(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相混合物を作るためのプロセスであって、
第一の流体流をプロセスマイクロチャネルの中に流す工程であって、前記第一の流体流は、少なくとも一種類の液体を含む液体流であり、前記プロセスマイクロチャネルは、複数の開口を含む開口区間を有する工程であって、前記開口区間は前記プロセスマイクロチャネル内を流れる前記第一の流体流の流路に沿った長さと前記プロセスマイクロチャネル内を流れる前記第一の流体流の流路に垂直な厚さ寸法を有し、
前記厚さを有する前記開口区間を通して第二の流体流を前記プロセスマイクロチャネルの中に流し、前記第一の流体流と接触させて前記多相混合物を形成させる工程であって、前記第二の流体流は、少なくとも一種類の気体を含む気体流であり、前記第一の流体流は、前記多相混合物の中の連続相を形成し、前記第二の流体流は、前記連続相の中の分散した不連続相を形成する工程、
を含み、
前記第二の流体流は、前記プロセスマイクロチャネルに隣接する第二の流体流チャネルから前記開口区間を通って流れ、
熱交換チャネルは、前記プロセスマイクロチャネル、前記第二の流体流チャネル、または前記プロセスマイクロチャネルと前記第二の流体流チャネルとの両方に隣接して、前記プロセスマイクロチャネルと前記熱交換チャネルとの間、前記第二の流体流チャネルと熱交換チャネルとの間、あるいは前記プロセスマイクロチャネルと前記第二の流体流チャネルとの両方と熱交換チャネルとの間で熱が交換され、熱交換液体が熱交換チャネル内にある、プロセス。
【請求項２】
前記第一の流体流と前記第二の流体流とは、前記プロセスマイクロチャネルの中の混合ゾーンの中で互いに接触する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記プロセスマイクロチャネルは、狭くなった断面を有する混合ゾーンを有する、請求項１または２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記プロセスマイクロチャネルは、離間した壁と、前記離間した壁のそれぞれの中に開口区間を有し、前記第二の流体流は、開口区間のそれぞれを通って前記プロセスマイクロチャネルに流入する、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項５】
前記プロセスマイクロチャネルは、第一のプロセスマイクロチャネルであり、多相混合物形成ユニットの中にあり、該多相混合物形成ユニットは、第二のプロセスマイクロチャネル、および前記第一のプロセスマイクロチャネルと前記第二のプロセスマイクロチャネルとの間に位置する第二の流体流チャネルを含み、各プロセスマイクロチャネルは、開口区間を有する壁を有し、前記第一の流体流は、前記第一のプロセスマイクロチャネルおよび前記第二のプロセスマイクロチャネルを通って流れ、前記第二の流体流は、前記第二の流体流チャネルから、前記開口区間を通って前記第一のプロセスマイクロチャネルの中に流れて前記第一の流体流と接触し、前記開口区間を通って前記第二のプロセスマイクロチャネルの中に流れて前記第一の流体流と接触する、請求項１から４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項６】
多相混合物を作るためのプロセスであって、
第一の流体流をプロセスマイクロチャネルの中に流す工程であって、前記第一の流体流は、少なくとも一種類の液体を含む液体流であり、前記プロセスマイクロチャネルは、複数の開口を含む開口区間を有する工程であって、前記開口区間は前記プロセスマイクロチャネル内を流れる前記第一の流体流の流路に沿った長さと前記プロセスマイクロチャネル内を流れる前記第一の流体流の流路に垂直な厚さ寸法を有し、
第二の流体流を第二の流体流チャネルの中に流す工程であって、前記第二の流体流は、
少なくとも一種類の液体を含む液体流であり、前記プロセスマイクロチャネルは、前記第二の流体流をプロセスマイクロチャネルに流入させることができるようにする複数の開口を含む開口区間を有する工程であって、前記開口区間は第二の流体流チャネル内を流れる前記第二の流体流の流路に沿った長さと前記第二の流体流チャネル内を流れる前記第二の流体流の流路に垂直な厚さ寸法を有し、
第三の流体流を第三の流体流チャネルの中に流す工程であって、前記第三の流体流は気体を含む気体流であり、第二の流体流チャネルは、前記第三の流体流を第二の流体流チャネルに流入させることができるようにする複数の開口を含む別の開口区間を有する工程であって、前記別の開口区間は前記第三の流体流チャネル内を流れる前記第三の流体流の流路に沿った長さと前記第三の流体流チャネル内を流れる前記第三の流体流の流路に垂直な厚さ寸法を有し、
前記第三の流体流を前記第三の流体流チャネルから前記厚さを有する前記別の開口区間を通して前記第二の流体流チャネルに流入させて、前記第二の流体流と接触させて別の多相混合物を形成させる工程、
前記別の多相混合物を前記厚さを有する前記開口区間を通して前記プロセスマイクロチャネルに流入させて、前記第一の流体流と接触させて前記多相混合物を形成させる工程、
熱交換チャネルは、前記プロセスマイクロチャネルおよび／または前記第二の流体流チャネルまたは前記第三の流体流チャネルのどちらかに隣接し、前記プロセスチャネルと前記熱交換チャネルとの間で熱が交換され、熱交換液体が熱交換チャネル内にある工程、
を含むプロセス。
【請求項７】
前記プロセスマイクロチャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項８】
第二の流体流チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成される請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記熱交換チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成される請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、前記マイクロチャネルミキサは、複数の前記プロセスマイクロチャネルおよび第二の流体流チャネルを含み、各プロセスマイクロチャネルは、開口区間を有する壁および隣接する第二の流体流チャネルを有し、前記第二の流体流は、前記第二の流体流チャネルから前記開口区間を通って前記プロセスマイクロチャネルに流入して前記第一の流体流と接触し、前記プロセスマイクロチャネルおよび第二の流体流チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成され、前記プロセスマイクロチャネルおよび第二の流体流チャネルは、互いに隣接し、横に並べられた交互平面、または上下に積み重ねられた交互平面の中に配置される、請求項１から９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記マイクロチャネルミキサは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成される複数の熱交換チャネルをさらに備え、前記熱交換チャネルは、前記プロセスマイクロチャネル、前記第二の流体流チャネル、または前記プロセスマイクロチャネルと前記第二の流体流チャネルとの両方に隣接する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記プロセスマイクロチャネルおよび前記第二の流体流チャネルは、同心状に配置された円形の管を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、前記マイクロチャネルミキサは、複数の前記プロセスマイクロチャネルを含み、前記プロセスマイクロチャネルのそれぞれの中で別個の多相混合物が形成され、前記プロセスマイクロチャネルの少なくとも二つの中で形成された前記多相混合物は互いに異なる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記開口区間は、シートおよび／またはプレートと、前記シートおよび／またはプレートの中にある複数の開口とを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記シートおよび／またはプレートの少なくとも一部の上を覆っており、前記開口の一部に充填される、コーティングを有し、または、前記シートおよび／またはプレートは熱処理される、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記開口区間は、多孔質材料から作られ、前記多孔質材料は、金属、非金属、酸化されている、またはアルミナ、ニッケルまたはそれらの組み合わせでコーティングされている、請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第一の流体流は、水または有機液体を含み、前記第二の流体流は、少なくとも一種類の気体を含み、または前記第二の流体流は、空気、水素、窒素、二酸化炭素またはそれらの二種類以上の混合物から選択される気体を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記プロセスマイクロチャネルは、前記プロセスマイクロチャネルを通る前記第一の流体流の前記流れに垂直な、１０ミリメートル以下の内部寸法を有する、請求項１から１７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記第二の流体流は、第二の流体流チャネルから前記開口区間を通って流れ、前記第二の流体流チャネルは、前記第二の流体流チャネルを通る前記第二の流体流の前記流れに垂直な、１００センチメートル以下の内部寸法を有する、請求項１から１８のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記熱交換チャネルは、前記熱交換チャネルを通る熱交換流体の前記流れに垂直な５０ミリメートル以下の内部寸法を有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび熱交換チャネルは、鋼、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅、真鍮、これら金属の任意のものの合金、重合体、セラミック、ガラス、重合体とガラス繊維とを含むコンポジット、石英、ケイ素、またはそれらの二種類以上の組み合わせを含む材料で作られている、請求項１から２０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記熱交換流体は、前記熱交換チャネル内で相変化を行う、請求項１から２１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記熱交換チャネル中で吸熱プロセスまたは発熱プロセスが実行される、請求項１から２１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記熱交換流体は、空気、水蒸気、液体水、一酸化炭素、二酸化炭素、気体窒素、液体窒素、少なくとも一種類の気体炭化水素、少なくとも一種類の液体炭化水素またはそれらの二つ以上の組み合わせ、前記第一の流体流、前記第二の流体流、または前記第一の流体流と前記第二の流体流との混合物を含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２５】
前記多相混合物は、泡を含む、請求項１から２４のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記多相混合物は、乳化剤、界面活性剤、紫外線保護因子、ワックス、ちょう度因子、増粘剤、過脂肪剤、安定剤、カチオン性、アニオン性、双性イオン、両性または非イオン性重合体、シリコン化合物、脂肪、ワックス、レシチン、リン脂質、生体薬剤、酸化防止剤、脱臭剤、発汗抑制剤、フケ防止剤、膨潤剤、駆虫剤、自己なめし剤、チロシン阻害剤、可溶化剤、防腐剤、香油または色素、あるいはそれらの二種類以上の混合物、の一つ以上を含む、請求項１から２５のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記多相混合物の中に固体が分散される、請求項１から２６のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記第一の流体流は水素化反応を行うための反応媒質を含み、前記第二の流体流は水素を含む、請求項１から２７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記第一の流体流は液体流を含み、前記第二の流体流は、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、水素、アンモニア、塩素ガス、オゾンの一種類以上、一種類以上の気体炭化水素、またはそれらの二種類以上の組み合わせを含み、または前記第一の流体流は液体廃棄物流を含み、前記第二の流体流は空気を含み、または前記第一の流体流は液体の有害廃棄物流を含み、前記第二の流体流は空気を含み、または前記第一の流体流は液体のサラダドレッシングまたはマスタードを含み、前記第二の流体流は窒素を含み、または前記第一の流体流は液体飲料またはビールを含み、前記第二の流体流は二酸化炭素を含み、または前記第一の流体流は液体の漂白パルプを含み、前記第二の流体流は塩素を含み、または前記第一の流体流は水中に分散した石炭を含み、前記第二の流体流は空気を含み、または前記第一の流体流は随伴水を含むモータ油を含み、前記第二の流体流は窒素を含み、または前記第一の流体流は培養反応用の、液体を含有する細胞を含み、前記第二の流体流は酸素または空気を含み、または前記第一の流体流は液体反応媒質を含み、前記第二の流体流は空気または酸素を含み、または前記第一の流体流は油と水との混合物を含み、前記第二の流体流は空気または天然ガスを含み、または前記第一の流体流は液体の漂白パルプを含み、前記第二の流体流は酸素を含み、または前記第一の流体流は食用油、ワインまたはジュースを含み、前記第二の流体流は窒素を含み、または前記第一の流体流は魚の養殖に用いられる水を含み、前記第二の流体流は酸素を含み、または前記第一の流体流は水を含み、前記第二の流体流はオゾンを含み、または前記第一の流体流は液体の廃棄物流またはプロセス流を含み、前記第二の流体流は二酸化炭素またはアンモニアを含み、または前記第一の流体流は揮発性有機化合物を含む液体の廃棄物流を含み、前記第二の流体流は空気を含む、請求項１から２７のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記プロセスは、毎分少なくとも１リットルの多相混合物を製造する、請求項１から２９のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、前記マイクロチャネルミキサは、少なくとも二つのプロセスマイクロチャネルを含む、請求項１から３０のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、前記マイクロチャネルミキサは複数のプロセスマイクロチャネルと複数の第二の流体流チャネルを含み、前記プロセスマイクロチャネルは、少なくとも一つの第一の流体流マニホルドに接続されており、前記第一の流体流は、前記少なくとも一つの第一の流体流マニホルドを通って前記プロセスマイクロチャネルへ流れ、前記第二の流体流チャネルは、前記プロセスマイクロチャネルに隣接し、少なくとも一つの第二の流体流マニホルドは前記第二の流体流チャネルに接続し、前記第二の流体流は、前記少なくとも一つの第二の流体流マニホルドを通って前記第二の流体流チャネルへ流れる、請求項１から３１のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記マイクロチャネルミキサは、前記熱交換チャネルに接続された少なくとも一つの熱交換マニホルドをさらに含み、前記少なくとも一つの熱交換マニホルドを通って前記熱交換チャネルへと熱交換流体が流れる、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記プロセスマイクロチャネルは、前記プロセスマイクロチャネル内の流れを変化させるために一つ以上の内壁の中および／または上に形成された表面構成要素を含む、請求項１から３３のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記表面構成要素は、前記プロセスマイクロチャネルを通る流体の流れの前記方向に対して斜めの角度に配向された前記マイクロチャネル内壁の一つ以上の中にあるくぼみ、および／または、前記マイクロチャネル内壁の一つ以上からの突起の形状であり、または前記表面構成要素は、少なくとも二つの表面構成要素領域の形状であって、前記第一の流体と第二の流体との混合は、第一の表面構成要素領域の中とそれに続く第二の表面構成要素領域の中の流れの中で実行され、前記第二の表面構成要素領域の中の前記流れのパターンは、前記第一の表面構成要素領域の中の前記流れのパターンとは異なり、または前記開口区間は、前記プロセスマイクロチャネルの前記内壁の一つ以上の部分を形成する内部部分と、前記開口区間の前記内部部分の上を覆う表面構成要素シートとを含み、前記表面構成要素シートの中および／または上に表面構成要素があり、または前記多相混合物は、前記第一および／または第二の流体流の中に分散した固体粒子を含み、前記流動床の形であり、前記プロセスマイクロチャネルは、前記プロセスマイクロチャネル内の流れを変えるためにその内壁の一つ以上の中および／または上に形成された表面構成要素を含み、または前記表面構成要素は、互いに重ねられて積層され、および／または、三次元パターンにからみ合った二つ以上の層を含み、または前記表面構成要素は、円形、楕円形、正方形、長方形、市松模様、Ｖ字型、波型またはそれらを組み合わせた形であり、または前記表面構成要素は、副構成要素を含み、前記表面構成要素の主壁は、ノッチ形、波形、ギザギザ形、孔形、バリ形、市松模様、扇形またはそれらを組み合わせた形のさらに小さな表面構成要素をさらに含む、請求項３４に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチャネルプロセス技術を用いる多相混合プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の中の気泡の分散は、化学反応の有無にかかわらず、気‐液接触させて吸収またはストリッピングを促進するために、あるいは泡状製品生産のために有用なものとすることができる。これらのものの例は、廃液流のＢＯＤ（生物学的酸素要求量）要件を満たすための空気吹き込み、槽の中の液体を混合するための空気噴射、有害廃棄物処理用の細菌の成長を刺激するための空気吹き込み、サラダドレッシングまたはマスタードを増量するための窒素吹き込み、炭酸飲料およびビールのためのＣＯ２吹き込み、紙の製造においてパルプを漂白するための塩素吹き込み、石炭浮遊選鉱およびその他の固体の分離のための空気吹き込み、モータオイルから随伴水分を除去するための窒素吹き込み、培養反応において細胞発育を増強するための酸素または空気吹き込み、性能の改善のために空気、酸素またはその他の気体を反応器の中に吹き込むこと、多様な種類の化学的水素化反応のための水素吹き込み、油井からの湧水からのオイル除去のための空気または天然ガス吹き込み、紙の製造においてパルプを漂白するための酸素吹き込み、食用油、ワインおよびジュースから酸素を除去するための窒素吹き込み、魚の養殖における魚成長の刺激のための酸素吹き込み、医薬品プラントの超純水システムを滅菌するオゾン吹き込み、廃棄物またはプロセス流の中のｐＨを調節するためのＣＯ２またはＮＨ３吹き込み、効率的加熱、および蒸気ハンマリングを鎮めるための直接水蒸気噴射、廃液流からのＶＯＣ（揮発性有機化合物）の除去のための空気吹き込み、および類似の操作を含む。これらの操作の多くに伴う一問題は、気体の分散の効率がよくないことである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、この問題に解決法を提供する。一実施態様では、本発明は、比較的大きな表面積を有する比較的小さな気泡の液体への分散を提供する。その結果、比較的大きな気／液接触面積が得られる。気泡が小さく、表面積が大きいので、液体の中に気体を効率的に溶解させることができる。これによって、気体消費量の低減が得られる。また、気体を液体の中に溶解するために必要な時間も短縮し、その結果、プロセス処理が迅速化し、生産性が高くなる。
【０００４】
