Mikroreaktors vai mikrostrukturēts reaktors vai mikrokanālu reaktors

Īsa instrukcija par mikroreaktoru tehnoloģiju

Mikroreaktoru tehnoloģija ir jauna tehnoloģija, galvenokārt izmantojot procesu intensificēšanu, lai panāktu zaļo ķīmisko sintēzi, jo īpaši smalku ķīmisko vielu, piemēram, ķīmisko vielu, pesticīdu, zāļu, mikromateriālu un nanomateriālu, sagatavošanai. Mikroreaktoru tehnoloģija ir mikroķīmiska tehnoloģija, kas radās deviņdesmitajos gados. Tā nav vienkārša esošā reaktora samazināšana, bet gan viena no jaunajām visaptverošajām sistēmām, kas integrē dažādus elementus, piemēram, materiālu tehnoloģiju, mikroražošanas tehnoloģiju, sensoru tehnoloģiju un vadības tehnoloģiju. Mikroreaktors ir jauna veida miniaturizēts nepārtrauktas plūsmas cauruļvadu reaktors ar mikronu mēroga strukturāliem kanāliem kā kodolu reakcijas, sajaukšanas, atdalīšanas un citu funkciju īstenošanai. Mikrokanālu reaktora "mikro" neattiecas uz mikroreaktora ierīces mazo izmēru vai nelielo produkta iznākumu, bet gan drīzāk nozīmē, ka šķidruma kanāli atrodas mikrometru vai milimetru skalā. Mikroreakcijas process attiecas uz reakcijas sistēmas procesu, ko konstruē šīs ierīces. Mikroreakcijas sistēmu sauc arī par mikroķīmisko sistēmu, kas ir ķīmiskā procesa mikrosistēma. Mikroķīmiskās sistēmas projektēšanas un izstrādes pamatā ir ideja par ķīmisko iekārtu miniaturizāciju, nesamazinot iekārtas apstrādes jaudu, pastiprinot plūsmas ātrumu un vadāmību, sajaukšanas un pārneses procesus sistēmā, apstrādes pabeigšanas laiku. reakcija un atdalīšana tiek saīsināta, samazina materiālu stagnāciju procesā, samazina blakusproduktu veidošanos, lai realizētu zaļo, drošu un efektīvu ķīmisko procesu. Mikroreaktoru tehnoloģija ir kļuvusi par vienu no svarīgākajiem attīstības virzieniem ķīmisko procesu intensifikācijas jomā, ko plaši izmanto medicīnas, pesticīdu, smalko ķīmisko produktu un starpproduktu sintēzes jomās.

Mikroreaktors jeb mikrostrukturēts reaktors vai mikrokanālu reaktors ir ierīce, kurā ķīmiskās reakcijas notiek norobežotā telpā ar tipiskiem sānu izmēriem, kas mazāki par 1 mm; tipiskākā šāda ieslodzījuma forma ir mikrokanāli. Mikroreaktori tiek pētīti mikroprocesu inženierijas jomā kopā ar citām ierīcēm (piemēram, mikro siltummaiņiem), kurās notiek fizikāli procesi. Mikroreaktori ietver mikrofabrikātu struktūras, kas ļauj veikt plūsmas ķīmiju mikronu mērogā. Mikroreaktors parasti ir nepārtrauktas plūsmas reaktors (pretstatā periodiskajam reaktoram). Mikroreaktori piedāvā daudz priekšrocību salīdzinājumā ar parastajiem reaktoriem, tostarp milzīgus uzlabojumus energoefektivitātē, reakcijas ātrumā un iznākumā, drošībā, uzticamībā, mērogojamībā, ražošanā uz vietas/pēc pieprasījuma un daudz precīzāku procesa kontroles pakāpi.

