Mikroreaktori tai mikrorakenteinen reaktori tai mikrokanavareaktori

Lyhyt opastus mikroreaktoritekniikasta

Mikroreaktoriteknologia on uusi teknologia, joka perustuu pääasiassa prosessien tehostamiseen vihreän kemiallisen synteesin saavuttamiseksi, erityisesti hienokemikaalien, kuten kemikaalien, torjunta-aineiden, lääkkeiden, mikromateriaalien ja nanomateriaalien, valmistukseen. Mikroreaktoritekniikka on mikrokemiallinen tekniikka, joka syntyi 1990-luvulla. Kyseessä ei ole pelkkä nykyisen reaktorin pelkistys, vaan yksi uusista kokonaisvaltaisista järjestelmistä, joka yhdistää erilaisia ​​elementtejä, kuten materiaaliteknologian, mikrovalmistustekniikan, anturiteknologian ja ohjaustekniikan. Mikroreaktori on uudenlainen miniatyrisoitu jatkuvavirtausputkireaktori, jossa on mikronikokoiset rakenteelliset kanavat ytimenä reaktion, sekoituksen, erotuksen ja muiden toimintojen toteuttamiseksi. Mikrokanavareaktorin "mikro" ei tarkoita mikroreaktorilaitteen pientä kokoa tai pientä tuotteen saantoa, vaan pikemminkin sitä, että nestekanavat ovat mikro- tai millimetriasteikolla. Mikroreaktioprosessi viittaa näiden laitteiden rakentamaan reaktiosysteemiprosessiin. Mikroreaktiojärjestelmää kutsutaan myös mikrokemialliseksi järjestelmäksi, joka on kemiallisen prosessin mikrojärjestelmä. Mikrokemiallisen järjestelmän suunnittelu ja kehittäminen perustuu ajatukseen kemiallisten laitteiden pienentämisestä vähentämättä laitteiston prosessointikapasiteettia, vahvistamalla järjestelmän virtaus-, sekoitus- ja siirtoprosessien nopeutta ja ohjattavuutta, prosessin valmistumisaikaa. reaktio ja erottelu lyhenevät, vähentävät materiaalien pysähtymistä prosessissa, vähentävät sivutuotteiden muodostumista vihreän, turvallisen ja tehokkaan kemiallisen prosessin toteuttamiseksi. Mikroreaktoriteknologiasta on tullut yksi tärkeimmistä kehityssuunnista kemiallisten prosessien tehostamisessa, jota käytetään laajalti lääketieteen, torjunta-aineiden, hienokemiallisten tuotteiden ja välituotesynteesin aloilla.

Mikroreaktori tai mikrorakenteinen reaktori tai mikrokanavareaktori on laite, jossa kemialliset reaktiot tapahtuvat suljetussa tilassa, jonka tyypilliset sivumitat ovat alle 1 mm; tyypillisin tällaisen rajoituksen muoto ovat mikrokanavat. Mikroreaktoreita tutkitaan mikroprosessitekniikan alalla yhdessä muiden laitteiden (kuten mikrolämmönvaihtimien) kanssa, joissa fysikaalisia prosesseja tapahtuu. Mikroreaktorit sisältävät mikrovalmistettuja rakenteita, jotta virtauskemia voidaan suorittaa mikronimittakaavassa. Mikroreaktori on yleensä jatkuvavirtausreaktori (eräsreaktorin vastakohta). Mikroreaktorit tarjoavat monia etuja tavanomaisiin mittakaavallisiin reaktoreihin verrattuna, mukaan lukien valtavat parannukset energiatehokkuudessa, reaktionopeudessa ja tuotossa, turvallisuuteen, luotettavuuteen, skaalautumiseen, paikan päällä/tilauksesta tapahtuvaan tuotantoon ja paljon hienompi prosessin hallinta.

