使用微通道工藝技術的多相混合方法

2023-09-17 03:06:30 5

專利名稱：使用微通道工藝技術的多相混合方法
技術領域：
本發明涉及一種使用微通道工藝技術的多相混合方法。
背景技術：
液體中氣泡的分散可用於有化學反應或無化學反應的氣體-液體接觸以促進吸收或解析，或用於泡沫或泡產生。這些例子包括空氣噴射以滿足廢物流的BOD(生物需氧量)要求；空氣注射用於在容器中混合液體；空氣噴射刺激微生物的生長以用於有害廢物處理；氮氣噴射用於罐裝色拉調料或芥末，CO2噴射用於碳酸飲料和啤酒；氯氣噴射用於漂白在紙製造中的紙漿；空氣噴射用於煤浮選和其它固體分離；氮氣噴射以從機油中除去殘留的水；氧氣或空氣噴射以在發酵反應中促進細胞的生長；將空氣、氧氣或其它氣體噴射到反應器內用於改善性能；氫氣噴射用於廣譜的化學氫化反應；空氣或天然氣噴射用於從油井產生的水中除去油；氧氣噴射用於漂白在紙製造中的紙漿；氮氣噴射以從食用油、酒以及果汁中除去氧氣；在養魚場中氧氣噴射用於刺激魚的生長；過硫酸氫鉀製劑噴射以清潔在製藥工廠中的超純水系；CO2或NH3噴射以調節廢物或工藝流中的pH值；直接蒸汽注射用於有效加熱並且消除蒸汽錘；空氣噴射用於從廢物流中除去VOC(揮發性的有機化合物)；等等。許多這些操作具有的問題在於氣體的分散是低效率的。

發明內容
本發明提供一種解決該問題的辦法。在一實施方案中，本發明使具有較高表面積的較小的氣泡分散到液體中。這導致較高的氣體/液體接觸面積。較小的氣泡和較高的表面積可將氣體更有效地溶解於液體中。這可降低氣體的消耗量。這還可縮短氣體溶解於液體中所需的時間，導致更快的工藝過程和較高的生產量。
本發明涉及一種製造多相混合物的方法，包括使第一流體流在工藝微通道流動，第一流體流包括至少一種液體和/或至少一種氣體，工藝微通道具有有孔區；使第二流體流流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸以形成多相混合物，第二流體流包括至少一種氣體和/或至少一種微體形成材料，第一流體流在多相混合物中形成連續相，第二流體流在連續相中形成分散的非連續相。
在一實施方案中，第二流體溶解在第一流體中。這可在工藝微通道中或在多相混合物排出工藝微通道之後出現。在至少一個實施方案中，本發明方法的優點在於，同不使用微通道技術的傳統技術所形成的較大氣泡相比，多相混合物中的第二流體可包括更有效地溶解於第一流體中的較小氣泡。
在一實施方案中，多相混合物進一步包括在第一流體流中分散的固體顆粒。
在一實施方案中，在工藝微通道和熱源和/或冷源之間交換熱量。在一實施方案中，熱源和/或冷源包括至少一個熱交換通道。
在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少一部分沿伸。在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約10％沿伸，在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約20％沿伸，在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約35％沿伸，在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約50％沿伸，在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約65％沿伸，在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約80％沿伸，以及在一實施方案中有孔區沿微通道的軸向長度的至少約95％沿伸。
在一實施方案中，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區。
在一實施方案中，在工藝微通道和熱源和/或冷源之間、第二流體流通道和熱源和/或冷源之間、或工藝微通道和第二流體流通道兩者和熱源和/或冷源之間交換熱量。熱源和/或冷源可用於加熱、冷卻、或兼有冷卻和加熱。熱源可包括熱交換通道和/或加熱元件。冷源可包括熱交換通道和/或冷卻元件。在一實施方案中，熱源和/或冷源可毗鄰於工藝微通道、第二流體流通道、或與工藝微通道和第二流體流通道兩者都毗鄰。在一實施方案中，熱源和/或冷源可遠離工藝微通道和/或第二流體流通道，但充分地接近於工藝微通道和/或第二流體流通道以將熱量傳至工藝微通道和/或第二流體流通道或從工藝微通道和/或第二流體流通道中傳出。
在一實施方案中，方法在多相混合器中實施，其中採用一個或多個頂管(header)或歧管以使流體流入工藝微通道、第二流體流通道以及熱交換通道內，並且採用一個或多個底管(footer)或歧管以使流體流出工藝微通道和熱交換通道。
在一實施方案中，第一流體流和第二流體流在工藝微通道中的混合區內相互接觸。在一實施方案中，在熱源和/或冷源和在混合區中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。在一實施方案中，在熱源和/或冷源和在混合區上遊中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。在一實施方案中，在熱源和/或冷源和在混合區下遊中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。
在一實施方案中，工藝微通道在混合區中具有限定的剖面。
在一實施方案中，工藝微通道具有隔開的壁和在每個隔開的壁中的有孔區，第二流體流流過各有孔區進入工藝微通道。在一實施方案中，在每個隔開的壁中的有孔區包括許多孔，在一個壁的有孔區中的孔正對於另一個壁的有孔區中的孔排列。在一實施方案中，在每個隔開的壁中的有孔區包括許多孔，在一個壁的有孔區中的至少一些孔與另一個壁的有孔區中的孔正好偏移排列。
在一實施方案中，工藝微通道位於多相混合物形成單元中，該多相混合物形成單元包括第一工藝微通道、第二工藝微通道、以及位於第一工藝微通道和第二工藝微通道之間的第二流體流通道，各工藝微通道具有帶有孔區的壁，第一流體流流過第一工藝微通道和第二工藝微通道，第二流體流從第二流體流通道流過第一工藝微通道中的有孔區與第一流體流接觸並流過第二工藝微通道中的有孔區與第一流體流接觸。
在一實施方案中，第三流體流在第三流體流通道中流動，第三流體流通道具有帶另一個有孔區的另一個壁，該方法進一步包括使第二流體流流過另一個有孔區與第三流體流接觸以形成另一多相混合物；使另一多相混合物流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸。
在一實施方案中，工藝微通道由平行隔開的片和/或板形成。在一實施方案中，第二流體流通道由平行隔開的片和/或板形成，並且第二流體流通道毗鄰於工藝微通道。在一實施方案中，熱交換通道由平行隔開的片和/或板形成，並且熱交換通道毗鄰於工藝微通道、第二流體流通道或與工藝微通道和第二流體流通道兩者都毗鄰。
在一實施方案中，在微通道混合器中實施本方法，微通道混合器包括許多工藝微通道和第二流體流通道，各工藝微通道具有帶有孔區的壁和毗鄰的第二流體流通道，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸，工藝微通道和第二流體流通道由平行隔開的片和/或板形成，工藝微通道和第二流體流通道彼此毗鄰並且在交錯的並列的平面中或在交錯的層層疊加的平面中排列。
在一實施方案中，工藝微通道包括兩個或更多的有孔區並且分開的第二流體流流過各個有孔區。在一實施方案中，流過各有孔區的分開的第二流體流具有不同的組分。在一實施方案中，流過各有孔區的分開的第二流體流具有不同的特性。
在一實施方案中，在微通道混合器中實施本方法，微通道混合器包括至少2個工藝微通道，在一實施方案中包括至少約10個工藝微通道，在一實施方案中包括至少約100個工藝微通道，以及在一實施方案中包括至少約1000個工藝微通道。
在一實施方案中，在微通道混合器中實施本方法，工藝微通道包括連接到至少一個第一流體流歧管的許多工藝微通道，第一流體流流過至少一個第一流體流歧管流向工藝微通道。在一實施方案中，第二流體流通道毗鄰於工藝微通道，並且微通道混合器進一步包括連接到第二流體流通道的至少一個第二流體流歧管，第二流體流流過至少一個第二流體流歧管流向第二流體流通道。在一實施方案中，熱交換通道毗鄰於工藝微通道和/或第二流體流通道，微通道混合器進一步包括連接到熱交換通道的至少一個熱交換歧管，熱交換流體流過至少一個熱交換流體歧管流向熱交換通道。
在一實施方案中，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道，工藝微通道和液體通道包括同心排列的圓管。
在一實施方案中，在微通道混合器中實施本方法，微通道混合器包括許多工藝微通道，其中分開的多相混合物在各個工藝微通道中形成，在至少兩個工藝微通道中形成的多相混合物彼此不同。這些多相混合物可具有不同的組分和/或不同的特性。該微通道混合器可被稱作組合合成和篩選設備。本發明的該實施方案的優點在於它可以使用相同的設備同時進行多種產物多相混合物的生成和評價。當需要篩選多種配方作為可能的新產物時，此舉會為有利。
在一實施方案中，在微通道混合器中實施本方法，微通道混合器包括並列或層層疊加排列的許多多相混合物形成單元，各多相混合物形成單元包括工藝微通道和毗鄰的第二流體流通道，工藝微通道和毗鄰的第二流體流通道具有在共用壁，在所述共用壁中具有有孔區，有孔區適於使第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道，各工藝微通道和第二流體流通道由平行隔開的片、板或這些片和板的結合製成，該方法包括使第一流體流在工藝微通道中流動；使第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道；以及在工藝微通道中將第一流體流和第二流體流混合以形成多相混合物。
在一實施方案中，可使用較低的供第一流體流流過工藝微通道的壓降來操作本發明的方法。在一實施方案中，可使用較低的供第二流體流通過有孔區進入工藝微通道的壓降來操作本發明的方法。
在一實施方案中，可通過使用在工藝微通道的一個或多個內壁上形成的表面特性來改善工藝微通道內的混合。在一實施方案中，第二流體可在工藝微通道內接觸第一流體，然後流過工藝微通道內的區域，在該區域中可在工藝微通道的一個、兩個或多個內壁上形成表面特性。表面特性可以採取凹入和/或從一個或多個工藝微通道內壁凸出的形式，所述表面特性相對於流體流過工藝微通道的方向成斜角定向。成角度的特性可朝著或對著流動方向排列。表面特性可以相對於流動方向成一定角度(例如，從約1°至約89°，在一實施方案中從約30°至約75°)排列。流體流的流動與表面特性相接觸可迫使部分流體流進入凹部或表面特性中，同時部分流體流在表面特性上繼續流動。表面特性內的流動可與表面特性一致並且與總體流動成一定角度。當流體離開表面特性時，它可在x、y、z坐標系的x和y方向上施加動量，其中總流體在z方向上流動。該效果可以是流體流動的攪動或旋轉。該模式可特別有助於兩相流動的混合，因為所賦予的速度梯度可產生使第二流體碎裂成小的並且充分分散的氣泡或顆粒的流體剪切力。
在一實施方案中，工藝微通道內的表面特性區域可串聯設置，這樣可使用第一表面特性區域後隨著產生不同流型的至少一個第二表面特性區域來完成第一流體和第二流體的混合。第二流型可用於將第一流體和第二流體分離或分開。該步驟可用於輔助氣體或液體回收。本發明的該實施方案可對氣液反應特別有用，其中將氣體引入液體，然後使得到的混合物流過包含不均一催化劑或均一催化劑或不含催化劑的第一表面特性區域。然後混合物可選擇地流過第二表面特性區域，在該第二表面特性區域中流型產生離心力驅動流體以環形流型流向工藝微通道的內壁，同時氣體保持在流體核心中。所述後者的分布特徵可幫助從反應混合物中分離或分開未反應的氣體。一個可在流體中產生強的向心渦流的表面特性的模式可以是一對位於工藝微通道頂部和底部上的成角度的槽。可以製造向心渦流的流型。在一實施方案中，多泡沫的混合物釋出液體使其流向工藝微通道的壁並且迫使氣體流向工藝微通道的中心。
在一實施方案中，有孔區可包括內部，所述內部形成工藝微通道的一個或多個內壁的一部分。表面特性片可位於有孔區的內部之上。表面特性可在表面特性片之中和/或之上形成。第二流體可流過有孔區和表面特性片。流體通過有孔區的流入，在位於表面特性片的表面特性內時，是可以從表面特性片的表面分開的。表面特性可包含具有相對於總流程長度的較小寬度或跨度的成角度特性。表面特性片可為有孔區提供機械支撐。另外，由表面特性產生的流動渦度或成角度的流動可優選地進一步將剪切力賦予流過有孔區的第二流體流，因而縮小總體流動路徑中的第二流體顆粒或泡沫的尺寸。
在一實施方案中，多相混合物可包括液體-固體流或氣體-液體-固體流。第二流體流可包括在氣體或液體中的固體分散物。第一流體流可包括在氣體或液體中分散的氣體、液體或固體。通過工藝微通道中的表面特性部分的多相混合物的流動可以是有利的，因為所賦予的非流動方向的動量可產生使混合物充分混合或分散的效果。該應用對於在液體反應物內的固體催化劑的分散是有用的。
在一實施方案中，多相混合物可包括在第一和/或第二流體流中分散的固體顆粒並且採以流化床的形式，工藝微通道包括在其一個或多個內壁之中和/或之上形成的表面特性以用於改變在工藝微通道內的流動。這可涉及將氣體流混合入含有流體流的固體顆粒中。固體可被吹入或通過載體流載送。表面特性可增強多相混合物的混合。
在一實施方案中，固體可由於化學反應和/或沉澱而在多相混合物中形成。
在一實施方案中，多相混合物是泡沫的形式。在一實施方案中，多相混合物可選擇地包括一種或多種表面活性劑。雖然對於一些泡沫不要求表面活性劑的存在，但是可以將這些表面活性劑包括進來以形成泡沫。


在附圖中，相同的部分和特徵具有相同的標記。
圖1是可用於本發明方法的微通道的示意圖。
圖2是以特別形式說明本發明方法的流程圖，其中微通道混合器用於形成多相混合物。
圖3是說明用於本發明方法的多相混合物形成單元的流程圖，其中第一流體流流過工藝微通道並且與第二流體流混合，該第二流體流從毗鄰的第二流體流通道通過工藝微通道中的有孔區進入工藝微通道。
圖4-圖9是說明用於本發明方法的多相混合物形成單元的流程圖。
圖10是說明雙多相混合物的示意圖。
圖11是可用於根據本發明方法的微通道通風設備的示意圖。
圖12是可用於圖11所說明的通風設備的微通道多相混合物形成單元的示意圖。
圖13是熱處理前多孔不鏽鋼基片的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。
圖14是熱處理後圖8所說明的基片的SEM圖。
圖15是有益於本發明方法的修整的多孔基片的SEM圖。
圖16是有孔片的俯視圖，該有孔片用於製成以本發明方法使用的工藝微通道的有孔區。
圖17是有孔片或板的俯視圖，該有孔片或板用於製成以本發明方法使用的工藝微通道的有孔區。
圖18是對覆蓋在較厚的有孔片或板上面的較薄的有孔片的說明，其用於製成以本發明方法使用的工藝微通道的有孔區。
圖19說明覆蓋在較厚的有孔片或板上面的較薄的有孔片，其用於製成以本發明方法使用的工藝微通道的有孔區。
圖20是對可用於以本發明方法使用的工藝微通道的有孔區的孔的一個選擇實施方案的說明，該孔具有將其部分填充並且覆蓋在其側壁上的塗層。
圖21是表示在本發明方法操作期間氣泡或微體的形成的示意圖。
圖22-圖26是可在以本發明方法使用的微通道中配置的表面特性的示意圖。
圖27是如實施例5所示的由計算流體動力學(CFD)模擬的表面特性的幾何平面圖，在上壁和下壁上都可以看見表面特性。
圖28是具有如實施例5所示的由CFD模擬的表面特性的微通道的等角投影圖。
圖29說明從如實施例5所示的入口平面俯視流動軸，沿入口平面的水平中心線(在箭頭之間流動)開始的在工藝微通道中流動的軌跡線。
圖30表示從如實施例5所示的一側來看，沿入口平面的水平中心線(箭頭顯示流動的方向)開始的在工藝微通道中流動的軌跡線。
圖31表示從如實施例5所示的入口俯視流動軸，沿入口平面的水平中心線開始的在工藝微通道中流動的軌跡線(在箭頭之間流動)。
具體實施例方式
術語「微通道」是指具有高度或寬度的至少一個內部尺寸達到約10毫米(mm)的通道，在一實施方案中達到約5mm，在一實施方案中達到約2mm，以及在一實施方案中達到約1mm。通過該微通道的流體的流動可沿垂直於該微通道的高度和寬度的微通道軸向長度向前流動。在圖1中說明了本發明方法可作為工藝微通道、以及可選擇的第二流體流通道、第三流體流通道和/或熱交換通道使用的微通道的一個例子。圖1說明的微通道10具有高度(h)、寬度(w)以及軸向長度(1)。流體沿著微通道的長度以箭頭12和14表示的方向流過微通道10。微通道的高度(h)或寬度(w)可在約0.05mm至約10mm範圍內，在一實施方案中可在約0.05mm至約5mm範圍內，在一實施方案中可在約0.05mm至約2mm範圍內，在一實施方案中可在約0.05mm至約1.5mm範圍內，在一實施方案中可在約0.05mm至約1mm範圍內，在一實施方案中可在約0.05mm至約0.75mm範圍內，以及在一實施方案中可在約0.05mm至約0.5mm範圍內。其它的高度或寬度尺寸可以是任何尺寸，例如達到約3米(m)，在一實施方案中約0.01m至約3m，以及在一實施方案中約0.1m至約3m。微通道的軸向長度(1)可以是任何尺寸，例如達到約10m，在一實施方案中約0.1m至約10m，在一實施方案中約0.2m至約6m，以及在一實施方案中約0.2m至約3m。雖然圖1說明的微通道10具有矩形的剖面，應當理解為微通道可具有任何形狀的橫截面，例如正方形、圓形、半圓形、梯形等。微通道的橫截面的形狀和/或尺寸可在其長度上變化。例如，高度或寬度可在微通道的長度上從較大的尺寸逐漸變為較小的尺寸，或反之亦然。
