CN1964777A - 混合和压降最优化的微结构构造 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一类用于微型反应器中的混合器的构造，其设计原理包括位于连续流动路径中的至少一个注入区(410)，在注入区至少两种流体完成最初的上游接触；包括路径中的一系列混合器元件(430)的有效混合区(即流体充分流动和最佳的压降)。每个混合器元件优选设计成在各端部具有一个室，在室内设置障碍物(450)(以减小所述室的常规内部尺寸)，在所述通道部分中具有任选的限制结构(460)。所述障碍物优选为圆柱形的柱，但是可为具有一定尺寸范围的任意几何结构，可以沿流动路径串联或平行连接，以提供所需的流量、混合和压降。所述注入区可具有两个或更多个界面，可包括一个或多个芯，从而在流体混合之前控制流体。

Description

混合和压降最优化的微结构构造
                          技术领域
本发明一般涉及微型反应器系统和装置，更具体涉及用于微型反应器系统中的混合器的一类结构。
                          背景技术
许多多相流体应用需要进行混合，或者至少增大界面面积。在微型流体体系中，尺寸通常小于1毫米，使得混合和/或搅拌成为头等问题。诚然这些应用中经常包括的典型流动形式是蠕动流，在蠕动流中，两种起初可混溶或不可混溶的流体几乎无法自发地混合(在大规模的流体体系中，通常利用流体流中的湍流进行混合)。在不进行外加搅拌或机械作用的条件下，增大两种流体之间的界面面积或者在很小规模下进行混合是非常困难的，这是由于这些情况下低的雷诺数，特别对于几乎是二维的结构更是如此。因此，反应过程很大程度上受到扩散的限制。
在微型反应器系统中，或者更具体来说，在微型反应器系统内的混合器结构或模件中，必需通过在一路径中混合液体的理念来产生足够的液体流动。通常具有反应物源或至少多个流体连接，用来在注入区递送反应物向上游流动。现有技术中的液体通常包括水、水溶液和有机液体溶液。
已经研制出各种类型的混合器，在微型系统中进行混合。无论选择何种混合溶液，混合器可在完整的微型系统中运作。因此混合器所需的特性扩展到混合效率之外，可优选改变混合器的尺寸以影响压降，但是不会影响混合效率，或者至少对混合效率的影响最小。
因此，在这种微型反应器系统中，需要在极低压降下具有最大效率的混合器。另外，需要在此路径的结构中达到适当混合。
本领域已知的用来进行上述所需功能的现有技术方法包括以下的例子。
例如，一种典型的分流和再合并的方案示于图1，并在题为“Device forMixing Small Quantities of Liquids”的美国专利第5,904,424 A1号中进行了描述。在此专利中，为了减小反应物所需扩散的长度，将入口的反应物流分开，并在多层结构中重新合并。
IMM揭示了基于该原理的另外的现有技术实施方式(参见http://imm.mediadialoa24.de/vO/wseitene/wleistunq/misch2.html)。在这里，IMM的履带式混合器(caterpillar mixer)的分流-合并的概念包括两股分离的未混合的流体流，从而形成两个新的区域，并在下游重新合并。全部的四个区域交替有序地彼此相邻，从而重新形成起初的几何结构。
还有一种表示离液序列高的溶液的现有技术的三维流。这些结构通过产生横向流，无需使用移动混合器元件就解决了混合的问题。另一类似的现有技术的离液序列高的混合器可参见例如名为“Laminar Mixing Apparatus andMethod”的国际公布第WO03/011443A2号，该专利转让给Harvard College的校长及校友会会员。在此专利中，通过细微地调整通道壁的形状，或通过形成于通道壁上的凹槽，产生螺旋流，使得雷诺数小于100的流体能够发生混合，从而使得在此微型范围内流动的流体得以混合。图2显示了类似的现有技术的结构。
参见图3，德国公司Cellular Process Chemistry(CPC)在2001年8月16日公开的名为“Miniaturized Reaction Apparatus”的欧洲专利申请第EP1123734A2号中揭示了一种使用液体栓(liquid slug)和减压室的构造。
