利用微通道工艺技术处理和/或形成一种非牛顿流体的方法技术

本发明专利技术涉及一种方法，该方法包括：在工艺微通道里的至少两个过程区内进行单元操作，以处理和／或形成非牛顿流体，在每个过程区进行一个不同的单元操作；向非牛顿流体施加有效量的剪应力，以降低每个过程区内非牛顿流体的粘度，其中一个过程区的平均剪切率与另一个过程区的平均剪切率相差至少约１．２因子。通过使非牛顿流体流经具有收敛性横截面的微通道，向非牛顿流体施加剪应力。也可通过所述流体流动与微通道表面特征、结构、突起或涂层相接触的方式，施加剪应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用微通道工艺技术处理和/或形成非牛顿流体的方法。
技术介绍
非牛顿流体是粘度随着剪应力或者剪切率的变化而改变的液体。非牛顿流体可包含聚合物、聚合物溶液、乳液、多相液体混合物等等。这些非牛顿流体可用于药物、粘合剂、食品、个人护理用品、涂层组合物等等。在微通道里处理非牛顿流体时会涉及如下问题当非牛顿流体以高流率流动时，在微通道壁上就产生高速度梯度。这将引起微通道里的高表观粘度和高压降。在本专利技术的至少 一 个实施方式中提供了该问题的解决方案。
技术实现思路
本专利技术涉及一种方法，该方法包括在工艺孩i通道(processmicrochannel )里的至少两个过程区内进行单元操作以处理和/或形成非牛顿流体，在每个过程区进行一个不同的单元操作；向非牛顿流体施加有效量的剪应力以减少每个过程区内非牛顿流体的粘度，其中 一个过程区内的平均剪切率与另一个过程区内的平均剪切率相差至少约1.2的因子。在至少一个过程区内，其剪切率可超出约ioo秒-1，在一个实施方式中可超出约1000秒"。在至少 一个过程区内该工艺微通道可具有收敛性横截面，通过使非牛顿流体流过收敛性横截面可向非牛顿流体施加剪应力。在至少一个过程区内的一个或多个内表面内和/或上，该工艺孩吏通道可包含表面特征，通过非牛顿流体流动与表面特征相接触可向非牛顿流体施力口剪应力。在至少一个过程区内，该工艺微通道可包含一个或多个内部结构壁，通过非牛顿流体流动与一个或多个结构内壁相接触可向非牛顿流体施加剪应力。在至少 一个过程区内，该工艺微通道可包含一个或多个内部障碍物，通过非牛顿流体流动与一个或多个内部障碍物相"f妻触向非牛顿流体施加剪应力。在至少一个过程区内的一个或多个内表面上，该工艺微通道可包含含有空穴和/或突起的涂层，通过非牛顿流体流动与该涂层相接触向非牛顿流体施加剪应力。在每个过程区内，所述单元操作可包括化学反应、化学分离、浓缩、蒸发、加热、冷却、压缩、膨胀、相分离、混合或者上述两种或多种的组合。在两个或多个过程区内，可进行相同的单元操作。但是，通道几何形状可以不同以允许工艺流体具有优化的剪应力环境。在每个过程区内，单元操作可包括加热非牛顿流体、冷却非牛顿流体、通过混合两种或多种流体形成非牛顿流体、使非牛顿流体与一种或多种其他流体和/或固体颗粒物接触和/或混合、利用两种或多种流体进行反应以形成非牛顿流体、利用作为反应物的一种或多种非牛顿流体进行反应、压缩非牛顿流体、使非牛顿流体膨胀、浓缩非牛顿流体、蒸发非牛顿流体、从非牛顿流体中分离一种或多种成分或上述两种或多种的组合。在本专利技术方法中，至少 一个过程区内的非牛顿流体的粘度可降至约105厘泊。附图说明在所属附图中，相同的部分和特征具有相同的附图标记。许多附图为示意图，其比例可能不准确。图l为可用于本专利技术方法的微通道的示意图。道可被认为具有收敛性横截面。图3为可用于处理非牛顿流体的微通道处理单元的示意图。图4-12为可用于图3所示微通道处理单元内的微通道重复单元的示意图。这些重复单元包含工艺微通道和热交换通道，热交换通道与工艺微通道相邻并热接触(图7示出了两个相邻的工艺微通道，热交换通道与其中一个工艺微通道相邻并热接触、与另一个工艺微通道热接触。)。工艺微通道包含内表面特征和/或收敛性横截面，以向非牛顿流体施加剪应力。这些重复单元可用于与非牛顿流体交换热。利用均相催化剂可使它们用于进行化学反应，其中非牛顿流体作为反应物和/或产物。图13为可用于图3中示出的农史通道处理单元的樣i通道重复单元的示意图。该重复单元包含工艺^f敖通道、分批加入通道、位于工艺j鼓通道与分批加入通道之间的带孔部分以及热交换通道。