當述及一個通道的位置相對於另一個通道的位置時，術語「毗鄰」意思是直接鄰接使得壁將兩個通道分隔開。該壁可在厚度上變化。但是，「毗鄰」的通道不被插入通道分隔開，所述插入通道將幹擾通道之間的熱交換。
術語「表面特性」是指調整微通道內的流動的在微通道壁中的凹入和/或從微通道壁的凸起。表面特性可以是圓形、橢圓形、正方形、矩形、鉤形、V形、波形，以及類似形式。表面特性可包含子特性，其中表面特性的主壁進一步包含較小的表面特性，該較小的表面特性可採用槽口、波浪、鋸齒狀、孔洞、毛口、鉤形、扇形，以及類似形式。表面特性具有深度、寬度以及對於非圓形的表面特性的長度。這些例子在圖22-圖26中說明。表面特性可在用於本發明方法的微通道的一個或多個內側壁之上或之中形成。表面特性可在用於本發明方法的第二流體流通道和/或熱交換通道的一個或多個內側壁之上或之中形成。表面特性可以被稱作被動的表面特性或被動的混合特性。
術語「上遊」和「下遊」是指用於本發明方法中的在包括微通道的通道內相對於通過通道的流體流動方向的位置。例如，流體流經該通道朝向某位置流動，其中的一部分流體還沒有達到該通道內的所述位置將是流體所述部分的下遊。流體流經該通道離開某位置流動，其中的一部分流體已經通過該通道內的所述位置將是流體所述部分的上遊。由於用於本發明方法的通道可被水平、垂直或傾斜角度定向，術語「上遊」和「下遊」沒有必要涉及垂直位置。
術語「微體」是指具有約200微米(μm)和200μm以下範圍內的平均尺寸(例如直徑、高度、寬度、長度)的三維物體，在一實施方案中從約0.01μm到約200μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約100μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約50μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約25μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約10μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約5μm範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約2μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約1μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約0.5μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約0.2μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約0.1μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約0.08μm的範圍內，在一實施方案中約0.01μm到約0.05μm的範圍內，以及在一實施方案中約0.01μm到約0.03μm的範圍內。這些微體包括具有圓形和/或橢圓形形式的剖面的物體。微體可以是球體、橢圓體、卵形體以及類似形式。微體可具有針樣的形狀。微體可以是空心的或實心的。微體可以是微球體。微體可具有大型的尺寸(例如直徑、長度)和小型的尺寸(例如直徑、高度、寬度)，大型尺寸與小型尺寸之比在約10∶1至約1∶1的範圍內，在一實施方案中在約5∶1至約1∶1的範圍內，以及在一實施方案中在約2∶1至約1∶1的範圍內。
術語「流體」是指氣體、液體、含有分散固體的氣體或液體、含有液滴的氣體、含有氣泡的液體、含有液滴和分散固體的氣體、或含有氣泡和分散固體的液體，以及類似物質。
術語「熱源」是指放熱並且可用於加熱另一物體或設備的物體或設備。熱源可以是在其中具有熱交換流體的熱交換通道的形式，以將熱傳到另一物體或設備；另一物體或設備例如是毗鄰於或充分接近熱交換通道以接收從熱交換通道傳遞的熱量的通道。熱交換流體可包含在熱交換通道中和/或其可流過熱交換通道。熱源可以是加熱元件的形式，例如電加熱元件或電阻加熱器。術語「冷源」是指吸熱並且可用於冷卻另一物體或設備的物體和設備。冷源可以是在其中具有熱交換流體的熱交換通道的形式，以接收從另一物體或設備傳遞的熱；另一物體或設備例如是毗鄰於或充分接近熱交換通道以將熱傳到熱交換通道的通道。熱交換流體可包含在熱交換通道中和/或其可流過熱交換通道。冷源可以是冷卻元件的形式，例如非流體冷卻元件。
術語「熱源和/或冷源」是指可放熱或吸熱的物質和設備。熱源和/或冷源可以是在其中具有熱交換流體的熱交換通道的形式，當毗鄰或接近於熱交換通道的另一物質或設備需要加熱時以便將熱傳到所述另一物質或設備，或當毗鄰或接近於熱交換通道的另一物質或設備需要冷卻時以便接受所述另一物質或設備傳遞的熱。作為熱源和/或冷源的熱交換通道可以在一個時間作為加熱通道，在另一個時間作為冷卻通道。熱交換通道的一個部分或一些部分可起加熱通道的作用，同時熱交換通道的另一部分或一些部分可起冷卻通道的作用。
術語「熱交換通道」是指在其裡面具有熱交換流體的通道，該通道放出熱量和/或吸收熱量。
術語「熱交換流體」是指可放熱和/或吸熱的流體。
參見圖2，可使用微通道混合器100實施本方法，所述微通道混合器100包括微通道混合器芯102、工藝流體頂管104、產物底管106以及熱交換歧管108。微通道混合器芯102包括許多的工藝微通道、毗鄰的第二流體流通道和熱交換通道。第二流體流通道和/或熱交換通道可以是微通道。工藝微通道、第二流體流通道以及熱交換通道可以疊加或並排地多層排列。工藝頂管104對管道進行均勻或基本上均勻地流動分配，為第一流體流流入工藝微通道和第二流體流流入第二流體流通道提供通路。產物底管106為多相混合物以較高流速從工藝微通道流出提供通路。如箭頭110所示，第一流體流通過工藝頂管104流入微通道混合器100。如箭頭112所示，第二流體流通過工藝頂管104流入微通道混合器100。第一流體流和第二流體流流入微通道混合器芯102並且混合以形成多相混合物。多相混合物從微通道混合器芯102流過產物底管106，然後如箭頭114所示流出產物底管106。在一實施方案中，多相混合物可通過微通道混合器芯102反向循環任意次數，例如一次、兩次、三次、四次等。如箭頭116所示熱交換流體流入熱交換歧管108，然後從熱交換歧管108流過在微通道混合器芯102中的熱交換通道，然後返回到熱交換歧管108，然後如箭頭118所示從熱交換歧管108流出。微通道混合器100可與貯存罐、泵、閥門、流量控制裝置，以及類似裝置結合使用，這些未在圖中示出，但是這對於本領域的技術人員來說是顯而易見的。
微通道混合器芯可包括許多的多相混合物形成單元。在圖3-圖9以及圖12中說明了多相混合物形成單元的有益的實施方案。參照圖3，可使用包括工藝微通道210的多相混合物形成單元200實施本發明的方法，該工藝微通道210包括具有相對的側壁212和214以及在側壁212中的有孔區240。有孔區240可被稱作多孔區或多孔基片。有孔區240可包括具有貫穿其中的孔244排列的片或板242。毗鄰於側壁212的是第二流體流270，其通過有孔區240中的孔244對工藝微通道210開放。工藝微通道210具有非孔或非多孔區域211和217以及混合區213。非孔區域211從工藝微通道的入口延伸至混合區313的入口。非孔區域211位於混合區213的上遊。混合區213鄰接於有孔區240。非孔區域217從混合區213的末端延伸至工藝微通道210的出口。非孔區域217位於混合區213的下遊。毗鄰於側壁214的是熱交換通道290。在操作中，如箭頭216所示，第一流體流流入工藝微通道210，並通過非孔區域211進入混合區213。如箭頭272所示，第二流體流流入第二流體流通道270，並如箭頭274所示流過有孔區240，進入混合區213。在混合區213中，第二流體流與第一流體流接觸並且混合以形成多相混合物。第二流體流可在第一流體流內形成不連續相。第一流體流可形成連續相。多相混合物從混合區213流過非孔區域217，然後如箭頭218所示流出工藝微通道210。加熱或冷卻是可選擇的。當需要加熱或冷卻時，如箭頭292所示，熱交換流體流過熱交換通道290，加熱或冷卻工藝微通道210和第二流體流通道270中的流體。可在工藝微通道210和第二流體流通道270的長度上改變加熱或冷卻的程度。在工藝微通道和第二流體流通道的一些區域中加熱或冷卻是可忽略的或不存在的，而在其它區域中是適中的或較高的。可選擇地，加熱或冷卻可使用非熱交換通道實現。例如，可使用電加熱元件或電阻加熱器實現加熱。電加熱元件或電阻加熱器可用於形成工藝微通道210和/或第二流體流通道270的一個或多個壁。電加熱元件或電阻加熱器可位於工藝微通道210和/或第二流體流通道270的一個或多個壁中。可使用非流體冷卻元件實現冷卻。可沿工藝微通道210的長度使用多重加熱或冷卻區。類似地，可沿工藝微通道210和/或第二流體流通道270的長度使用一個或多個熱交換通道中的不同溫度的熱交換流體。
除工藝微通道210的側壁210包括與有孔部分240相對排列的錐形區220外，圖4說明的多相混合物形成單元200A與圖3說明的多相混合物形成單元200相同。在混合區213中錐形區220縮減了的工藝微通道210的寬度或高度，因而為在混合區213中的工藝微通道210提供了受限制的橫截面。寬度或高度可在約0.001mm至約5mm的範圍內，在一實施方案中在約0.01mm至約2mm的範圍內。錐形區220的存在使得流過混合區213的流體的速度加快。流過混合區213的流體的加速導致作用於流過孔244進入混合區213的第二流體流的剪切力增加。這使得第二流體流易於流過孔244。流過工藝微通道210的受限制橫截面通過混合區213的流體速度可在每秒約0.005米至約每秒約100米(m/s)的範圍內，在一實施方案中在約0.01m/s至約50m/s的範圍內。
除了多相混合物形成單元200B還包括第二流體流通道270a和有孔部分240a外，圖5說明的多相混合物形成單元200B與圖3說明的多相混合物形成單元200相同。第二流體流通道270a位於工藝微通道210和熱交換通道290之間。在側壁214中形成有孔部分240a。第二流體流通道270a通過有孔區240a對工藝微通道210開放。有孔區240a可包括具有貫穿其中的孔244a排列的片或板242a。工藝微通道210具有非孔或非多孔區域211和217以及混合區213。非孔區域211從工藝微通道的入口延伸至混合區213的入口並且位於混合區213的上遊。混合區213位於有孔區240和240a之間。非孔區域217從混合區213的末端延伸至工藝微通道210的出口。非孔區域217位於混合區213的下遊。在操作中，如箭頭216所示，第一流體流流入工藝微通道210，並通過非孔區域211進入混合區213。分別如箭頭272和272a所示，第二流體流流入第二流體流通道270和270a。分別如箭頭274和274a所示，第二流體流流過有孔區240和240a，進入混合區213。在混合區213中，第二流體流與第一流體流接觸並且混合以形成多相混合物。第二流體流可在第一液體內形成不連續相。第一流體流可形成連續相。多相混合物流過非孔區域217，並如箭頭218所示流出工藝微通道210。加熱或冷卻是可選擇的。當需要加熱或冷卻時，如箭頭292所示，熱交換流體流過熱交換通道290，加熱或冷卻工藝微通道210以及第二流體流通道270和270a中的流體。可在工藝微通道和第二流體流通道的長度上改變加熱或冷卻的程度。在工藝微通道和第二流體流通道的一些區域中加熱或冷卻是可忽略的或不存在的，而在其它區域中是適中的或較高的。
除了圖5說明的有孔區244和244a彼此正好相對排列，而圖6說明的有孔區244和244a偏離這種正對排列外，圖6說明的多相混合物形成單元200C與圖5說明的多相混合物形成單元200B相同。在圖5中，流過孔244和244a的第二流體流彼此直接碰撞，因而促進第二流體流分散到第一流體流內。另一方面，在圖6中，流過孔244和244a的第二流體流彼此偏離，因而在混合區213內通過提供渦流效應來促進分散。
圖7說明的多相混合物形成單元200D包括工藝微通道210和210a、有孔區240和240a、第二流體流通道270以及熱交換通道290。在側壁212中形成有孔區240，並且在側壁212a中形成有孔區240a。有孔區240和240a可被稱作多孔區或多孔基片。第二流體流通道270分別通過有孔區240和240a對工藝微通道210開放。有孔區240可包括具有貫穿其中的孔244排列的片或板242。同樣地，有孔區240a可包括具有貫穿其中的孔244a排列的片或板242a。工藝微通道210和210a分別具有非孔或非多孔區域211和217、和211a和217a、以及混合區213和213a。非孔區域211和211a分別從工藝微通道210和210a的入口延伸至混合區213和213a的入口。非孔區域211和211a分別位於混合區213和213a的上遊。混合區213和213a分別鄰接於有孔區240和240a。非孔區域217和217a分別從混合區213和213a的末端延伸至工藝微通道210和210a的出口。非孔區域217和217a分別位於混合區213和213a的下遊。毗鄰於工藝微通道210的是熱交換通道290。在操作中，分別如箭頭216和216a所示，第一流體流流入工藝微通道210和210a，並通過非孔區域211和211a進入混合區213和213a。如箭頭272所示，第二流體流流入第二流體流通道270，然後如箭頭274和274a所示分別流過有孔區240和240a，進入混合區213和213a。在混合區213和213a中，第二流體流與第一流體流接觸並且混合以形成多相混合物。第二流體流可在第一流體流內形成不連續相。第一流體流可形成連續相。多相混合物分別流過非孔區域217和217a，並如箭頭218和218a所示分別流出工藝微通道210和210a。加熱或冷卻是可選擇的。當需要加熱或冷卻時，如箭頭292所示熱交換流體流過熱交換通道290，加熱或冷卻通道210、210a以及270中的流體。可在通道長度上變化加熱或冷卻的程度。在工藝微通道210和210a以及第二流體流通道270的一些區域中加熱或冷卻是可忽略的或不存在的，而在其它區域中是適中的或較高的。
在一實施方案中，多相混合物配方和/或工藝條件的設定可用於在單獨微通道混合器內產生不同的多相混合物。例如，單獨微通道混合器可使用兩個或多個工藝微通道和相關聯的第二流體流通道以及熱交換通道以在單獨微通道混合器中製成二、三、四、五、六、七、八、九、十、幾十、幾百、幾千、幾萬、幾十萬等不同的多相混合物。該混合器類型可被稱作組合的合成設備。這在圖8中示出，其中說明了多相混合物形成單元300。多相混合物形成單元300使用4個工藝微通道，因此可能夠產生達4個不同的多相混合物。多相混合物形成單元300可被重複任意所需的次數，例如二、三、四、五、六、七、八、九、十、幾十、幾百、幾千、幾萬次等，以提供上述指出的多種不同多相混合物的可能性。多相混合物形成單元300包括工藝微通道310、320、330以及340，第二流體流通道350和360，以及熱交換通道370和380。在側壁312中形成有孔區311。在側壁322中形成有孔區321。在側壁332中形成有孔區331。在側壁342中形成有孔區341。孔313、323、333以及343分別位於並且貫穿有孔區311、321、331以及341。工藝微通道310、320、330以及340分別包括位於混合區315、325、335以及345上遊的非孔區314、324、334以及344。混合區315、325、335以及345分別與有孔區311、321、331以及341鄰接分布。工藝微通道310、320、330以及340還分別包括位於混合區315、325、335以及345下遊的非孔區316、326、336以及346。在操作中，如箭頭317、327、337以及347所示，第一流體流分別流入工藝微通道310、320、330以及340。進入工藝微通道310、320、330以及340的第一流體流可具有彼此相同的組分或彼此不同的組分。第一流體流分別流過非孔區314、324、334以及344進入混合區315、325、335以及345。如箭頭351和361所示，第二流體流流入第二流體流通道350和360。進入第二流體流通道350的第二流體流可與進入第二流體流通道360的第二流體流相同或可不同。進入第二流體流通道350的第二流體流和進入液體通道360的第二液體的差別可以是基於組分或工藝條件、物理性質(例如，粘度、密度、表面張力等)和/或操作參數。如箭頭351所示第二流體流進入第二流體流通道350，如箭頭352和353所示分別流過有孔區311和321，進入混合區315和325。在混合區315和325中，第二流體流與第一流體流接觸並且混合以形成多相混合物。同樣地，如箭頭361所示第二流體流流入第二流體流通道360，然後如箭頭362和363所示分別流過有孔區331和341，進入混合區335和345。在混合區315、325、335以及345中，第二流體流與第一流體流接觸並且混合以形成多相混合物。在混合區315、325、335以及345中形成的多相混合物可以是相同的或不同的。如果不同，多相混合物可根據組分和/或物理性質或操作參數(例如，分散和/或連續相的組分、粒度、粒度分布、粘度、密度、表面張力、溫度、壓力、流速等)而彼此不同。多相混合物分別從混合區315、325、335以及345流過非孔區316、326、336以及346，並如箭頭318、328、338以及348所示流出工藝微通道310、320、330以及340。使用熱交換通道370和380加熱或冷卻是可選擇的。當需要加熱或冷卻時，如箭頭371和372以及箭頭381和382所示熱交換流體流過熱交換通道370和380，加熱或冷卻通道310、320、330、340、350以及360中的流體。可在各通道的長度上變化加熱或冷卻的程度。在工藝微通道和/或液體通道的一些區域中加熱或冷卻是可忽略的或不存在的，而在其它區域中是適中的或較高的。本發明的該實施方案的優點在於可使用相同的設備同時形成和評估多種產物多相混合物。當需要篩選多種配方作為可能的新產物時，這可以是有利的。
