专利名称：模块式的混合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在模块式的微处理技术中使用的模块式的混合器。
背景技术：
微处理技术或者说微反应技术近几年逐步成为化学研究和开发领域的一种重要辅助工具。其原因是市场要求在越来越短的时间内开发出新产品和经过改进的过程。模块式的微处理技术提供的方案是，将不同的微型处理模块按照积木式原理以最小格式组合成完整的生产设备。除了由此产生的高度灵活性和由于减少了微型反应设备上实验所需的化学试剂的用量外，所述微处理技术对执行化学过程具有直接的优点微型结构化的仪器具有非常大的表面一容积比。出于这一原因，例如可以明显强化加热过程和材料运输过程。模块式微型处理系统例如由Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH投入商业使用。可供商业上应用的模块包括混合器、反应器、热交换器、传感器和执行器以及其他许多仪器。作为混合器在微处理技术中建立静态的混合器。在动态的混合器中，混合的均勻性通过例如像搅拌器这种运动的机构实现，而对于静态的混合器来说则充分利用流体的流动能量输送单元(例如泵)通过设有静态的混合器内装件的管挤压液体，其中，这种跟随主流动轴线的液体形成分流，这些分流根据内装件的类型相互形成涡流并混合。例如M. H. Pahl和E. Muschelknautz发表在化工技术52期(1980年)第 4卷第285-291页上的文章“静态混合器及其应用Gtatsische Mischer und ihre Anwendungen) ”介绍了传统工艺技术中使用的不同类型静态混合器的概况。作为静态混合器的例子在这里值得一提的是SMX混合器(参阅专利文献US 40 62 524)。它们由平行条的两个或多个彼此垂直地放置的栅格组成，这些条在其交叉点上相互连接并以一定角度朝向混合物的主流动方向调节，以便使液体形成分流并混合。单个混合元件不适合作为混合器使用，因为均勻混合只能横向于主流动方向的优选方向进行。因此必须前后依次设置多个彼此以90°扭转的混合元件。作为静态混合器的例子值得一提的有文献DE20219871U1 中所介绍的菱形混合器。通过减小特征尺寸，除了热传输过程外，微型混合器内的混合过程也明显快于传统的混合器。这样微型混合器内的处理速度部分地高于传统装置十的若干次方，并且使混合段减小到几毫米。但微型混合器内的小通道容易堵塞并且因此不适用于所有化学过程。例如文献US 5，904，424中所描述的混合器具有带有狭窄的流体转向结构的狭窄通道，在所述通道内能够形成会导致堵塞的沉积物。此外，可供商业上应用的微型混合器的通过能力和/或停留时间由于所提供的有效容积小而受到限制。如果在微型混合器内进行与可供支配的停留时间相比低反应速度的化学反应，那么必要时必须前后连接多个微型混合器，以便有足够的停留时间可供完成反应使用。但多个微型混合器的串联存在诸多缺点。一方面，多个微型混合器的串联会导致很高的压力损失。此外，单个微型混合器和特别是连接部位必须相对于外界密封，这样在微型混合器的数量增加时则意味着费用上涨。此外，多个微型混合器也造成相当高的投资成本。此外，所公开的微型混合器通常不具有可变的混合效果。值得期望的是提供一种可以适应各个化学方法的混合模块。特别值得期望的是提供一种比可供商业上应用的微型混合器的通过能力更高和/或停留时间更长的微型混合器。最后值得期望的是，传统的生产设备中所设立的混合器也以缩微比例可供使用，以便将过程的按比例放大(Scale-up)以缩微比例简化到大型设备上。
发明内容