本発明は、多相混合物を作るためのプロセスであって、プロセスマイクロチャネルの中に第一の流体流を流す工程であって、第一の流体流は、少なくとも一種類の液体および／または少なくとも一種類の気体を含み、プロセスマイクロチャネルは開口区間を有する工程、開口区間を通して第二の流体流をプロセスマイクロチャネルの中に流し、第一の流体流と接触させて多相混合物を形成させる工程であって、第二の流体流は、少なくとも一種類の気体および／または少なくとも一種類のマイクロボディ形成材料を含み、第一の流体流は、多相混合物の中の連続相を形成し、第二の流体流は、連続相の中に分散した不連続相を形成する工程を含む。
【０００５】
一実施態様では、第二の流体は、第一の流体の中に溶解する。これは、プロセスマイクロチャネルの中で起こることもあり、多相混合物がプロセスマイクロチャネルから出た後で起こることもある。本発明のプロセスの一利点は、少なくとも一実施態様では、多相混合物の中の第二の流体が、マイクロチャネルプロセス技術を用いない従来の技法によって形成されたより大きな気泡と比較すると、第一の流体の中により効率的に溶解する、比較的小さな気泡を含むことができる点にある。
【０００６】
一実施態様では、多相混合物は、第一の流体流の中に分散した固体粒子をさらに含む。
【０００７】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルと発熱源および／または吸熱源との間で熱が交換される。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源は、少なくとも一つの熱交換チャネルを含む。
【０００８】
一実施態様では、開口区間は、プロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも一部に沿って延在する。一実施態様では、開口区間は、プロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約１０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約２０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約３５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約５０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約６５％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約８０％、一実施態様ではプロセスマイクロチャネルの軸方向長さの少なくとも約９５％に沿って延在する。
【０００９】
一実施態様では、第二の流体流は、第二の流体流チャネルから開口区間を通って流れる。
【００１０】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルと発熱源および／または吸熱源との間、第二の流体流チャネルと発熱源および／または吸熱源との間、またはプロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとの両方と、発熱源および／または吸熱源との間で、熱が交換される。発熱源および／または吸熱源は、加熱、冷却、または冷却と加熱との両方に用いてもよい。発熱源は、熱交換チャネルおよび／または加熱素子を含んでもよい。吸熱源は、熱交換チャネルおよび／または冷却素子を含んでもよい。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源は、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネル、またはプロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとの両方に隣接させることができる。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源は、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二の流体流チャネルから離してもよいが、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二の流体流チャネルへ、またはプロセスマイクロチャネルおよび／または第二の流体流チャネルから熱を移動させるために、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二の流体流チャネルに十分近くするとよい。
【００１１】
一実施態様では、本プロセスは、多相ミキサの中で実行される。多相ミキサの中では、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび熱交換チャネルの中への流体の流れを提供するために、一つ以上のヘッダまたはマニホルドが使用され、プロセスマイクロチャネルおよび熱交換チャネルから出る流体の流れを提供するために、一つ以上のフッタまたはマニホルドが使用される
【００１２】
一実施態様では、第一の流体流と第二の流体流とは、プロセスマイクロチャネルの中の混合区域の中で互いと接触する。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源と、混合区域の中のプロセスマイクロチャネルの少なくとも一部との間で、熱が交換される。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源と、混合区域の上流のプロセスマイクロチャネルの少なくとも一部との間で、熱が交換される。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源と、混合区域の下流のプロセスマイクロチャネルの少なくとも一部との間で、熱が交換される。
【００１３】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、混合区域の中で制限された断面を有する。
【００１４】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、離間した壁と、離間した壁のそれぞれの中の開口区間とを有し、第二の液体は、開口区間のそれぞれを通って、プロセスマイクロチャネルの中に流入する。一実施態様では、離間した壁のそれぞれの中の開口区間は、複数の開口を含み、一方の壁の開口区間の中の開口は、反対側の壁の開口区間の中の開口の真向かいに配置される。一実施態様では、離間した壁のそれぞれの中の開口区間は、複数の開口を含み、一方の壁の開口区間の中の開口の少なくともいくつかは、他方の壁の開口区間の中の開口の真向かいにならないようにずらして配置される。
【００１５】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、多相混合物形成ユニットの中にある。多相混合物形成ユニットは、第一のプロセスマイクロチャネル、第二のプロセスマイクロチャネル、および第一のプロセスマイクロチャネルと第二のプロセスマイクロチャネルとの間に位置する第二の流体チャネルを含み、各プロセスマイクロチャネルは、開口区間を含む壁を有し、第一の流体流は、第一のプロセスマイクロチャネルと第二のプロセスマイクロチャネルとを通って流れ、第二の流体流は、第二の流体流チャネルから、第一のプロセスマイクロチャネルの中の開口区間を通って流れて第一の流体流と接触し、第二のプロセスマイクロチャネルの中の開口区間を通って流れて第一の流体流と接触する。
【００１６】
一実施態様では、第三の流体流チャネルの中に第三の流体流が流れ、第三の流体流チャネルは、別の開口区間を有する別の壁を有し、本プロセスは、別の開口区間を通して第二の流体流を流し、第三の流体流と接触させて別の多相混合物を形成させる工程、および開口区間を通して別の多相混合物をプロセスマイクロチャネルの中に流し、第一の流体流と接触させる工程、をさらに含む。
【００１７】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成される。一実施態様では、第二の流体流チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成され、第二の流体流チャネルは、プロセスマイクロチャネルに隣接する。一実施態様では、熱交換チャネルは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成され、熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネル、またはプロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとの両方に隣接する。
【００１８】
一実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、マイクロチャネルミキサは、複数のプロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとを含み、各プロセスマイクロチャネルは、開口区間を有する壁と隣接する第二の流体流チャネルとを有し、第二の流体流は、第二の流体流チャネルから開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルの中に流れて第一の流体流と接触し、プロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとは、平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成され、プロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとは、互いに隣接し、交互に横に並べられた面または交互に上下に重ねられた面の形で配置される。
【００１９】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルは、二つ以上の開口区間を含み、開口区間のそれぞれを通って、別々の第二の流体流が流れる。一実施態様では、開口区間のそれぞれを通って流れる別々の第二の流体流は、異なる組成を有する。一実施態様では、開口区間のそれぞれを通って流れる別々の第二の流体流は、異なる性質を有する。
【００２０】
一実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、マイクロチャネルミキサは、少なくとも二つのプロセスマイクロチャネル、一実施態様では少なくとも約１０のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では少なくとも約１００のプロセスマイクロチャネル、一実施態様では少なくとも約１０００のプロセスマイクロチャネルを含む。
【００２１】
一実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、マイクロチャネルミキサは、少なくとも一つの第一の流体流マニホルドに接続された複数のプロセスマイクロチャネルを含み、第一の流体流は、少なくとも一つの第一の流体流マニホルドを通ってプロセスマイクロチャネルへ流れる。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルに第二の流体流チャネルが隣接し、マイクロチャネルミキサは、第二の流体流チャネルに接続された少なくとも一つの第二の流体流マニホルドをさらに含み、第二の流体流は、少なくとも一つの第二の流体流マニホルドを通って第二の流体流チャネルへ流れる。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルおよび／または液体チャネルに熱交換チャネルが隣接し、マイクロチャネルミキサは、熱交換チャネルに接続された少なくとも一つの熱交換マニホルドをさらに含み、少なくとも一つの熱交換マニホルドを通って熱交換チャネルへ熱交換流体が流れる。
【００２２】
一実施態様では、第二の流体流は、第二の流体流チャネルから開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルの中に流れ、プロセスマイクロチャネルおよび液体チャネルは、同心状の環状管を含む。
【００２３】
一実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、マイクロチャネルミキサは、複数のプロセスマイクロチャネルを含み、プロセスマイクロチャネルのそれぞれの中で別々の多相混合物が形成され、プロセスマイクロチャネルの少なくとも二つの中で形成される多相混合物は、互いに異なっている。これらの多相混合物は、異なる組成および／または異なる性質を有してもよい。このマイクロチャネルミキサは、コンビナトリアル合成およびスクリーニングデバイスと呼ぶことができる。本発明のこの実施態様の一利点は、同じ装置を用いて同時に、複数の多相混合物製品の形成および評価を提供する点である。これは、新製品の候補として、複数の製剤をスクリーニングすることが望まれるとき、利点とすることができる。
【００２４】
一実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサの中で実行され、マイクロチャネルミキサは、横に並べられるか、または上下に重ねられた、複数の多相混合物形成ユニットを含み、各多相混合物形成ユニットは、プロセスマイクロチャネルおよび隣接する第二の流体流チャネルを含み、プロセスマイクロチャネルおよび隣接する第二の流体流チャネルは、共通の壁と、共通の壁の中の開口区間とを有し、開口区間は、第二の流体流を第二の流体流チャネルから開口区間を通してプロセスマイクロチャネルの中に流すのに適し、各プロセスマイクロチャネルと第二の流体流チャネルとは、平行な離間したシート、プレート、またはそのようなシートおよびプレートの組み合わせから形成され、本プロセスは、プロセスマイクロチャネルの中に第一の流体流を流す工程、第二の流体流チャネルから開口区間を通してプロセスマイクロチャネルの中に第二の流体流を流す工程、および第一の流体流と第二の流体流とをプロセスマイクロチャネルの中で混合して多相混合物を形成させる工程を含む。
【００２５】
一実施態様では、本発明のプロセスは、プロセスマイクロチャネルを通る第一の流体流の流れの圧力降下を比較的低くして、動作させることができる。一実施態様では、本発明のプロセスは、開口区間を通るプロセスマイクロチャネルへの第二の流体流の流れの圧力降下を比較的低くして、動作させることができる。
【００２６】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネル内の混合は、プロセスマイクロチャネルの一つ以上の内壁の上に形成された表面構成要素の使用によって改善することができる。一実施態様では、第二の流体は、プロセスマイクロチャネル内で第一の流体と接触し、次に、プロセスマイクロチャネルの一つ、二つまたは三つ以上の内壁の上に表面構成要素が形成されたプロセスマイクロチャネル内の領域を通って流れてもよい。表面構成要素は、プロセスマイクロチャネルを通る流体の流れの方向に対して斜めの角度で配向した、マイクロチャネル内壁の一つ以上の中にあるくぼみ、および／または、マイクロチャネル内壁からの突起物の形状であるとよい。角度のある構成要素は、流れの方向と同じに、または流れの方向と逆に配置してもよい。表面構成要素は、流れの方向に対して、ある角度（例えば、約１°から約８９°、一実施態様では約３０°から約７５°）で、配置するとよい。表面構成要素と接触する流体の流れによって、流体流の一部がくぼみまたは表面構成要素の中へ流れることを強いられるが、一方、流体流の一部は表面構成要素の上をそのまま流れる。表面構成要素内の流れは、表面構成要素と同じ形になり、バルクの流れに対して角度ができる。流体は、表面構成要素から出るとき、バルク流体がｚ方向に流れるｘ、ｙ、ｚ座標系で、ｘおよびｙ方向に運動量を及ぼすことができる。この効果によって、流体流を撹拌または回転させることができる。このパターンは、付与された速度勾配が流体せん断を発生させ、第二の流体を小さな良く分散した気泡または微粒子に細分化するので、二相の流れを混合するために特に有用なものとすることができる。
【００２７】
一実施態様では、第一の表面構成要素領域とそれに続く、別の流れのパターンを作り出す少なくとも一つの第二の構成要素領域とを用いて、第一の流体と第二の流体との混合が実現できるように、プロセスマイクロチャネル内の表面構成要素領域を直列に配置してもよい。第二の流れのパターンは、第一の流体と第二の流体とを分けるか、または引き離すために用いてもよい。この工程は、気体または液体回収を支援するために用いてもよい。本発明のこの実施態様は、液体の中に気体が導入された後、その結果得られた混合物が不均一触媒または均一触媒を含むか、あるいは触媒を含まない第一の表面構成要素領域を通って流れる、気液反応の場合に特に有用なものとすることができる。混合物は、次に、オプションとして、流れパターンが遠心力を発生させ、液体を環状流れパターンでプロセスマイクロチャネルの内壁の方へ押しやる一方、気体は流体コアの中に残る第二の表面構成要素領域を通って流れてもよい。この後者のプロフィルによって、未反応気体を反応体混合物から分けるか、または引き離するのを支援してもよい。流体の中に強い中心渦を作り出すことができる表面構成要素の一パターンは、プロセスマイクロチャネルの上部と底部との角度のある一対のスロットのことがある。中心渦流れパターンを作り出すことができる。一実施態様では、泡の多い混合物によって、液体をプロセスマイクロチャネルの壁の方へ流し、気体をプロセスマイクロチャネルの中心へ押しやるとよい。
【００２８】
一実施態様では、開口区間は、プロセスマイクロチャネルの内壁の一つ以上の一部を形成する内部部分を含んでもよい。開口区間のこの内部部分の上に表面構成要素シートがあってもよい。表面構成要素シートの中および／または上に、表面構成要素を形成してもよい。第二の流体は、開口区間と表面構成要素シートとを通って流れてもよい。開口区間を通って入って来る流体の流束は、表面構成要素シートの表面構成要素の中にある間は、表面構成要素シートの表面から離すことができる。表面構成要素シートは、流れの長さ全体と比較すると、比較的小さな幅またはスパンを有する角度のある構成要素を含んでもよい。表面構成要素シートは、開口区間に機械的支持を提供してもよい。さらに、表面構成要素によって作り出される流れの渦または角度のある流れは、開口区間を通って流れる第二の流体にせん断をさらに付与し、ひいてはバルク流路の中の第二の流体の粒子または泡のサイズを減らす上で好ましいものとすることができる。
【００２９】
一実施態様では、多相混合物は、液体‐固体の流れ、または気体‐液体‐固体の流れを含んでもよい。第二の流体流は、気体または液体どちらかの中の固体の分散を含んでもよい。第一の流体流は、気体、液体、あるいは気体または液体の中に分散した固体を含んでもよい。プロセスマイクロチャネルの中の表面構成要素区間を通る多相混合物の流れは、付与された流れの方向と異なる運動量が混合物を良く混合された、または分散された状態に保つように作用することができるので、有利なものとすることができる。この利用は、液体反応体の中の固体触媒の分散に有用なものとすることができる。
【００３０】
一実施態様では、多相混合物は、第一および／または第二の流体流の中に分散した固体粒子を含んでもよく、流動床の形であり、プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネル内の流れを変更するためにその内壁の一つ以上の中および／または上に形成された表面構成要素を含む。これは、固体粒子含有流体流の中に気体流を混合することを含んでもよい。固体は、キャリア流体の中に吹き込んでもよく、またはキャリア流体によって取り込んでもよい。表面構成要素は、多相混合物の混合を促進することがある。
【００３１】
一実施態様では、化学反応および／または沈殿の結果として、多相混合物の中に固体が形成されてもよい。
【００３２】
一実施態様では、多相混合物は泡の形である。一実施態様では、多相混合物は、オプションとして、一種類以上の界面活性剤を含んでもよい。気泡によっては、界面活性剤の存在は必要ではないが、気泡を形成させるために、これらを含んでもよい。
【００３３】
添付の図面では、同様な部品および構成要素は、同様な参照符号を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
