專利名稱：制造擠出主體反應器的方法
制造擠出主體反應器的方法優(yōu)先權本申請要求2009年8月31日提交的題為“用來制造擠出主體反應器的方法 (METHODS FOR PRODUCING EXTRUDED BODY REACTORS)，，的美國專利申請第 61/238，437 號的優(yōu)先權。
背景技術：
本發(fā)明一般涉及用來堵塞蜂窩體擠出整體件從而形成適合用于液體基反應和其他反應的反應器的方法，更具體來說，本發(fā)明涉及使用特定的堵塞材料(包括可紫外固化的組分)和特定的堵塞方法對整體基化學反應器中的通道進行密封。本發(fā)明人以及/或者同事已經開發(fā)了基于蜂窩體擠出技術的用來制造低成本連續(xù)流化學反應器的技術，例如在轉讓給本受讓人的歐洲專利公開第2098285號中公開。參見圖1，在此類反應器10中，流體沿著毫米級的通道22、24流過某種基材20。如圖1的切割透視圖所示，通過對反應器基材20的端面區(qū)域進行機械加工，然后用堵塞物或堵塞材料 26進行選擇性堵塞，從而形成了至少一條具有周期性U形彎的路徑28。通過該方法可以形成很長的大體積曲折流體通道，這些通道在所述蜂窩體整體件之內構成路徑28，這些路徑沿著垂直于整體件孔道的方向至少部分地延伸(在U形彎處)。所述路徑28可以用于反應物，與路徑28相鄰的平行于擠出方向的許多毫米級的通道或孔道22可以用于熱交換流體 30從中流過?；蛘?，反應物30可以沿著平行于擠出方向的方向、在開放通道或孔道22內流過，而熱交換流體則流過相鄰的路徑28。當沿著反應物通道需要具有最低的壓降的時候，優(yōu)選此第二種構型。作為曲折通道的一種替代方式，可以將分隔路徑28中依次的孔道的壁完全除去直到相反面堵塞物的深度，如圖所示，例如路徑28完全不需要沿著基材18通道的初始方向，而是可以沿著垂直于基材通道的方向，以高長寬比通道的形式從基材20 —端的堵塞物26到達基材20另一端的堵塞物26，在路徑28中無需包括U形彎。在轉讓給本受讓人的美國專利公開第20100135873號中，本發(fā)明人和/或同事公開并描述了這樣的結構。在使用曲折路徑28的情況下，對于反應物或工藝流體，特別是對于熱交換來說， 可能造成很大的壓降。即使在使用高長寬比的通道的時候，特別是在需要高的熱交換流體流速以控制極為劇烈的放熱或吸熱反應的時候，所需的內部操作壓力也可能很高。本發(fā)明描述了一種方法，該方法能夠可靠、可重現(xiàn)而且相對高效地形成堅固的耐壓性的堵塞物。

發(fā)明內容
—個實施方式包括一種用來對蜂窩體整體件的選定孔道進行堵塞、從而形成流體反應器的方法，所述方法包括使得蜂窩體整體件的選定孔道與熔融的或者軟化的堵塞材料接觸，所述材料包含至少一種可燒結的顆粒和粘合劑，所述粘合劑包含至少一種熱固性組分和至少一種可紫外輻射固化的聚合物，通過進行所述接觸操作，使得一部分所述材料保持與所述選定的孔道接觸，并且堵塞所述選定的孔道；對所述熔融或軟化的堵塞材料進行冷卻，使得熱固性組分固化；在冷卻之后，輻照所述材料的一部分，從而使得可輻射固化的聚合物至少部分地固化；在輻照之后，對所述部分的材料進行燒結，以除去粘合劑，從而使得至少一種可燒結的顆粒燒結。另一個實施方式包括一種用來對蜂窩體整體件的選定的孔道進行堵塞、從而形成流體反應器的方法，該方法包括提供包括大量孔道的蜂窩體整體件；對整體件的不欲堵塞的一些孔道進行掩蔽；使得所述蜂窩體整體件的未掩蔽的孔道與熔融的或者軟化的堵塞材料接觸，所述熔融的或者軟化的堵塞材料位于不粘膜上，所述不粘膜被支撐在耐火基材上， 所述耐火基材的體積熱容量不大于1. 55J/(cm3 · K)，熱導率不大于1. 2ff/(m · K)；在接觸了足以將堵塞材料推入未掩蔽的孔道內的時間之后，立刻除去所述耐火基材。通過這兩個實施方式都可以可靠、可重現(xiàn)并且相對高效地形成堅固、耐壓性的堵塞物。在以下的詳細描述中提出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領域的技術人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖在內的本文所述的各種實施方式而被認識。應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都僅僅是示例性的，用來提供理解要求保護的本發(fā)明的性質和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結合在本說明書中并構成說明書的一部分。


