Mikroreaktor vagy mikrostrukturált reaktor vagy mikrocsatornás reaktor

A mikroreaktor technológia rövid ismertetése

A mikroreaktor-technológia egy új technológia, elsősorban a folyamatintenzitáson keresztül a zöld kémiai szintézis elérése érdekében, különösen finom vegyszerek, például vegyszerek, peszticidek, gyógyszerek, mikroanyagok és nanoanyagok előállítására. A mikroreaktor technológia egy mikrokémiai technológia, amely az 1990-es években jelent meg. Ez nem a meglévő reaktor egyszerű redukálása, hanem az új, átfogó rendszerek egyike, amely olyan elemeket integrál, mint az anyagtechnológia, a mikrogyártási technológia, a szenzortechnológia és a vezérléstechnika. A mikroreaktor egy új típusú miniatürizált, folyamatos áramlású csővezetékes reaktor, amely mikron méretű szerkezeti csatornákkal rendelkezik a reakció, keverés, elválasztás és egyéb funkciók megvalósításához. A mikrocsatornás reaktor „mikro” kifejezése nem a mikroreaktor eszköz kis méretére vagy a kis termékhozamra utal, hanem azt jelenti, hogy a folyadékcsatornák mikrométeres vagy milliméteres skálán vannak. A mikroreakciós folyamat az ezen eszközök által felépített reakciórendszer folyamatára vonatkozik. A mikroreakciós rendszert mikrokémiai rendszernek is nevezik, amely a kémiai folyamat mikrorendszere. A mikrokémiai rendszer tervezése és fejlesztése azon az elgondoláson alapul, hogy a vegyi berendezéseket a berendezés feldolgozóképességének csökkentése nélkül miniatürizálják, növelve a rendszerben zajló áramlási, keverési és átviteli folyamatok sebességét és szabályozhatóságát, a folyamat befejezési idejét. lerövidül a reakció és az elválasztás, csökkenti az anyagok stagnálását a folyamatban, csökkenti a melléktermékek képződését, a zöld, biztonságos és hatékony kémiai folyamat megvalósítása érdekében. A mikroreaktor-technológia a kémiai folyamatintenzitás egyik fontos fejlesztési irányává vált, amelyet széles körben alkalmaznak az orvostudomány, a peszticidek, a finomkémiai termékek és a köztes szintézis területén.

A mikroreaktor vagy mikrostrukturált reaktor vagy mikrocsatornás reaktor olyan berendezés, amelyben a kémiai reakciók zárt térben mennek végbe, jellemzően 1 mm alatti oldalméretekkel; az ilyen bezártság legjellemzőbb formája a mikrocsatornák. A mikroreaktorokat a mikrofolyamatok tervezése területén tanulmányozzák más eszközökkel (például mikrohőcserélőkkel) együtt, amelyekben fizikai folyamatok játszódnak le. A mikroreaktorok mikrogyártott szerkezeteket tartalmaznak, hogy lehetővé tegyék az áramlási kémia mikron léptékű végrehajtását. A mikroreaktor általában folyamatos áramlású reaktor (a szakaszos reaktorral ellentétben). A mikroreaktorok számos előnnyel rendelkeznek a hagyományos léptékű reaktorokkal szemben, beleértve az energiahatékonyság, a reakciósebesség és a hozam, a biztonság, a megbízhatóság, a méretezhetőség, a helyszíni/igény szerinti gyártás és a folyamatszabályozás sokkal finomabb fokú javulását.

