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Title:
DEVICE AND PROCESS FOR SUBSTANCE SEPARATION IN A MICROSTRUCTURED APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2010/017908
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for separation of substance mixtures on the micro scale. The invention further relates to a process for separating substance mixtures using the inventive device. The device is a device for separating substance mixtures and for performing chemical reactions between immiscible fluid media on the micro scale, comprising a first channel plate with at least one first process channel for a first fluid medium, an inlet and an outlet, and a connecting or distributing channel in each case, which connects the inlet to the first process channel, and a further connecting or distributing channel which connects the first process channel to the outlet, a second channel plate with at least one second process channel for a second fluid medium immiscible with the first, an inlet and an outlet, and a connecting or distributing channel in each case, which connects the inlet to the second process channel, and a further connecting or distributing channel which connects the second process channel to the outlet, and a microscreen as a separating means between the two process channel, wherein the microscreen has a multitude of orifices which have an aspect ratio of 1.5 to 10.

Inventors:
KERN, Jürgen (Am Abtswald 8, Geisenheim, 65366, DE)
RUNOWSKI, Thomas (Paulistr. 13, Düsseldorf, 40597, DE)
GRÜN, Marcus Paul (Block F3, Muhua Road, Shanghai 7, 20150, CN)
RUFFERT, Gerhard (Höfer Weg 52, Leverkusen, 51377, DE)
ZECIROVIC, Rebeka (Fontanestr. 1, Köln, 50670, DE)
SCHMITZ, Jörg-Rainer (Milanstr. 33, Ratingen, 40882, DE)
MOTHES, Helmut (Zum Hucklenbruch 53, Langenfeld, 40764, DE)
STANGE, Olaf (Im vorderen Pfeiler 8, Saulheim, 55291, DE)
HERBSTRITT, Frank (Weberstube 3, Alzey, 55232, DE)
Application Number:
EP2009/005650
Publication Date:
February 18, 2010
Filing Date:
August 05, 2009
Export Citation:
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Assignee:
BAYER TECHNOLOGY SERVICES GMBH (51368 Leverkusen, DE)
EHRFELD MIKROTECHNIK BTS GMBH (Mikroforum Ring 1, Wendelsheim, 55234, DE)
KERN, Jürgen (Am Abtswald 8, Geisenheim, 65366, DE)
RUNOWSKI, Thomas (Paulistr. 13, Düsseldorf, 40597, DE)
GRÜN, Marcus Paul (Block F3, Muhua Road, Shanghai 7, 20150, CN)
RUFFERT, Gerhard (Höfer Weg 52, Leverkusen, 51377, DE)
ZECIROVIC, Rebeka (Fontanestr. 1, Köln, 50670, DE)
SCHMITZ, Jörg-Rainer (Milanstr. 33, Ratingen, 40882, DE)
MOTHES, Helmut (Zum Hucklenbruch 53, Langenfeld, 40764, DE)
STANGE, Olaf (Im vorderen Pfeiler 8, Saulheim, 55291, DE)
HERBSTRITT, Frank (Weberstube 3, Alzey, 55232, DE)
International Classes:
B01D11/04; B01J19/00; B01L3/00
Domestic Patent References:
WO1996012540A1
WO2000022434A1
Foreign References:
FR2196831A1
US20060283798A1
DE69530101T2
Attorney, Agent or Firm:
BAYER TECHNOLOGY SERVICES GMBH (Law and Patents, Patents and Licensing, Leverkusen, 51368, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Trennung von Stoffgemischen sowie zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien im Mikromaßstab umfassend eine erste Kanalplatte mit mindestens einem ersten

Prozesskanal für ein erstes fluides Medium, einem Einlaß und einem Auslaß sowie jeweils einem Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den Einlass mit dem ersten Prozesskanal verbindet und einem weiteren Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den ersten Prozesskanal mit dem Auslass verbindet, eine zweite Kanalplatte mit mindestens einem zweiten Prozesskanal für ein zweites, mit dem ersten nicht mischbares fluides Medium, einem Einlaß und einem Auslaß sowie jeweils einem Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den Einlass mit dem zweiten Prozesskanal verbindet und einem weiteren Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den zweiten Prozesskanal mit dem Auslass verbindet, sowie einem Mikrosieb als Trennmittel zwischen beiden Prozesskanälen,

dadurch gekennzeichnet dass das Mikrosieb eine Vielzahl von Öffnungen enthält, die ein Aspektverhältnis von 1,5 bis 10 aufweisen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Öffnungen des Mikrosiebs vorzugsweise annähernd gleich groß und im wesentlichen regelmäßig auf dem

Mikrosieb verteilt sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Durchmesser der Öffnungen des Mikrosiebs 0,2 bis 5 μm beträgt.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Dicke des Mikrosiebs 0,5 bis 10 μm beträgt .