了本發(fā)明的一個或多個實施方式，并與說明書一起用來解釋各種實施方式的原理和操作。附圖簡要說明圖1是本發(fā)明所涉及的種類的反應器10的一部分的切面透視圖；圖2是顯示本發(fā)明人在圖1所示種類的某種反應器中發(fā)現(xiàn)的密封問題的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，正在進行加工的基材的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖3的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖4的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖5的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖6的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖7的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖8的基材正在進行進一步加工時的截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖9的基材正在通過用紫外射線輻照而進行進一步加工時的截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，圖10的基材正在進行燒結時的截面圖。
具體實施例方式下面將參照附圖，對本發(fā)明描述的方法和裝置的某些例子進行大體的描述。只要有可能，在所有附圖中使用相同的編號來表示相同或類似的部件。參見圖2，用來對燒結的氧化鋁基材進行堵塞的玻璃料材料，例如歐洲專利公開第 2065347號所述的材料，通常在大約875°C的溫度燒結。在基材從室溫加熱到燒結溫度的過程中，堵塞材料和基材通過100-150°C的溫度范圍。在此范圍內，堵塞材料通常會軟化，在施加的外界作用力條件下發(fā)生變形或者移位。本發(fā)明人通過一些實驗證明，如圖2的截面圖所示，在燒結工藝的這個階段過程中，堵塞物26經常會從相應的堵塞的或者封閉的孔道24 出塞。在所有的觀察的情況下，堵塞物的“出塞”會造成堵塞物從基材或者蜂窩體整體件20 的端面通道部分地推斥出來。雖然不希望限于任何特定的理論，但是認為在基材燒結過程中內部通道內的空氣加熱會產生壓力累積P，迫使堵塞物26向外移動。即使在所述內部的(通常是曲折形式的) 通道或路徑28在各端沒有封閉、而是通過開口(通常是側面端口的形式(圖中未顯示)) 對外界環(huán)境壓力相開放的時候，也會出現(xiàn)所述的壓力累積P。在5厘米(2英寸)直徑的氧化鋁基材中，內部通道的長度可以最高達30米，因此大約1平方毫米的通道中到達一個開放的側面端口的距離可能最高達15米。在基材燒結過程中對沿著路徑28流動的空氣的阻力在路徑28內部的內部位置造成壓力升高。因為軟化的堵塞物26無法耐受此種局部壓力累積，因此會從基材通道位移出來。實驗表明在基材端面上，朝向中心的區(qū)域(即距離開放側面端口最遠的位置)，堵塞物26更容易被推斥出來。其它的實驗表明，通過減緩基材加熱速率可以減小所述出塞現(xiàn)象，但是即使采用現(xiàn)實中最小的加熱速率(例如25°C /小時)也無法消除此種現(xiàn)象。因為人們不希望燒結時間過長，因此堵塞物出塞問題使得人們難以制造具有均一深度的堵塞物的反應器基材。所述堵塞物深度均一性變化在通道幾何結構上造成變化，因此在反應物或熱交換壓力和流動方面造成變化。所造成的反應物溫度和停留時間的變化可能會影響反應器性能，降低產物產率和/或選擇性。本發(fā)明人通過進行實驗和/或指導實驗的進行，從而發(fā)現(xiàn)，當堵塞基材20的第二端面的時候，所述基材20 (通常是氧化鋁基材)的高熱導率使得熱量能夠很快地從熔融的或者軟化的堵塞材料(以及用來加熱該堵塞材料的加熱板)轉移給內部通道24中截留的空氣。