FI125089B - Annostelulaitekokoonpano reaktiivisille kemikaaleille - Google Patents

Description

Annostelulaitekokoonpano reaktiivisille kemikaaleille

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 mukaista panoskäyttöistä an-nostelulaitekokoonpanoa, aktiivisen kemiallisen tuotteen, joka on peroksigeeniyh-diste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi. . Lisäksi keksintö koskee patenttivaatimuksen 12 mukaista menetelmää aktiivisen kemiallisen tuotteen joka on peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi käyttämällä annostelulaitekokoonpanoa.

Tausta

Kemiallisia yhdisteitä, joissa on vähintään yksi kahdesta toisiinsa kytketystä happiatomista koostuva O-O-ryhmä, kutsutaan yleisesti peroksigeeniyhdisteiksi eli pe-roksigeeneiksi. Peroksigeenit ovat tuoteperhe, joka sisältää vetyperoksidia, per-karboksyylisuoloja tai perkarboksyylihappoja. Tärkein hapetuskäyttäytymisen lähde on vetyperoksidi, joka on vahva hapettava aine, ja jota käytetään sellaisena pääasiassa valkaistaessa selluloosaa ja kierrätyspaperia, josta on poistettu muste. Muita käyttöjä ovat teolliset sovellukset, kuten tekstiilien valkaisu ja desinfiointiaineena pakattaessa aseptisesti sekä henkilökohtaisissa ja kotitalouden sovelluksissa, kuten hiusten valkaisu, haavojen desinfiointi ja piilolinssien huolto. Perkarbok-syylisuolat, kuten natriumperkarbonaatti, ovat vaatteille ja tiskeille tarkoitettujen pesuaineiden tärkeimpiä aineosia. Valkaisuaineena se poistaa tahroja, ja sillä on desinfioivia ominaisuuksia. Perkarboksyylihappoja tai peroksihappoja käytetään desinfiointiaineina ja kemiallisen synteesin välituotteina.

Perkarboksyylihappoja muodostetaan saattamalla vetyperoksidin vesiliuos kosketuksiin karboksyylihapon vesiliuoksen kanssa nestefaasissa. Permuurahaishappo, peretikkahappo ja prepropionihappo voidaan mainita teollisesti tärkeinä perkar-boksyylihappoina. Yleensä osa alkuperäisistä reagensseista ja reaktiotuotteet muodostavat tasapainoseoksen.

Perkarboksyylihapon ja erityisesti permuurahaishapon tasapainoseokset voivat kuitenkin olla melko pysymättömiä, reaktiivisia ja/tai vaarallisia käsiteltäessä ja varastoitaessa, ja niiden säilyvyys on joskus suhteellisen huono. Nämä yhdisteet ovat kuitenkin edullisten ominaisuuksiensa vuoksi hyvin käyttökelpoisia ja tehokkaita useilla teknologian aloilla, kuten desinfioinnissa. Permuurahaishappo on yksinkertaisin ja tehokkain perkarboksyylihappo. Vetyperoksidin ja muurahaishapon välisestä reaktiosta muodostuneena se reagoi nopeammin ja voimakkaammin kuin peretikkahappo ennen hajoamistaan vedeksi ja hiilidioksidiksi. Permuurahaishap-po on ympäristöystävällinen, hapettava biosidi useissa desinfiointisovelluksissa. Sovellusalueita ovat mikrobien kasvun hallinta ja pintojen puhdistus suuremmassa, teollisessa mittakaavassa, kuten talous- tai teollisuusjäteveden puhdistuksessa tai prosessivesien kierrätyksessä selluloosa- ja paperiteollisuudessa. Näitä rea-gensseja voidaan hyödyntää parhaiten esimerkiksi sairaaloissa, hammaskirurgias-sa, keittiöissä ja kylpyhuoneissa tartuntatauteja aiheuttavien eliöiden tappamiseksi. WO9420424:ssa permuurahaishappoa on käytetty onnistuneesti mikrobien hallintaan kasvinviljelyssä. Siinä kuvataan menetelmää haitallisten mikro-organismien, kuten sienten, virusten, bakteerien, hiivojen ja levien ehkäisemiseksi ja tuhoamiseksi vesikiertojärjestelmissä ja niiden kanssa käytettävissä laitteissa. Laimeaa permuurahaishappoa syötetään ravinteita sisältävään syöttöliuokseen tai poistove-teen, ja sen osoitetaan ehkäisevän levien kasvua putkistossa ja ehkäisevän siten tukkeutumistaipumusta. Peretikkahapon tasapainoliuokseen verrattuna permuura-haishapon desinfiointitehon on todettu olevan selvästi parempi, koska sen reaktiivisuus mikrobeja vastaan on parempi. Ilman vetyperoksidia muurahaishapon desinfiointitehon on osoitettu olevan olematon perkarboksyylihappoihin verrattuna.

Markkinoilla on useita permuurahaishappoa sisältäviä tuotteita, kuten esimerkiksi Resiclean® tai Hyproform®. Nämä tuotteet ovat voimakkaita hapettimia, joilla on huomattavia antimikrobisia ominaisuuksia. Permuurahaishappoliuokset ovat erittäin reaktiivisia. Jos permuurahaishappoliuokset joutuvat kosketuksiin epäpuhtauksien, kuten sinkkipölyn, lyijydioksidin tai natriumatsidin kanssa, ne saattavat reagoida voimakkaasti ja hajota. Tyypillisesti permuurahaishappo hajoaa sellaisenaan hiilidioksidiksi ja vedeksi muutamassa tunnissa ympäristön lämpötilassa ja paineessa.

Permuurahaishappoa muodostetaan antamalla muurahaishapon vesiliuoksen reagoida vetyperoksidin vesiliuoksen kanssa eksotermisena reaktiona vahvan mine-raalihappokatalyytin, kuten rikkihapon, läsnä ollessa: muurahaishappo + vetyperoksidi nkklhapp° ^ permuurahaishappo + vesi

Edellä oleva reaktio saavuttaa tasapainon, jossa nestemäisessä seoksessa on kaikkia komponentteja.

Permuurahaishapon pysymättömyyden ja suuren reaktiivisuuden takia tasapaino-liuokset ovat erittäin pysymättömiä. Siksi permuurahaishappoliuokset tulisi valmis taa in situ edullisesti käytettökohteessa tai välittömästi ennen käyttöä reaktanttien ja reaktiotuotteiden ominaisuuksista riippuen. CA2247662:ssa kuvataan eräs ratkaisu, jonka avulla säädellään ja hallitaan orgaanisten yhdisteiden eksotermisia hapetusreaktioita, joissa reaktion lämpöä vapautuu nopeasti tai jopa räjähdysmäisesti. Tämän asiakirjan tärkein kysymys on suorittaa reaktio lämpötilasäädellysti käyttämällä reaktoria, jonka lämmönsiirtoteho on riittävän suuri. Tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä alavirran mikroreaktoria, johon syötetään vähintään kaksi materiaalivirtaa sen jälkeen, kun ne on sekoitettu suihkusekoittimella. Tässä mikroreaktorissa on alle millimetrin kokoisia reak-tiokanavia ja jäähdytyskanavia, ja se on jaettu kahteen peräkkäiseen mikroreaktio-vaiheeseen, joissa reaktiokanavien poikkileikkausten pinta-alat kasvavat asteittain virtaussuunnassa. Mikroreaktorin lisäksi tuotantolaite sisältää erilliset astiat reak-tanteille, välineet reaktanttien kuljettamiseksi reaktoriin, esim. pumppuja, venttiilejä ja suodattimia, sekä suihkusekoittimen liuoksen esisekoittamista varten sekä useita putkistoja. Kuvattu järjestelmä on tarkoitettu suurille määrille, kymmenille kiloille tuntia kohti. Se vaatii sähkön lähteen esim. pumpuille ja sekoittimille, sekä säätelyjärjestelmän, jonka täytyt olla tarkka vaaditun laadun saavuttamiseksi. Sen asentaminen paikan päällä on välttämätöntä ennen sen käyttöönottoa. Tämän lisäksi järjestelmä ei ole suljettu, vaan siinä on läpimenoaukot sekoittajille. Tällainen järjestelmä voi olla hyvin kallis. US2002/0192118:ssa kuvataan mikroreaktorin päällystemateriaaleja, jotka valitaan silikonidioksidista, silikoninitridistä ja/tai alumiinioksidista, jotta voidaan välttää reaktorimateriaalin ja reaktanttien välinen ei-toivottu sivureaktio tai vähentää sitä. Permuurahaishapon muodostumista vetyperoksidin vaikutuksesta muurahaishappoon käytetään päällysteiden reaktiivisena koesarjana. Sitä, miten komponentit syötetään mikroreaktiojärjestelmään, ja millainen tuotekoostumus muodostuu, ei kuvata. Lisäksi mikroreaktorijärjestelmää tai reaktanttien virtausominaisuuksia ei kuvata.