因此，由公开的现有技术出发的任务在于，提供一种混合模块，其与可供商业上应用的模块式微型反应系统兼容，可与可供商业上应用的模块式微型反应系统的其他模块组合成微型反应设备，所述模块适用于不同的化学方法，可以提供比商业上可获得的系统更高的通过能力和/或更高的停留时间，不易堵塞，可以成本低廉地制造并且可直观使用。本发明的主题因此是一种混合模块，至少包括在基体对置的端面上具有入口和出口的基体以及入口与出口之间的通道，其特征在于，所述通道提供在0. 2ml到3ml的范围内的容积用于可逆地容纳可变的混合体。依据本发明，混合模块包括在基体对置的端面上具有入口和出口的基体。所述基体优选构造成多面体，特别优选构造成具有选择性倒圆角的长方六面体。多面体是一种通过平面多角形限制的体。多角形(Vieleck)通过一个图平面上的至少三个彼此不同的点通过线段这样相互连接，从而产生了封闭的图形。三角形、四角形和六角形是日常生活中公知的多角形例子。作为端面在这里是指向外限制混合模块基体的所有平面。所述基体的具有入口或出口的对置的端面优选彼此平行地布置。入口和出口优选构造成圆形。它们最好具有同一直径。在入口与出口之间，通道穿过相互连接入口和出口的基体延伸。所述通道用于可逆地容纳可更换的、几何形状可变构成的混合体。为此所述通道提供在0. 2ml到3ml的范围内，优选在0. 25ml到2. 5ml的范围内，特别优选在0. 3ml 到1.5ml的范围内的容积。可更换地容纳是指混合体可以装入通道内并在使用依据本发明的混合模块后可以重新取出。几何形状可变构成的混合体是指依据本发明的混合模块不局限于一种特别的混合体，而是可以将不同(可变)的混合体装入通道内。依据本发明的混合体因此可以使在传统工艺中使用的静态混合器也可用于微处理技术或微反应技术。所述通道优选构造成柱形。柱体是由两个相同的平行平面(底面和顶面)和一个由平行直线形成的外壳面限制的体。所述柱体通过平面或曲线沿不处于该平面上的直线移动产生。柱体的特别实施方式是圆柱体。柱形的通道在本发明的意义上相应地是一种空间， 这种空间的外界限相当于柱体的外壳面。因为依据本发明的通道在入口与出口之间贯通构成，所以在柱形的通道中不存在与柱体相应的底面和顶面。所述柱形通道优选具有椭圆形、 圆形或η角形的横截面，其中，η是大于或等于3的整数。特别优选的是通道的圆形的或矩形的横截面。通道内可以存在用于固定混合体的凸起部。所述通道的直径小于或等于入口和出口的直径。所述通道优选垂直于包括入口或者说出口的两个端面延伸。所述通道用于可逆地容纳混合体。作为混合体按照现有技术可以考虑已知的静态混合器，例如像Kenics混合器或SMXL混合器，但或者也可以考虑用于装入流动通道内的新型混合元件。可以选择使用的静态混合体的选取例如参见M. H. Pahl (编辑)“塑料和橡胶制品的混合(Mischen von Kunststoff-und Kautschukprodukten) ”，VDI 出版社 1993 年第 351-391 页。优选将 SMX 混合器作为混合体使用。所述基体由化学惰性的材料组成，例如塑料、玻璃或金属或者说合金。所述基体优选由A4不锈钢(例如DIN 1. 4571或1. 4401)或哈斯特洛依合金C 276 (DIN 2. 4819)构成。作为选择，依据本发明的混合模块具有盖子，其可逆(也就是可脱开)地与含有入口或者说出口的两个端面连接。每个盖子具有与入口或者说出口构成贯通的通道的贯通孔。所述盖子用于减小或加大进口或者说出口横截面和/或用于将混合体固定在依据本发明的混合模块的内部。相应地，所述盖子具有小于入口或者说出口直径的贯通孔的直径。所述盖子优选通过可逆的插接、螺纹连接或粘接与基体连接。为此盖子在一种优选的实施方式中具有用于穿过插接件或螺纹件的贯通孔。所述基体具有用于容纳插接件或螺纹件的相应的孔，利用这些孔将基体与盖子连接。盖子此外在其到基体的连接面上具有用于容纳密封件的机构，该密封件最好构造成环绕贯通孔的环形间隙(密封槽)。在一种优选的实施方式中，所述盖子在朝向入口或者说出口的面上各具有一个环形凸起部，所述凸起部可以插入入口或者说出口内并用于各个盖子相对于基体的对中。