在一實施方案中，本發明方法適於產生雙多相混合物。可使用圖9說明的多相混合物形成單元400製成這些雙多相混合物。在圖9中，多相混合物形成單元400位於中心線402和404之間。多相混合物形成單元400包括工藝微通道410以及流體流通道420、430、440和450。流體流通道420和430毗鄰於工藝微通道410。流體流通道440毗鄰於工藝微通道420，流體流通道450毗鄰於流體流通道430。包括粗糙的有孔區415的共用壁412將工藝微通道410和流體流通道420分開。包括粗糙的有孔區425的共用壁422將工藝微通道410和流體流通道430分開。有孔區415和425分別包含孔416和426。包含孔436的精製的有孔區415位於流體流通道440和流體流通道420之間並且將流體流通道440和流體流通道420分開。包含孔446的精製的有孔區445位於流體流通道450和流體流通道430之間並且將流體流通道450和流體流通道430分開。在粗糙的有孔區415和425中的孔416和426大於在精製的有孔區435和445中的孔436和446。工藝微通道410具有非孔或非多孔區域411和混合區413。非孔區域411從工藝微通道的入口延伸至混合區413的入口。混合區413毗鄰於有孔區415和425。可選擇地，可在由中心線402和/或404所示的位置中可插入熱交換通道以為流體提供所需的加熱或冷卻。
另外在圖9中也說明的毗鄰的多相混合物形成單元400a的一部分位於中心線402的下面。多相混合物形成單元400a包括工藝微通道410a、粗糙的有孔區415a和425a、流體流通道430a以及精製的有孔區445a。這些與上面論述的工藝微通道410、粗糙的有孔區415和425、流體流通道430以及精製的有孔區445相同。此外，在圖9中說明的毗鄰的多相混合物形成單元400b的一部分位於中心線404的上面。多相混合物形成單元400b包括精製的有孔區435b和流體流通道420b。這些與上面論述的精製的有孔區435和流體流通道420相同。當按照本發明方法使用於工藝微通道混合器時，在圖9中包括多相混合物形成單元400a和400b的一部分說明了多相混合物形成單元400的重複特徵。
在操作中，參見圖9，如箭頭414所示第一流體流進入工藝微通道410，並流過非孔區411進入混合區413。如箭頭423和433所示第二流體流分別進入流體流通道420和430。如箭頭442和452所示第三流體流分別進入液體通道440和450。第三流體流從流體流通道440流過有孔區435進入流體流通道420，在那裡，第三流體流與第二流體流混合併且形成另一多相混合物。另外，第三流體流從流體流通道450流過有孔區445進入流體流通道430，在那裡，第三流體流與第二流體流混合併且形成另一多相混合物。第三流體流形成非連續相，並且在流體流通道420和430中形成的另一多相混合物中，第二流體流形成連續相。在流體流通道420和430中形成的另一多相混合物分別流過有孔區415和425，進入混合區413，在那裡，另一多相混合物與第一流體流混合。在混合區413中，另一多相混合物在第一流體流中分散為非連續相，第一流體流是連續相的形式。在混合區413中形成的多相混合物可被稱作雙多相混合物。在雙多相混合物中，至少部分的第三流體流可包裹於第二流體流的泡沫或微體(例如微球)內。被包裹的泡沫或微體可在第一流體流中分散為非連續相，所述第一流體流可以是連續相的形式。如箭頭418所示雙多相混合物排出工藝微通道410。在一實施方案中，可採以圖10中所示意說明的形式的雙多相混合物，如多相混合物490，包括被包裹於第二流體流494(例如，液體或微體)內的第三流體流492(例如氣體)，所述第二流體流494分散於第一流體流496(例如，氣體或液體)中。
在一實施方案中，本發明方法可用於曝氣工藝。這在圖11和圖12中說明。在該實施方案中，使用包括微通道混合器502的曝氣罐500來實施本方法。在操作中，被曝氣的流體包含在罐500內，並且如箭頭504所示，作為第一流體流進入微通道混合器502。可被曝氣的流體的例子是細胞液體培養基(cell broth)。如箭頭506所示第二流體流進入微通道混合器502。第二流體流可包括空氣或氧氣。在微通道混合器中，第一流體流(例如細胞液體培養基)和第二流體流(例如空氣或氧氣)混合，結果形成多相混合物(例如曝氣的細胞液體培養基)。微通道混合器502可包括許多多相混合物形成單元510。多相混合物形成單元510包括工藝微通道520、第二流體流通道530和540、可以採以精細陶瓷膜形式的有孔區550和560、可以採以大孔載體形式的有孔區570和580、以及熱交換通道590。在操作中，如箭頭522所示第一流體流進入工藝微通道520。如箭頭532和542所示第二流體流分別進入第二流體流通道530和540。第二流體流從第二流體流通道532流過有孔區570，然後通過有孔區550進入工藝微通道520。同樣地，如箭頭542所示另一第二流體流進入第二流體流通道540，流過有孔區580，然後通過有孔區560進入工藝微通道520。第一流體流和第二流體流在工藝微通道520中混合，結果形成多相混合物。如箭頭524所示多相混合物排出工藝微通道520。在多相混合物中，第一流體流可形成連續相，並且第二流體流可形成非連續相。在一實施方案中，多相混合物可包括在其整體中分散的氧或空氣的水平得到提高的細胞液體培養基。如箭頭507所示，可通過使熱交換流體流入微通道混合器502，通過熱交換通道590，然後流出微通道混合器502來冷卻或加熱流體。
雖然在圖3-9中的每一個圖以及圖12中只說明了一個多相混合物形成單元，但是對於可在實施本發明方法的工藝微通道中使用的多相混合物形成單元的數量實際上是沒有上限的。例如，可使用一、二、三、四、五、六、八、十、二十、五十、一百、幾百、一千、幾千、一萬、幾萬、十萬、幾十萬、幾百萬個等數量的上述多相混合物形成單元。在一實施方案中，每個多相混合物形成單元可以是被多歧管化的。可通過將大管、配管或導管連接到各單元來實現多歧管化。可選擇地，可通過在各單元之間產生相對均等的壓降環流而在含有多相混合物形成單元的微通道混合器內使許多多相混合物形成單元被內在地多歧管化。另一方面，在各單元之間的壓降可不相等，因為某些流動分布不均可不影響產品質量。在一實施方案中，在使用本發明方法形成多相混合物中，達到約50％的流動分布不均是可接受的。工藝微通道、相關聯的第二和第三流體流通道、以及熱交換通道可並排地排列或層層疊加。對於多相混合物形成單元200和200A，例如，工藝微通道210可在一個平面中平行排列，第二流體流通道270可在工藝微通道210一側上的毗鄰平面中平行排列，以及熱交換通道290可在工藝微通道210的另一側上的另一平面中平行排列。對於多相混合物形成單元200B和200C，例如，工藝微通道210可在一個平面中平行排列，第二流體流通道270和270a可在工藝微通道210的各側上的毗鄰的平面中平行排列，以及熱交換通道290可在毗鄰於第二流動流通道270a的平面中平行排列。對於多相混合物形成單元200D，第二流體流通道270可在一個平面中平行排列，工藝微通道210和210a可在液體通道270的各側上的毗鄰的平面中平行排列，以及熱交換通道290可在毗鄰於工藝微通道210的平面中平行排列。這些多相混合物形成單元可具有合適的頂管、底管、閥門、管道線、管道、控制裝置等以控制工藝液體的輸入和輸出，這些未在圖3-9以及圖12中示出，但是可由本領域的技術人員來提供。例如，在包括多相混合物形成單元的微通道混合器的入口和出口處，呈斜面的頂管和底管可用於連接管道線或管道以避免與工藝微通道的尺寸有關的不必要的壓降。
在一實施方案中，許多多相混合物形成單元(200，200A，200B，200C，200D，300，400，510)可層層疊加以形成被放大的單元芯以用於所需要的大生產能力。被放大的單元可具有呈斜面的頂管和底管作為用於形成多相混合物的液體的歧管以及作為多相混合物產物的歧管。還可通過在工藝或分散相或熱交換通道的入口處增加孔板或其它有孔區來促進更均勻的流動分布。框架區可用於支撐和密封多相混合物形成單元。
各工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)可具有任何構形的橫截面，例如，正方形、矩形、圓形、環形、橢圓形、梯形等。工藝微通道可以是管狀的。工藝微通道可由並排或層層放置的平行隔開的片和/或板形成。術語「片」是指達到約5mm的壁厚度。術語「板」是指約5mm或更大的壁厚度。這些片可以卷狀形式提供給使用者，而這些板可以材料的平片形式提供給使用者。各工藝微通道可具有在達到約50mm和約50mm以下範圍內的垂直於流體通過工藝微通道的流動的內部尺寸(例如高度、寬度或直徑)，在一實施方案中達到約10mm，在一實施方案中達到約2mm。該尺寸可在約0.05mm至約50mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約5mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約2mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約1.5mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約1mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約0.5mm的範圍內。垂直於流體通過工藝微通道的流動的另一內部尺寸(例如高度或寬度)可以是任意值，例如它可在約0.01cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約0.01cm至約75cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約50cm的範圍內，在一實施方案中在約0.2cm至約25cm的範圍內。各工藝微通道的長度可以是任意值，例如在約0.1cm至約500cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約250cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約50cm的範圍內，以及在一實施方案中在約2cm至約25cm的範圍內。
在一實施方案中，工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)可在混合區(213，213a，315，325，335，345，413)的上遊在其入口中具有非孔或非多孔區域(211，211a，314，324，334，344，411)以提供工藝微通道中的第一液體的流動的均勻分布。當多個工藝微通道並排和/或層疊排列並且進入多個工藝微通道的第一流體流的流動是非均勻時，這是有益的。配置這些非孔區域可使第一流體流在到達混合區之前的流動穩定。當工藝微通道具有圓形橫截面(即管狀的幾何結構)時，使用非孔或非多孔區域可以是有利的。在一實施方案中，從工藝微通道的入口到混合區的入口的非孔區域的長度相對於在非孔或非多孔區域中的工藝微通道的最小內部尺寸的比率可在約0.0001至約10000的範圍內，在一實施方案中在約0.001至約1000的範圍內。
工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)的一個或多個內壁可具有表面特性以調整工藝微通道內的流動。在圖22-26中說明了這些表面特性的例子。表面特性可具有在彼此之上疊加的或以三維式樣纏繞的兩層或更多層。在各個分離的層中的式樣可以是相同或不同的。流動可在各層或僅在一層中旋轉或平流。可不毗鄰於總體流動通道的子層可用於產生額外的表面積。例如，這些可用於沉積催化劑。流動可在表面特性的第一水平面旋轉並且以分子狀態分散進入第二或更多的子層以促進反應。三維特性可通過金屬鑄造或其它方法製成，其中，變化的式樣可不進入分離的平面，如同在彼此之上疊加。可見三維改變表面特性毗鄰於總體流動通道，其中，這些特性具有不同的深度、形狀以及位置並伴以具有變化的深度、形狀以及位置的式樣的子特性。對於需要另外表面積用於催化劑沉積的化學反應或諸如蒸餾的化學分離，這些表面結構可以是有利的。
圖23示意說明三維表面特性結構的俯視圖。三維表面特性結構的後視圖的例子在圖24中說明，其中，在總體流動微通道的界面毗鄰處可見凹入的V形，並且在V形之下是與毗鄰於總體流動通道的特性連接的一系列的三維結構，但所述三維結構由不同形狀、深度以及位置的結構製成。其進一步的優點是產生子層通路，所述子層通路沒有正好凹入毗鄰於總體流動微通道的開放的表面特性之下，而是連接通過一個或多個彎曲的二維或三維通路。對於在反應器中產生經調節的停留時間分布而言，該方法可以是有益的，在反應器中，可能需要具有較寬或更窄的停留時間分布。
圖25是三維表面特性的正視圖，在那裡凹入的V形鄰接總體流動微通道並且在它們後面具有不同形狀的深度和位置改變了的其它特性。
表面特性可具有小於約2mm的深度，在一實施方案中小於約1mm的深度，在一實施方案中在約0.01mm至約0.5mm的範圍內。表面特性的橫向寬度可足以幾乎橫跨微通道寬度(如人字形設計所示)，但在一實施方案中(例如填充特性)可橫跨微通道寬度的約60％或更低，在一實施方案中約40％或更低，在一實施方案中從約0.1％至約60％，在一實施方案中從微通道寬度的約0.1％至約50％。
表面特性的橫向寬度可在約0.05mm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約0.5mm至約5cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約2cm的範圍內。
表面特性的長度和寬度可以與用於微通道的長度和寬度同樣的方式來定義。深度可以是表面特性陷入微通道表面的距離；它與微通道的高度或微通道的間隙的方向相同。這可相當於被堆疊結合的微通道裝置的堆疊方向，所述微通道裝置具有在片表面之上或之中形成的表面特性。表面特性的這些尺寸是指表面特性的最大尺寸；例如圓形凹槽的深度可指最大深度，即在凹槽底部的深度。
多表面特性或表面特性的區域可包括在微通道內，包括凹入一個或多個微通道壁內不同深度的特性。凹部之間的間隔可在約0.01mm至10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.1mm至1mm的範圍內。表面特性可存在於遍及微通道的整個長度或存在於微通道的部分或區域中。具有表面特性的部分或區域可以是間斷的以便在修整區中促進所需的反應或單元操作。例如，1英寸區的微通道可具有緊密隔開的表面特性排列，接著是4英寸的沒有表面特性的平坦通道，接著是2英寸區的鬆散隔開的表面特性。鬆散隔開的表面特性是指具有5倍於表面特性的延伸寬度的間距或特性之間的距離的表面特性。
在一實施方案中，表面特性可在微通道的整個軸向長度上充分地延伸。在一實施方案中微通道可在其軸向長度的約50％或以下的長度上具有表面特性，在一實施方案中在其軸向長度的約20％或以下的長度上。在一實施方案中，表面特性可在微通道的軸向長度約10％至100％的長度上。
圖26顯示可用於表面特性的了大量的不同式樣。這些式樣不是用來限制本發明，僅用來說明大量的可能性。如同任何表面特性一樣，可在工藝微通道的不同的軸向或橫向區使用這些式樣。
