Sistema de microrreactor.

Un conjunto de sistema de microrreactor, que comprende una pila de:

al menos n módulos 5 de proceso (1-6), en donde n es un número entero igual o superior a 2, estando fabricado cada uno de los módulos de proceso (1-6) de un primer material rígido y comprendiendo al menos un conducto para fluido reactivo (1A, 1B, 2A, 3A, 6A) que atraviesa dicho módulo de proceso (1-6) entre al menos una boca de entrada de fluido reactivo (1C, 1D, 2C, 2D, 3C, 6C) y al menos una boca de salida de fluido reactivo (1E, 1F, 2E, 3D, 6D) para alojar y guiar un fluido reactivo, en donde dichos al menos dos módulos de proceso (1-6) están conectados en serie;

y al menos n+1 módulos de intercambio de calor (7, 8), estando fabricado cada uno de dichos módulos de intercambio de calor (7, 8) de un segundo material dúctil diferente a dicho primer material y comprendiendo al menos un conducto para fluido de intercambio de calor (7A, 8A) que atraviesa el interior de dicho módulo de intercambio de calor (7, 8) entre al menos una boca de entrada de fluido de intercambio de calor (7B, 8B) y al menos una boca de salida de fluido de intercambio de calor (7C, 8C) para alojar y guiar un fluido de intercambio de calor, en donde dichos al menos n+1 módulos de intercambio de calor (7, 8) están conectados en serie, en donde cada módulo de proceso (1-6) está emparedado entre dos módulos de intercambio de calor (7, 8) adyacentes.

Sistema de microrreactor

La presente invenciïn se refiere a un conjunto de sistema de microrreactor que comprende al menos n mïdulos de proceso y al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor, en el cual cada mïdulo de proceso estï emparedado entre dos mïdulos de intercambio de calor adyacentes y en el cual n es un nïmero entero igual o superior a 2.

Los microrreactores son dispositivos de reacciïn que se proporcionan para hacer reaccionar uno o mïs reactantes (lo que normalmente incluye mezclar dos o mïs reactantes) , y en cierto grado para controlar la reacciïn de dichos reactantes mediante el calentamiento o refrigeraciïn o amortiguaciïn tïrmica de dichos reactantes antes, durante y/o despuïs del mezclado. Tales microrreactores para efectuar reacciones quïmicas dentro de ïreas pequeïas son conocidos, por ejemplo, por los documentos EP-A-0688242, EP-A-1031375, WO-A-2004/045761 y US-A2004/0109798.

Las reacciones quïmicas a efectuar en microrreactores pueden distinguirse bïsicamente entre las denominadas reacciones de tipo A y reacciones de tipo B.

El tipo A, por ejemplo las reacciones orgïnicas de metales son reacciones quïmicas muy rïpidas y se producen directamente al mezclar los reactantes dentro de la cïmara de mezcla, normalmente en el intervalo de 1 segundo. Pueden denominarse reacciones controladas por el proceso de mezclado. Para permitir que todos los reactantes reaccionen completamente y evitar los subproductos, tales reacciones de tipo A requieren un mezclado rïpido y efectivo de los fluidos de proceso, asï como un control tïrmico efectivo. Tales reacciones de tipo A normalmente requieren un periodo temporal post-reacciïn nulo o corto y por lo tanto pueden llevarse a cabo correctamente en microrreactores con un volumen de estancia o volumen post-reacciïn pequeïo. El tiempo de estancia para tales reacciones normalmente estï en un intervalo inferior a 20 segundos.

Por el contrario, las reacciones de tipo B, como por ejemplo las reacciones Wittig o aceto acilaciïn de una amina aromïtica con dicetena, son reacciones rïpidas a lentas con tiempos de reacciïn normales en el intervalo de 1 segundo a 10 minutos. Se ejecutan mediante control de la concentraciïn o control cinïtico. Para permitir que todos los reactantes reaccionen completamente y evitar los subproductos, tales reacciones de tipo B no requieren un mezclado muy rïpido de los reactantes, sino unas condiciones de reacciïn controlables durante todo el tiempo de reacciïn. Por lo tanto, el volumen de estancia y el volumen post-reacciïn deben dimensionarse de tal modo que el fluido de proceso permanezca dentro del microrreactor durante un largo periodo de tiempo en condiciones que puedan controlarse fïcil y precisamente. Sin embargo, hasta la fecha la realizaciïn de tales tiempos de estancia largos con microrreactores convencionales resulta difïcil debido a los pequeïos tamaïos y a la costosa microestructuraciïn. Asï, los microrreactores convencionales se utilizan sobre todo para las reacciones de tipo A.

