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Dokumentenidentifikation DE102004049730B4 03.05.2007
Titel Mikrokapillarreaktor und Verfahren zum kontrollierten Vermengen von nicht homogen mischbaren Fluiden unter Verwendung dieses Mikrokapillarreaktors
Anmelder Technische Universität Darmstadt, 64289 Darmstadt, DE
Erfinder Önal, Yücel, 63906 Erlenbach, DE;
Lucas, Martin, 64285 Darmstadt, DE;
Claus, Peter, 13057 Berlin, DE
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 11.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004049730
Offenlegungstag 20.04.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B01J 19/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B81B 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F15D 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrokapillarreaktor, enthaltend mindestens einen ersten statischen Mischer zur Erzeugung alternierender, nicht homogen mischbarer Fluidblöcke unter Beibehaltung und/oder Ausbildung eines zusammenhängenden Fluidstroms (Plug-Flow-System), umfassend mindestens eine erste kapillare Zuleitung für ein erstes flüssiges Fluid, mindestens eine zweite kapillare Zuleitung für ein zweites flüssiges Fluid, das mit dem ersten Fluid nicht homogen mischbar ist, wobei die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen in einem Bereich münden, der Ausgangspunkt mindestens einer ersten Transportleitung ist, wobei mindesten die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen derart dimensioniert sind, daß die ersten und zweiten Fluide jeweils unter laminaren Strömungsbedingungen transportierbar und in Form alternierend nacheinander folgender, diskreter flüssiger Phasenabschnitte (Plugs) weiterleitbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Multi-Mikrokapillarreaktor umfassend mindestens zwei dieser Mikrokapillarreaktoren. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum kontrollierten Vermengen von mindestens zwei im Wesentlichen nicht miteinander mischbaren flüssigen Fluiden und mindestens einem gasförmigen Fluid nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17. Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors oder des Multi-Mikrokapillarreaktors.

Mikrokapillarreaktoren sind z.B. aus der WO 01/64332 A1 bekannt. Dieser Mikrokapillarreaktor stellt im Grunde einen T-Mischer dar mit zwei Zuleitungen und einer Ableitung. Zwei im Wesentlichen nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten werden über die beiden Zuleitungen vorzugsweise frontal aufeinander zugeführt mit der Folge, daß die miteinander vermeng ten Flüssigkeiten in der gemeinsamen Ableitung des Mikrokapillarreaktors in Form alternierend aufeinanderfolgender, miniaturisierter Fluidblöcke (Plugs) weitergeführt werden. Hierdurch wird ein hohes Maß an gemeinsamer Phasengrenzfläche zwischen den nicht mischbaren Fluidkomponenten geschaffen, an der z.B. diffusionskontrolliert chemische Reaktionen stattfinden können. Allerdings ist darauf zu achten, daß der Durchmesser von Ab- bzw. Zuleitungen möglichst klein gewählt wird und insbesondere den Wert von 1000 &mgr;m nicht überschreitet. Gemäß der WO 01/64332 A1 lassen sich mit dem gefundenen Mikrokapillarreaktor flüssig/gasförmig-, fest/flüssig/flüssig- und fest/flüssig/gasförmig-Reaktionen durchführen. Die feste Phase kann beispielsweise als Beschichtung auf der Innenwandung der Ableitung vorgesehen sein. Mit dem Mikrokapillarreaktor gemäß WO 01/64332 A1 gelingt z.B. die Nitrierung von Benzol und Toluol.

Neben der vorangehend beschriebenen Variante zur innigen Vermengung nicht mischbarer Flüssigkeiten über zwei in einem T-Mischer frontal aufeinandertreffende Kapillarströme, die im übrigen auch bereits in Grundzügen in der US 59 21 678 A beschrieben worden ist, läßt sich ein möglichst wirksamer Kontakt zweier nicht miteinander vermischbarer Flüssigkeiten über parallele Flüssigkeitsströme, wie in WO 97/39814 A1 und WO 99/22858 A1 offenbart, bewerkstelligen. Hierbei findet der Stofftransport zwischen den im wesentlichen parallel nebeneinander fließenden, nicht mischbaren Fluiden mittels Diffusion an der Phasengrenzfläche senkrecht zur Fließrichtung statt.

Die Verwendung von Y-förmigen Mikrokapillarreaktoren für die Nitrierung von Benzol bzw. Toluol in flüssig/flüssig-Systemen findet sich unter anderem auch bei G. Dummann et al., Catalysis Today 79-80 (2003); S. 433-439, beschrieben.

Gemäß der EP 1 329 258 A2 können zur Durchführung kontinuierlicher Prozesse auch Mikrokapillarreaktoren in Form von Platten oder Plattenstapeln eingesetzt werden, auf deren Oberflächen miniaturisierte Funktionsräume bzw. Kanäle vorliegen, in denen die flüssige Phase aufgrund der Schwerkraft und/oder von Kapillarkräften in mindestens einem ununterbrochenen Kapillarfaden fließt. Mit dieser Vorrichtung sollen sich chemische Reaktionen und physikalische Prozesse durchführen lassen, wobei entstehende flüssige oder gasförmige Bestandteile und Reaktionsprodukte aus der flüssigen Phase kontrolliert kontinuierlich entfernt werden können.

Die DE 101 19 18 A1 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung inhalierfähiger Arzneistoffe. Eine das Arzneimittel enthaltende Lösung wird in einem Segmenter unter Zuführung eines Transportmediums, das nicht mit der Arzneimittellösung mischbar ist, in diskrete flüssige Phasenabschnitte unterteilt. Das Transportmedium kann gasförmig oder flüssig sein. In den auf diese Weise erzeugten flüssigen Phasenabschnitten läßt sich das gelöste Arzneimittel durch sprunghafte Temperaturverringerung nun in der Weise auskristallisieren, daß ein hinsichtlich Teilchengröße, Teilchengrößenverteilung, Morphologie, Stabilität und Fließverhalten inhalierfähiger Arzneistoff anfällt. Alternativ kann gemäß der DE 101 19 18 A1 die Arzneistofflösung in einem Segmenter mit einem Fällungsmittel zu einer homogenen Fällungslösung vermengt werden, wobei der eingesetzte Segmenter eine Vermischung und damit eine Homogenisierung der Fällungslösung im gesamten Mischvolumen in weniger als einer Sekunde sicherstellt.