下面将描述这些现有技术的缺点。例如，对于第一个现有技术的方法，分流合并的结构要求在制造这些结构时具有显著的尺寸精度。这种精度是必需的，以确保上游流体在每个子通道中等分，然后再合并，使得混合液体的流量比等于由使用者所设定的进入比。
使用三维或离液序列高的流体的第二种方法存在一些缺点，一个缺点是通常的高度和宽度间的高宽比，另一缺点是技术成本高，再一个缺点是只能用于液体，不能用于气-液体系。
第三种现有技术的方法，液体栓装置也类似地具有上述方法的所有缺点。该方法唯一的优点是由于平行和减压造成的低压降有效地减小了尺寸。
上述所有的装置都极难获得低的压降。通常认为这是由于这些现有技术的设计试图通过减小尺寸来提高混合效率，其代价是压降显著增大。
因此，需要一种新的方法，该方法要能够优选克服上述的通过调节内部尺寸来获得最佳压降的任何现有技术方案的缺点；将液体流局限在路径结构中的几何障碍物和限制结构处；通过障碍物和减小局部尺寸在路径结构中达到混合；在障碍物之间具有完全的三维流；在注入处的初始接触区域的控制；以及对流体效果的稳定性。
在本文中，术语流体定义为包括可混溶性和不可混溶性的液体-液体、气体-液体和固体。
                          发明内容
提供一类在微型反应器中的混合器的结构，该结构的原理包括注入区和有效混合区，所述注入区具有一个或多个界面和芯，该区中两种或更多种流体达到初始上游接触，所述有效混合区包括位于流动路径中的一系列混合器元件，每个混合器元件设计成在端部具有一个室，在室内设置有柱之类的障碍物，以减小通常的内部尺寸，在通道部分中具有任选的限制结构。另外，优选实施方式的构造可具有许多的变化，例如可包括注入-混合-注入的设计，其中在下游进行了另外的流体混合。
本发明一个实施方式涉及一种混合器设备，该混合器设备具有连续流动路径的至少一个注入区和位于所述流动路径中的至少一个混合器元件，在注入区中大量流体发生最初的接触，所述至少一个混合器元件在路径中有效地混合所述流体。每个混合器元件包括通道部分、位于所述通道部分的端部的室，每个室中还包括至少一个障碍物。
本发明另一实施方式涉及至少一种设置在流动路径中任意位置的障碍物。
本发明另一实施方式涉及通道部分，该通道部分还包括至少一个限制结构，所述通道部分的半径为100-5000微米，高度为100-5000微米，宽度为100-10000微米，长度为200-10000微米，所述限制结构的高度为100-5000微米，宽度为50-2500微米。
本发明另一实施方式涉及所述室在至少一个障碍物存在下减小的内部尺寸，增大所述障碍物尺寸能提高混合效率。
本发明另一实施方式设计至少一个障碍物，该障碍物的几何结构为：半径为50-4000微米，高为100-5000微米，具有至少一个所述障碍物的室的内部尺寸的进一步特征为：半径为100-5000微米，周长为600微米至30毫米，表面积为3-80毫米2，体积为0.3-120毫米3，高度为100-5000微米。
本发明另一实施方式涉及至少一个注入区，该注入区具有至少一个芯，所述至少一个芯内的流体向多个界面流过。
本发明另一实施方式涉及嵌入微型反应器系统的混合器设备，所述系统包括以下的至少一种：反应物流体源、泵、停留时间区和输出过滤器。
本发明实施方式的另一个方面涉及优选由玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷基材制成的混合器设备。
在以下详述中将描述本发明的其它特征和优点，本领域技术人员通过依照本说明书及其权利要求书和附图所述实施本发明，可以显而易见地了解到其中一部分的特征和优点。
应当理解，以上一般性描述和以下详述仅是用来示例说明本发明，用来提供纵览或框架，以理解本发明所要求的特性和特征。
附图用来帮助进一步理解本发明，附图结合入说明书中，作为说明书的一部分。附图显示了本发明的一个或多个实施方式，附图和说明书一道用来解释本发明的原理和操作。
                          附图说明
参照以下附图进一步说明本发明，在附图中：
图1是现有技术的分流和再合并混合器的例子。
图2是现有技术的离液序列高的混合器的例子。
图3是现有技术的栓和减压混合器的例子。
图4是根据本发明优选实施方式的混合器的三维示意图。
图5是图4所示的本发明优选实施方式的混合器桩中心处的截面图。
图6a和6b是根据本发明优选实施方式的混合器结构的各层的俯视图。
图7a和7b示出了图6a和6b所示的本发明优选实施方式的混合器结构的常规尺寸。