El documento US 6.369.893 B1 da a conocer un sistema multicanal de detecciïn ïptica para controlar tïrmicamente e interrogar ïpticamente una mezcla de reacciïn, y que incluye un recipiente con una cïmara para contener la mezcla, un mïdulo de intercambio de calor que tiene un par de placas tïrmicas opuestas para recibir el recipiente entre las mismas y para calentar y/o refrigerar la mezcla contenida en el recipiente.

El documento US 2003/0159530 A1 da a conocer una disposiciïn para la comprobaciïn en paralelo de caracterïsticas de rendimiento de materiales que comprenden una pluralidad de bloques de construcciïn de una biblioteca de materiales, en la cual la disposiciïn tiene un bloque que contiene al menos un mïdulo de reacciïn y al menos dos mïdulos de calentamiento/refrigeraciïn.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invenciïn proporcionar un conjunto de sistema de microrreactor mejorado, adecuado para asegurar unos tiempos de estancia deseados durante los cuales sea posible el control de la temperatura.

Este objetivo se consigue mediante un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con la reivindicaciïn 1, que comprende una pila de:

al menos n mïdulos de proceso (1-6) , en donde n es un entero igual o superior a 2, estando fabricado cada uno de los mïdulos de proceso (1-6) de un primer material rïgido y comprendiendo al menos un canal para fluido reactivo (1A, 1B, 2A, 3A, 6A) que atraviesa el interior de dicho mïdulo de proceso (1-6) entre al menos una boca de entrada de fluido reactivo (1C, 1D, 2C, 2D, 3C, 6C) y al menos una boca de salida de fluido reactivo (1E, 1F, 2E, 3D, 6D) , para alojar y guiar un fluido reactivo, en el cual dichos al menos dos mïdulos de proceso (1-6) estïn conectados funcionalmente en serie; y al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) que estïn fabricados de un segundo material dïctil diferente a dicho primer material y que comprenden al menos un canal para fluido de intercambio de calor (7A, 8A) que atraviesa el interior de dichos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) entre al menos una boca de entrada de fluido de intercambio de calor (7B, 8B) y al menos una boca de salida de fluido de intercambio de calor (7C, 8C) , para alojar y guiar un fluido de intercambio de calor, en el cual dichos al menos n+1 mïdulos de

intercambio de calor (7, 8) estïn conectados funcionalmente en serie, en el cual cada mïdulo de proceso (1-6) estï emparedado entre dos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) adyacentes.

Los al menos n mïdulos de proceso y los al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor forman cada uno un mïdulo independiente que define al menos un conducto de fluido, es decir un conducto de fluido reactivo o un conducto de fluido de intercambio de calor, que se extiende completamente dentro del interior del mïdulo entre la al menos una boca de entrada y la al menos una boca de salida.

Al proporcionar mïdulos de proceso y mïdulos de intercambio de calor fabricados con diferentes materiales, es posible seleccionar los siguientes primer y segundo materiales para los mïdulos de proceso y los mïdulos de intercambio de calor, respectivamente:

Para los mïdulos de proceso, puede seleccionarse un primer material que sea ïptimo para las reacciones de los reactantes, en particular resistente a la corrosiïn y/o la presiïn y preferiblemente se selecciona del grupo que incluye acero inoxidable, hastelloy, tungsteno, tïntalo, titanio, cerïmica, silicona, grafito y/o una combinaciïn adecuada de uno o mïs de dichos primeros materiales.

Para los mïdulos de intercambio de calor, puede seleccionarse un segundo material dïctil que sea ïptimo para la transferencia tïrmica y/o el sellado, en particular para la conducciïn tïrmica, y seleccionado preferiblemente del grupo que incluye aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre, plata y aleaciones de plata y/o una combinaciïn adecuada de uno o mïs de dichos segundos materiales.