Die WO 02/42650 A1 beschreibt ein Mikrofluidventil, mit dem sich über einen separaten Kanal eine gasförmige Barriere in einer Leitung für einen Flüssigkeitsstrom erzeugen läßt. Hierfür ist die Flüssigkeitsleitung im Bereich der Einmündung der Gasleitung komplett hydrophob auszustatten.

Obwohl die Mikroreaktortechnologie noch sehr jung ist, hat man bereits erkannt, daß sie sich nicht nur für analytische Zwecke, sondern ebenfalls für kommerzielle Syntheseverfahren eignet (s.a. O. Wörz, et. al., Chemical Engineering Science 56 (2001); S. 1029-1033). In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß sich in den genannten Mikroreaktoren sehr große Oberflächen/Volumen-Verhältnisse einstellen lassen, so daß selbst sehr schnelle und sehr exotherme Reaktionen unter im Wesentlichen isothermen Bedingungen durchgeführt werden können.

Verbesserungen bei Mikroreaktoren, insbesondere bei Mikrokapillarreaktoren wären gleichwohl wünschenswert, um deren Anwendungspotential noch erweitern und besser ausschöpfen zu können.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrokapillarreaktor zur Verfügung zu stellen, der nicht mit den Nachteilen des Standes der Technik behaftet ist, der eine breitere Anwendung in analytischer und synthetischer Hinsicht gestattet und der überdies auch die kontrollierte Vermengung und Reaktion von flüssig/flüssig/gasförmig-Systemen auf sehr wirksame Weise erlaubt.

Der Erfindung lag weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontrollierten Vermengung von flüssig/flüssig/gasförmig-Systemen verfügbar zu machen, mit dem sich Mehrphasenreaktionen, z.B. katalytisch gesteuerte Mehrphasenreaktionen, wirkungsvoll durchführen lassen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 16, 17 oder 31 gelöst.

Demgemäß wurde ein Mikrokapillarreaktor gefunden, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten statischen Mischer zur selektiven Einspeisung eines gasförmigen dritten Fluids in die Plugs nur des ersten oder des zweiten Fluids, umfassend mindestens eine, insbesondere kapillare, dritte Zuleitung für ein gasförmiges drittes Fluid, die in die erste kapillare Transportleitung stromabwärts zum ersten Mischer einmündet, wobei mindestens die Innenwandung der ersten Transportleitung und gegebenenfalls die Innenwandung der ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung mit einer Polarität ausgestattet ist, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 festgehalten.

In einer Ausführungsform können die ersten und/oder zweiten Mischer jeweils einheitliche Materialblöcke, z.B. aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall, darstellen, in die die ersten, zweiten bzw. dritten Zuleitungen sowie ersten Transportleitungen mittels Bohrungen eingearbeitet worden sind. Selbstverständlich kann es sich bei diesen statischen Mischern auch um geformte Kunststoff- oder Metallgußbauteile handeln. Ferner ist es in einer weiteren Ausführungsform möglich, daß der erste und der zweite statische Mischer in einem einheitlichen Materialblock oder unmittelbar nebeneinander vorliegen bzw. gekoppelt sind. Selbstverständlich können der erste und zweite Mischer auch räumlich getrennt vorliegen, und die erste Transportleitung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Verlängerungsleitung, kann beide Mischer verbinden. Zwecks Einspeisung der Fluide in diese statischen Mischer kann auf entsprechende erste, zweite und dritte Verlängerungsleitungen zurückgegriffen werden, die dichtend mit der ersten, zweiten bzw. dritten Zuleitung verbunden sind. Vorteilhafterweise verfügen die Verlängerungsleitungen über im Wesentlichen denselben Innendurchmesser wie die Zuleitungen, mit denen sie verbunden sind. Des weiteren kann die erste Transportleitung ebenfalls nach Austritt aus dem zweiten Mischer mit einer vierten Verlängerungsleitung verbunden sein. Auch kann zwischen der aus dem ersten Mischer ausführenden ersten Transportleitung und der in den zweiten Mischer hineinführenden ersten Transportleitung eine fünfte Verlängerungsleitung zwischengeschaltet sein. Wiederum ist es von Vorteil, wenn die Innendurchmesser dieser vierten und fünften Verlängerungsleitungen im wesentlichen mit dem Innendurchmesser der ersten Transportleitung übereinstimmen.

Der erste Mischer des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors basiert auf dem Funktionsprinzip des in der WO 01/64332 A1 beschriebenen statischen Mischers. Die nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten werden demgemäß in den ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen in der Weise in eine gemeinsame Transportleitung überführt, daß alternierende, nicht homogen mischbare Fluidblöcke unter Beibehaltung bzw. Ausbildung eines zusammenhängenden Fluidstroms resultieren. Hierfür wird auch der Begriff alternierendes Plug-Flow-System benutzt.

Mit dem zweiten Mischer gelingt es, das gasförmige dritte Fluid selektiv in die Plugs nur des ersten oder des zweiten Fluids einzuspeisen. In diesen Fluidblöcken liegt dann im Allgemeinen jeweils eine Gasblase vor. Bevorzugt oszilliert diese Gasblase innerhalb eines Fluidblocks zwischen den Phasengrenzflächen benachbarter nicht mischbarer Fluidblöcke.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß mindestens die Innenwandung der ersten Transportleitung und/oder mindestens die Innenwandung der ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung und/oder der Verlängerungsleitungen zur ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung und/oder der ersten Transportleitung zumindest bereichsweise mit einer Polarität ausgestattet ist bzw. sind, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß wenn die Polarität zumindest der Innenwandung der ersten Transportleitung derjenigen eines der eingesetzten, nicht mischbaren Fluide angepaßt wird, das gasförmige dritte Fluid besonders kontrolliert und selektiv in diejenigen Fluidblöcke/Plugs eingebracht wird, die eine identische oder ähnliche Polarität aufweisen wie die Innenwandung der Transportleitung. Auf diese Weise kann über die Wahl des Materials der ersten Transportleitung gesteuert werden, in welche Fluidblöcke bzw. – segmente das gasförmige Fluid eingetragen werden soll. Überraschenderweise hat sich überdies gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Ergebnis des kontrollierten, selektiven Eintrags der Gasphase in Fluidblöcke einheitlicher Polarität auch dann bereits einstellt, wenn mindestens die Innenwandung des sich an den zweiten Mischer anschließenden Abschnitts der ersten Transportleitung und/oder der vierten Verlängerungsleitung zumindest bereichsweise mit einer Polarität ausgestattet ist bzw. sind, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist, z.B. auf einem Kunststoff wie Teflon basiert oder aus diesem besteht.