Mikrorakenteisia tai mikrokanavareaktoreita tai laitteita kutsutaan yleisesti mikro-reaktoreiksi, jotka voidaan myös määritellä minikokoisiksi reaktiojärjestelmiksi. Mikroreaktoreiden kanavien lateraalikoko on tyypillisesti 50 mikronista tai vielä pienemmästä 2 millimetriin. Mikroreaktoreita valmistavat yhtiöt tuottavat mikrorakenteisia sekoittajia, lämmönvaihtimia ja reaktiomoduuleja kaasu- ja nestefaasissa oleville reaktioille. Nämä mikrorakenteiset järjestelmät koostuvat tavallisesti mikro-rakenteisista levyistä, joissa on virtauskanavia nesteille. Saatavilla on myös mikrorakenteisia erotteluyksiköitä ja kaasu-nestereaktoreita. Nestefaasireaktioiden ja kaasu-nestereaktioiden reaktiomoduulit koostuvat tavallisesti sekä reaktio- että lämmönvaihtokanavista. Monifaasitoiminnoille tarkoitetut, erityisesti kiinteitä aineita käyttävät, mikrorakenteiset laitteet ovat kuitenkin harvinaisia.

Mikroreaktoriteknologia soveltuu parhaiten kemiallisille reaktioille. Mikroreaktorei-den pieni koko tekee niistä soveltuvia useille reaktioille, joissa tarvitaan hyviä kuljetusominaisuuksia lämmön ja massan siirrolle. Toinen mikroreaktoreiden tärkeä ominaisuus on niiden suuri pinnan ja tilavuuden suhde. Tämä on välttämätöntä erityisesti reaktoreille, joissa vaaditaan tehokasta lämmönsiirtoa. Sekoitettavissa reaktoreissa reaktiot tapahtuvat tavallisesti ravisteltavissa tankeissa, reaktionopeutta rajoittaa usein alhainen lämmönsiirtokyky, koska pinnan suhde tilavuuteen on huono, ja siksi lämpöä ei voida lisätä tai poistaa tarpeeksi nopeasti. Mikroreakto-rissa prosessin nopeutta ei rajoita lämmönsiirtokyky vaan sisäsyntyinen reaktiokinetiikka. Mikroreaktoreissa on jopa mahdollista toteuttaa nopeita tai välittömiä ja erittäin endotermisia tai eksotermisia reaktioita isotermisissä olosuhteissa ja tarkasti säädellyssä lämpötilassa. Isotermiset olosuhteet ja lyhyet reaktioajat johtavat parempiin saantoihin ja parempaan selektiivisyyteen tavanomaiseen reaktoritekno-logiaan verrattuna. Reaktiokanavien pienet mittasuhteet tuovat mukanaan komponenttien lyhyet diffuusioreitit, ja siten sekoittuminen on tehokasta jopa virtauksen ollessa laminaarista. Siten mikroreaktoreissa saavutettu tehokas massan ja lämmön siirto saa aikaan tasaisemmat pitoisuus-ja lämpötilaprofiilit, jotka vuorostaan vähentävät sivutuotteiden muodostumista, ja siten reaktioiden selektiivisyys halutuille tuotteille paranee.

Mikroreaktoriteknologia on myös käytännöllistä kemikaalien jatkuvassa tuotannossa jatkuvasyöttöisissä reaktoreissa. Reaktorin pieni tilavuus yhdessä tehokkaiden lämmönsiirto-ominaisuuksien kanssa parantaa myös turvallisuutta. Sisäsyntyiset turvallisuusnäkökohdat, kuten pienet mittasuhteet, pienet reagenssien määrät ja hyvä säädeltävyys tekevät mikroreaktoreista erityisesti vaarallisille reaktioille soveltuvia. Mikroreaktoreilla on tavanomaisen mittakaavan reaktoreihin verrattuna myös muita etuja, kuten luotettavuus, mittakaavan muutettavuus paikan päällä tai tarpeen mukaan tapahtuva tuotanto.

Mikrorakenteisilla laitteilla on jo useita tuotantomittakaavan sovelluksia, erityisesti hienokemian ja farmaseuttisen kemian teollisuudessa. Yleisesti ottaen, jos reaktio on nopea ja lämpöä syntyy erittäin runsaasti, on todennäköistä, että muodostuu sivutuotteita, ja tarvitaan tehokasta lämmönsiirtoa. Siten riittävän tuotannon saavuttamiseksi mikroreaktoriteknologia voi olla oikea tapa tehostaa prosessia.

Mikroreaktoreita voidaan käyttää myös heterogeenisille, katalyyttisille reaktioille. Mikroreaktoreissa voidaan käyttää ohuita - jopa nanometrimittakaavaa olevia -katalyyttikerroksia, mikä vähentää diffuusion vastusta ja parantaa katalyytin koko-naistehoa. Tämä iffuusiovastuksen suppressio johtaa prosessin tehostumiseen pienentämällä prosessointilaitetta olennaisesti.

Reaktiivisen tai vaarallisten kemikaalien hallintaan ei ole ollut saatavilla soveltuvaa laitetta, joka on kannettava ja helppokäyttöinen ilman, että tarvitaan erityistä tietoa joko yhdisteiden kemiallisista ominaisuuksista tai laiteteknologiasta.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan yhtenä kappaleena oleva, kannettava laite, joka soveltuu aktiivisten kemiallisten tuotteiden, erityisesti perok-sigeenituotteiden, spesifisesti sellaisten kuin permuurahaishappo, in situ -synteesiin käytettäväksi kemiallisen tuotteen annosteluun käyttökohteessa.

Esillä olevan keksinnön muina tavoitteina on saada aikaan käyttäjäystävällinen, helppokäyttöinen, tehokas ja taloudellisen laite sekä menetelmä, joka soveltuu vaikeasti käsiteltävien tai jopa vaarallisten kemiallisten yhdisteiden varastoimiseen ja syntetisoimiseen.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevassa keksinnössä kuvataan patenttivaatimuksessa 1 määritelty, panos-käyttöinen annostelulaitekokoonpano, joka on tarkoitettu aktiivisen kemiallisen tuotteen joka on peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi. Lisäksi patenttivaatimuksessa 12 esitetyllä tavalla saadaan aikaan menetelmä aktiivisen kemiallisen tuotteen joka on peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi käyttämällä annostelulaitekokoonpanoa,.

Esillä oleva keksintö laajentaa mikrorakenteisten laitteiden, kuten mikroreaktorei-den, käytön teollisuusympäristöstä, jossa niitä käytetään tyypillisesti suuremman laitteen yhtenä osana, käyttövalmiiksi annostelulaitekokoonpanoksi kuluttajamarkkinoille. Tämä laitekokoonpano on helppokäyttöinen ja helppo varastoida sellaisenaan, ja sitä on helppoa käsitellä ja käyttää tarpeen mukaan missä ja milloin tahansa. Siten reaktiivisia tai jopa vaarallisia kemikaaleja voidaan tuottaa paikan päällä ja annostella käyttökohteessa. Lisäksi laitekokoonpanoa ei tarvitse huoltaa, ja haluttaessa se voidaan käyttää uudelleen tai kierrättää.