如果用于容纳混合体的通道的直径小于入口直径或者说出口直径，那么所述盖子的环形凸起部优选与通过入口或者说出口和用于容纳混合体的通道的不同直径形成的凸起部齐平封闭。所述盖子可以由与基体相同的材料或其他材料构成。所述盖子优选由与基体相同的材料构成。混合模块这样构成，使得其可与模块式微反应系统的其他模块可逆地连接。通过装入不同的混合体，依据本发明的混合模块的混合效果和输送流体所需的压力在相同的设备尺寸情况下可变地构成。依据本发明的混合模块此外具有至少一个用于将混合模块定位在基板上的底板。 所述至少一个底板和基体可以一体地制造或可以是混合模块的不同部件。所述至少一个底板优选作为单独部件构成，其可以通过至少一个可脱开的连接件与基体连接。所述至少一个底板具有可以使依据本发明的混合模块在底板上定位的机构。由此所述混合模块与组合式的、模块式的微反应系统的其他模块连接成更复杂的设备。所述底板优选具有导向元件，该导向元件嵌入基板的槽内并使混合模块在基板上定向。底板可由与基体相同的材料构成。在基体与基板优选的热分离的情况下，底板由可以使混合模块与基板热分离的材料构成。例如作为底板的材料适用如Victrex Plc公司的聚合物VICTREXPEEK的聚芳醚酮(Polyaryletherketon)。在加热基板的情况下，依据本发明的底板优选由可以使混合模块与基板热连接的材料构成。例如作为底板的材料适用铝。依据本发明的混合模块与模块式微反应系统的其他微型模块的连接优选通过传力配合的连接进行。例如像Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH于2008年8月5日在第1_5 页上的文章“模块式微反应技术(Modulare Mikroreaktionstechnik) ”中所述，单个模块借助一个或多个底板设置在一个共同的基板上。在单个模块之间设置密封盘，所述密封盘相对于外界密封两个相邻模块的连接部位。作为密封材料例如可以使用全氟化的弹性体如全氟橡胶(FFKM)或特氟隆(PTFE)。在一行并排设置的模块的两个末端上使用夹紧模块，它们具有借助螺纹件可以沿相邻模块的方向运动的冲头。由此可以使模块在一行内朝向彼此夹紧并相对于外界密封连接部位。本发明的主题此外是一种装置，其至少包括依据本发明的混合模块和至少一个混合体。所述至少一个混合体装入混合模块的通道内。作为混合体可以考虑按照现有技术所公开的静态混合器，但这些静态混合器例如并不完全像M. H. Pahl (编辑)“塑料和橡胶制品的混合(Mischen von Kunststoff-und Kautschukprodukten) ”，VDI 出版社 1993 年第 351-391页上所介绍的那样。本发明的主题此外是一种装置，其包括至少一个依据本发明的混合模块和输入模块。混合模块和输入模块优选通过密封件可脱开地相互连接。所述输入模块用于共同引导不同的流体流和/或向依据本发明的混合模块输送流体流。所述输入模块包括优选多面体形的基体。所述基体的端面上设置入口。这些入口优选设置在不同端面上。所述输入模块的基体具有至少两个入口，优选的实施方式具有2 个或3个入口。所述入口优选具有圆形的横截面。所述入口过渡到通向基体的共同端面上的通道内。几个或所有通道在基体的内部可以汇合成唯一的通道，这唯一的通道在所述端面上通到唯一出口内。同样可以设想，所述基体内的通道不汇合，而是在共同端面上通到单独的出口内。在基体中优选所有通道构成柱体。优选入口通道具有同样大小的直径并且出口通道同样具有同样大小的直径，其中，入口通道的直径优选大于出口通道的直径。输入模块的基体由化学惰性材料构成，例如由塑料、玻璃或金属或者说合金。优选所述基体由A4不锈钢(例如DIN 1.4571或1.4401)或哈斯特洛依合金C 276 (DIN 2.4819) 构成。所述输入模块此外包括至少一个用于使输入模块在基板上定位的底板。