用語「マイクロチャネル」は、最大約１０ミリメートル（ｍｍ）、一実施態様では最大約５ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍ、一実施態様では最大約１ｍｍの高さまたは幅のうちの少なくとも一方の内部寸法を有するチャネルを指す。マイクロチャネルを通る流体の流れは、マイクロチャネルの高さおよび幅に垂直なマイクロチャネルの長さ方向に進むことができる。本発明のプロセスでプロセスマイクロチャネル、オプションとして、第二の流体流チャネル、第三の流体流チャネルおよび／または熱交換チャネルとして用いることができるマイクロチャネルの例が図１に示される。図１に例が示されるマイクロチャネル１０は、高さ（ｈ）、幅（ｗ）および軸方向長さ（ｌ）を有する。矢印１２および１４によって示される方向のマイクロチャネルの長さに沿って、マイクロチャネル１０を通って流体が流れる。マイクロチャネルの高さ（ｈ）または幅（ｗ）は、約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．７５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲にあるとよい。高さまたは幅のうち、他方の寸法は、任意の寸法、例えば最大約３メートル、一実施態様では約０．０１から約３メートル、一実施態様では約０．１から約３メートルであるとよい。マイクロチャネルの軸方向長さ（ｌ）は、任意の寸法、例えば最大約１０メートル、一実施態様では約０．１から約１０メートル、一実施態様では約０．２から約６メートル、一実施態様では約０．２から約３メートルであるとよい。図１に例が示されるマイクロチャネル１０は、長方形の断面を有するが、マイクロチャネルは、任意の形状、例えば正方形、円形、半円形、台形等の断面を有してもよいと理解すべきである。マイクロチャネルの断面の形状および／またはサイズは、その長さにわたって変化してよい。例えば、高さまたは幅は、マイクロチャネルの長さにわたって、比較的大きな寸法から比較的小さな寸法へ、またはその逆に、テーパを有してもよい。
【００３５】
用語「隣接する」は、別のチャネルに対する一つのチャネルの相対的な位置を指すとき、直接隣接し、その結果、これらの二つのチャネルを一枚の壁が分断することを意味する。この壁は、厚さが変化してもよい。しかし、「隣接する」チャネル同士は、チャネル間の伝熱に干渉する介在チャネルで分断されることはない。
【００３６】
用語「表面構成要素」は、マイクロチャネル内の流れを変更する、マイクロチャネル壁の中のくぼみおよび／またはマイクロチャネル壁からの突起を指す。表面構成要素は、円形、楕円形、正方形、長方形、市松模様、Ｖ字形、波形および類似の形状であってもよい。表面構成要素は、副構成要素を含んでもよい。この場合、表面構成要素の主壁は、より小さな表面構成要素をさらに含み、これらの表面構成要素は、ノッチ形、波形、ギザギザ形、孔形、バリ形、チェック形、扇形および類似の形であってもよい。表面構成要素は、深さ、幅を有し、非円形表面構成要素なら長さを有する。図２２〜２６に例が示される。表面構成要素は、本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの内部側壁の一つ以上の上または中に形成することができる。表面構成要素は、本発明のプロセスで用いられる第二の流体流チャネルおよび／または熱交換チャネルの内部側壁の一つ以上の上または中に形成することができる。表面構成要素は、受動表面構成要素または受動混合構成要素と呼ぶことができる。
【００３７】
用語「上流」および「下流」は、マイクロチャネルを含む本発明のプロセスで用いられるチャネルの中の位置を指し、チャネルを通る流体の流れの方向に対するものである。例えば、チャネルを通って流れてその位置に向かって来る流体の一部分がまだ到着していないチャネル内の位置は、流体のその一部分の下流にある。チャネルを通って流れてその位置から遠ざかる流体の一部分が既に通り過ぎたチャネル内の位置は、流体のその一部分の上流にある。本発明のプロセスで用いられるプロセスチャネルは、水平、垂直、あるいはある角度に配向させてもよいので、用語「上流」および「下流」は、必ずしも垂直位置を指すものではない。
【００３８】
用語「マイクロボディ」は、最大約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０８ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０３ミクロンの範囲の平均寸法（例えば直径、高さ、幅、長さ）を有する三次元ボディを指す。これらのマイクロボディは、円および／または楕円の形状の断面を有するボディを含む。マイクロボディは、球体、楕円球体、卵形体および類似の形であってもよい。マイクロボディは、針状の形を有してもよい。マイクロボディは、中空であってもよく、あるいは中空でなくてもよい。マイクロボディは、マイクロスフェアであってもよい。マイクロボディは、主寸法（例えば直径、長さ）と副寸法（例えば直径、高さ、幅）とを有してもよく、副寸法に対する主寸法の比は、約１０：１から約１：１、一実施態様では約５：１から約１：１、一実施態様では約２：１から約１：１の範囲にある。
【００３９】
用語「流体」は、気体、液体、分散固体を含む気体または液体、液滴を含む気体、気泡を含む液体、液滴および分散固体を含む気体、あるいは気泡および分散固体を含む液体、および類似物を指す。
【００４０】
用語「発熱源」は、熱を放出し、別の物体またはデバイスを加熱するために用いることができる物体またはデバイスを指す。発熱源は、熱交換流体を内部に有し、別の物体またはデバイスへ熱を伝える熱交換チャネルの形であってもよく、別の物体またはデバイスは、例えば、熱交換チャネルに隣接するか、または熱交換チャネルから伝えられる熱を受け取るのに十分に近いチャネルである。熱交換流体は、熱交換チャネルの中に収容されてもよく、および／または、熱交換チャネルを通って流れてもよい。発熱源は、加熱素子、例えば、電熱素子または抵抗加熱器の形であってもよい。用語「吸熱源」は、熱を吸収し、別の物体またはデバイスを冷却するために用いることができる物体またはデバイスを指す。吸熱源は、熱交換流体を内部に有し、別の物体またはデバイスから伝えられる熱を受け取る熱交換チャネルの形であってもよい。別の物体またはデバイスは、例えば、熱交換チャネルに隣接するか、または熱交換チャネルへ熱を伝えるのに十分に近いチャネルである。熱交換流体は、熱交換チャネルの中に収容されてもよく、および／または、熱交換チャネルを通って流れてもよい。吸熱源は、冷却素子、例えば、非流体冷却素子の形であってもよい。
【００４１】
用語「発熱源および／または吸熱源」は、熱を放出するか、または熱を吸収することができる物体またはデバイスを指す。発熱源および／または吸熱源は、熱交換流体を内部に有し、熱交換チャネルに隣接するかまたは近くにある別の物体またはデバイスが加熱されるとき、それらの別の物体またはデバイスに熱を伝えるか、あるいは、熱交換チャネルに隣接するかまたは近くにある別の物体またはデバイスが冷却されるとき、それらの別の物体またはデバイスから伝えられる熱を受け取る、熱交換チャネルの形であってもよい。発熱源および／または吸熱源として機能する熱交換チャネルは、あるときは加熱チャネル、他のときは冷却チャネルとして機能してもよい。熱交換チャネルの一部分（単数または複数）が加熱チャネルとして機能し、一方、熱交換チャネルの別の一部分（単数または複数）が冷却チャネルとして機能してもよい。
【００４２】
用語「熱交換チャネル」は、熱交換流体を内部に有し、熱を放出し、および／または熱を吸収することができるチャネルを指す。
【００４３】
用語「熱交換流体」は、熱を発生し、および／または熱を吸収することができる流体を指す。
【００４４】
図２を参照すると、本プロセスは、マイクロチャネルミキサ１００を用いて実行することができ、マイクロチャネルミキサ１００は、マイクロチャネルミキサコア１０２、プロセス流体ヘッダ１０４、生成物フッタ１０６および熱交換マニホルド１０８を含む。マイクロチャネルミキサコア１０２は、複数のプロセスマイクロチャネル、隣接する第二の流体流チャネルおよび熱交換チャネルを含む。第二の流体流チャネルおよび／または熱交換チャネルは、マイクロチャネルであってもよい。プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび熱交換チャネルは、上下に重ねられるか、または横に並べられて、層状に配置してもよい。プロセスヘッダ１０４は、第一の流体流がプロセスマイクロチャネルに流入し、第二の流体流が第二の流体流チャネルに流入し、これらのチャネルの流れの分布を一様にまたは実質的に一様にするための通路を提供する。生成物フッタ１０６は、多相混合物生成物がプロセスマイクロチャネルから迅速に流れ、比較的高い流速を有するための通路を提供する。第一の流体流は、矢印１１０で示されるように、ヘッダ１０４を通ってマイクロチャネルミキサ１００に流入する。第二の流体流は、矢印１１２で示されるように、ヘッダ１０４を通ってマイクロチャネルミキサ１００の中に流入する。第一の流体流と第二の流体流とは、マイクロチャネルミキサコア１０２の中に流入し、混合されて多相混合物を形成する。多相混合物は、マイクロチャネル混合コア１０２から生成物フッタ１０６を通り、矢印１１４で示されるように、生成物フッタ１０６から流出する。一実施態様では、多相混合物は、任意の回数、例えば、１回、２回、３回、４回等、マイクロチャネルミキサコア１０２を通って戻り、リサイクルしてもよい。矢印１１６で示されるように、熱交換マニホルド１０８の中に熱交換流体が流入し、熱交換マニホルド１０８からマイクロチャネルミキサコア１０２の中の熱交換チャネルを通ってから熱交換マニホルド１０８に戻り、矢印１１８で示されるように、熱交換マニホルド１０８から流出する。マイクロチャネルミキサ１００は、貯槽、ポンプ、バルブ、流量制御デバイスおよび類似デバイスとともに使用してもよい。これらは、図面に示していないが、当業者には自明である。
【００４５】
マイクロチャネルミキサコアは、複数の多相混合物形成ユニットを含んでもよい。図３〜９および１２に、多相混合物形成ユニットの有用な実施態様の例が示される。図３を参照すると、本発明のプロセスは、対向する側壁２１２および２１４と、側壁２１２の中の開口区間２４０とを有するプロセスマイクロチャネル２１０を含む多相混合物形成ユニット２００を用いて実行することができる。開口区間２４０は、多孔質区間または多孔質基板と呼んでもよい。開口区間２４０は、開口区間全体に広がる開口のアレイ２４４を有するシートまたはプレート２４２を含んでもよい。側壁２１２に隣接して第二の流体流２７０があり、開口区間２４０の中の開口２４４を通ってプロセスマイクロチャネル２１０に開放される。プロセスマイクロチャネル２１０は、非開口領域または非多孔質領域２１１および２１７と、混合区域２１３とを有する。非開口領域２１１は、プロセスマイクロチャネルへの入口から混合区域３１３への入口へ延在する。非開口領域２１１は、混合区域２１３の上流である。混合区域２１３は、開口区間２４０に隣接する。非開口領域２１７は、混合区域２１３の終りからプロセスマイクロチャネル２１０の出口へ延在する。非開口領域２１７は、混合区域２１３の下流である。側壁２１４に隣接して、熱交換チャネル２９０がある。動作時、第一の流体流は、矢印２１６で示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０に流入し、非開口領域２１１を通って混合区域２１３に流入する。矢印２７２で示されるように、第二の流体流が第二の流体流チャネル２７０に流入し、次に、矢印２７４で示されるように、開口区間２４０を通って混合区域２１３に流入する。混合区域２１３の中で、第二の流体流は、第一の流体流と接触し、混合されて多相混合物を形成する。第二の流体流は、第一の流体流の中の不連続相を形成してもよい。第一の流体流は、連続相を形成してもよい。多相混合物は、混合区域２１３から非開口領域２１７を通り、矢印２１８で示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０から流出する。加熱または冷却は、選択肢とすることができる。加熱または冷却が望まれるとき、矢印２９２で示されるように、熱交換チャネル２９０を通って熱交換流体が流れ、プロセスマイクロチャネル２１０および第二の流体流チャネル２７０の中の流体を加熱または冷却する。加熱または冷却の度合いは、プロセスマイクロチャネル２１０および第二の流体流チャネル２７０の長さにわたって変化してもよい。加熱または冷却は、プロセスマイクロチャネルおよび液体チャネルのある区間では無視できるか、または存在しなくてもよく、他の区間では中程度または比較的大きくてもよい。あるいは、加熱または冷却は、熱交換チャネル以外を用いて実現してもよい。例えば、加熱は、電熱素子または抵抗加熱器を用いて実現してもよい。電熱素子または抵抗加熱器は、プロセスマイクロチャネル２１０および／または第二の流体流チャネル２７０の一つ以上の壁を形成するために用いてもよい。電熱素子または抵抗加熱器は、プロセスマイクロチャネル２１０および／または第二の流体流チャネル２７０の一つ以上の壁の中にあってもよい。冷却は、非流体冷却素子を用いて実現してもよい。プロセスマイクロチャネル２１０の長さに沿って、複数の加熱または冷却区域が使用されてもよい。同様に、プロセスマイクロチャネル２１０および／または第二の流体流チャネル２７０の長さに沿って、一つ以上の熱交換チャネルの中でさまざまな温度の熱交換流体を使用してもよい。
【００４６】
図４に例が示される多相混合物形成ユニット２００Ａは、プロセスマイクロチャネル２１０の側壁２１０が開口区間２４０に対向して配置されたテーパを有する区間２２０を含む点を除けば、図３に例が示される多相混合物形成ユニット２００と同一である。テーパを有する区間２２０は、混合区域２１３の中のプロセスマイクロチャネル２１０の幅または高さを小さくし、従って、混合区域２１３の中のプロセスマイクロチャネル２１０に狭くなった断面を提供する。この幅または高さは、約０．００１から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０１から約２ｍｍの範囲にあるとよい。テーパを有する区間２２０が存在すると、混合区域２１３を通って流れる流体の速度の増加がもたらされる。混合区域２１３を通って流れる液体の速度が増加すると、開口２４４を通って混合区域２１３に流入する第二の流体に作用するせん断力が増加する。これは、開口２４４を通る第二の流体流の流れを容易にする。プロセスマイクロチャネル２１０の狭くなった断面を通って流れる流体が混合区域２１３を通る速度は、１秒あたり約０．００５から約１００メートル（ｍ／ｓ）、一実施態様では約０．０１から約５０ｍ／ｓの範囲にあるとよい。
【００４７】
図５に例が示される多相混合物形成ユニット２００Ｂは、多相混合物形成ユニット２００Ｂが第二の流体流チャネル２７０ａおよび開口区間２４０ａも含む点を除けば、図３に例を示した多相混合物形成ユニット２００と類似している。第二の流体流チャネル２７０ａは、プロセスマイクロチャネル２１０と熱交換チャネル２９０との間に位置する。側壁２１４の中に開口区間２４０ａが形成される。開口区間２４０ａを通って第二の流体流チャネル２７０ａがプロセスマイクロチャネル２１０に開放される。開口区間２４０ａは、全体に広がる開口のアレイ２４４ａを有するシートまたはプレート２４２ａを含んでもよい。プロセスマイクロチャネル２１０は、非開口領域または非多孔質領域２１１および２１７と、混合区域２１３とを有する。非開口領域２１１は、プロセスマイクロチャネルへの入口から混合区域２１３への入口へ延在し、混合区域２１３の上流である。混合区域２１３は、開口区間２４０と２４０ａとの間に位置する。非開口領域２１７は、混合区域２１３の終わりからプロセスマイクロチャネル２１０の出口へ延在する。非開口領域２１７は、混合区域２１３の下流である。動作時、矢印２１６で示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０に第一の液体流が流入し、非開口領域２１１を通って混合区域２１３に流入する。矢印２７２および２７２ａでそれぞれ示されるように、第二の流体流チャネル２７０および２７０ａの中に第二の流体流が流入する。第二の流体流は、矢印２７４および２７４ａでそれぞれ示されるように、開口区間２４０および２４０ａを通って混合区域２１３に流入する。混合区域２１３の中で、第二の流体流は、第一の流体流と接触し、混合されて多相混合物を形成する。第二の流体流は、第一の液体内の不連続相を形成してもよい。第一の流体流は、連続相を形成してもよい。多相混合物は、非開口領域２１７を通り、矢印２１８で示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０から流出する。加熱または冷却は、選択肢としてもよい。加熱または冷却が望まれるとき、方向矢印２９２で示されるように、熱交換チャネル２９０を通って熱交換流体が流れ、プロセスマイクロチャネル２１０および第二の流体流チャネル２７０の中の流体を加熱または冷却する。加熱または冷却の度合いは、プロセスマイクロチャネルおよび第二の流体流チャネルの長さにわたって変化してもよい。加熱または冷却は、プロセスマイクロチャネルおよび液体チャネルの中のある区間では無視できるかまたは存在しなくてもよく、他の区間では中程度または比較的大きくてもよい。
【００４８】
図６に例が示される多相混合物形成ユニット２００Ｃは、図５に例が示される開口２４４と２４４ａとは互いに真向かいに配置されていたが、一方、図６に例が示される開口２４４と２４４ａとはそのような直接配置からずらされている点を除けば、図５に例が示される多相混合物形成ユニット２００Ｂと同一である。図５では、開口２４４と２４４ａとを通って流れる第二の流体流の流れは、互いと直接衝突し、それによって、第一の流体流の中への第二の流体流の拡散を促進する。一方、図６では、開口２４４と２４４ａとを通って流れる第二の流体流の流れは、互いにずらされ、それによって、混合区域２１３内の渦巻き効果を提供することによって拡散を促進する。
【００４９】
図７に例が示される多相混合物形成ユニット２００Ｄは、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａ、開口区間２４０および２４０ａ、第二の流体流チャネル２７０および熱交換チャネル２９０を含む。側壁２１２の中に開口区間２４０が形成され、側壁２１２ａの中に開口区間２４０ａが形成される。開口区間２４０および２４０ａは、多孔質区画または多孔質基板と呼んでもよい。開口区間２４０および２４０ａを通って、第二の流体流チャネル２７０がプロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａにそれぞれ開放される。開口区間２４０は、全体に広がる開口のアレイ２４４を有するシートまたはプレート２４２を含んでもよい。同様に、開口区間２４０ａは、全体に広がる開口のアレイ２４４ａを有するシートまたはプレート２４２ａを含んでもよい。プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａは、非開口領域または非多孔領域２１１および２１７、ならびに２１１ａおよび２１７ａ、混合区域２１３および２１３ａをそれぞれ有する。非開口領域２１１および２１１ａは、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａへの入口から、混合区域２１３および２１３ａへの入口へそれぞれ延在する。非開口領域２１１および２１１ａは、混合区域２１３および２１３ａのそれぞれ上流である。混合区域２１３および２１３ａは、開口区間２４０および２４０ａにそれぞれ隣接する。非開口領域２１７および２１７ａは、混合区域２１３および２１３ａの終わりから、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａの出口へそれぞれ延在する。非開口領域２１７および２１７ａは、混合区域２１３および２１３ａのそれぞれ下流である。プロセスマイクロチャネル２１０に隣接して、熱交換チャネル２９０がある。動作時、矢印２１６および２１６ａで示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａの中に、それぞれ第一の流体流が流れ、非開口領域２１１および２１１ａを通って混合区域２１３および２１３ａに流入する。矢印２７２で示されるように、第二の流体流チャネル２７０に第二の流体流が流入し、次に、矢印２７４および２７４ａで示されるように、開口区間２４０および２４０ａを通って混合区域２１３および２１３ａにそれぞれ流入する。混合区域２１３および２１３ａの中で、第二の流体流は、第一の流体流と接触し、混合されて多相混合物を形成する。第二の流体流は、第一の流体流内の不連続相を形成してもよい。第一の流体流は、連続相を形成してもよい。多相混合物は、非開口区画２１７および２１７ａを通り、矢印２１８および２１８ａで示されるように、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａからそれぞれ流出する。加熱または冷却は、選択肢とすることができる。加熱または冷却が望まれるとき、矢印２９２で示されるように、熱交換チャネル２９０を通って熱交換流体が流れ、チャネル２１０、２１０ａおよび２７０の中の流体を加熱または冷却する。加熱または冷却の度合いは、チャネルの長さにわたって変化してもよい。加熱または冷却は、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａ、ならびに第二の流体流チャネル２７０のある区画では無視できるかまたは存在しなくてもよく、他の区画では中程度または比較的大きくてもよい。