Keksijät totesivat, että esimerkiksi permuurahaishappoa voitiin tuottaa turvallisesti sulkemalla lähtöaineina toimivat reaktanttikemikaalit erikseen suljettuihin säiliöihin, kuten kapseleihin, jotka sijaitsevat tämän kannettavan annostelulaitteen sisällä.

Esillä olevan keksinnön mukainen laitekokoonpano ei välttämättä tarvitse käyttöön otettaessa asennusta tai instrumentointia. Ei myöskään tarvita kytkentöjä sähköisiin voimanlähteisiin tai spesifisiä käyttötaitoja. Se on kannettava, itsenäinen, kevyt ja kompakti, yksiosainen laite, jota on helppo kantaa ja käyttää spesifisessä sovelluksessa tarvittaessa. Se mahdollistaa aktiivisen, kemiallisen liuoksen ennalta säädetyn annostelun, eikä lopputuotteen laatu vaihtele eikä säilyvyydessä ole ongelmia, vaikka sitä käyttävät eri käyttäjät vaihtelevien ajanjaksojen ajan.

Kuvio 1 esittää yhtä esimerkkiä laimeille tuoteliuoksille tarkoitetusta, ruiskutyyppi-sestä annostelulaitekokoonpanosta.

Kuvio 2 esittää yhtä esimerkkiä annostelulaitekokonpanosta, jossa on suihkepullo.

Kuvio 3 esittää yhtä esimerkkiä väkeville tuoteliuoksille tarkoitetusta, ruiskutyyppi-sestä annostelulaitekokoonpanosta.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Annostelulaitekokoonpano on yksiosainen, kompakti, integroitujen osien muodostama laite, jota tarvitaan halutun, aktiivisen kemiallisen tuotteen syntetisoimiseen ja sen toimittamiseen käyttökohteeseen turvallisesti. ”Yksiosainen, kompakti, integroitujen osien muodostama laite” tarkoittaa tässä, että kokoonpanon osat on kytketty yhteen toiminnallisesti, ja ainakin käytettäessä ne ovat myös kosketuksissa toisiinsa. Tämä eräkäyttöinen annostelulaitekokoonpano sisältää seuraavat osat: i. vähintään kaksi suljettua reaktanttisäiliötä (1). Nämä säiliöt toimittavat reaktantteja vaadittua kemiallista reaktiota varten, joka tapahtuu annostelulai-tekokoonpanon sisällä, jolloin syntyy haluttua, aktiivista kemiallista tuotetta. Nämä säiliöt on sovitettu kytkettäviksi ii. vähintään yhden mikrorakenteisen laitteen (2) sisäänmenoon nesteiden siirtoon soveltuvan kuljetusvälineen välityksellä. Tämä laite saa aikaan mainitulle kemialliselle reaktiolle reaktiothan, jossa mainitut reaktantit sekoittuvat tehokkaasti mikrorakenteen ansiosta, joka on tarkoitettu aloittamaan ja mah dollisesti myös saattamaan päätökseen halutun,aktiivisen kemiallisen tuotteen synteesi. Lisäksi laitekokoonpano sisältää iii. kotelon (3), joka on kytketty toiminnallisesti suljettuihin reaktanttisäiliöi-hin (1) ja mikrorakenteiseen laitteeseen (laitteisiin) (2). Edullisesti tämä kotelo (3) sulkee sisäänsä reaktanttisäiliöt (1) ja kykenee sulkemaan sisäänsä nestemäistä liuotinta, joka kykenee liuottamaan tai laimentamaan mainitun aktiivisen kemiallisen tuotteen. Tämä kotelo voi koostua kahdesta tai useammasta osasta, jotka voidaan purkaa helposti. Lisäksi laitekokoonpano sisältää iv. välineen (20) mainitun kemiallisen reaktion aloittamiseksi ja/tai mainitun nestemäisen liuottimen viemiseksi mainitun kotelon (3) sisään. Tämänkaltaisen annostelulaitekokoonpanon tarkoituksena on saada aikaan kemiallinen reaktio saattamalla kaksi tai useampi yhdessä reagoivaa reaktanttia kosketuksiin toistensa kanssa. Tämä kemiallinen reaktio valitaan seuraavasta joukosta: hapetusreaktio, pelkistysreaktio, neutralointireaktio, peroksireaktio tai katalyyttinen reaktio. Reaktanttisäiliöiden lukumäärää voidaan kasvattaa riippuen sen reaktion luonteesta, joka saa aikaan haluttua, aktiivisya kemiallista tuotetta.

Termillä ”aktiivinen kemiallinen tuote” tarkoitetaan kemiallisen reaktion tuotetta, joka on aine, joka toimii aiotussa sovelluksessa. Tämä tuote voi olla reaktiivinen kemikaali, vaarallinen kemikaali, kemikaali, joka läpikäy eksotermisen prosessin muodostuessaan/tuotettaessa tai esim. vedellä laimennettaessa, kemikaali, joka reagoi edelleen ympäristön käyttöolosuhteissa, tai pysymätön kemikaali, jonka säilyvyysaika on lyhyt.

Tuotettu aktiivinen, kemiallinen tuote on nestemäisen liuoksen, edullisesti vesiliuoksen muodossa, joka on neutralointi- tai peroksireaktion vesiliuostuote. Edullisemmin aktiivinen kemiallinen tuote on peroksigeeniyhdisteen muodossa, edullisimmin perkarboksyylihappo, kuten permuurahaishappo.

Permuurahaishappo on edullisin aktiivinen kemiallinen tuote. Sitä saadaan edullisesti vesiliuoksena, jonka pitoisuus on alle 15 painoprosenttia, edullisesti 100 ppm - 14 painoprosenttia, edullisemmin 500 ppm - 14 painoprosenttia. Näissä reaktioissa käytetään alalla nykyisin yleisesti tunnettuja reaktantteja. Permuurahaishap-poa valmistetaan edullisesti antamalla vetyperoksidiliuoksen reagoida muurahais-happoliuoksen kanssa rikkihappokatalyytin läsnä ollessa. Edullisemmin yksi reak-tanteista on muurahaishapon vesiliuos ja/tai yksi reaktanteista on vetyperoksidin vesiliuos. Edullisimmin yksi reaktanteista on muurahaishapon 10-85 - painoprosenttinen vesiliuos ja yksi reaktanteista on vetyperoksidin 5-75 -painoprosenttinen vesiliuos. Aktiivisen kemiallisen tuotteen, edullisesti permuura-haishapon, halutusta pitoisuudesta riippuen, veden osuutta ja säiliöiden kokoa voidaan vaihdella.

Neutralointireaktioissa tuotetaan suolan vesiliuoksia. Edullisesti tuotetaan karbok-sylaattisuolaliuoksia. Vielä edullisempaa on ammonium- ja alkali- tai maa-alkalimetallikarboksylaattiliuosten tuotanto. Karboksylaattien ammonium-, natrium-tai kaliumsuolat ovat erityisen edullisia. Vielä edullisempaa on ammonium-, natrium- tai kaliumformaattien synteesi.

Reaktanttisäiliöiden sisällä käytettäviä reaktantteja ovat mm. nesteet, joiden viskositeetti on edullisesti alle 10 000 cP, edullisemmin alle 1000 cP, edullisimmin alle 100 cP.

Eräässä suoritusmuodossa annostelulaitekokoonpano sisältää vähintään kaksi suljettua reaktanttisäiliötä, joista vähintään yksi sisältää halutun kemiallisen reaktion reaktanttia (reaktantteja), ja joista ainakin yksi sisältää apuainetta, laimennusnestettä tai edullisesti katalyyttisesti aktiivista materiaalia.