该底板与输入模块的基体可以一体地构成或者可以是两个不同部件。优选将所述底板构造成单独的部件，其可以通过至少一个可脱开的连接件与基体连接。优选所述底板与基体通过插接件、 螺纹件或等效的固定件相互连接。在一种优选的实施方式中，所述基体具有用于容纳插接件或螺纹件的孔并且所述底板具有贯通孔，从而插接件或螺纹件可以穿过所述底板的贯通孔并插入或者旋入基体的孔内。所述底板具有可以在基板上定位的机构。由此所述输入模块可与模块式微反应系统的其他模块，特别是依据本发明的混合模块连接成一个设备。所述底板优选具有嵌入基板的槽内并可以促使混合模块在基板上定向的导向元件。所述底板可由与基体相同的材料构成。所述底板优选由可以使输入模块与基板热分离的材料例如像Victrex Plc公司的VICTREXPEEK构成。在加热的基板情况下，依据本发明的底板优选由可以使混合模块与底板热连接的材料构成。例如作为底板的材料适用
ρ O在依据本发明的装置中，混合模块与输入模块通过密封件相互连接，也就是说，混合模块与输入模块之间安装密封件，该密封件相对于外界密封混合模块与输入模块之间的连接部位。作为密封件例如可以使用由全氟化弹性体如全氟橡胶(FFKM)或特氟隆(PTFE) 制成的环。同样可以设想，使用在Hirfeld Mikrotechnik BTS GmbH公司的模块式微反应系统中所使用的密封盘。输入模块和混合模块安装在一个共同的基板上并优选传力配合地相互连接，例如按照上面对Hirfeld Mikrotechnik BTS GmbH公司的模块式微反应系统所介绍的方式借助夹紧装置通过夹紧模块相互连接。本发明的主题此外是一种装置，其至少包括混合模块、输入模块以及混合体。所述混合体装入混合模块的通道内。所述混合模块和输入模块可脱开地、优选传力配合地相互连接。本发明的主题还在于混合模块、包括混合模块和混合体的装置以及包括混合模块、混合体和输入模块的装置在优选的模块式微反应系统中的应用。
具体实施例方式下面借助实施例对本发明进行详细说明，但是本发明并不局限于此。实施例1-混合模块(6mm)
图1示出了依据本发明的混合模块的优选实施方式的爆炸图。所述混合模块包括一个基体O)、两个盖子C3)和两个底板(1)。在所述盖子C3)与基体( 之间装入密封环 (4)形式的密封件。所述盖子通过螺纹连接件( 与基体( 可脱开地连接。所述底板(1) 借助螺纹件(6)或其他插接件与基体( 可脱开地连接。图2示出了依据本发明的混合模块的基体⑵的透视图(a)、主视图(b)和沿图 2(a)所示虚线的横截面(C)。两个对置的端面(2-20、2_21)具有形成入口 O-10)和出口 0-11)的孔。在入口 (2-10)与出口 0-11)之间设置将入口和出口相互连接的通道。该通道0-12)用于容纳混合体，在当前的情况中用于容纳Sulzer公司直径6mm的SMX混合器或其他柱形的混合器 (例如Kenics)。所述通道的直径相应地为6. 1mm。所述通道提供的容积大约为0. 9ml。在所述端面上设置螺纹孔，借助所述螺纹孔可以将盖子安装在端面上。其他孔位于所述基体O)的下侧面上，借助所述其他孔可以安装底板。作为底板在这里例如可以安装图1和3所示的底板(1)。实施例2-混合模块(3mm)图3示出了依据本发明的混合模块的其他优选实施方式的透视图。图3示出基体 O)、在所述基体一个端面上的出口 0-11)和底板(1)。所述底板具有导向元件(1-10)，依据本发明的混合模块利用该导向元件可与基板连接并且可在基板上定向。图4示出依据本发明混合模块的基体⑵沿图3所示虚线的横截面。入口 Q-10) 和出口 0-11)通过通道0-12)相互连接。所述通道由来源于入口和出口的两个孔形成。 在所述孔相交的位置存在凸起部，所述凸起部可用于固定插入到通道内的混合体。所述基体此外在底面上具有孔O-40)，以便可以将底板如图3所示固定在基体上。所述通道用于容纳直径3mm的混合器。实施例3-用于双流的输入模块图5示出了用于共同引导两条流体流依据本发明的输入模块一种优选实施方式的透视图(a)、沿图5(a)所示虚线的横截面(b)。所述输入模块具有基体(8)和底板(1)。 两个入口(8-1)和(8-2)位于基体的不同端面上。从这些入口引出的通道(8-6)和(8-7) 沿共同端面(8-4)的方向上倾斜地延伸。所述端面(8-4)具有出口(8-5)，从该出口引出两个通道(8-8)和(8-9)，它们在基体内与通道(8-6)或(8-7)汇合。实施例4-用于三流的输入模块