Besonders bevorzugt haben sich solche erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktoren erwiesen, bei denen die Innenwandung der ersten Transportleitung teilweise oder vollständig, z.B. in dem sich an den zweiten Mischer anschließenden Abschnitt, zumindest bereichsweise unpolar ausgestattet ist. Unter unpolar bzw. einer unpolaren Oberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine solche verstanden werden, die mit Wasser als Testflüssigkeit einen Kontaktwinkel, z.B. bestimmt nach der Sessil Drop Methode, von ≥ 90° aufweist. Bevorzugte unpolare Oberflächen verfügen über einen Kontaktwinkel > 90°.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß mindestens die erste Transportleitung, insbesondere deren Innenwandung, mindestens abschnittsweise einen vorzugsweise unpolaren Kunststoff, insbesondere Teflon, umfaßt.

Grundsätzlich können solche Polymermaterialien eingesetzt werden, die nicht mit den Fluidkomponenten reagieren und/oder von diesen gelöst bzw. angelöst werden. Neben Polytetrafluorethylen (PTFE; Teflon) kommen auch Polyolefinmaterialien, z.B. Polyethylen oder Polypropylen, Polyamide, Polyoxyalkylene, z.B. POM, Polystyrole, Styrol-co-polymere, z.B. ABS, ASA oder SAN, Polyphenylenether oder Polyester, z.B. PET oder PBT, in Betracht. Mit einem unpolaren Polymermaterial, wie Teflon, gelingt es ohne weiteres, Wasserstoff als drittes Fluid über den zweiten statischen Mischer des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors in die organischen, unpolaren Fluidplugs einzutragen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors besteht unter anderem darin, daß, vorzugsweise bei Abstimmung der Polarität der Innenwandung der ersten Transportleitung mit der Polarität des ersten oder zweiten Fluids, das gasförmige Fluid auch bei kontinuierlicher Einspeisung kontrolliert und reproduzierbar nur in die Fluidplugs nur des ersten oder des zweiten Fluids gelangt. Stellt das gasförmige dritte Fluid beispielsweise ein Reaktionsgas wie Wasserstoff, Sauerstoff oder Kohlenmonoxid oder ein Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Gemisch dar, kann dieses selektiv in unpolare organische Lösungsmittelplugs, in denen dann ebenfalls die Eduktkomponente gelöst vorliegen kann, eingebracht werden. Eine Reaktion findet im Allgemeinen entlang der Phasengrenzflächen des flüssig/flüssig-Systems statt, z.B. wenn in der wäßrigen Phase ein homogen gelöster Hydrierkatalysator vorliegt.

Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, daß die erste Transportleitung, insbesondere deren Innenwandung, zumindest abschnittsweise Metall und/oder Glas umfaßt.

Erfindungsgemäß kann in einer alternativen Ausführungsform ebenfalls vorgesehen sein, daß die erste Transportleitung vor und insbesondere hinter der Einmündung der dritten Zuleitung thermostatierbar ist. Als erste Transportleitung im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine solche Leitung verstanden werden, in der nicht ausschließlich eine Fluidkomponente, sondern mindestens ein Zweiphasengemisch und nach Eintrag der dritten Fluidkomponente ein Dreiphasengemisch transportiert werden. In dieser ersten Transportleitung bzw. in einer Verlängerungsleitung dieser Transportleitung findet nach Zugabe der dritten Fluidkomponente in dem zweiten statischen Mischer die chemische Reaktion an den Phasengrenzflächen der flüssigen Fluidsegmente statt. Insbesondere über die Länge der ersten Transportleitung bzw. einer sich an diese erste Transportleitung anschließenden Verlängerungsleitung nach der Einmündung der dritten Zuleitung in dem zweiten Mischer kann in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit die Reaktionsdauer gesteuert werden.

Dabei kann z.B. vorgesehen sein, daß die Länge des Abschnitts der ersten Transportleitung, mit oder ohne Verlängerungsleitung, der hinter der Einmündung der dritten Zuleitung des zweiten Mischers beginnt, im Bereich von 0,1 bis 50 m liegt.

Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung alternierender Fluidsegmente ist es besonders günstig, daß die erste, zweite und/oder dritte Zuleitung und/oder die erste Transportleitung und/oder mindestens eine Verlängerungsleitung zumindest abschnittsweise einen Durchmesser nicht oberhalb von 1000 &mgr;m, insbesondere im Bereich von 50 bis 1000 &mgr;m, aufweist bzw. aufweisen. Geeignete Querschnittsgrößen liegen z.B. im Bereich von 400, 500 oder 750 &mgr;m. Die Strömung in Kapillaren mit kleinen Kanaldurchmessern von < 1000 &mgr;m unterscheidet sich in der Regel von normalen Strömungsprofilen in herkömmlichen Rohrreaktoren. Üblicherweise liegt die Strömung in diesen Kapillaren als laminare Strömung vor. Grundsätzlich sind solche Leitungen geeignet, mit denen vorzugsweise über deren gesamte Länge eine laminare Strömung aufrechterhalten werden kann. Geeignete Fließgeschwindigkeiten für diese laminaren Strömungen in den Leitungen des erfindungsgemäßen Reaktors liegen im Bereich von etwa 6 bis 15000 &mgr;l/min.

Die Generierung alternierender Fluidsegmente wird auch dadurch gefördert, daß die ersten und zweiten Zuleitungen des ersten Mischers mit ihren jeweiligen Mündungsbereichen im wesentlichen gegenläufig orientiert sind. Die frontal aufeinandertreffenden flüssigen ersten und zweiten Fluide werden segmentartig, wie vorangehend beschrieben, in einer sich senkrecht zu den ersten und zweiten Zuleitungen erstreckenden ersten Transportleitung weitergeleitet.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß die ersten und zweiten Zuleitungen mit ihren Mündungsabschnitten im Wesentlichen in einem rechten Winkel aufeinandertreffen.