雖然可具有不表現出微通道特徵的較大的尺寸不具有，但是第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)和第三流體流通道(440，450)可以是微通道。這些通道的每一個都可具有任意構形的剖面，例如，正方形、矩形、圓形、環形、橢圓形、梯形等。這些通道可包含上述的表面特性。第二和第三流體流通道可以是管狀的。第二和第三流體流通道可由並排或層疊放置的平行隔開的片和/或板製成。各第二和第三流體流通道可具有垂直於流體通過第二和第三流體流通道的流動的在約100cm和約100cm以下範圍內的內部尺寸(例如高度、寬度或直徑)，在一實施方案中在約0.05mm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約50cm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約10cm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約5cm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約5mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約2mm的範圍內，以及在一實施方案中在約0.05mm至約1mm的範圍內。垂直於流體通過第二和第三流體流通道的流動的另一內部尺寸(例如高度或寬度)可在約0.01cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約0.01cm至約75cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約50cm的範圍內，在一實施方案中在約0.2cm至約25cm的範圍內。第二和第三流體流通道的長度可以是任意值，例如在約0.1cm至約500cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約250cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約50cm的範圍內，以及在一實施方案中在約2cm至約25cm的範圍內。各工藝微通道與下一個毗鄰的第二流體流通道之間或毗鄰的第二流體流通道與第三流體流通道之間的間隔可在約0.05mm至約50mm的範圍內，在一實施方案中在約0.1mm至約10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.2mm至約2mm的範圍內。
熱源和/或冷源可用於冷卻、加熱、或兼有冷卻和加熱。熱源和/或冷源可包括一個或多個熱交換通道。熱源可包括一個或多個電加熱元件或電阻加熱器。冷源可包括一個或多個非流體冷卻元件。這些可毗鄰於工藝微通道和/或第二或第三流體流通道。在一實施方案中，熱源和/或冷源可不接觸或不毗鄰於工藝微通道和/或第二或第三流體流通道，而是可遠離工藝微通道和/或第二或第三流體流通道中的一個或兩個，但充分地接近工藝微通道和/或第二或第三流體流通道以在熱源和/或冷源與工藝微通道和/或第二或第三流體流通道之間傳熱。電加熱元件、電阻加熱器和/或非流體冷卻元件可用於形成工藝微通道(210，310a，310，320，330，340，410，520)、第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)和/或第三流體流通道(440，450)的一個或多個壁。可將電加熱元件、電阻加熱器和/或非流體冷卻元件配置在工藝微通道、第二流體流通道和/或第三流體流通道一個或多個壁內。電加熱元件和/或電阻加熱器可以是嵌入到工藝微通道和/或液體通道的壁中的薄片、棒、金屬絲、盤或其它形狀的結構。電加熱元件和/或電阻加熱器可以是附著於工藝微通道壁和/或液體通道壁的金屬薄片或金屬絲形式。可使用帕爾帖(Peltier)型熱電冷卻和/或加熱元件實現冷卻和/或加熱。可沿工藝微通道、第二流體流通道和/或第三流體流通道的長度使用多個加熱和/或冷卻區。同樣地，可沿工藝微通道、第二流體流通道和/或第三流體流通道的長度使用一個或多個熱交換通道中不同溫度的熱交換流體。可使用熱源和/或冷源在工藝微通道、第二流體流通道和/或第三流體流通道內提供精確的溫度控制。
雖然可具有不表現出微通道特徵的較大的尺寸，但是熱交換通道(290，370，380，590)可以是微通道。這些通道的每一個可具有任意構形的橫截面，例如，正方形、矩形、圓形、環形、橢圓形、梯形等。熱交換通道可以是管狀的。熱交換通道連同第二或第三流體流通道一起可由並排或層疊放置的平行隔開的片和/或板形成。這些通道可包含上述的表面特性。各熱交換通道可具有垂直於熱交換流體通過熱交換通道的流動的在約50mm和約50mm以下範圍的內部尺寸(例如高度、寬度或直徑)，在一實施方案中在約10mm和約10mm以下範圍內，在一實施方案中在約2mm和約2mm以下範圍內。該尺寸可在約0.05mm至約50cm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約5mm的範圍內，在一實施方案中在約0.05mm至約2mm的範圍內，以及在一實施方案中在約0.5mm至約1mm的範圍內。垂直於熱交換流體通過熱交換通道的流動的另一內部尺寸，例如高度或寬度，可以是任意值，例如在約0.01cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約0.01cm至約75cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約50cm的範圍內，以及在一實施方案中在約0.2cm至約25cm的範圍內。熱交換通道的長度可以是任意值，例如在約0.1cm至約500cm的範圍內，在一實施方案中在約0.1cm至約250cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約100cm的範圍內，在一實施方案中在約1cm至約50cm的範圍內，以及在一實施方案中在約2cm至約25cm的範圍內。各工藝微通道或第二或第三流體流通道與下一個毗鄰的熱交換通道之間的間隔可在約0.05mm至約50mm的範圍內，在一實施方案中在約0.1mm至約10mm的範圍內，在一實施方案中在約0.2mm至約2mm的範圍內。
熱交換通道(290，370，380，590)可適合於熱交換流體以平行的並且與通過毗鄰的工藝微通道或第二或第三流體流通道的流體的流動呈並流的方向流過通道。可選擇地，熱交換流體可以與通過工藝微通道或第二或第三流體流通道的流體的流動呈逆流的方向流過熱交換通道。可選擇地，可根據工藝微通道或第二或第三流體流通道定向熱交換通道，以提供與通過工藝微通道或第二或第三流體流通道的流體的流動呈錯流方向的熱交換流體體的流動。熱交換通道可具有蛇形構形以提供錯流和並流或逆流流動的組合。
在一實施方案中，工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)、第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)、第三流體流通道(440，450)、和/或熱交換通道(290，370，380，590)具有正方形或矩形的剖面並且由平行隔開的片或板形成。這些通道可在並列垂直定向的交錯平面中或在被層層疊加的水平定向的平面中排列。可被稱作平行的板構形的這些構形具有許多優點。與圓管比較，例如，平行板構形導致較低的壓降，同時對於相同的連續相質量通量的高度或寬度或直徑產生相同的剪切力。當矩形通道長寬比例接近，例如約10，即，接近平行片或板構形，其壓降僅為在相同條件下在圓形通道中的壓降的約50％。可容易地將具有平行板構形的工藝微通道、第二流體流通道、第三流體流通道以及熱交換通道安裝在緊壓設備中用於放大。而且，相對於圓管，使用平行板構形可獲得用於多相混合物形成方法的單位體積較高的生產能力。
使用平行板構形的優點在於這些構形具有相對於圓管較大的流體/壁材料之比，因而更能被緊壓以具有較高的生產能力或產量的潛能。
在一實施方案中，工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)、第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)、以及可選擇的第三流體流通道(440，450)、和/或熱交換通道(290，370，380，590)可以是同心排列的圓管形式。工藝微通道和第二流體流通道可以彼此毗鄰，其中，一個通道位於環形空間內，而另一個通道位於中央空間或毗鄰於環形空間。在一實施方案中，用於本發明方法的微通道混合器可包括許多相互交替的向心的管狀工藝微通道、第二流體流通道以及可選擇的第三流體流通道和/或熱交換通道，微通道混合器是圓柱形的形式。
孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446)可具有足夠的尺寸以使所示的流體流過有孔區。這些孔可被稱作微孔。有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)可具有在約0.01mm至約50mm的範圍內的厚度，在一實施方案中在約0.05mm至約10mm的範圍內，以及在一實施方案中在約0.1mm至約2mm的範圍內。這些孔可具有在約50μm和約50μm以下範圍的平均直徑，在一實施方案中在約0.001μm至約50μm的範圍內，在一實施方案中在約0.05μm至約50μm的範圍內，以及在一實施方案中在約0.1μm至約50μm的範圍內。在一實施方案中，這些孔可具有在約0.5納米(nm)至10nm的範圍內的平均直徑，在一實施方案中在約1nm至10nm的範圍內，以及在一實施方案中在約5nm至10nm的範圍內。有孔區中的孔數量可在每平方釐米約10個至5×108個孔的範圍內，並且在一實施方案中在每平方釐米約1個至1×106個孔的範圍內。這些孔彼此可以被或不被隔離。部分的或所有的這些孔可與有孔區內的其它孔以流體連通。有孔區的厚度與沿著流體流過工藝微通道(210，310a，310，320，330，340，410，520)的流徑的有孔區的長度之比可在約0.001至約100的範圍內，在一實施方案中在約0.01至約50的範圍內，在一實施方案中在約0.03至約25的範圍內，在一實施方案中在約0.05至約10的範圍內，在一實施方案中在約0.08至約5的範圍內，以及在一實施方案中在約0.1至約1的範圍內。可由保證足夠的強度和尺寸穩定性的任何材料構成有孔區以可實施本發明方法。這些材料包括鋼(例如，不鏽鋼、碳鋼、以及類似物)；蒙乃爾合金；因科鎳合金；鋁；鈦；鎳；鉑；銠；銅；鉻；黃銅；任意上述金屬的合金；聚合物(例如，熱固性樹脂)；陶瓷；玻璃；包括一種或多種聚合物(例如，熱固性樹脂)和玻璃纖維的複合物；石英；矽；微多孔的碳，其包括碳納米管或碳分子篩；沸石；或其中的兩種或多種的組合物。可使用已知的技術形成這些孔，如雷射鑽孔、微電子機械加工系統(MEMS)、光刻電沉積和制模(LIGA)、電火花、或者電化學蝕刻。可使用用於製造結構塑料的技術，如擠壓技術，或製造膜的技術，如定向碳納米管(CNT)膜的技術形成這些孔。可使用如燒結或壓縮金屬粉末或顆粒的技術以形成彎曲互連的毛細管通道的技術和膜製造的技術來形成這些孔。通過在這些孔的內側壁之上塗覆塗層以部分填充孔可將由這些方法中的任一方法所生成的孔尺寸減小。這些選擇性的塗層也可在孔體的外部形成薄層以提供毗鄰於連續流動路徑的最小孔尺寸。最小的平均孔間隙可在約1納米至約幾百微米的範圍內，這取決於用於多相混合物所需的液滴尺寸。可通過熱處理以及通過在孔的內側壁上形成氧化層或塗層的方法來減小這些孔的尺寸。這些技術可用於部分地堵塞這些孔以減小用於流動的開口尺寸。圖13和圖14顯示了在相同的放大率和相同的位置下熱處理之前或之後，不鏽鋼多孔基片的SEM表面結構的比較。圖13顯示在熱處理前的表面。圖14顯示在熱處理後的表面。在熱處理後多孔材料的表面具有相當小的間隙和開口尺寸。開口之間的平均距離相應增加。
有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)可由金屬或非金屬多孔材料製成，該金屬或非金屬多孔材料具有相互連通的通道或平均孔徑尺寸在約0.01μm至約200μm的範圍內的微孔。這些微孔可起到孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446)的作用。孔材料可由粉末或顆粒製成，以便平均孔間距離近似於平均孔徑。當使用非常小的孔徑時，孔間距離也可非常小並且液滴在工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)或第二流體流通道(420，430)一側的表面上融合以形成不必要的較大液滴。可通過在約300℃至約1000℃的高溫下約1小時至約20天的持續時間的氧化而修整多孔材料，或通過在微孔的表面上或微孔的內部塗覆另一種材料的薄層以阻塞較小的微孔、減小較大微孔的孔徑，結果增加了孔間距離而修整多孔材料，所述的另一種材料諸如使用溶膠塗層法的鋁或使用化學汽相澱積的鎳。同樣地，可被降低或消除液滴的融合，並且可以允許形成較小的液滴。在圖1 5中示出了修整的基片或有孔區的SEM圖。
孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446)可在整個混合區(213，213a，315，325，335，345，413)中由規則地隔開。這些孔可優選被隔開，以便較小的孔或較大的孔更接近於混合區的前面或後面被使用。這些孔可在混合區的起點附近處更靠攏，並且進一步在混合區的末端附近處分隔開以幫助阻止液滴的聚結。用作有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)的基片製作會有問題，所述有孔區具有足夠小的微型孔或微孔以提供具有小於約1μm的泡沫或微球尺寸的多相混合物。原因之一基於的事實是，高的表面粗糙度會與未處理的正常孔材料例如通過壓縮和/或燒結由粉末/顆粒製成的金屬多孔基片一起出現，在指定的標稱孔尺寸低於一確定值時，這些金屬多孔基片在表面區域通常不具有所需的孔尺寸。當該批多孔性材料可具有特定的標稱孔尺寸時，表面區域經常以被合併的較大尺寸的孔和洞為特徵。可通過修整這些基片以在表面區域中提供所需的孔尺寸和孔間距離來克服該問題。可通過從多孔基片中除去表面層並且暴露或加入具有較小開口的光滑新表面來實施。使用這些經修整的基片可形成的在反應混合物中的泡沫或微球尺寸可以被降低而無需增加基片橫斷面的壓降。由於直接磨光或加工孔表面可導致表面結構的汙點和孔的堵塞，孔結構可使用液體填充物填充，隨後固化和機械磨光/拋光。然後，除去填充劑以重新獲得該材料的多孔結構。填充劑可以是具有低熔點的金屬，如鋅或錫，或者是聚合物的前體如環氧樹脂。液體的填充和除去步驟可藉助於使用真空。可使用磨床和磨光粉來實現磨光/拋光。可通過熔化和真空吸引、或通過酸蝕刻除去金屬填充劑。可通過溶劑溶解或在空氣中燒盡來除去環氧樹脂或其它聚合物。
參照圖16-19，在一實施方案中，有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)可由包含較小孔602的較薄片600，和包含較大孔612陣列的較厚片或板610構成，所述較大孔612可與孔600同軸排列或連接。較薄片600覆蓋並且與較厚片610結合，較薄片600面向工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410)或第二流體流通道(420，430)的內部，並且較厚片610面向第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)或第三流體流通道(440，450)的內部。可使用任何適合的方式(例如擴散結合)將較薄片600結合到較厚片610以提供具有增強的機械強度的複合結構620。較薄片600可具有在約0.001mm至約0.5mm的範圍內的厚度，在一實施方案中在約0.05mm至約0.2mm的範圍內。較小孔602可具有任何形狀，例如圓形、三角形或矩形。較小孔602可具有在約0.05μm至約50μm的範圍內的平均直徑，在一實施方案中在約0.05μm至約20μm的範圍內。較厚片或板610可具有在約0.1mm至約5mm的範圍內的厚度，在一實施方案中在約0.1mm至約2mm的範圍內。較大孔612可具有任何形狀，例如圓形、三角形或矩形。較大孔612可具有在約0.1μm至約4000μm的範圍內的平均直徑，在一實施方案中在約1μm至約2000μm的範圍內，以及在一實施方案中在約10μm至約1000μm的範圍內。片600中的孔602的數量和較厚片或板610中的孔612的數量各自可在每平方釐米約2個至10000個孔的範圍內，在一實施方案中在每平方釐米約2個至1000個孔的範圍內。可由上述有益於構建有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)的任何材料製成片600和片或板610。孔602和612可同軸排列或連接，以這樣的方式流過有孔區的液體起初流過孔612然後流過孔602如果孔中的通路長度等於孔602和612的結合長度，與這種情況下發生的壓降相比，為流過較小孔602的液體提供的較短通路可以使液體能夠以較低的壓降流過孔602。