Mikroreaktorin tekniset ominaisuudet

• Suuri ominaispinta-ala ja hyvä lämmönsiirto------Mikroreaktorin sisällä olevan mikrorakenteen ansiosta sen ominaispinta-ala on erittäin suuri, mikä voi olla satoja tai jopa tuhansia kertoja sekoitusastian ominaispinta-alaan verrattuna. , sillä on hyvä lämmön- ja massansiirtokyky. Lämmönvaihtokerroin on yleensä vähintään 25 kW m − 2K − 1, mikä mahdollistaa materiaalien hetkellisen tasaisen sekoittumisen ja tehokkaan lämmönsiirron.
• Korkea massansiirtoteho ja nopea reaktionopeus-------Mikrokanavareaktori voi sisältää useita mikrokanavia, ja mikrokanavissa olevat kaasu- ja nestemäiset nesteet voivat päästä läpi virtauksen 10-4 - 10-6 m/s, nesteiden sekoitusreaktioprosessi voi toteuttaa materiaalien välittömän ja tasaisen sekoitusreaktion ja tehdä tavallisten kemiallisten reaktioiden reaktion. Aika lyhenee tunneista - kymmenistä tunteista sekunteihin - minuutteihin ja saavutetaan korkea suorituskyky.
• Tarkka reaktiolämpötilan ja -ajan säätö saannon parantamiseksi-------Mikroreaktorin erinomaiset lämmönsiirto-ominaisuudet mahdollistavat reaktiolämpötilan tarkan säätelyn tietyllä alueella, mikä on erittäin tärkeää joissakin reaktioissa, joihin liittyy välituotteita ja jotka ovat termisesti epästabiileja hienokemikaalien tuotteet. Reagenssit virtaavat jatkuvasti mikrokanavareaktorissa Raaka-aineiden viipymisaikaa reaktio-olosuhteissa voidaan säätää tarkasti. Kun optimaalinen reaktioaika on saavutettu, se siirretään välittömästi seuraavaan vaiheeseen tai reaktio lopetetaan, mikä voi tehokkaasti eliminoida pitkästä reaktioajasta syntyneet sivutuotteet ja parantaa saantoa.
• Vähemmän nesteenpidätyskapasiteettia, turvallisempi ja ympäristöystävällisempi jatkuvaan tuotantoon-------Mikroreaktorin hyvän lämmönsiirron ansiosta reaktiolämpötila ei kerry liikaa ja sitä säädellään tarkasti tietyllä alueella, mikä voi vähentää mahdollista riskiä räjähdyksestä. Mikroreaktorit toimivat normaalisti jatkuvatoimisesti, mikroreaktorin lähtöaineiden määrä on hyvin pieni. Tämä mahdollistaa epästabiilien välituotteiden myöhemmän käsittelyn ja välttää tyypilliset eräkäsittelyviiveet. Epästabiilin reaktioväliaineen viipymäaika on hyvin lyhyt eikä hajoa, vaikka reaktion välituote tai lopputuote olisi myrkyllisiä ja haitallisia aineita, Myös koska tuotettujen tuotteiden määrä aikayksikköä kohti on pieni ja viipymäaika lyhyt, haitallisuus turvallisuusonnettomuuksien määrä vähenee huomattavasti. Monet voimakkaat eksotermiset reaktiot, joita ei voida toteuttaa panosprosessissa, mutta voidaan toteuttaa mikroreaktoreissa, jopa avainreaktiot, kuten nitrifikaatio, voidaan suorittaa turvallisesti korkeassa lämpötilassa.
• Vaikka mikroreaktori pystyy syntetisoimaan kemikaaleja vain pieniä määriä, mittakaavan kasvattaminen teollisiin määriin on yksinkertaisesti prosessi, jossa mikroreaktorien lukumäärä moninkertaistaa. Sitä vastoin eräprosessit toimivat liian usein hyvin laboratorioissa, mutta epäonnistuvat eräkoelaitoksen tasolla.
• Mikroreaktoriteknologialla voidaan myös joustavasti lisätä tai vähentää järjestelmässä olevien mikroreaktorimoduulien määrää markkinoiden muutosten mukaan, jotta tuotanto voidaan toteuttaa oikea-aikaisesti, paikan päällä ja tilaustyönä.
• Mikroprosessointitekniikkaa voidaan käyttää mikrosekoittamisen, mikroreaktion, mikrolämmönvaihdon, mikroerotuksen, mikroanalyysin ja muiden yksikkötoimintojen yhdistämiseen sekä mikroanturien, mikroventtiilien ja muiden laitteiden yhteensovittamiseen alustaksi tai jopa ohjaussiru alustan tai sirupohjaisen monitoimitoiminnan toteuttamiseksi, jotta voidaan saavuttaa reaaliaikainen seuranta ja mikroreaktiojärjestelmän älykäs ohjaus, parantaa reaktionopeutta ja säästää reaktiokustannuksia samanaikaisesti.

