Микрореактор или микроструктуриран реактор или микроканален реактор

Кратка инструкция по микрореакторна технология

Микрореакторната технология е нова технология главно чрез интензификация на процеса за постигане на екологичен химичен синтез, особено за приготвянето на фини химикали като химикали, пестициди, лекарства, микроматериали и наноматериали. Микрореакторната технология е микрохимическа технология, която се появява през 90-те години. Това не е просто намаляване на съществуващия реактор, а една от новите всеобхватни системи, която интегрира различни елементи като материална технология, технология за микропроизводство, сензорна технология и технология за управление. Микрореакторът е нов тип миниатюризиран тръбопроводен реактор с непрекъснат поток с микронни структурни канали като ядро ​​за осъществяване на реакция, смесване, разделяне и други функции. „Микро“ на микроканален реактор не се отнася до малкия размер на микрореакторното устройство или малкия добив на продукта, а по-скоро означава, че флуидните канали са в микрометрова или милиметрова скала. Процесът на микрореакция се отнася до процеса на реакционната система, изграден от тези устройства. Микрореакционната система се нарича още микрохимична система, която е микросистема за химичния процес. Проектирането и разработването на микрохимичната система се основава на идеята за миниатюризиране на химическото оборудване без намаляване на капацитета за обработка на оборудването, чрез укрепване на скоростта и контролируемостта на процесите на потока, смесването и прехвърлянето в системата, времето за завършване на реакцията и разделянето се съкращават, намаляват стагнацията на материалите в процеса, намаляват образуването на странични продукти, за реализиране на зелен, безопасен и ефективен химичен процес. Микрореакторната технология се превърна в една от важните посоки на развитие в областта на интензификацията на химическите процеси, широко използвани в областта на медицината, пестицидите, фините химически продукти и междинния синтез.

Микрореактор или микроструктуриран реактор или микроканален реактор е устройство, в което протичат химически реакции в затворено пространство с типични странични размери под 1 mm; най-типичната форма на такова ограничаване са микроканалите. Микрореакторите се изучават в областта на инженерството на микропроцеси, заедно с други устройства (като микротоплообменници), в които протичат физически процеси. Микрореакторите включват микропроизведени структури, за да позволят химията на потока да се извършва в микронен мащаб. Микрореакторът обикновено е реактор с непрекъснат поток (за разлика от/на периодичен реактор). Микрореакторите предлагат много предимства пред конвенционалните мащабни реактори, включително огромни подобрения в енергийната ефективност, скорост на реакция и добив, безопасност, надеждност, мащабируемост, производство на място/при поискване и много по-фина степен на контрол на процеса.

Технически характеристики на микрореактора

• Голяма специфична повърхност и добър топлопренос------Поради микроструктурата вътре в микрореактора, неговата специфична повърхност е много голяма, която може да бъде стотици или дори хиляди пъти по-голяма от специфичната повърхност на съда за разбъркване. Ето защо , има добър капацитет за пренос на топлина и маса. Коефициентът на топлообмен обикновено е най-малко 25kW m − 2K − 1, което може да реализира моментално равномерно смесване и ефективен топлопренос на материали.
• Висока ефективност на пренос на маса и бърза скорост на реакция-------Микроканалният реактор може да съдържа много микроканали, а газът и течните течности в микроканалите могат да преминават с 10-4 до 10-6m/s, процесът на реакция на смесване на течности може да реализира мигновената и равномерна реакция на смесване на материалите и да направи реакцията на обикновени химични реакции. Времето се намалява от часове - десетки часове до секунди - минути и се постига висока производителност.
• Точен контрол на реакционната температура и времето за подобряване на добива-------Отличните характеристики на топлопреминаване на микрореактора позволяват реакционната температура да бъде прецизно контролирана в определен диапазон, което е от голямо значение за някои реакции, включващи междинни продукти и термично нестабилни продукти във фините химикали. Реагентите протичат непрекъснато в микроканалния реактор. Времето на престой на суровините при реакционните условия може да се контролира прецизно. След достигане на оптималното време за реакция, незабавно се преминава към следващия етап или реакцията се прекратява, което може ефективно да елиминира страничните продукти, генерирани поради дългото време за реакция и да подобри добива.
• По-малък капацитет за задържане на течности, по-безопасен и по-щадящ околната среда за непрекъснато производство-------Благодарение на добрия топлопренос на микрореактора реакционната температура няма да се натрупва прекомерно и се контролира точно в определен диапазон, което може да намали потенциалния риск на експлозия. Микрореакторите обикновено работят непрекъснато, количеството на реагентите в микрореактора е много малко. Това позволява последваща обработка на нестабилни междинни продукти и избягва типичните забавяния на партидната обработка. Времето на престой на нестабилна реакционна среда е много кратко и няма да се разпадне, дори ако реакционният междинен или краен продукт е токсично и вредно вещество, също тъй като количеството продукти, произведени за единица време, е малко и времето на престой е кратко, вредността злополуките, свързани с безопасността, са намалени в значителна степен. Много енергични екзотермични реакции, които не могат да бъдат реализирани в периодичен процес, но могат да бъдат реализирани в микрореактори, дори ключови реакции като нитрификация могат да се извършват безопасно при висока температура.
• Въпреки че микрореакторът може да синтезира химикали само в малки количества, мащабирането до промишлени обеми е просто процес на умножаване на броя на микрореакторите. За разлика от това партидните процеси твърде често се представят добре в лабораторията, но се провалят на ниво партидна пилотна инсталация.
• Микрореакторната технология може също гъвкаво да увеличава или намалява броя на микрореакторните модули в системата според пазарните промени, така че да се реализира навреме, на място и производство по поръчка.
• Технологията за микрообработка може да се използва за интегриране на микро-смесване, микро-реакция, микро-топлообмен, микро-разделяне, микро-анализ и други единични операции и съвпадение на микро-сензори, микро-клапани и други устройства в платформа или дори контролен чип за реализиране на платформизация или базирана на чип многофункционална операция, така че да се постигне мониторинг в реално време и интелигентен контрол на системата за микрореакция, да се подобри скоростта на реакцията и да се спестят разходите за реакция в същото време.

