Mikroreaktor nebo mikrostrukturovaný reaktor nebo mikrokanálový reaktor

Stručný návod k technologii mikroreaktoru

Technologie mikroreaktorů je nová technologie především prostřednictvím intenzifikace procesu k dosažení zelené chemické syntézy, zejména pro přípravu čistých chemikálií, jako jsou chemikálie, pesticidy, léky, mikromateriály a nanomateriály. Technologie mikroreaktorů je mikrochemická technologie, která se objevila v 90. letech minulého století. Nejde o jednoduchou redukci stávajícího reaktoru, ale o jeden z nových komplexních systémů, který integruje různé prvky, jako jsou materiálové technologie, mikrovýrobní technologie, senzorové technologie a řídicí technologie. Mikroreaktor je nový typ miniaturizovaného kontinuálního průtokového potrubního reaktoru s mikronovými strukturálními kanály jako jádrem pro realizaci reakce, míchání, separace a dalších funkcí. "Mikro" mikrokanálového reaktoru neodkazuje na malou velikost mikroreaktorového zařízení nebo malý výtěžek produktu, ale spíše znamená, že fluidní kanály jsou v mikrometrovém nebo milimetrovém měřítku. Proces mikroreakce se týká procesu reakčního systému vytvořeného těmito zařízeními. Mikroreakční systém se také nazývá mikrochemický systém, což je mikrosystém pro chemický proces. Návrh a vývoj mikrochemického systému je založen na myšlence miniaturizace chemického zařízení bez snížení zpracovatelské kapacity zařízení, posílením rychlosti a ovladatelnosti toku, míchání a přenosových procesů v systému, doby dokončení reakce a separace se zkrátí, sníží se stagnace materiálů v procesu, sníží se tvorba vedlejších produktů pro realizaci ekologického, bezpečného a účinného chemického procesu. Technologie mikroreaktorů se stala jedním z důležitých směrů vývoje v oblasti intenzifikace chemických procesů široce využívaným v oblasti medicíny, pesticidů, čistých chemických produktů a meziproduktové syntézy.

Mikroreaktor nebo mikrostrukturovaný reaktor nebo mikrokanálový reaktor je zařízení, ve kterém probíhají chemické reakce v uzavřeném prostoru s typickými bočními rozměry pod 1 mm; nejtypičtější formou takového omezení jsou mikrokanály. Mikroreaktory jsou studovány v oblasti mikroprocesního inženýrství spolu s dalšími zařízeními (jako jsou mikro výměníky tepla), ve kterých probíhají fyzikální procesy. Mikroreaktory zahrnují mikrofabrikované struktury, které umožňují provádět průtokovou chemii v mikronovém měřítku. Mikroreaktor je obvykle reaktor s kontinuálním průtokem (na rozdíl od vsádkového reaktoru). Mikroreaktory nabízejí mnoho výhod oproti konvenčním reaktorům, včetně obrovského zlepšení energetické účinnosti, reakční rychlosti a výtěžku, bezpečnosti, spolehlivosti, škálovatelnosti, výroby na místě/na vyžádání a mnohem jemnějšího stupně řízení procesu.

Technická charakteristika mikroreaktoru

• Velký měrný povrch a dobrý přenos tepla------Vzhledem k mikrostruktuře uvnitř mikroreaktoru je jeho měrný povrch velmi velký, což může být stovky nebo dokonce tisíckrát větší než měrný povrch míchací nádoby. má dobrou schopnost přenosu tepla a hmoty. Koeficient výměny tepla je obvykle minimálně 25kW m − 2K − 1, čímž lze realizovat okamžité rovnoměrné promíchání a efektivní přenos tepla materiálů.
• Vysoká účinnost přenosu hmoty a rychlá reakční rychlost-------Mikrokanálový reaktor může obsahovat mnoho mikrokanálů a plyny a kapaliny v mikrokanálech mohou proudit rychlostí 10-4 až 10-6m/s, míchací reakční proces tekutin může realizovat okamžitou a rovnoměrnou míchací reakci materiálů a provést reakci běžných chemických reakcí Čas se zkrátí z hodin - desítek hodin na sekundy - minuty a je dosaženo vysokého výkonu.
• Přesné řízení reakční teploty a času pro zlepšení výtěžku-------Vynikající charakteristiky přenosu tepla mikroreaktoru umožňují přesné řízení reakční teploty v určitém rozsahu, což má velký význam pro některé reakce zahrnující meziprodukty a tepelně nestabilní produkty v jemných chemikáliích. Reaktanty proudí kontinuálně v mikrokanálovém reaktoru Doba zdržení surovin za reakčních podmínek může být přesně řízena. Jakmile je dosaženo optimální reakční doby, okamžitě se přechází do dalšího kroku nebo se reakce ukončí, což může účinně eliminovat vedlejší produkty vzniklé v důsledku dlouhé reakční doby a zlepšit výtěžek.
• Menší kapacita zadržování tekutin, bezpečnější a šetrnější k životnímu prostředí pro kontinuální výrobu-------Vzhledem k dobrému přenosu tepla mikroreaktoru se reakční teplota nebude nadměrně akumulovat a je přesně řízena v určitém rozsahu, což může snížit potenciální riziko výbuchu. Mikroreaktory jsou normálně provozovány kontinuálně, množství reaktantů v mikroreaktoru je velmi malé. To umožňuje následné zpracování nestabilních meziproduktů a zamezuje typickým zpožděním při dávkovém zpracování. Doba zdržení nestabilního reakčního média je velmi krátká a nebude se rozkládat, i když reakční meziprodukt nebo konečný produkt jsou toxické a škodlivé látky. Také proto, že množství produktů vyrobených za jednotku času je malé a doba zdržení je krátká, škodlivost se do značné míry sníží počet bezpečnostních nehod. Mnoho prudkých exotermických reakcí, které nelze realizovat v dávkovém procesu, ale lze je realizovat v mikroreaktorech, dokonce i klíčové reakce, jako je nitrifikace, lze bezpečně provádět při vysoké teplotě.
• Přestože mikroreaktor může syntetizovat chemikálie pouze v malých množstvích, zvětšení na průmyslové objemy je jednoduše proces znásobení počtu mikroreaktorů. Naproti tomu dávkové procesy příliš často fungují dobře v laboratoři, ale selhávají na úrovni dávkového pilotního závodu.
• Technologie mikroreaktorů může také flexibilně zvyšovat nebo snižovat počet modulů mikroreaktoru v systému podle změn na trhu, aby bylo možné realizovat výrobu včas, na místě a na zakázku.
• Technologie mikroprocesoru může být použita k integraci mikro-směšování, mikroreakce, mikro-výměny tepla, mikro-separace, mikroanalýzy a dalších jednotkových operací a přizpůsobení mikro-senzorů, mikroventilů a dalších zařízení do platformy nebo dokonce řídicí čip pro realizaci platformizace Nebo multifunkční provoz založený na čipu, aby se dosáhlo monitorování v reálném čase a inteligentního řízení mikroreakčního systému, zlepšila se rychlost reakce a současně se šetřily reakční náklady.