图8是根据本发明优选实施方式的增大尺寸的另一种混合器结构的俯视图。
图8a示出了根据本发明另一优选实施方式的多芯注入区。
图9-11是根据本发明优选实施方式的具有不同尺寸的图8所示的各种混合器构造的压降与混合质量的关系图。
图12示出了根据本发明优选实施方式，嵌入混合器反应器结构中的混合器的俯视图。
图13示出根据本发明优选实施方式的微型反应器系统中图12所示混合器的方框图。
                      优选实施方式详述
下面将对本发明优选实施方式进行详述，其例子参见附图。在可能的情况下，在所有附图中，相同的编号表示相同或类似的部件。
参见图4，图中示出了根据本发明优选实施方式的混合器400的三维图，该混合器400包括注入区410，在该区中两种或更多种流体或反应物(未显示)发生初始的接触，并如箭头420所示向上游流动。图中示出根据本发明混合器400的优选实施方式的一系列形成类似蛇形结构的混合器元件430，这些元件430包括：1)基本为矩形的通道部分435(其角略圆化)；2)位于所述通道部分各端的室440，在所述室内设置有障碍物450。根据本发明优选实施方式的另一个方面，所述障碍物450是置于室440内的圆柱形的柱或桩，用以减小室440的内部尺寸442。
另外，在本发明另外的优选实施方式中，在通道部分435的一侧或两侧上可具有凹陷状的限制结构460。在另一优选实施方式中，提供了注入-混合-注入结构(图中未显示)，在此结构中，在下游完成了进一步的流体混合。
根据本发明优选实施方式，所述障碍物450的尺寸范围包括：半径或相关尺寸为50-4000微米，高度为100-5000微米。
根据本发明优选实施方式，通道部分435的尺寸范围包括：半径为100-5000微米，高度为100-5000微米，宽度为100-10000微米，长度为200-10000微米。
根据本发明优选实施方式，限制结构460的尺寸范围包括：宽度为50-2500微米，高度为100-5000微米。
根据本发明优选的实施方式，包含障碍物450的室442的内部尺寸为：半径为100-5000微米，周长为600微米至30毫米，表面为3-80毫米2，体积为0.3-120毫米3(高度为100-5000微米)。
通常需要减小该内部尺寸，以减小发生反应(用于扩散过程)的长度。尽管图中未显示，但是预期如要达到所需的效率，每个室440中可包括一个以上的障碍物450。另外，在一系列混合器元件430的优选实施方式中，如果流体流中包含固体颗粒的话，这些固体颗粒将适当地流过所述混合元件。在平行化之后减小了尺寸的结构(例如其中反应物流被分流入一个上游通道和多个下游通道的结构中)通常存在固体颗粒流动的其它问题，从而降低混合器的效率。
图5示出根据本发明的障碍物450(在图4中显示为柱)的截面图。柱450形成了供液体或反应物流经的曲折路径，从而通过减小内部尺寸产生足够的流动，这些流动包括局部加速液体或反应物的流动。图5示出在室440的空穴512内沿箭头510和520的这种曲折流动。
即使流动基本保持层状，在柱450中和其周围的限制物中仍然有高得多的速度，以产生混合。对于图5中的结构，对于流量分别为1毫升/分到100毫升/分的液体，雷诺数(水-20℃)可分别为20-2000。
在本发明的这个优选实施方式中，至少由于以下三个显著的原因产生混合：1)当雷诺数约高于20(包括了本发明的流量范围)时，经过圆柱体之后的流动不稳定。应当注意，尽管对于这些复杂的几何结构并没有确切的数值，但是其数量级应为50-500；2)所述曲折的流动路径使得惯性发挥作用，充分混合流体；3)通过减小流体在其中循环的通道的内部尺寸，减小反应物流体的厚度，这具有能够减小发生扩散的长度的效果，从而减小扩散所需的特征时间。