Asï, al proporcionar un conjunto de sistema de microrreactor con mïdulos de proceso y de intercambio de calor separados, es posible optimizar cada uno de dichos mïdulos para su tarea especïfica, es decir efectuar la reacciïn quïmica o controlar la temperatura del proceso.

Ventajosamente, proporcionar mïdulos separados para el proceso de reacciïn quïmica y el control de temperatura permite estandarizar respectivamente los componentes del conjunto de sistema de microrreactor. Asï, es posible proporcionar diferentes conjuntos de sistema de microrreactor para diferentes reacciones con diferentes tiempos de estancia, diferentes volïmenes de fluido, diferentes cantidades de calor a transferir, y similares. Por ejemplo, proporcionar mïdulos de intercambio de calor con mayores conductos para alojar fluido de intercambio de calor permite suministrar o eliminar mayores cantidades de calor en el mismo mïdulo de proceso.

Mientras que el primer material es mïs rïgido, el segundo material es mïs dïctil. Preferiblemente, el segundo material dïctil para los mïdulos de intercambio de calor se deforma por la presiïn reversiblemente, es decir elïsticamente, o residualmente, es decir plïsticamente. Prensar mïdulos de intercambio de calor sobre un mïdulo de proceso adyacente fabricado con el primer material mïs rïgido, tal como acero inoxidable o similar, deforma entonces ligeramente la superficie de contacto del mïdulo de intercambio de calor de tal modo que no se requiere un sellado adicional entre el mïdulo de proceso y el mïdulo de intercambio de calor.

En contraste con los microrreactores convencionales en los que el grosor de pared entre los fluidos de proceso y los fluidos de intercambio de calor se ha reducido lo... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto de sistema de microrreactor, que comprende una pila de:

al menos n mïdulos de proceso (1-6) , en donde n es un nïmero entero igual o superior a 2, estando fabricado cada uno de los mïdulos de proceso (1-6) de un primer material rïgido y comprendiendo al menos un conducto para fluido reactivo (1A, 1B, 2A, 3A, 6A) que atraviesa dicho mïdulo de proceso (1-6) entre al menos una boca de entrada de fluido reactivo (1C, 1D, 2C, 2D, 3C, 6C) y al menos una boca de salida de fluido reactivo (1E, 1F, 2E, 3D, 6D) para alojar y guiar un fluido reactivo, en donde dichos al menos dos mïdulos de proceso (1-6) estïn conectados en serie; y al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) , estando fabricado cada uno de dichos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) de un segundo material dïctil diferente a dicho primer material y comprendiendo al menos un conducto para fluido de intercambio de calor (7A, 8A) que atraviesa el interior de dicho mïdulo de intercambio de calor (7, 8) entre al menos una boca de entrada de fluido de intercambio de calor (7B, 8B) y al menos una boca de salida de fluido de intercambio de calor (7C, 8C) para alojar y guiar un fluido de intercambio de calor, en donde dichos al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) estïn conectados en serie, en donde cada mïdulo de proceso (1-6) estï emparedado entre dos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) adyacentes.

2. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con la reivindicaciïn 1, en el cual dicho primer material es resistente a la corrosiïn y a la presiïn y preferiblemente se selecciona del grupo que consiste en acero inoxidable, hastelloy, tungsteno, tïntalo, titanio, cerïmica, grafito y/o una combinaciïn adecuada de uno o mïs de dichos primeros materiales; y dicho segundo material es termoconductor, y preferiblemente se selecciona del grupo que consiste en aluminio, aleaciones de aluminio, cobre, aleaciones de cobre, plata y aleaciones de plata y/o una combinaciïn adecuada de uno o mïs de dichos segundos materiales.

3. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el cual dichos al menos n mïdulos de proceso (1-6) comprenden:

un mïdulo de mezclado (2) , cuyo al menos un conducto de fluido reactivo (2A) comprende una porciïn de mezclado (2G) para recibir y mezclar al menos dos fluidos reactivos; opcionalmente, un mïdulo de ajuste tïrmico (1) dispuesto corriente arriba de dicho mïdulo de mezclado (2) para ajustar una temperatura de dichos al menos dos fluidos reactivos antes de entrar en dicho mïdulo de mezclado (2) ; y opcionalmente, uno o mïs mïdulos de retenciïn (3-6) dispuestos corriente abajo del mïdulo de mezclado (2) para alojar la mezcla de fluidos reactivos.

4. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual dicho al menos un conducto para fluido reactivo (1A, 1B, 2A, 3A, 6A) es un conducto plano, que comprende partes curvas y/o rectas, para permitir un flujo del respectivo fluido reactivo a lo largo de una ruta tortuosa, teniendo dicho conducto plano preferiblemente una relaciïn anchura/altura en el intervalo de 1:4 a 1:50, mïs preferiblemente en el intervalo de 1:4 a 1:30, incluso mïs preferiblemente en el intervalo de 1:5 a 1:25.

5. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dichos al menos n mïdulos de proceso (1-6) estïn conectados externamente en serie.

6. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual dichos al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) comprenden:

un primer mïdulo de intercambio de calor (7) , cuya al menos una boca de entrada de fluido de intercambio de calor (7B) se comunica con un primer depïsito de fluido de intercambio de calor y cuya boca de salida de fluido de intercambio de calor (7C) se comunica con un mïdulo de intercambio de calor (8) posterior; un segundo mïdulo de intercambio de calor (8) , cuya al menos una boca de salida de fluido de intercambio de calor (8C) se comunica con un segundo depïsito de fluido de intercambio de calor y cuya boca de entrada de fluido de intercambio de calor (8B) se comunica con un mïdulo de intercambio de calor (7) precedente; y opcionalmente al menos un mïdulo de intercambio de calor adicional dispuesto entre dichos primer mïdulo de intercambio de calor (7) y segundo mïdulo de intercambio de calor (8) , y conectado en serie con el primer mïdulo de intercambio de calor (7) y el segundo mïdulo de intercambio de calor (8) , en donde la conexiïn en serie de los dos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) sucesivos se implementa internamente mediante al menos un conducto de conexiïn de fluido de intercambio de calor (1H, 2H, 3H, 6H) que pasa a travïs de un respectivo mïdulo de proceso, de los al menos n mïdulos de proceso (1-6) , emparedado por los dos mïdulos de intercambio de calor (7, 8) sucesivos.

7. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual dichos al menos n mïdulos de proceso (1-6) y/o dichos al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) comprende una primera placa (1M-8M) y una segunda placa (1N-8N) , unidas permanentemente entre sï, en donde cada uno de dichos respectivos conductos de fluido reactivo, conductos de fluido de intercambio de calor, bocas de

entrada de fluido reactivo y bocas de salida de fluido reactivo, y/o bocas de entrada de fluido de intercambio de calor y bocas de salida de fluido de intercambio de calor (1A, 1B, 1C-1F, 2A.

2. 2E, 2G, 3A, 3C, 3D, 6A, 6C, 6D, 7A, 8A) estï dispuesto entre dichas primera placa (1M-8M) y segunda placa (1N-8N) .

8. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con la reivindicaciïn 7, en el cual cada uno de dichos conductos de fluido reactivo, conductos de fluido de intercambio de calor, bocas de entrada de fluido reactivo y bocas de salida de fluido reactivo, y/o bocas de entrada de fluido de intercambio de calor y bocas de salida de intercambio de calor (1A, 1B, 1C-1F, 2A.

2. 2E, 2G, 3A, 3C, 3D, 6A, 6C, 6D, 7A, 8A) se obtiene por ablaciïn de una superficie interior de al menos una de dichas primera placa (1M-8M) y segunda placa (1N-8N) .

9. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con la reivindicaciïn 7, en el cual una placa estructurada intermedia (70, 80) estï emparedada entre dicha primera placa (7M, 8M) y dicha segunda placa (7N, 8N) de dichos al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7, 8) , para proporcionar dichos conductos para fluido de intercambio de calor (7A, 8A) .

10. Un conjunto de sistema de microrreactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende adicionalmente un primer medio de bastidor (10) ; y un segundo medio de bastidor (9) , en el cual dichos al menos n mïdulos de proceso (1-6) y/o dichos al menos n+1 mïdulos de intercambio de calor (7,

8) estïn presionados los unos contra los otros por dichos primer y segundo medios de bastidor (9, 10) .