即使在內部通道各端沒有封閉的情況下，空氣溫度的升高會導致出現(xiàn)局部的壓力累積。沿著通道或路徑28的壓降大到足以產生局部壓力，將受到加熱的堵塞材料26從基材端面通道推出。因此，在端面上的堵塞材料26變成加載了截留的氣泡的形式，這是不利的。 本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的這些問題可以通過下文所述的方法解決。參見圖3，通過以下方式對基材20進行堵塞首先在基材20的一個端面上，將堵塞掩模40施加到選定的通道22上?？梢酝ㄟ^人工施加的帶條或者激光切割的麥拉聚酯薄膜(mylar)孔來提供掩蔽。所述堵塞物掩模40覆蓋了在堵塞操作之后必須保持開放的基材通道22，而將要進行堵塞的通道24則保持開放未被掩蔽。參見圖4，將基于熱固性材料(蠟基或聚合物基)的堵塞材料50的一個薄層設置在不粘膜或其他不粘層52(例如PTFE)上，所述不粘膜或其他不粘層52以接觸的方式設置在加熱板54上，所述加熱板54位于基座56上。以下顯示了一種示例性的堵塞物組成(1)83.0重量％的如EP2065347所述的玻璃粉末；(2)17.0重量％的蠟粘合劑(MX4462， CERDEC 法國)。
所述加熱板加熱至100_125°C，使得堵塞材料50在所述不粘膜52的表面上熔融形成圓盤。可以用手術刀(圖中未顯示)將堵塞材料50重新分配成均勻厚度的薄片。如圖 5的截面圖所示，隨后使得基材20的掩蔽端下降到熔融的堵塞材料50上。如果需要的話， 可以對基材20進行預熱，以便在堵塞過程中改進熔融的堵塞材料的流動。參見圖5，當基材20下降的時候，熔融的堵塞材料50流入未堵塞的基材端面通道 24中。最終，如圖所示，掩模40與不粘膜52接觸。如果需要的話，所述基材20可以保持簡短地通過膜52而與加熱板54接觸，從而允許堵塞材料50在各個通道24之內自發(fā)流平。參見圖6，接下來將基材20和不粘膜52從加熱板54移開。在此移開過程中，所述不粘膜52保持與基材端面接觸，阻止了不粘膜相對于基材端面的橫向移動。在從加熱板54移開之后，基材通道24內的堵塞材料50通常會快速地冷卻和固化。可以通過將所述基材20和不粘膜52放置在等于或接近室溫的平坦表面(圖中未顯示)上從而縮短固化所需的時間。如圖6的截面圖所示，當堵塞材料50固化之后，將不粘膜52從基材端面除去。通過將基材20從加熱板54移走以進行冷卻，可以縮短堵塞工藝周期時間，這是因為不再需要進行長時間的加熱板冷卻和重新加熱(用于制備下一部件)。參見圖7，接下來將玻璃板60設置成與加熱的加熱板54相接觸，將一片不粘膜52 放置在所述玻璃板60的頂上。如前文所述，通過手術刀操作或者其它的方式(圖中未顯示)，在所述不粘膜52上形成熔融堵塞材料50的一個薄層。參見圖8，對于該第二組堵塞物，通過使得玻璃板60、不粘膜52、熔融堵塞材料50 上升離開加熱板54并與未堵塞的基材端面接觸，從而將基材20堵塞。熔融的堵塞材料50 快速流入所有未掩蔽的基材端面通道24中。參見圖9，然后立刻將玻璃板60從基材端面移走，使得僅有不粘膜52保持與基材端面(16)接觸。通過進行該操作來避免從加熱的玻璃板60向著基材20發(fā)生任何顯著的傳熱。在阻止傳熱的情況下，基材通道24內的氣體加熱和所得的局部加壓都得以避免。由此防止了氣泡的形成，還防止了氣泡被推動著通過熔融堵塞材料50的現(xiàn)象。通過使用玻璃作為玻璃傳輸板60的材料的優(yōu)點在于，玻璃通常同時具有以下的性質不大于1.55J/ (cm3· K)的較低的熱容和不大于1.2W/(m· 的較低的熱導率。較佳的是，用來代替玻璃用于板60的任何其他材料也能夠滿足或者優(yōu)于這些數(shù)值。在堵塞材料冷卻之后，將不粘膜52從基材端面移走。將基材20周邊的多余的堵塞材料除去，然后除去掩模，得到了圖10的中間部分顯示的堵塞基材20的截面圖。如上文所述，對包括長的內部通道的堵塞基材進行燒結的一個主要問題是防止堵塞物的出塞?？梢酝ㄟ^對玻璃料聚合物粘合劑中的可紫外固化的材料消除堵塞物出塞。 可以用于氧化鋁基材的堵塞材料的示例性組成如下(1)82重量％的EP 2065347所述的玻璃粉末(根據(jù)粒度分布[PSD]，在82-85重量％的范圍內)；(2) 15.3重量％的蠟粘合劑 (MX4462)(根據(jù)PSD，在12-16重量％的范圍內)；(3) 2. 