Ferner ist es möglich, daß die ersten und zweiten Zuleitungen mit ihren jeweiligen Mündungsabschnitten in einem Winkel zwischen 90 und 180° oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° aufeinandertreffen. Beispielsweise können die ersten und zweiten Zuleitungen sowie die erste Transportleitung Y-förmig ausgestaltet sein.

Die vorangehend beschriebenen Anordnungen von Zu- und Ableitungen können ebenfalls in dem zweiten statischen Mischer verwirklicht sein. Beispielsweise sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, daß die dritte Zuleitung und die in dem zweiten Mischer vorliegende erste Transportleitung gegenläufig in einem Winkel von etwa 180° aufeinanderstoßen. Ferner ist es möglich, daß die dritte Zuleitung des zweiten Mischers in ihrem Mündungsbereich im wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° oder in einem Winkel zwischen 90 und 180° in die erste Transportleitung einmündet. Regelmäßig hat es sich als ausreichend erwiesen, die Leitungen des zweiten Mischers als T- bzw. Y-Stück auszuführen. Besonders bevorzugt bildet der Mündungsabschnitt der dritten Zuleitung mit dem das alternierende Zweiphasengemisch heranführenden Abschnitt der ersten Transportleitung einen im Wesentlichen rechten Winkel aus. Vorteilhafterweise ändert die erste Transportleitung im Kontaktbereich mit dem Mündungsabschnitt der dritten Zuleitung ihre Richtung, insbesondere um etwa 90°, so daß der Abschnitt der ersten Transportleitung hinter dem Kontaktbereich und zumindest der Mündungsabschnitt der dritten Leitung einen Winkel von etwa 180° bilden.

Besonders bevorzugt stellen die ersten und/oder zweiten Mischer jeweils T-Mischer dar.

Der erfindungsgemäße Mikrokapillarreaktor kann nicht nur zu analytischen Zwecken oder zum Produktscreening eingesetzt werden, sondern eignet sich überdies für die kommerzielle Herstellung chemischer Produkte, insbesondere von hochwertigen Feinchemikalien. Dabei kann vorgesehen sein, daß die erste Transportleitung in mindestens ein Produktaufnahmebehältnis mündet. Zur Erhöhung der Produktmenge können selbstverständlich auch mehrere erfindungsgemäße Mikrokapillarreaktoren parallel nebeneinander betrieben werden. Liegt z.B. der erste Mischer eines Mikrokapillarreaktors in einem einheitlichen Materialblock vor, läßt sich ein erfindungsgemäßer Multi-Mikrokapillarreaktorverbund dadurch erhalten, daß in diesem einheitlichen Materialblock nicht nur ein erster Mischer, sondern zugleich zwei oder mehrere solcher erster Mischer eingearbeitet sind. In gleicher Weise kann in demselben oder einem weiteren einheitlichen Materialblock eine Vielzahl an nebeneinander vorliegenden zweiten statischen Mischern eingearbeitet sein, z.B. mittels Bohrens. An dem Ausgang jedes zweiten Mischers schließt sich eine separate vierte Verlängerungsleitung und/oder ein separater Abschnitt der ersten Transportleitung an. In einem Multi-Mikrokapillarreaktorverbund können sämtliche Einzelreaktoren unter denselben Bedingungen, z.B. in Bezug auf Druck, Temperatur oder Fließgeschwindigkeit gefahren werden. Alternativ können für jeden Reaktor individuelle Bedingungen eingestellt werden. Diese letztgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multi-Mikrokapillarreaktors ermöglicht beispielsweise ein sehr effizientes schnelles Screening, z.B. von unterschiedlichen Reaktionsbedingungen und/oder Katalysatoren für eine bestimmte chemische Reaktion. Demgemäß eignet sich der erfindungsgemäße Multi-Mikrokapillarreaktor für den Einsatz in der kombinatorischen Chemie.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zum kontrollierten Vermengen von mindestens zwei im Wesentlichen nicht homogen mischbaren flüssigen Fluiden mit mindestens einem gasförmigen Fluid dadurch gelöst, daß man ein erstes flüssiges Fluid über mindestens eine erste Zuleitung eines ersten statischen Mischers und ein zweites flüssiges Fluid über mindestens eine zweite Zuleitung des ersten statischen Mischers in einem Bereich zusammenführt, der Ausgangspunkt mindestens einer ersten Transportleitung ist, wobei die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen und die Transportleitung derart dimensioniert sind, daß die ersten und zweiten Fluide jeweils unter laminaren Strömungsbedingungen transportiert und in Form alternierend nacheinander folgender, diskreter flüssiger Phasenabschnitte (Plugs) in der ersten Transportleitung weitergeleitet werden, wobei das gasförmige, dritte Fluid über eine dritte, insbesondere kapillare, Zuleitung eines zweiten statischen Mischers in die erste Transportleitung stromabwärts zum ersten Mischer eingespeist wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 18 bis 30 festgehalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die katalytische Hydrierung von reduzierbaren organischen Verbindungen, die katalytische Oxidation von organischen Verbindungen, für Hydroformylierungsreaktionen und für Carbonylierungsreaktionen in flüssig/flüssig/gas-Mehrphasensystemen. Hierfür wird bevorzugt auf wasserlösliche Katalysatoren zurückgegriffen.