在圖19中說明的實施方案中，除了使較薄片600的凸起部分604覆蓋孔612外，複合結構620a與圖18所說明的設計相同。凸起部分604在毗鄰的通道中提供增加的局部剪切力。在圖19中的方向箭頭630顯示在毗鄰於孔602的通道中的流體的流動。較高的剪切力導致流過孔602的流體的較小的泡沫或微球尺寸。
在圖20中說明的實施方案中，表面塗層642沉積在片或板640的表面上和孔646的內側壁644上。該塗層提供了減小孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446)的直徑的便利方法。用於形成塗層642的塗料可包括鋁、鎳、金或聚合材料(例如特氟隆)。可使用包括化學汽相澱積、金屬濺射、金屬電鍍、燒結、溶膠塗覆、聚合物塗覆、以及類似的已知技術將塗層642塗覆於片或板640。可通過控制塗層642的厚度來控制孔的直徑。
在一實施方案中，有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)可由非對稱的多孔材料形成，例如具有多層燒結顆粒的多孔材料。層的數量可以是兩層、三層或更多層。這些多層基片的優點在於它們提供增強的耐久性和粘附性。例子包括在一側上具有較大微孔並且在另一側具有較小微孔的燒結陶瓷。較小孔可具有在約2nm至約10nm的範圍內的直徑。較小孔可位於多層基片的較薄層中。較薄層可具有在約1μm至約10μm的範圍內的厚度。具有較小孔的一側可面向工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)或第二流體流通道(420，430)的內部放置，以利用較高的剪切力除去剛形成的較小的多相混合物泡沫或微球。
工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410)、第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)、第三流體流通道(440，450)以及熱交換通道(290，370，380，590)連同關聯的頂管、底管、歧管等，可由提供足夠強度、尺寸穩定性、耐蝕性以及傳熱特性的任何材料構成以可以實施本發明方法。這些材料包括鋼(例如，不鏽鋼、碳鋼、以及類似物)；蒙乃爾合金；因科鎳合金；鋁；鈦；鎳；鉑；銠；銅；鉻；黃銅；任意上述金屬的合金；聚合物(例如，熱固性樹脂)；陶瓷；玻璃；包括一種或多種聚合物(例如，熱固性樹脂)和玻璃纖維的複合物；石英；矽；或其中的兩種或多種的組合物。
第一流體流可包括氣體或液體。第二流體流可包括氣體或微體形成材料。第三流體流可包括氣體。
氣體可包括任何氣體。在一實施方案中，氣體可包括一種或多種的空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、蒸汽、氨、臭氧、氯氣、氫氣、以及類似物。氣體可包括一種或多種的氣態烴，例如含有1個至約5個碳原子的烴。這些包括飽和烴和不飽和烴。這些烴包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、異丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、戊烷、環戊烷、戊二烯、亞環戊基、以及類似物。
液體可包括任何液體。液體可包括水、有機液體或其結合物。液體可包括一種或多種的液態烴。這些包括含有1個至約24個碳原子的烴化合物，在一實施方案中約5個至約24個碳原子，在一實施方案中約6個至約18個碳原子，在一實施方案中約6個至約12個碳原子。術語「烴」是指具有烴或主要為烴特性的化合物。這些烴化合物包括如下(1)純烴化合物即，脂肪族化合物(例如，烷烴或烯屬烴)、脂環族化合物(例如，環烷，環烯)、芳香族化合物、脂肪族和脂環族取代的芳香族化合物、芳香族取代的脂肪族化合物和芳香族取代的脂環族化合物，以及類似物。例子包括己烷、1-己烯、十二烷、環己烯、環己烷、乙基環己烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等。
(2)取代的烴化合物即，含有不改變化合物的主要烴特性的非烴取代基的烴化合物。非烴取代基的例子包括羥基、醯基、硝基、滷代基等。
(3)雜原子取代的烴化合物即，烴化合物在具有主要烴特性的同時，而在由碳原子構成的鏈或環中包含非碳的原子。雜原子包括例如氮、氧以及硫。
液體可包括天然油、合成油、或其混合物。天然油包括動物油和植物油(例如蓖麻油、豬油)以及礦物油如液體石油和經溶劑處理或酸處理的石蠟型、環烷型或石蠟-環烷混合型的礦物油。天然油包括衍生於煤或頁巖的油。油可以是來自甘油三酸酯族的皂化油，例如大豆油、芝麻油、棉籽油、紅花油，以及類似物。油可以是矽油(例如環甲矽脂，甲基矽氧烷(silicon methicones)等)。油可以是脂肪族烴或環烷烴如凡士林、角鯊烷、角鯊烯、或一種或多種的二烷基環己烷、或其中的兩種或多種混合物。合成油包括烴油如聚合和共聚合的烯烴(例如聚丁烯、聚丙烯、丙烯-異丁烯共聚物等)；聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)、聚(1-癸烯)等及其混合物；烷基苯(例如十二烷基苯、十四烷基苯、二壬基苯、二(2-乙基己基)苯等)；聚苯(例如聯苯、三聯苯、烷基化聚苯等)；烷基化二苯醚和烷基化二苯硫及其衍生物、類似物和同系物，以及類似物。末端羥基基團通過酯化作用、醚化作用修飾的烯化氧聚合物和共聚物及其衍生物是可被使用的合成油。合成油可包括聚α-烯烴或費-託(Fischer-Tropsch)合成的烴。
液體可包括通常的液態烴類燃料，例如，餾分燃料如由美國材料標準目錄(ASTM)規範D439定義的動力汽油、或由ASTM規範D396定義的柴油或燃料油。
液體可包括脂肪醇、脂肪酸酯、或其混合物。脂肪醇可以是格爾伯特(Guerbet)醇。脂肪醇可包含約6個至約22個碳原子，在一實施方案中約6個至約18個碳原子，在一實施方案中約8個至約12個碳原子。脂肪酸酯可以是約6個至約22個碳原子的直鏈脂肪酸與約6個至約22個碳原子的直鏈或支鏈脂肪醇的酯、約6個至約13個碳原子的支鏈脂肪酸與約6個至約22個碳原子的直鏈或支鏈脂肪醇的酯、或其混合物。例子包括肉豆蔻酸十四烷基酯、棕櫚酸十四烷基酯、硬脂酸十四烷基酯、異硬脂酸十四烷基酯、油酸十四烷基酯、山嵛酸十四烷基酯、芥酸十四烷基酯、肉豆蔻酸十六烷基酯、棕櫚酸十六烷基酯、硬脂酸十六烷基酯、異硬脂酸十六烷基酯、油酸十六烷基酯、山嵛酸十六烷基酯、芥酸十六烷基酯、肉豆蔻酸十八烷基酯、棕櫚酸十八烷基酯、硬脂酸十八烷基酯、異硬脂酸十八烷基酯、油酸十八烷基酯、山嵛酸十八烷基酯、芥酸十八烷基酯、肉豆蔻酸異十八烷基酯、棕櫚酸異十八烷基酯、硬脂酸異十八烷基酯、異硬脂酸異十八烷基酯、油酸異十八烷基酯、山嵛酸異十八烷基酯、油酸異十八烷基酯、肉豆蔻酸油烯酯、棕櫚酸油烯酯、硬脂酸油烯酯、異硬脂酸油烯酯、油酸油烯酯、山嵛酸油烯酯、芥酸油烯酯、肉豆蔻酸二十二烷酯、棕櫚酸二十二烷酯、硬脂酸二十二烷酯、異硬脂酸二十二烷酯、油酸二十二烷酯、山嵛酸二十二烷酯、芥酸二十二烷酯、肉豆蔻酸二十二碳烯酯、棕櫚酸二十二碳烯酯、硬脂酸二十二碳烯酯、異硬脂酸二十二碳烯酯、油酸二十二碳烯酯、山嵛酸二十二碳烯酯、芥酸二十二碳烯酯。脂肪酸酯可包括約18個至約38個碳原子的烷基羥基羧酸與約6個至約22個碳原子的直鏈或支鏈脂肪醇的酯(例如馬來酸二辛酯)；約6個至約22個碳原子的直鏈或支鏈脂肪酸與多元醇(例如丙二醇、二聚物二醇或三聚物三醇)和/或格爾伯特醇的酯；基於約6個至約18個碳原子的一種或多種脂肪酸的甘油三酸酯；基於約6個至約18個碳原子的一種或多種脂肪酸的甘油一酸酯、甘油二酸酯和/或甘油三酸酯的混合物；約6個至約22個碳原子的一種或多種脂肪醇和/或格爾伯特醇與一種或多種芳香族羧酸(例如苯甲酸)的酯；約2個至約12個碳原子的一種或多種二羧酸與含1個至約22個碳原子的一種或多種直鏈或支鏈醇、或與含有2個至約10個碳原子和2個至約6個羥基的一種或多種多元醇、或與這些醇和多元醇的混合物的酯；2個至約12個碳原子的一種或多種二羧酸(例如鄰苯二甲酸)與1個至約22個碳原子的一種或多種醇(例如丁醇、己醇)的酯；苯甲酸與約6個至約22個碳原子的直鏈和/或支鏈醇的酯；或其中的兩種或多種混合物。
液體可包括約6個至約22個碳原子的一種或多種支鏈伯醇；約6個至約22個碳原子的一種或多種直鏈和/或支鏈脂肪醇碳酸酯；基於約6個至約22個碳原子的一種或多種脂肪醇的一種或多種格爾伯特醇碳酸酯；一種或多種萘二甲酸二烷基(例如二乙基己基)酯，其中各烷基包含1個至約12個碳原子；每個烷基包含約6個至約22個碳原子的一種或多種直鏈或支鏈、對稱或非對稱的二烷基醚；與包含2個至約10個碳原子和2個至約6個羥基多元醇的約6個至約22個碳原子的環氧化脂肪酸酯的一種或多種開環產物；或其中的兩種或多種混合物。
水可取自任何方便的來源。可以使用滲透或蒸餾法去離子或純化水。
微體形成材料可包括任何微體形成材料。微體形成材料可以是液體或固體熔化形式。微體形成材料可包括玻璃，例如玻璃微體(例如微球)形成材料，聚合物，例如聚合物微體(例如聚合物微球)形成材料。聚合物微體形成材料可包括一種或多種的丙烯酸樹脂、矽樹脂、聚氨酯樹脂、醋酸乙烯樹脂、聚四氟乙烯樹脂、聚醯胺樹脂、氯乙烯樹脂、苯乙烯樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、正丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、天然橡膠，或其中的兩種或多種結合物。在一實施方案中，聚合物微體形成材料可包括1個至約14個碳原子的醇的(甲基)丙烯酸酯。在一實施方案中，聚合物微體形成材料可包括至少一個(甲基)丙烯酸烷基酯。
雖然本發明的一個或多個實施方案不需要乳化劑和/或表面活性劑，但是通過本發明方法形成多相混合物中，可以使用一種或多種的乳化劑和/或表面活性劑。可將乳化劑和/或表面活性劑和液體預混合。乳化劑和/或表面活性劑可包括在格裡芬(Griffin)體系中具有0至約18範圍內的親水性親油性平衡(HLB)值的離子或非離子化合物，在一實施方案中約0.01至約18。離子化合物可以是陽離子或兩性化合物。例子包括在McCutcheons Surfactants and Detergents，1998，NorthAmerican International Edition(McCutcheons表面活性劑和清潔劑，1998，北美和國際版)中公開的那些物質。North American Edition(北美版)的第1-235頁和International Edition(國際版)的第1-199頁通過引用這些乳化劑的公開內容被併入本文。可使用的乳化劑和/或表面活性劑包括鏈烷醇胺、烷基芳基磺酸酯、氧化胺、聚(氧化烯)化合物，包括包含氧化烯重複單元的嵌段共聚物、羧基化醇乙氧基化合物、乙氧化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺、乙氧基化醯胺、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酯和油、脂肪酯、脂肪酸醯胺、甘油酯、乙二醇酯、脫水山梨糖醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂及其衍生物、木質素及其衍生物、甘油一酸酯及其衍生物、烯烴磺酸酯、磷酸酯及其衍生物、丙氧基化和乙氧基化脂肪酸或醇或烷基酚、脫水山梨糖醇衍生物、蔗糖酯及其衍生物、硫酸鹽或醇或乙氧基化醇或脂肪酯、十二烷基和十三烷基苯或稠合的萘或石油的磺酸酯、磺基丁二酸酯及其衍生物、十三烷基和十二烷基苯磺酸。乳化劑和/或表面活性劑可包括一種或多種的聚烷撐二醇；甘油或脫水山梨糖醇和包含約12個至約22個碳原子的脂肪酸的一種或多種偏酯；或其混合物。乳化劑和/或表面活性劑可包括製藥學可接受的物質如卵磷脂。由本發明方法方法製成的多相混合物中的這些乳化劑和/或表面活性劑的濃度可以是在以多相混合物重量計的約20％至約20％以下範圍內，在一實施方案中在以重量計的約0.01％至約5％的範圍內，在一實施方案中在以重量計的約0.01％至約2％的範圍內。在一實施方案中該濃度可達到以重量計的約2％，在一實施方案中可達到以重量計的約1％，在一實施方案中可達到以重量計的約0.5％。
在一實施方案中，第一流體流包括液體流，並且第二流體流包括空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括液體廢物流，並且第二流體流包括空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括有害廢物流，並且第二流體流包括空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括色拉調料或芥末，並且第二流體流包括氮氣。
在一實施方案中，第一流體流包括液體飲料或啤酒，並且第二流體流包括二氧化碳。
在一實施方案中，第一流體流包括用於造紙的漂白漿，並且第二流體流包括氯氣。
在一實施方案中，第一流體流包括在水中的煤分散體，並且第二流體流包括空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括含殘留水的電動機潤滑油，並且第二流體流包括氮氣。
在一實施方案中，第一流體流包括用於發酵反應的細胞，並且第二流體流包括氧氣或空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括液體反應基質，並且第二流體流包括空氣或氧氣。
在一實施方案中，第一流體流包括用於實施氫化反應的反應基質，並且第二流體流包括氫氣。
在一實施方案中，第一流體流包括油和水的混合物，並且第二流體流包括空氣或天然氣。
在一實施方案中，第一流體流包括用於造紙的漂白漿，並且第二流體流包括氧氣。
在一實施方案中，第一流體流包括食用油、酒或汁液，並且第二流體流包括氮氣。
在一實施方案中，第一流體流包括用於養魚場的水，並且第二流體流包括氧氣。
在一實施方案中，第一流體流包括水，並且第二流體流包括臭氧。
在一實施方案中，第一流體流包括廢物流或工藝流，並且第二流體流包括二氧化碳或氨。
在一實施方案中，第一流體流包括空氣，並且第二流體流包括蒸汽。
在一實施方案中，第一流體流包括廢物流或含有揮發性有機化合物的工藝流，並且第二流體流包括空氣。
在一實施方案中，第一流體流包括氣體或液體，並且第二流體流包括微體形成材料。
在一實施方案中，第一流體流包括水性組合物，並且第二流體流包括氫氣和/或氧氣。這可用於直接結合以生成過氧化氫。
在一實施方案中，第一流體流包括2-烷基蒽醌，並且第二流體流包括氫氣。這可用於過氧化氫的生產。
第一流體流物質可以在以重量計的約0.1％至約80％範圍內的濃度存在於由本發明方法製成的多相混合物中，在一實施方案中從以重量計的約1％至約50％，在一實施方案中從以重量計的約1％至約20％。第二流體物質可以在以重量計的約1％至約95％範圍內的濃度存在於由本發明方法製成的多相混合物中，在一實施方案中從以重量計的約10％至約50％，在一實施方案中從以重量計的約10％至約25％。第三流體物質，在使用時，可以在以重量計的約0.01％至約50％範圍內的濃度存在於由本發明方法製成的多相混合物中，在一實施方案中從以重量計的約1％至約15％，在一實施方案中從以重量計的約0.1％至約1％。
在一實施方案中，第二流體可在第一流體中溶解。這可在工藝微通道中發生或多相混合物流出工藝微通道之後發生。在一實施方案中，在與第一流體混合之後，第二流體可在第一流體中溶解達到約10小時的時間段，在一實施方案中達到約1小時的時間段。
本發明多相混合物可包含一種或多種的微粒固體。其可與第一、第二和/或第三液體預混合。微粒固體可以是有機的、無機的或其結合物。微粒固體可包括催化劑(例如燃燒催化劑如CeO2/BaAl12O19，Pt/Al2O3等、聚合催化劑、以及類似物)，顏料(例如TiO2、炭黑、氧化鐵等)，填充劑(例如雲母、矽石、滑石、硫酸鋇、聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龍粉末、甲基丙烯酸甲酯粉末)等。微粒固體可包括納米尺寸的微粒。微粒固體可具有在約0.001微米至約10微米的範圍內的平均粒徑，在一實施方案中從約0.01微米至約1微米。多相混合物中的微粒固體的濃度可基於多相混合物的重量在約70％或約70％以下範圍內，在一實施方案中從約0.1％到約30％。