【００５０】
一実施態様では、単一のマイクロチャネルミキサ内で、多重の多相混合調合物および／またはプロセス処理条件の組を用いて、別個の多相混合物を発生させることができる。例えば、単一のマイクロチャネルミキサが、二つ以上のプロセスマイクロチャネル、関連する第二の流体流チャネル、および熱交換チャネルを使用して、単一のマイクロチャネルミキサ内で、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、数１０、数１００、数１０００、数万、数１０万等の別個の多相混合物を作ることができる。この種類のミキサは、コンビナトリアル合成デバイスと呼んでもよい。多相混合物形成ユニット３００の例が示される図８に、これが示される。多相混合物形成ユニット３００は、４つのプロセスマイクロチャネルを使用し、その結果、最大４つの別個の多相混合物を発生することができる。多相混合物形成ユニット３００は、任意の所望の回数、例えば２回、３回、４回、５回、６回、７回、８回、９回、１０回、数１０回、数１００回、数１０００回、数万回等繰り返し、上記で示した多重の別個の多相混合物の可能性を提供することができる。多相混合物形成ユニット３００は、プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０、第二の流体流チャネル３５０および３６０、ならびに熱交換チャネル３７０および３８０を含む。側壁３１２の中に開口区間３１１が形成される。側壁３２２の中に開口区間３２１が形成される。側壁３３２の中に開口区間３３１が形成される。側壁３４２の中に開口区間３４１が形成される。開口３１３、３２３、３３３および３４３が開口区間３１１、３２１、３３１および３４１の中に位置し、それぞれ全体に広がる。プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０は、混合区域３１５、３２５、３３５および３４５の上流にそれぞれ位置する非開口区画３１４、３２４、３３４および３４４を含む。混合区域３１５、３２５、３３５および３４５が、開口区間３１１、３２１、３３１および３４１にそれぞれ隣接して位置する。プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０は、混合区域３１５、３２５、３３５および３４５のそれぞれ下流に位置する非開口区画３１６、３２６、３３６および３４６も含む。動作時、矢印３１７、３２７、３３７および３４７でそれぞれ示されるように、プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０の中に第一の流体流が流入する。プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０に入る第一の流体流は、互いに同じ組成を有してもよく、あるいは互いに異なる組成を有してもよい。第一の流体流は、非開口区画３１４、３２４、３３４および３４４を通って、混合区域３１５、３２５、３３５および３４５にそれぞれ流入する。第二の流体流は、矢印３５１および３６１で示されるように、第二の流体流チャネル３５０および３６０に流入する。第二の流体流チャネル３５０に入る第二の流体流は、第二の流体流チャネル３６０に入る第二の流体流と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。第二の流体流チャネル３５０に入る第二の流体流と、液体チャネル３６０に入る第二の液体との間の差は、組成、プロセス処理条件、物理的性質（例えば粘度、密度、表面張力等）および／または操作パラメータにもとづくものでもよい。矢印３５１で示されるように、第二の流体流チャネル３５０に入る第二の流体流は、矢印３５２および３５３で示されるように、開口区間３１１および３２１を通って流れ、混合区域３１５および３２５にそれぞれ流入する。混合区域３１５および３２５の中で、第二の流体流は、第一の流体流と接触し、混合されて多相混合物を形成する。同様に、第二の流体流は、矢印３６１示されるように、第二の流体流チャネル３６０に流れ、次に、矢印３６２および３６３で示されるように、開口区間３３１および３４１を通って混合区域３３５および３４５それぞれ流入する。混合区域３１５、３２５、３３５および３４５の中で、第二の流体流は、第一の流体流と接触し、混合されて多相混合物を形成する。混合区域３１５、３２５、３３５および３４５の中で形成される多相混合物は、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。異なる場合、多相混合物は、組成および／または物理的性質、あるいは操作パラメータ（例えば分散相および／または連続相の組成、粒子サイズ、粒子サイズ分布、粘度、密度、表面張力、温度、圧力、流量等）が互いに異なっていてもよい。多相混合物は、混合区域３１５、３２５、３３５および３４５から非開口区画３１６、３２６、３３６および３４６を通り、矢印３１８、３２８、３３８および３４８でそれぞれ示されるように、プロセスマイクロチャネル３１０、３２０、３３０および３４０から流出する。熱交換チャネル３７０および３８０を用いる加熱または冷却は、選択肢とすることができる。加熱または冷却が望まれるとき、矢印３７１および３７２、ならびに３８１および３８２で示されるように、熱交換チャネル３７０および３８０を通って熱交換流体が流れ、チャネル３１０、３２０、３３０、３４０、３６０および３６０の中の流体を加熱または冷却する。加熱または冷却の度合いは、チャネルのそれぞれの長さにわたって変化してもよい。プロセスチャネルおよび／または液体チャネルのある区間では、加熱または冷却は無視できるかまたは存在しなくてもよく、他の区間では中程度または比較的大きくもよい。本発明のこの実施態様の一利点は、同時に同じ装置を用いて、複数の多相混合物製品の形成および評価を提供できる点である。これは、新製品の候補として複数の製剤をスクリーニングすることが望まれるとき、利点とすることができる。
【００５１】
一実施態様では、本発明のプロセスは、二重多相混合物をつくるのに適する。これらの二重多相混合物は、図９に例が示される多相混合物形成ユニット４００を用いて作ることができる。図９では、多相混合物形成ユニット４００は、中心線４０２と４０４との間に配置される。多相混合物形成ユニット４００は、プロセスマイクロチャネル４１０と、液体チャネル４２０、４３０、４４０および４５０とを含む。流体流チャネル４２０および４３０が、プロセスマイクロチャネル４１０に隣接する。流体流チャネル４４０が、流体流チャネル４２０に隣接し、流体流チャネル４５０が流体流チャネル４３０に隣接する。粗い開口区間４１５を含む共通壁４１２が、プロセスマイクロチャネル４１０と流体チャネル４２０とを分ける。粗い開口区間４２５を含む共通壁４２２が、プロセスマイクロチャネル４１０と流体チャネル４３０とを分ける。開口区間４１５および４２５は、開口４１６および４２６をそれぞれ含む。流体流チャネル４４０と流体流チャネル４２０との間に、開口４３６を含む微開口区間４３５が位置し、流体流チャネル４４０と流体流チャネル４２０とを分ける。流体流チャネル４５０と流体流チャネル４３０との間に、開口４４６を含む微開口区間４４５が位置し、流体流チャネル４５０と流体流チャネル４３０とを分ける。粗開口区間４１５および４２５の開口４１６および４２６は、微開口区間４３５および４４５の開口４３６および４４６より大きい。プロセスマイクロチャネル４１０は、非開口領域または非多孔領域４１１および混合区域４１３を有する。非開口領域４１１は、プロセスへの入口から混合区域４１３への入口へ延在する。混合区域４１３は、開口区間４１５および４２５に隣接する。選択肢として、中心線４０２および／または４０４で示される位置に熱交換チャネルを挿入し、所望の加熱または冷却を流体に提供してもよい。
【００５２】
中心線４０２の下に、同じく図９に例が示される隣接する多相混合物形成ユニット４００ａの一部が位置する。多相混合物形成ユニット４００ａは、プロセスマイクロチャネル４１０ａ、粗開口区間４１５ａおよび４２５ａ、流体流チャネル４３０ａおよび微開口区間４４５ａを含む。これらは、上記で考察したプロセスマイクロチャネル４１０、粗開口区間４１５および４２５、流体流チャネル４３０および微開口区間４４５と同じである。図９の中心線４０４の上に、別の隣接する多相混合物形成ユニット４００ｂの一部も位置する。多相混合物形成４００ｂは、微開口区間４３５ｂおよび流体流チャネル４２０ｂを含む。これらは、上記で考察した微開口区間４３５および流体流チャネル４２０と同じである。図９に多相混合物形成ユニット４００ａと４００ｂとの一部を含むことによって、本発明のプロセスを希求してマイクロチャネルミキサの中で使用されるときの多相混合物形成ユニット４００の反復する性質の例が示される。
【００５３】
動作時、図９を参照すると、矢印４１４で示されるように、第一の流体流がプロセスマイクロチャネル４１０に入り、非開口領域４１１を通って混合区域４１３に流入する。矢印４２３および４３３で示されるように、第二の流体流が流体流チャネル４２０および４３０にそれぞれ入る。矢印４４２および４５２で示されるように、第三の流体流が液体チャネル４４０および４５０にそれぞれ入る。第三の流体流は、流体流チャネル４４０から開口区間４３５を通って流体流チャネル４２０に流入し、第二の流体流と混合されて別の多相混合物を形成する。第三の流体流は、流体流チャネル４５０から開口区間４４５を通って流体流チャネル４３０にも流入し、第二の流体流と混合されて別の多相混合物を形成する。流体流チャネル４２０および４３０の中で形成される別の多相混合物の中で、第三の流体流は不連続相を形成し、第二の流体流は連続相を形成する。流体流チャネル４２０および４３０の中で形成された別の多相混合物は、開口区間４１５および４２５をそれぞれ通って混合区域４１３に流入し、第一の流体流と混合される。混合区域４１３の中で、別の多相混合物は、第一の流体流の中に不連続相として分散し、第一の流体流は連続相の形になる。混合区域４１３の中で形成される多相混合物は、二重多相混合物と呼んでもよい。二重多相混合物の中で、第三の流体流の少なくとも一部は、第二の流体流の泡またはマイクロボディ（例えばマイクロスフェア）の中にカプセル化することができる。カプセル化された泡またはマイクロボディは、連続相の形であってもよい第一の流体流の中の不連続相として分散させることができる。二重多相混合物は、矢印４１８で示されるように、プロセスマイクロチャネル４１０から出る。多相混合物４９０として図１０に概略が示される形であってもよい二重多相混合物は、一実施態様では、第一の流体流４９６（例えば気体または液体）の中に分散した第二の流体流４９４（例えば液体またはマイクロボディ）の中にカプセル化された第三の流体流４９２（すなわち気体）を含む。
【００５４】
一実施態様では、本発明のプロセスは空気吹き込みプロセスの中で用いることができる。図１１および１２に、これの例が示される。この実施態様では、本プロセスは、マイクロチャネルミキサ５０２を含む空気吹き込みタンク５００を用いて実行される。動作時、空気吹き込みされる流体は、タンク５００内に収容され、矢印５０４で示されるように、第一の流体流としてマイクロチャネルミキサ５０２に入る。空気吹き込みすることができる流体の例は、細胞培養液である。矢印５０６で示されるように、マイクロチャネルミキサ５０２の中に、第二の流体流が入る。第二の流体流は、空気または酸素を含んでもよい。マイクロチャネルミキサの中で、第一の流体流（例えば細胞培養液）と第二の流体流（例えば空気または酸素）と混合され、その結果、多相混合物（例えば空気吹き込みされた細胞培養液）が形成される。マイクロチャネルミキサ５０２は、複数の多相混合物形成ユニットを含んでもよい。多相混合物形成ユニット５１０は、プロセスマイクロチャネル５２０、第二の流体流チャネル５３０および５４０、微細セラミック膜の形であってもよい開口区間５５０および５６０、マクロ多孔質担体の形であってもよい開口区間５７０および５８０、ならびに熱交換チャネル５９０を含む。動作時、第一の流体流は、矢印５２２で示されるように、プロセスマイクロチャネル５２０に入る。第二の流体流は、矢印５３２および５４２でそれぞれ示されるように、第二の流体流チャネル５３０および５４０に入る。第二の流体流は、第二の流体流チャネル５３２から開口区間５７０を通った後、開口区間５５０を通ってプロセスマイクロチャネル５２０に流入する。同様に、矢印５４２で示されるように、別の第二の流体流が、第二の流体流チャネル５４０に入り、開口区間５８０を通った後、開口区間５６０を通り、プロセスマイクロチャネル５２０に流入する。第一の流体流と第二の流体流とは、プロセスマイクロチャネル５２０の中で混合され、その結果、多相混合物が形成される。多相混合物は、矢印５２４で示されるように、プロセスマイクロチャネル５２０から出る。多相混合物の中で、第一の流体流は連続相を形成してもよく、第二の流体流は不連続相を形成してもよい。一実施態様では、多相混合物は、細胞培養液全体に分散した高められたレベルの酸素または空気を有する細胞培養液を含むことができる。流体は、矢印５０７で示されるように、熱交換流体をマイクロチャネルミキサ５０２の中に流し、熱交換チャネル５９０を通した後、マイクロチャネルミキサ５０２から流出させることによって、加熱または冷却することができる。
【００５５】
図３〜９および１２のそれぞれでは、一つの多相混合物形成ユニットしか完全に例が示されていないが、本発明のプロセスを実行するためにマイクロチャネルミキサの中で用いてもよい多相混合物形成ユニットの数に、事実上、上限はない。例えば、１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００、数１００、１０００、数１０００、一万、数万、１０万、数１０万、数１００万等の上記で説明した多相混合物形成ユニットを用いてもよい。一実施態様では、各多相混合物形成ユニットは、マニホルド接続してもよい。マニホルド接続は、各ユニットにマクロ配管、パイプ配管またはダクト配管を接続することによって実現してもよい。あるいは、各ユニットの間に比較的等しい圧力降下回路を創り出すことによって、多相混合物形成ユニットを含むマイクロチャネルミキサ内で、多相混合物形成ユニットの多数を内部マニホルド化してもよい。一方、幾分かの流れ不均衡があっても、製品の品質に影響を及ぼさないことがあるので、圧力降下は、各ユニットの間で等しくなくてもよい。一実施態様では、本発明のプロセスを用いる多相混合物を形成させるに際して、最大約５０％の流れ不均衡は許容できる。プロセスマイクロチャネル、関連する第二および第三の流体流チャネル、および熱交換チャネルは、横に並べるか、または上下に重ねて配置するとよい。例えば、多相混合物形成ユニット２００および２００Ａでは、プロセスマイクロチャネル２１０は、一平面内に平行に配置するとよく、第二の流体流チャネル２７０は、プロセスマイクロチャネル２１０の一方の側の隣接平面内に平行に配置するとよく、熱交換チャネル２９０は、プロセスマイクロチャネル２１０の反対側の別の平面内に平行に配置するとよい。例えば、多相混合物形成ユニット２００Ｂおよび２００Ｃでは、プロセスマイクロチャネル２１０は、一平面内に平行に配置するとよく、第二の流体流チャネル２７０および２７０ａは、プロセスマイクロチャネル２１０のそれぞれの側の隣接平面内に平行に配置するとよく、熱交換チャネル２９０は、第二の流体流チャネル２７０ａに隣接する平面内に平行に配置するとよい。多相混合物形成ユニット２００Ｄでは、第二の流体流チャネル２７０は、一平面内に平行に配置するとよく、プロセスマイクロチャネル２１０および２１０ａは、液体チャネル２７０のそれぞれの側の隣接する平面内に平行に配置するとよく、熱交換チャネル２９０は、プロセスマイクロチャネル２１０に隣接する平面内に平行に配置するとよい。これらの多相混合物形成ユニットは、図３〜９および１２には示していないが、当業者なら提供することができる、プロセス液体および熱交換流体の入出力を制御するために、適切なヘッダ、フッタ、マニホルド、バルブ、導路、配管、制御機構等を有してもよい。例えば、多相混合物形成ユニットを含むマイクロチャネルミキサへの入口および出口で、導路または配管を接続するために傾斜したヘッダおよびフッタを用いて、プロセスマイクロチャネルのサイズに伴う不必要な圧力降下を回避してもよい。
【００５６】
一実施態様では、複数の多相混合物形成ユニット（２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、３００、４００、５１０）を上下に積み重ねて、オンデマンドの大きな生産能力用のスケールアップしたユニットのコアを形成してもよい。スケールアップしたユニットは、多相混合物製品のためだけでなく、多相混合物を形成させるために用いられる液体のためのマニホルドとしても、傾斜したヘッダおよびフッタを有してもよい。プロセスチャネル、分散相チャネルまたは熱交換チャネルの入口にオリフィスプレートまたはその他の開口区間を加えることによって、より一様な流れの分布を容易にしてもよい。フレーム区間を用いて、多相混合物形成ユニットを保持し、封止してもよい。
【００５７】
プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）のそれぞれは、任意の構成、例えば正方形、長方形、円形、環形、楕円形、台形等の断面を有してもよい。プロセスマイクロチャネルは、管状であってもよい。プロセスマイクロチャネルは、横に並べられるか、または上下に重ねられた平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成してもよい。用語「シート」は、最大約５ｍｍの壁の厚さを指す。用語「プレート」は、約５ｍｍ以上の壁の厚さを指す。シートは、ロールの形でユーザに供給されてもよく、一方、プレートは、平らな材料の片の形でユーザに供給されてもよい。プロセスマイクロチャネルのそれぞれは、プロセスマイクロチャネルを通る流体の流れに垂直な、最大約５０ｍｍ、一実施態様では最大約１０ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍの範囲の内部寸法（例えば、高さ、幅または直径）を有するとよい。この寸法は、約０．０５から約５０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．５ｍｍの範囲にあるとよい。プロセスマイクロチャネルを通る液体の流れに垂直な別の内部寸法（例えば、高さまたは幅）は、任意の値であってもよく、例えば、約０．０１ｃｍから約１００ｃｍ、一実施態様では約０．０１ｃｍから約７５ｃｍ、一実施態様では約０．１ｃｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約０．２ｃｍから約２５ｃｍの範囲にあるとよい。
【００５８】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）は、プロセスマイクロチャネルの中の第一の液体の流れの均一な分布を提供するために、混合区域（２１３、２１３ａ、３１５、３２５、３３５、３４５、４１３）の上流の入口の中の非開口領域または非多孔質領域（２１１、２１１ａ、３１４、３２４、３３４、３４４、４１１）を有してもよい。これは、複数のプロセスマイクロチャネルが横に並べられ、および／または上下に重ねられて配置され、複数のプロセスマイクロチャネルの中への第一の液体流が一様でないとき、有用になることがある。これらの非開口領域を設けると、混合区域に到達する前の第一の流体流の流れを安定化することがある。非開口領域または非多孔質領域を使用すると、プロセスマイクロチャネルが円形の断面（すなわち管状幾何構造）を有するとき、利点になることがある。一実施態様では、非開口領域または非多孔質領域の中のプロセスマイクロチャネルの最小内部寸法に対する、プロセスマイクロチャネルへの入口から混合区域への入口までの非開口領域の長さの比は、約０．０００１から約１００００、一実施態様では約０．００１から約１０００の範囲にあるとよい。