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Porosität des Mikrosiebs zwischen 10% und 70% beträgt.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oberfläche des Mikrosiebs beschichtet ist.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Prozesskanäle für mindestens eines der beiden Fluide durch Öffnungen in einer Distanzfolie gebildet werden, welche zwischen dem Mikrosieb und der jeweiligen

Kanalplatte eingebracht ist.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung zusätzlich mit Mitteln zur Einbringung bzw. zum Austrag von Wärme ausgestattet ist.

9. Apparat umfassend mindestens zwei Vorrichtungen gemäß einem der

Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtungen miteinander verschaltet sind.

10. Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Apparats gemäß Anspruch 9 zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen nicht mischbaren Fluiden oder zur Trennung zweier Fluide.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Stofftrennung in einem mikrostrukturierten Apparat

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von Stoffgemischen sowie zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien in mikrostrukturierten Kanälen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen und zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Unter „nicht mischbaren fluiden Medien" werden solche flüssigen oder gasförmigen Medien verstanden, die unter den gegebenen Bedingungen eine Phasengrenze untereinander ausbilden. Des weiteren ist die Vorrichtung zum Entgasen und Begasen von Einzelstoffströmen und Gemischen sowie für die Erzeugung von Emulsionen insbesondere von Mikro- und Nanoemulsionen geeignet

Die Trennung von Stoffgemischen durch Stofftibergang zwischen fluiden Medien, z.B. mittels Destillation, Absorption, Desorption und Extraktion ist eine seit langem bekannte Technik, die sowohl in kleinem als auch im großtechnischem Maßstab durchgeführt wird. Ebenso sind Vorrichtungen und Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen Stoffen bekannt, die in unterschiedlichen fluiden Phasen vorliegen, so z.B. zwischen Gasen und Flüssigkeiten sowie zwischen untereinander nicht mischbaren Flüssigkeiten.

Seit einiger Zeit ist bekannt, dass eine Durchfuhrung der Trennung von Stoffgemischen oder von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien in mikrostrukturierten Kanalsystemen und unter Verwendung definiert mikrostrukturierter Trennmittel gegenüber der Verwendung konventioneller Kolonnen Vorteile in Bezug auf Hydrodynamik sowie Wärme- und Stofftransport aufweist (siehe beispielsweise Cypes, Engstrom, Chemical Engineering Journal 101 (2004) 49). Als Trennmittel kommen hier die Kanalwände selbst wie auch Folien oder Membranen mit jeweils definiert eingebrachten mikrostrukturierten Öffnungen zwischen den Kanälen für die in Kontakt zu bringenden Fluide infrage. Ein bestimmtes Aspektverhältnis der Öffnungen der verwendeten Trennmittel wird in der o.g. Druckschrift jedoch nicht offenbart.

WO 96/12540 offenbart eine Vorrichtung, die ein Lochplattenmittel nach Art einer Membran aufweist und unter anderem für die Trennung von Stoffgemischen in mikrostrukturierten Kanälen geeignet ist. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Öffnungen (Poren) im Lochplattenmittel lehrt die WO 96/12540, dass ein Aspektverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen der kleinsten lateralen Abmessung der Öffnungen zur Dicke des Lochplattenmittels von nicht mehr als 1 erforderlich ist, um zu einer befriedigenden Trennleistung zu gelangen.

Es wurde jedoch gefunden, dass mit diesen bekannten Vorrichtungen zur Trennung von Stoffgemischen sowie zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien im Mikromaßstab für viele Anwendungen die Verarbeitung nur unzureichender Massenströme bezogen auf die Fläche des Trennmittels möglich ist. Dies verhindert einen Einsatz dieser Vorrichtungen in solchen Anwendungen, in denen verfahrensbedingt hohe Massenströme zu bewältigen sind. Beispiele für technische Prozesse dieser Art sind die Entchlorung von HCl oder die Chlortrocknung mit Schwefelsäure. Dieser Nachteil lässt sich höchstens durch den parallelen Betrieb einer Vielzahl dieser bekannten Vorrichtungen ausgleichen, was allerdings wiederum zu hohen Investitions- und Betriebskosten führt.