在一實施方案中，由本發明方法製成的多相混合物包括在連續相中分散的非連續相。非連續相可包括具有在約200微米或約200微米以下範圍內的基於體積的平均尺寸(例如直徑、高度、寬度、長度)，在一實施方案中從約0.01微米至約200微米，在一實施方案中從約0.01微米至約100微米，在一實施方案中從約0.01微米至約50微米，在一實施方案中從約0.01微米至約25微米，在一實施方案中從約0.01微米至約10微米，在一實施方案中從約0.01微米至約5微米，在一實施方案中從約0.01微米至約2微米，在一實施方案中從約0.01微米至約1微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.5微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.2微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.1微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.08微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.05微米，在一實施方案中從約0.01微米至約0.03微米。本發明的方法的優點在於至少在一個實施方案中泡沫或微體可以具有較窄分布的平均直徑(或高度、寬度或長度)為特徵。
「相對跨度」經常被稱為「跨度」。它是由體積分布計算出的無因次參數。同體積中值泡沫或微體尺寸(VMD)一樣，D[v，0.1]和D[v，0.9]代表相應位點上的直徑(或高度、寬度或長度)，在所述位點，分散的泡沫或微體體積的10％和90％分別屬於較小直徑的泡沫或微體。跨度可被定義為D[v，0.9]減去D[v，0.1]的差值再除以VMD(D[v，0.5])。在一實施方案中，由本發明方法製成的多相混合物中的泡沫或微體的跨度可在約1.3至約5的範圍內，在一實施方案中在約1.8至約2.5的範圍內。在一實施方案中，可以在單工藝微通道中實施本發明的方法，並且跨度可在約1.3至約2.5的範圍內。在一實施方案中，可以在採用多工藝微通道的擴大規模的多相混合工藝中實施本發明的方法，並且跨度可在約1.3至約5的範圍內。
在一實施方案中，由本發明方法製成的多相混合物中的泡沫或微體的基於體積的平均直徑可在約0.1微米至約100微米的範圍內，並且跨度可在約1至約25的範圍內。在一實施方案中，基於體積的平均直徑(或高度、寬度或長度)可在約1微米至約10微米的範圍內，並且跨度可在約1.8至約2.5的範圍內。
在一實施方案中，形成氣體泡沫，這些氣體泡沫具有在約25微米至約25微米範圍以下的基於體積的平均直徑，並且跨度可在約1.9至約2.5的範圍內。
在一實施方案中，形成微體，這些微體具有在約5微米至約5微米範圍以下的基於體積的平均直徑(或高度、寬度或長度)，並且跨度可在約1.8至約2.5的範圍內。
由本發明方法形成的微體具有許多應用。這些包括用作鑄粉以減小密度的玻璃微球，用於固定在流化床反應器中選擇種類的玻璃微球，以及類似物。其它例子包括微球聚合物、凝膠或膠懸產物用於免疫試驗和治療。微體(例如微球)可在下一步驟中被處理以形成聚集體、包裹固體以供幾種應用，所述應用包括催化流化或填充床、藥物傳遞系統(例如蛋白質酶促反應)、以及高級分離和流化床應用(例如可優選地被分離或通過磁振動被激發的被塗覆的磁性載體)。
至少在一個實施方案中，本發明方法的優點在於，該方法無論是打算用於實驗室或中試工廠規模或全能力生產規模，工藝微通道、第二流體流通道和可選擇的第三流體流通道和/或熱交換通道之間的間隙可以是相同的。結果，無論是根據實驗室或中試工廠規模，或全能力生產規模建立微通道混合器，使用本發明的方法通過微通道混合器產生的多相混合物的粒徑分布可基本上是相同的。
在速度u的方向上作用在液體控制元件(以離散的形式)的剪切力可通過公式Fx＝mu*du/dy來計算，其中mu是速度，du/dy是用於液體垂直有孔區流動的速度梯度。但是，由於在液體的位置中(由控制元件代表)速度通常具有三個分量，剪切力也具有三個分量。對於在表面和其附近的通道流動，可作出一維的假定，Fx可近似於在液體的元件表面的淨剪切力。使用計算流體動力學，包括商業軟體包如Fluent或FEMLAB，可用於解出所需的輸運方程以便計算出表面剪切力。可沿平行於流動的方向的通道長度計算表面剪切力。也可在平行通道之間計算剪切力，在該處。將流動分布效果包括進來以確定進入各平行通道的質量通量作為詳細的通道和流形幾何學的函數。其它的計算方法例如可在″Fundamentals of Fluid Mechanics(流體機械基礎)″3rdEd.，B.R.Munson，D.F.Young和T.H.Okiishi，John WileySon，Inc.，Weinheim，1998中得知。
在一實施方案中，對於使用單工藝微通道的方法的剪切力偏差因數(SFDF)可在用於包括多工藝微通道的擴大規模方法的SFDF的約50％之內。SFDF可使用公式SFDF＝(Fmax-Fmin)/(2Fmean)計算，其中Fmax是一具體液體的工藝微通道中的最大剪切力；Fmin是該液體的工藝微通道中的最小剪切力；Fmean是該液體在工藝微通道內的有孔區(240，240a，311，321，331，341，415，425，435，445，550，560，570，580)表面的算術平均剪切力。在根據本發明的方法操作的單獨工藝微通道內，SFDF可小於約2，在一實施方案中小於約1，在一實施方案中小於約0.5，在一實施方案中小於約0.2。
在一實施方案中，在使用多工藝微通道時，本發明的方法可提供較均勻的剪切力。為了測定多工藝微通道中的剪切力的均勻性，計算各通道的平均剪切力被並比較。Fmax是平均通道剪切力的最大值，Fmin是平均剪切力的最小值。Fmean是所有通道的平均剪切力的平均值。可由這些值計算SFDF。多工藝微通道之中，至少本發明方法的一個實施方案中，SFDF可小於約2，在一實施方案中小於約1，在一實施方案中小於約0.5，在一實施方案中小於約0.2。
熱交換流體可包括任何流體。其包括空氣，蒸汽，液態水，氣態氮，液氮，包括惰性氣體的其它氣體，一氧化碳，二氧化碳，熔鹽、油如礦物油、氣態烴類、液態烴類，以及熱交換流體如道氏熱載體A(DowthermA)和可由Dow-Union Carbide獲得的特米諾(Therminol)。
熱交換流體可包括在製造多相混合物中使用的第一、第二和/或第三流體。這可提供工藝預加熱或預冷卻並提高工藝的總熱效率。
在一實施方案中，熱交換通道包括工藝通道，在其中進行吸熱或放熱過程。這些熱交換工藝通道可以是微通道。可在熱交換通道中進行的吸熱過程的例子包括蒸汽重整和脫氫反應。在一實施方案中，引入同時發生的吸熱反應以提供改進的冷源可使熱通量粗略高於對流冷卻熱通量一個數量級或更高。可在熱交換通道中進行的放熱過程的例子包括水-氣體變換反應、甲醇合成反應以及氨合成反應。
在一實施方案中，熱交換流體在熱交換通道中經歷相變。相對於對流加熱或冷卻，該相變提供額外的熱增加或工藝微通道或液體通道中除去額外的熱量。對於被蒸發的液體熱交換流體，將因為熱交換流體所需要的蒸發潛熱帶來由工藝微通道傳來的額外熱量。這種相變的例子是經歷泡核沸騰的油或水。在一實施方案中，相變流體的沸騰物的蒸發質量分數質量可達到約100％，在一實施方案中達到約75％，在一實施方案中達到約50％。
當在工藝微通道中多相混合物產生與化學反應協同出現時，使用由相變或化學反應提高的傳熱可更有優勢。在一實施方案中，多相混合物，例如可以是用於聚合反應的反應單體，或其它物質並且一樣需要額外的熱交換。
在微通道混合器中用於對流加熱或冷卻的熱通量可在微通道混合器中在每平方釐米的工藝微通道表面積從約0.01瓦至約125瓦(W/cm2)的範圍內，在一實施方案中從約0.1W/cm2至約50W/cm2，在一實施方案中從約1W/cm2至約25W/cm2，在一實施方案中從約1W/cm2至約10W/cm2。用於加熱或冷卻的相的熱通量可在從1W/cm2至約250W/cm2的範圍內，在一實施方案中從約1W/cm2至約100W/cm2，在一實施方案中從約1W/cm2至約50W/cm2，在一實施方案中從約1W/cm2至約25W/cm2，在一實施方案中從約1W/cm2至約10W/cm2。
在使用本發明方法形成多相混合物的期間，熱交換通道可用於提供無菌條件。不同於間歇式混合器，本發明方法可接近於環境並且不需要用於隔離環境的惰性氣體保護。可毗鄰於工藝微通道或液體通道的熱交換通道可提供較短的熱轉運和擴散距離，允許以減少的溫度梯度快速加熱和冷卻在微通道混合器中的液體。因此，對於不適於延長加熱或將在較大溫度梯度下降解的多相混合物可使用本發明的方法製備。在一實施方案中，在工藝微通道壁和在工藝微通道中與工藝微通道軸位置相同的方向的總體流動之間的溫度梯度可小於約5℃，在一實施方案中小於約2℃，在一實施方案中小於約1℃。
緊接近於工藝微通道和/或第二或第三流體流通道，加熱和/或冷卻被控制的熱交換通道可在多工藝通道之間提供均勻的溫度分布。這比使用傳統的加工設備如混合槽所能夠獲得均勻加熱和冷卻的速度更快。在多通道微通道混合器中，至少在沿工藝流動長度上的某些軸線位置，工藝微通道之間的溫差可小於約5℃，在一實施方案中小於約2℃，在一實施方案中小於約1℃。
毗鄰於工藝微通道和/或第二或第三流體流液體通道的熱交換通道可沿這些通道的長度上使用溫度區。在一實施方案中，在工藝微通道入口附近的第一溫度區中的溫度維持在高於在工藝微通道末端附近的第二溫度區中的第二溫度。可將冷卻或淬火區引藝微通道以快速冷卻和穩定多相混合物。可以進行熱量分布的許多組合，可以延微通道的長度定製熱量分布，包括可以在工藝微通道中的混合區之前和/或之後的區域定製熱量分布以加熱和/或冷卻進料和或多相混合物產物。
通過工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)的流體流動速度可在約0.01lpm至約50lpm的範圍內，在一實施方案中在約0.01lpm至約10lpm的範圍內。流過工藝微通道的流體速度可在約0.1m/s至約100m/s的範圍內，在一實施方案中在約0.1m/s至約10m/s的範圍內。流過工藝微通道的流體的雷諾數(ReynoldsNumber)可在約25至10000的範圍內，在一實施方案中在約250至5000的範圍內。進入工藝微通道的流體的溫度可在約10℃至約550℃的範圍內，在一實施方案中在約25℃至約400℃的範圍內。在工藝微通道內的絕對壓力可在約1個大氣壓至約20個大氣壓的範圍內，在一實施方案中在約1個大氣壓至約5個大氣壓的範圍內。
通過第二流體流通道(270，270a，350，360，420，430，530，540)的第二流體流和通過第三流體流通道(440，450)的第三流體流的流動速度可在約0.01ml/s至約10ml/s的範圍內，在一實施方案中在約0.1ml/s至約2ml/s的範圍內。第二流體流和第三流體流的速度可在約0.1m/s至約100m/s的範圍內，在一實施方案中在約0.1m/s至約10m/s的範圍內。第二流體流和第三流體流的雷諾數可在約50至5000的範圍內，在一實施方案中在約50至500的範圍內。進入第二流體流通道的第二流體流和進入第三流體流通道的第三流體流的溫度可在約-10℃至約650℃的範圍內，在一實施方案中在約25℃至約450℃的範圍內。在第二流體流通道和第三流體流通道內的絕對壓力可在約1個大氣壓至約25個大氣壓的範圍內，在一實施方案中在約1個大氣壓至約5個大氣壓的範圍內。流過孔(244，244a，313，323，333，343，416，426，436，446)的流體的壓降可在約0.005個大氣壓至約0.5個大氣壓的範圍內，在一實施方案中在約0.05個大氣壓至約0.1個大氣壓的範圍內。
在圖21中示意顯示使用本發明方法的氣泡或微體的形成。參見圖21，氣泡或微體650從微通道654中的孔652出現並且在第一流體流656中分散。當附著於孔652內的氣體或微體形成材料莖部658時，氣泡或微體可在尺寸上可增大，例如約為孔尺寸的10倍或更大。最後，位於氣體或微體形成材料莖部658的基部的剪切力將泡沫或微體從孔中分開並且泡沫或微體在第一流體流656中分散。在一實施方案中，為實現第二流體流分散在第一流體流中，可不需要有孔區橫斷面較高的壓降或第二流體流通過第二流體流通道的相應較高的。低壓降或低流速可導致較小的泡沫或微體，由於流過有孔區的第二流體流的低慣性可在泡沫或微體從孔中分開之前降低泡沫或微體的增大。
排出工藝微通道(210，210a，310，320，330，340，410，520)的多相混合物可具有在約10℃至約600℃的範圍內的溫度，在一實施方案中在約25℃至約450℃的範圍內。
進入熱交換通道(290，370，380，590)的熱交換流體可具有在約-40℃至約300℃的範圍內的溫度，在一實施方案中在約25℃至約100℃的範圍內。排出熱交換通道的熱交換流體可具有在約-30℃至約550℃的範圍內的溫度，在一實施方案中在約30℃至約200℃的範圍內。當熱交換流體流過熱交換通道時，熱交換流體的壓降可在約0.005個大氣壓至約5個大氣壓的範圍內，在一實施方案中在約0.05個大氣壓至約1個大氣壓的範圍內。流過熱交換通道的熱交換流體的雷諾數可在約10,000至約10,000以下的範圍內，在一實施方案中在約5000至約5000以下的範圍內，在一實施方案中在約100至約5000的範圍內，在一實施方案中在約500至約2000的範圍內。
可使用包括微通道加熱器或加熱管的任何類型的熱交換設備在微通道混合器中預加熱或在進入微通道混合器之前預加熱流體流。在一實施方案中，可在混合區上遊的工藝微通道非孔區域中預加熱第一流體流。可使用包括微通道熱交換器的任何類型的熱交換設備在微通道混合器中冷卻微通道混合器中產生的多相混合物或在其排出微通道混合器就冷卻。在一實施方案中，多相混合物可被淬火以穩定多相混合物或將它鎖定。在一實施方案中，多相混合物可被冷卻至室溫或淬火約0.01秒至約100秒的範圍內的時段間，在一實施方案中約0.01秒至約10秒的範圍內。
本發明的方法可用於以至少約0.01升/分鐘的速度製造多相混合物，在一實施方案中至少約1升/分鐘。在一實施方案中，該方法可用於以至少約10升/秒的速度製造多相混合物。
在一實施方案中，可在工藝微通道中調節光學或熱-光學特性。用於測定和/或調節這些光學或熱-光學特性的技術的例子包括用於包括平均液滴尺寸和跨度的多相混合物質量控制和分析的軸向LSD(雷射散射衍射)檢測；用於評價產品粘性和固相裝填的粘度計；用於氣泡或微體尺寸測量的使用照片的光學測量；包括通過調節多相混合物特性的幹涉量度法的全息成象；以及類似技術。
實施例1製造出包括具有矩形橫截面和0.040×1.25×3英寸(1.02×31.75×76.2mm)內部尺寸的丙烯酸工藝微通道的多相混合器。在工藝微通道一側壁中具有有孔區。有孔區具有標稱孔或0.1微米的孔徑尺寸和0.010×1×1.5英寸(0.254×25.4×38.1mm)的內部尺寸。有孔區由不鏽鋼316L構成，並且由Farmington，CT的Mott公司根據目錄第1110-12-12-018-01-A號供應。有孔區與氣體供應箱分布氣和管道連接以使氣體流過有孔區進入工藝微通道。工藝微通道與管道連接以使液體流過工藝微通道。氣體流過有孔區進入工藝微通道與流過工藝微通道的液體接觸。當氣體流過有孔區的孔時，氣體在工藝微通道中形成泡沫。使用空氣作為氣體和使用去離子水作為液體實施該方法。空氣的流速在每分鐘2標準立方釐米至20標準立方釐米(SCCM)之間變化，水的流速在每分鐘1 0毫升至80毫升(ml/min)之間變化。形成具有在5微米至15微米範圍內的直徑的泡沫。
實施例2使用2SCCM的氣體流速和60ml/min的液體流速來實施實施例1所描述的方法。
實施例3使用氫氣作為氣體和1-己烯作為液體來實施實施例1所描述的方法。
實施例4高速度的氣體(流速大於1SCCM)和液體(流速大於每分鐘0.1升)在流過表面特性區域之前在工藝微通道的入口附近被混合。表面特性區域在一側壁上具有0.01″深度和45°角度的特性。表面特性內的總體流動通道是0.0065″。以平均直徑低於25微米的的均勻氣泡產生泡沫。流動長度是1.5英寸，並且通道的寬度和跨度是0.5英寸。工藝微通道處於室溫下並且接近於環境壓力。觀察到非常小的泡沫在表面特性區域上移動並流過表面特性區域。
實施例5使用FluentTM通過計算流體力學(CFD)模擬進行研究，在微通道兩側加入表面特性以引起通道中的層流變成通道中的強混合流動，。對於所述模擬，假定流體特性為常數，具有5.067kg/m3的密度和3.62e-5kg/m-s的粘度。施加12.13m/s的均勻入口速度和在所有壁上的無滑移的流動條件作為限制條件。使用315,174個單元的網格尺寸。
連續通道的假定幾何形狀為矩形剖面，具有4.06mm的寬度，0.318mm的高度，以及63.5mm的長度。從入口下遊的0至3.5mm的區域和出口上遊的5至0mm的區域不包括混合表面特性(簡單的矩形微通道)。混合表面特性(或凹槽)切入到兩個相對的壁內，各特性為大致的矩形橫截面。微通道的中間區域(入口下遊從3.5mm至58.5mm)包括混合表面特性。如圖27和28所示，表面特性從平均總層流的方向以63°的對角跨過通道壁中的一個。各表面特性為約0.25mm的深度，0.48mm的寬度，9mm的長度。表面特性以特性之間0.48mm的間隔彼此平行地設置。在相對壁上的表面特性與第一壁上的表面特性相同，繞通道中心線旋轉180°(通道幾何結構圍繞從入口平面的中心線至出口平面的中心線沿伸的流動軸是對稱的)。