7重量％的可紫外固化的粘合劑(根據(jù)PSD，在2-5重量％的范圍內)。再來看圖10，在燒結之前，各個基材端面曝光于紫外輻射R。所述可紫外固化的材料發(fā)生交聯(lián)，防止了堵塞材料在燒結的過程中、在100-150°C的溫度范圍內軟化。實驗表明， 從商購紫外光源(例如綠點公司(Green Spot)的GS型紫外點光源固化單元)產生的紫外輻射進行較短暫的曝光(在0. 3ff/cm2的條件下曝光1-2分鐘)便足以使得堵塞材料紫外固化。參見圖11，在堵塞材料的燒結過程中，在粘合劑燒盡之前，所述可紫外固化的粘合劑組分不會發(fā)生軟化，確保了堵塞物26保持在原位，能夠抵抗通道24內的任何局部壓力累積P，得到了一種可靠、可重現(xiàn)性的堵塞物形成方法，該方法所形成的堵塞物能夠耐受所得的反應器10中相當大的內部壓力。本發(fā)明所揭示的方法和/或裝置通?？捎脕磉M行許多化學和物理流體基或者產生流體的工藝，所述工藝包括在微型結構中對流體或流體混合物進行混合、分離、萃取、結晶、沉淀或其它的工藝過程，所述流體混合物包括流體的多相混合物，并包括流體或包括還含有固體的流體的多相混合物的流體混合物。所述工藝過程可以包括物理過程，化學反應，生物化學過程，或者任意其它形式的工藝過程，化學反應被定義為導致有機物、無機物、或者有機物和無機物發(fā)生相互轉化的過程。以下列出了可以通過所揭示的方法和/或裝置進行的反應的非限制性例子氧化；還原；取代；消除；加成；配體交換；金屬交換；以及離子交換。更具體來說，以下列出了可以通過所揭示的方法和/或裝置進行的反應的任意非限制性例子聚合；烷基化；脫烷基化；硝化；過氧化；磺化氧化；環(huán)氧化；氨氧化；氫化；脫氫；有機金屬反應；貴金屬化學/均相催化劑反應；羰基化；硫羰基化； 烷氧基化；鹵化；脫氫鹵化；脫鹵化；加氫甲?；霍然?；脫羧；胺化；芳基化；肽偶聯(lián)；醇醛縮合；環(huán)化縮合；脫氫環(huán)化；酯化；酰胺化；雜環(huán)合成；脫水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；縮酮化(ketalization)；皂化；異構化；季銨化；甲?；?；相轉移反應；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；疊氮化物化學；復分解；氫化硅烷化；偶聯(lián)反應；以及酶反應。對本領域的技術人員而言，明顯可以對本發(fā)明進行各種修改和變動，而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1.一種用來對蜂窩體整體件的選定的孔道進行堵塞、從而形成流體反應器的方法，所述方法包括使得蜂窩體整體件的選定的孔道與熔融的或者軟化的堵塞材料接觸，所述熔融的或者軟化的堵塞材料包含至少一種可燒結的顆粒和粘合劑，所述粘合劑包含至少一種熱固性組分和至少一種可紫外輻射固化的聚合物，使得一部分材料與選定的孔道保持接觸，并堵塞所述選定的孔道；對所述熔融的或者軟化的堵塞材料進行冷卻，使得所述熱固性組分固化； 在冷卻之后，對所述材料的一部分進行輻照，從而使得所述可輻射固化的聚合物至少部分地固化；以及在輻照之后，對所述材料的一部分進行燒結，從而除去所述粘合劑，并且使得所述至少一種可燒結顆粒燒結。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括除去所述選定的孔道中至少一部分相鄰的孔道之間的壁的至少一部分，對所述選定的孔道和所述壁的除去的部分進行設置，使得當對選定的孔道進行堵塞的時候，在所述整體件中形成一條或多條路徑，所述路徑至少部分地沿著垂直于整體件孔道的方向延伸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括除去所述選定的孔道中至少一部分相鄰的孔道之間的壁的至少一部分，對所述選定的孔道和所述壁的除去的部分進行設置，使得當對選定的孔道進行堵塞的時候，在所述整體件中形成一條或多條曲折路徑， 所述曲折路徑沿著所述整體件的孔道延伸。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述粘合劑包含至少50重量％ 的熱塑性聚合物和至少5重量％的可輻射固化的聚合物。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，所述方法還包括在所述接觸過程中，用基材支撐所述堵塞材料，所述基材的體積熱容不大于1. 55J/(cm3 · K)。