Es bestand daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Trennung von Stoffgemischen sowie zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien in mikrostrukturierten Kanälen bereitzustellen, die bei möglichst unverändert guter Trennleistung einen hohen Massenstrom bezogen auf die Fläche des Trennmittels zu bewältigen in der Lage ist. Die Vorrichtung sollte weiterhin konstruktiv einfach und kostengünstig herzustellen sein.

Überraschend wurde nun gefunden, dass diese Aufgaben durch die nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Trennung von Stoffgemischen sowie zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien in mikrostrukturierten Kanälen umfassend eine erste Kanalplatte mit mindestens einem ersten Prozesskanal für eine erstes fluides Medium, einem Einlaß und einem Auslaß sowie jeweils einem Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den Einlass mit dem ersten Prozesskanal verbindet und einem weiteren Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den ersten Prozesskanal mit dem Auslass verbindet, eine zweite Kanalplatte mit mindestens einem zweiten Prozesskanal für ein zweites, mit dem ersten nicht mischbares fluides Medium, einem Einlaß und einem Auslaß sowie jeweils einem Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den Einlass mit dem zweiten Prozesskanal verbindet und einem weiteren Verbindung- bzw. Verteilkanal, der den zweiten Prozesskanal mit dem Auslass verbindet, sowie einem Mikrosieb als Trennmittel zwischen beiden Prozesskanälen, wobei das Mikrosieb eine Vielzahl von Öffnungen enthält, die ein Aspektverhältnis von 1,5 bis 10, vorzugsweise von 1,5 bis 5, besonders bevorzugt von 2 bis 3 aufweisen.

Das Aspektverhältnis bedeutet dabei das Verhältnis der kleinsten Abmessung der Öffnung gemessen parallel zur Siebmembranfläche zur Dicke der Siebmembran.

Die Öffnungen des Mikrosiebs sind vorzugsweise annähernd gleich groß und im wesentlichen regelmäßig auf dem Mikrosieb verteilt.

Die Dicke des Mikrosiebs beträgt üblicherweise 0,5 bis 10 μm, vorzugsweise 0,5 bis 5 μm, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 μm.

Der Durchmesser der Öffnungen beträgt üblicherweise 0,2 bis 5 μm, vorzugsweise 0,2 bis 2 μm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 μm.

In jedem Fall muss jedoch das oben genannte Aspektverhältnis eingehalten werden.

Um einen guten Stofftransport über das Mikrosieb zu erreichen, ist es vorteilhaft, Mikrosiebe mit besonders hoher Porosität, d.h. einer großen Gesamtquerschnittsfläche der Öffnungen (Poren) pro Siebfläche einzusetzen. Die Porosität ist dabei anderseits durch die Forderung beschränkt, dass das Sieb eine gewisse Festigkeit aufweisen muss, um eine sichere Trennung der zwecks Stoffaustausch in Kontakt zu bringenden Fluide zu gewährleisten. Als günstig haben sich Mikrosiebe mit Porositäten zwischen 10% und 70%, bevorzugt zwischen 20% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 50% herausgestellt. Geeignete Mikrosiebe für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind beispielsweise die von der Firma FluXXion b.v, Einhoven, Niederlande vertriebenen Mikrosiebe mit der Bezeichnung DX05.

Die Zu- und Abfuhr von Fluid zu und aus den Kanälen kann über Vorsorgungskanäle erfolgen, die eine gleichmäßige Verteilung der Fluide ermöglichen.

Die Temperierung der Fluide kann durch Wärmeein- und -austrag von außen in oder aus dem Modul heraus erfolgen.

Es besteht ferner die Möglichkeit, mehrere Mikrosiebe mit dazwischen liegenden Kanälen zu stapeln und in Reihe oder parallel zu verschalten.

Weiter können bei einer solchen Anordnung zwischen jedem oder zwischen ausgewählten Kanal- bzw. Sieb- Paaren Temperierplatten vorgesehen werden, wobei die Temperierplatten einen Wärmeein oder -austrag ermöglichen. Die Temperierplatten können beispielsweise über Fluidkanäle durch ein durchströmendes Fluid gekühlt oder geheizt werden.