Тип реакции, подходящи за микрореактори

Досега многоцелевият микрореактор все още е ограничен до хомогенна реакция и до известна степен е ограничен до фаза газ-течност и фаза течност-течност. Според статистиката около 30 процента от фините химични реакции могат да се извършат в микрореактори за подобряване на добива, селективността или безопасността. Предимствата на микрореактора се изразяват главно в следните видове реакции:

• Силни екзотермични реакции-------За бурни екзотермични реакции конвенционалният реакторен процес обикновено приема метода на постепенно добавяне на капки или партидно добавяне. Въпреки това все пак ще има локално прегряване и ще се произвежда известно количество странични продукти. Благодарение на добрите характеристики на топлообмен на микрореактора, температурата на реакцията може да бъде прецизно контролирана, локалното прегряване може да бъде елиминирано и може да бъде значително подобрен добивът и селективността на продукта.
• Реакция с нестабилни реагенти или продукти------Някои реагенти или продукти са много нестабилни и ще се разложат и ще намалят добива на продукти след време на престой. Микрореакторната система е система с непрекъснат поток и времето на престой на реакцията може да се контролира точно. Следователно, разлагането поради нестабилността на реагентите или продуктите в конвенционалния реактор може да бъде избегнато.
• Бърза реакция със строги изисквания за съотношението на реагентите------Някои реакции имат строги изисквания за съотношението на реагентите и излишъкът на един от реагентите ще причини странични реакции, като например реакции, изискващи монозаместване, ще има образуват се двузаместени и тризаместени продукти. Микрореакторната система може да постигне мигновено хомогенно смесване, което избягва проблема с локалния излишък на всеки реагент и минимизира страничните продукти.
• Опасни химични реакции и реакции при висока температура и високо налягане------Някои химически реакции, които лесно излизат извън контрол, след като излязат извън контрол, ще доведат до рязко повишаване на температурата и налягането на реакцията, реагентите ще предизвикат дори експлозия. Тъй като реакционната топлина може бързо да бъде изнесена, а микрореакторът е реакция с непрекъснат поток, количеството онлайн химикали е много малко, така че безопасността на реакцията е гарантирана в микрореакторите.

Разбира се, не всички реакции са подходящи за микрореакторни системи, като много бавни реакции течност-твърдо вещество, реакции без екзотермични и ендотермични явления и традиционните процеси вече имат висока селективност и реакции на добив.

Капаните на приложението на микрореакторите

• Въпреки че има реактори, създадени за работа с частици, микрореакторите обикновено не понасят добре частиците, често се запушват. Запушването е идентифицирано от редица изследователи като най-голямото препятствие пред микрореакторите [8], които са широко приети като полезна алтернатива на периодичните реактори.
• Механичното изпомпване може да генерира пулсиращ поток, което може да бъде неблагоприятно. Много работа е посветена на разработването на помпи с ниска пулсация. Решение за непрекъснат поток е електроосмотичният поток (EOF).
• Корозията налага по-голям проблем в микрореакторите, тъй като съотношението площ към обем е високо. Деградацията от няколко µm може да остане незабелязана в конвенционалните съдове. Тъй като типичните вътрешни размери на каналите са в същия порядък, характеристиките могат да бъдат значително променени.
• Въпреки че микрореакторната система може да се увеличи до промишлени обеми чрез умножаване на броя на микрореакторите и може да намали разходите, но капацитетът за обработка на микрореакционната система също е силно ограничен. Докато броят на микрореакторите се увеличава значително, сложността на системата за наблюдение и контрол на микрореакциите също се увеличава значително, а инвестиционните и оперативните разходи за действителното производство също значително се увеличават.

Приложения

ЧЗВ

 

Популярни тагове: микрореактор или микроструктуриран реактор или микроканален реактор, доставчици, производители, фабрика, търговия на едро, купете