本发明考虑了许多其它的混合器元件实施方式，这些实施方式实际上可得到相同的结果，各种混合器元件结构的形状将会是用以提高混合能力的设计选择。尽管在图4中，圆柱形柱被描述为障碍物450的优选实施方式，但是在本发明范围内，可以考虑任何能够实施的其它几何结构(三角形、斜方形、菱形等)，这些结构的表面上可包括或不包括凹槽或其它的形状。还考虑一个混合器400内所有障碍物450的几何形状不一定相同。对于特殊的混合器设计，它们可要求完全不同的形状和尺寸，以任何适于合适和所需的混合的形式交替和/或设置于通道部分上。另外，通道部分435的形状并不限于图4所示的具有圆化角的近似矩形(和图5中的相应横截面)；本领域普通技术人员还可考虑本发明中的通道部分435具有其它形状，这样的实施方式仍然包括在本发明范围内。类似地，除了凹陷状限制结构460以外，还可考虑采用其它形状的限制结构460。同样的，图5所示的横截面当然可根据图4混合器元件的不同形状进行变化。另外，串联设置的混合器元件的数量可以为1个至达到所需混合效率的元件最小数量中的任意数量。在许多例子中，增加更多的混合器元件未必能提高混合效率。另外，如上所述，例如如下图7a和7b所示，根据本发明新颖的方面，每个混合器元件的尺寸可根据所需的混合效率具有一个可变化的范围。
在本发明另一优选的实施方式中，连续的局部化流动路径的组合可以将柱或圆柱形的桩450(或其它种类的障碍物)置于通道部分435的中部，或者在具有或不具有限制结构460的室440内的通道中除端部以外的任意其它位置，仍然产生所需的混合和适当的流动，或者加速液体流过该路径。另外，在本发明另一优选实施方式中，提供对注入区以及流体第一次发生相互作用的界面区或接触区的新颖控制。在下文中将参照图6a、6b以及图8和8a更详细描述后一种控制。
应当强调在本文所述的所有优选实施方式中，本领域普通技术人员通过相应地改变结构的尺寸，可以将实际混合器结构造成的压降和混合质量调节至所需的平衡状态，以获得最佳的性能。
混合通常在‘x-y’平面发生，因此水平面中的尺寸变化经常会影响混合质量。高度是垂直的‘z’平面中的尺寸，通常对压降具有一级影响，对混合质量具有次级影响，混合质量更大程度地受上述混合器元件430所影响。
下面来看图6a和6b，图中显示了本发明混合器原理范围之内的一些优选设计结构610至680。根据本发明优选的实施方式，混合器400的各层由三个矩形所表示；例如，610a和610b分别表示混合器元件的顶层和底层，而610c表示通过将顶层610a组装在底层610b之上制得的单一微结构混合器的最终组装结构。图6a和6b中所示的层优选由玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷基材制成。各种混合器结构优选形成于基片上。
在图6a和6b中显示了所有混合器的这种顶层、底层和组装层的三层示意图，但是混合器680有所不同，混合器680只分别显示了顶层675和底层680。
如上所述，在本发明优选实施方式中，通过将两个层结合起来形成第三组装层，从而进行制造。但是对于其它设计的实施方式，可以将具有微型图案的层与裸露的或涂敷的玻璃基材、陶瓷基材或玻璃-陶瓷基材结合起来。
在优选的实施方式610，615，620，625，630，635，640，645，650，655，665，670和672(代表图6a和6b中所示的主要实施方式)中，这些结构显示出串联结构的混合器元件。尽管也可以以相同的设计原理将两排串联的混合器元件平行放置(图6b中所示的660和680)，但是由于这样可能会造成在每个分支662a个662b中流体或反应物流量比的偏差(偏离其在入口处的数值)，这种构造可能是不希望采用的。在实施方式660中，每个分支662a和662b中都具有充分的混合效率，但是无法保持化学计量。但是，这类分流是一种可以有效减小总压降的常规方法。
在图6a和6b中示出的优选混合器实施方式的许多结构混合器的构造细节，它们包括混合器元件数量和尺寸、注入区构造和通道部分中的限制结构的变化。如下图9-11中的图表所示，增加混合器元件的数量将会增大混合器产生的压降。这也会增大混合的完全性(或效率)。
下面来参见混合器680，位于顶层675和底层676的区域685和690表示根据本发明优选实施方式的注入区。已通过形成来自注入区685和690的两个界面对这些注入区685和690进行了改进，以增强混合。流体之间的界面是通过组装675和676的时，芯677和678中的芯流体产生的。根据本发明一优选实施方式，这些流体在第一相互作用时受到控制。尽管在此实施方式中，存在两个流体的两个界面，但是根据另外的流体的数量，可以增加流体之间的界面数。下文中将参照图8和8a进一步描述包括界面以及单个或多个芯的注入区。
