大深度，即在凹槽底部的深度。
多表面特性或表面特性的区域可包括在微通道内，包括凹入一个 或多个微通道壁内不同深度的特性。凹部之间的间隔可在约0.01mm 至10mm的范围内，在一实施方案中在约0.1mm至1mm的范围内。表 面特性可存在于遍及微通道的整个长度或存在于微通道的部分或区 域中。具有表面特性的部分或区域可以是间断的以便在修整区中促进 所需的反应或单元操作。例如，1英寸区的微通道可具有紧密隔开的 表面特性排列，接着是4英寸的没有表面特性的平坦通道，接着是2英 寸区的松散隔开的表面特性。松散隔开的表面特性是指具有5倍于表 面特性的延伸宽度的间距或特性之间的距离的表面特性。
在一实施方案中，表面特性可在微通道的整个轴向长度上充分地 延伸。在一实施方案中微通道可在其轴向长度的约50％或以下的长度 上具有表面特性，在一实施方案中在其轴向长度的约20％或以下的长 度上。在一实施方案中，表面特性可在微通道的轴向长度约10％至100 ％的长度上。
图26显示可用于表面特性的了大量的不同式样。这些式样不是用 来限制本发明，仅用来说明大量的可能性。如同任何表面特性一样， 可在工艺微通道的不同的轴向或横向区使用这些式样。
虽然可具有不表现出微通道特征的较大的尺寸不具有，但是第二 流体流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)和第三 流体流通道(440，450)可以是微通道。这些通道的每一个都可具有 任意构形的剖面，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆形、梯形 等。这些通道可包含上述的表面特性。第二和第三流体流通道可以是 管状的。第二和第三流体流通道可由并排或层叠放置的平行隔开的片 和/或板制成。各第二和第三流体流通道可具有垂直于流体通过第二和 第三流体流通道的流动的在约100cm和约100cm以下范围内的内部尺 寸(例如高度、宽度或直径)，在一实施方案中在约0.05mm至约100cm 的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约50cm的范围内，在一实 施方案中在约0.05mm至约10cm的范围内，在一实施方案中在约 0.05mm至约5cm的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约10mm 的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约5mm的范围内，在一实 施方案中在约0.05mm至约2mm的范围内，以及在一实施方案中在约 0.05mm至约1mm的范围内。垂直于流体通过第二和第三流体流通道 的流动的另一内部尺寸(例如高度或宽度)可在约0.01cm至约100cm 的范围内，在一实施方案中在约0.01cm至约75cm的范围内，在一实 施方案中在约0.1cm至约50cm的范围内，在一实施方案中在约0.2cm 至约25cm的范围内。第二和第三流体流通道的长度可以是任意值， 例如在约0.1cm至约500cm的范围内，在一实施方案中在约0.1cm至 约250cm的范围内，在一实施方案中在约1cm至约100cm的范围内， 在一实施方案中在约1cm至约50cm的范围内，以及在一实施方案中 在约2cm至约25cm的范围内。各工艺微通道与下一个毗邻的第二流 体流通道之间或毗邻的第二流体流通道与第三流体流通道之间的间 隔可在约0.05mm至约50mm的范围内，在一实施方案中在约0.1mm 至约10mm的范围内，在一实施方案中在约0.2mm至约2mm的范围内。
热源和/或冷源可用于冷却、加热、或兼有冷却和加热。热源和/ 或冷源可包括一个或多个热交换通道。热源可包括一个或多个电加热 元件或电阻加热器。冷源可包括一个或多个非流体冷却元件。这些可 毗邻于工艺微通道和/或第二或第三流体流通道。在一实施方案中，热 源和/或冷源可不接触或不毗邻于工艺微通道和/或第二或第三流体流 通道，而是可远离工艺微通道和/或第二或第三流体流通道中的一个或 两个，但充分地接近工艺微通道和/或第二或第三流体流通道以在热源 和/或冷源与工艺微通道和/或第二或第三流体流通道之间传热。电加 热元件、电阻加热器和/或非流体冷却元件可用于形成工艺微通道 (210，310a，310，320，330，340，410，520)、第二流体流通道(270， 270a，350，360，420，430，530，540)和/或第三流体流通道(440， 450)的一个或多个壁。可将电加热元件、电阻加热器和/或非流体冷 却元件配置在工艺微通道、第二流体流通道和/或第三流体流通道一个 或多个壁内。电加热元件和/或电阻加热器可以是嵌入到工艺微通道和 /或液体通道的壁中的薄片、棒、金属丝、盘或其它形状的结构。电加 热元件和/或电阻加热器可以是附着于工艺微通道壁和/或液体通道壁 的金属薄片或金属丝形式。可使用帕尔帖(Peltier)型热电冷却和/或 加热元件实现冷却和/或加热。可沿工艺微通道、第二流体流通道和/ 或第三流体流通道的长度使用多个加热和/或冷却区。同样地，可沿工 艺微通道、第二流体流通道和/或第三流体流通道的长度使用一个或多 个热交换通道中不同温度的热交换流体。可使用热源和/或冷源在工艺 微通道、第二流体流通道和/或第三流体流通道内提供精确的温度控 制。
虽然可具有不表现出微通道特征的较大的尺寸，但是热交换通道 (290，370，380，590)可以是微通道。这些通道的每一个可具有任 意构形的横截面，例如，正方形、矩形、圆形、环形、椭圆形、梯形 等。热交换通道可以是管状的。热交换通道连同第二或第三流体流通 道一起可由并排或层叠放置的平行隔开的片和/或板形成。这些通道可 包含上述的表面特性。各热交换通道可具有垂直于热交换流体通过热 交换通道的流动的在约50mm和约50mm以下范围的内部尺寸(例如 高度、宽度或直径)，在一实施方案中在约10mm和约10mm以下范围 内，在一实施方案中在约2mm和约2mm以下范围内。该尺寸可在约 0.05mm至约50cm的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约10mm 的范围内，在一实施方案中在约0.05mm至约5mm的范围内，在一实 施方案中在约0.05mm至约2mm的范围内，以及在一实施方案中在约 0.5mm至约1mm的范围内。垂直于热交换流体通过热交换通道的流 动的另一内部尺寸，例如高度或宽度，可以是任意值，例如在约0.01cm 至约100cm的范围内，在一实施方案中在约0.01cm至约75cm的范围 内，在一实施方案中在约0.1cm至约50cm的范围内，以及在一实施方 案中在约0.2cm至约25cm的范围内。热交换通道的长度可以是任意 值，例如在约0.1cm至约500cm的范围内，在一实施方案中在约0.1cm 至约250cm的范围内，在一实施方案中在约1cm至约100cm的范围内， 在一实施方案中在约1cm至约50cm的范围内，以及在一实施方案中 在约2cm至约25cm的范围内。各工艺微通道或第二或第三流体流通 道与下一个毗邻的热交换通道之间的间隔可在约0.05mm至约50mm 的范围内，在一实施方案中在约0.1mm至约10mm的范围内，在一实 施方案中在约0.2mm至约2mm的范围内。