Mikroreaktora tehniskie parametri

• Liels īpatnējais virsmas laukums un laba siltuma pārnese------Mikroreaktora iekšpusē esošās mikrostruktūras dēļ tā īpatnējās virsmas laukums ir ļoti liels, kas var būt simtiem vai pat tūkstošiem reižu lielāks par maisīšanas trauka īpatnējo virsmu. Tāpēc , tam ir laba siltuma un masas pārneses spēja. Siltuma apmaiņas koeficients parasti ir vismaz 25 kW m - 2K - 1, kas var nodrošināt tūlītēju vienmērīgu materiālu sajaukšanos un efektīvu siltuma pārnesi.
• Augsta masas pārneses efektivitāte un ātrs reakcijas ātrums-------Mikrokanālu reaktorā var būt daudz mikrokanālu, un gāze un šķidrie šķidrumi mikrokanālos var šķērsot plūsmu no 10-4 līdz 10-6m/s, Šķidrumu sajaukšanas reakcijas process var realizēt momentānu un vienmērīgu materiālu sajaukšanas reakciju un veikt parasto ķīmisko reakciju reakciju. Laiks tiek samazināts no stundām - desmitiem stundu līdz sekundēm - minūtēm un tiek sasniegta liela caurlaidspēja.
• Precīza reakcijas temperatūras un laika kontrole, lai uzlabotu iznākumu-------Mikroreaktora lieliskās siltuma pārneses īpašības ļauj precīzi kontrolēt reakcijas temperatūru noteiktā diapazonā, kas ir ļoti svarīgi dažās reakcijās, kurās iesaistīti starpprodukti un termiski nestabils. produkti smalkās ķīmiskās vielās. Reaģenti nepārtraukti plūst mikrokanālu reaktorā Izejvielu uzturēšanās laiku reakcijas apstākļos var precīzi kontrolēt. Kad ir sasniegts optimālais reakcijas laiks, tas tiek nekavējoties pāriets uz nākamo posmu vai reakcija tiek pārtraukta, kas var efektīvi likvidēt garā reakcijas laika radītos blakusproduktus un uzlabot ražu.
• Mazāka šķidruma aizturēšanas spēja, drošāka un videi draudzīgāka nepārtrauktai ražošanai-------Pateicoties mikroreaktora labajai siltuma pārnesei, reakcijas temperatūra neuzkrājas pārmērīgi un tiek precīzi kontrolēta noteiktā diapazonā, kas var samazināt iespējamo risku no sprādziena. Mikroreaktori parasti darbojas nepārtraukti, reaģentu daudzums mikroreaktorā ir ļoti mazs. Tas ļauj vēlāk apstrādāt nestabilus starpproduktus un izvairīties no tipiskas partijas apstrādes aizkaves. Nestabilas reakcijas vides uzturēšanās laiks ir ļoti īss un nesadalīsies pat tad, ja reakcijas starpprodukts vai galaprodukts ir toksiskas un kaitīgas vielas, Arī tāpēc, ka laika vienībā saražoto produktu daudzums ir mazs un uzturēšanās laiks ir īss, kaitīgums drošības negadījumu skaits ir ievērojami samazināts. Daudzas spēcīgas eksotermiskas reakcijas, kuras nevar realizēt sērijveida procesā, bet var realizēt mikroreaktoros, pat tādas galvenās reakcijas kā nitrifikācija var droši veikt augstā temperatūrā.
• Lai gan mikroreaktors var sintezēt ķīmiskas vielas tikai nelielos daudzumos, mērogošana līdz rūpnieciskiem apjomiem ir vienkārši mikroreaktoru skaita reizināšanas process. Turpretim sērijveida procesi pārāk bieži labi darbojas laboratorijā, bet neizdodas sērijveida izmēģinājuma rūpnīcas līmenī.
• Mikroreaktoru tehnoloģija var arī elastīgi palielināt vai samazināt mikroreaktoru moduļu skaitu sistēmā atbilstoši tirgus izmaiņām, lai realizētu laikus, uz vietas un pēc pasūtījuma ražotu ražošanu.
• Mikroapstrādes tehnoloģiju var izmantot, lai integrētu mikrosajaukšanu, mikroreakciju, mikrosiltuma apmaiņu, mikroatdalīšanu, mikroanalīzi un citas vienības darbības, kā arī mikrosensoru, mikrovārstu un citu ierīču saskaņošanu platformā vai pat. vadības mikroshēma, lai realizētu platformizāciju vai uz mikroshēmu balstītu daudzfunkcionālu darbību, lai panāktu reāllaika uzraudzību un inteliģentu mikroreakcijas sistēmas vadību, uzlabotu reakcijas ātrumu un vienlaikus ietaupītu reakcijas izmaksas.

