Mikroreaktor eller mikrostrukturerad reaktor eller mikrokanalreaktor

Kort instruktion om mikroreaktorteknik

Mikroreaktorteknologi är en ny teknik främst genom processintensifiering för att uppnå grön kemisk syntes, speciellt för framställning av finkemikalier som kemikalier, bekämpningsmedel, mediciner, mikromaterial och nanomaterial. Mikroreaktorteknik är en mikrokemisk teknik som växte fram på 1990-talet. Det är inte en enkel minskning av den befintliga reaktorn, utan ett av de nya omfattande systemen som integrerar olika element som materialteknik, mikrotillverkningsteknik, sensorteknik och styrteknik. Microreactor är en ny typ av miniatyriserad kontinuerligt flödesrörledningsreaktor med mikronskaliga strukturella kanaler som kärnan för att realisera reaktion, blandning, separation och annan funktion. "Mikro" för en mikrokanalreaktor syftar inte på den lilla storleken på mikroreaktoranordningen eller det lilla produktutbytet, utan snarare till att betyda att fluidkanalerna är på mikrometer- eller millimeterskalan. Mikroreaktionsprocessen hänvisar till reaktionssystemprocessen som konstrueras av dessa anordningar. Mikroreaktionssystemet kallas även det mikrokemiska systemet, vilket är ett mikrosystem för den kemiska processen. Utformningen och utvecklingen av det mikrokemiska systemet är baserad på idén om att miniatyrisera kemisk utrustning utan att minska utrustningens bearbetningskapacitet, genom att stärka hastigheten och kontrollerbarheten av flödes-, blandnings- och överföringsprocesserna i systemet, slutförandetiden för reaktion och separation förkortas, minska stagnationen av material i processen, minska bildningen av biprodukter, för att förverkliga den gröna, säkra och effektiva kemiska processen. Mikroreaktorteknologi har blivit en av de viktiga utvecklingsriktningarna inom området för intensifiering av kemiska processer som används i stor utsträckning inom områdena medicin, bekämpningsmedel, finkemiska produkter och intermediär syntes.

En mikroreaktor eller mikrostrukturerad reaktor eller mikrokanalreaktor är en anordning i vilken kemiska reaktioner äger rum i en inneslutning med typiska sidodimensioner under 1 mm; den mest typiska formen av sådan inneslutning är mikrokanaler. Mikroreaktorer studeras inom området mikroprocessteknik, tillsammans med andra enheter (som mikrovärmeväxlare) där fysikaliska processer sker. Mikroreaktorer involverar mikrotillverkade strukturer för att tillåta flödeskemi att utföras i mikronskala. Mikroreaktorn är vanligtvis en kontinuerligt flödesreaktor (motsvarande/till en satsvis reaktor). Mikroreaktorer erbjuder många fördelar jämfört med konventionella reaktorer, inklusive stora förbättringar i energieffektivitet, reaktionshastighet och utbyte, säkerhet, tillförlitlighet, skalbarhet, produktion på plats/på begäran och en mycket finare grad av processkontroll.

Tekniska egenskaper hos mikroreaktorn

• Stor specifik yta och bra värmeöverföring------På grund av mikrostrukturen inuti mikroreaktorn är dess specifika yta mycket stor, vilket kan vara hundratals eller till och med tusentals gånger omrörningskärlets specifika yta. , den har bra värme- och massöverföringskapacitet. Värmeväxlingskoefficienten är vanligtvis minst 25kW m − 2K − 1, vilket kan realisera den momentana likformiga blandningen och effektiv värmeöverföring av material.
• Hög massöverföringseffektivitet och snabb reaktionshastighet-------Mikrokanalreaktorn kan innehålla många mikrokanaler, och gasen och flytande vätskorna i mikrokanalerna kan passera flödet med 10-4 till 10-6m/s, blandningsreaktionsprocess av vätskor kan realisera den omedelbara och enhetliga blandningsreaktionen av material, och göra reaktionen av vanliga kemiska reaktioner Tid reduceras från timmar - tiotals timmar till sekunder - minuter och hög genomströmning uppnås.
• Noggrann kontroll av reaktionstemperatur och tid för att förbättra utbytet-------Mikroreaktorns utmärkta värmeöverföringsegenskaper gör att reaktionstemperaturen kan kontrolleras exakt inom ett visst intervall, vilket är av stor betydelse för vissa reaktioner som involverar mellanprodukter och termiskt instabila produkter i finkemikalier. Reaktanterna strömmar kontinuerligt i mikrokanalreaktorn. Uppehållstiden för råmaterialen under reaktionsbetingelserna kan kontrolleras exakt. När den optimala reaktionstiden har uppnåtts, förs den omedelbart vidare till nästa steg eller så avslutas reaktionen, vilket effektivt kan eliminera biprodukterna som genereras på grund av den långa reaktionstiden och förbättra utbytet.
• Mindre vätskehållande förmåga, säkrare och mer miljövänligt för kontinuerlig produktion-------På grund av mikroreaktorns goda värmeöverföring kommer reaktionstemperaturen inte att ackumuleras för mycket och kontrolleras noggrant inom ett visst intervall, vilket kan minska den potentiella risken av explosion. Mikroreaktorer drivs normalt kontinuerligt, mängden reaktanter i mikroreaktorn är mycket liten. Detta möjliggör efterföljande bearbetning av instabila intermediärer och undviker typiska batchupparbetningsförseningar. Uppehållstiden för instabilt reaktionsmedium är mycket kort och kommer inte att förfalla, även om reaktionsmellanprodukten eller slutprodukten är giftiga och skadliga ämnen. Också eftersom mängden produkter som produceras per tidsenhet är liten och uppehållstiden är kort, är skadligheten av säkerhetsolyckor minskar i betydande utsträckning. Många kraftiga exoterma reaktioner som inte kan realiseras i batchprocesser men kan realiseras i mikroreaktorer, även nyckelreaktioner som nitrifikation kan utföras säkert vid hög temperatur.
• Även om en mikroreaktor endast kan syntetisera kemikalier i små mängder, är uppskalning till industriella volymer helt enkelt en process för att multiplicera antalet mikroreaktorer. Däremot fungerar batchprocesser alltför ofta bra i lab men misslyckas på batchpilotanläggningsnivå.
• Mikroreaktorteknologi kan också flexibelt öka eller minska antalet mikroreaktormoduler i systemet i enlighet med marknadsförändringar, för att realisera produktion i tid, på plats och skräddarsydd.
• Mikrobearbetningsteknik kan användas för att integrera mikroblandning, mikroreaktion, mikrovärmeväxling, mikroseparation, mikroanalys och andra enhetsoperationer och matchning av mikrosensorer, mikroventiler och andra enheter i en plattform eller till och med ett kontrollchip för att realisera plattformsuppbyggnad Eller chipbaserad multifunktionell drift, för att uppnå realtidsövervakning och intelligent kontroll av mikroreaktionssystemet, förbättra reaktionshastigheten och samtidigt spara reaktionskostnaden.