Vielä eräässä suoritusmuodossa annostelulaitekokoonpano sisältää vähintään kolme reaktantteja sisältävää, suljettua reaktanttisäiliötä, joista yksi sisältää muurahaishappoa, yksi sisältää vetyperoksidia ja yksi sisältää katalyyttisesti aktiivisena materiaalina epäorgaanista mineraalihappoa, edullisesti rikkihappoa, edullisemmin väkevää rikkihappoa. Edullisimmin muurahaishappo on vesiliuoksena, jonka pitoisuus on 10-85 painoprosenttia ja vetyperoksidi on vesiliuoksena, jonka pitoisuus on 5-75 painoprosenttia, ja rikkihappo on vesiliuoksena, jonka pitoisuus on 10-98 painoprosenttia.

Termillä ”tehokas sekoittaminen” tarkoitetaan, että reaktanttien sekoittumisaika on lyhyt, edullisesti alle 1 sekunti, ja että reaktantit saatetaan kosketuksiin toistensa kanssa nopeasti, mikä mahdollistaa välittömän reaktion. Reaktantit tulevat kosketuksiin toistensa kanssa tehokkaasti, jolloin syntyy homogeeninen koostumus, jossa on vain vähäisiä pitoisuuden poikkeamia. Tähän pätevät tunnetut, mikrorakenteisiin laitteisiin, kuten mikroreaktoreihin, liittyvät edut.

Termillä ”suljettu” tarkoitetaan suljettua järjestelmää, jossa ei tapahdu materiaalin-vaihtoa ympäristön kanssa, kun se ei ole käytössä. Tämä järjestelmä säilyttää säiliöiden sisällä olevat reaktantit, kun se on varastoituna tai kun se ei ole käytössä, ja estää siten vuodot tai reaktiot toistensa tai ympäristön kanssa. Käyttäjä voi kuitenkin käytettäessä lävistää tai rikkoa muulla tapaa tämän sulun.

Laitekokoonpano on edullisesti helposti kannettava. Termillä ”kannettava” tarkoitetaan, että laitekokoonpanon paino ja muoto ovat sellaiset, että keskivertohenkilö kykenee kantamaan sitä ja pystyy käyttämään laitekokoonpanoa ilman apua.

Laitteen käytettävyyden määrää sen eräkoko, joka on 50-5000 ml, edullisesti 100-2000 ml, edullisemmin 100-1000 ml, edullisimmin 100-500 ml, kuten 100-300 ml.

Paino ja siten käytettävyys riippuvat lisäksi laitteiston painosta, jonka määräävät valittu rakennusmateriaali ja säiliöiden, kotelon, ulosvirtauslaitteiston ja mikrora-kenteisen laitteen koko. Luonnollisesti reaktanttisäiliöiden lukumäärää ja kokoa rajoittavat laitekokoonpanolle mittasuhteiden ja painon suhteen asetetut vaatimukset. On edullista, jos laitekokoonpanoa käytetään ilman muita työkaluja, edullisesti yhdellä kädellä, ja siten se ei saa painaa liikaa. Edullisesti laitekokoonpano on kooltaan alle yhden metrin mittainen ja alle 10 kg:n painoinen, edullisemmin alle 1 kg:n painoinen, edullisimmin se vastaa tavanomaista ruiskurakennelmaa tai tavalliselle kuluttajalle tarkoitettuja, kaupallisia suihkepulloja, kuten alle 300 mm:n pituutta ja alle 500 gramman painoa. Reaktanttien reaktanttisäiliöiden tilavuudet vaihtelevat 10 mikrolitrasta 1 litraan, edullisesti 100 mikrolitrasta 200 millilitraan.

Reaktanttisäiliön (säiliöiden) sisällä voi olla korkeampi paine virtauksen parantamiseksi. Reaktantin vapautuminen mikrorakenteiseen laitteeseen saadaan aikaan vapauttamalla ylipaine lävistämällä sulku.

Edullisesti reaktanttisäiliö sisältää lävistettävän sulun. Edullisemmin säiliöt on suljettu rikottavalla foliolla (esimerkiksi metallifoliolla tai laminoidulla foliolla), kalvolla (esimerkiksi polymeerikalvo) tai kalvolla, joka on helppo lävistää, jolloin kemikaali vapautuu.

Laitteen sisällä olevan mikrorakenteisen laitteen mitat määräytyvät reaktioon vaadittavien hydraulisten kanavien koon ja käytettävien seinämien paksuuden perusteella. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti mikrorakenteinen laite sisältää kanavia, joiden hydraulinen halkaisija on 10 mikrometristä 2 millimetriin, edullisesti 100 mikrometristä 1 millimetriin. Nämä kanavat ovat edullisesti moniker-roskanavia monikerroksisessa laitejärjestelmässä.

Sovelluksesta ja halutuista, vaadittavista tuotepitoisuuksista riippuen annostelulai-tekokoonpano sisältää yhden tai useamman mikrorakenteisen laitteen. Mikrora-kenteisen laitteen suorituskyvyn olennainen vaatimus on sekoittaa reaktanttisäili-öiden materiaalit mahdollisimman tehokkaasti.

Nesteiden sekoittamiseen tarkoitetun mikrorakenteisen laitteen runko koostuu useista primaarisista ja sekundaarisista mikrokanavakerroksista. Jokainen kerros sisältää vähintään yhden sisäänmenoportin ja vähintään yhden ulostuloportin, joita yhdistää mikrokanava. Primaariset mikrokanavakerrokset on rakennettu ottamaan vastaan ensimmäinen neste, ja sekundaariset mikrokanavakerrokset on rakennettu ottamaan vastaan toinen neste. Kerrostetun laitteen sisällä mikrokanavakerrok-sissa vastakkain osuvat nesteet sekoittuvat toisiinsa ja sekoittuvat siten tehokkaasti.

Pienien virtauskanavien ansiosta mikrorakenteisista laitteissa voidaan eliminoida sekoittamisen, massan ja lämmön siirron yleisrajoitukset. Kanavissa oleva neste-kalvo voi olla vain kymmeniä mikrometrejä, ja siksi sekoitusajat voivat olla mikro-sekunteja, edullisesti nanosekunteja. Tällaisia sekoitusaikoja ei voida saavuttaa tavanomaisessa sekoituslaitteessa. Koska sekoituskanavien halkaisija voi olla niinkin pieni kuin 10 pm, lämmönsiirtopinta-ala tilavuutta kohti voi olla jopa 10 000 - 50 000 m2/m3, kun taas tavanomaisessa laboratorio- tai tuotantolaitteessa savutettava lämmönsiirtopinta-ala voi olla 100-2000 m2/m3. Lämmönsiirron kokonais-kertoimen normaaliarvo on tavanomaisissa laitteissa korkeintaan 2500 W/m2/K, kun taas mikrorakenteisilla laitteilla voidaan saavuttaa 10-kertaisia arvoja. Mikro-rakenteiset laitteet toimivat paremmin myös kahden faasin järjestelmissä, koska faasien väliset pinta-alat voivat olla jopa 30 000 m2/m3, kun taas tavanomaisissa kuplakolonneissa voidaan saavuttaa pinta-alaksi 100 m2/m3. Mikrorakenteinen laite synnyttää reaktanttien välille hyvän kosketuksen sekoittamista ja reagointia varten, ja tämän seurauksena kemiallisen tuotteen konversio on hyvä.

Tehokas sekoittuminen johtuu halkaisijaltaan pienissä mikrokanavissa tapahtuvasta kapillaarivirtauksesta. Tällä järjestelyllä saavutettu sekoitusteho on huomattavan hyvä verrattuna tavanomaiseen sekoituslaitteeseen, kuten tavanomaiseen staattiseen sekoittajaan, sekoitettavaan säiliöreaktoriin tai putkivirtausreaktoriin.