下面参见图7a和图7b，示出了根据本发明优选方面，用于图6a和6b所示制造实施方式的混合器元件的相应优选尺寸，例如在710中，示出了图6a和6b的混合器元件611，646，656或666的半径、长度等之类的尺寸数据。在720中详细示出了图6b的实施方式660的注入区661的优选尺寸。另外在730中，示出了图6a和6b的混合器元件616或657的优选尺寸；在740中，示出了图6a的混合器元件621的优选尺寸；在750中，示出了图6a的混合器元件626的优选尺寸；在760中示出了图6a的混合器元件631的优选尺寸；在770中示出了图6a中混合器元件636的优选尺寸；在780中示出了图6a中混合器元件641的优选尺寸；在790中示出了图6a中混合器元件651的优选尺寸；在792和794中示出了图6b中混合器元件671和673的优选尺寸。
Villermaux J.等人在Use of Parallel Competing Reactions to CharacterizeMicro Mixing Efficiency，AIChE Symp.Ser.88(1991)6，第286页中描述了一种用来量化两种可混溶性液体的混合质量的测试方法。常规的测试法是在室温下制备酰基氯溶液以及与KI(碘化钾)混合的乙酸钾溶液。使用注射泵将这些流体或反应物连续注入混合器或反应器中(即测试混合性的混合器或反应器)。流体连续地从混合器流出，流过一个流动通室或比色皿(10微升)，通过在350纳米处的透光度测定对在流动通室或比色皿中流体进行定量。可以收集任何无关的液体作为废物。
在室温下将该测试法用于本文所述的结构，在理想状况下本发明的混合的量化值为100％。使用水和蠕动泵，在22℃下测得压降数据。使用压力传感器，在图4所示的混合器或反应器430的出口处，通过测量上游的绝对压力值，测量总流量，所述混合器430的出口(或下文所示嵌入在微型反应器系统中的混合器)对大气压力敞开。
图8示出根据本发明另一个优选实施方式的一组混合器，这些混合器的半径为700-1300微米。应当注意，在图6a和6b以及图7a和7b所示的混合器设计成具有一定的尺寸，使得产生合理的压降以及合适的混合效率，图8所示是增大了尺寸、特别是障碍物半径的设计，显示混合效率的提高以及压降的增大。在图8中，芯元件822a用来扩展流体第一次发生相互作用的接触区域。混合器822，823，824，826，827和828也具有芯(未标示)，但是图8中其余的混合器未显示这种芯结构。
参见图8a，所示为本发明另一优选实施方式中，具有两个芯801和802的多芯注入区的构造800。如图8a中的方向箭头所示，流体从右向左流动。芯流体804在芯801内从右向左流动，流向界面区807并流过该界面区807。芯流体805在芯801和芯802的边界内从右向左流动，流向界面区808并流过该界面区808。芯流体806在环形流体区域803和芯802内从右向左流动，流向界面区809并流过该界面区809。
芯流体801，802和803保持分开，直到它们到达混合器822的进入区822b(图8所示)才混合起来。如图8的单芯注入区构造所示，路径中进入区822b和第一混合器元件800之间的距离通常为1950微米。图8和8a所示的实施方式通过防止这些芯流体在极为靠近混合器之前互相接触，然后在混合器处这些流体相互接触，进入混合器并进行混合，从而有效地控制芯流体。
图9所示是根据本发明另一实施方式对图8的不同构造的比较图，图中清楚地显示压降与混合效率之间的关系。可以看出图8的各种混合器的设计结构随着压降的增大，混合效率会相应地增大。类似地，在图10中，曲线图显示对障碍物半径为1200微米(图8中的混合器827)至1300微米(图8中的混合器828)的混合器，混合质量的提高(超过90％)。另外，图11的曲线图显示随着障碍物半径增大，压降相对提高。
图12示出反应器结构1200中的图4的混合器400的三维分流图。根据本发明，示出入口1210，流体首先从此处引入反应器结构1200，并流过此处至接触区1220。还示出了混合器400的顶部区域1230和底部区域1235。示出停留时间区或区域1240，该区域1240可以使得流体依据其从出口1250流出之前的所需流量在微型通道中停留一定的停留时间。
根据本发明优选实施方式的另一方面，预期可以在微型反应器中将混合器构造1200层与热交换层(未显示)结合起来，为反应物流体提供合适的热状态。
下面参见图13，图中示出位于本发明的微型反应器系统1300内的混合器装置1310的方框图。混合器1310和停留时间区1320表示上图12所示的结构1200。混合器1310具有反应物源1311和1312，以及两个泵1313和1314。停留时间区1320是一种微型流体装置，该装置通常具有单个通道，使得流体可以依据所需的流量在微通道中有一定的停留时间。位于停留时间调节装置1320出口处的过滤器1330可以制得产物1340和副产物1350。