热交换通道(290，370，380，590)可适合于热交换流体以平行 的并且与通过毗邻的工艺微通道或第二或第三流体流通道的流体的 流动呈并流的方向流过通道。可选择地，热交换流体可以与通过工艺 微通道或第二或第三流体流通道的流体的流动呈逆流的方向流过热 交换通道。可选择地，可根据工艺微通道或第二或第三流体流通道定 向热交换通道，以提供与通过工艺微通道或第二或第三流体流通道的 流体的流动呈错流方向的热交换流体体的流动。热交换通道可具有蛇 形构形以提供错流和并流或逆流流动的组合。
在一实施方案中，工艺微通道(210，210a，310，320，330，340， 410，520)、第二流体流通道(270，270a，350，360，420，430，530， 540)、第三流体流通道(440，450)、和/或热交换通道(290，370， 380，590)具有正方形或矩形的剖面并且由平行隔开的片或板形成。 这些通道可在并列垂直定向的交错平面中或在被层层叠加的水平定 向的平面中排列。可被称作平行的板构形的这些构形具有许多优点。 与圆管比较，例如，平行板构形导致较低的压降，同时对于相同的连 续相质量通量的高度或宽度或直径产生相同的剪切力。当矩形通道长 宽比例接近，例如约10，即，接近平行片或板构形，其压降仅为在相 同条件下在圆形通道中的压降的约50％。可容易地将具有平行板构形 的工艺微通道、第二流体流通道、第三流体流通道以及热交换通道安 装在紧压设备中用于放大。而且，相对于圆管，使用平行板构形可获 得用于多相混合物形成方法的单位体积较高的生产能力。
使用平行板构形的优点在于这些构形具有相对于圆管较大的流 体/壁材料之比，因而更能被紧压以具有较高的生产能力或产量的潜 能。
在一实施方案中，工艺微通道(210，210a，310，320，330，340， 410，520)、第二流体流通道(270，270a，350，360，420，430，530， 540)、以及可选择的第三流体流通道(440，450)、和/或热交换通道 (290，370，380，590)可以是同心排列的圆管形式。工艺微通道和 第二流体流通道可以彼此毗邻，其中，一个通道位于环形空间内，而 另一个通道位于中央空间或毗邻于环形空间。在一实施方案中，用于 本发明方法的微通道混合器可包括许多相互交替的向心的管状工艺 微通道、第二流体流通道以及可选择的第三流体流通道和/或热交换通 道，微通道混合器是圆柱形的形式。
孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446) 可具有足够的尺寸以使所示的流体流过有孔区。这些孔可被称作微 孔。有孔区(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445， 550，560，570，580)可具有在约0.01mm至约50mm的范围内的厚 度，在一实施方案中在约0.05mm至约10mm的范围内，以及在一实 施方案中在约0.1mm至约2mm的范围内。这些孔可具有在约50μm和 约50μm以下范围的平均直径，在一实施方案中在约0.001μm至约 50μm的范围内，在一实施方案中在约0.05μm至约50μm的范围内， 以及在一实施方案中在约0.1μm至约50μm的范围内。在一实施方案 中，这些孔可具有在约0.5纳米(nm)至10nm的范围内的平均直径， 在一实施方案中在约1nm至10nm的范围内，以及在一实施方案中在 约5nm至10nm的范围内。有孔区中的孔数量可在每平方厘米约10个 至5×108个孔的范围内，并且在一实施方案中在每平方厘米约1个至 1×106个孔的范围内。这些孔彼此可以被或不被隔离。部分的或所有 的这些孔可与有孔区内的其它孔以流体连通。有孔区的厚度与沿着流 体流过工艺微通道(210，310a，310，320，330，340，410，520) 的流径的有孔区的长度之比可在约0.001至约100的范围内，在一实施 方案中在约0.01至约50的范围内，在一实施方案中在约0.03至约25的 范围内，在一实施方案中在约0.05至约10的范围内，在一实施方案中 在约0.08至约5的范围内，以及在一实施方案中在约0.1至约1的范围 内。可由保证足够的强度和尺寸稳定性的任何材料构成有孔区以可实 施本发明方法。这些材料包括：钢(例如，不锈钢、碳钢、以及类似物)； 蒙乃尔合金；因科镍合金；铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任 意上述金属的合金；聚合物(例如，热固性树脂)；陶瓷；玻璃；包括 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； 硅；微多孔的碳，其包括碳纳米管或碳分子筛；沸石；或其中的两种 或多种的组合物。可使用已知的技术形成这些孔，如激光钻孔、微电 子机械加工系统(MEMS)、光刻电沉积和制模(LIGA)、电火花、或者 电化学蚀刻。可使用用于制造结构塑料的技术，如挤压技术，或制造 膜的技术，如定向碳纳米管(CNT)膜的技术形成这些孔。可使用如烧 结或压缩金属粉末或颗粒的技术以形成弯曲互连的毛细管通道的技 术和膜制造的技术来形成这些孔。通过在这些孔的内侧壁之上涂覆涂 层以部分填充孔可将由这些方法中的任一方法所生成的孔尺寸减小。 这些选择性的涂层也可在孔体的外部形成薄层以提供毗邻于连续流 动路径的最小孔尺寸。最小的平均孔间隙可在约1纳米至约几百微米 的范围内，这取决于用于多相混合物所需的液滴尺寸。可通过热处理 以及通过在孔的内侧壁上形成氧化层或涂层的方法来减小这些孔的 尺寸。这些技术可用于部分地堵塞这些孔以减小用于流动的开口尺 寸。图13和图14显示了在相同的放大率和相同的位置下热处理之前或 之后，不锈钢多孔基片的SEM表面结构的比较。图13显示在热处理 前的表面。图14显示在热处理后的表面。在热处理后多孔材料的表面 具有相当小的间隙和开口尺寸。开口之间的平均距离相应增加。