Reaktio, joka alkaa reaktanttien sekoittamisen jälkeen ja joka tapahtuu mikrorakenteisen laitteen sisällä, saatetaan valinnaisesti päätökseen kytkemällä mikrorakenteisen laitteen ulostulo välineeseen, jolla saatetaan mainittu kemiallinen reaktio päätökseen siinä tapauksessa, että reaktio ei etene välittömästi loppuun. Reaktion loppuun saattamisen tarve riippuu reaktion kinetiikasta. Esillä olevan keksinnön mukainen laitekokoonpano sisältää edullisesti myös välineen mainitun kemiallisen reaktion loppuun saattamiseksi, edullisesti aputilan, joka lisää reaktioseoksen vii-pymisaikaa laitekokoonpanon sisällä ja saattaa reaktion päätökseen halutuksi kemialliseksi tuotteeksi hyvällä saannolla. Edullisemmin aputila on letku, joka on kytketty suoraan kotelon ulostuloaukkoon.

Reaktanttisäiliöt, mikrorakenteinen laite ja väline nesteiden kuljettamiseksi mikro-rakenteiseen laitteeseen on suljettu tai kytketty annostelulaitekokoonpanon koteloon. Siten annostelulaitekokoonpano on edullisesti suihkepullon tai ruiskun tai rasvapumpun muodossa. Reaktanttisäiliöiden sijoittaminen annostelulaitekokoonpanon kotelon sisään varmistaa, että esim. vuodon sattuessa valuva neste jää laitteen sisään. Edullisemmin laitteen kotelo sisältää sisäseinän ja ulkoseinän. Tätä tilaa voidaan käyttää mahdollistamaan reaktion jäähdyttäminen tai loppuun saattaminen. Kotelon sisällä oleva vapaa tila soveltuu täytettäväksi laimennusnesteellä, edullisesti liuottimena. Tämä liuotin kykenee liuottamaan reaktantteja ja/tai reaktiotuotteita. Edullisesti liuotin on vettä.

Keksinnön mukainen laitekokoonpano on erityisen käyttökelpoinen käsiteltäessä kemiallisia reaktantteja ja/tai lopputuotteita, jotka ovat vaarallisia tai aiheuttavat ärsytystä. Tämän takia sen tulee olla suljettu järjestelmä. Reaktanttisäiliöt on suunniteltu pitämään reaktantit erillään toisistaan ja liuottimesta, kunnes reaktantit ja siten reaktio vapautetaan. Lisäksi reaktanttisäiliöt on suunniteltu pitämään reaktantit erillään ympäristöstä. Väline reaktion vapauttamiseksi ja/tai liuottimen kuljettamiseksi tai saattamiseksi kotelon sisään sisältää ainakin laitteen säiliöiden rikkomiseksi tai hajottamiseksi kokonaan tai osittain. Tämä laite voi muodostua useista osista ja on edullisesti tehty lävistimistä, jotka rikkovat säiliöiden lävistettävän sulun asianmukaista piikkiä tai vastaavaa muodostelmaa vasten ja mahdollistavat tai pakottavat reaktanttien virtauksen mikrorakenteiseen laitteeseen tai mikroreaktoriin, jotta ne tulevat kosketuksiin toistensa kanssa, sekoittuvat ja reagoivat. Tällä tavalla kemiallinen tuote tuodaan suoraan käytettäväksi ja myös reaktion tai laimentamisen tuottama ja johtumisen siirtämä entalpia voidaan hyödyntää. Väline reaktion aloittamiseksi eli väline reaktantin vapautumisen aloittamiseksi voi sisältää myös välineen aktiivisen kemiallisen tuotteen kuljettamiseksi tai siirtämiseksi ulos laitteesta ulostuloaukon, kuten suuttimen tai vastaavan, kautta. Edullisesti ulostulosuuttimessa on aukko, joka on säädettävissä ja voidaan sovittaa tiiviisti vastaanottavaan laitteeseen, ku- ten jakelulaitteen sisäänmenosuuttimeen, mikä varmistaa sen, että aktiivista kemiallista tuotetta levitetään vain sinne, missä sitä tarvitaan.

Edullisen suoritusmuodon mukaisesti väline reaktion aloittamiseksi ja/tai nestemäisen liuottimen laimentamiseksi kotelon sisällä sisältää kuljetusvälineen, edullisesti käsikäyttöisen laitteen, jolla reaktanttiliuos edullisesti pakotetaan laitteen ulostuloaukon läpi männän tai vipuvarren tuottaman paineen avulla.

Esimerkki laitekokoonpanosta E, joka toimii edellä kuvatulla tavalla, esitetään kuviossa 1. Tämä kuvio esittää monimäntäistä ruiskua E; E1. Tämä ruisku koostuu kahdesta suljetusta reaktanttisäiliöstä 1 (vain yksi merkitty), mikrorakenteisesta laitteesta 2, kotelosta, joka sisältää kotelon 3 sisällä olevassa vapaassa tilassa 3b olevat säiliöt 1 ja mikrorakenteisen laitteen. Välineenä 20 reaktion aloittamiseksi ja nestemäisen liuottimen siirtämiseksi tai kuljettamiseksi saadaan aikaan kuljetuslaite 20; 20a, joka on primaarinen mäntä 6. Mäntä 6 koostuu uppomännän kahvasta 6b, uppomännän varresta 6a ja irrallaan olevasta männän päästä 6c, joka on kytkettävissä mikrorakenteiseen laitteeseen 2. Reaktanttisäiliöt 1 ovat myös kytkettävissä männän päähän 6c. Uppomännän varressa 6a on holkki 6d, joka voidaan kytkeä männän päähän 6c hoikin mutterin 6e avulla. Reaktanttisäiliön 1 pohja on tehty foliosta tai kalvosta 1a, joka voidaan lävistää nesteen vapauttamiseksi säiliöstä 1. Väline 20 reaktion aloittamiseksi sisältää myös lävistyslaitteen 20; 20b, joka sisältää sekundaarisen mäntäjärjestelmän 7, joka on kytketty kuhunkin säiliöön 1. Nämä sekundaariset männät 7 kiinnitetään säiliön 1 yläpuolelle. Mäntäjärjes-telmä 7 sisältää uppomännän varren 7a ja männän pään 7c. Jokaisen säiliön alapuolella on kärki 7d, joka myös kuuluu mainittuun lävistyslaitteeseen 20; 20b, joka lävistää kalvon 1a, kun männän 7 uppomännän varsi 7a painetaan kotelon 3 ylä-seinää 3a vasten. Kun kärki 7d lävistää kalvon 1a, reaktanttisäiliö 1 voidaan tyhjentää, kun uppomännän varsi 7a painetaan alas. Kun ruisku otetaan käyttöön, al-kuasema on ALOITUSASEMA. Tämän jälkeen holkki 6d painetaan hoikin mutteriin 6e, KYTKENNÄN syntyessä männän pää 6c nostetaan, jolloin syntyy IMU, ja laimennusneste imetään kotelon 3 sisällä olevaan tilaan 3b ruiskun kotelon pohjassa olevan aukon 3c kautta. Kun uppomännän varsi 7a saavuttaa kotelon 3 yläseinän tai kannen 3a, kalvot 1a lävistetään säiliöiden 1 mäntien 7 vaikutuksesta ja säiliöiden 1 neste kulkeutuu mikrorakenteiseen laitteeseen 2, jossa reaktantit sekoittuvat nopeasti ja reagoivat, jolloin muodostuu tuotetta, joka vapautuu kotelon 3 sisällä olevaan, ympäröivään nesteeseen. Tämän jälkeen tuoteliuos puristetaan (PAINE) aukon 3c läpi, jolloin liuosta annostellaan haluttua, spesifistä käyttötarkoitusta var- ten. Tiivisterengasta 8 käytetään kannen 3a uppomännän varren 6a aukossa, ja tiivisterengasta 9 männän pään 6c ja kotelon 3 välissä.

