Mikroreaktor ili mikrostrukturirani reaktor ili mikrokanalni reaktor

Kratke upute za tehnologiju mikroreaktora

Tehnologija mikroreaktora je nova tehnologija uglavnom putem intenzifikacije procesa za postizanje zelene kemijske sinteze, posebno za pripremu finih kemikalija kao što su kemikalije, pesticidi, lijekovi, mikro-materijali i nanomaterijali. Mikroreaktorska tehnologija je mikrokemijska tehnologija koja se pojavila 1990-ih. Ne radi se o jednostavnoj redukciji postojećeg reaktora, već o jednom od novih sveobuhvatnih sustava koji integrira različite elemente poput tehnologije materijala, tehnologije mikroproizvodnje, tehnologije senzora i tehnologije upravljanja. Mikroreaktor je novi tip minijaturiziranog cjevovodnog reaktora kontinuiranog protoka sa strukturnim kanalima mikronske veličine kao jezgrom za realizaciju reakcije, miješanja, odvajanja i drugih funkcija. "Mikro" mikrokanalnog reaktora ne odnosi se na malu veličinu mikroreaktorskog uređaja ili mali prinos proizvoda, već znači da su tekućinski kanali na mikrometarskoj ili milimetarskoj skali. Proces mikroreakcije odnosi se na proces reakcijskog sustava koji konstruiraju ovi uređaji. Mikroreakcijski sustav naziva se i mikrokemijski sustav, koji je mikrosustav za kemijski proces. Dizajn i razvoj mikrokemijskog sustava temelji se na ideji minijaturizacije kemijske opreme bez smanjenja kapaciteta obrade opreme, jačanjem brzine i upravljivosti procesa protoka, miješanja i prijenosa u sustavu, vremena završetka reakcija i odvajanje se skraćuju, smanjuju stagnaciju materijala u procesu, smanjuju stvaranje nusproizvoda, za realizaciju zelenog, sigurnog i učinkovitog kemijskog procesa. Tehnologija mikroreaktora postala je jedan od važnih razvojnih pravaca u području intenzifikacije kemijskih procesa koji se naširoko koristi u područjima medicine, pesticida, finih kemijskih proizvoda i međusinteze.

Mikroreaktor ili mikrostrukturirani reaktor ili mikrokanalni reaktor je uređaj u kojem se kemijske reakcije odvijaju u zatvorenom prostoru s tipičnim bočnim dimenzijama ispod 1 mm; najtipičniji oblik takvog zatvaranja su mikrokanali. Mikroreaktori se proučavaju u području mikroprocesnog inženjerstva, zajedno s drugim uređajima (kao što su mikro izmjenjivači topline) u kojima se odvijaju fizikalni procesi. Mikroreaktori uključuju mikroproizvedene strukture koje omogućuju izvođenje kemije protoka na mikronskoj razini. Mikroreaktor je obično reaktor kontinuiranog protoka (za razliku od šaržnog reaktora). Mikroreaktori nude mnoge prednosti u odnosu na konvencionalne reaktore, uključujući velika poboljšanja u energetskoj učinkovitosti, brzini reakcije i prinosu, sigurnosti, pouzdanosti, skalabilnosti, proizvodnji na licu mjesta/na zahtjev i mnogo finijem stupnju kontrole procesa.