有孔区(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445， 550，560，570，580)可由金属或非金属多孔材料制成，该金属或非 金属多孔材料具有相互连通的通道或平均孔径尺寸在约0.01μm至约 200μm的范围内的微孔。这些微孔可起到孔(244，244a，313，323， 333，343，416，426，436，446)的作用。孔材料可由粉末或颗粒制 成，以便平均孔间距离近似于平均孔径。当使用非常小的孔径时，孔 间距离也可非常小并且液滴在工艺微通道(210，210a，310，320， 330，340，410，520)或第二流体流通道(420，430)一侧的表面上 融合以形成不必要的较大液滴。可通过在约300℃至约1000℃的高温 下约1小时至约20天的持续时间的氧化而修整多孔材料，或通过在微 孔的表面上或微孔的内部涂覆另一种材料的薄层以阻塞较小的微孔、 减小较大微孔的孔径，结果增加了孔间距离而修整多孔材料，所述的 另一种材料诸如使用溶胶涂层法的铝或使用化学汽相淀积的镍。同样 地，可被降低或消除液滴的融合，并且可以允许形成较小的液滴。在 图1 5中示出了修整的基片或有孔区的SEM图。
孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446) 可在整个混合区(213，213a，315，325，335，345，413)中由规则 地隔开。这些孔可优选被隔开，以便较小的孔或较大的孔更接近于混 合区的前面或后面被使用。这些孔可在混合区的起点附近处更靠拢， 并且进一步在混合区的末端附近处分隔开以帮助阻止液滴的聚结。用 作有孔区(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445， 550，560，570，580)的基片制作会有问题，所述有孔区具有足够小 的微型孔或微孔以提供具有小于约1μm的泡沫或微球尺寸的多相混 合物。原因之一基于的事实是，高的表面粗糙度会与未处理的正常孔 材料例如通过压缩和/或烧结由粉末/颗粒制成的金属多孔基片一起出 现，在指定的标称孔尺寸低于一确定值时，这些金属多孔基片在表面 区域通常不具有所需的孔尺寸。当该批多孔性材料可具有特定的标称 孔尺寸时，表面区域经常以被合并的较大尺寸的孔和洞为特征。可通 过修整这些基片以在表面区域中提供所需的孔尺寸和孔间距离来克 服该问题。可通过从多孔基片中除去表面层并且暴露或加入具有较小 开口的光滑新表面来实施。使用这些经修整的基片可形成的在反应混 合物中的泡沫或微球尺寸可以被降低而无需增加基片横断面的压降。 由于直接磨光或加工孔表面可导致表面结构的污点和孔的堵塞，孔结 构可使用液体填充物填充，随后固化和机械磨光/抛光。然后，除去填 充剂以重新获得该材料的多孔结构。填充剂可以是具有低熔点的金 属，如锌或锡，或者是聚合物的前体如环氧树脂。液体的填充和除去 步骤可借助于使用真空。可使用磨床和磨光粉来实现磨光/抛光。可通 过熔化和真空吸引、或通过酸蚀刻除去金属填充剂。可通过溶剂溶解 或在空气中烧尽来除去环氧树脂或其它聚合物。
参照图16-19，在一实施方案中，有孔区(240，240a，311，321， 331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)可由包含较 小孔602的较薄片600，和包含较大孔612阵列的较厚片或板610构成， 所述较大孔612可与孔600同轴排列或连接。较薄片600覆盖并且与较 厚片610结合，较薄片600面向工艺微通道(210，210a，310，320， 330，340，410)或第二流体流通道(420，430)的内部，并且较厚 片610面向第二流体流通道(270，270a，350，360，420，430，530， 540)或第三流体流通道(440，450)的内部。可使用任何适合的方 式(例如扩散结合)将较薄片600结合到较厚片610以提供具有增强的 机械强度的复合结构620。较薄片600可具有在约0.001mm至约0.5mm 的范围内的厚度，在一实施方案中在约0.05mm至约0.2mm的范围内。 较小孔602可具有任何形状，例如圆形、三角形或矩形。较小孔602可 具有在约0.05μm至约50μm的范围内的平均直径，在一实施方案中在 约0.05μm至约20μm的范围内。较厚片或板610可具有在约0.1mm至 约5mm的范围内的厚度，在一实施方案中在约0.1mm至约2mm的范 围内。较大孔612可具有任何形状，例如圆形、三角形或矩形。较大 孔612可具有在约0.1μm至约4000μm的范围内的平均直径，在一实施 方案中在约1μm至约2000μm的范围内，以及在一实施方案中在约 10μm至约1000μm的范围内。片600中的孔602的数量和较厚片或板 610中的孔612的数量各自可在每平方厘米约2个至10000个孔的范围 内，在一实施方案中在每平方厘米约2个至1000个孔的范围内。可由 上述有益于构建有孔区(240，240a，311，321，331，341，415，425， 435，445，550，560，570，580)的任何材料制成片600和片或板610。 孔602和612可同轴排列或连接，以这样的方式流过有孔区的液体起初 流过孔612然后流过孔602如果孔中的通路长度等于孔602和612的结 合长度，与这种情况下发生的压降相比，为流过较小孔602的液体提 供的较短通路可以使液体能够以较低的压降流过孔602。
在图19中说明的实施方案中，除了使较薄片600的凸起部分604覆 盖孔612外，复合结构620a与图18所说明的设计相同。凸起部分604 在毗邻的通道中提供增加的局部剪切力。在图19中的方向箭头630显 示在毗邻于孔602的通道中的流体的流动。较高的剪切力导致流过孔 602的流体的较小的泡沫或微球尺寸。
在图20中说明的实施方案中，表面涂层642沉积在片或板640的表 面上和孔646的内侧壁644上。该涂层提供了减小孔(244，244a，313， 323，333，343，416，426，436，446)的直径的便利方法。用于形 成涂层642的涂料可包括铝、镍、金或聚合材料(例如特氟隆)。可使 用包括化学汽相淀积、金属溅射、金属电镀、烧结、溶胶涂覆、聚合 物涂覆、以及类似的已知技术将涂层642涂覆于片或板640。可通过控 制涂层642的厚度来控制孔的直径。
在一实施方案中，有孔区(240，240a，311，321，331，341， 415，425，435，445，550，560，570，580)可由非对称的多孔材料 形成，例如具有多层烧结颗粒的多孔材料。层的数量可以是两层、三 层或更多层。这些多层基片的优点在于它们提供增强的耐久性和粘附 性。例子包括在一侧上具有较大微孔并且在另一侧具有较小微孔的烧 结陶瓷。较小孔可具有在约2nm至约10nm的范围内的直径。较小孔 可位于多层基片的较薄层中。较薄层可具有在约1μm至约10μm的范 围内的厚度。具有较小孔的一侧可面向工艺微通道(210，210a，310， 320，330，340，410，520)或第二流体流通道(420，430)的内部 放置，以利用较高的剪切力除去刚形成的较小的多相混合物泡沫或微 球。
