Микрореактор или микроструктурирани реактор или микроканални реактор

Кратко упутство о технологији микрореактора

Технологија микрореактора је нова технологија углавном кроз интензивирање процеса за постизање зелене хемијске синтезе, посебно за припрему финих хемикалија као што су хемикалије, пестициди, лекови, микро-материјали и наноматеријали. Технологија микрореактора је микрохемијска технологија која се појавила 1990-их. То није једноставно смањење постојећег реактора, већ један од нових свеобухватних система који интегрише различите елементе као што су технологија материјала, технологија микро-производње, технологија сензора и технологија управљања. Микрореактор је нови тип минијатуризованог цевоводног реактора са континуираним протоком са структурним каналима микронске скале као језгром за реализацију реакције, мешања, раздвајања и других функција. „Микро“ микроканалног реактора се не односи на малу величину микрореакторског уређаја или мали принос производа, већ значи да су флуидни канали на микрометарској или милиметарској скали. Процес микрореакције се односи на процес реакционог система који конструишу ови уређаји. Микрореакциони систем се такође назива микро-хемијски систем, што је микро-систем за хемијски процес. Дизајн и развој микрохемијског система заснива се на идеји минијатуризације хемијске опреме без смањења капацитета обраде опреме, јачањем брзине и контроле тока, процеса мешања и преноса у систему, времена завршетка реакција и раздвајање се скраћује, смањује стагнација материјала у процесу, смањује се формирање нуспроизвода, за реализацију зеленог, безбедног и ефикасног хемијског процеса. Технологија микрореактора постала је један од важних развојних праваца у области интензивирања хемијских процеса који се широко користе у области медицине, пестицида, финих хемијских производа и међусинтезе.

Микрореактор или микроструктурирани реактор или микроканални реактор је уређај у коме се хемијске реакције одвијају у затвореном простору са типичним бочним димензијама испод 1 мм; најтипичнији облик таквог затварања су микроканали. Микрореактори се проучавају у области микропроцесног инжењерства, заједно са другим уређајима (као што су микро измењивачи топлоте) у којима се одвијају физички процеси. Микрореактори укључују микрофабриковане структуре које омогућавају да се хемија протока изведе на микронској скали. Микрореактор је обично реактор са континуалним протоком (у контрасту са/са шаржним реактором). Микрореактори нуде многе предности у односу на конвенционалне реакторе, укључујући огромна побољшања енергетске ефикасности, брзине реакције и приноса, сигурности, поузданости, скалабилности, производње на лицу места/на захтев и много бољи степен контроле процеса.

Техничке карактеристике микрореактора

• Велика специфична површина и добар пренос топлоте------Због микроструктуре унутар микро реактора, његова специфична површина је веома велика, која може бити стотине или чак хиљаде пута већа од специфичне површине посуде за мешање. Стога , има добар капацитет преноса топлоте и масе. Коефицијент размене топлоте је обично најмање 25кВ м − 2К − 1, чиме се може остварити тренутно равномерно мешање и ефикасан пренос топлоте материјала.
• Висока ефикасност преноса масе и велика брзина реакције-------Микроканални реактор може да садржи много микроканала, а гасови и течни флуиди у микроканалима могу да прођу проток са 10-4 до 10-6м/с, Реакциони процес мешања флуида може да реализује тренутну и униформну реакцију мешања материјала, и да направи реакцију обичних хемијских реакција Време се смањује са сати - десетина сати на секунде - минута и постиже се висока пропусност.
• Прецизна контрола температуре и времена реакције ради побољшања приноса-------Одличне карактеристике преноса топлоте микрореактора омогућавају да се температура реакције прецизно контролише у одређеном опсегу, што је од великог значаја за неке реакције које укључују интермедијарне производе и термички нестабилне производи у финим хемикалијама. Реактанти континуирано теку у микроканалном реактору. Време задржавања сировина у реакционим условима може се прецизно контролисати. Када се постигне оптимално време реакције, оно се одмах прелази на следећи корак или се реакција прекида, што може ефикасно елиминисати нуспроизводе настале услед дугог времена реакције и побољшати принос.
• Мањи капацитет задржавања течности, безбеднији и еколошки прихватљивији за континуирану производњу-------Због доброг преноса топлоте микрореактора, реакциона температура се неће претерано акумулирати и прецизно се контролише у одређеном опсегу, што може да смањи потенцијални ризик од експлозије. Микрореактори нормално раде непрекидно, количина реактаната у микрореактору је веома мала. Ово омогућава накнадну обраду нестабилних међупроизвода и избегава типична кашњења у обради серије. Време задржавања нестабилног реакционог медијума је веома кратко и неће се распасти, чак и ако су реакциони интермедијер или финални производ токсичне и штетне супстанце, такође зато што је количина производа произведених по јединици времена мала и време задржавања кратко, штетност безбедносних незгода је у знатној мери смањена. Многе снажне егзотермне реакције које се не могу реализовати у шаржном процесу, али се могу реализовати у микрореакторима, чак и кључне реакције као што је нитрификација могу се безбедно извести на високој температури.
• Иако микрореактор може да синтетише хемикалије само у малим количинама, повећање индустријске запремине је једноставно процес умножавања броја микрореактора. Насупрот томе, серијски процеси сувише често раде добро у лабораторији, али не успевају на нивоу пилот постројења.
• Технологија микрореактора такође може флексибилно повећати или смањити број микрореакторских модула у систему у складу са променама на тржишту, како би се реализовала производња на време, на лицу места и по мери.
• Технологија микро-процесирања се може користити за интеграцију микро-мешања, микро-реакције, микро-размене топлоте, микро-сепарације, микро-анализе и других операција јединица и усклађивања микро-сензора, микро-вентила и других уређаја у платформу или чак контролни чип за реализацију платформизације Или мултифункционални рад заснован на чипу, како би се постигло праћење у реалном времену и интелигентна контрола микрореакционог система, побољшала брзина реакције и истовремено уштедила цену реакције.