Vielä eräs esimerkki esillä olevan keksinnön mukaisesta laitekokoonpanota E esitetään kuviossa 2. Kuviossa 2 esitetyssä suihkepullossa E; E2 oleva mikroraken-teinen laite 2 kootaan reaktanttiliuoksen laimentamisen säiliönä toimivan pullon kierrekorkkiin 5. Laitekokoonpano sisältää kaksi suljettua säiliötä 1, mikrorakentei-sen laitteen 2, kotelon 3 (pullon runko), sumutuslaitteen 4 ja pullon kierrekorkin 5. Mikrorakenteinen laite 2 voidaan sovittaa ulkokierteen 5a ja sisäkierteen 5b sisältävän kierrekorkin 5 sisään. Sumutuslaite 4 sisältää kierrekorkin 4a, joka on kytketty imuletkuun 4b. Imuletkun 4b avulla sumutuslaitetta 4 käytetään liuoksen kuljetuslaitteena 20; 20a. Toisaalta kierrekorkin 4a avulla sumutuslaitetta käytetään reaktion aloituslaitteen 20 lävistyslaitteessa 20; 20b. Jokaisen säiliön 1 päällä on mäntä 7, joka sisältää uppomännän varren 7a ja männän pään 7c. Jokaisen säiliön alapuolella on kärki 7d, joka lävistää kalvon 1a, kun männän uppomännän vartta 7a painetaan. Sekä mäntä 7 että kärki 7d kuuluvat reaktion aloittamislaitteen lä-vistyslaitteeseen 20; 20b. Käyttöä aloitettaessa pullon kierrekorkki 5 laitetaan osittain pullonkaulan sisään. Mikrorakenteinen laite 2 asennetaan pullon kierrekorkin 5 sisään kiristämällä pullon kierrekorkin 5 sisempään kierteeseen 5b. Tämän jälkeen sumutuslaitteen 4 kierrekorkki 4a kytketään löysästi pullon kierrekorkin 5 ulkopuolelle saattamalla se kosketuksiin pullon kierrekorkin 5 ulomman kierteen 5a kanssa. Kun kierrekorkki 4a on liitetty löysästi pullon kierrekorkkiin, jokainen männän pää 7c koskettaa säiliön 1 vastaavaa kalvoa 1a. Kun sumutuslaitteen 4 ja pullon kierrekorkin 5 ulomman kierteen 5a välistä liitosta kiristetään yhä enemmän, jokainen kärki 7d lävistää kalvon 1a, ja molemmat reaktanttisäiliöt 1 tyhjenevät kotelon 3 vapaan tilan 3b sisään, kun uppomännän varsi 7a painuu alas. Tämän seurauksena laimennettu tuoteliuos suihkepullossa E; E2 on valmista käytettäväksi imuletkun 4b kautta sumutuslaitetta 4 käyttämällä, ja se annostelee liuosta haluttuun, spesifiseen käyttökohteeseen.

Vielä eräs esimerkki esillä olevan keksinnön mukaisesta laitekokoonpanosta esitetään kuviossa 3. Laitekokoonpano E on ruisku E3, jonka tärkeimmät osat ovat: kaksi suljettua reaktanttisäiliötä 1, mikrorakenteinen laite 2, kotelo 3 ja yhdistetty laite 20 kuljetusta ja reaktion aloittamista varten. Yhdistetty laite 20 liuoksen kuljetusta ja reaktion aloittamista varten sisältää manuaalisen primaarisen mäntälait-teen 6, sekundaarisen mäntälaitteen 7 ja jouset 7e ja kärjet 7d. Primaarinen män-tälaite 6 sisältää uppomännän kahvan 6b, uppomännän varren 6a ja männän pään 6c. Sekundaarinen säiliömäntälaite 7 sisältää kahvan 7b kytkettynä kahteen up-pomännän kahvaan 7a, joista kumpikin on kytketty säiliön 1 yläpuolella olevaan männän päähän 7c. Primaarinen mäntälaite 6 on kytketty sekundaariseen mäntä-laitteeseen 7 siten, että primaarisen mäntälaitteen 6 pää 6c on sekundaarisen mäntälaitteen 7 kahva 7b. Jokaisen säiliön 1 alla on jousi 7e ja kärki 7d. Koska primaarinen mäntälaite 6 on liitetty kiinteästi sekundaariseen mäntälaitteeseen 7, sekä mäntälaitetta 6 että 7 käytetään laitteena 20 kuljetukseen ja reaktion aloittamiseen (ja samaan aikaan lävistyslaitteena). Kuten edellä mainittiin, laite 20 reaktion aloittamiseksi sisältää myös säiliöiden alla olevat jouset 7e ja kärjet 7d, jotka lävistävät kalvot 1a, kun uppomäntien varsia 7a painetaan.

Ruiskua E; E3 käytetään seuraavasti. Suljetut säiliöt 1 laitetaan jousien 7e päälle, ja mäntäjärjestelmä asennetaan säiliöiden päälle (ALOITUSASEMA). Kun primaarinen mäntälaite 6 painetaan alas (PAINE), myös sekundaarisen mäntälaitteen 7 on pakko laskeutua. Kun sekundaarisen mäntälaitteen 7 uppomännän varsia 7a ja päitä 7c painetaan, kärjet 7d lävistävät kalvot 1a, ja liuos työntyy mikrorakentei-seen laitteeseen 2, jossa reaktio tapahtuu. Primaarista mäntäsarjaa 6 käytetään työntämään reagenssit mikrorakenteisen laitteen läpi ja lopulta tuoteliuoksen aukon 3c läpi, jolloin liuosta annostellaan haluttuun, spesifiseen käyttötarkoitukseen. Tiivisterengas 10 sovitetaan primaarisen männän pään 6c ja kotelon 3 väliin, ja tii-visterenkaat 11 sovitetaan säiliön männän päiden 7c ja säiliön 1 seinien väliin.

Vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti laite reaktion aloittamiseksi ja/tai nestemäisen liuottimen kuljettamiseksi kotelon sisällä sisältää käsikäyttöisen laitteen, johon reaktanttiliuos pakotetaan aukon läpi paineen avulla, joka syntyy käyttämällä käsipumppua, joka työntää ilmaa jokaisella manuaalisella liikkeellä nesteen osittain täyttämän kotelon sisällä olevaan tilaan. Edullisesti kotelo on ilmatiivis lukuun ottamatta yhtä venttiiliä, joka päästää ilman virtaamaan sisään pumpusta. Kun kotelon sisään pumpataan lisää ilmaa, kotelossa oleva ilma puristuu kokoon ja paine kasvaa; myös vesi paineistuu nyt kokoon puristuneen ilman vaikutuksesta. Paine voidaan vapauttaa avaamalla suuttimen venttiili. Paineistettu neste työntyy sitten ulos aukon kautta ilman pyrkiessä tasapainottumaan ilmakehän paineeseen.

Vielä erään keksinnön suoritusmuodon mukaisesti laitteeseen sisältyy reaktion aloittamiseksi ja/tai nestemäisen liuottimen kuljettamiseksi ilmakäyttöinen, pneumaattinen laite, jolla kompressoitua ilmaa johdetaan kotelon sisään, jolloin ilman paine pakottaa aukon läpi nesteen, joka lisättiin ennen suuttimen sulkemista.

Lisäksi keksintö kuvaa patenttivaatimuksessa 13 esitetyn menetelmän aktiivisen kemiallisen tuotteen valmistamiseksi edellä kuvattua annostelulaitetta käyttämällä.

Menetelmä sisältää tämän käyttövalmiin, edellä kuvatun annostelulaitekokoonpa-non käytön. Reaktantteja sisältävää laitekokoonpanoa voidaan säilyttää spesifisten reaktanttien tavallisissa säilytysohjeissa kuvatulla tavalla reaktanttisäiliöiden sisällä niiden tunnetuista kemiallisista ominaisuuksista riippuen.

Kun haluttua aktiivista kemiallista tuotetta, edullisesti permuurahaishappoliuosta, edullisimmin permuurahaishapon vesiliuosta, tarvitaan käyttökohteessa, reaktantit vapautetaan reagenssisäiliöistä mikrorakenteiseen laitteeseen vapautuslaitteen avulla. Edullisesti vapauttaminen tapahtuu alle 15 sekunnissa aloittaen reaktion. Mikrorakenteisen laitteen mikrokanavat mahdollistavat huolellisen sekoittumisen, ja myös reaktion aloittaminen tapahtuu mikrorakenteisessa laitteessa. Reaktiokinetiikasta riippuen reaktio voi edetä loppuun asti välittömästi. Vaihtoehtoisesti reaktanttiseos johdetaan eteenpäin reaktion loppuunsaattamislaitteeseen. Haluttu kemiallinen tuote vapautetaan laitteen ulosmenoaukon kautta ja toimitetaan käyttökohteeseen, edullisesti korkeintaan muutamassa minuutissa.