工艺微通道(210，210a，310，320，330，340，410)、第二流 体流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)、第三流体 流通道(440，450)以及热交换通道(290，370，380，590)连同关 联的顶管、底管、歧管等，可由提供足够强度、尺寸稳定性、耐蚀性 以及传热特性的任何材料构成以可以实施本发明方法。这些材料包 括：钢(例如，不锈钢、碳钢、以及类似物)；蒙乃尔合金；因科镍合 金；铝；钛；镍；铂；铑；铜；铬；黄铜；任意上述金属的合金；聚 合物(例如，热固性树脂)；陶瓷；玻璃；包括一种或多种聚合物(例如， 热固性树脂)和玻璃纤维的复合物；石英；硅；或其中的两种或多种的 组合物。
第一流体流可包括气体或液体。第二流体流可包括气体或微体形 成材料。第三流体流可包括气体。
气体可包括任何气体。在一实施方案中，气体可包括一种或多种 的空气、氧气、氮气、二氧化碳、蒸汽、氨、臭氧、氯气、氢气、以 及类似物。气体可包括一种或多种的气态烃，例如含有1个至约5个碳 原子的烃。这些包括饱和烃和不饱和烃。这些烃包括甲烷、乙烷、乙 烯、丙烷、异丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、戊烷、环戊烷、戊二烯、亚 环戊基、以及类似物。
液体可包括任何液体。液体可包括水、有机液体或其结合物。液 体可包括一种或多种的液态烃。这些包括含有1个至约24个碳原子的 烃化合物，在一实施方案中约5个至约24个碳原子，在一实施方案中 约6个至约18个碳原子，在一实施方案中约6个至约12个碳原子。术语 “烃”是指具有烃或主要为烃特性的化合物。这些烃化合物包括如下：
(1)纯烃化合物：即，脂肪族化合物(例如，烷烃或烯属烃)、脂 环族化合物(例如，环烷，环烯)、芳香族化合物、脂肪族和脂环族取代 的芳香族化合物、芳香族取代的脂肪族化合物和芳香族取代的脂环族 化合物，以及类似物。例子包括己烷、1-己烯、十二烷、环己烯、环 己烷、乙基环己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等。
(2)取代的烃化合物：即，含有不改变化合物的主要烃特性的非 烃取代基的烃化合物。非烃取代基的例子包括羟基、酰基、硝基、卤 代基等。
(3)杂原子取代的烃化合物：即，烃化合物在具有主要烃特性的 同时，而在由碳原子构成的链或环中包含非碳的原子。杂原子包括例 如氮、氧以及硫。
液体可包括天然油、合成油、或其混合物。天然油包括动物油和 植物油(例如蓖麻油、猪油)以及矿物油如液体石油和经溶剂处理或酸 处理的石蜡型、环烷型或石蜡-环烷混合型的矿物油。天然油包括衍生 于煤或页岩的油。油可以是来自甘油三酸酯族的皂化油，例如大豆油、 芝麻油、棉籽油、红花油，以及类似物。油可以是硅油(例如环甲硅脂， 甲基硅氧烷(silicon methicones)等)。油可以是脂肪族烃或环烷烃如 凡士林、角鲨烷、角鲨烯、或一种或多种的二烷基环己烷、或其中的 两种或多种混合物。合成油包括烃油如聚合和共聚合的烯烃(例如聚 丁烯、聚丙烯、丙烯-异丁烯共聚物等)；聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚 (1-癸烯)等及其混合物；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(例如联苯、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、类似物和同系物，以及类 似物。末端羟基基团通过酯化作用、醚化作用修饰的烯化氧聚合物和 共聚物及其衍生物是可被使用的合成油。合成油可包括聚α-烯烃或费 -托(Fischer-Tropsch)合成的烃。
液体可包括通常的液态烃类燃料，例如，馏分燃料如由美国材料 标准目录(ASTM)规范D439定义的动力汽油、或由ASTM规范D396 定义的柴油或燃料油。
液体可包括脂肪醇、脂肪酸酯、或其混合物。脂肪醇可以是格尔 伯特(Guerbet)醇。脂肪醇可包含约6个至约22个碳原子，在一实施 方案中约6个至约18个碳原子，在一实施方案中约8个至约12个碳原 子。脂肪酸酯可以是约6个至约22个碳原子的直链脂肪酸与约6个至约 22个碳原子的直链或支链脂肪醇的酯、约6个至约13个碳原子的支链 脂肪酸与约6个至约22个碳原子的直链或支链脂肪醇的酯、或其混合 物。例子包括肉豆蔻酸十四烷基酯、棕榈酸十四烷基酯、硬脂酸十四 烷基酯、异硬脂酸十四烷基酯、油酸十四烷基酯、山嵛酸十四烷基酯、 芥酸十四烷基酯、肉豆蔻酸十六烷基酯、棕榈酸十六烷基酯、硬脂酸 十六烷基酯、异硬脂酸十六烷基酯、油酸十六烷基酯、山嵛酸十六烷 基酯、芥酸十六烷基酯、肉豆蔻酸十八烷基酯、棕榈酸十八烷基酯、 硬脂酸十八烷基酯、异硬脂酸十八烷基酯、油酸十八烷基酯、山嵛酸 十八烷基酯、芥酸十八烷基酯、肉豆蔻酸异十八烷基酯、棕榈酸异十 八烷基酯、硬脂酸异十八烷基酯、异硬脂酸异十八烷基酯、油酸异十 八烷基酯、山嵛酸异十八烷基酯、油酸异十八烷基酯、肉豆蔻酸油烯 酯、棕榈酸油烯酯、硬脂酸油烯酯、异硬脂酸油烯酯、油酸油烯酯、 山嵛酸油烯酯、芥酸油烯酯、肉豆蔻酸二十二烷酯、棕榈酸二十二烷 酯、硬脂酸二十二烷酯、异硬脂酸二十二烷酯、油酸二十二烷酯、山 嵛酸二十二烷酯、芥酸二十二烷酯、肉豆蔻酸二十二碳烯酯、棕榈酸 二十二碳烯酯、硬脂酸二十二碳烯酯、异硬脂酸二十二碳烯酯、油酸 二十二碳烯酯、山嵛酸二十二碳烯酯、芥酸二十二碳烯酯。脂肪酸酯 可包括：约18个至约38个碳原子的烷基羟基羧酸与约6个至约22个碳 原子的直链或支链脂肪醇的酯(例如马来酸二辛酯)；约6个至约22个 碳原子的直链或支链脂肪酸与多元醇(例如丙二醇、二聚物二醇或三 聚物三醇)和/或格尔伯特醇的酯；基于约6个至约18个碳原子的一种 或多种脂肪酸的甘油三酸酯；基于约6个至约18个碳原子的一种或多 种脂肪酸的甘油一酸酯、甘油二酸酯和/或甘油三酸酯的混合物；约6 个至约22个碳原子的一种或多种脂肪醇和/或格尔伯特醇与一种或多 种芳香族羧酸(例如苯甲酸)的酯；约2个至约12个碳原子的一种或 多种二羧酸与含1个至约22个碳原子的一种或多种直链或支链醇、或 与含有2个至约10个碳原子和2个至约6个羟基的一种或多种多元醇、 或与这些醇和多元醇的混合物的酯；2个至约12个碳原子的一种或多 种二羧酸(例如邻苯二甲酸)与1个至约22个碳原子的一种或多种醇 (例如丁醇、己醇)的酯；苯甲酸与约6个至约22个碳原子的直链和/ 或支链醇的酯；或其中的两种或多种混合物。
液体可包括：约6个至约22个碳原子的一种或多种支链伯醇；约6 个至约22个碳原子的一种或多种直链和/或支链脂肪醇碳酸酯；基于约 6个至约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；一种或多种萘二甲酸二烷基(例如二乙基己基)酯，其中各烷 基包含1个至约12个碳原子；每个烷基包含约6个至约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；与包含2个至约10 个碳原子和2个至约6个羟基多元醇的约6个至约22个碳原子的环氧化 脂肪酸酯的一种或多种开环产物；或其中的两种或多种混合物。