圖27表示由CFD模擬的表面特性的幾何形狀的平面圖，其中，在上壁和下壁上的混合特性都是是有層理的。圖28顯示具有由CFD模擬的表面特性的微通道的等角投影圖，表示流動進入通道的方向。圖29顯示從入口平面俯視流動軸，沿入口平面的水平中心線(在箭頭之間流動)開始的流動的通常路徑。在典型的層流中，路徑在入口和出口平面之間以直線流動(對於圖29所示的視圖，典型的層流路徑將不偏離箭頭之間的中心線)。在圖30中，顯示了沿入口平面的水平中心線開始的流動的相同路徑的側視圖(箭頭表示流動的方向)未示出。在圖30中，從中心線的流動路徑的擴展和表面特性的旋渦運動，顯示出相比於層流的被改善的混合和被減少的熱量以及傳質阻力。圖31表示從入口平面的軸向俯視沿入口平面的垂直中心線開始的流動的路徑(箭頭之間的流動)。在圖31中，流動的旋渦運動顯示出相比於典型的層流的被增強的混合和被減少的熱量以及傳質阻力。
CFD模擬的結果顯示出，不同於在微通道中的層流，混合表面特性引起在連續通道中的流動的路徑扭轉和旋渦，快速向壁蔓延，快於層流情況下所期望的速度。計算的壓降為5.2kPa。
可以預見向包含表面特性的微通道內加入氣體或第二流體流將產生一種流型，藉此多相混合物接近活塞流動並且泡沫小且充分分散。小泡沫可定義為小於微通道間隙的至少25％。
雖然根據各種實施方案已對本發明進行了說明，但是應當理解為，其中的各種變型對於依據閱讀本說明書的本領域的技術人員來說是顯而易見。因此，應當這樣理解，在此公開的本發明意在覆蓋落入所附權利要求範圍的各種變型。
權利要求
1.一種製造多相混合物的方法，所述方法包括使第一流體流在工藝微通道中流動，第一流體流包括至少一種液體和/或至少一種氣體，工藝微通道具有有孔區；使第二流體流流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸以形成多相混合物，第二流體流包括至少一種氣體和/或至少一種微體形成材料，第一流體流在多相混合物中形成連續相，第二流體流形成在連續相中分散的非連續相。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體在操作微通道中與第一流體混合。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體溶解在第一流體中。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在工藝微通道中第二流體溶解在第一流體中。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在多相混合物排出工藝微通道之後，第二流體溶解在第一流體中。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物進一步包括在第一流體流分散的固體顆粒。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區沿工藝微通道的軸向長度的至少一部分延伸。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在工藝微通道和熱源和/或冷源之間交換熱量。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在工藝微通道與熱源和/或冷源之間、第二流體流通道與熱源和/或冷源之間、或工藝微通道和第二流體流通道和與熱源和/或冷源之間都發生熱量交換。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流和第二流體流在工藝微通道中的混合區中相互接觸。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，在熱源和/或冷源與混合區中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。
12.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，在熱源和/或冷源與混合區上遊中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。
13.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，在熱源和/或冷源與在混合區下遊中的工藝微通道的至少一部分之間交換熱量。
14.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，工藝微通道在混合區中具有限定的剖面。
15.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道具有隔開的壁和在各隔開的壁中的有孔區，第二流體流流過各有孔區進入工藝微通道。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，在各隔開的壁中的有孔區包括許多孔，在一個壁的有孔區中的孔正對於另一個壁的有孔區中的孔排列。
17.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於，在各隔開的壁中的有孔區包括許多孔，在一個壁的有孔區中的至少一些孔與另一個壁的有孔區中的孔正好偏移排列。
18.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道位於多相混合物形成單元中，所述多相混合物形成單元包括第一工藝微通道、第二工藝微通道、以及位於第一工藝微通道和第二工藝微通道之間的第二流體流通道，各工藝微通道具有帶有孔區的壁，第一流體流流過第一工藝微通道和第二工藝微通道，第二流體流從第二流體流微通道流過第一工藝微通道中的有孔區與第一流體流接觸，並且流過第二工藝微通道中的有孔區與第一流體流接觸。
19.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第三流體流在第三流體流通道中流動，第三流體流通道具有帶另一有孔區的另一個壁，所述方法進一步包括使第二流體流流過另一個有孔區與第三流體流接觸以形成另一多相混合物；以及使另一多相混合物流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸。
20.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，另一多相混合物在第一流體流中分散為非連續相。
21.根據權利要求19所述的方法，其特徵在於，至少一部分的第三流體流以液滴形式在第一流體流中分散，至少一部分的第二流體流以泡沫形式位於第三流體流的液滴內。
22.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道由平行隔開的片和/或板形成。
23.根據權利要求22所述的方法，其特徵在於，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道，第二流體流通道由平行隔開的片和/或板形成，第二流體流通道毗鄰於工藝微通道。
24.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於，工藝微通道和第二流體流通道使用熱交換通道進行熱交換，熱交換通道由平行隔開的片和/或板形成，熱交換通道毗鄰於工藝微通道、第二流體流通道、或於工藝微通道和第二流體流通道都毗鄰。
25.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括許多工藝微通道和第二流體流通道，各工藝微通道具有帶有孔區的壁和毗鄰的第二流體流通道，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道與第一流體流接觸，工藝微通道和第二流體流通道由平行隔開的片和/或板形成，工藝微通道和第二流體流通道彼此毗鄰並且在交錯的並列的平面中或在交錯的層層疊加的平面中排列。
26.根據權利要求25所述的方法，其特徵在於，微通道混合器進一步包括由平行隔開的片和/或板形成的許多熱交換通道，熱交換通道毗鄰於工藝微通道、第二流體流通道、或與工藝微通道和第二流體流通道都毗鄰。
27.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道，工藝微通道和第二流體流通道包括同心排列的圓管。
28.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，工藝微通道在環形空間中，並且第二流體流通道在中心空間或在毗鄰的環形空間中。
29.根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，工藝微通道在中心空間中，第二流體流通道在毗鄰的環形空間中。
30.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括許多工藝微通道，其中各自的多相混合物在各工藝微通道中形成，多相混合物在彼此不同的至少兩個工藝微通道中形成。
31.根據權利要求30所述的方法，其特徵在於，在至少兩個工藝微通道中形成的多相混合物在組分上是不同的。
32.根據權利要求30所述的方法，其特徵在於，在至少兩個工藝微通道中形成的多相混合物具有一種或多種不同的物理性質。
33.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道包括兩個或多個有孔區，並且各自的第二流體流流過各有孔區。
34.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於，流過各有孔區的各自的第二流體具有不同的組分。
35.根據權利要求33所述的方法，其特徵在於，流過各有孔區的各自的第二流體具有一種或多種不同的特性。
36.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道具有混合區，所述混合區毗鄰於有孔區和從工藝微通道入口延伸至混合區的非孔區域。
37.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區包括片和/板，在所述片和/板中具有許多孔。
38.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區包括覆蓋在較厚片或板的較薄片，較薄片包括許多較小孔，較厚片或板包括許多較大孔，較小孔與較大孔排成直線足以允許氣體從較大孔流過較小孔。
39.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於，塗層覆蓋在至少一部分的片和/或板上面並且填充部分的孔。
40.根據權利要求37所述的方法，其特徵在於，片和/或板被熱處理。
41.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區具有壁厚度和沿流過工藝微通道的第一流體流的流程的長度，壁厚度與沿流程的長度之比在約0.001至約100的範圍內。
42.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區由多孔材料製成。
43.根據權利要求42所述的方法，其特徵在於，多孔材料是金屬。
44.根據權利要求42所述的方法，其特徵在於，多孔材料是非金屬。
45.根據權利要求42所述的方法，其特徵在於，多孔材料是被氧化的。
46.根據權利要求42所述的方法，其特徵在於，使用鋁、鎳或其結合物塗覆多孔材料。
47.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區由多孔材料製成，通過使用液體填充物填充表面上的孔、固化填充物、磨光和/或拋光表面以及除去填充物來處理多孔材料的表面。
48.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，非連續相為氣泡形式，所述氣泡具有在約25微米至約25微米範圍以下的基於體積的平均直徑，並且跨度在約1.9至約2.5的範圍內。
49.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，非連續相包括微體，所述微體具有在約5微米至約5微米範圍以下的基於體積的平均直徑，並且跨度在約1.8至約2.5的範圍內。
50.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括水。
51.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括有機液體。
52.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括至少一種氣體。
53.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體流包括至少一種氣體。
54.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體流包括空氣、氫氣、氮氣、二氧化碳、或其中的兩種或多種混合物。
55.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第二流體流包括微體形成材料。
56.根據權利要求55所述的方法，其特徵在於，微體形成材料包括玻璃微體形成材料或聚合物微體形成材料。
57.根據權利要求56所述的方法，其特徵在於，聚合物微體形成材料包括一種或多種的丙烯酸樹脂、矽樹脂、聚氨酯樹脂、醋酸乙烯樹脂、聚四氟乙烯樹脂、聚醯胺樹脂、氯乙烯樹脂、苯乙烯樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂、正丁基橡膠、氯丁二烯橡膠、天然橡膠，或其中的兩種或多種結合物。
58.根據權利要求56所述的方法，其特徵在於，聚合物微體形成材料包括1個至約14個碳原子的醇的(甲基)丙烯酸酯。
59.根據權利要求56所述的方法，其特徵在於，聚合物微體形成材料包括至少一個(甲基)丙烯酸烷基酯。
60.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道具有垂直於通過工藝微通道的第一流體流的流動的，在達到約50mm和約50mm以下範圍內的內部尺寸。
61.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道具有垂直於通過工藝微通道的第一流體流的流動的，在達到約10mm和約10mm以下範圍內的內部尺寸。
62.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道具有垂直於通過工藝微通道的第一流體流的流動的，在達到約2mm和約2mm以下範圍內的內部尺寸。
63.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道由下述材料製成，所述材料包括鋼；蒙乃爾合金；因科鎳合金；鋁；鈦；鎳；銅；黃銅；任意上述金屬的合金；聚合物；陶瓷；玻璃；包括聚合物和玻璃纖維的複合物；石英；矽；或其中的兩種或多種的結合物。
64.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道具有垂直於通過第二流體流通道的第二流體流的流動的，在達到約100cm和約100cm以下範圍內的內部尺寸。
65.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道具有垂直於通過第二流體流通道的第二流體流的流動的，在達到約10mm和約10mm以下範圍內的內部尺寸。
66.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道具有垂直於通過第二流體流通道的第二流體流的流動的，在達到約2mm和約2mm以下範圍內的內部尺寸。
67.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道由下述材料製成，所述材料包括鋼；蒙乃爾合金；因科鎳合金；鋁；鈦；鎳；銅；黃銅；任意上述金屬的合金；聚合物；陶瓷；玻璃；包括聚合物和玻璃纖維的複合物；石英；矽；或其中的兩種或多種的結合物。
68.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，熱源和/或冷源包括至少一個熱交換通道。
69.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換通道具有垂直於通過熱交換通道的熱交換流體的流動的，在達到約50mm和約50mm以下範圍內的內部尺寸。
70.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換通道具有垂直於通過熱交換通道的熱交換流體的流動的，在達到約10mm和約10mm以下範圍內的內部尺寸。
71.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換通道具有垂直於通過熱交換通道的熱交換流體的流動的，在達到約2mm和約2mm以下範圍內的內部尺寸。