Weiter denkbare Bauformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind sogenannte Wickeloder Kapillar bzw. Rohrmodule. Diese Bauformen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Membrantechnik bekannt.

Geeignete Materialien für das Mikrosieb sind z.B. Metalle, Gläser, Keramiken, Polymermaterialien oder Halbleiter. Bevorzugt kommen für die Herstellung der Mikrosiebe Halbleitermaterialien, besonders bevorzugt Silizium und Siliziumnitrid zur Anwendung. Auch die Verwendung von Nanomaterialien, wie Carbon-Nanotubes ist möglich.

Die Öffnungen des Mikrosiebs lassen sich nach allgemein bekannten Verfahren der Mikrostrukturierung herstellen. Bevorzugt werden hierbei Methoden der Photolithographie in Verbindung mit Beschichtungs- und Ätztechniken eingesetzt, wie sie z.B. aus der Fertigung mikroelektronischer und mikrosystemtechnischer Bauelemente bekannt sind. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Beschichtungstechniken um vakuumgestützte Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten chemisch und mechanisch besonders stabiler Verbindungen (z.B. Siliziumnitrid) und bei den Ätzverfahren um nasschemische bzw. vakuumgestützte Verfahren zum isotropen sowie anisotropen Materialabtrag in Halbeleitermaterialien. Aber auch Laserverfahren, Abscheidetechniken oder zerspanende Herstellverfahren können genutzt werden.

Für bestimmte Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Mikrosieb zu beschichten. Hierzu kommen allgemein bekannte Materialien und Techniken in Betracht. Durch eine Beschichtung ist es insbesondere möglich, die Oberflächeneigenschaften des Mikrosiebs einzustellen. So kann beispielsweise eine in Bezug auf die jeweils zu trennende Flüssigkeitsphase benetzbare oder nicht benetzbare Beschichtung aufgetragen werden. Um eine sichere Trennung der über das Mikrosieb in Kontakt zu bringenden Fluide zu bewirken, ist es dabei jeweils bevorzugt, den Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des beschichteten Mikrosiebs und der Flüssigkeitsphase(n) auf einen Wert einzustellen, der möglichst weit von 90° entfernt ist. Wird die Vorrichtung dafür verwendet, eine Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung (z.B. Wasser) mit einem Gas in Kontakt zu bringen, ist es besonders vorteilhaft, die Oberfläche des Siebs wasserabweisend (hydrophob: Grenzflächenwinkel des Wassers gegen die Sieboberfläche » 90°) einzustellen. Umgekehrt kann es bei Einsatz der Vorrichtung für den Stoffaustausch zwischen einer Flüssigkeit mit geringer Oberflächenspannung (z.B. Toluol) und einem Gas besonders vorteilhaft sein, das Sieb der Flüssigkeit gegenüber gut benetzend (Grenzflächenwinkel der Flüssigkeit gegen die Sieboberfläche « 90°) einzustellen.

Geeignete Beschichtungsmittel für die Beschichtung des Mikrosiebs sind beispielsweise Beschichtungsmittel auf Silanbasis oder Polytetrafluorethylen (Teflon)

Ein besonders bevorzugtes Beschichtungsmittel bei Einsatz wässriger Flüssigkeitsphasen ist Polytetrafluorethylen (Teflon).

Neben der Einstellung der Benetzbarkeit durch die Prozessmedien kann es ebenfalls vorteilhaft sein, das Mikrosieb mit einer katalytisch aktiven Substanz zu beschichten. - -

Um im Bereich der Prozesskanäle einen hinreichenden Stofftransport auch innerhalb der beteiligten Fluide zu erreichen und damit eine den Stofftransport über das Mikrosieb hemmende An- bzw. Abreicherung der zu transportierenden Spezies zu verhindern, ist es insbesondere bei flüssigen Medien vorteilhaft, dass der Prozesskanal in der Richtung senkrecht zur Siebfläche eine geringe Ausdehnung (Tiefe) hat. Vorzugsweise sind daher wenigstens auf der Seite des flüssigen Prozessmediums Prozesskanaltiefen von 5 bis 50 μm, besonders bevorzugt von 10 bis 30 μm einzusetzen. Aufgrund der vorzugsweise sehr kleinen Ausdehnungen der Sieböffhungen und deren wesentlich über 1 liegenden Aspektverhältnissen lassen sich selbst bei derart kleinen Kanaltiefen und hohen Prozessmedienstromdichten die resultierenden hohen Druckdifferenzen über das Mikrosieb im Gegenstrombetrieb der Vorrichtung sicher beherrschen.