【００５９】
プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）の内部壁の一つ以上は、プロセスマイクロチャネルの中の流れを変更するための表面構成要素を有してもよい。図２２〜２６に、これらの表面構成要素の例が示される。表面構成要素は、三次元パターンで互いの上に重ねられるか、または絡み合った二つ以上の層を有してもよい。各別個の層の中のパターンは、同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。各層の中で、または一つの層の中だけで、流れが回転するか、または平行移動してもよい。バルクの流れのチャネルに隣接していなくてもよい副層を用いて、追加の表面積を作り出してもよい。例えば、これらを用いて触媒を析出させてもよい。流れは、表面構成要素の第一のレベルの中で回転し、第二の副層以降の中に分子拡散して反応を促進してもよい。金属キャスティングまたはその他のプロセスによって三次元構成要素を作ってもよい。これらの方法では、互いの上に積層されているかのように変化するパターンも個別の平面に分解しなくてよい。バルクの流れのチャネルに隣接して、三次元的に変化する表面構成要素を置くことができる。これらの構成要素は、さまざまな深さ、形状および位置を有し、さまざまな深さ、形状および位置のパターンを有する副構成要素を伴う。表面構造物は、触媒析出のために追加の表面積を必要とする化学反応、または蒸留などの化学的分離の場合に利点となることがある。
【００６０】
図２３は、三次元表面構成要素構造物の平面概略図である。図２４には、三次元表面構成要素構造物の背面図の例が示され、バルクの流れのマイクロチャネルの隣接する界面にくぼんだＶ字形があり、Ｖ字形の下には、バルクの流れの通路に隣接する構成要素に接続されるが、多彩な形状、深さおよび位置の構造物から作られた一連の三次元構造がある。開いた表面構成要素の直下にはなく、バルクの流れのマイクロチャネルに隣接するが、一つ以上の曲がりくねった二次元または三次元の通路によって接続される、副層通路を作り出すとさらに有利になることがある。この手法は、狭い滞留時間分布ではなく、広い滞留時間分布を有することが望ましい反応器の中に調整された滞留時間分布を作り出すために利点となることがある。
【００６１】
図２５は、くぼんだＶ字形がバルク流れのマイクロチャネルに接し、Ｖ字形の後ろには変化する深さおよび位置にあるさまざまな形状の追加の構成要素がある、三次元表面構成要素の前面図である。
【００６２】
表面構成要素は、約２ｍｍより小さい、一実施態様では約１ｍｍより小さい、一実施態様では約０．０１ｍｍから約０．５ｍｍの範囲にある深さを有するとよい。表面構成要素の横幅は、マイクロチャネル幅にほぼ達する（魚骨設計で示されるように）のに十分であるとよいが、一実施態様（充填構成要素など）ではマイクロチャネル幅の約６０％以下、一実施態様では約４０％以下、一実施態様では約０．１％から約６０％、一実施態様では約０．１％から約５０％の幅であるとよい。
【００６３】
表面構成要素の横幅は、約０．０５ｍｍから約１００ｃｍの範囲、一実施態様では約０．５ｍｍから約５ｃｍの範囲、一実施態様では約１から約２ｃｍの範囲にあるとよい。
【００６４】
表面構成要素の長さおよび幅は、マイクロチャネルの長さおよび幅と同様に定めるとよい。深さは、表面構成要素がマイクロチャネル表面の中に沈む距離であってもよく、この場合は、マイクロチャネル高さまたはマイクロチャネルギャップと同じ方向である。これは、シート表面の上または中に形成された表面構成要素を有し、積層され、ボンディングされたマイクロチャネルデバイスを積層する方向に対応してもよい。表面構成要素のこれらの寸法は、表面構成要素の最大寸法を指す。例えば、角を丸めた溝の深さは、最大の深さ、すなわち、溝の底での深さを指すことがある。
【００６５】
マイクロチャネルの中に、一つ以上のマイクロチャネル壁の中にさまざまな深さでくぼむ構成要素を含む、複数の表面構成要素または表面構成要素の領域を含んでもよい。くぼみの間の間隔は、約０．０１から約１０ｍｍの範囲、一実施態様では約０．１から約１ｍｍの範囲にあるとよい。表面構成要素は、マイクロチャネルの長さ全体に存在してもよく、またはマイクロチャネルの部分または領域に存在してもよい。表面構成要素を有する部分または領域は、専用に調整された区域の中で所望の反応または単位操作を促進するように断続的であってもよい。例えば、マイクロチャネルの１インチの区間は密集した表面構成要素のアレイを有し、続く４インチは構成要素のない平坦なチャネルとし、続く２インチは疎な表面構成要素の区間としてもよい。疎に離間した表面構成要素とは、表面構成要素の長さの５倍より大きなピッチまたは構成要素間距離を有する表面構成要素を指す。
【００６６】
一実施態様では、表面構成要素は、実質的にマイクロチャネルの軸方向長さ全体にわたって延在してもよい。一実施態様では、マイクロチャネルは、その軸方向長さの約５０％以下にわたって、一実施態様ではその軸方向長さの約２０％以下にわたって表面構成要素を有するとよい。一実施態様では、表面構成要素は、マイクロチャネルの軸方向長さの約１０％から約１００％にわたって延在するとよい。
【００６７】
図２６は、表面構成要素のために用いることができる複数のさまざまなパターンを示す。これらのパターンは、本発明を限定するものではなく、複数の可能性の例を示すことだけとする。任意の表面構成要素の場合と同じく、パターンは、マイクロチャネルのさまざまな軸方向の区間または横の区間の中で用いてもよい。
【００６８】
第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）および第三の流体流チャネル（４４０、４５０）は、マイクロチャネルと特徴づけるには大きすぎる寸法を有することがあるが、マイクロチャネルであるとよい。これらのチャネルのそれぞれは、任意の構成、例えば、正方形、長方形、円形、環形、楕円形、台形等の断面を有してもよい。これらのチャネルは、上記で説明したように、表面構成要素を含んでもよい。第二および第三の流体流チャネルは管状であってもよい。第二および第三の流体流チャネルは、横に並べられるか、または上下に重ねられて配置された平行な離間したシートおよび／またはプレートから形成してもよい。各第二および第三の流体流チャネルは、最大約１００ｃｍの範囲、一実施態様では約０．０５ｍｍから約１００ｃｍの範囲、一実施態様では約０．０５ｍｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約１０ｃｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約５ｃｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約２ｍｍ、一実施態様では約０．０５ｍｍから約１ｍｍの、第二および第三の流体流チャネルを通る流体流に垂直な内部寸法（例えば高さ、幅または直径）を有するとよい。第二および第三の流体流チャネルを通る流体流に垂直な別の内部寸法（例えば高さまたは幅）は、約０．０１ｃｍから約１００ｃｍ、一実施態様では約０．０１ｃｍから約７５ｃｍ、一実施態様では約０．１ｃｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約０．２ｃｍから約２５ｃｍの範囲にあるとよい。第二および第三の流体流チャネルの長さは、任意の値、例えば、約０．１ｃｍから約５００ｃｍ、一実施態様では約０．１ｃｍから約２５０ｃｍ、一実施態様では約１ｃｍから約１００ｃｍ、一実施態様では約１ｃｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約２ｃｍから約２５ｃｍの範囲にあるとよい。各プロセスマイクロチャネルと次の隣接する第二の流体流チャネルまたは隣接する第二および第三の流体流チャネルとの間の距離は、約０．０５ｍｍから約５０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．２ｍｍから約２ｍｍの範囲にあるとよい。
【００６９】
発熱源および／または吸熱源は、冷却、加熱、あるいは冷却と加熱との両方のために用いてもよい。発熱源および／または吸熱源は、一つ以上の熱交換チャネルを含んでもよい。発熱源は、一つ以上の電熱素子または抵抗加熱器を含んでもよい。吸熱源は、一つ以上の非流体冷却素子を含んでもよい。これらは、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二または第三の流体流チャネルに隣接してもよい。一実施態様では、発熱源および／または吸熱源は、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二および第三の流体流チャネルに接触も隣接もせず、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二および第三の流体流チャネルのどちらかまたは両方から離れているが、発熱源および／または吸熱源とプロセスマイクロチャネルおよび／または第二および第三の流体流チャネルとの間で熱を移動させるために、プロセスマイクロチャネルおよび／または第二および第三の流体流チャネルに十分に近くすることができる。電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子を用いてプロセスマイクロチャネル（２１０、３１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）、第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）および／または第三の流体流チャネル（４４０、４５０）の一つ以上の壁を形成してもよい。電熱素子、抵抗加熱器および／または非流体冷却素子は、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび／または第三の流体流チャネルの一つ以上の壁の中に構築してもよい。電熱素子および／または抵抗加熱器は、プロセスマイクロチャネルおよび／または液体チャネルの壁の中に埋め込まれた薄いシート、ロッド、ワイヤ、ディスクまたはその他の形状の構造物であってもよい。電熱素子および／または抵抗加熱器は、プロセスマイクロチャネル壁および／または液体チャネル壁に接着されたフォイルまたはワイヤの形状であってもよい。加熱および／または冷却は、ペルティエ型熱電冷却および／または加熱素子を用いて実現してもよい。プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび／または第三の流体流チャネルの長さに沿って、複数の加熱および／または冷却区域を使用してもよい。同様に、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび／または第三の流体流チャネルの長さに沿って、一つ以上の熱交換チャネルの中のさまざまな温度の伝熱流体を使用してもよい。発熱源および／または吸熱源は、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネルおよび／または第三の流体流チャネル内の精密な温度調節を提供するために用いてもよい。
【００７０】
熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）は、マイクロチャネルであってもよいが、典型的マイクロチャネルとは言えないような大きな寸法を有してもよい。これらのチャネルのそれぞれは、任意の構成、例えば、正方形、長方形、円形、環形、楕円形、台形等の断面を有してもよい。熱交換チャネルは、管状であってもよい。熱交換チャネルは、横に並べられるか、または上下に重ねられて配置された平行な離間したシートおよび／またはプレートから、隣接するプロセスマイクロチャネルまたは第二および第三の流体流チャネルと一緒に形成してもよい。これらのチャネルは、上記で説明された表面構成要素を含んでもよい。熱交換チャネルのそれぞれは、最大約５０ｍｍ、一実施態様では最大約１０ｍｍ、一実施態様では最大約２ｍｍの範囲の熱交換チャネルを通る熱交換流体流に垂直な内部寸法、例えば高さ、幅または直径を有するとよい。この寸法は、約０．０５から約５０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約２ｍｍ、一実施態様では約０．５から約１ｍｍの範囲にあるとよい。熱交換チャンルを通る熱交換流体流に垂直な別の内部寸法、例えば高さまたは幅は、任意の値、例えば約０．０１ｃｍから約１００ｃｍ、一実施態様では約０．０１ｃｍから約７５ｃｍ、一実施態様では約０．１ｃｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約０．２ｃｍから約２５ｃｍの範囲にあるとよい。熱交換チャネルの長さは、例えば約０．１ｃｍから約５００ｃｍ、一実施態様では約０．１ｃｍから約２５０ｃｍ、一実施態様では約１ｃｍから約１００ｃｍ、一実施態様では約１ｃｍから約５０ｃｍ、一実施態様では約０．２ｃｍから約２５ｃｍの範囲の任意の値であるとよい。各プロセスマイクロチャネルあるいは第二または第三の流体流チャネルと次の隣接する熱交換チャネルとの間の距離は、約０．０５ｍｍから約５０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．２ｍｍから約２ｍｍの範囲にあるとよい。
【００７１】
熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）は、チャネルを通って隣接するプロセスマイクロチャネルまたは第二および第三の流体流チャネルを通る流体の流れと平行な、並流の方向に熱交換流体が流れるようにしてもよい。あるいは、熱交換流体は、熱交換チャネルを通って、プロセスマイクロチャネルまたは第二および第三の流体流チャネルを通る流体流に対して向流となる方向に流れてもよい。あるいは、熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルまたは第二および第三の流体流チャネルを通る流体流に対して交差流となる方向の熱交換流体流を提供するように、プロセスマイクロチャネルまたは第二および第三の流体流チャネルに対して配向してもよい。熱交換チャネルは、交差流と並流または向流との組み合わせを提供するために、蛇行する構成を有してもよい。
【００７２】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）、第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）、第三の流体流チャネル（４４０、４５０）および／または熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）は、正方形または長方形の断面を有し、平行な離間したシートまたはプレートから形成される。これらのチャネルは、横に並べられた垂直配向の交互面、または上下に積層された水平配向の交互面に配列してもよい。平行プレート構成と呼んでもよいこれらの構成には、複数の利点がある。例えば、円形の管と比較すると、平行プレート構成は、同じ連続相物質流束での高さ、幅または直径に対して、同じせん断力を実現しながら、受ける圧力降下が小さい。例えば、長方形チャネルのアスペクト比が約１０に近づくと、すなわち平行シートまたはプレート構成に近づくと、その圧力降下は、同じ条件下の円形チャネルの中の圧力降下のわずか約５０％にすることができる。平行板構成を有するプロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネル、第三の流体流チャネルおよび熱伝達チャネルは、スケールアップのために、小型デバイスの中に容易に配置することができる。円形の管と比較すると、平行プレート構成を用いることによって、多相混合物形成プロセスのより高い単位体積あたり処理能力を実現することもできる。
【００７３】
平行プレート構成を用いる利点は、これらの構成が円形の管と比較してより大きな流体／壁材料比を有し、従ってより小型であり、より大きな製造能力または出力の可能性を有する点である。
【００７４】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）、第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）、第三の流体流チャネル（４４０、４５０）および／または熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）は、同心状に配置された円形の管の形であるとよい。プロセスマイクロチャネルおよび第二の流体流チャネルは、互いに隣接し、一方のチャネルは環状の空間にあり、他方のチャネルは中心の空間または隣接する環状の空間にあるとよい。一実施態様では、本発明のプロセスで有用なマイクロチャネルミキサは、複数の交互に重ねられた同心円の管のプロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネル、および選択肢として第三の流体流チャネルを含み、マイクロチャネルミキサは円筒形の形状であるとよい。
【００７５】
開口（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）は、開口区間を通る示された流体の流れを可能にする十分なサイズであるとよい。開口は、細孔と呼んでもよい。開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）は、約０．０１から約５０ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約１０ｍｍ、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの範囲の厚さを有するとよい。開口は、最大約５０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．００１から約５０ミクロンの範囲、一実施態様では約０．０５から約５０ミクロン、一実施態様では約０．１から約５０ミクロンの平均直径を有するとよい。一実施態様では、開口は、約０．５から約１０ナノメートル（ｎｍ）、一実施態様では約１から約１０ｎｍ、一実施態様では約５から約１０ｎｍの範囲の平均直径を有するとよい。開口区間の中の開口の数は、平方センチメートルあたり約１０から約５×１０８開口、一つの実施態様では平方センチメートルあたり約１から約１×１０６開口の範囲にあるとよい。開口は、互いに孤立していてもよく、孤立していなくてもよい。開口の一部またはすべては、開口区間内の他の開口と流体連通していてもよい。プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）を通って流れる流体の流れの経路に沿った開口区間の長さに対する、開口区間の厚さの比は、約０．００１から約１００、一実施態様では約０．０１から約５０、一実施態様では約０．０３から約２５、一実施態様では約０．０５から約１０、一実施態様では約０．０８から約５、一実施態様では約０．１から約１の範囲にあるとよい。開口区間は、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度および寸法安定性を提供する任意の材料で構築するとよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、上記金属の任意のものの合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミック、ガラス、一つ以上の重合体（例えば熱硬化樹脂）およびガラス繊維を含むコンポジット、石英、ケイ素、カーボンナノチューブまたはカーボンモレキュラーシーブを含む微多孔質炭素、ゼオライトまたはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。開口は、レーザ穿孔、マイクロエレクトロマシニングシステム（ＭＥＭＳ）、リソグラフィー電着および成型（ＬＩＧＡ）、電気スパークリングまたは電気化学エッチングなどの既知の技法を用いて作製してもよい。開口は、押し出しなどの構造を有するプラスチックを作るために用いられる技法、または配列カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）膜などの膜を作るために用いられる技法を用いて、作製してもよい。開口は、金属粉末または粒子を焼結または圧縮して曲がりくねって相互連絡した毛管チャネルを形成させるなどの技法、および膜作製の技法を用いて作製してもよい。開口は、これらの方法の任意のものによって提供されるサイズから、開口を部分的に埋める開口内部側壁へのコーティングの塗布によって大きさを小さくしてもよい。選択なコーティング��よって、多孔質ボディの外に薄層を形成させ、連続する流れの経路に隣接して最小の細孔サイズを提供してもよい。最小平均細孔開口は、多相混合物用の所望の液滴サイズによって、約１ナノメートルから約数百ミクロンの範囲にあるとよい。開口は、熱処理によって、ならびに、開口内部側壁上に酸化物スケールまたはコーティングを形成させる方法によって、サイズを小さくしてもよい。これらの技法は、開口を部分的に閉塞して流れに当てられる開口のサイズを減らすために用いてもよい。図１３および１４は、熱処理の前後の、同じ倍率で、同じ位置のステンレス鋼多孔基板のＳＥＭ表面構造の比較を示す。図１３は熱処理前の表面を示し、図１４は熱処理後の表面を示す。熱処理後の多孔質材料の表面は、著しく小さなギャップおよび開口部サイズを有する。対応して、開口の間の平均距離は、増加する。