Typ av reaktioner Lämplig för mikroreaktorer

Hittills är den multifunktionella mikroreaktorn fortfarande begränsad till homogen reaktion, och i viss utsträckning är den begränsad till gas-vätskefas och vätske-vätskefasreaktion. Enligt statistik kan cirka 30 procent av de fina kemiska reaktionerna utföras i mikroreaktorer för att förbättra utbytet, selektiviteten eller säkerheten. Fördelarna med mikroreaktorer återspeglas huvudsakligen i följande typer av reaktioner:

• Våldsamt exotermiska reaktioner-------För våldsamt exotermiska reaktioner använder konventionella reaktorprocesser vanligtvis metoden med gradvis droppvis tillsats eller satsvis tillsats. Trots det kommer det fortfarande att finnas lokal överhettning och en viss mängd biprodukter kommer att produceras. På grund av mikroreaktorns goda värmeöverföringsegenskaper kan reaktionstemperaturen kontrolleras exakt, lokal överhettning kan elimineras och kan avsevärt förbättras produktutbyte och selektivitet.
• Reaktion med instabila reaktanter eller produkter------Vissa reaktanter eller produkter är mycket instabila och kommer att sönderfalla och minska utbytet av produkter efter en uppehållstid. Mikroreaktorsystemet är ett system med kontinuerligt flöde, och reaktionens uppehållstid kan kontrolleras noggrant. Därför kan sönderdelning på grund av instabiliteten hos reaktanter eller produkter i den konventionella reaktorn undvikas.
• Snabb reaktion med stränga krav på förhållandet mellan reaktanter------Vissa reaktioner har stränga krav på förhållandet mellan reaktanter, och ett överskott av en av reaktanterna kommer att orsaka bireaktioner, såsom reaktioner som kräver mono-substitution, det kommer att finnas tvåsubstituerade och trisubstituerade produkter bildas. Mikroreaktorsystemet kan uppnå homogen blandning omedelbart, vilket undviker problemet med lokalt överskott av varje reaktant och minimerar biprodukter.
• Farliga kemiska reaktioner och reaktioner med hög temperatur och högt tryck------Vissa kemiska reaktioner som lätt är utom kontroll, när de väl är utom kontroll, kommer att få reaktionstemperaturen och -trycket att öka kraftigt, reaktanterna kommer att stansa till och med explosion. Eftersom reaktionsvärmen snabbt kan exporteras, och mikroreaktorn är en kontinuerlig flödesreaktion, är mängden onlinekemikalier mycket liten, så säkerheten för reaktionen garanteras i mikroreaktorer.

Naturligtvis är inte alla reaktioner lämpliga för mikroreaktorsystem, såsom mycket långsamma vätske-fasta reaktioner, reaktioner utan exoterma och endotermiska fenomen och traditionella processer har redan hög selektivitet och utbytesreaktioner.

Tillämpningsfallgropar för mikroreaktorer

• Även om det har funnits reaktorer för hantering av partiklar, tolererar mikroreaktorer i allmänhet inte partiklar bra, ofta igensättning. Igensättning har identifierats av ett antal forskare som det största hindret för att mikroreaktorer[8] är allmänt accepterade som ett fördelaktigt alternativ till batchreaktorer.
• Mekanisk pumpning kan generera ett pulserande flöde vilket kan vara ofördelaktigt. Mycket arbete har ägnats åt utveckling av pumpar med låg pulsation. En lösning med kontinuerligt flöde är elektroosmotiskt flöde (EOF).
• Korrosion medför ett större problem i mikroreaktorer eftersom förhållandet mellan area och volym är högt. Nedbrytning på några µm kan gå obemärkt förbi i konventionella kärl. Eftersom typiska inre dimensioner av kanaler är i samma storleksordning, kan egenskaperna ändras avsevärt.
• Även om mikroreaktorsystem kan skala upp till industriella volymer genom att multiplicera antalet mikroreaktorer och kan minska kostnaderna, men mikroreaktionssystemets bearbetningskapacitet är också mycket begränsad. Under antalet mikroreaktorer ökas avsevärt, komplexiteten för mikroreaktionsövervakning och kontrollsystem ökar också avsevärt, och investerings- och driftskostnaden för faktisk produktion ökar också avsevärt.

Ansökningar

FAQ

 

Populära Taggar: mikroreaktor eller mikrostrukturerad reaktor eller mikrokanalreaktor, leverantörer, tillverkare, fabrik, grossist, köp