Mikroreaktorius arba mikrostruktūrinis reaktorius arba mikrokanalinis reaktorius

Trumpa mikroreaktorių technologijos instrukcija

Mikroreaktorių technologija yra nauja technologija, daugiausia naudojant proceso intensyvinimą, kad būtų pasiekta ekologiška cheminė sintezė, ypač skirta smulkių cheminių medžiagų, tokių kaip cheminės medžiagos, pesticidai, vaistai, mikromedžiagos ir nanomedžiagos, paruošimui. Mikroreaktorių technologija yra mikrocheminė technologija, atsiradusi 1990 m. Tai ne paprastas esamo reaktoriaus sumažinimas, o viena iš naujų visapusiškų sistemų, integruojančių įvairius elementus, tokius kaip medžiagų technologija, mikrogamybos technologija, jutiklių technologija ir valdymo technologija. Mikroreaktorius yra naujo tipo miniatiūrinis nepertraukiamo srauto dujotiekio reaktorius su mikronų mastelio struktūriniais kanalais, kaip šerdimi reakcijai, maišymui, atskyrimui ir kitoms funkcijoms atlikti. Mikrokanalinio reaktoriaus „mikro“ reiškia ne mažą mikroreaktoriaus įrenginio dydį ar mažą produkto išeigą, o tai, kad skysčio kanalai yra mikrometro arba milimetro skalėje. Mikroreakcijos procesas reiškia reakcijos sistemos procesą, kurį sukuria šie įrenginiai. Mikroreakcijos sistema taip pat vadinama mikrochemine sistema, kuri yra cheminio proceso mikrosistema. Mikrocheminės sistemos projektavimas ir tobulinimas grindžiamas idėja miniatiūrizuoti cheminę įrangą nemažinant įrangos apdorojimo pajėgumų, stiprinant srauto greitį ir valdomumą, maišymo ir perdavimo procesų sistemoje, užbaigimo laiką. sutrumpėja reakcija ir atskyrimas, sumažinamas medžiagų sąstingis procese, sumažinamas šalutinių produktų susidarymas, kad būtų įgyvendintas ekologiškas, saugus ir efektyvus cheminis procesas. Mikroreaktorių technologija tapo viena iš svarbių plėtros krypčių cheminių procesų intensyvinimo srityje, plačiai naudojama medicinos, pesticidų, smulkių cheminių produktų ir tarpinės sintezės srityse.

Mikroreaktorius arba mikrostruktūrinis reaktorius arba mikrokanalinis reaktorius – tai įtaisas, kuriame cheminės reakcijos vyksta uždaroje patalpoje, kurios tipiniai šoniniai matmenys yra mažesni nei 1 mm; tipiškiausia tokio uždarymo forma yra mikrokanalai. Mikroreaktoriai tiriami mikroprocesų inžinerijos srityje kartu su kitais prietaisais (pvz., mikro šilumokaičiais), kuriuose vyksta fizikiniai procesai. Mikroreaktoriai apima mikropagamintas struktūras, leidžiančias srauto chemiją atlikti mikronų masteliu. Mikroreaktorius paprastai yra nuolatinio srauto reaktorius (priešingai nei partijos reaktorius). Mikroreaktoriai turi daug pranašumų, palyginti su įprasto masto reaktoriais, įskaitant didelius energijos vartojimo efektyvumo, reakcijos greičio ir išeiga, saugumo, patikimumo, mastelio, gamybos vietoje / pagal poreikį gamybą ir daug geresnį proceso valdymo laipsnį.

