[发明专利]化学反应器装置

说明书

描述一种化学反应器(100)，其包括具有流体通道(120)的基材(110)，和定位于所述通道(120)中的一组有序的柱状件结构(130)。个体柱状件结构(130)具有沿着所述通道(120)的纵向方向的长度，以及沿着通道(120)的宽度方向的宽度，其中其宽度:长度的宽长比至少是7。

技术领域

本发明一般涉及化学反应器。更具体地，本发明还涉及基于某种系统的化学反应器，所述系统具有高宽度:长度的宽长比的细长柱状件结构，例如，液相色谱系统。

背景技术

利用流体传播的化学反应器装置具有大量应用，包括，产生化学组分、合成纳米颗粒、分离和/或提取组分等。例如，色谱是用于混合物分离的分离技术的准确分析方式的具体示例。色谱有多种形式，例如，气相色谱、凝胶色谱、薄层色谱、吸附色谱、亲和色谱、液相色谱等。

液相色谱通常用于药学和化学，同时用于分析应用以及生产应用。在液相色谱中，利用不同物质与流动相和固定相的亲和性差异。因为每种物质对固定相有其各自的粘附力，它们随流动相的传输存在快慢差异，而这允许某些物质被分离出来。原则上，这可适用于任何化合物，其优点在于，不需要使物质蒸发，并且可以忽略温度变化所带来的影响。

液相色谱的一种高效形式：高压液相色谱(也称为高效液相色谱)或HPLC，其在分离过程中采用高压。进行HPCL的技术的具体示例基于：以多个柱状件(pillar)为基础的色谱柱。自从将以多个柱状件为基础的色谱柱引入液相色谱，其显示出对基于填充床结构的系统和整体型系统的重要替代作用。鉴于应用具有高度均一性的柱状件并对其进行精确排列的可能性，几乎能够彻底避免因流动路径差异所致的分散或“涡式分散(eddydispersion)”。该原理在基于液体塞(liquid plug)流动传播的化学反应器中具有更普遍的适用性。

液相色谱中存在的已知问题是：会出现边缘效应。边缘效应源自柱壁上与柱中间的流速差异。后者可如下理解，参见图1。图1显示色谱柱的一部分。若液体在具有多个柱状件的色谱柱中移动，则流速会受到所述柱状件之间的通道的围绕这些柱状件各自的流动特性的相互影响。因为柱状件结构通常对称地存在于通道中，这导致特定的流动特性。但是，在柱的边缘处，通路中的流动特性不是对称地受影响。在所述通道的一侧，该流通特性通常会受柱状件影响，而在该通道的另一侧，该流动特性会受壁的影响。若不被解决，已知该问题会导致现有色谱柱中的边缘效应，使色谱柱出现受干扰的分级分离。

Vervoort等人指出了边缘效应问题，参见Vervoort等，Anal.Chem.(2004)76第4501-4507页。其表明，壁上的柱结构的颗粒直径的仅5％量级的小幅结构变化，能使结果的带增宽程度(band broadening)提高四倍(以塔板高度表示)，这导致性能急剧下降。

对此进行补偿的一种方式是调节柱壁。对此进行补偿的另一种方式(常用)是：相对于柱中不靠柱边缘的柱状件之间的宽度，调节柱边缘处通路的宽度。采用的典型比例如下：

B＝1.25xW

其中，W是位于柱的边缘处的通道的宽度(如图1所述)，而B是柱中不靠边缘的柱状件之间的通路的宽度。这不仅意味着柱的边缘处需要有不同的设计，还意味着柱的边缘处的通路宽度确定了该通路的最小维度尺寸，因此柱状件彼此之间的通路的宽度也被向下限制，这部分归因于对于通道的壁和首个柱状件之间获得的最小距离的限制突破了生产加工限制。

虽然人们一直致力于利用现有的生产方法来获得尽可能小的柱状件之间的距离B，借由壁的条件获得的该下限并不是最优的情况。

发明内容

本发明的实施方式的目的在于，提供以具有柱状件结构(例如，微加工的柱状件结构)的流体通道为基础的优良化学反应器系统和方法。化学反应器系统涵盖液相色谱系统等，但本发明并不限于此。