Für die erfindungsgemäßen Hydrierungsreaktionen kommen als Edukte z.B. Olefine wie Mono- oder Diolefine, und &agr;,&bgr;-ungesättigte Aldehyde in Betracht. Geeignete wasserlösliche Katalysatorkomplexe für diese Hydrierungen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Bei den genannten Reaktionen kann z.B. mit Wasserstoffdrücken im Bereich von 1 bis 200 bar gearbeitet werden. Über die Hydroformylierung von Olefinen, beispielsweise 1-Alkenen wie 1-Octen, lassen sich Aldehyde erhalten. Geeignete Katalysatoren sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Exemplarisch sei ein Katalysatorsystem genannt, daß auf einem mit Biphephos-Liganden chelatisierten Rhodium-Komplex basiert. Ein derartiger Katalysator läßt sich z.B. erhalten aus [Rh(acac)(CO)2] und Biphephos-Liganden in Propylencarbonat als Lösungsmittel. Das für die Hydroformylierungsreaktion verwendete Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Gemisch ist auch unter dem Begriff Synthesegas bekannt. In dem erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktor können ferner Carbonylierungsreaktionen von Alkenen und Alkinen in Gegenwart von Kohlenmonoxid, z.B. im Sinne einer Reppe-Carbonylierung, durchgeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß sich gasförmige Produkte kontrolliert in bereits miteinander vermengte flüssig/flüssig-Systeme einbringen lassen. Hierbei ist insbesondere von Vorteil, daß durch gezielte Auswahl des Kapillarmaterials sich die gasförmige Eduktkomponente gezielt in die erste oder die zweite flüssige Phase einbringen läßt. Beispielsweise gelingt auf diese Weise die katalytische chemoselektive Hydrierung von &agr;,&bgr;-ungesättigten Aldehyden mittels Wasserstoff mit sehr hohen Chemoselektivitäten und überraschend guten Umsätzen. Selbst bei Reaktionszeiten von nur etwa zwei bis drei Minuten, die sich z.B. mit ersten Transportleitungen mit Längen von 3 bis 12 m einstellen lassen, liegt der Umsatz bereits oberhalb von 10%. Über die Zusammenfassung mehrerer erfindungsgemäßer Mikrokapillarreaktoren zu Reaktorclustern bzw. Multi-Mikrokapillarreaktoranlagen lassen sich zudem, insbesondere im kontinuierlichen Betrieb, Produktmengen erhalten, die eine kommerzielle Herstellung von z.B. hochwertigen Feinchemikalien gestatten. Vorteilhaft wirkt sich hierbei ebenfalls aus, daß die sicherheitstechnischen Maßnahmen auf ein Minimum reduziert werden können und daß ebenfalls auf aufwendige Kühlsysteme im Fall von exothermen Reaktionen verzichtet werden kann.

Außerdem läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktor ein definiertes Fließverhalten einer Dreiphasenmischung (flüssig/flüssig/gasförmig) kontrolliert und reproduzierbar erzeugen.

Darüber hinaus gelingt es, die Länge der einzelnen Plugs sowie die spezifische Austauschfläche zwischen den Phasen mit großer Genauigkeit einzustellen. Durchschnittliche Pluglängen liegen im Bereich von 0.1 bis 3 nun. Da Fliesgeschwindigkeiten sowie Tröpfchen- bzw. Pluggrößen, die u.a. auch durch den Kapillardurchmesser vorgegeben sind, genau kontrolliert werden können, bietet der erfindungsgemäße Mikrokapillarreaktor ein hervorragendes Instrument, um den Einfluß von Stofftransport auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Selektivität genau untersuchen und modellieren zu können.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung. In dieser zeigen:

1 einen Schaltplan für einen erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktor;

2 einen alternativen Schaltplan für einen erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktor;

3 einen schematischen Längsschnitt durch die Transportleitung des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors und

4 ein Fließbild einer erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktoranlage.

1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors 1, enthaltend einen ersten Mischer 2 und einen zweiten Mischer 4, zu entnehmen, die in Reihe angeordnet sind. Der erste Mischer 2 umfaßt eine erste Zuleitung 6 und eine zweite Zuleitung 8, die in einem Winkel von 180° aufeinander zulaufen und die beide in die erste Transportleitung 10 münden bzw. übergehen. Der Innendurchmesser der Leitungen 6, 8 und 10 liegt bei der abgebildeten Ausführungsform bei etwa 0,75 mm. Die erste Transportleitung 10 ist ebenfalls Bestandteil des zweiten Mischers 4 und stellt im Wesentlichen die erste Zuleitung dieses zweiten Mischers dar. In den zweiten Mischer 4 wird über die dritte Zuleitung 12 eine gasförmige Komponente in die Transportleitung 10 eingebracht. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der dritten Zuleitung und der in dem zweiten Mischer 4 vorliegenden ersten Transportleitung 10 180°, so daß die gasförmige Komponente frontal auf den flüssig/flüssig-Volumenstrom trifft. Die erste Transportleitung 10 wird in dem zweiten Mischer 4 sodann in einem rechten Winkel weitergeführt. In einer Ausführungsform können die erste, zweite und dritte Zuleitung mit ersten, zweiten und dritten Verlängerungsleitungen 14, 16 bzw. 18 verbunden sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung liegen z.B. die erste, zweite und dritte Zuleitung jeweils im Wesentlichen im ersten bzw. zweiten Mischer vor und sind über geeignete Kupplungsstücke 30a, b und 32c mit den Verlängerungsleitungen verbunden. Selbstverständlich kann auch in die zwischen dem ersten und zweiten Mischer 2 und 4 vorliegenden Abschnitt der ersten Transportleitung 10 über die Kupplungsstücke 30c und 32a eine vierte Verlängerungsleitung 20 eingefügt werden. Als Verlängerungsleitung 20 der ersten Transportleitung 10 kommt auch der sich an den zweiten Mischer anschließende Abschnitt in Betracht.

In 2 ist ein alternativer Schaltplan für einen erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktor 1 veranschaulicht. Die beiden T-förmigen ersten und zweiten Mischer 2 und 4 sind im Wesentlichen spiegelbildlich angeordnet. Die Konfiguration und die Fließwege des ersten Mischers sind identisch mit dem ersten Mischer gemäß 1. In dem zweiten Mischer 4 stimmt ferner die Anordnung der ersten Transportleitung 10 mit der des zweiten Mischers 4 gemäß 1 überein. Allerdings wird in dem zweiten Mischer 4 der Mündungsabschnitt der dritten Zuleitung 18 für das gasförmige dritte Fluid senkrecht an die in den zweiten Mischer 4 hineintretende erste Transportleitung 10 herangeführt. Diese Art der Einspeisung der gasförmigen Fluidkomponente ist in vielen Fällen bevorzugt.