【００７６】
開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）は、約０．０１から約２００ミクロンの範囲の平均細孔サイズの相互連結チャネルまたは細孔を有する金属または非金属多孔質材料から作ってもよい。これらの細孔は、開口（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）として機能してもよい。多孔質材料は、平均細孔間距離が平均細孔径と同様になるように、粉末または微粒子から作ってもよい。非常に小さな細孔サイズが用いられると、細孔間距離も非常に小さくなることがあり、液滴は、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、４１０、５２０）または第二の流体流チャネル（４２０、４３０）の側の表面で合体して望ましくない大きな液滴を形成することがある。多孔質材料は、約３００℃から約１０００℃の範囲の高温で、約１時間から約２０日間の長さの酸化によって、またはゾルコーティングによるアルミナまたは化学蒸着法を用いるニッケルなどの別の材料の薄層を表面の上および細孔の内部にコーティングして、小さな細孔をふさぎ、大きな細孔の細孔サイズを小さくし、その結果細孔間距離を増加させることによって、調整してもよい。そのようにして、液滴の合体を減らすか、またはなくし、より小さな液滴の生成を可能にしてもよい。図１５に、調整された基板または開口区間のＳＥＭ画像が示される。
【００７７】
開口（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）は、混合区域（２１３、２１３ａ、３１５、３２５、３３５、３４５、４１３）全体にわたって規則的に離間してもよい。開口は、小さな開口ほど、または大きな開口ほど、混合区域の前後のどちらかの近くで用いられるように、優先して離間してもよい。開口は、一緒に、混合区域の始めで互いに近く、混合区域の終わり近くで遠く離れて液滴融合を抑制する助けとしてもよい。約１ミクロンより小さな泡またはミクロスフェアサイズを有する多相混合物を提供するのに十分に小さなマイクロスケール開口または細孔（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）を有する開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）として用いられる基板の製作は、問題となることがある。これの理由の一つは、圧縮および／または焼結によって粉末／粒子から作られた金属多孔質基板などの未処理の通常の多孔質材料では、比較的大きな表面粗さが生じるという事実にある。一般に、これらの金属多孔質基板では、所定の名目細孔径が特定の値より低いとき、表面領域に必要な細孔サイズがない。多孔質材料のバルクは指定された名目細孔サイズを有するが、多くの場合、表面領域ははるかに大きなサイズの融合細孔および空洞を特徴とする。この問題は、これらの基板を調整して所望の細孔サイズおよび細孔間距離を表面領域の中に提供することによって、克服することができる。これは、多孔質基板から表面層を除去し、より小さな開口を有する滑らかな新しい表面を露出させるか、または加えることによって実施するとよい。これらの調整された基板を用いて形成される多相混合物の中の泡またはマイクロスフェアサイズは、基板にかかる圧力降下を増加させずに小さくすることができる。多孔質表面を直接研磨または機械加工すると、表面構造のスミアリングおよび細孔の閉塞の原因となることがあるので、多孔質構造を液体充填材で満たした後、固形化および機械研磨／磨き仕上げしてもよい。次に、充填材を除去して材料の多孔質構造を再び得る。充填材は、亜鉛またはスズなどの低い融点を有する金属またはエポキシなどの重合体の前駆体であってもよい。液体充填および除去工程は、真空の使用によって支援してもよい。研磨／磨き仕上げは、研削盤および研削粉を用いて実行してもよい。金属充填剤除去は、融解および真空吸引によって、または酸エッチングによって実現してもよい。エポキシまたはその他の重合体は、溶媒溶解によって、または空気中での燃焼除去によって除去してもよい。
【００７８】
図１６〜１９を参照すると、一実施態様では、開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）は、比較的小さな開口６０２を含む比較的薄いシート６００と、開口６００と同軸配置されるかまたは接続された比較的大きな開口６１２のアレイを含む比較的厚いシートまたはプレート６１０とで構築するとよい。比較的薄いシート６００は、比較的厚いシート６１０の上にあってボンディングされ、比較的薄いシート６００は、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０）または第二の流体流チャネル（４２０、４３０）の内部に対向し、比較的厚いシート６１０は、第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）または第三の流体流チャネル（４４０、４５０）の内部に対向する。比較的薄いシート６００は、任意の適当な手順（例えば拡散結合）を用いて比較的厚いシート６１０にボンディングされ、機械的強度が大きくなったコンポジット構造６２０を提供することができる。比較的薄いシート６００は、約０．００１から約０．５ｍｍ、一実施態様では約０．０５から約０．２ｍｍの範囲の厚さを有するとよい。比較的小さな開口６０２は、任意の形状、例えば円形、三角形または長方形を有するとよい。比較的小さな開口６０２は、約０．０５から約５０ミクロン、一実施態様では約０．０５から約２０ミクロンの範囲の平均直径を有するとよい。比較的厚いシートまたはプレート６１０は、約０．１から約５ｍｍ、一実施態様では約０．１から約２ｍｍの範囲の厚さを有するとよい。比較的大きな開口６１２は、任意の形状、例えば円形、三角形または長方形を有するとよい。比較的大きな開口６１２は、約０．１から約４０００ミクロン、一実施態様では約１から約２０００ミクロン、一実施態様では約１０から約１０００ミクロンの範囲の平均直径を有するとよい。シート６００の中の開口６０２の数およびシートまたはプレート６１０の中の開口６１２の数は、それぞれ平方センチメートルあたり約２から約１００００開口、一実施態様では平方センチメートルあたり約２から約１０００開口の範囲にあるとよい。シート６００およびシートまたはプレート６１０は、開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）を構築するために有用であるとして上記で説明した材料の任意のもので構築するとよい。開口６０２および６１２は、開口区間を通って流れる液体が最初に開口６１２を通り、次に開口６０２を通って流れるように同軸配置されるか、または接続されるとよい。液体が比較的小さな開口６０２を通って流れるための比較的短い通路は、開口の中の通路が開口６０２と６１２とを合わせた長さに等しい長さを有していたら起こると考えられる圧力降下と比べると比較的低い圧力降下で、液体が開口６０２を通って流れることを可能にする。
【００７９】
図１９に例が示される実施態様では、コンポジット構造物６２０ａは、開口６１２を覆う比較的薄いシート６００の凸部分６０４が提供される点を除けば、図１８に例が示されるものと同じ設計を有する。凸部分６０４は、隣接するチャネルの中の局所せん断力の増加をもたらす。図１９の方向矢印６３０は、開口６０２に隣接するチャネルの中の流体の流れを示す。せん断力がより大きいため、開口６０２を通って流れる流体の泡またはミクロスフェアサイズが小さくなる。
【００８０】
図２０に例が示される実施態様では、シートまたはプレート６４０の表面と、開口６４６の内部側壁６４４との上に表面コーティング６４２が析出される。このコーティングは、開口（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）の直径を小さくする、より容易な方法を提供する。コーティング６４２を形成させるために用いられるコーティング材料は、アルミナ、ニッケル、金または重合材料（例えばテフロン（登録商標））を含んでもよい。コーティング６４２は、化学蒸着、金属スパッタリング、金属メッキ、焼結、ゾルコーティング、重合体コーティングおよび類似法を含む既知の技法を用いて、シートまたはプレート６４０に塗布してもよい。開口の直径は、コーティング６４２の厚さを調節することによって制御してもよい。
【００８１】
一実施態様では、開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）は、非対称多孔質材料、例えば、複数の焼結粒子の層を有する多孔質材料で形成してもよい。層の数は、２、３または４以上であってもよい。これらの多層基板の利点は、耐久性および接着強さの増加をもたらす点である。例は、一方の側に比較的大きな細孔、他方の側に比較的小さな細孔を有する焼結セラミックスを含む。比較的小さな細孔は、約２から約１０ｎｍの範囲の直径を有するとよい。比較的小さな細孔は、多層基板の比較的薄い層に位置するとよい。比較的薄い層は、約１から約１０ミクロンの範囲の厚さを有するとよい。比較的小さな細孔を有する側は、プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）または第二の流体流チャネル（４２０、４３０）の内部に面して配置し、比較的高いせん断力を利用して比較的小さな多相混合物の泡またはミクロスフェアが形成されると除去するとよい。
【００８２】
プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）、第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）、第三の流体流チャネル（４４０、４５０）および熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）は、関連するヘッダ、フッタ、マニホルド等とともに、本発明のプロセスの動作を可能にするのに十分な強度、寸法安定性、耐食性および伝熱特性を提供する任意の材料で作ってもよい。これらの材料は、鋼（例えばステンレス鋼、炭素鋼および類似物）、モネル、インコネル、アルミニウム、チタン、ニッケル、白金、ロジウム、銅、クロム、真鍮、前述の金属の任意のものの合金、重合体（例えば熱硬化性樹脂）、セラミックス、ガラス、一つ以上の重合体（例えば熱硬化性樹脂）とガラス繊維を含むコンポジット、石英、ケイ素、またはそれらの二つ以上の組み合わせを含む。
【００８３】
第一の流体流は、気体または液体を含んでもよい。第二の流体流は、気体またはマイクロボディ形成材料を含んでもよい。第三の流体流は、気体を含んでもよい。
【００８４】
気体は、任意の気体を含んでもよい。一実施態様では、気体は、空気、酸素、窒素、二酸化炭素、水蒸気、アンモニア、オゾン、塩素ガス、水素および類似物の一種類以上を含んでもよい。気体は、一つ以上の気体炭化水素、例えば、１から約５個の炭素原子を含む炭化水素を含んでもよい。これらは、飽和および不飽和炭化水素を含む。炭化水素は、メタン、エタン、エチレン、プロパン、イソプロパン、プロピレン、ブタン類、ブチレン類、ペンタン類、シクロペンタン、ペンチレン類、シクロペンチレンおよび類似物を含む。
【００８５】
液体は、任意の液体を含んでもよい。液体は、水、有機液体またはそれらの組み合わせを含んでもよい。液体は、一つ以上の液体炭化水素を含んでもよい。これらは、１個から約２４個の炭素原子、一実施態様では約５個から約２４個の炭素原子、一実施態様では約６個から約１８個の炭素原子、一実施態様では約６個から約１２個の炭素原子を含む炭化水素化合物を含む。用語「炭化水素」は、炭化水素または主に炭化水素の性格を有する化合物を示す。これらの炭化水素化合物は、以下のものを含む。
（１）純炭化水素化合物、すなわち、脂肪族化合物（例えばアルカンまたはアルキレン）、脂環式化合物（例えばシクロアルカン、シクロアルキレン）、芳香族化合物、脂肪族および脂環式置換芳香族化合物、芳香族置換脂肪族化合物および芳香族置換脂環式化合物および類似物。例は、ヘキサン、１‐ヘキセン、ドデカン、シクロヘキセン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン類、エチルベンゼン、スチレン等を含む。
（２）置換炭化水素化合物、すなわち、化合物の主に炭化水素の性格を変えない非炭化水素置換基を含む炭化水素化合物。非炭化水素置換基の例は、ヒドロキシ、アシル、ニトロ、ハロ等を含む。
（３）ヘテロ置換炭化水素化合物、すなわち性格としては主に炭化水素であるが、通常は炭素原子で構成される分子鎖または環の中に炭素以外の原子を含む炭化水素化合物。例えば、ヘテロ原子は、窒素、酸素および硫黄を含む。
【００８６】
液体は、天然オイル、合成オイルまたはそれらの混合物を含んでもよい。天然オイルは、動物オイルおよび植物オイル（例えばヒマシ油、ラード油）、ならびに液体石油系オイル分およびパラフィン系、ナフテン系または混合パラフィン系‐ナフテン系型の溶媒処理または酸処理鉱物オイルなどの鉱物オイルを含む。天然オイルは、石炭または頁岩から誘導されるオイルを含む。オイルは、トリグリセリドの仲間からのケン化可能なオイル、例えばダイズ油、ゴマ種子油、綿実油、サフラワー油および類似物であってよい。オイルは、シリコーンオイル（例えばシクロメチコーン、シリコンメチコーン類等）であってもよい。オイルは、ワセリン、スクアラン、スクアレンまたは一つ以上のジアルキルシクロヘキサン類、またはそれらの二つ以上の混合物などの脂肪族またはナフテン系炭化水素であってもよい。合成オイルは、重合および高分子間反応したオレフィン（例えばポリブチレン類、ポリプロピレン類、プロピレンイソブチレン共重合体等）、ポリ（１‐ヘキセン類）、ポリ（１‐オクテン類）、ポリ（１‐デセン類）等およびそれの混合物などの炭化水素オイル、アルキルベンゼン類（例えばドデシルベンゼン類、テトラデシルベンゼン類、ジノニルベンゼン類、ジ‐（２‐エチルヘキシル）ベンゼン類等）、ポリフェニル類（例えばビフェニル類、テルフェニル類、アルキル化ポリフェニル類等）、アルキル化ジフェニルエーテル類およびアルキル化ジフェニルスルフィド類およびそれらの誘導体、類縁体および同族体ならびに類似物を含む。末端ヒドロキシル基がエステル化、エーテル化等によって修飾されたアルキレンオキシド重合体類およびそれらの共重合体および誘導体は、用いることができる合成オイルである。合成オイルは、ポリ‐アルファ‐オレフィンまたはフィッシャー‐トロプシュ合成炭化水素を含んでもよい。
【００８７】
液体は、通常は液体の炭化水素燃料、例えば、ＡＳＴＭ規格Ｄ４３９で定められる自動車ガソリンなどの留出燃料、またはＡＳＴＭ規格Ｄ３９６で定められるディーゼル燃料または重油を含んでもよい。
【００８８】
液体は、脂肪族アルコール、脂肪酸エステルまたはそれらの混合物を含んでもよい。脂肪族アルコールは、ゲルベ（Ｇｕｅｒｂｅｔ）アルコールであってもよい。脂肪族アルコールは、約６個から約２２個の炭素原子、一実施態様では約６個から約１８個の炭素原子、一実施態様では約８個から約１２個の炭素原子を含むとよい。脂肪酸エステルは、約６個から約２２個の炭素原子の直鎖脂肪酸と約６個から約２２個の炭素原子の直鎖または分岐脂肪族アルコールとのエステル、約６個から約１３個の炭素原子の分岐カルボン酸と約６個から約２２個の炭素原子の直鎖または分岐脂肪族アルコールとのエステル、またはそれらの混合物であってもよい。例は、ミリスチン酸ミリスチル、パルミチン酸ミリスチル、ステアリン酸ミリスチル、イソステアリン酸ミリスチル、オレイン酸ミリスチル、ベヘン酸ミリスチル、エルシン酸ミリスチル、ミリスチン酸セチル、パルミチン酸セチル、ステアリン酸セチル、イソステアリン酸セチル、オレイン酸セチル、ベヘン酸セチル、エルシン酸セチル、ミリスチン酸ステアリル、パルミチン酸ステアリル、ステアリン酸ステアリル、イソステアリン酸ステアリル、オレイン酸ステアリル、ベヘン酸ステアリル、エルシン酸ステアリル、ミリスチン酸イソステアリル、パルミチン酸イソステアリル、ステアリン酸イソステアリル、イソステアリン酸イソステアリル、オレイン酸イソステアリル、ベヘン酸イソステアリル、オレイン酸イソステアリル、ミリスチン酸オレイル、パルミチン酸オレイル、ステアリン酸オレイル、イソステアリン酸オレイル、オレイン酸オレイル、ベヘン酸オレイル、エルシン酸オレイル、ミリスチン酸ベヘニル、パルミチン酸ベヘニル、ステアリン酸ベヘニル、イソステアリン酸ベヘニル、オレイン酸ベヘニル、ベヘン酸ベヘニル、エルシン酸ベヘニル、ミリスチン酸エルシル、パルミチン酸エルシル、ステアリン酸エルシル、イソステアリン酸エルシル、オレイン酸エルシル、ベヘン酸エルシルおよびエルシン酸エルシルを含む。脂肪酸エステルは、約１８個から約３８個の炭素原子のアルキルヒドロキシカルボン酸と、約６個から約２２個の炭素原子の直鎖または分枝脂肪族アルコールとのエステル（例えばりんご酸ジオクチル）、約６個から約２２個の炭素原子の直鎖または分枝脂肪酸と、多価アルコール（例えばプロピレングリコール、二量体ジオールまたは三量体トリオール）および／またはゲルベアルコールとのエステル、約６個から約１８個の炭素原子の一種類以上の脂肪酸から作られるトリグリセリド、約６個から約１８個の炭素原子の一種類以上の脂肪酸から作られるモノ、ジおよび／またはトリグリセリドの混合物、約６個から約２２個の炭素原子の一種類以上の脂肪族アルコールおよび／またはゲルベアルコールと一種類以上の芳香族カルボン酸とのエステル（例えば安息香酸）、２個から約１２個の炭素原子の一種類以上のジカルボン酸と１個から約２２個の炭素原子を含む一種類以上の直鎖または分岐アルコール、２個から約１０個の炭素原子および２個から約６個のヒドロキシル基を含む一種類以上のポリオール、またはそのようなアルコールとポリオールとの混合物とのエステル、２個から約１２個の炭素原子の一種類以上のジカルボン酸（例えばフタル酸）と１個から２２個の炭素原子の一種類以上のアルコール（例えばブチルアルコール、ヘキシルアルコール）とのエステル、安息香酸と約６個から約２２個の炭素原子の直鎖および／または分岐アルコールとのエステル、またはそれらの二種類以上の混合物を含んでもよい。
【００８９】
液体は、約６個から約２２個の炭素原子の一種類以上の分岐第一アルコール、約６個から約２２個の炭素原子の一種類以上の直鎖および／または分岐脂肪族アルコール炭酸エステル、約６個から約２２個の炭素原子の一種類以上の脂肪族アルコールから作られる一種類以上のゲルベ炭酸エステル、各アルキル基が１個から約１２個の炭素原子を含む一種類以上のジアルキル（例えばジエチルヘキシル）ナフタレート、アルキル基あたり約６個から約２２個の炭素原子を含む一種類以上の直鎖または分岐、対称または非対称ジアルキルエーテル、約６個から約２２個の炭素原子のエポキシ化された脂肪酸エステルと、２個から１０個の炭素原子および２個から６個のヒドロキシル基を含むポリオールとの一種類以上の開環生成物、またはそれらの二種類以上の混合物を含んでもよい。
【００９０】
水は、任意の簡便な供給源から採取してもよい。水は、浸透法または蒸留法を用いて脱イオンまたは精製してもよい。
【００９１】