水可取自任何方便的来源。可以使用渗透或蒸馏法去离子或纯化 水。
微体形成材料可包括任何微体形成材料。微体形成材料可以是液 体或固体熔化形式。微体形成材料可包括玻璃，例如玻璃微体(例如 微球)形成材料，聚合物，例如聚合物微体(例如聚合物微球)形成 材料。聚合物微体形成材料可包括一种或多种的丙烯酸树脂、硅树脂、 聚氨酯树脂、醋酸乙烯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚酰胺树脂、氯乙烯 树脂、苯乙烯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌 段共聚物树脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、苯乙烯- 异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂、正丁基橡胶、氯丁二烯橡胶、天然 橡胶，或其中的两种或多种结合物。在一实施方案中，聚合物微体形 成材料可包括1个至约14个碳原子的醇的(甲基)丙烯酸酯。在一实施方 案中，聚合物微体形成材料可包括至少一个(甲基)丙烯酸烷基酯。
虽然本发明的一个或多个实施方案不需要乳化剂和/或表面活性 剂，但是通过本发明方法形成多相混合物中，可以使用一种或多种的 乳化剂和/或表面活性剂。可将乳化剂和/或表面活性剂和液体预混合。 乳化剂和/或表面活性剂可包括在格里芬(Griffin)体系中具有0至约 18范围内的亲水性亲油性平衡(HLB)值的离子或非离子化合物，在 一实施方案中约0.01至约18。离子化合物可以是阳离子或两性化合 物。例子包括在 McCutcheons Surfactants and Detergents，1998，North American & International Edition(McCutcheons表面活性剂和清洁剂， 1998，北美和国际版)中公开的那些物质。North American Edition(北 美版)的第1-235页和International Edition(国际版)的第1-199页通 过引用这些乳化剂的公开内容被并入本文。可使用的乳化剂和/或表面 活性剂包括链烷醇胺、烷基芳基磺酸酯、氧化胺、聚(氧化烯)化合物， 包括包含氧化烯重复单元的嵌段共聚物、羧基化醇乙氧基化合物、乙 氧化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺、乙氧基化酰胺、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、脱水山梨糖醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂及其衍生物、木质素及 其衍生物、甘油一酸酯及其衍生物、烯烃磺酸酯、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、脱水山梨糖醇衍生物、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 三烷基苯或稠合的萘或石油的磺酸酯、磺基丁二酸酯及其衍生物、十 三烷基和十二烷基苯磺酸。乳化剂和/或表面活性剂可包括：一种或多 种的聚烷撑二醇；甘油或脱水山梨糖醇和包含约12个至约22个碳原 子的脂肪酸的一种或多种偏酯；或其混合物。乳化剂和/或表面活性剂 可包括制药学可接受的物质如卵磷脂。由本发明方法方法制成的多相 混合物中的这些乳化剂和/或表面活性剂的浓度可以是在以多相混合 物重量计的约20％至约20％以下范围内，在一实施方案中在以重量 计的约0.01％至约5％的范围内，在一实施方案中在以重量计的约 0.01％至约2％的范围内。在一实施方案中该浓度可达到以重量计的 约2％，在一实施方案中可达到以重量计的约1％，在一实施方案中 可达到以重量计的约0.5％。
在一实施方案中，第一流体流包括液体流，并且第二流体流包括 空气。
在一实施方案中，第一流体流包括液体废物流，并且第二流体流 包括空气。
在一实施方案中，第一流体流包括有害废物流，并且第二流体流 包括空气。
在一实施方案中，第一流体流包括色拉调料或芥末，并且第二流 体流包括氮气。
在一实施方案中，第一流体流包括液体饮料或啤酒，并且第二流 体流包括二氧化碳。
在一实施方案中，第一流体流包括用于造纸的漂白浆，并且第 二流体流包括氯气。
在一实施方案中，第一流体流包括在水中的煤分散体，并且第二 流体流包括空气。
在一实施方案中，第一流体流包括含残留水的电动机润滑油，并 且第二流体流包括氮气。
在一实施方案中，第一流体流包括用于发酵反应的细胞，并且第 二流体流包括氧气或空气。
在一实施方案中，第一流体流包括液体反应基质，并且第二流体 流包括空气或氧气。
在一实施方案中，第一流体流包括用于实施氢化反应的反应基 质，并且第二流体流包括氢气。
在一实施方案中，第一流体流包括油和水的混合物，并且第二流 体流包括空气或天然气。
在一实施方案中，第一流体流包括用于造纸的漂白浆，并且第二 流体流包括氧气。
在一实施方案中，第一流体流包括食用油、酒或汁液，并且第二 流体流包括氮气。
在一实施方案中，第一流体流包括用于养鱼场的水，并且第二流 体流包括氧气。
在一实施方案中，第一流体流包括水，并且第二流体流包括臭氧。
在一实施方案中，第一流体流包括废物流或工艺流，并且第二流 体流包括二氧化碳或氨。
在一实施方案中，第一流体流包括空气，并且第二流体流包括蒸 汽。
在一实施方案中，第一流体流包括废物流或含有挥发性有机化合 物的工艺流，并且第二流体流包括空气。
在一实施方案中，第一流体流包括气体或液体，并且第二流体流 包括微体形成材料。
在一实施方案中，第一流体流包括水性组合物，并且第二流体流 包括氢气和/或氧气。这可用于直接结合以生成过氧化氢。
在一实施方案中，第一流体流包括2-烷基蒽醌，并且第二流体流 包括氢气。这可用于过氧化氢的生产。
第一流体流物质可以在以重量计的约0.1％至约80％范围内的浓 度存在于由本发明方法制成的多相混合物中，在一实施方案中从以重 量计的约1％至约50％，在一实施方案中从以重量计的约1％至约20 ％。第二流体物质可以在以重量计的约1％至约95％范围内的浓度存 在于由本发明方法制成的多相混合物中，在一实施方案中从以重量计 的约10％至约50％，在一实施方案中从以重量计的约10％至约25％。 第三流体物质，在使用时，可以在以重量计的约0.01％至约50％范围 内的浓度存在于由本发明方法制成的多相混合物中，在一实施方案中 从以重量计的约1％至约15％，在一实施方案中从以重量计的约0.1 ％至约1％。