6.如權利要求1-4中任一項所述的方法，所述方法還包括在所述接觸過程中，用基材支撐所述堵塞材料，所述基材的熱導率不大于1. 2ff/(m · K)。
7.如權利要求1-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述蜂窩體整體件包含玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述蜂窩體整體件包含氧化鋁。
9.如權利要求1-8中任一項所述的方法，其特征在于，所述至少一種可燒結的顆粒是玻璃。
10.一種用來對蜂窩體整體件的選定的孔道進行堵塞、從而形成流體反應器的方法，所述方法包括提供包括多個孔道的蜂窩體整體件； 對所述整體件的孔道中選定的不欲堵塞的孔道進行掩蔽；使得蜂窩體整體件的未掩蔽的孔道與熔融的或者軟化的堵塞材料接觸，所述熔融的或者軟化的堵塞材料設置在不粘性膜上，所述不粘性膜被支撐在耐火基材上，所述耐火基材的體積熱容不大于1. 55J/(cm3 · K)，熱導率不大于1. 2ff/(m · K)；以及在接觸了足夠時間、足以將所述堵塞材料推入未掩蔽的孔道之后，立刻除去所述耐火基材。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述堵塞材料包含至少一種可燒結的顆粒和粘合劑，所述粘合劑包含至少一種熱固性組分和至少一種可紫外輻射固化的聚合物， 所述方法還包括對所述整體件中的所述熔融的或者軟化的堵塞材料進行冷卻，使得所述熱固性組分固化；在冷卻之后，對所述基材中的材料的一部分進行輻照，從而使得所述可輻射固化的聚合物至少部分地固化；以及在輻照之后，對所述基材中的材料的一部分進行燒結，從而除去所述粘合劑，并且使得所述至少一種可燒結顆粒燒結。
12.如權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括除去所述選定的孔道中至少一部分相鄰的孔道之間的壁的至少一部分，對所述選定的孔道和所述壁的除去的部分進行設置，使得當對選定的孔道進行堵塞的時候，在所述整體件中形成一條或多條路徑，所述路徑至少部分地沿著垂直于整體件孔道的方向延伸。
13.如權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括除去所述選定的孔道中至少一部分相鄰的孔道之間的壁的至少一部分，對所述選定的孔道和所述壁的除去的部分進行設置，使得當對選定的孔道進行堵塞的時候，在所述整體件中形成一條或多條曲折路徑，所述曲折路徑沿著所述整體件的孔道延伸。
14.如權利要求10-13中任一項所述的方法，其特征在于，所述蜂窩體整體件包含玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷。
15.如權利要求10-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述至少一種可燒結的顆粒是玻璃。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用來對蜂窩體整體件的選定孔道進行堵塞、從而形成流體反應器的方法，所述方法包括使得蜂窩體整體件的選定孔道與熔融的或者軟化的堵塞材料接觸，所述材料包含至少一種可燒結的顆粒和粘合劑，所述粘合劑包含至少一種熱固性組分和至少一種可紫外輻射固化的聚合物，通過進行所述接觸操作，使得一部分所述材料保持與所述選定的孔道接觸，并且堵塞所述選定的孔道；對所述熔融或軟化的堵塞材料進行冷卻，使得熱固性組分固化；在冷卻之后，輻照所述材料的一部分，從而使得可輻射固化的聚合物至少部分地固化；在輻照之后，對所述部分的材料進行燒結，以除去粘合劑，從而使得至少一種可燒結的顆粒燒結。本發(fā)明還揭示了在接觸過程中防止氣泡形成的方法。
文檔編號B81C1/00GK102481544SQ201080039599
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者D·K·吉爾福伊勒, J·S·薩瑟蘭 申請人:康寧股份有限公司