マイクロボディ形成材料は、任意のマイクロボディ形成材料を含んでもよい。マイクロボディ形成材料は、液体または固体メルトの形であってもよい。マイクロボディ形成材料は、ガラス、例えば、ガラスマイクロボディ（例えばマイクロスフェア）形成材料、重合体、例えば、重合体マイクロボディ（例えば重合体マイクロスフェア）形成材料を含んでもよい。重合体マイクロボディ形成材料は、一種類以上のアクリル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、テフロン（登録商標）樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、スチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体樹脂、スチレン‐エチレン‐ブチレン‐スチレンブロック共重合体樹脂、スチレン‐イソプレン‐スチレンブロック共重合体樹脂、ｎ‐ブチルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴムまたはそれらの二種類以上の組み合わせを含んでもよい。一実施態様では、重合体マイクロボディ形成材料は、１個から約１４個の炭素原子のアルコールの（メタ）アクリル酸エステルを含んでもよい。一実施態様では、重合体マイクロボディ形成材料は、少なくとも一種類の（メタ）アクリル酸アルキルを含んでもよい。
【００９２】
本発明の一つ以上の実施態様では、乳化剤および／または界面活性剤は必要ないが、本発明のプロセスによって調製される多相混合物を形成する際に一つ以上の乳化剤および／または界面活性剤を用いてもよい。乳化剤および／または界面活性剤は、液体と予め混合してもよい。乳化剤および／または界面活性剤は、グリフィン（Ｇｒｉｆｆｉｎ）のシステムで０から約１８、一実施態様では約０．０１から約１８の範囲の親水性親油性バランス（ＨＬＢ）を有するイオン性または非イオン性化合物を含んでもよい。イオン化合物は、カチオン性または両性化合物のことがある。例は、「マッカチオンズ界面活性剤および洗剤（ＭｃＣｕｔｃｈｅｏｎｓ  Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔｓ）」、１９９８年版、北米版および国際版に開示されているものを含む。北米版の１〜２３５頁および国際版の１〜１９９頁は、そのような乳化剤の開示に関する部分が参照によって本明細書に組み込まれる。用いることができる乳化剤および／または界面活性剤は、アルキレンオキシド繰り返し単位、カルボキシル化アルコールエトキシレート類、エトキシ化アルコール類、エトキシ化アルキルフェノール類、エトキシ化アミン類およびアミド類、エトキシ化脂肪酸、エトキシ化脂肪酸エステルおよびオイル、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、グリセロールエステル、グリコールエステル、ソルビタンエステル、イミダゾリン誘導体、レシチンおよび誘導体、リグニンおよび誘導体、モノグリセリドおよび誘導体、オレフィンスルホン酸エステル、リン酸エステルおよび誘導体、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸またはアルコール類またはアルキルフェノール類、ソルビタン誘導体、ショ糖エステルおよび誘導体、硫酸エステルまたはアルコール類またはエトキシル化アルコール類または脂肪酸エステル類、ドデシルベンゼン類およびトリデシルベンゼン類または縮合ナフタレンまたは石油のスルホン酸エステル、スルホコハク酸エステルおよび誘導体、トリデシルベンゼンおよびドデシルベンゼンスルホン酸を含む。乳化剤および／または界面活性剤は、一種類以上のポリアルキレングリコール類、グリセロールまたはソルビタンと、約１２個から約２２個の炭素原子を含む脂肪酸との一種類以上の部分エステル、またはそれらの混合物を含んでもよい。乳化剤および／または界面活性剤は、レシチンなどの薬学上許容される材料を含んでもよい。本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中のこれらの乳化剤および／または界面活性剤の濃度は、多相混合物の最大約２０重量％、一実施態様では約０．０１から約５重量％の範囲、一実施態様では約０．０１から約２重量％の範囲にあるとよい。一実施態様では、この濃度は、最大約２重量％、一実施態様では最大約１重量％、一実施態様では最大約０．５重量％であるとよい。
【００９３】
一実施態様では、第一の流体流は液体流を含み、第二の流体流は空気を含む。
【００９４】
一実施態様では、第一の流体流は液体廃棄流を含み、第二の流体流は空気を含む。
【００９５】
一実施態様では、第一の流体流は有害液体廃棄流を含み、第二の流体流は空気を含む。
【００９６】
一実施態様では、第一の流体流はサラダドレッシングまたはマスタードを含み、第二の流体流は窒素を含む。
【００９７】
一実施態様では、第一の流体流は液体飲料またはビールを含み、第二の流体流は二酸化炭素を含む。
【００９８】
一実施態様では、第一の流体流は紙の製造に用いられる漂白パルプを含み、第二の流体流は塩素を含む。
【００９９】
一実施態様では、第一の流体流は水の中の石炭の分散を含み、第二の流体流は空気を含む。
【０１００】
一実施態様では、第一の流体流は随伴水を含むモーター油を含み、第二の流体流は窒素を含む。
【０１０１】
一実施態様では、第一の流体流は培養反応用の細胞を含み、第二の流体流は酸素または空気を含む。
【０１０２】
一実施態様では、第一の流体流は液体反応媒質を含み、第二の流体流は空気または酸素を含む。
【０１０３】
一実施態様では、第一の流体流は水素化反応を実行するための反応媒質を含み、第二の流体流は水素を含む。
【０１０４】
一実施態様では、第一の流体流はオイルと水との混合物を含み、第二の流体流は空気または天然ガスを含む。
【０１０５】
一実施態様では、第一の流体流は紙の製造に用いられる漂白パルプを含み、第二の流体流は酸素を含む。
【０１０６】
一実施態様では、第一の流体流は食用油、ワインまたはジュースを含み、第二の流体流は窒素を含む。
【０１０７】
一実施態様では、第一の流体流は魚の養殖に用いられる水を含み、第二の流体流は酸素を含む。
【０１０８】
一実施態様では、第一の流体流は水を含み、第二の流体流はオゾンを含む。
【０１０９】
一実施態様では、第一の流体流は廃液流またはプロセス流を含み、第二の流体流は二酸化炭素またはアンモニアを含む。
【０１１０】
一実施態様では、第一の流体流は空気を含み、第二の流体流は水蒸気を含む。
【０１１１】
一実施態様では、第一の流体流は揮発性有機化合物を含む廃液流またはプロセス流を含み、第二の流体流は空気を含む。
【０１１２】
一実施態様では、第一の流体流は気体または液体を含み、第二の流体流はマイクロボディ形成材料を含む。
【０１１３】
一実施態様では、第一の流体流は水系組成物を含み、第二の流体流は水素および／または酸素を含む。これは、過酸化水素生成のための直接組み合わせのために用いてもよい。
【０１１４】
一実施態様では、第一の流体流は２‐アルキルアントラキノンを含み、第二の流は水素を含む。これは、過酸化水素の生成に用いてもよい。
【０１１５】
第一の流体流材料は、本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中に、約０．１から約８０重量％、一実施態様では約１から約５０重量％、一実施態様では約１から約２０重量％の範囲の濃度で存在するとよい。第二の流体流材料は、本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中に、約１から約９５重量％、一実施態様では約１０から約５０重量％、一実施態様では約１０から約２５重量％の範囲の濃度で存在するとよい。第三の流体流材料は、本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中に、最大約０．０１％から約５０重量％、一実施態様では約１から約１５重量％、一実施態様では約０．１から約１重量％の範囲の濃度で存在するとよい。
【０１１６】
一実施態様では、第二の流体は第一の流体の中に溶解してもよい。これは、プロセスマイクロチャネルの中で起こってもよく、あるいは多相混合物がプロセスマイクロチャネルから出た後で起こってもよい。一実施態様では、第二の流体は、第一の流体と混合された後、最大約１０時間後の期間内に、一実施態様では最大約１時間の期間内に第一の流体の中に溶解するとよい。
【０１１７】
本発明の多相混合物は、一種類以上の固体粒子を含んでもよい。これらは、第一、第二および／または第三の液体と予め混合してもよい。固体粒子は、有機物、無機物またはそれらの組み合わせであってもよい。固体粒子は、触媒（例えば、ＣｅＯ２／ＢａＡｌ１２Ｏ１９、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３等などの燃焼触媒、重合触媒および類似物）、顔料（例えば、ＴｉＯ２、カーボンブラック、酸化鉄等）、充填材（例えば、雲母、シリカ、滑石、硫酸バリウム、ポリエチレン類、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン粉、メタクリル酸メチル粉末）等を含んでもよい。固体粒子は、ナノサイズの粒子を含んでもよい。固体粒子は、約０．００１から約１０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１ミクロンの範囲の平均粒子直径を有するとよい。多相混合物の中の固体粒子の濃度は、多相混合物の重量を基準として最大約７０重量％、一実施態様では約０．１から約３０重量％の範囲にあるとよい。
【０１１８】
一実施態様では、本発明のプロセスによって作られる多相混合物は、連続相の中に分散した不連続相を含む。不連続相は、最大約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１００ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１０ミクロン、一実施態様では約０．０１から約５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．２ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．１ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０８ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０５ミクロン、一実施態様では約０．０１から約０．０３ミクロンの範囲の体積基準平均寸法（例えば直径、高さ、幅、長さ）を有する泡またはマイクロボディを含むとよい。本発明のプロセスの一利点は、少なくとも一実施態様で、泡またはマイクロボディが比較的狭い平均直径（または高さ、幅または長さ）の分布を有することを特徴とする点である。
【０１１９】
「相対スパン」は、多くの場合「スパン」と呼ばれる。相対スパンは、体積分布から計算される無次元パラメータである。体積メジアン泡またはマイクロボディサイズ（ＶＭＤ）の場合と同じく、Ｄ［ｖ、０．１］およびＤ［ｖ，０．９］は、分散した泡またはマイクロボディの体積のそれぞれ１０％および９０％がそれより小さな直径の泡またはマイクロボディの中にある点を表す直径（または高さ、幅または長さ）である。スパンは、Ｄ［ｖ，０．９］からＤ［ｖ，０．１］を引いた後、ＶＭＤ（Ｄ［ｖ，０．５］）で除した商と定義してもよい。一実施態様では、本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中の泡またはマイクロボディのスパンは、約１．３から約５、一実施態様では約１．８から約２．５の範囲にあるとよい。一実施態様では、本発明のプロセスは、単一のプロセスマイクロチャネルの中で実行され、スパンは約１．３から約２．５の範囲にあるとよい。一実施態様では、本発明のプロセスは複数のプロセスマイクロチャネルを使用するスケールアップされた多相混合プロセスの中で実行され、スパンは約１．３から約５の範囲にあるとよい。
【０１２０】
一実施態様では、本発明のプロセスによって作られる多相混合物の中の泡またはマイクロボディの体積基準の平均直径（または高さ、幅または長さ）は、約０．１から約１００ミクロンの範囲にあるとよく、スパンは、約１から約２５の範囲にあるとよい。一実施態様では、体積基準の平均直径（または高さ、幅または長さ）は、約１から約１０ミクロンの範囲にあるとよく、スパンは、約１．８から約２．５の範囲にあるとよい。
【０１２１】
一実施態様では、気泡が形成され、気泡は最大約２５ミクロンの範囲の体積基準の平均直径と、約１．９から約２．５の範囲のスパンとを有する。
【０１２２】
一実施態様では、マイクロボディが形成され、マイクロボディは最大約５ミクロンの範囲の体積基準の平均直径（または高さ、幅または長さ）と、約１．８から約２．５の範囲のスパンとを有する。
【０１２３】
本発明のプロセスによって形成されるマイクロボディは、多数の用途を有する。これらは、密度を減らすキャストファイリング用のガラスミクロスフェア、流動床反応装置の中の選択化学種固定化用のガラスミクロスフェア、および類似物を含む。その他の例は、免疫試験および処理のために用いられるミクロスフェア重合体、ゲルまたはコロイド懸濁系発生を含む。マイクロボディ（例えばマイクロスフェア）は、第二のプロセスで処理して凝集体、触媒流動床または充填床、ドラッグデリバリシステム（例えば蛋白質酵素反応）、および最新の分離および流動床用途（例えば、磁気振動によって有利に分離または励起することができる被覆磁気担体）を含むいくつかの用途のためのカプセル化された固体を形成してもよい。
【０１２４】
少なくとも一つの実施態様では、本発明のプロセスの一利点は、プロセスが実験室用であろうと、パイロットプラント規模用であろうと、または実生産規模用であろうと、プロセスマイクロチャネル、第二の流体流チャネル、オプションとして、第三の流体流チャネル、および／または熱交換チャネルの間のギャップ距離が同じであってよいことである。その結果、マイクロチャネルミキサが実験室またはパイロットプラント規模で、または実生産規模のプラントユニットとして構築されても、本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルミキサによって製造される多相混合物の粒子サイズ分布は、実質的に同じにすることができる。
【０１２５】
液体制御素子（離散形）に対する速度ｕの方向のせん断力は、式  ＦＸ＝ｍｕ＊ｄｕ／ｄｙによって計算することができる。ここで、ｍｕは粘度、ｄｕ／ｄｙは開口区間に垂直な液体の流れの速度勾配である。しかし、液体の位置（制御素子によって表される）の場合と同じく、速度は、一般に、三つの成分を有し、せん断力も三つの成分を有する。表面近くおよび表面上のチャネルの流れの場合、一次元の仮定を置くことができ、ＦＸによって素子表面での液体の正味のせん断力を近似できる。ＦｌｕｅｎｔまたはＦＥＭＬＡＢなどの市販のソフトウェアパッケージを含む計算機流体力学を用いて、必要な輸送方程式を解き、その結果、表面せん断力を計算することができる。チャネル長さ方向の流れの方向に平行な表面せん断力を計算することができる。平行なチャネルの間のせん断力も、計算することができ、流れ分布効果を取り込んでそれぞれの平行なチャネル中への物質流束を詳細なチャネルおよびマニホルドの幾何形状の関数として決定する。例えば、「流体力学の基礎（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ）」、第３版、ビー・アール・マンソン（Ｂ．Ｒ．Ｍｕｎｓｏｎ）、ディー・エフ・ヤング（Ｄ．Ｆ．Ｙｏｕｎｇ）およびティー・エイチ・オキイシ（Ｔ．Ｈ．Ｏｋｉｉｓｈｉ）、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ）、ヴァインハイム（Ｗｅｉｎｈｅｉｍ）、１９９８年、にさらに詳しい計算方法がある。
【０１２６】
一実施態様では、単一のプロセスマイクロチャネルを使用するプロセスのせん断力偏差因子（ＳＦＤＦ）は、複数のプロセスマイクロチャネルを含むスケールアップされたプロセスのＳＦＤＦの約５０％の範囲内にすることができる。ＳＦＤＦは、式
ＳＦＤＦ＝（Ｆｍａｘ−Ｆｍｉｎ）／（２Ｆｍｅａｎ）
を用いて計算することができる。ここで、Ｆｍａｘは、特定の液体に対するプロセスマイクロチャネルの中の最大せん断力、Ｆｍｉｎは同じ液体に対するプロセスマイクロチャネルの中の最小せん断力、Ｆｍｅａｎはプロセスマイクロチャネル内の開口区間（２４０、２４０ａ、３１１、３２１、３３１、３４１、４１５、４２５、４３５、４４５、５５０、５６０、５７０、５８０）の表面における同じ液体に対する算術平均せん断力である。本発明のプロセスによって動作する単一のプロセスマイクロチャネル内では、ＳＦＤＦは約２より小さく、一実施態様では約１より小さく、一実施態様では約０．５より小さく、一実施態様では約０．２より小さいとよい。
【０１２７】
一実施態様では、本発明のプロセスは、複数のプロセスマイクロチャネルを使用しながら、比較的一様なせん断力を提供することができる。複数のプロセスマイクロチャネルの間のせん断力一様性を測定するためには、各チャネルの平均せん断力を計算し、比較する。Ｆｍａｘは平均チャネルせん断力の最大値であり、Ｆｍｉｎは平均せん断力の最小値である。Ｆｍｅａｎは、すべてのチャネルの平均せん断力の平均値である。ＳＦＤＦは、これらの値から計算することができる。複数のプロセスマイクロチャネルの間で、本発明のプロセスの少なくとも一つの実施態様では、ＳＦＤＦは約２より小さく、一実施態様では約１より小さく、一実施態様では約０．５より小さく、一実施態様では約０．２より小さくすることができる。
【０１２８】
熱交換流体は、任意の流体を含んでもよい。これらは、空気、蒸気、液体の水、気体窒素、液体窒素、不活性気体を含むその他の気体、一酸化炭素、二酸化炭素、融解塩、鉱油などのオイル、気体炭化水素、液化炭化水素およびダウ‐ユニオンカーバイド（Ｄｏｗ−Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）から入手できるダウサームＡ（Ｄｏｗｔｈｅｒｍ  Ａ）およびサーミノール（Ｔｈｅｒｍｉｎｏｌ）などの熱交換流体を含む。
【０１２９】
熱交換流体は、多相混合物を作るのに用いられる第一、第二および／または第三の流体を含んでもよい。これによって、プロセス予備加熱または予備冷却を提供し、プロセスの総合的な熱効率を高くすることができる。
【０１３０】
一実施態様では、熱交換チャネルは、吸熱または発熱プロセスが実行されるプロセスチャネルを含む。これらの熱交換プロセスチャネルは、マイクロチャネルであってもよい。熱交換チャネル中で実行することができる吸熱プロセスの例は、水蒸気改質および脱水素反応を含む。一実施態様では、吸熱源の増強を提供する同時吸熱反応の組み込みによって、通常、対流冷却熱流束よりほぼ一桁大きな熱流束が可能になる。熱交換チャネルの中で実行することができる発熱プロセスの例は、水性ガスシフト反応、メタノール合成反応およびアンモニア合成反応を含む。
【０１３１】
一実施態様では、熱交換流体は熱交換チャネルの中で相変化を行う。この相変化によって、対流加熱または冷却によって供給される熱の他に、プロセスマイクロチャネルまたは液体チャネルからの追加の加熱または除熱が提供される。蒸発する液体熱交換流体の場合、プロセスマイクロチャネルから移動するこの追加の熱は、その熱交換流体が必要とする蒸発潜熱から生じさせることが可能である。そのような相変化の例は、核沸騰するオイルまたは水である。一実施態様では、相変化流体の沸騰の蒸気質量分率品質は、最大約１００％、一実施態様では最大約７５％、一実施態様では最大約５０％にすることができる。
【０１３２】
相変化または化学反応による伝熱促進の使用は、多相混合物発生がプロセスチャネルの中の化学反応と協同して起ると、さらに有利なものにすることができる。一実施態様では、例えば、多相混合物は、重合反応用の反応性モノマーまたはその他の追加の熱交換を必要とするものであってもよい。
【０１３３】
マイクロチャネルミキサの中の対流加熱または冷却の熱流束は、マイクロチャネルミキサの中のプロセスマイクロチャネルの表面積の平方センチメートルあたり約０．０１から約１２５ワット（Ｗ／ｃｍ２）、一実施態様では約０．１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２の範囲にあるとよい。加熱または冷却用の相の熱流束は、約１から約２５０Ｗ／ｃｍ２の範囲、一実施態様では約１から約１００Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約５０Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約２５Ｗ／ｃｍ２、一実施態様では約１から約１０Ｗ／ｃｍ２であるとよい。