Тип реакција Погодан за микрореакторе

До сада је вишенаменски микрореактор и даље ограничен на хомогену реакцију, ау одређеној мери ограничен на реакцију гас-течност и фазу течност-течност. Према статистикама, око 30 процената финих хемијских реакција може се извести у микрореакторима како би се побољшао принос, селективност или сигурност. Предности микрореактора се углавном огледају у следећим типовима реакција:

• Насилне егзотермне реакције-------За насилне егзотермне реакције, конвенционални реакторски процеси углавном усвајају метод постепеног додавања кап по кап или серијског додавања. И поред тога, и даље ће доћи до локалног прегревања и произвешће се одређена количина нуспроизвода. Због добрих карактеристика преноса топлоте микрореактора, температура реакције се може прецизно контролисати, локално прегревање се може елиминисати и може се значајно побољшати принос и селективност производа.
• Реакција са нестабилним реактантима или производима------Неки реактанти или производи су веома нестабилни и разлажу се и смањују принос производа након времена задржавања. Систем микрореактора је систем континуираног протока, а време задржавања реакције може се прецизно контролисати. Стога се може избећи распадање услед нестабилности реактаната или производа у конвенционалном реактору.
• Брза реакција са строгим захтевима за однос реактаната------Неке реакције имају строге захтеве за однос реактаната, а вишак једног од реактаната ће изазвати нежељене реакције, као што су реакције које захтевају моно-супституцију, биће настају двосупституисани и трисупституисани производи. Систем микрореактора може тренутно да постигне хомогено мешање, чиме се избегава проблем локалног вишка сваког реактаната и минимизирају нуспроизводи.
• Опасне хемијске реакције и реакције на високој температури и високом притиску------Неке хемијске реакције које се лако измакну контроли, једном измакле контроли, довешће до наглог повећања температуре и притиска реакције, а реактанти ће изазвати чак и експлозију. Пошто се реакциона топлота може брзо извозити, а микрореактор је реакција континуираног протока, количина хемикалија на мрежи је веома мала, тако да је сигурност реакције загарантована у микрореакторима.

Наравно, нису све реакције погодне за микрореакторске системе, као што су веома споре реакције течност-чврста материја, реакције без егзотермних и ендотермних појава и традиционални процеси већ имају високу селективност и реакције приноса.

Замке у примени микрореактора

• Иако су направљени реактори за руковање честицама, микрореактори углавном не подносе добро честице, често зачепљење. Бројни истраживачи су идентификовали зачепљење као највећу препреку за микрореакторе[8] који су широко прихваћени као корисна алтернатива шаржним реакторима.
• Механичко пумпање може да генерише пулсирајући проток што може бити штетно. Много рада је посвећено развоју пумпи са ниским пулсирањем. Решење за континуирани проток је електроосмотски проток (ЕОФ).
• Корозија представља већи проблем у микрореакторима јер је однос површине и запремине висок. Деградација од неколико µм може остати непримећена у конвенционалним судовима. Како су типичне унутрашње димензије канала истог реда величине, карактеристике могу бити значајно измењене.
• Иако се систем микрореактора може повећати на индустријске запремине множењем броја микрореактора и може смањити трошкове, али капацитет обраде микрореакционог система је такође веома ограничен. Током значајног повећања броја микрореактора, сложеност система за праћење и контролу микрореакција је такође значајно повећана, а трошкови улагања и рада за стварну производњу су такође значајно повећани.

Апликације

ФАК

 

Popularne oznake: микрореактор или микро структурирани реактор или микроканални реактор, добављачи, произвођачи, фабрика, велепродаја, куповина