该重复单元可用于混合乳液或多相液体混合物，或利用均相催化剂进行化学反应。图14为图13所示微通道重复单元的替代实施方式的示意图，其中，第一重复部分和第二重复部分处于互邻位置，第一重复部分包含第一工艺微通道、第一分批加入通道和第一带孔部分，第二重复部分包含第二工艺微通道、第二分批加入通道和第二带孔部分。热交换通道与第一重复部分相邻并热接触，并与第二重复部分热接触。图15为包含工艺微通道和相邻的热交换通道的重复单元的示意图。该重复单元可用于图3所示的微通道处理单元内。该工艺微通道含有包含催化剂的反应区。位于催化剂上游的工艺微通道内壁包含将剪应力施加于非牛顿流体的表面特征。图15所示催化剂以固体颗粒物床层的形式存在。但是，本说明书中述及的任何催化剂形式均可用于图15所示的工艺微通道。图16为可用于图3所示的微通道处理单元的、包含工艺微通道和相邻的热交换通道的重复单元的示意图。该工艺微通道含有包含催化剂的反应区。催化剂置于工艺微通道的其中一个内壁之上。相对于催化剂的工艺微通道内壁包含用于向非牛顿流体施加剪应力的表面特征。除了其中置有催化剂的工艺微通道内壁还包括用于向非牛顿流体施加剪应力的表面特征、这些表面特征位于催化剂上游之外，图17为类似于图16所示的重复单元的重复单元示意图。除了图18不包括位于图17所示催化剂下游的表面特征之外，图18为类似于图17所示的重复单元的重复单元示意图。图19为可用于图3所示的微通道处理单元的、包含工艺微通道和相邻热交换通道的重复单元的示意图。该工艺微通道具有收敛性的横截面。以固体颗粒物床层形式存在的催化剂置于工艺微通道里。但是，本说明书中述及的任何催化剂形式，均可用于图19所示的工艺微通道。除了该工艺微通道包括两部分、其中一部分具有收敛性横截面、而另一部分具有非收敛性横截面之外，图20为类似于图19所示的重复单元的重复单元示意图。以固体颗粒物床层形式存在的催化剂，置于具有非收敛性横截面的工艺微通道的一部分中。二者择一地，该催化剂不是以固体颗粒物床层形式存在，而是以本专利技术中所述的其他任何形式存在。除了催化剂置于具有收敛性横截面的工艺微通道的 一部分中之外，图21为类似于图20所示的重复单元的重复单元示意图。除了催化剂部分地置于具有收敛性横截面的部分中且部分地置于具有非收敛性横截面的部分中之外，图22为类似于图20所示的重复单元的重复单元示意图。图23为可用于图3所示微通道处理单元内的重复单元的示意图。该重复单元包含工艺微通道和分批加入通道。带孔部分置于工艺微通道和分批加入通道之间。热交换通道与工艺微通道相邻放置。工艺微通道含有反应区和混合区。混合区位于反应区的上游。工艺微通道包括向非牛顿流体施加剪应力的表面特征。表面特征位于沿工艺微通道的长度的其中一个工艺微通道的内壁上或中。催化剂置于反应区内。图23所示的催化剂以固体颗粒物床层的形式存在。但是，催化剂可以是本说明书中述及的任何形式。进料流在工艺樣i通道里流动。分批加入的流自分批加入通道流过带孔部分而进入工艺微通道里，在此，其与混合区内的进料流接触以形成反应混合物。反应混合物在反应区内流动，并反应形成产物。除了分批加入进料流的部分与混合区内的进料流相接触、部分与反应区内的进料流相接触之外，图24为与图23所示的重复单元相同的重复单元的示意图。除了分批加入进料流与反应区内的进料流相接触之外，图25为类似于图23所示的重复单元的重复单元的示意图。此外，表面特征位于催化剂上游的工艺微通道的相对内壁上和/或中。除了图26所示的重复单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，所述方法包括：　在工艺微通道的至少两个过程区内进行单元操作以处理和／或形成非牛顿流体，在每个过程区内进行不同的单元操作；并且　向所述非牛顿流体施加有效量的剪应力以降低每个过程区内所述非牛顿流体的粘度，在一个过程区内的平 均剪切率与另一个过程区内的平均剪切率相差至少约１．２的因子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克戴莫，安娜利通科维奇，戴维盖拉奥斯基，拉维阿罗拉，
申请(专利权)人：万罗赛斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]