Laite on eräkäyttöinen. Tämänkaltaista laitetta käyttämällä tarvittavasta määrästä riippuen kaikki kemiallinen tuote tai osa siitä voidaan annostella kohteeseen.

Vielä edullisemmassa suoritusmuodossa laite kierrätetään käytön jälkeen. Se huuhdotaan ja/tai varastoidaan ennen sen palauttamista kierrätykseen, edullisesti toimittajalle. Kun laite on otettu vastaan kierrätyskohteessa, se puhdistetaan huuh-telemalla, täytetään uudelleen tai reaktanttisäiliöt vaihdetaan.

Laite voidaan sulkea soveltuvaan koteloon kuljetusta, varastointia ja esim. toimittajalle täyttöä varten palauttamista varten.

Keksinnön mukaista menetelmää ja annostelukokoonpanoa voidaan käyttää useilla eri aloilla. Edullisesti saatua kemiallista tuotetta, edullisimmin permuurahaishappoliuosta, käytetään sanitointitarkoituksiin, edullisesti desinfiointiin, edullisemmin pintojen ja laitteiden desinfiointiin, sairaaloissa tai lääketieteellistä hoitoa tarjoavissa ympäristöissä, kuten terveyskeskuksissa, eli erityisesti sairaaloissa ja lääketieteellistä hoitoa tarjoavissa rakennuksissa.

Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit havainnollistavat keksintöä lisää.

Esimerkki 1

Permuurahaishappoa valmistetaan käyttökohteessa muurahaishaposta ja vetyperoksidista käyttämällä katalyyttinä rikkihappoa kuvion 1 mukaisessa laitekokoonpanossa E; E1.

Kokoonpano E; E1 koostuu kahdesta suljetusta reaktanttisäiliöstä 1, joista ensimmäisessä säiliössä on 75 % muurahaishapon vesiliuosta, 12 % rikkihappoliuosta, 13 % H20:ta ja toisessa säiliössä 50 % vetyperoksidin vesiliuosta, kaupallisesta mikroreaktorista, kotelosta 3, joka ympäröi reaktanttisäiliöitä 1 ja mikroreaktoria 2, männästä 6, joka koostuu uppomännän kahvasta 6b, uppomännän varresta 6a ja irtonaisesta männän päästä 6c, joka on liitetty mikroreaktoriin 2. Reaktanttisäiliöi-den 1 yläseinät ovat myös kytkettävissä männän päähän 6c. Uppomännän varressa 6a on holkki 6d, joka kytketään männän päähän 6c hoikin mutterin 6e avulla. Jokaisen reaktanttisäiliön 1 pohja on tehty kalvosta 1a, joka lävistetään nesteiden vapauttamiseksi säiliöistä. Säiliöiden 1 päällä ovat säiliöiden männät 7, joissa on uppomännän varret 7a ja männän päät 7c. Säiliöiden 1 alla on kärjet 7d, jotka lävistävät kalvot 1a, kun männän päätä 7c painetaan. Kun kärjet 7d lävistävät kalvot 1a, reaktanttisäiliöt 1 tyhjenevät, kun mäntä 7 painetaan alas.

Kun ruisku E; E1 otetaan käyttöön, holkki 6d painetaan hoikin mutteriin 6e, ja männän päätä 6c vedetään poispäin kotelon 3 pohjassa olevasta aukosta 3d, ja vettä imetään kotelon 3 sisällä olevaan vapaaseen tilaan 3b tämän aukon 3d kautta. Kun männän varret 6a saavuttavat kotelon 3 kannen 3a, kärjet 6d lävistävät kalvot 1a, ja säiliöiden 1 reaktantit pääsevät mikroreaktoriin 2, jossa reaktantit sekoittuvat nopeasti ja reagoivat muodostaen permuurahaishapon vesiliuosta, joka sitten vapautuu ruiskun E1 kotelon 3 sisällä olevaan nesteeseen ja saa aikaan liuoksen lämpötilan lievän kohoamisen. Tämän jälkeen laimeaa permuurahaishappoa sisältävä tasapainoliuosseos painetaan aukon 3d läpi, ja siten saatua liuosta annostellaan käyttökohteeseen.

Valmistettua liuosta käytetään lääketieteellisten laitteiden desinfiointiin ja tilojen siivoukseen. Koska muodostunut liuos ei ole pysyvää, se tulisi käyttää muutamassa tunnissa.

Esimerkki 2

Kuvion 3 laitekokoonpanoa käytetään jäänpoistokemikaalin, kaliumformaattiliuok-sen, valmistukseen.

Laitekokoonpano E sisältää ruiskun E; E1, sekä kaksi suljettua säiliötä, 378 ml 85-painoprosenttista muurahaishappoa, 622 ml 50-painoprosenttista kaliumhydroksi-dia, mikrorakenteisen laitteen 2, ruiskun E1 kotelon 3 ja säiliömäntälaitteen 7. Ruisku E; E1 koostuu primaarisesta mäntälaitteesta 6, jossa on uppomännän kahva 6b, uppomännän varsi 6a ja männän pään 6c. Säiliöiden 1 yläpuolella on sekundaarinen säiliömäntälaite 7, jossa on uppomännän varret 7a ja säiliömännän päät 7c, jolloin jokainen männän pää 7c on lähellä säiliön 1 yläseinää. Jokaisen säiliön 1 alla on kärki 7d ja jousi 7e, ja kärki 7d voi lävistää säiliön 1 kalvon 1a, kun uppomännän varsi 7a painaa männän päätä 7c. Käyttöä aloitettaessa suljetut säiliöt 1 laitetaan jousien päälle, ja mäntäjärjestelmä 6, 7 asennetaan säiliöiden päälle edellä kuvatulla tavalla. Kun primaarinen mäntä-laite 6 painetaan alas, myös sekundaarisen mäntälaitteen 7 on pakko laskeutua. Kun sekundaarisen mäntälaitteen 7 uppomännän varsia 7a painetaan, kärjet 7d lävistävät kalvot 1a, ja liuos työntyy mikrorakenteiseen laitteeseen 2, jossa reak-tantit sekoittuvat nopeasti ja reagoivat muodostaen kaliumformaattia. Primaarista mäntäsarjaa 6 käytetään työntämään reagenssit mikrorakenteisen laitteen 2 läpi ja lopulta tuoteliuoksen, jossa on 1000 ml 50-painoprosenttista kaliumformaattiliuos-ta, aukon 3d läpi, jolloin liuosta annostellaan haluttuun, spesifiseen käyttötarkoitukseen.

Muodostunutta 50-painoprosenttista kaliumformaattituoteliuosta käytetään ulkopintojen jäänpoistoon, kuten jään poistoon jäätyneestä ajoneuvosta ja laivan ovien lukoista ja ajoneuvojen tuulilaseista. Tuotetun kaliumformaattiliuoksen jäätymispiste on lähes -60 °C. Reaktion korkeasta eksotermisesta lämmöstä johtuen käyttökohta voi lämmetä paikallisesti useita kymmeniä asteita.

Pitämällä reaktantit huoneenlämmössä reaktion adiabaattisen lämpötilan nousu on 158 °C, mikä tarkoittaa, että ilman jäähdytystä liuos haihtuu osittain. Toisaalta pitämällä formaattiliuos huoneenlämmössä reaktion neutralointientalpia (+ 574 kJ) voi nostaa 4,5 jäähdytysvesilitran lämpötilaa 20 °C:sta 50 °C:een. On myös mahdollista hyödyntää lämmönmuodostusta erillisenä "lämpöpakkauksena" ja kalium-formaattiliuosta jääpoistoon tai muihin sovelluksiinsa.