Typ reakcí Vhodné pro mikroreaktory

Dosud je víceúčelový mikroreaktor stále omezen na homogenní reakci a do určité míry je omezen na reakci plyn-kapalina a fáze kapalina-kapalina. Podle statistik lze asi 30 % jemných chemických reakcí provést v mikroreaktorech, aby se zlepšil výtěžek, selektivita nebo bezpečnost. Výhody mikroreaktoru se odrážejí především v následujících typech reakcí:

• Prudce exotermické reakce-------U prudce exotermických reakcí se v běžném reaktorovém procesu obecně používá metoda postupného přidávání po kapkách nebo vsádkového přidávání. I tak ale bude docházet k lokálnímu přehřívání a k produkci určitého množství vedlejších produktů. Díky dobrým charakteristikám přenosu tepla mikroreaktoru může být reakční teplota přesně řízena, může být eliminováno lokální přehřívání a může být významně zlepšen výtěžek produktu a selektivita.
• Reakce s nestabilními reaktanty nebo produkty------Některé reaktanty nebo produkty jsou velmi nestabilní a po určité době zdržení se rozloží a sníží výtěžek produktů. Mikroreaktorový systém je kontinuální průtokový systém a doba zdržení reakce může být přesně řízena. Proto se lze vyhnout rozkladu v důsledku nestability reaktantů nebo produktů v běžném reaktoru.
• Rychlá reakce s přísnými požadavky na poměr reaktantů------Některé reakce mají přísné požadavky na poměr reaktantů a přebytek jedné z reaktantů způsobí vedlejší reakce, jako jsou reakce vyžadující monosubstituci, vznikají dva substituované a trisubstituované produkty. Mikroreaktorový systém může dosáhnout homogenního promíchání okamžitě, což eliminuje problém lokálního přebytku každého reaktantu a minimalizuje vedlejší produkty.
• Nebezpečné chemické reakce a reakce za vysoké teploty a vysokého tlaku------Některé chemické reakce, které se snadno vymknou kontrole, jakmile se vymknou kontrole, způsobí prudké zvýšení reakční teploty a tlaku a reaktanty prorazí dokonce explozi. Protože reakční teplo může být rychle exportováno a mikroreaktor je kontinuální průtoková reakce, množství online chemikálií je velmi malé, takže bezpečnost reakce je v mikroreaktorech zaručena.

Samozřejmě ne všechny reakce jsou vhodné pro mikroreaktorové systémy, jako jsou velmi pomalé reakce kapalina-pevná látka, reakce bez exotermických a endotermických jevů a tradiční procesy mají již vysokou selektivitu a výtěžkové reakce.

Aplikační úskalí mikroreaktorů

• Přestože byly vyrobeny reaktory pro manipulaci s částicemi, mikroreaktory obecně nesnášejí částice dobře, často se ucpávají. Řada výzkumníků označila za největší překážku mikroreaktorů[8], které jsou široce přijímány jako výhodná alternativa k vsádkovým reaktorům.
• Mechanické čerpání může vytvářet pulzující proudění, což může být nevýhodné. Mnoho práce bylo věnováno vývoji čerpadel s nízkou pulzací. Řešením kontinuálního průtoku je elektroosmotické proudění (EOF).
• Koroze představuje větší problém v mikroreaktorech, protože poměr plochy k objemu je vysoký. Degradace několika µm může zůstat v konvenčních nádobách bez povšimnutí. Vzhledem k tomu, že typické vnitřní rozměry kanálů jsou řádově stejné, charakteristiky se mohou výrazně změnit.
• Přestože systém mikroreaktorů může být zvětšen na průmyslové objemy znásobením počtu mikroreaktorů a může snížit náklady, zpracovatelská kapacita mikroreakčního systému je také značně omezená. Během značného nárůstu počtu mikroreaktorů se také výrazně zvýšila složitost systému monitorování a řízení mikroreakcí a značně se zvýšily také investiční a provozní náklady na skutečnou výrobu.

Aplikace

FAQ

 

Populární Tagy: mikroreaktor nebo mikrostrukturovaný reaktor nebo mikrokanálový reaktor, dodavatelé, výrobci, továrna, velkoobchod, koupit