Die Einbringung der Prozesskanäle mit den o.g. Kanaltiefen in die Kanalplatten kann mit hinreichender Präzision mit aus der Mikroverfahrenstechnik bekannten Methoden der Mikrofertigung wie z.B. durch Ätzverfahren, Zerspanungstechniken oder Lasermaterialbearbeitung (Ablation) erfolgen. Alternativ, und gegenüber den vorgenannten Methoden bevorzugt, können die Kanalplatten auf der Seite der Flüssigkeits-Prozesskanäle eben ausgeführt werden und die Prozesskanäle durch Einbringung einer in Form durchgehender Öffnungen strukturierten Folie zwischen Kanalplatte und Mikrosieb definiert werden. Die Dicke der Folie entspricht in diesem Fall der Prozesskanaltiefe.

Die Verbindungs- bzw. Verteilkanäle sind bevorzugt derart zu gestalten, dass eine homogene Verteilung der Fluidströme in den Prozesskanälen gewährleistet wird. Für die überwiegende Zahl der möglichen Anwendungen der Vorrichtung ist es vorteilhaft, dass die nicht miteinander mischbaren Fluide in den durch das Mikrosieb getrennten Prozesskanälen in im wesentlichen zueinander parallelen Richtungen strömen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Fluide in den durch das Mikrosieb getrennten Prozesskanälen dabei in zueinander entgegen gesetzter Richtung fließen.

Je nach Anwendung der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, diese mit Mitteln zur Einbringung bzw. zum Austrag von Wärme auszustatten. So können beispielsweise weitere, von den Prozess- und Verbindungs-/Verteilkanälen getrennte Kanäle in die Kanalplatten eingebracht werden, die die Durchströmung der Kanalplatten mit einem Temperiermedium ermöglichen, oder es können zusätzliche, ausschließlich mit Temperierkanälen versehene Kanalplatten in die Vorrichtung eingebaut werden. Alternativ ist z.B. auch eine Beheizung durch elektrisch betriebene Widerstandsheizelemente, durch Mikrowelleneinstrahlung oder Einstrahlung anderer elektromagnetischer Wellen oder eine Kühlung unter Verwendung von Peltier-Elementen möglich.

Es kann ferner vorteilhaft sein, die Vorrichtung mit Mitteln zum Eintrag von Licht (z.B. IR, sichtbares Licht oder UV-Strahlung) in die Prozesskanäle auszustatten, um beispielsweise photochemische Reaktionen zwischen den Prozessmedien oder darin gelöster Substanzen hervorzurufen. Beispielsweise können Halbleiterlichtquellen, bevorzugt Leuchtdioden mit schmalem Emissionsspektrum, direkt in die Kanalplatten eingebaut werden, oder es kann die Strahlung externer Lichtquellen (z.B. Leucht- oder Laserdioden, Gasentladungslampen, Festkörper- oder Gaslaser etc.) über geeignete Einkopplungsvorrichtungen wie Linsen, Spiegel, Gitter und/oder Lichtleiter in die Vorrichtung und dort in den Bereich der Prozesskanäle geleitet werden.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Apparat, der mehr als eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst, die untereinander verbunden („verschaltet") sind. Eine solche Verschaltung kann insbesondere parallel oder in Reihe erfolgen, was die Durchführung einer mehrstufigen Stofftrennung ermöglicht.

In einer besonderen Ausführungsform ermöglicht die Verschaltung den Betrieb der einzelnen Vorrichtungen der Apparatur bei unterschiedlichen Bedingungen in Bezug auf Temperatur und/oder Druck.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ermöglicht die Verschaltung, beispielsweise durch die Ein- und/oder Ausschleusung von Stoffströmen, den Betrieb der einzelnen Vorrichtungen der Apparatur bei unterschiedlichen Konzentrationen der durch die Apparatur strömenden Stoffe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für die Trennung einer ganzen Reihe von Stoffsystemen vorteilhaft eingesetzt werden. Einige Systeme, die nur beispielhaft erwähnt werden sollen, sind Chlorbenzol / Ethylbenzol oder Toluol / Wasser / Stickstoff. Die - o -

erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei sowohl in Absorptions- wie auch in Destillationsprozessen eingesetzt werden.