A mikroreaktor műszaki jellemzői

• Nagy fajlagos felület és jó hőátadás------A mikroreaktoron belüli mikroszerkezetnek köszönhetően fajlagos felülete nagyon nagy, ami a keverőedény fajlagos felületének akár százszorosa, akár több ezerszerese is lehet. , jó hő- és tömegátadó képességgel rendelkezik. A hőcsere együtthatója általában legalább 25kW m − 2K − 1, amivel az anyagok pillanatnyi egyenletes keveredését és hatékony hőátadását lehet megvalósítani.
• Nagy tömegátviteli hatékonyság és gyors reakciósebesség-------A mikrocsatornás reaktor sok mikrocsatornát tartalmazhat, és a mikrocsatornákban lévő gáz- és folyékony folyadékok 10-4 és 10-6 m/s közötti áramlással képesek áthaladni. A folyadékok keverési reakciója megvalósíthatja az anyagok azonnali és egyenletes keverési reakcióját, és a szokásos kémiai reakciók reakcióját teszi lehetővé. Az idő órákról - több tíz óráról másodperc - percre csökken, és nagy áteresztőképesség érhető el.
• A reakcióhőmérséklet és a reakcióidő pontos szabályozása a hozam növelése érdekében-------A mikroreaktor kiváló hőátadási jellemzői lehetővé teszik a reakcióhőmérséklet pontos szabályozását egy bizonyos tartományon belül, ami nagy jelentőséggel bír egyes reakcióknál, amelyek közbenső termékekkel és termikusan instabil finom vegyszerekben készült termékek. A reagensek folyamatosan áramlanak a mikrocsatornás reaktorban A nyersanyagok tartózkodási ideje a reakciókörülmények között pontosan szabályozható. Az optimális reakcióidő elérése után azonnal átkerül a következő lépésre, vagy leállítjuk a reakciót, amivel hatékonyan eltávolíthatók a hosszú reakcióidő miatt keletkező melléktermékek és javítható a hozam.
• Kisebb folyadéktartó kapacitás, biztonságosabb és környezetbarátabb a folyamatos termeléshez-------A mikroreaktor jó hőátadása miatt a reakcióhőmérséklet nem halmozódik fel túlzottan, és egy bizonyos tartományon belül pontosan szabályozható, ami csökkentheti a potenciális kockázatot a robbanás. A mikroreaktorok általában folyamatosan üzemelnek, a mikroreaktorban lévő reagensek mennyisége nagyon kicsi. Ez lehetővé teszi az instabil köztes termékek későbbi feldolgozását, és elkerüli a tipikus kötegfeldolgozási késéseket. Az instabil reakcióközeg tartózkodási ideje nagyon rövid, és nem bomlik le, még akkor sem, ha a reakció közbenső vagy végtermék mérgező és káros anyagok, Azért is, mert az egységnyi idő alatt előállított termékek mennyisége kicsi és a tartózkodási idő rövid, a káros hatás a biztonsági balesetek száma jelentős mértékben csökken. Számos heves exoterm reakció, amelyek szakaszos eljárással nem, de mikroreaktorokban megvalósíthatók, még az olyan kulcsreakciók is, mint a nitrifikáció, biztonságosan végrehajthatók magas hőmérsékleten.
• Bár egy mikroreaktor csak kis mennyiségben képes vegyi anyagokat szintetizálni, az ipari mennyiségek növelése egyszerűen a mikroreaktorok számának megsokszorozása. Ezzel szemben a kötegelt folyamatok túl gyakran jól teljesítenek a laboratóriumban, de kudarcot vallanak a kötegelt kísérleti üzem szintjén.
• A mikroreaktor-technológia a piaci változásoknak megfelelően rugalmasan növelheti vagy csökkentheti a rendszerben lévő mikroreaktor modulok számát, így a pontos, helyszíni és egyedi gyártást megvalósíthatja.
• A mikro-feldolgozási technológia felhasználható a mikrokeverés, mikroreakció, mikrohőcsere, mikroleválasztás, mikroanalízis és egyéb egységműveletek, valamint mikroérzékelők, mikroszelepek és egyéb eszközök illesztésére egy platformba vagy akár egy vezérlő chip a platformosítás megvalósításához vagy a chip-alapú többfunkciós működéshez, hogy valós idejű megfigyelést és intelligens vezérlést érjen el a mikro-reakciórendszerben, javítsa a reakciósebességet és takarítsa meg a reakció költségeit.