在一实施方案中，第二流体可在第一流体中溶解。这可在工艺微 通道中发生或多相混合物流出工艺微通道之后发生。在一实施方案 中，在与第一流体混合之后，第二流体可在第一流体中溶解达到约10 小时的时间段，在一实施方案中达到约1小时的时间段。
本发明多相混合物可包含一种或多种的微粒固体。其可与第一、 第二和/或第三液体预混合。微粒固体可以是有机的、无机的或其结合 物。微粒固体可包括催化剂(例如燃烧催化剂如CeO2/BaAl12O19， Pt/Al2O3等、聚合催化剂、以及类似物)，颜料(例如TiO2、炭黑、氧 化铁等)，填充剂(例如云母、硅石、滑石、硫酸钡、聚乙烯、聚四 氟乙烯、尼龙粉末、甲基丙烯酸甲酯粉末)等。微粒固体可包括纳米 尺寸的微粒。微粒固体可具有在约0.001微米至约10微米的范围内的 平均粒径，在一实施方案中从约0.01微米至约1微米。多相混合物中 的微粒固体的浓度可基于多相混合物的重量在约70％或约70％以下 范围内，在一实施方案中从约0.1％到约30％。
在一实施方案中，由本发明方法制成的多相混合物包括在连续相 中分散的非连续相。非连续相可包括具有在约200微米或约200微米 以下范围内的基于体积的平均尺寸(例如直径、高度、宽度、长度)， 在一实施方案中从约0.01微米至约200微米，在一实施方案中从约 0.01微米至约100微米，在一实施方案中从约0.01微米至约50微米， 在一实施方案中从约0.01微米至约25微米，在一实施方案中从约0.01 微米至约10微米，在一实施方案中从约0.01微米至约5微米，在一 实施方案中从约0.01微米至约2微米，在一实施方案中从约0.01微 米至约1微米，在一实施方案中从约0.01微米至约0.5微米，在一实 施方案中从约0.01微米至约0.2微米，在一实施方案中从约0.01微米 至约0.1微米，在一实施方案中从约0.01微米至约0.08微米，在一实 施方案中从约0.01微米至约0.05微米，在一实施方案中从约0.01微 米至约0.03微米。本发明的方法的优点在于至少在一个实施方案中泡 沫或微体可以具有较窄分布的平均直径(或高度、宽度或长度)为特 征。
“相对跨度”经常被称为“跨度”。它是由体积分布计算出的无因次 参数。同体积中值泡沫或微体尺寸(VMD)一样，D[v，0.1]和D[v，0.9]代 表相应位点上的直径(或高度、宽度或长度)，在所述位点，分散的泡 沫或微体体积的10％和90％分别属于较小直径的泡沫或微体。跨度 可被定义为D[v，0.9]减去D[v，0.1]的差值再除以VMD(D[v，0.5])。在一 实施方案中，由本发明方法制成的多相混合物中的泡沫或微体的跨度 可在约1.3至约5的范围内，在一实施方案中在约1.8至约2.5的范围 内。在一实施方案中，可以在单工艺微通道中实施本发明的方法，并 且跨度可在约1.3至约2.5的范围内。在一实施方案中，可以在采用 多工艺微通道的扩大规模的多相混合工艺中实施本发明的方法，并且 跨度可在约1.3至约5的范围内。
在一实施方案中，由本发明方法制成的多相混合物中的泡沫或微 体的基于体积的平均直径可在约0.1微米至约100微米的范围内，并 且跨度可在约1至约25的范围内。在一实施方案中，基于体积的平 均直径(或高度、宽度或长度)可在约1微米至约10微米的范围内， 并且跨度可在约1.8至约2.5的范围内。
在一实施方案中，形成气体泡沫，这些气体泡沫具有在约25微 米至约25微米范围以下的基于体积的平均直径，并且跨度可在约1.9 至约2.5的范围内。
在一实施方案中，形成微体，这些微体具有在约5微米至约5微 米范围以下的基于体积的平均直径(或高度、宽度或长度)，并且跨 度可在约1.8至约2.5的范围内。
由本发明方法形成的微体具有许多应用。这些包括用作铸粉以减 小密度的玻璃微球，用于固定在流化床反应器中选择种类的玻璃微 球，以及类似物。其它例子包括微球聚合物、凝胶或胶悬产物用于免 疫试验和治疗。微体(例如微球)可在下一步骤中被处理以形成聚集 体、包裹固体以供几种应用，所述应用包括催化流化或填充床、药物 传递系统(例如蛋白质酶促反应)、以及高级分离和流化床应用(例 如可优选地被分离或通过磁振动被激发的被涂覆的磁性载体)。
至少在一个实施方案中，本发明方法的优点在于，该方法无论是 打算用于实验室或中试工厂规模或全能力生产规模，工艺微通道、第 二流体流通道和可选择的第三流体流通道和/或热交换通道之间的间 隙可以是相同的。结果，无论是根据实验室或中试工厂规模，或全能 力生产规模建立微通道混合器，使用本发明的方法通过微通道混合器 产生的多相混合物的粒径分布可基本上是相同的。
在速度u的方向上作用在液体控制元件(以离散的形式)的剪切 力可通过公式Fx＝mu*du/dy来计算，其中mu是速度，du/dy是用于液 体垂直有孔区流动的速度梯度。但是，由于在液体的位置中(由控制 元件代表)速度通常具有三个分量，剪切力也具有三个分量。对于在 表面和其附近的通道流动，可作出一维的假定，Fx可近似于在液体的 元件表面的净剪切力。使用计算流体动力学，包括商业软件包如Fluent 或FEMLAB，可用于解出所需的输运方程以便计算出表面剪切力。 可沿平行于流动的方向的通道长度计算表面剪切力。也可在平行通道 之间计算剪切力，在该处。将流动分布效果包括进来以确定进入各平 行通道的质量通量作为详细的通道和流形几何学的函数。其它的计算 方法例如可在″Fundamentals of Fluid Mechanics(流体机械基础)″3rd Ed.，B.R.Munson，D.F.Young和T.H.Okiishi，John Wiley&Son， Inc.，Weinheim，1998中得知。
在一实施方案中，对于使用单工艺微通道的方法的剪切力偏差因 数(SFDF)可在用于包括多工艺微通道的扩大规模方法的SFDF的约50 ％之内。SFDF可使用公式SFDF＝(Fmax-Fmin)/(2Fmean)计算，其中Fmax 是一具体液体的工艺微通道中的最大剪切力；Fmin是该液体的工艺微 通道中的最小剪切力；Fmean是该液体在工艺微通道内的有孔区(240， 240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570， 580)表面的算术平均剪切力。在根据本发明的方法操作的单独工艺 微通道内，SFDF可小于约2，在一实施方案中小于约1，在一实施方 案中小于约0.5，在一实施方案中小于约0.2。
在一实施方案中，在使用多工艺微通道时，本发明的方法可提供 较均匀的剪切力。为了测定多工艺微通道中的剪切力的均匀性，计算 各通道的平均剪切力被并比较。Fmax是平均通道剪切力的最大值，Fmin 是平均剪切力的最小值。Fmean是所有通道的平均剪切力的平均值。可 由这些值计算SFDF。多工艺微通道之中，至少本发明方法的一个实 施方案中，SFDF可小于约2，在一实施方案中小于约1，在一实施方 案中小于约0.5，在一实施方案中小于约0.2。