Mikroreaktoriaus techninės charakteristikos

• Didelis specifinis paviršiaus plotas ir geras šilumos perdavimas------Dėl mikrostruktūros mikroreaktoriaus viduje jo savitasis paviršiaus plotas yra labai didelis, kuris gali būti šimtus ar net tūkstančius kartų didesnis už maišymo indo specifinį paviršiaus plotą. , jis turi gerą šilumos ir masės perdavimo pajėgumą. Šilumos mainų koeficientas paprastai yra ne mažesnis kaip 25 kW m - 2K - 1, o tai gali užtikrinti momentinį tolygų medžiagų maišymą ir efektyvų šilumos perdavimą.
• Didelis masės perdavimo efektyvumas ir greitas reakcijos greitis-------Mikrokanaliniame reaktoriuje gali būti daug mikrokanalų, o dujos ir skysti skysčiai mikrokanaluose gali praleisti srautą nuo 10-4 iki 10-6m/s, skysčių maišymo reakcijos procesas gali realizuoti momentinę ir vienodą medžiagų maišymo reakciją ir sukelti įprastų cheminių reakcijų reakciją. Laikas sutrumpėja nuo valandų - dešimčių valandų iki sekundžių - minučių ir pasiekiamas didelis pralaidumas.
• Tikslus reakcijos temperatūros ir laiko reguliavimas, siekiant padidinti derlių-------Puikios mikroreaktoriaus šilumos perdavimo charakteristikos leidžia tiksliai kontroliuoti reakcijos temperatūrą tam tikrame diapazone, o tai yra labai svarbu kai kurioms reakcijoms, kuriose dalyvauja tarpiniai produktai ir yra termiškai nestabilus. gaminiai smulkiose cheminėse medžiagose. Reagentai nuolat teka mikrokanaliniame reaktoriuje. Galima tiksliai kontroliuoti žaliavų buvimo laiką reakcijos sąlygomis. Pasiekus optimalų reakcijos laiką, ji nedelsiant pereinama į kitą etapą arba reakcija nutraukiama, o tai gali efektyviai pašalinti dėl ilgos reakcijos laiko susidariusius šalutinius produktus ir pagerinti išeigą.
• Mažiau sulaiko skysčius, saugesnis ir ekologiškesnis nuolatinei gamybai-------Dėl gero mikroreaktoriaus šilumos perdavimo, reakcijos temperatūra nesikaups per daug ir yra tiksliai kontroliuojama tam tikrame diapazone, o tai gali sumažinti galimą riziką sprogimo. Mikroreaktoriai paprastai veikia nuolat, reagentų kiekis mikroreaktoriuje yra labai mažas. Tai leidžia vėliau apdoroti nestabilius tarpinius produktus ir išvengti tipiškų paketų apdorojimo vėlavimų. Nestabilios reakcijos terpės buvimo laikas yra labai trumpas ir nesuyra, net jei reakcijos tarpinis produktas arba galutinis produktas yra toksiškos ir kenksmingos medžiagos, Taip pat dėl ​​to, kad per laiko vienetą pagaminamų produktų kiekis yra mažas, o buvimo laikas trumpas, kenksmingumas avarijų skaičius gerokai sumažėja. Daugybė energingų egzoterminių reakcijų, kurių negalima realizuoti periodiniu būdu, bet gali būti realizuojamos mikroreaktoriuose, netgi pagrindinės reakcijos, tokios kaip nitrifikacija, gali būti saugiai vykdomos aukštoje temperatūroje.
• Nors mikroreaktorius gali sintetinti chemines medžiagas tik nedideliais kiekiais, masto padidinimas iki pramoninių tūrių yra tiesiog mikroreaktorių skaičiaus padauginimo procesas. Priešingai, paketiniai procesai per dažnai gerai veikia laboratorijoje, tačiau nepavyksta bandomojoje gamykloje.
• Mikroreaktorių technologija taip pat gali lanksčiai padidinti arba sumažinti mikroreaktorių modulių skaičių sistemoje, atsižvelgiant į rinkos pokyčius, kad būtų galima laiku, vietoje ir pagal užsakymą pagaminti gamybą.
• Mikro apdorojimo technologija gali būti naudojama norint integruoti mikro maišymą, mikroreakciją, mikro šilumos mainus, mikro atskyrimą, mikro analizę ir kitas įrenginio operacijas bei suderinti mikro jutiklius, mikro vožtuvus ir kitus įrenginius į platformą ar net valdymo lustas, skirtas platformizacijai realizuoti arba lustu pagrįstą daugiafunkcinį veikimą, kad būtų galima stebėti realiu laiku ir išmaniai valdyti mikroreakcijos sistemą, pagerinti reakcijos greitį ir tuo pačiu sutaupyti reakcijos išlaidas.