应当注意，上述所有附图均非实际尺寸，而是表示本发明优选实施方式的精确重现和结构简图。
一些预期可采用本发明实施方式的商业用途包括但不限于例如混合可混溶以及不可混溶的水性液体和有机液体的应用，将活性气体与液体相混合的应用，用惰性或活性气体替代一种液体反应物的应用。另外，所述液体可包含已溶于合适溶剂、或者分散在上述液体中的固体。这种液体的一些非限制性例子包括：
1)均相气相反应：
可以将烃(气体或蒸气)与空气混合，然后使其在催化区反应，进行选择氧化反应(丙烯制备丙烯醛，丁烯制备马来酸酐)。可以将烃(气体或蒸气)与卤代化合物混合，以进行反应生成卤代烃(氯代苯)。
2)均相液相反应：
可以将水中的醛/酮与氢氧化钠的水溶液相混合，以进行反应，生成醇醛缩合产物(丙醛、乙醛、丙酮)。可将苯酚水溶液与硝酸水溶液混合，以进行反应，生成硝化产物。
3)多相液相反应：
可将液态烃类与硫酸和硝酸的混合物相混合，以进行反应，生成硝化产物(甲苯、萘等)。可以将过氧化氢与液态烃混合，以生成选择性氧化的产物(苯酚氧化成氢醌、邻苯二酚)。
4)多相气/液反应：
可以将气体与液体混合，以溶解，然后被截留(SO2在氢氧化钠水溶液中)或反应(硫酸中的SO3生成发烟硫酸，然后进行磺化反应)。臭氧(空气、氧气)溶于烃类溶液，然后进行选择氧化反应，而不管该反应是均相催化反应(环己烷或对二甲苯氧化)或是多相催化反应(苯酚，枯烯)。
另外，当反应的一种或多种产物是在叔胺溶剂的存在下与胺和酰氯烃混合并反应的固体的时候，可使用后者方案。这可以制得不溶于该混合物的相应的酰胺和季铵盐。
尽管已经描述了本发明的各种优选实施方式，但是对于本领域技术人员很显而易见，可以在不背离本发明精神和范围的前提下对本发明进行各种改变和修改。因此，预期本发明包括在所附权利要求书及其等价内容的范围之内全部的本发明的改变和修改。

Claims (10)

1.一种混合器设备，所述设备的特征是：
连续流动路径的至少一个注入区，多种流体在该注入区发生最初的接触；
位于所述流动路径中的至少一个混合器元件，所述至少一个混合器元件有效地混合流经所述路径的所述多种流体。
2.如权利要求1所述的混合器设备，其特征在于，所述至少一个混合器元件各自还具有以下特征：通道部分，位于所述通道部分端部的室，每个室还包括至少一个障碍物。
3.如权利要求1所述的混合器设备，其特征在于，至少一个障碍物设置在所述流动路径中的任意位置。
4.如权利要求2或3所述的混合器设备，其特征在于，所述通道部分的特征还在于至少一种限制结构，所述通道部分的半径为100-5000微米，高度为100-5000微米，宽度为100-10000微米，长度为200-10000微米，所述限制结构的半径为50-2500微米，高度为100-5000微米。
5.如权利要求2-4中任一项所述的混合器设备，其特征在于，所述室的内部尺寸由于存在至少一个所述障碍物而减小，增大所述障碍物尺寸，能提高所述混合效率。
6.如权利要求5所述的混合器设备，其特征在于，所述至少一个障碍物的特征还在于，其具有符合以下条件的任意几何结构：半径为50-4000微米，高度为100-5000微米；具有至少一个所述障碍物的所述室的内部尺寸的特征还在于：半径为100-5000微米，周长为600微米至30毫米，表面积为3-80毫米2，体积为0.3-120毫米3，高度为100-5000微米。
7.如权利要求1-6中任一项所述的混合器设备，其特征在于，所述至少一个注入区还包括至少一个芯。
8.如权利要求1-7中任一项所述的混合器设备，其特征在于，所述至少一个注入区控制着至少一个所述芯中的所述流体流过和流向多个界面。
9.如权利要求1-8中任一项所述的混合器设备，其特征在于，所述混合器设备与微型反应器系统结合，所述系统的特征还在于以下的至少一种：反应物流体源、泵、停留时间区和输出过滤器。
10.如权利要求1-9中任一项所述的混合器设备，由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷基材制成。
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