72.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換通道由下述材料製成，所述材料包括鋼；蒙乃爾合金；因科鎳合金；鋁；鈦；鎳；銅；黃銅；任意上述金屬的合金；聚合物；陶瓷；玻璃；包括聚合物和玻璃纖維的複合物；石英；矽；或其中的兩種或多種的結合物。
73.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換流體在熱交換通道中。
74.根據權利要求73所述的方法，其特徵在於，熱交換流體在熱交換通道中經歷相變。
75.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，在熱交換通道中進行吸熱過程。
76.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，在熱交換通道中進行放熱過程。
77.根據權利要求73所述的方法，其特徵在於，熱交換流體包括空氣、蒸汽、液態水、一氧化碳、二氧化碳、氣態氮、液氮、至少一種氣態烴類、至少一種液態烴類、或其中的兩種或多種的結合物。
78.根據權利要求73所述的方法，其特徵在於，熱交換流體包括第一流體流、第二流體流、或第一流體流和第二流體流的混合物。
79.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，熱源包括電加熱元件和/或電阻加熱器。
80.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，冷源包括非流體冷卻元件。
81.根據權利要求79所述的方法，其特徵在於，電加熱元件和/或電阻加熱器位於工藝微通道的一個或多個壁中。
82.根據權利要求80所述的方法，其特徵在於，非流體冷卻元件位於工藝微通道的一個或多個壁中。
83.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，熱源和/或冷源毗鄰於工藝微通道。
84.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，熱源和/或冷源遠離工藝微通道。
85.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括水。
86.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括至少一種有機液體。
87.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括至少一種液態烴。
88.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括至少一種天然油、合成油、或其混合物。
89.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括來源於植物源、礦物源、或其混合物的至少一種液體。
90.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括至少一種脂肪醇、脂肪酸酯、或其混合物。
91.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括微體。
92.根據權利要求91所述的方法，其特徵在於，微體是空心的。
93.根據權利要求91所述的方法，其特徵在於，微體是實心的。
94.根據權利要求91所述的方法，其特徵在於，微體包括玻璃微球。
95.根據權利要求91所述的方法，其特徵在於，微體包括聚合物微球。
96.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括至少一種乳化劑和/或表面活性劑。
97.根據權利要求96所述的方法，其特徵在於，乳化劑和/或表面活性劑包括烷基芳基磺酸酯、氧化胺、羧基化醇乙氧基化合物、乙氧基化醇、乙氧基化烷基酚、乙氧基化胺、乙氧基化醯胺、乙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酯、乙氧基化脂肪油、脂肪酯、甘油酯、乙二醇酯、脫水山梨糖醇酯、咪唑啉衍生物、卵磷脂、卵磷脂衍生物，木質素、木質素衍生物，甘油一酸酯、甘油一酸酯衍生物，烯烴磺酸酯，磷酸酯、磷酸酯衍生物，丙氧基化脂肪酸、乙氧基化脂肪酸、丙氧基化醇或烷基酚、乙氧基化醇或烷基酚、脫水山梨糖醇衍生物，蔗糖酯、十二烷基或十三烷基苯磺酸酯、萘磺酸酯、石油磺酸酯、十三烷基或十二烷基苯磺酸、磺基丁二酸酯、磺基丁二酸酯衍生物、或其中的兩種或多種混合物。
98. 根據權利要求96所述的方法，其特徵在於，乳化劑和/或表面活性劑包括至少一種聚烷撐二醇；甘油和/或脫水山梨糖醇和一種或多種脂肪酸的至少一種偏酯；或其混合物。
99.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括一種或多種紫外防護因子；蠟；稠度因子；增稠劑；富脂劑；穩定劑；陽離子、陰離子、兩性離子、兩性或非離子聚合物；有機矽化合物；脂肪；蠟；卵磷脂；磷脂；生物營力劑；抗氧化劑；除臭劑；止汗劑；去屑劑；溶脹劑；驅蟲劑；自鞣劑；酪氨酸抑制劑；增溶劑；防腐劑；芳香油；或染料；或其中的兩種或多種混合物。
100.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，固體分散在多相混合物中。
101.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，顏料分散在多相混合物中。
102.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，催化劑分散在多相混合物中。
103.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在工藝微通道中調節多相混合物的光學或熱-光學特性。
104.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括液體流，並且第二流體流包括一種或多種的空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、氫氣、氨、氯氣、臭氧、一種或多種氣態烴、或其中的兩種或多種的結合物。
105.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括液體廢物流，並且第二流體流包括空氣。
106.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括有害廢物流，並且第二流體流包括空氣。
107.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括色拉調料或芥末，並且第二流體流包括氮氣。
108.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括液體飲料或啤酒，並且第二流體流包括二氧化碳。
109.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括漂白漿，並且第二流體流包括氯氣。
110.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括在水中的煤分散體，並且第二流體流包括空氣。
111.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括含殘留水的電動機潤滑油，並且第二流體流包括氮氣。
112.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括用於發酵反應的細胞，並且第二流體流包括氧氣或空氣。
113.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括液體反應基質，並且第二流體流包括空氣或氧氣。
114.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括用於進行氫化反應的反應基質，並且第二流體流包括氫氣。
115.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括油和水的混合物，並且第二流體流包括空氣或天然氣。
116.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括漂白漿，並且第二流體流包括氧氣。
117.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括食用油、酒或汁液，第二流體流包括氮氣。
118.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括用於養魚場的水，並且第二流體流包括氧氣。
119.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括水，並且第二流體流包括臭氧。
120.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括廢物流或工藝流，並且第二流體流包括二氧化碳或氨。
121.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括空氣，並且第二流體流包括蒸汽。
122.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括含有揮發性有機物的廢物流，並且第二流體流包括空氣。
123.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，第一流體流包括氣體或液體，並且第二流體流包括微體形成材料。
124.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法產生每分鐘至少1升的多相混合物。
125.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括至少2個工藝微通道。
126.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括至少約10個工藝微通道。
127.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括至少約100個工藝微通道。
128.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括至少約1000個工藝微通道。
129.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在微通道混合器中實施所述方法，微通道混合器包括連接到至少一個第一流體流歧管的許多工藝微通道，第一流體流流過至少一個第一流體流歧管流向工藝微通道。
130.根據權利要求129所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道毗鄰於工藝微通道，並且微通道混合器進一步包括連接到第二流體流通道的至少一個第二流體流歧管，第二流體流流過至少一個第二流體流歧管流向第二流體流通道。
131.根據權利要求130所述的方法，其特徵在於，熱交換通道毗鄰於工藝微通道和/或第二流體流通道，並且微通道混合器進一步包括連接到熱交換通道的至少一個熱交換歧管，熱交換流體流過至少一個熱交換流體歧管流向熱交換通道。
132.一種在微通道混合器中製造多相混合物的方法，所述微通道混合器包括並列或層層疊加排列的許多多相混合物形成單元，各多相混合物形成單元包括工藝微通道和毗鄰的第二流體流通道，工藝微通道和毗鄰的第二流體流通道具有共用壁，在所述共用壁中帶有有孔區，有孔區適於使第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道，各工藝微通道和第二流體流通道由平行隔開的片、板或這些片和板的結合物形成，所述方法包括使第一流體流在工藝微通道中流動；使第二流體流從第二流體流通道流過有孔區進入工藝微通道；以及在工藝微通道中將第一流體流和第二流體流混合以形成多相混合物。
133.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，各多相混合物形成單元進一步包括毗鄰於工藝微通道、第二流體流通道、或與工藝微通道和第二流體流通道兩者都毗鄰的熱交換通道。
134.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，第一流體流流過頂管進入工藝微通道。
135.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，第二流體流流過頂管進入第二流體流通道。
136.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，多相混合物通過底管流出工藝微通道。
137.根據權利要求132所述的方法，其特徵在於，微通道混合器進一步包括熱交換歧管，熱交換流體從熱交換歧管流過熱交換通道然後返回到熱交換歧管。
138.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，工藝微通道包括在一個或多個內壁之中和/或之上形成的表面特性，所述表面特性用於調整工藝微通道內的流動。
139.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，第二流體流通道包括在一個或多個內壁之中和/或之上形成的表面特性，所述表面特性用於調整通道內的流動。
140.根據權利要求68所述的方法，其特徵在於，熱交換流體通道包括在一個或多個內壁之中和/或之上形成的表面特性，所述表面特性用於調整熱交換流體通道內的流動。
141.根據權利要求138所述的方法，其特徵在於，表面特性是在一個或多個內壁中凹入和/或從一個或多個內壁凸起的形式，表面特性相對於流體流過工藝微通道的方向成斜角定向。
142.根據權利要求138所述的方法，其特徵在於，表面特性是至少兩個表面特性區域的形式，其中第一流體和第二流體的混合在第一表面特性區域進行，隨後流入第二流體流區中，其中在第二表面特性區域中的流型與在第一表面特性區域中的流型不同。
143.根據權利要求142所述的方法，其特徵在於，在第二表面特性區域中的流動用於將第一流體和第二流體分開。
144.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，有孔區包括形成工藝微通道的一個或多個內壁的內部，並且表面特性片覆蓋在有孔區的內部上面，表面特性在表面特性片之中和/或之上。
145.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物包括在第一和/或第二流體流中分散的固體顆粒，並且是流化床的形式，工藝微通道包括在一個或多個其內壁之中和/或之上形成的表面特性，所述表面特性用於調整工藝微通道內的流動。
146.根據權利要求138所述的方法，其特徵在於，表面特性包括在彼此之上堆疊和/或以三維式樣纏繞的兩層或更多層。
147.根據權利要求138所述的方法，其特徵在於，表面特性是圓形、橢圓形、正方形、矩形、鉤形、V形、波形、或其結合的形式。
148.根據權利要求138所述的方法，其特徵在於，表面特性包括子特性，其中在表面特性的主壁進一步包含較小的表面特性，所述較小的表面特性是槽口、波浪、鋸齒狀、孔洞、毛口、鉤子、扇形、或其結合的形式。
149.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，多相混合物是泡沫的形式。
全文摘要
本發明涉及一種製造多相混合物的方法，包括使第一流體流(216)流過工藝微通道(210)，第一流體流(216)包括至少一種液體和/或至少一種氣體，工藝微通道(210)具有有孔區(244)；使第二流體流(272)流過有孔區(244)進入工藝微通道(210)與第一流體流(216)接觸以形成多相混合物(218)，第二流體流(272)包括至少一種氣體和/或至少一種微體形成材料，第一流體流(272)形成在連續相中分散的非連續相。還可在工藝微通道(210)與熱源或冷源(290)之間發生熱交換。
文檔編號B01F13/00GK101084061SQ200580039620
公開日2007年12月5日 申請日期2005年9月30日 優先權日2004年10月1日
發明者安娜·利·通科維奇, 蘿拉·J·席爾瓦, 戴維·約翰·赫西, 麥可·艾倫·馬爾基安多, 麥可·傑伊·拉蒙特, 邱東明, 特倫斯·安德魯·德裡茨, 克裡斯蒂娜·M·帕尼奧託, 裡克·史蒂文森, 史蒂文·T·佩裡, 馬達萊納·法內利, 拉維·阿羅拉, 楊斌, 肖恩·菲茨傑拉德, 蒂姆·沙利文, 卡伊·託德·保羅·雅羅施, 託馬斯·尤斯查克 申請人:萬羅賽斯公司