热交换流体可包括任何流体。其包括空气，蒸汽，液态水，气态 氮，液氮，包括惰性气体的其它气体，一氧化碳，二氧化碳，熔盐、 油如矿物油、气态烃类、液态烃类，以及热交换流体如道氏热载体A (DowthermA)和可由Dow-Union Carbide获得的特米诺(Therminol)。
热交换流体可包括在制造多相混合物中使用的第一、第二和/或第 三流体。这可提供工艺预加热或预冷却并提高工艺的总热效率。
在一实施方案中，热交换通道包括工艺通道，在其中进行吸热或 放热过程。这些热交换工艺通道可以是微通道。可在热交换通道中进 行的吸热过程的例子包括蒸汽重整和脱氢反应。在一实施方案中，引 入同时发生的吸热反应以提供改进的冷源可使热通量粗略高于对流 冷却热通量一个数量级或更高。可在热交换通道中进行的放热过程的 例子包括水-气体变换反应、甲醇合成反应以及氨合成反应。
在一实施方案中，热交换流体在热交换通道中经历相变。相对于 对流加热或冷却，该相变提供额外的热增加或工艺微通道或液体通 道中除去额外的热量。对于被蒸发的液体热交换流体，将因为热交换 流体所需要的蒸发潜热带来由工艺微通道传来的额外热量。这种相变 的例子是经历泡核沸腾的油或水。在一实施方案中，相变流体的沸腾 物的蒸发质量分数质量可达到约100％，在一实施方案中达到约75％， 在一实施方案中达到约50％。
当在工艺微通道中多相混合物产生与化学反应协同出现时，使用 由相变或化学反应提高的传热可更有优势。在一实施方案中，多相混 合物，例如可以是用于聚合反应的反应单体，或其它物质并且一样需 要额外的热交换。
在微通道混合器中用于对流加热或冷却的热通量可在微通道混 合器中在每平方厘米的工艺微通道表面积从约0.01瓦至约125瓦 (W/cm2)的范围内，在一实施方案中从约0.1W/cm2至约50W/cm2，在 一实施方案中从约1W/cm2至约25W/cm2，在一实施方案中从约1 W/cm2至约10W/cm2。用于加热或冷却的相的热通量可在从1W/cm2 至约250W/cm2的范围内，在一实施方案中从约1W/cm2至约 100W/cm2，在一实施方案中从约1W/cm2至约50W/cm2，在一实施方 案中从约1W/cm2至约25W/cm2，在一实施方案中从约1W/cm2至约 10W/cm2。
在使用本发明方法形成多相混合物的期间，热交换通道可用于提 供无菌条件。不同于间歇式混合器，本发明方法可接近于环境并且不 需要用于隔离环境的惰性气体保护。可毗邻于工艺微通道或液体通道 的热交换通道可提供较短的热转运和扩散距离，允许以减少的温度梯 度快速加热和冷却在微通道混合器中的液体。因此，对于不适于延长 加热或将在较大温度梯度下降解的多相混合物可使用本发明的方法 制备。在一实施方案中，在工艺微通道壁和在工艺微通道中与工艺微 通道轴位置相同的方向的总体流动之间的温度梯度可小于约5℃，在 一实施方案中小于约2℃，在一实施方案中小于约1℃。
紧接近于工艺微通道和/或第二或第三流体流通道，加热和/或冷 却被控制的热交换通道可在多工艺通道之间提供均匀的温度分布。这 比使用传统的加工设备如混合槽所能够获得均匀加热和冷却的速度 更快。在多通道微通道混合器中，至少在沿工艺流动长度上的某些轴 线位置，工艺微通道之间的温差可小于约5℃，在一实施方案中小于 约2℃，在一实施方案中小于约1℃。
毗邻于工艺微通道和/或第二或第三流体流液体通道的热交换通 道可沿这些通道的长度上使用温度区。在一实施方案中，在工艺微通 道入口附近的第一温度区中的温度维持在高于在工艺微通道末端附 近的第二温度区中的第二温度。可将冷却或淬火区引艺微通道以 快速冷却和稳定多相混合物。可以进行热量分布的许多组合，可以延 微通道的长度定制热量分布，包括可以在工艺微通道中的混合区之前 和/或之后的区域定制热量分布以加热和/或冷却进料和或多相混合物 产物。
通过工艺微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520) 的流体流动速度可在约0.01lpm至约50lpm的范围内，在一实施方 案中在约0.01lpm至约10lpm的范围内。流过工艺微通道的流体速 度可在约0.1m/s至约100m/s的范围内，在一实施方案中在约0.1m/s 至约10m/s的范围内。流过工艺微通道的流体的雷诺数(Reynolds Number)可在约25至10000的范围内，在一实施方案中在约250至 5000的范围内。进入工艺微通道的流体的温度可在约10℃至约550℃ 的范围内，在一实施方案中在约25℃至约400℃的范围内。在工艺微 通道内的绝对压力可在约1个大气压至约20个大气压的范围内，在 一实施方案中在约1个大气压至约5个大气压的范围内。
通过第二流体流通道(270，270a，350，360，420，430，530， 540)的第二流体流和通过第三流体流通道(440，450)的第三流体 流的流动速度可在约0.01ml/s至约10ml/s的范围内，在一实施方案中 在约0.1ml/s至约2ml/s的范围内。第二流体流和第三流体流的速度可 在约0.1m/s至约100m/s的范围内，在一实施方案中在约0.1m/s至约 10m/s的范围内。第二流体流和第三流体流的雷诺数可在约50至5000 的范围内，在一实施方案中在约50至500的范围内。进入第二流体 流通道的第二流体流和进入第三流体流通道的第三流体流的温度可 在约-10℃至约650℃的范围内，在一实施方案中在约25℃至约450℃ 的范围内。在第二流体流通道和第三流体流通道内的绝对压力可在约 1个大气压至约25个大气压的范围内，在一实施方案中在约1个大气 压至约5个大气压的范围内。流过孔(244，244a，313，323，333， 343，416，426，436，446)的流体的压降可在约0.005个大气压至约 0.5个大气压的范围内，在一实施方案中在约0.05个大气压至约0.1 个大气压的范围内。
在图21中示意显示使用本发明方法的气泡或微体的形成。参见 图21，气泡或微体650从微通道654中的孔652出现并且在第一流体 流656中分散。当附着于孔652内的气体或微体形成材料茎部658时， 气泡或微体可在尺寸上可增大，例如约为孔尺寸的10倍或更大。最 后，位于气体或微体形成材料茎部658的基部的剪切力将泡沫或微体 从孔中分开并且泡沫或微体在第一流体流656中分散。在一实施方案 中，为实现第二流体流分散在第一流体流中，可不需要有孔区横断面 较高的压降或第二流体流通过第二流体流通道的相应较高的。低压降 或低流速可导致较小的泡沫或微体，由于流过有孔区的第二流体流的 低惯性可在泡沫或微体从孔中分开之前降低泡沫或微体的增大。