Reakciju veids, kas piemērots mikroreaktoriem

Līdz šim daudzfunkcionālais mikroreaktors joprojām ir ierobežots līdz viendabīgai reakcijai, un zināmā mērā tas ir ierobežots ar gāzes-šķidruma fāzes un šķidruma-šķidruma fāzes reakciju. Saskaņā ar statistiku aptuveni 30 procentus smalko ķīmisko reakciju var veikt mikroreaktoros, lai uzlabotu ražu, selektivitāti vai drošību. Mikroreaktora priekšrocības galvenokārt atspoguļojas šādos reakciju veidos:

• Spēcīgi eksotermiskas reakcijas{0}}Spēcīgi eksotermiskām reakcijām parastajā reaktora procesā parasti tiek izmantota pakāpeniskas pievienošanas pa pilienam vai partijas pievienošanas metode. Tik un tā joprojām būs lokāla pārkaršana un tiks saražots zināms daudzums blakusproduktu. Pateicoties mikroreaktora labajām siltuma pārneses īpašībām, var precīzi kontrolēt reakcijas temperatūru, novērst vietējo pārkaršanu, kā arī ievērojami uzlabot produkta iznākumu un selektivitāti.
• Reakcija ar nestabiliem reaģentiem vai produktiem------Daži reaģenti vai produkti ir ļoti nestabili un sadalās un samazinās produktu iznākumu pēc uzturēšanās laika. Mikroreaktora sistēma ir nepārtrauktas plūsmas sistēma, un reakcijas uzturēšanās laiku var precīzi kontrolēt. Tāpēc var izvairīties no sadalīšanās, ko izraisa reaģentu vai produktu nestabilitāte parastajā reaktorā.
• Ātra reakcija ar stingrām prasībām attiecībā uz reaģentu attiecību------Dažām reakcijām ir stingras prasības attiecībā uz reaģentu attiecību, un viena reaģenta pārpalikums izraisīs blakusparādības, piemēram, reakcijas, kurām nepieciešama monoaizvietošana. veidojas divi un trīsaizvietoti produkti. Mikroreaktora sistēma var sasniegt viendabīgu sajaukšanos uzreiz, kas ļauj izvairīties no katras reaģenta lokālas pārpalikuma problēmas un samazina blakusproduktus.
• Bīstamas ķīmiskas reakcijas un augstas temperatūras un augsta spiediena reakcijas------Dažas ķīmiskās reakcijas, kuras ir viegli nekontrolējamas, ja tās vairs nav kontrolējamas, reakcijas temperatūra un spiediens strauji palielināsies, reaģenti izraisīs pat sprādzienu. Tā kā reakcijas siltumu var ātri eksportēt un mikroreaktors ir nepārtrauktas plūsmas reakcija, tiešsaistes ķīmisko vielu daudzums ir ļoti mazs, tāpēc mikroreaktoros tiek garantēta reakcijas drošība.

Protams, ne visas reakcijas ir piemērotas mikroreaktoru sistēmām, piemēram, ļoti lēnas šķidruma un cietas vielas reakcijas, reakcijas bez eksotermiskām un endotermiskām parādībām un tradicionālajiem procesiem jau ir augsta selektivitāte un ražas reakcijas.

Mikroreaktoru pielietojuma nepilnības

• Lai gan ir bijuši reaktori, kas paredzēti daļiņu apstrādei, mikroreaktori parasti slikti panes daļiņas, bieži aizsērējot. Vairāki pētnieki ir norādījuši, ka aizsērēšana ir lielākais šķērslis mikroreaktoriem[8], kas tiek plaši atzīti par izdevīgu alternatīvu sērijveida reaktoriem.
• Mehāniskā sūknēšana var radīt pulsējošu plūsmu, kas var būt neizdevīga. Liels darbs ir veltīts sūkņu izstrādei ar zemu pulsāciju. Nepārtrauktas plūsmas risinājums ir elektroosmotiskā plūsma (EOF).
• Korozija rada lielāku problēmu mikroreaktoros, jo platības un tilpuma attiecība ir augsta. Dažu µm noārdīšanās var palikt nepamanīta parastajos traukos. Tā kā kanālu tipiskie iekšējie izmēri ir tādā pašā lieluma secībā, raksturlielumi var būtiski mainīties.
• Lai gan mikroreaktoru sistēma var palielināties līdz rūpnieciskiem apjomiem, reizinot mikroreaktoru skaitu un samazināt izmaksas, bet arī mikroreakcijas sistēmas apstrādes jauda ir ļoti ierobežota. Laikā, kad mikroreaktoru skaits ir ievērojami palielināts, ievērojami palielinās arī mikroreakcijas uzraudzības un kontroles sistēmas sarežģītība, kā arī ievērojami palielinās investīcijas un faktiskās ražošanas izmaksas.

Lietojumprogrammas

FAQ

 

Populāri tagi: mikroreaktors vai mikrostrukturēts reaktors vai mikrokanālu reaktors, piegādātāji, ražotāji, rūpnīca, vairumtirdzniecība, pirkt