图6示出了用于共同引导三条流体流依据本发明的输入模块另一种优选实施方式基体(9)的透视图(a)，沿图6 (a)所示虚线的横截面(b)。入口 (9-1)、(9-2)和(9-3) 位于三个不同的端面上。从这些入口引出在共同端面方向上的通道(入口通道)，所述出口 (9-5)处于共同的端面内。三条通道(出口通道)沿入口通道的方向从出口(9-5)引出。 每个出口通道在输入模块的基体(9)内与入口通道汇合。附图标记列表1 底板1-10导向元件2 混合模块的基体2-10混合模块的入口2-11混合模块的出口2-12用于容纳混合体的通道2-20混合模块的端面2-21混合模块的端面2-30 螺纹孔2-40 孑L2-50 凸起部3 盖子4 密封件5 螺纹件6 插接元件8 用于双流输入模块的基体8-1 输入模块的入口8-2 输入模块的入口8-4输入模块的端面8-5 输入模块的出口8-6 入口通道8-7 入口通道8-8 出口通道8-9 出口通道9 用于三流的输入模块的基体9-1 输入模块的入口9-2 输入模块的入口9-3 输入模块的入口9-5 输入模块的出口
权利要求
1.模块式的混合模块，其至少包括具有在基体的对置的端面上的入口和出口的基体以及入口与出口之间的通道，其特征在于，所述通道提供0. 2ml到3ml范围内的容积用于可逆地容纳可变的、柱形的混合体。
2.按权利要求1所述的混合模块，此外包括用于具有入口的端面以及用于具有出口的端面的各一个盖子，其中，所述盖子能够各通过至少一个可脱开的连接部与所述端面可逆地连接，其特征在于，每个盖子各具有一个孔，该孔与入口或者说出口构成贯通的通道。
3.按权利要求2所述的混合模块，此外包括所述盖子与壳体的端面之间的密封件。
4.按权利要求1到3中任一项所述的混合模块，此外包括至少一个用于使混合模块在基板上定位的底板。
5.按权利要求1到4中任一项所述的混合模块，其特征在于，所述至少一个底板能够通过至少一个可脱开的连接部与基体可逆地连接并具有导向元件，所述导向元件嵌入基板的槽内并促使所述混合模块在基板上定向。
6.至少包括按权利要求1到5中任一项所述的混合模块和至少一个可逆地装入混合模块通道内的混合体的装置。
7.按权利要求6所述的装置，此外包括至少一个输入模块和在至少一个混合模块与输入模块之间的密封件，其中，所述输入模块包括基体，该基体具有至少两个入口，所述入口布置在输入模块的不同端面上并且从所述入口引出通道，所述通道通过基体通向输入模块的共同端面的方向。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，混合模块和输入模块在共同的基板上传力配合地相互连接。
9.按权利要求1到5中任一项所述的混合模块或按权利要求6到8中任一项所述的装置在模块式微型反应系统中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种在模块式微处理技术中使用的模块式混合器。
文档编号B01F7/12GK102481530SQ201080018283
公开日2012年5月30日 申请日期2010年4月15日 优先权日2009年4月24日
发明者F·赫布斯特里特, J·黑珀勒, K-R·博斯 申请人:埃尔费尔德微技术Bts有限责任公司, 拜尔技术服务有限责任公司