排出工艺微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520) 的多相混合物可具有在约10℃至约600℃的范围内的温度，在一实施 方案中在约25℃至约450℃的范围内。
进入热交换通道(290，370，380，590)的热交换流体可具有在 约-40℃至约300℃的范围内的温度，在一实施方案中在约25℃至约 100℃的范围内。排出热交换通道的热交换流体可具有在约-30℃至约 550℃的范围内的温度，在一实施方案中在约30℃至约200℃的范围 内。当热交换流体流过热交换通道时，热交换流体的压降可在约0.005 个大气压至约5个大气压的范围内，在一实施方案中在约0.05个大气 压至约1个大气压的范围内。流过热交换通道的热交换流体的雷诺数 可在约10,000至约10,000以下的范围内，在一实施方案中在约5000 至约5000以下的范围内，在一实施方案中在约100至约5000的范围 内，在一实施方案中在约500至约2000的范围内。
可使用包括微通道加热器或加热管的任何类型的热交换设备在 微通道混合器中预加热或在进入微通道混合器之前预加热流体流。在 一实施方案中，可在混合区上游的工艺微通道非孔区域中预加热第一 流体流。可使用包括微通道热交换器的任何类型的热交换设备在微通 道混合器中冷却微通道混合器中产生的多相混合物或在其排出微通 道混合器就冷却。在一实施方案中，多相混合物可被淬火以稳定多相 混合物或将它锁定。在一实施方案中，多相混合物可被冷却至室温或 淬火约0.01秒至约100秒的范围内的时段间，在一实施方案中约0.01 秒至约10秒的范围内。
本发明的方法可用于以至少约0.01升/分钟的速度制造多相混合 物，在一实施方案中至少约1升/分钟。在一实施方案中，该方法可用 于以至少约10升/秒的速度制造多相混合物。
在一实施方案中，可在工艺微通道中调节光学或热-光学特性。用 于测定和/或调节这些光学或热-光学特性的技术的例子包括：用于包 括平均液滴尺寸和跨度的多相混合物质量控制和分析的轴向LSD(激 光散射衍射)检测；用于评价产品粘性和固相装填的粘度计；用于气泡 或微体尺寸测量的使用照片的光学测量；包括通过调节多相混合物特 性的干涉量度法的全息成象；以及类似技术。
实施例1
制造出包括具有矩形横截面和0.040×1.25×3英寸 (1.02×31.75×76.2mm)内部尺寸的丙烯酸工艺微通道的多相混合器。 在工艺微通道一侧壁中具有有孔区。有孔区具有标称孔或0.1微米的 孔径尺寸和0.010×1×1.5英寸(0.254×25.4×38.1mm)的内部尺寸。有 孔区由不锈钢316L构成，并且由Farmington，CT的Mott公司根据目 录第1110-12-12-018-01-A号供应。有孔区与气体供应箱分布气和管道 连接以使气体流过有孔区进入工艺微通道。工艺微通道与管道连接以 使液体流过工艺微通道。气体流过有孔区进入工艺微通道与流过工艺 微通道的液体接触。当气体流过有孔区的孔时，气体在工艺微通道中 形成泡沫。使用空气作为气体和使用去离子水作为液体实施该方法。 空气的流速在每分钟2标准立方厘米至20标准立方厘米(SCCM)之 间变化，水的流速在每分钟1 0毫升至80毫升(ml/min)之间变化。 形成具有在5微米至15微米范围内的直径的泡沫。
实施例2
使用2SCCM的气体流速和60ml/min的液体流速来实施实施例1 所描述的方法。
实施例3
使用氢气作为气体和1-己烯作为液体来实施实施例1所描述的方 法。
实施例4
高速度的气体(流速大于1SCCM)和液体(流速大于每分钟0.1 升)在流过表面特性区域之前在工艺微通道的入口附近被混合。表面 特性区域在一侧壁上具有0.01″深度和45°角度的特性。表面特性内 的总体流动通道是0.0065″。以平均直径低于25微米的的均匀气泡 产生泡沫。流动长度是1.5英寸，并且通道的宽度和跨度是0.5英寸。 工艺微通道处于室温下并且接近于环境压力。观察到非常小的泡沫在 表面特性区域上移动并流过表面特性区域。
实施例5
使用FluentTM通过计算流体力学(CFD)模拟进行研究，在微通 道两侧加入表面特性以引起通道中的层流变成通道中的强混合流 动，。对于所述模拟，假定流体特性为常数，具有5.067kg/m3的密度 和3.62e-5kg/m-s的粘度。施加12.13m/s的均匀入口速度和在所有壁 上的无滑移的流动条件作为限制条件。使用315,174个单元的网格尺 寸。
连续通道的假定几何形状为矩形剖面，具有4.06mm的宽度， 0.318mm的高度，以及63.5mm的长度。从入口下游的0至3.5mm的 区域和出口上游的5至0mm的区域不包括混合表面特性(简单的矩 形微通道)。混合表面特性(或凹槽)切入到两个相对的壁内，各特 性为大致的矩形横截面。微通道的中间区域(入口下游从3.5mm至 58.5mm)包括混合表面特性。如图27和28所示，表面特性从平均总 层流的方向以63°的对角跨过通道壁中的一个。各表面特性为约 0.25mm的深度，0.48mm的宽度，9mm的长度。表面特性以特性之 间0.48mm的间隔彼此平行地设置。在相对壁上的表面特性与第一壁 上的表面特性相同，绕通道中心线旋转180°(通道几何结构围绕从入 口平面的中心线至出口平面的中心线沿伸的流动轴是对称的)。
图27表示由CFD模拟的表面特性的几何形状的平面图，其中， 在上壁和下壁上的混合特性都是是有层理的。图28显示具有由CFD 模拟的表面特性的微通道的等角投影图，表示流动进入通道的方向。 图29显示从入口平面俯视流动轴，沿入口平面的水平中心线(在箭 头之间流动)开始的流动的通常路径。在典型的层流中，路径在入口 和出口平面之间以直线流动(对于图29所示的视图，典型的层流路 径将不偏离箭头之间的中心线)。在图30中，显示了沿入口平面的水 平中心线开始的流动的相同路径的侧视图(箭头表示流动的方向)未示 出。在图30中，从中心线的流动路径的扩展和表面特性的旋涡运动， 显示出相比于层流的被改善的混合和被减少的热量以及传质阻力。图 31表示从入口平面的轴向俯视沿入口平面的垂直中心线开始的流动 的路径(箭头之间的流动)。在图31中，流动的旋涡运动显示出相比 于典型的层流的被增强的混合和被减少的热量以及传质阻力。
CFD模拟的结果显示出，不同于在微通道中的层流，混合表面特 性引起在连续通道中的流动的路径扭转和旋涡，快速向壁蔓延，快于 层流情况下所期望的速度。计算的压降为5.2kPa。
可以预见向包含表面特性的微通道内加入气体或第二流体流将 产生一种流型，借此多相混合物接近活塞流动并且泡沫小且充分分 散。小泡沫可定义为小于微通道间隙的至少25％。
虽然根据各种实施方案已对本发明进行了说明，但是应当理解 为，其中的各种变型对于依据阅读本说明书的本领域的技术人员来说 是显而易见。因此，应当这样理解，在此公开的本发明意在覆盖落入 所附权利要求范围的各种变型。