Ferner kann die Vorrichtung vorteilhaft zur Durchführung chemischer Reaktionen zwischen nicht mischbaren Fluiden, insbesondere zwischen Gasen und Flüssigkeiten verwendet werden. Hierbei bietet sich aufgrund der geringen Tiefe der Prozesskanäle die Möglichkeit, an der Grenzfläche zwischen den beiden Reaktionsmedien entstehende Reaktionswärme sehr schnell und effizient abzuführen. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, stark exotherme Gas-Flüssigkeits-Reaktionen, wie z.B. direkte Halogenierungen, Phosgenierungen oder Ozonisierungen Organischer Medien bei hoher Konzentration der Reaktionsmedien und in sehr kurzer Zeit unter kontrollierten Temperatur- und Verweilzeitbedingungen durchzuführen. Des Weiteren können chemische Reaktionen zwischen den Reaktionsmedien oder einzelnen derer Bestandteile durch auf das Mikrosieb oder auf die Innenflächen eines der Prozesskanäle aufgebrachte katalytisch aktive Substanzen beschleunigt oder überhaupt erst ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht bei vergleichbar hoher Stofftransportkapazität wie bekannte mikrostrukturierte Vorrichtungen zur Trennung fluider Medien bzw. zur Durchführung von chemischen Reaktionen zwischen nicht mischbaren fluiden Medien bezogen auf die Fläche des Trennmittels (Mikrosieb) die Verarbeitung eines deutlich höheren Massenstroms, was es ermöglicht, mit weniger bzw. kleineren Vorrichtungen auszukommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zudem einfach und billig herzustellen und zu betreiben.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung eines flüssigen Stoffgemischs, welches charakterisiert wird durch die Verwendung mindestens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Erfindung soll durch die nachfolgenden Beispiele illustriert werden, ohne jedoch auf diese Beispiele beschränkt zu werden. Beispiele

Es wurde die Desorption von Toluol aus einem Toluol/Wasser-Gemisch mit Stickstoff untersucht. Die Stoffübertragungsart und das Stoffsystem wurden gewählt, um die Ergebnisse mit denen von Cypes und Engstrom , Chemical Engineering Journal 101 (2004) 49 vergleichen zu können, die analoge Messungen für die von ihnen entwickelte „microfabricated Stripping column" durchgeführt und diese mit den Ergebnissen einer konventionellen Kolonne verglichen haben.

In Figur 1 ist der Versuchsaufbau dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit „μSorb-Modul" bezeichnet. Zur Veranschaulichung zeigt Bild 1 auch typische Zustandsund Prozessgrößen. Zur Bestimmung des Stofftransports wurden auf der Flüssigkeitsseite an Ein- und Austritt des Moduls Proben entnommen, deren Zusammensetzung chromatographisch bestimmt wurde. Aus der gemessenen Änderung der Flüssigkeitskonzentration wurde der Stoffdurchgangskoeffizient ermittelt. Zur Bewertung der Stofftransportkapazität wurden die Ergebnisse mit Literaturangaben verglichen.

Figur 2 zeigt den Vergleich der gemessenen Stofftransportkapazität des „μSorb-Moduls" mit Daten aus der Literatur, wobei die Fehlerbalken den Messfehler der Analytik berücksichtigen.

Die Messwerte der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen eine um etwa zwei Größenordnungen höhere Stofftransportkapazität als die einer Packungskolonne. Gegenüber der „microfabricated Stripping column" (MFSC) konnten zudem deutlich höhere Massenströme realisiert werden.

Es wurden Versuchsdaten mit Sieblöchern vom Durchmesser 1,2 μm und 0,45 μm aufgetragen. Das aktive Sieb besitzt eine Dicke von 0,8 μm, d.h. für das Sieb mit Lochdurchmesser 1,2 μm beträgt das Aspektverhältnis etwa 0,7 (nicht erfindungsgemäß) und für das Sieb mit Lochdurchmesser 0,45 μm beträgt das Aspektverhältnis 1,8 (erfindungsgemäß). Es zeigt sich überraschenderweise, dass bei einem Aspektverhältnis von 1,8 deutlich höhere Durchsätze realisiert werden konnten als bei dem Sieb mit dem niedrigeren Aspektverhältnis der Öffnungen.