Mikroreaktorokhoz megfelelő reakciótípusok

A többcélú mikroreaktor eddig még a homogén reakcióra korlátozódott, és bizonyos mértékig a gáz-folyadék fázis és a folyadék-folyadék fázis reakcióra korlátozódik. A statisztikák szerint a finomkémiai reakciók körülbelül 30 százaléka mikroreaktorokban hajtható végre a hozam, a szelektivitás vagy a biztonság javítása érdekében. A mikroreaktor előnyei elsősorban a következő típusú reakciókban mutatkoznak meg:

• Erősen exoterm reakciók-------Az erősen exoterm reakciók esetében a hagyományos reaktoros eljárás általában a fokozatos cseppenkénti vagy szakaszos adagolás módszerét alkalmazza. Ennek ellenére továbbra is lesz helyi túlmelegedés, és bizonyos mennyiségű melléktermék keletkezik. A mikroreaktor jó hőátadási jellemzőinek köszönhetően a reakcióhőmérséklet pontosan szabályozható, a helyi túlmelegedés kiküszöbölhető, a termékhozam és szelektivitás jelentősen javítható.
• Reakció instabil reagensekkel vagy termékekkel------Egyes reagensek vagy termékek nagyon instabilok, és tartózkodási idő után lebomlanak, és csökkentik a termékek hozamát. A mikroreaktor rendszer folyamatos áramlású rendszer, és a reakció tartózkodási ideje pontosan szabályozható. Ezért elkerülhető a hagyományos reaktorban a reaktánsok vagy termékek instabilitása miatti bomlás.
• Gyors reakció a reagensek arányára vonatkozó szigorú követelményekkel------Egyes reakciók szigorú követelményeket támasztanak a reagensek arányával kapcsolatban, és az egyik reagens feleslege mellékreakciókat okoz, például monoszubsztitúciót igénylő reakciókat. két- és háromszubsztituált termékek keletkeznek. A mikroreaktor rendszer azonnali homogén keveredést tud elérni, ami elkerüli az egyes reagensek helyi feleslegének problémáját és minimalizálja a melléktermékeket.
• Veszélyes kémiai reakciók, valamint magas hőmérsékletű és nagynyomású reakciók------Egyes kémiai reakciók, amelyek könnyen ellenőrizhetetlenné válnak, ha egyszer kikerülnek az ellenőrzés alól, a reakció hőmérséklete és nyomása meredeken emelkedik, a reagensek pedig akár robbanást is okozhatnak. Mivel a reakcióhő gyorsan exportálható, és a mikroreaktor folyamatos áramlású reakció, az online vegyszerek mennyisége nagyon kicsi, így a reakció biztonsága a mikroreaktorokban garantált.

Természetesen nem minden reakció alkalmas mikroreaktor rendszerekre, ilyenek például a nagyon lassú folyadék-szilárd reakciók, az exoterm és endoterm jelenségek nélküli reakciók és a hagyományos eljárások már nagy szelektivitással és hozamú reakciókkal rendelkeznek.

A mikroreaktorok alkalmazási buktatói

• Bár készültek reaktorok a részecskék kezelésére, a mikroreaktorok általában nem tolerálják jól a részecskéket, gyakran eltömődnek. Számos kutató az eltömődést azonosította a legnagyobb akadálya annak, hogy a mikroreaktorok[8] széles körben elfogadottak a szakaszos reaktorok előnyös alternatívájaként.
• A mechanikus szivattyúzás pulzáló áramlást generálhat, ami hátrányos lehet. Sok munkát fordítottak alacsony pulzációjú szivattyúk fejlesztésére. A folyamatos áramlású megoldás az elektroozmotikus áramlás (EOF).
• A korrózió nagyobb problémát jelent a mikroreaktorokban, mivel a terület/térfogat arány magas. A néhány µm-es lebomlás észrevétlen maradhat a hagyományos edényekben. Mivel a csatornák tipikus belső méretei azonos nagyságrendben vannak, a jellemzők jelentősen megváltozhatnak.
• Bár a mikroreaktorrendszer a mikroreaktorok számának megsokszorozásával ipari térfogatra bővíthető, és csökkentheti a költségeket, de a mikroreakciós rendszer feldolgozási kapacitása is erősen korlátozott. A mikroreaktorok száma nagymértékben megnövekszik, a mikroreakció-felügyeleti és vezérlőrendszer bonyolultsága is jelentősen megnő, valamint a tényleges gyártás beruházási és üzemeltetési költsége is jelentősen megnő.

Alkalmazások

GYIK

 

Népszerű tags: mikroreaktor vagy mikrostrukturált reaktor vagy mikrocsatornás reaktor, beszállítók, gyártók, gyár, nagykereskedelem, vásárlás