Esimerkki 3

Permuurahaishappoa valmistetaan käyttökohteessa muurahaishaposta ja vetyperoksidista käyttämällä katalyyttinä rikkihappoa kuvion 1 mukaisessa laitteessa sillä poikkeuksella, että siinä on kahden asemesta kolme reagenssisäiliötä.

Laite E; E1 koostuu kolmesta suljetusta reaktanttisäiliöstä, yksi jokaiselle reaktan-tille, ensimmäinen 90-prosenttiselle muurahaishapon vesiliuokselle, toinen 50-prosenttiselle vetyperoksidin vesiliuokselle ja kolmas rikkihapon 10-prosenttiselle vesiliuokselle, kaupallisesta mikroreaktorista, ja muuten laite ja sen toiminta ovat samoja kuin esimerkissä 1 määritellyt. Valmistettua liuosta voidaan käyttää lääketieteellisten laitteiden desinfiointiin ja tilojen siivoukseen.

Viitenumerot E Laitekokoonpano (yleinen) E1 Laitekokoonpano (monimäntäruisku) E2 Laitekokoonpano (suihkepullo) E3 Laitekokoonpano (ruisku) 1 säiliö 1a säiliön tiiviste 2 mikrorakenteinen laite 3 kotelo 3a kotelon yläseinä 3b kotelon sisällä oleva tila 3d kotelon pohjassa oleva aukko 4 sumutuslaite 4a kierrekorkki 4b imuletku 5 (pullon) kierrekorkki 5a ulompi kierre 5b sisempi kierre 6 primaarinen mäntä (laite) 6a uppomännän varsi 6b uppomännän kahva 6c männän pää 6d holkki 6e hoikin mutteri 7 sekundaarinen mäntä (laite), säiliömäntä 7a uppomännän varsi 7b uppomännän kahva 7c männän pää 7d kärki 7e jousi 8 tiivisterengas 9 tiivisterengas 10 tiivisterengas 11 tiivisterengas 20 laite nesteen vapauttamiseksi ja/tai kuljettamisek si 20;20a kuljetuslaite 20;20b lävistyslaite

Claims (13)

1. Panoskäyttöinen annostelulaitekokoonpano aktiivisen kemiallisen tuotteen joka on peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää: 1. vähintään kaksi suljettua reaktanttisäiliötä (1), vähintään kahdelle nestemäiselle reaktantille kemialliseen reaktioon, joka tapahtuu mainitun annostelulaiteko-koonpanon (E) sisällä ja tuottaa mainittua aktiivista kemiallista tuotetta, ii. vähintään yhden mikrorakenteisen laitteen (2), reaktiotilaksi mainitulle kemialliselle reaktiolle, jolloin mikrorakenteinen laite (2) on minikokoinen reaktiojärjes-telmä, jossa kanavien lateraalikoko on 50 mikronista tai pienemmästä 2 millimetriin, jolloin mainitussa tilassa on tehokas sekoitus mainituille reaktanteille, jolloin ainakin yhden laitteen sisäänmenoaukko on sovitettu ottamaan vastaan nestemäisiä reaktantteja mainituista säiliöistä (1), iii. kotelon (3), joka on liitetty toiminnallisesti mainittuihin suljettuihin reaktant-tisäiliöihin (1) ja mainittuun mikrorakenteiseen laitteeseen (laitteisiin) (2), ja joka on sovitettu sulkemaan sisäänsä nestemäisen liuottimen, joka kykenee liuottamaan tai laimentamaan mainitun aktiivisen kemiallisen tuotteen ja iv. ensimmäisen männän (6) mainitun reaktion aloittamiseksi sekä mainitun nestemäisen liuottimen kuljettamiseksi mainitun kotelon (3) sisään, jolloin ensimmäinen mäntä on kytketty toiseen mäntään (7) säiliöiden (1) rikkomiseksi osittain tai kokonaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen annostelulaitekokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu kemiallinen reaktio valitaan seuraavista: hapetusreaktio, pelkistysreaktio, neutralointireaktio, peroksidointireaktio ja katalyyttinen reaktio.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen annostelulaitekokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu mikrorakenteinen laite (2) valitaan joukosta, joka koostuu seuraavista: mikrosekoitin, mikroreaktori tai mikrokanavajärjestelmä.

4. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaitekokoonpano, tunnettu siitä, että mainitun kotelon (3) sisällä oleva vapaa tila (3b) on olennaisesti täynnä liuotinta.

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu suljettu reaktanttisäiliö (1) on varustettu lävistettävissä olevalla sululla (1a).

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu laitekokoonpano on helposti kannettavissa oleva.

7. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu laitekokoonpano on ruiskun, suihkepullon tai rasvapumpun muodossa.

8. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu aktiivinen kemiallinen tuote on vesipitoinen liuos, edullisesti neutralointi- tai peroksidointireaktion vesipitoinen liuostuote, edullisemmin peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perhappo, kuten permuurahais-happo.

9. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu aktiivinen kemiallinen tuote on kalium-formaatti.

10. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainittu mikrorakenteinen laite (2) sisältää kanavia, joiden hydraulinen halkaisija on 10 pm - 2 mm, edullisesti 100 pm - 1 mm.

11. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen annostelulaite-kokoonpano, tunnettu siitä, että mainitun laitteen panoskoko on 50-3000 ml, edullisesti 100-2000 ml, edullisemmin 100-1000 ml, edullisimmin 100-500 ml.

12. Menetelmä aktiivisen kemiallisen tuotteen joka on peroksigeeniyhdiste, edullisimmin perkarboksyylihappo, valmistamiseksi käyttämällä annostelulaitekokoon-panoa, joka käsittää vähintään kaksi suljettua reaktanttisäiliötä (1) vähintään yhden mikrorakenteisen laitteen (2), reaktiotiläksi kemialliselle reaktiolle jolloin mikrorakenteinen laite (2) on minikokoinen reaktiojärjestelmä, jossa kanavien lateraalikoko on 50 mikronista tai pienemmästä 2 millimetriin ja jossa re-aktiotilassa on tehokas sekoitus mainituille reaktanteille, jotka sekoitetaan maini- tussa tilassa, jolloin ainakin yhden laitteen sisäänmenoaukko on sovitettu ottamaan vastaan nestemäisiä reaktantteja mainituista säiliöistä (1), kotelon (3), joka on liitetty toiminnallisesti mainittuihin suljettuihin reaktant-tisäiliöihin (1) ja mainittuun mikrorakenteiseen laitteeseen (laitteisiin) (2), ja joka on sovitettu sulkemaan sisäänsä nestemäisen liuottimen ja ensimmäisen männän (6) mainitun reaktion aloittamiseksi ja mainitun nestemäisen liuottimen kuljettamiseksi mainitun kotelon (3) sisään, joka ensimmäinen mäntä on kytketty toiseen mäntään (7) , mainittujen suljettujen reaktanttisäiliöiden (1) rikkomiseksi osittain tai kokonaan, joka menetelmä käsittää vähintään seuraa-vat vaiheet: nestemäisen liuottimen ottamisen kotelon (3) sisään ensimmäisellä männällä (6), säiliöiden (1) rikkomisen männän (6,7) avulla osittain tai kokonaan reaktantti-en vapauttamiseksi, reaktanttien sekoittamisen mikrorakenteisessa laitteessa (2) aktiivisen kemiallisen tuotteen valmistamiseksi, aktiivisen kemiallisen tuotteen liuottamisen tai laimentamisen nestemäiseen liuottimeen tuoteliuoksen aikaansaamiseksi mainitun tuoteliuoksen vapauttamisen annostelulaitteesta männällä.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, jossa reaktantit vapautetaan reaktanttisäiliöstä (-säiliöistä) (1) mikrorakenteiseen laitteeseen (laitteisiin) (2) huolellista sekoittamista ja reagointia varten, ja vapautetaan edelleen kotelon sisään, josta aktiivinen kemiallinen tuote johdetaan käyttökohteeseen.