[發明專利]化學反應器裝置

有效

• 申請號: 201480020174.2
• 申請日: 2014-02-05
• 公開（公告）號: CN105102113B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: W·德馬爾斯徹;G·德斯梅;J·歐普德貝克;P·雅各布
• 申請（專利權）人: 制藥流體股份有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J19/24;B01J20/28;B01D15/22;B01F5/06;B01F13/00;B01J20/281
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 樊云飛;江磊

描述一種化學反應器(100)，其包括具有流體通道(120)的基材(110)，和定位于所述通道(120)中的一組有序的柱狀件結構(130)。個體柱狀件結構(130)具有沿著所述通道(120)的縱向方向的長度，以及沿著通道(120)的寬度方向的寬度，其中其寬度:長度的寬長比至少是7。

技術領域

本發明一般涉及化學反應器。更具體地，本發明還涉及基于某種系統的化學反應器，所述系統具有高寬度:長度的寬長比的細長柱狀件結構，例如，液相色譜系統。

背景技術

利用流體傳播的化學反應器裝置具有大量應用，包括，產生化學組分、合成納米顆粒、分離和/或提取組分等。例如，色譜是用于混合物分離的分離技術的準確分析方式的具體示例。色譜有多種形式，例如，氣相色譜、凝膠色譜、薄層色譜、吸附色譜、親和色譜、液相色譜等。

液相色譜通常用于藥學和化學，同時用于分析應用以及生產應用。在液相色譜中，利用不同物質與流動相和固定相的親和性差異。因為每種物質對固定相有其各自的粘附力，它們隨流動相的傳輸存在快慢差異，而這允許某些物質被分離出來。原則上，這可適用于任何化合物，其優點在于，不需要使物質蒸發，并且可以忽略溫度變化所帶來的影響。

液相色譜的一種高效形式：高壓液相色譜(也稱為高效液相色譜)或HPLC，其在分離過程中采用高壓。進行HPCL的技術的具體示例基于：以多個柱狀件(pillar)為基礎的色譜柱。自從將以多個柱狀件為基礎的色譜柱引入液相色譜，其顯示出對基于填充床結構的系統和整體型系統的重要替代作用。鑒于應用具有高度均一性的柱狀件并對其進行精確排列的可能性，幾乎能夠徹底避免因流動路徑差異所致的分散或“渦式分散(eddydispersion)”。該原理在基于液體塞(liquid plug)流動傳播的化學反應器中具有更普遍的適用性。

液相色譜中存在的已知問題是：會出現邊緣效應。邊緣效應源自柱壁上與柱中間的流速差異。后者可如下理解，參見圖1。圖1顯示色譜柱的一部分。若液體在具有多個柱狀件的色譜柱中移動，則流速會受到所述柱狀件之間的通道的圍繞這些柱狀件各自的流動特性的相互影響。因為柱狀件結構通常對稱地存在于通道中，這導致特定的流動特性。但是，在柱的邊緣處，通路中的流動特性不是對稱地受影響。在所述通道的一側，該流通特性通常會受柱狀件影響，而在該通道的另一側，該流動特性會受壁的影響。若不被解決，已知該問題會導致現有色譜柱中的邊緣效應，使色譜柱出現受干擾的分級分離。

Vervoort等人指出了邊緣效應問題，參見Vervoort等，Anal.Chem.(2004)76第4501-4507頁。其表明，壁上的柱結構的顆粒直徑的僅5％量級的小幅結構變化，能使結果的帶增寬程度(band broadening)提高四倍(以塔板高度表示)，這導致性能急劇下降。

對此進行補償的一種方式是調節柱壁。對此進行補償的另一種方式(常用)是：相對于柱中不靠柱邊緣的柱狀件之間的寬度，調節柱邊緣處通路的寬度。采用的典型比例如下：

B＝1.25xW

其中，W是位于柱的邊緣處的通道的寬度(如圖1所述)，而B是柱中不靠邊緣的柱狀件之間的通路的寬度。這不僅意味著柱的邊緣處需要有不同的設計，還意味著柱的邊緣處的通路寬度確定了該通路的最小維度尺寸，因此柱狀件彼此之間的通路的寬度也被向下限制，這部分歸因于對于通道的壁和首個柱狀件之間獲得的最小距離的限制突破了生產加工限制。

雖然人們一直致力于利用現有的生產方法來獲得盡可能小的柱狀件之間的距離B，借由壁的條件獲得的該下限并不是最優的情況。

發明內容

本發明的實施方式的目的在于，提供以具有柱狀件結構(例如，微加工的柱狀件結構)的流體通道為基礎的優良化學反應器系統和方法。化學反應器系統涵蓋液相色譜系統等，但本發明并不限于此。