Mikroreaktoreille sopiva reaktiotyyppi

Toistaiseksi monikäyttöinen mikroreaktori on edelleen rajoitettu homogeeniseen reaktioon ja jossain määrin kaasu-nestefaasi- ja neste-nestefaasireaktioon. Tilastojen mukaan noin 30 prosenttia hienokemiallisista reaktioista voidaan suorittaa mikroreaktoreissa saannon, selektiivisyyden tai turvallisuuden parantamiseksi. Mikroreaktorin edut näkyvät pääasiassa seuraavan tyyppisissä reaktioissa:

• Voimakkaasti eksotermiset reaktiot-------Kiimaa eksotermisiä reaktioita varten tavanomainen reaktoriprosessi käyttää yleensä menetelmää, jossa lisätään asteittain pisaroittain tai erälisäystä. Silti paikallista ylikuumenemista ja sivutuotteita syntyy tietty määrä. Mikroreaktorin hyvien lämmönsiirto-ominaisuuksien ansiosta reaktiolämpötilaa voidaan säätää tarkasti, paikallista ylikuumenemista voidaan eliminoida ja tuotteen saantoa ja selektiivisyyttä voidaan parantaa merkittävästi.
• Reaktio epästabiilien lähtöaineiden tai tuotteiden kanssa------Jotkin lähtöaineet tai tuotteet ovat erittäin epästabiileja ja hajoavat ja vähentävät tuotteiden saantoa viipymäajan jälkeen. Mikroreaktorijärjestelmä on jatkuvavirtausjärjestelmä, ja reaktion viipymisaikaa voidaan säätää tarkasti. Näin ollen voidaan välttää hajoaminen, joka johtuu lähtöaineiden tai tuotteiden epästabiilisuudesta tavanomaisessa reaktorissa.
• Nopea reaktio ja tiukat vaatimukset lähtöaineiden suhteelle------Joissakin reaktioissa on tiukat vaatimukset lähtöaineiden suhteelle, ja yhden lähtöaineen ylimäärä aiheuttaa sivureaktioita, kuten monosubstituutiota vaativia reaktioita. muodostuu kaksi- ja trisubstituoituja tuotteita. Mikroreaktorijärjestelmällä voidaan saavuttaa tasainen sekoittuminen välittömästi, mikä välttää kunkin reagoivan aineen paikallisen ylimäärän ongelman ja minimoi sivutuotteet.
• Vaaralliset kemialliset reaktiot ja korkean lämpötilan ja korkean paineen reaktiot------Jotkin kemialliset reaktiot, jotka ovat helposti käsistä, kun ne eivät ole hallinnassa, aiheuttavat reaktiolämpötilan ja paineen jyrkän nousun, ja reagoivat aineet aiheuttavat jopa räjähdyksen. Koska reaktiolämpö voidaan viedä nopeasti ulos ja mikroreaktori on jatkuvavirtausreaktio, verkkokemikaalien määrä on hyvin pieni, joten reaktion turvallisuus on taattu mikroreaktoreissa.

Tietenkään kaikki reaktiot eivät sovellu mikroreaktorijärjestelmiin, kuten erittäin hitaat neste-kiintoainereaktiot, reaktiot ilman eksotermisiä ja endotermisiä ilmiöitä ja perinteisillä prosesseilla on jo korkea selektiivisyys ja saantoreaktiot.

Mikroreaktorien sovellusten sudenkuopat

• Vaikka hiukkasten käsittelyä varten on tehty reaktoreita, mikroreaktorit eivät yleensä siedä hyvin hiukkasia, jotka usein tukkeutuvat. Useat tutkijat ovat havainneet tukkeutumisen suurimmaksi esteeksi mikroreaktorien[8] hyväksymiselle edullisena vaihtoehtona panosreaktoreille.
• Mekaaninen pumppaus voi synnyttää sykkivän virtauksen, joka voi olla haitallista. Paljon työtä on tehty alhaisen pulsaation omaavien pumppujen kehittämiseen. Jatkuvavirtausratkaisu on elektroosmoottinen virtaus (EOF).
• Korroosio aiheuttaa suuremman ongelman mikroreaktoreissa, koska pinta-alan ja tilavuuden suhde on korkea. Muutaman µm:n hajoaminen voi jäädä huomaamatta tavanomaisissa astioissa. Koska tyypilliset kanavien sisämitat ovat samaa suuruusluokkaa, ominaisuudet voivat muuttua merkittävästi.
• Vaikka mikroreaktorijärjestelmä voi skaalata teollisiin volyymeihin moninkertaistamalla mikroreaktorien lukumäärän ja voi vähentää kustannuksia, mutta myös mikroreaktiojärjestelmän prosessointikapasiteetti on erittäin rajoitettu. Mikroreaktorien lukumäärän aikana kasvaa huomattavasti, myös mikroreaktion valvonta- ja ohjausjärjestelmän monimutkaisuus lisääntyy huomattavasti, ja myös todellisen tuotannon investointi- ja käyttökustannukset kasvavat huomattavasti.

Sovellukset

FAQ

 

Suositut Tagit: mikroreaktori tai mikrorakenteinen reaktori tai mikrokanavareaktori, toimittajat, valmistajat, tehdas, tukkumyynti, osta