3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der ersten Transportleitung 10, nachdem in dem zweiten Mischer 4 über die dritte Zuleitung 12 die gasförmige Komponente eingebracht worden ist. Der 2 ist zu entnehmen, daß in der ersten Transportleitung 10 Fluid-Blöcke bzw. Plugs 34 und 36 von wäßriger bzw. organischer Phase alternierend auftreten. Die einzelnen Plugs besitzen in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit bei einem Kapillarinnendurchmesser von 0,75 mm eine Länge von etwa 1,3 mm. Die Generierung eines solchen Fließmusters wird bereits in der WO 01/64332 A1 beschrieben. Obwohl Wasserstoff in dem zweiten Mischer 4 kontinuierlich in den zweiphasigen Volumenstrom der ersten Transportleitung 10 eingebracht wird, gelingt es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die gasförmige Phase 38 z.B. zwischen zwei aufeinanderfolgenden wäßrigen Phasenblöcken in einem organischen Phasenblock mit kleiner Blasengröße anzuordnen bzw. einzulagern. Dieses wird insbesondere dadurch erreicht, daß zumindest die Innenwandung des in dem zweiten Mischer 4 verlaufenden Abschnitts der ersten Transportleitung 10 eine größere Affinität zur organischen Phase aufweist als zur wäßrigen Phase. In dem in der ersten Transportleitung 10nach Beimengung der gasförmigen Phase vorliegenden Dreiphasengemisch kann sodann ohne weiteres an den Phasengrenzen eine gewünschte chemische Reaktion ablaufen.

4 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktionsanlage 100 in schematischer Darstellung. Kernstück dieser Anlage ist der erfindungsgemäße Mikrokapillarreaktor 1, umfassend einen ersten Mischer 2 und einen zweiten Mischer 4, die über die erste Transportleitung 10 miteinander verbunden sind. Über die erste Verlängerungsleitung 14 wird mit Hilfe einer HPLC-Pumpe 22 die flüssige organische Phase, die Eduktmaterial in gelöster Form enthält, aus einem Vorratsbehältnis 42 in die erste Zuleitung 6 des ersten Mischers 2 eingebracht. In gleicher Weise wird die wäßrige Phase, enthaltend z.B. einen homogen gelösten Katalysator, aus einem Vorratsbehältnis 24 über eine Verlängerungsleitung 16 in die zweite Zuleitung 8 des ersten Mischers 2 mit Hilfe einer Kolben- bzw. Spritzenpumpe eingespeist. Wie vorangehend zu 1 beschrieben, wird in dem Mischer 2 eine kontrollierte Vermengung der nicht mischbaren organischen und wäßrigen Phasen unter Ausbildung eines alternierenden Plug-Flow-Systems vorgenommen. Über eine dritte Zuleitung 12 wird die gasförmige Komponente in dem zweiten Mischer 4 in die erste Transportleitung 10 eingespeist. Hierbei kann es sich z.B. um reinen Wasserstoff aus einem Wasserstoffvorratsbehältnis 44 oder um ein H2/Ar-Gemisch handeln. Argon wird über ein separates Vorratsbehältnis 46 über eine Mischstation 48 beigemengt. Im Allgemeinen wird Argon dafür genutzt, Sauerstoff aus den ersten und zweiten Fluiden zu entfernen, indem man vor der Druckbeaufschlagung mit Wasserstoff eine wiederholte Begasung mit Argon vornimmt. Die erste Transportleitung 10 wird aus dem zweiten Mischer 4 herausgeführt und kann sich anschließend über einen längeren Abschnitt erstrecken, der, wie abgebildet, mit Hilfe einer Heizung 40 bei einer konstanten Temperatur gehalten werden kann. Über eine Abzweigung von der ersten Transportleitung 10 wird das Mehrphasengemisch vorzugsweise stichprobenartig einer Probenanalytik 26, z.B. in Form eines Gaschromatographen, zugeführt. Die erste Transportleitung mündet in das Produktsammelbehältnis 28. Das erhaltene Reaktionsgemisch kann sodann aufbereitet und das gewünschte Reaktionsprodukt isoliert werden. Über die Leitung 52 wird in dem Produktsammelbehältnis ein Druck eingestellt, der im Wesentlichen dem Druck in der Transportleitung entspricht.

Im Folgenden wird der Einsatz des erfindungsgemäßen Mikrokapillarreaktors exemplarisch anhand der chemoselektiven Hydrierung der &agr;,&bgr;-ungesättigten Aldehyde Citral und Prenal im Detail erörtert.

Hierfür wurde im wesentlichen eine Mikrokapillarreaktionsanlage wie in 4 abgebildet eingesetzt. Als erste und zweite Mischer kamen T-Stücke der Firma Valco zum Einsatz. Bei der ersten Transportleitung 10 handelt es sich um eine PTFE (Polytetrafluorethylen)-Kapillare mit einem Innendurchmesser von 750 &mgr;m. Die organische Phase wurde über eine erste Zuleitung mit dem gleichen Innendurchmesser mit Hilfe einer HPLC-Pumpe Gynkotek M480 mit einer Fliesgeschwindigkeit von 250 &mgr;l/min gefördert, während die Zudosierung der wäßrigen Phase über die zweite Zuleitung des ersten Mischers über eine Kolbenpumpe mit einer Fördermenge < 600 &mgr;l/min erfolgte. Die in der ersten Transportleitung nach Verlassen des ersten Mischers vermengt vorliegenden zwei flüssigen Phasen wurden in dem zweiten Mischer in Form eines T-Stücks der Firma Valco mit Wasserstoff in Kontakt gebracht. Der kontinuierliche Wasserstoffstrom wurde über einen herkömmlichen Massendurchflußregler (MFC) geregelt, der Wasserstoffpartialdruck auf 2,0 MPa eingestellt. Der sich an den zweiten Mischer anschließende Abschnitt der ersten Transportleitung wurde mit Hilfe einer Wasserheizung auf konstante 60°C eingeregelt. Als organisches Lösungsmittel wurde auf n-Hexan bzw. Toluol zurückgegriffen. Als Hydrierkatalysator wurde ein Ru(II)-TPPTS-Komplex eingesetzt (TPPTS: Triphenylphosphintrisulfonat). Der Hydrierungskatalysator wurde aus RuCl3 und TPPTS in Gegenwart von Wasserstoff (PH2 = 2,0 MPa) bei einer Temperatur von 50°C und einer Reaktionszeit von einer Stunde hergestellt (CRu = 0,005, CTPPTS = 0,05 M). Bei der Herstellung des Hydrierungskatalysator wurde mit Hilfe eines Puffers ein pH-Wert von 7,0 sichergestellt. Prenal (3-Methylcrotonaldehyd) wurde als 0,5 M-Lösung in n-Hexan und Citral als 0,25 M-Lösung in Toluol eingesetzt. Diese Lösungen wurden vor ihrem Einsatz im Mikrokapillarreaktor etwa 15 Minuten im Ultraschallbad entgast, um den in der Mischung gelösten Sauerstoffanteil zu minimieren.