Reakcijų tipas, tinkamas mikroreaktoriams

Iki šiol daugiafunkcinis mikroreaktorius vis dar apsiriboja vienalyte reakcija, o tam tikru mastu jis apsiriboja dujų-skysčio fazės ir skysčio-skysčio fazės reakcija. Remiantis statistika, apie 30 procentų smulkių cheminių reakcijų gali būti atliekama mikroreaktoriuose, siekiant pagerinti išeigą, selektyvumą ar saugumą. Mikroreaktoriaus pranašumai daugiausia atsispindi šių tipų reakcijose:

• Smarkiai egzoterminės reakcijos{0}}Smarkiai egzoterminėms reakcijoms įprastas reaktoriaus procesas paprastai taiko laipsniško įpylimo lašais arba partijos pridėjimo metodą. Nepaisant to, vis tiek bus vietinis perkaitimas ir bus gaminamas tam tikras kiekis šalutinių produktų. Dėl gerų mikroreaktoriaus šilumos perdavimo savybių galima tiksliai kontroliuoti reakcijos temperatūrą, pašalinti vietinį perkaitimą, žymiai pagerinti produkto išeigą ir selektyvumą.
• Reakcija su nestabiliais reagentais ar produktais------Kai kurie reagentai arba produktai yra labai nestabilūs ir suyra bei sumažina produktų išeigą po buvimo laiko. Mikroreaktoriaus sistema yra nuolatinio srauto sistema, o reakcijos buvimo laiką galima tiksliai valdyti. Todėl galima išvengti skilimo dėl reagentų ar produktų nestabilumo įprastame reaktoriuje.
• Greita reakcija su griežtais reagentų santykio reikalavimais------Kai kurioms reakcijoms taikomi griežti reagentų santykio reikalavimai, o vienos iš reagentų perteklius sukels šalutinių reakcijų, pvz., reakcijas, kurioms reikalingas vienkartinis pakeitimas. susidaro du ir tris pakaitus produktai. Mikroreaktoriaus sistema gali akimirksniu pasiekti vienalytį maišymą, todėl išvengiama vietinio kiekvieno reagento pertekliaus problemos ir sumažinami šalutiniai produktai.
• Pavojingos cheminės reakcijos ir aukštos temperatūros bei aukšto slėgio reakcijos------Dėl kai kurių cheminių reakcijų, kurios yra lengvai nekontroliuojamos, kai jos nebekontroliuojamos, reakcijos temperatūra ir slėgis smarkiai padidės, o reagentai sukels net sprogimą. Kadangi reakcijos šilumą galima greitai eksportuoti, o mikroreaktorius yra nuolatinio srauto reakcija, internetinių cheminių medžiagų kiekis yra labai mažas, todėl reakcijos saugumas mikroreaktoriuose garantuojamas.

Žinoma, ne visos reakcijos yra tinkamos mikroreaktorių sistemoms, pvz., labai lėtos skysčių ir kietų medžiagų reakcijos, reakcijos be egzoterminių ir endoterminių reiškinių bei tradiciniai procesai jau pasižymi dideliu selektyvumu ir išeigomis.

Mikroreaktorių taikymo spąstai

• Nors buvo reaktorių, skirtų dalelėms tvarkyti, mikroreaktoriai paprastai blogai toleruoja kietąsias daleles, dažnai užsikemša. Kai kurie tyrinėtojai nustatė, kad užsikimšimas yra didžiausia kliūtis mikroreaktoriams[8], kurie yra plačiai pripažinti kaip naudinga periodinių reaktorių alternatyva.
• Mechaninis siurbimas gali sukelti pulsuojantį srautą, kuris gali būti nenaudingas. Daug darbo buvo skirta mažo pulsavimo siurblių kūrimui. Nepertraukiamo srauto sprendimas yra elektroosmosinis srautas (EOF).
• Korozija kelia didesnę problemą mikroreaktoriuose, nes ploto ir tūrio santykis yra didelis. Įprastuose induose kelių µm degradacija gali likti nepastebėta. Kadangi tipiniai vidiniai kanalų matmenys yra tos pačios eilės, charakteristikos gali labai pasikeisti.
• Nors mikroreaktorių sistemą galima padidinti iki pramoninio tūrio, padauginus mikroreaktorių skaičių ir sumažinti išlaidas, tačiau mikroreakcijos sistemos apdorojimo pajėgumai taip pat yra labai riboti. Tuo pačiu metu labai padidėja mikroreaktorių skaičius, taip pat labai padidėja mikroreakcijos stebėjimo ir valdymo sistemos sudėtingumas, taip pat labai padidėja investicijų ir eksploatavimo sąnaudos faktinei gamybai.

Programos

DUK

 

Populiarus Žymos: mikroreaktorius arba mikrostruktūrinis reaktorius arba mikrokanalinis reaktorius, tiekėjai, gamintojai, gamykla, didmeninė prekyba, pirkti