用于在不混溶流体之间进行扩散传递的方法与设备技术

为了便于在不混溶流体之间扩散传递诸如溶质之类的物质然后在不混合的情况下分离所述流体，公开了这样的方法和设备，该设备包括传送第一和第二不混溶流体的第一和第二流体流路（１１，１２），这些流路在流体彼此相接触的界面区（１６）内彼此相通连，并且，形成有一稳定的开放界面。扩散传递出现在上述界面两端，然后，流体会在不混合的情况下流离所述界面。所述流路在界面区沿垂直于该界面测得的宽度在１０至５００微米之间。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到用于在第一与第二不混溶流体之间进行如从一种流体到另一种流体的溶剂萃取之类处理的方法与设备
技术介绍
在化学工业中，用于提纯或分析化学成分的通用技术是交换法。溶剂萃取取决于将一种或多种成分从该成分(溶质)溶解于其中的一种物相(流体)优先传递给第二种不混溶的物相中。这通常是通过下述方式实现的即在物理上混合两种物相，然后靠重力将两者分开。业已发现，两种物相混合的越彻底，传递过程就会因较小液滴的较大表面积以及所述物相中减少了的扩散距离而进行的越快。但是，用于分离所述物相的时间会随更彻底的混合而增加，所以，就预定的溶质传递效率而言，分离时间会变得无法令人接受的那么长，这是所述方法的主要缺点。US-A-3758404公开了通过使一种液体作为薄膜沿纤维的表面流动同时使另一种液体流动成与该薄膜接触从而将一种液体的成分传递进另一种液体。尽管这种方法在某种程度上减少了使上述两种液体分离开的问题，但是，上述液体应喷射在一起并且还必须要进行后续的重力分离。就萃取过程和后续分离过程的速度与效率而言，应进行进一步的改进。FR-A-2196831公开了使用分离用疏水多孔薄膜以便分离出由有机和液状溶液构成的乳状液的有机部分。施加压力，因此，上述乳状液的有机部分会流过所述薄膜的孔隙，而薄膜则构成了液状溶液的阻碍。但是，将乳状液分离成两种纯成分在本质上是困难的，因而，所公开的方法只能提供大致的分离。可在例如血液透析、混合器-滤清器，离心萃取器中的液体/液体萃取之类的多种情况中使用多孔薄膜，参见例如DE-A-3239290、DE-A-2039051和EP-A-0246061。这类系统的问题通常是液体在界面处基本是静态的，薄膜的孔隙会形成滞流区并且在溶剂萃取过程中是无效率的。具体地说，US-A-5114579说明了上述缺陷，US-A-5114579公开了位于两个通路之间的薄膜，上述两通路中的一个承载着液状溶液，另一个承载着可透过所述薄膜的碳氢化合物。本专利技术概要本专利技术的目的是提供使第一和第二不混溶流体彼此相接触以便进行反应同时能防止所述流体在物理上混合以便在反应之后很容易地将流体分离开的方法和装置。在一个方面中，本专利技术提供了用于在第一与第二不混溶流体之间进行处理的设备，该设备包括第一和第二流路，它们用于使相应的第一和第二不混溶流体以流体的方式流过其中，所述流路部分设置在彼此靠近或相邻的位置并在能使流体形成稳定的开放界面区内彼此相通连，其中，所述界面区域内的至少第一流路具有垂直于前述界面的宽度，此宽度在10至500微米的范围内。就所述界面区内的流体流路而言，存在有具体相关的三个尺寸，即沿流体流动方向的长度尺寸、在前述界面的平面内且垂直于上述长度尺寸的高度尺寸以及垂直于所述界面的宽度尺寸。“垂直”是指成直角或正交。在另一个方面中，本专利技术提供了在第一与第二不混溶流体之间进行处理的方法，该方法包括1)提供第一和第二流路，它们具有彼此相邻或靠近设置且在流体可彼此相接触的区域内彼此通连的部分；2)使第一和第二不混溶流体流过相应的第一和第二流路，因此，两种流体的流动至少在所说的区域内的基本上是分层的，并且，在流体之间形成有稳定的开放界面；3)通过流体内的扩散迁移在流体之间的界面处显著地传递预定的物质；以及4)在不使流体混合的情况下使流体在各自的流路内流离前述界面区。因此，依照本专利技术，提供了快速及高效的方法与装置以进行预定的处理，因为，第一和第二不混溶流体会彼此相接触以便在严密受控的状态下进行所说的处理，同时防止所述两种流体形成以后需要分离的混合物。在所述界面区内，所说的流路彼此相靠近或相邻，因此，经由流路的流体流会不断地对界面处的流体加以补充。