Bei Erhöhung des Volumenstroms der Katalysatorphase von 0,19 ml/min auf 0,51 ml/min wurde eine Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit um 60% festgestellt (von 0,15 auf 0,24 × 10–2 mol/L–1 min–1). Ein noch ausgeprägterer Effekt wurde beobachtet für die Verkleinerung des Innendurchmessers der Kapillare von 1000 auf 500 &mgr;m (Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit von 0,10 auf 0,25 × 10–2mol/L–2 min–1). Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führt regelmäßig dazu, daß die Reynolds-Zahl und damit auch der Stoffdurchgangsquotient zunehmen. Es ist davon auszugehen, daß der Stofftransport an der flüssig/flüssig-Phasengrenzfläche die Reaktionskinetik kontrolliert. Infolge der höheren Affinität der organischen Phase zu einem Oberflächenmaterial mit niedriger Oberflächenenergie, z.B. Teflon, wird eine der Strömungsrichtung entgegengesetzte Reibungskraft an den Randgebieten des organischen Plugs erwartet. Als Konsequenz dieser Scherkräfte, die sich mit kleiner werdendem Innendurchmesser der Kapillaren verhältnismäßig stärker bemerkbar machen, resultiert eine innere Zirkulation innerhalb des Plugs. Da sich mit einer Verkleinerung des Kapillarinnendurchmessers erhöhte Reaktionsgeschwindigkeiten einstellen, wird vermutet, daß die innere Zirkulation den Stofftransport mit beeinflußt bzw. beschleunigt.

Die in der voranstehenden Beschreibung und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Ansprüche der Erfindung sowie die in den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1
Mikrokapillarreaktor
2
erster Mischer
4
zweiter Mischer
6
erste Zuleitung
8
zweite Zuleitung
10
Transportleitung
12
dritte Zuleitung
14
erste Verlängerungsleitung
16
zweite Verlängerungsleitung
18
dritte Verlängerungsleitung
20
vierte Verlängerungsleitung
22
HPLC-Pumpe
24
Vorratsbehältnis für wäßrige Phase
26
Probenanalytik
28
Produktsammelbehältnis
30a, b, c
Kupplungsstück
32a, b, c
Kupplungsstück
34
wäßriger Fluidblock
36
organischer Fluidblock
38
gasförmige Phase
40
Heizung
42
Eduktvorratsbehältnis
44
Wasserstoffvorratsbehältnis
46
Ar-Vorratsbehältnis
48
Mischstation
50
Kolbenpumpe
52
Abzweigungsleitung
100
Mikrokapillarreaktionsanlage


Anspruch[de]
Mikrokapillarreaktor (1), enthaltend mindestens einen ersten statischen Mischer (2) zur Erzeugung alternierender, nicht homogen mischbarer Fluidblöcke unter Beibehaltung und/oder Ausbildung eines zusammenhängenden Fluidstroms (Plug-Flow-System), umfassend

mindestens eine erste kapillare Zuleitung (6) für ein erstes flüssiges Fluid, mindestens eine zweite kapillare Zuleitung (8) für ein zweites flüssiges Fluid, das mit dem ersten Fluid nicht homogen mischbar ist, wobei mindestens die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen (6, 8) in einem Bereich münden, der Ausgangspunkt mindestens einer ersten Transportleitung (10) ist, wobei mindestens die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen (6, 8) derart dimensioniert sind, daß die ersten und zweiten Fluide jeweils unter laminaren Strömungsbedingungen transportierbar und in Form alternierend nacheinander folgender, diskreter flüssiger Phasenabschnitte (Plugs) in der ersten Transportleitung (10) weiterleitbar sind, gekennzeichnet durch