【０１３４】
熱交換チャネルを用いて、本発明のプロセスを用いる多相混合物の作製時に無菌状態を提供することができる。バッチミキサと異なって、本発明のプロセスは環境に対して閉じたものにすることができ、環境から切り離すために不活性気体で覆う必要がない。熱交換チャネルは、プロセスマイクロチャネルまたは液体チャネルに隣接するので、比較的短い熱輸送および拡散距離を提供して、マイクロチャネルミキサの中の液体を迅速に加熱および冷却して温度勾配を小さくすることができる。その結果、本発明のプロセスを用いると、長時間の加熱に適さないか、または大きな温度勾配の下では劣化する可能性のある多相混合物を調製することができる。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルの中の同じ軸位置のプロセスマイクロチャネル壁とプロセスマイクロチャネルの内のバルクの流れとの間の温度勾配を、約５℃より小さく、一実施態様では約２℃より小さく、一実施態様では約１℃より小さくすることができる。
【０１３５】
制御された加熱および／または冷却を有するプロセスマイクロチャネルおよび／または第二または第三の流体流チャネルに密着する熱交換チャネルは、複数のプロセスマイクロチャネルの間に一様な温度プロフィルを提供することができる。これによって、混合タンクなどの従来の処理設備を用いて得ることができるよりも速い速度での一様な加熱および冷却が可能になる。多重チャネルマイクロチャネルミキサの中で、プロセス流れの長さに沿って少なくともいくつかの軸位置で、プロセスマイクロチャネルの間の温度差を約５℃より小さく、一実施態様では約２℃より小さく、一実施態様では約１℃より小さくすることができる。
【０１３６】
プロセスマイクロチャネルおよび／または第二または第三の流体流液体チャネルのどちらかに隣接する熱交換チャネルは、そのようなチャネルの長さに沿った温度区域を使用することができる。一実施態様では、プロセスマイクロチャネルへの入口に近い第一の区域の中の温度は、プロセスマイクロチャネルの終わりに近い第二の区域の中の第二の温度より高い温度に維持される。プロセスマイクロチャネルの中に冷却またはクエンチ区域を組み込んで多相混合物を急速に冷却し、安定化させてもよい。原料およびまたは多相混合物生成物を加熱および／または冷却するプロセスマイクロチャネルの中の混合区域の前および／または後ろの両方の区間の可能性を含めて、プロセスマイクロチャネルの長さに沿って最適な熱プロフィルを可能にする熱プロフィルの多数の組み合わせが可能である。
【０１３７】
プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）を通る流体の流速は、約０．０１から約５０ｌｐｍ、一実施態様では約０．０１から約１０ｌｐｍの範囲にあるとよい。プロセスマイクロチャネルを通って流れる流体の速度は、約０．１から約１００ｍ／ｓ、一実施態様では約０．１から約１０ｍ／ｓの範囲にあるとよい。プロセスマイクロチャネルを通って流れる流体のレイノルズ数は、約２５から約１０，０００、一実施態様では約２５０から約５０００の範囲にあるとよい。プロセスマイクロチャネルに入る流体の温度は、約１０℃から約５５０℃、一実施態様では約２５℃から約４００℃の範囲にあるとよい。プロセスマイクロチャネル内の絶対圧力は、約１から約２０気圧、一実施態様では約１から約５気圧の範囲にあるとよい。
【０１３８】
第二の流体流チャネル（２７０、２７０ａ、３５０、３６０、４２０、４３０、５３０、５４０）を通る第二の流体流および第三の流体流チャネル（４４０、４５０）を通る第三の流体流の流速は、約０．０１から約１０ｍｌ／ｓ、一実施態様では約０．１から約２ｍｌ／ｓの範囲にあるとよい。第二の流体流および第三の流体流の速度は、約０．１から約１００ｍ／ｓ、一実施態様では約０．１ｍ／ｓから約１０ｍ／ｓの範囲にあるとよい。第二の流体流および第三の流体流のレイノルズ数は、約５０から約５０００、一実施態様では約５０から約５００の範囲にあるとよい。第二の流体流チャネルに入る第二の流体流および第三の流体流チャネルに入る第三の流体流の温度は、約−１０℃から約６５０℃、一実施態様では約２５℃から約４５０℃の範囲にあるとよい。第二の流体流チャネルおよび第三の流体流チャネル内の絶対圧力は、約１から約２５気圧、一実施態様では約１から約５気圧の範囲にあるとよい。開口（２４４、２４４ａ、３１３、３２３、３３３、３４３、４１６、４２６、４３６、４４６）を通って流れる流体の圧力降下は、約０．００５から約０．５気圧、一実施態様では約０．０５から約０．１気圧の範囲にあるとよい。
【０１３９】
本発明のプロセスによる気泡またはマイクロボディの形成の概略が図２１に示される。図２１を参照すると、気泡またはマイクロボディ６５０は、マイクロチャネル６５４の中の開口６５２から出現し、第一の流体流６５６の中に分散する。気泡またはマイクロボディは、開口６５２内の気体またはマイクロボディ形成材料基部６５８に付着している間、例えば、開口のサイズの約１０倍以上にサイズが成長してもよい。最終的には、気体またはマイクロボディ形成材料基部６５８の基部のせん断力によって泡またはマイクロボディは開口から分離され、泡またはマイクロボディは第一の流体流６５６の中に分散する。一実施態様では、比較的高い開口区間の圧力降下、または対応して、第二の流体流チャネルを通る高い第二の流体流の流速は、第一の流体流の中の第二の流体流の分散を実現するのに必要ないこともある。圧力降下が低いこと、または流速が低いことによって、開口区間を通って流れる第二の流体流のより慣性が低くなり、泡またはマイクロボディが開口から分離する前の泡またはマイクロボディ成長を減らすことがあるので、より小さな泡またはマイクロボディを生じさせることがある。
【０１４０】
プロセスマイクロチャネル（２１０、２１０ａ、３１０、３２０、３３０、３４０、４１０、５２０）から出る多相混合物は、約１０℃から約６００℃、一実施態様では約２５℃から約４５０℃の範囲の温度にあるとよい。
【０１４１】
熱交換チャネル（２９０、３７０、３８０、５９０）に入る熱交換流体は、約−４０℃から約３００℃、一実施態様では約２５℃から約１００℃の範囲の温度であるとよい。伝熱チャネルから出る熱交換流体は、約−３０℃から約５５０℃、一実施態様では約３０℃から約２００℃の範囲の温度を有するとよい。熱交換流体の圧力降下は、熱交換チャネルを通って流れるとき、約０．００５から約５気圧、一実施態様では約０．０５から約１気圧の範囲にあるとよい。熱交換チャネルを通って流れる熱交換流体流のレイノルズ数は、最大約１０，０００、一実施態様では最大約５０００、一実施態様では約１００から約５０００の範囲、一実施態様では約５００から約２０００の範囲にあるとよい。
【０１４２】
流体流は、マイクロチャネルミキサの中でまたはマイクロチャネルミキサに入る前にマイクロチャネルヒータまたはヒートパイプを含む任意の種類の伝熱デバイスを用いて予熱してもよい。一実施態様では、第一の流体流は、混合区域の上流のプロセスマイクロチャネルの非開口領域の中で予熱してもよい。マイクロチャネルミキサの中で作り出される多相混合物は、マイクロチャネルミキサの中で、またはマイクロチャネルミキサから出た後で、マイクロチャネル熱交換器を含む任意の種類の熱交換デバイスを用いて冷却してもよい。一実施態様では、多相混合物を安定化するために、または安定なままにしておくために、多相混合物をクエンチしてもよい。一実施態様では、多相混合物は、混合区域の下流のプロセスマイクロチャネルの非開口領域の中でクエンチしてもよい。一実施態様では、多相混合物は、室温に冷却してもよく、または約０．０１から約１００秒、一実施態様では約０．０１から約１０秒の範囲の時間内にクエンチしてもよい。
【０１４３】
本発明のプロセスを用いて、毎分少なくとも約０．０１リットル、一実施態様では毎分少なくとも約１リットルの速度で多相混合物を作ることができる。一実施態様では、本プロセスを用いて毎秒少なくとも約１０リットルの速度で多相混合物を作ることができる。
【０１４４】
一実施態様では、プロセスマイクロチャネルの中で、光学的または熱光学的特性を調節してもよい。これらの光学的または熱光学的特性を測定および／または調節するための技法の例は、平均液滴サイズおよびスパンを含む多相混合物品質管理および分析のためのインラインＬＳＤ（レーザ散乱回折）検出、製品粘度および固体含量を評価するための粘度計、気泡またはマイクロスフェアサイズ測定のための写真を用いる光学測定、多相混合物の性質を調節することによる干渉計法を含むホログラフィー画像化および類似の方法を含む。
【実施例１】
【０１４５】
長方形の断面と、０．０４０×１．２５×３インチ（１．０２×３１．７５×７６．２ｍｍ）の内部寸法を有するアクリルのプロセスマイクロチャネルを含む多相混合装置が構築される。プロセスマイクロチャネルは、その側壁の一つの中に開口区間を有する。開口区間は、０．１ミクロンの名目開口または細孔サイズと、０．０１０×１×１．５インチ（０．２５４×２５．４×３８．１ｍｍ）の寸法とを有する。開口区間は、ステンレス鋼３１６Ｌで構築され、コネチカット州ファーミントン（Ｆａｒｍｉｎｇｔｏｎ，ＣＴ）のモット社（Ｍｏｔｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によってカタログ番号１１１０‐１２‐１２‐０１８‐０１‐Ａで供給される。開口区間は、開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルの中に入る気体の流れを可能にするために、気体分配プレナムおよび配管に接続される。プロセスマイクロチャネルは、プロセスマイクロチャネルを通る液体の流れを可能にするために、配管に接続される。気体は、開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルに流入し、プロセスマイクロチャネルを通って流れる液体と接触する。気体が開口区間の開口を通って流れるにつれ、プロセスマイクロチャネルの中で泡が形成される。プロセスは、空気を気体として、脱イオン水を液体として用いて実行される。空気の流速は毎分２から２０標準立方センチメートル（ＳＣＣＭ）との間で変化し、水の流速は毎分１０から８０ミリリットル（ｍｌ／分）との間で変化する。５から１５ミクロンの範囲にある直径を有する泡が形成される。
【実施例２】
【０１４６】
２ＳＣＣＭの気体流速と６０ｍｌ／分の液体流速とを用いて、実施例１に記載されたプロセスが実行される。
【実施例３】
【０１４７】
水素を気体として、１‐ヘキセンを液体として用いて、実施例１に記載されたプロセスが実行される。
【実施例４】
【０１４８】
高速度の気体（１ＳＬＰＭより大きな流速）と液体（毎分０．１リットルより大きな流速）とが、プロセスマイクロチャネルの入口近くで混合されてから、表面構成要素領域を通って流れる。表面構成要素領域は、壁の片側の上に０．０１インチの深さと４５度の角度を有する構成要素を有する。表面構成要素内のバルク流路は、０．００６５インチである。平均直径が２５ミクロンより小さな一様な泡を有する発泡体が作り出される。流れの長さは１．５インチであり、チャネルの幅またはスパンは０．５インチである。プロセスマイクロチャネルは、室温および周囲圧力近くである。表面構成要素領域の上および全体に非常に小さな泡が観測される。
【実施例５】
【０１４９】
チャネルの中の層流から、チャネルの中の強い混合流れへの変化を誘起するマイクロチャネルの二つの側面への表面構成要素の追加を、ＦｌｕｅｎｔＴＭを用いる計算機流体力学（ＣＦＤ）シミュレーションによって検討する。シミュレーションのために、流体の性質は一定と仮定し、密度５．０６７ｋｇ／ｍ３、粘度３．６２ｅ−５ｋｇ／ｍ‐秒とした。境界条件として１２．１３ｍ／秒の一様な入口速度と、すべての壁で滑り流がないとした。３１５，１７４セルのグリッドサイズが用いられる。
【０１５０】
仮定された幾何構造は、４．０６ｍｍの幅、０．３１８ｍｍの高さおよび６３．５ｍｍの長さを有する連続チャネルの長方形の断面である。入口の０から３．５ｍｍ下流の区間と、出口の０から５．０ｍｍ上流の区間とは、混合用表面構成要素を含まない（簡単な長方形マイクロチャネル）。混合用表面構成要素（または溝）は、二つの対向する壁の中に切り込まれ、各構成要素は断面がほぼ長方形である。マイクロチャネルの中間区間（入口の３．５ｍｍから５８．５ｍｍ下流）は、混合用表面構成要素を含む。表面構成要素は、図２７および２８に示されるように、平均バルク層流の方向から６３°の角度でチャネル壁の一つに対角線状にまたがる。各表面構成要素は、深さ約０．２５ｍｍ、幅０．４８ｍｍ、長さ９ｍｍである。表面構成要素は、互いに平行に配置され、構成要素の間の間隔は０．４８ｍｍである。反対側の壁の上の表面構成要素は、第一の壁の上の表面構成要素と同じであり、チャネル中心線の周りに１８０°回転している（チャネル幾何構造は、入口面の中心点から出口面の中心点に延在する流れの軸の周りに対称である）。
【０１５１】
図２７は、ＣＦＤによってシミュレーションされた表面構成要素の幾何構造の平面図を示す。上部壁と下部壁との両方の混合用構成要素が重ね合わされている。図２８は、ＣＦＤによってシミュレーションされた、混合用構成要素を有するマイクロチャネルの等角投影図であり、チャネルに入る流れの方向を示す。図２９は、入口面の水平中心線（矢印の間に引かれている）に沿って開始される一般的な流れの経路線を示し、入口面から流れの軸を下に見ている。古典的な層流では、経路線は、入口面と出口面との間の直線を流れる（図２９に示される図では、古典的な層流の経路線は、矢印の間の中心線から逸脱しないと考えられる）。図３０で、入口面の水平中央線に沿って開始される流れの同じ経路線の側面図が示される（矢印は、流れの方向を示す）。図３０で、中心線からの流れ経路線の広がりと、表面構成要素の中の渦巻き運動とが、層流と比較すると改善された混合と、減少した熱および物質輸送抵抗を示す。図３１は、入口面の垂直中央線（矢印の間に引かれている）に沿って開始される流れの経路線を示し、入口面から流れの軸を下に見ている。図３１で、流れの渦巻き運動が、古典的な層流と比較すると改善された混合と、減少した熱および質量輸送抵抗を示唆する。
【０１５２】
ＣＦＤシミュレーションの結果によると、マイクロチャネルの中の層流と異なり、混合用表面構成要素は、連続チャネルの中の流れの経路線をねじれさせ、渦巻かせ、層流の場合に予想されるより速く壁に向かって押し広げる。計算された圧力降下は、５．２ｋＰａである。
【０１５３】
表面構成要素を含むマイクロチャネルに気体または第二の流体流を加えると、流れのパターンが作り出され、それによって、多相混合物は層流に近づき、泡は小さくなり、良く分散すると予測される。小さな泡とは、マイクロチャネルギャップの２５％より小さいと定義してもよい。
【０１５４】
特定の実施態様と関連させて本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、これらの実施態様のさまざまな変更形は当業者にとって自明であると理解される。従って、本明細書に開示される本発明は、添付の請求項の範囲に属するものとしてそのような変更形を包含するものと理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明のプロセスで有用なものとすることができるマイクロチャネルの概略図である。
【図２】多相混合物を形成させるためにマイクロチャネルミキサが用いられる、特定の形の本発明のプロセスの例が示されるフローシートである。
【図３】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。第一の流体流がプロセスマイクロチャネルを通って流れ、隣接する第二の流体流チャネルからプロセスマイクロチャネルの中の開口区間を通ってプロセスマイクロチャネルの中に流入する第二の流体流と混合される。
【図４】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図５】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図６】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図７】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図８】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図９】本発明のプロセスで用いられる多相混合物形成ユニットの例が示されるフローシートである。
【図１０】二重多相混合物の概略図である。
【図１１】本発明のプロセスに従って用いることができるマイクロチャネル空気吹き込みユニットの概略図である。
【図１２】図１１に例を示した空気吹き込みユニットの中で用いることができるマイクロチャネル多相混合物形成ユニットの概略図である。
【図１３】多孔質ステンレス鋼基板の熱処理される前のＳＥＭ画像である。
【図１４】図８に示した基板の熱処理された後のＳＥＭ画像である。
【図１５】本発明のプロセスで有用な専用の多孔質基板のＳＥＭ画像である。
【図１６】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間を作る際に有用な開口シートの平面図である。
【図１７】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間を作る際に有用な開口シートまたはプレートの平面図である。
【図１８】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間を作る際に有用な、比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄い開口シートの例示である。
【図１９】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間を作る際に有用な、比較的厚い開口シートまたはプレートの上にある比較的薄い開口シートの例が示される。
【図２０】本発明のプロセスで用いられるプロセスマイクロチャネルの開口区間の中で用いることができる開口の代替実施態様の例が示される。開口は、部分的に開口を満たし、開口の側壁の上にあるコーティングを有する。
【図２１】本発明のプロセスの動作の間の気泡またはマイクロボディの形成を示す概略図である。
【図２２】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中に設けることができる表面構成要素の概略図である。
【図２３】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中に設けることができる表面構成要素の概略図である。
【図２４】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中に設けることができる表面構成要素の概略図である。
【図２５】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中に設けることができる表面構成要素の概略図である。
【図２６】本発明のプロセスで用いられるマイクロチャネルの中に設けることができる表面構成要素の概略図である。
【図２７】実施例５で説明される計算機流体力学（ＣＦＤ）によってシミュレーションされた表面構成要素の幾何構造の平面図である。上部および下部壁の上の表面構成要素が見える。
【図２８】実施例５で説明されるＣＦＤによってシミュレーションされた表面構成要素を有するマイクロチャネルの等角投影図である。
【図２９】入口面の水平中心線（矢印の間に引かれる）に沿って開始されるマイクロチャネルの中の流れの経路線の例が示される。実施例５で説明されるように、入口面から流れの軸を下に見ている。
【図３０】入口面の水平中心線に沿って開始されるマイクロチャネルの中の流れの経路線（矢印は流れの方向を示す）を示す。実施例５で説明されるように、側面から見ている。
【図３１】入口面の垂直中心線（矢印の間に引かれる）に沿って開始されるマイクロチャネルの中の流れの経路線を示す。実施例５で説明されるように、入口面から流れの軸を下に見ている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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