由于通常薄膜孔隙内的不流动流体延续传递着的物质的扩散距离，所以，例如通常薄膜的孔隙内阻止或限制界面处平行于该界面的流动的结构可为相间迁移提供较少的有利条件。此外，所述滞流区会积累可能影响相间迁移的残渣和不希望有的生成物。就最佳的流体动力学而言，所说的流体应沿平行或不相交的流动方向接触到一起，只要在前述界面处存在有流体流的显著成分，所说的流路就可以是分开的。只要流路能留住流体流的流体，就可以使用任何类型的流路或通道，例如使用导管、管状物、筒管、凹沟、凹槽、狭槽、开孔或任何其它类型的通路或通道。所述两种不混溶流体通常是液体，例如是液状溶液和有机溶液。但是，只要这两种流体是彼此不相混溶的，流体中的一种就可以是气体或超临界流体。可以想象出两种流体之间的任何类型的反应，并且，尽管业已提及了溶剂提取，但也可以发生其它反应，例如发生热传递、少量的能量传递包括滴定、多种测定技术所需的预浓缩或采样在内的任何实际的化学反应。这包括诸如电离子透入和色谱分析之类的过程，这些过程可在微控或其它结构内实现，而所说的结构则通常与所说的设备相联系而且可用同样的基层由相类的装置形成。所说的设备还可用于生物学、生物医学和生物技术应用，例如在这些应用中，将遗传或其它生物材料流送进流体，并在流体之间进行预定的交换、增加或联结处理。这些处理的共同特点是界面间的传递速率基本上是受控于每种物相中物质扩散传递至和扩散传递自所述界面的速率。因此，本专利技术基于这样的思想即提供一种方法和装置，通过该方法和装置(1)在不形成物理混合物的情况下将不混溶流体汇集到一起并将它们迅速地分开；(2)溶解或以其它方式包含在一种或两种物相内的一种或多种成分(实体)的浓度会因包括相间传递和一相或多相中的扩散迁移在内的处理而基本上发生变化。“物质(实体entity)”是指溶于一种流体内的物质并且还包括热、电荷以及能通过两种流体内的扩散迁移机制而在这两种流体间传递的任何其它成分或参量。利用本专利技术，可限定一界面，在此界面处，流体会在受限的状态下彼此相接触，因此，尽管存在流体的运动，但所说的界面也会保持稳定，因此，在该界面处不会存在数量上足以使所述界面破裂的紊流。为了能用表面张力进行控制，正如以下将会明确的那样，必须要考虑界面的尺寸以及该界面与周围结构相接触的特性。就操作的效率而言，流体部分应在界面区内保持彼此接触很短时间，因此，可以使流体的通过量最大。流体在界面处的连续更新具有其它优点即可以减少流体与其溶解成分间诸如萃取化合物的水解之类的分解副反应，这种水解会在界面处积累不希望有的生成物。依照本专利技术，流体部分最好彼此保持接触约1至100秒，更具体地说保持接触0.1至100秒。就包括在界面两端进行扩散传递的过程而言，流体间成分浓度的显著变化需要流体部分在界面区内足够长时间地占据一定的位置以便在界面的两端传递所需的成分。由于要形成稳定界面的限制需要在与界面相邻的位置处形成分层的流动区，所以，垂直于流动方向的迁移通常是通过分子迁移具体地说是扩散而进行的。对出现在短接触时间(约1-100秒)内的显著扩散迁移来说，用于和有迁移穿过其中的界面相垂直的第一流体的尺寸范围限于被传递的物质在前述接触时间内的扩散所经过的大致距离。也可以出现其它的迁移形式，例如，充有电荷的物质种类沿电场的梯度移过所说的界面。因此，决定流路截面尺寸的主要因素是第一和第二流体内传递着的物质的扩散系数。一般地说，将物质传递过所述界面的速率取决于两种流体中传递着的物质的扩散系数。这种情况与经过两个串联电阻的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在第一与第二不混溶流体间进行处理的设备，该设备包括第一和第二流路，它们用于使相应的第一和第二不混溶流体以流体的方式流过其中，所述流路部分设置在彼此靠近或相邻的位置并在能使流体形成稳定开放界面的区域内彼此相通连，其中，所述界面区内的至少第一流路具有垂直于前述界面的宽度，此宽度在１０至５００微米的范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特乔治戈弗雷霍尔姆斯，阿德里安詹姆斯布尔，阿德里安马克辛佩尔，约翰爱德华安德鲁肖，戴维爱德华布伦南，罗伯特爱德华特纳，里查德伊恩辛普森，林韦斯特伍德，
申请(专利权)人：研究中心实验室有限，
类型：发明
国别省市：GB[英国]