mindestens einen zweiten statischen Mischer (4) zur selektiven Einspeisung eines gasförmigen dritten Fluids in die Plugs nur des ersten oder des zweiten Fluids, umfassend mindestens eine, insbesondere kapillare, dritte Zuleitung (12) für ein gasförmiges drittes Fluid, die in die erste kapillare Transportleitung (10) stromabwärts zum ersten Mischer (2) einmündet, wobei mindestens die Innenwandung der ersten Transportleitung (10) und gegebenenfalls die Innenwandung der ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung (6, 8, 12) mit einer Polarität ausgestattet ist, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist.
Mikrokapillarreaktor (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verlängerungsleitungen (14, 16, 18, 20) zur ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung (6, 8, 12) und/oder von der ersten Transportleitung (10), wobei diese Verlängerungsleitungen (14, 16, 18) zur ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung und/oder die Verlängerungsleitung (20) der ersten Transportleitung (10) mit einer Polarität ausgestattet ist, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist. Mikrokapillarreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Innenwandung der ersten Transportleitung (10), insbesondere in dem sich an den zweiten Mischer (4) stromabwärts anschließenden Abschnitt, zumindest bereichsweise unpolar ausgestattet ist. Mikrokapillarreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die erste Transportleitung (10), insbesondere deren Innenwandung, mindestens abschnittsweise einen vorzugsweise unpolaren Kunststoff, insbesondere Teflon, umfaßt. Mikrokapillarreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transportleitung (10), insbesondere deren Innenwandung, mindestens abschnittsweise Metall und/oder Glas umfaßt. Mikrokapillarreaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Transportleitung (10) vor und/oder hinter der Einmündung der dritten Zuleitung (12) thermostatierbar ist. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und/oder dritte Zuleitung (6, 8, 12) und/oder die erste Transportleitung (10) und/oder mindestens eine Verlängerungsleitung (14, 16, 18, 20) zumindest abschnittsweise einen Durchmesser nicht oberhalb von 1000 &mgr;m aufweist bzw. aufweisen. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des hinter der Einmündung der dritten Zuleitung (12) des zweiten Mischers (4) beginnenden Abschnitts der ersten Transportleitung (10), mit oder ohne Verlängerungsleitung, im Bereich von 0,1 bis 50 m liegt. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen (6, 8) des ersten Mischers (2) mit ihren jeweiligen Mündungsabschnitten im Wesentlichen gegenläufig orientiert sind. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen (6, 8) mit ihren jeweiligen Mündungsabschnitten im Wesentlichen in einem rechten Winkel aufeinandertreffen. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen (6, 8) mit ihren jeweiligen Mündungsabschnitten in einem Winkel zwischen 90 und 180° oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° aufeinandertreffen. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zuleitung (12) des zweiten Mischers (4) und die erste Transportleitung (10), insbesondere deren sich stromabwärts zur Einmündung der dritten Zuleitung (12) erstreckende Abschnitt, gegenläufig in einem Winkel von etwa 180° aufeinanderstoßen. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zuleitung (12) des zweiten Mischers (4) mit ihrem Mündungsabschnitt im wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° oder in einem Winkel zwischen 90 und 180° in den das erste und zweite Fluid heranführenden Abschnitt der ersten Transportleitung (10) einmündet. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Mischer (2, 4) einen T- oder Y-Mischer darstellen. Mikrokapillarreaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Produktaufnahmebehältnis (28), in das die erste Transportleitung (10) einmündet. Multi-Mikrokapillarreaktor, umfassend mindestens zwei Mikrokapillarreaktoren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche. Verfahren zum kontrollierten Vermengen von mindestens zwei nicht homogen mischbaren flüssigen Fluiden und mindestens einem gasförmigen Fluid unter Einsatz eines Mikrokapillarreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder eines Multi-Mikrokapillarreaktors nach Anspruch 16, bei dem man ein erstes flüssiges Fluid über mindestens eine erste Zuleitung eines ersten statischen Mischers und ein zweites flüssiges Fluid über mindestens eine zweite Zuleitung des ersten statischen Mischer in einem Bereich zusammenführt, der Ausgangspunkt mindestens einer ersten Transportleitung ist, wobei die ersten und zweiten kapillaren Zuleitungen und die Transportleitung derart dimensioniert sind, daß die ersten und zweiten Fluide jeweils unter laminaren Strömungsbedingungen transportiert und in Form alternierend nacheinander folgender, diskreter flüssiger Phasenabschnitte (Plugs) in der ersten Transportleitung weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige, dritte Fluid über mindestens eine dritte, insbesondere kapillare, Zuleitung eines zweiten statischen Mischers in die erste Transportleitung stromabwärts zum ersten Mischer eingespeist wird, wobei mindestens die Innenwandung der ersten Transportleitung und gegebenenfalls mindestens die Innenwandung der ersten, zweiten und/oder dritten Zuleitung mit einer Polarität ausgestattet ist, die eine größere Affinität zum ersten oder zum zweiten Fluid aufweist. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Transportleitung, insbesondere deren Innenwandung, insbesondere in dem sich an den zweiten Mischer stromabwärts anschließenden Abschnitt, wenigstens abschnittsweise einen Kunststoff, insbesondere Teflon, umfaßt. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine organische Phase und das zweite Fluid eine wäßrige Phase umfaßt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite und/oder dritte Zuleitung und/oder die erste Transportleitung und/oder mindestens eine Verlängerungsleitung zumindest abschnittsweise einen Durchmesser nicht oberhalb von 1000 &mgr;m aufweist bzw. aufweisen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des hinter der Einmündung der dritten Zuleitung des zweiten Mischers beginnenden Abschnitts der ersten Transportleitung, mit oder ohne Verlängerungsleitung, im Bereich von 0,1 bis 50 m liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen des ersten Mischers im Wesentlichen mit ihren jeweiligen Mündungsabschnitten gegenläufig orientiert sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen mit ihren Mündungsabschnitten im wesentlichen in einem rechten Winkel aufeinandertreffen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Zuleitungen mit ihren Mündungsabschnitten in einem Winkel zwischen 90 und 180° oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° aufeinandertreffen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zuleitung des zweiten Mischers mit ihrem Mündungsabschnitt im Wesentlichen senkrecht oder in einem Winkel zwischen 0 und 90° oder in einem Winkel zwischen 90 und 180° in den das erste und zweite Fluid heranführenden Abschnitt der ersten Transportleitung einmündet. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Mischer einen T- oder Y-Mischer darstellen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige dritte Fluid Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder ein Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Gemisch umfaßt. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließgeschwindigkeiten von erstem und zweitem Fluid in erster bzw. zweiter Zuleitung und/oder des Mehrphasengemisches in der ersten Transportleitung im Bereich von 6 bis 15000 &mgr;l/min liegen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Plugs der wäßrigen und/oder der organischen Phase eine Länge im Bereich von 0.1 bis 3 mm aufweisen. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine organische Phase mit mindestens einem darin gelösten organischen und mittels Wasserstoff reduzierbaren Edukt, insbesondere &agr;,&bgr;-ungesättigte Aldehyde, das zweite Fluid eine wäßrige Phase mit einem homogen gelösten Hydrierkatalysator und das gasförmige dritte Fluid Wasserstoff, oder daß das erste Fluid eine organische Phase mit mindestens einem darin gelösten Olefin, das zweite Fluid eine wäßrige Phase mit einem homogen gelösten Hydroformylierungskatalysator und das gasförmige dritte Fluid ein Wasserstoff/Kohlenmonoxid-Gemisch, oder daß das erste Fluid eine organische Phase mit mindestens einem darin gelösten organischen und mittels Sauerstoff oxidierbaren Edukt, das zweite Fluid eine wäßrige Phase mit einem homogen gelösten Oxidationskatalysator und das gasförmige dritte Fluid Sauerstoff, oder daß das erste Fluid eine organische Phase mit mindestens einem darin gelösten organischen und mittels Kohlenmonoxid carbonylierbaren Edukt, das zweite Fluid eine wäßrige Phase mit einem homogen gelösten Carbonylierungskatalysator und das gasförmige dritte Fluid Kohlenmonoxid umfassen. Verwendung des Mikrokapillarreaktors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 oder des Multi-Mikrokapillarreaktors gemäß Anspruch 16 für die katalytische Hydrierung, Hydroformylierung, Oxidation oder Carbonylierung in flüssig/flüssig/gas-Mehrphasensystemen.






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