Tehničke karakteristike mikroreaktora

• Velika specifična površina i dobar prijenos topline------Zbog mikrostrukture unutar mikroreaktora, njegova specifična površina je vrlo velika, koja može biti stotinama ili čak tisućama puta veća od specifične površine posude za miješanje. Stoga , ima dobar kapacitet prijenosa topline i mase. Koeficijent izmjene topline je obično najmanje 25kW m − 2K − 1, što može ostvariti trenutno ravnomjerno miješanje i učinkovit prijenos topline materijala.
• Visoka učinkovitost prijenosa mase i velika brzina reakcije-------Mikrokanalni reaktor može sadržavati mnogo mikrokanala, a plinovi i tekući fluidi u mikrokanalima mogu proći s 10-4 do 10-6m/s, proces reakcije miješanja tekućina može ostvariti trenutnu i ravnomjernu reakciju miješanja materijala i učiniti reakciju uobičajenih kemijskih reakcija. Vrijeme se smanjuje sa sati - desetaka sati na sekunde - minute i postiže se visoka propusnost.
• Točna kontrola temperature reakcije i vremena za poboljšanje prinosa-------Izvrsne karakteristike prijenosa topline mikroreaktora omogućuju preciznu kontrolu temperature reakcije unutar određenog raspona, što je od velike važnosti za neke reakcije koje uključuju intermedijarne proizvode i toplinski nestabilne proizvodi u finim kemikalijama. Reaktanti kontinuirano teku u mikrokanalnom reaktoru. Vrijeme zadržavanja sirovina pod uvjetima reakcije može se precizno kontrolirati. Nakon što se postigne optimalno vrijeme reakcije, odmah se prelazi na sljedeći korak ili se reakcija prekida, što može učinkovito eliminirati nusproizvode nastale zbog dugog vremena reakcije i poboljšati prinos.
• Manji kapacitet zadržavanja tekućine, sigurniji i ekološki prihvatljiviji za kontinuiranu proizvodnju-------Zbog dobrog prijenosa topline mikroreaktora, temperatura reakcije neće se prekomjerno akumulirati i točno se kontrolira unutar određenog raspona, što može smanjiti potencijalni rizik od eksplozije. Mikroreaktori normalno rade kontinuirano, količina reaktanata u mikroreaktoru je vrlo mala. To omogućuje naknadnu obradu nestabilnih intermedijera i izbjegava tipična kašnjenja šaržne obrade. Vrijeme zadržavanja nestabilnog reakcijskog medija je vrlo kratko i neće se raspasti, čak i ako je reakcijski intermedijer ili konačni produkt otrovna i štetna tvar, Također zato što je količina proizvoda proizvedenih po jedinici vremena mala, a vrijeme zadržavanja kratko, štetnost sigurnosnih nesreća znatno je smanjen. Mnoge snažne egzotermne reakcije koje se ne mogu realizirati u šaržnom procesu, ali se mogu realizirati u mikroreaktorima, čak se i ključne reakcije poput nitrifikacije mogu sigurno provesti na visokoj temperaturi.
• Iako mikroreaktor može sintetizirati kemikalije samo u malim količinama, povećanje industrijskih količina jednostavno je proces umnožavanja broja mikroreaktora. Nasuprot tome, šaržni procesi prečesto imaju dobre rezultate u laboratoriju, ali ne uspijevaju na razini pilot postrojenja.
• Tehnologija mikroreaktora također može fleksibilno povećati ili smanjiti broj modula mikroreaktora u sustavu u skladu s promjenama na tržištu, kako bi se ostvarila proizvodnja na vrijeme, na licu mjesta i po narudžbi.
• Tehnologija mikroprocesiranja može se koristiti za integraciju mikro-miješanja, mikro-reakcije, mikro-izmjene topline, mikro-odvajanja, mikro-analize i drugih jediničnih operacija i odgovarajućih mikro-senzora, mikro-ventila i drugih uređaja u platformu ili čak kontrolni čip za realizaciju platformizacije Ili višenamjenski rad temeljen na čipu, kako bi se postiglo praćenje u stvarnom vremenu i inteligentna kontrola sustava mikroreakcije, poboljšala brzina reakcije i uštedjela na troškovima reakcije u isto vrijeme.

Vrsta reakcija prikladna za mikroreaktore

Do sada je višenamjenski mikroreaktor još uvijek ograničen na homogenu reakciju, au određenoj mjeri ograničen je na fazu plin-tekućina i fazu tekućina-tekućina. Prema statistici, oko 30 posto finih kemijskih reakcija može se provesti u mikroreaktorima kako bi se poboljšao prinos, selektivnost ili sigurnost. Prednosti mikroreaktora uglavnom se ogledaju u sljedećim vrstama reakcija:

• Snažne egzotermne reakcije-------Za burne egzotermne reakcije, konvencionalni reaktorski proces općenito usvaja metodu postupnog dodavanja kap po kap ili šaržnog dodavanja. Unatoč tome, i dalje će doći do lokalnog pregrijavanja i proizvest će se određena količina nusproizvoda. Zbog dobrih karakteristika prijenosa topline mikroreaktora, reakcijska temperatura se može precizno kontrolirati, lokalno pregrijavanje može se eliminirati i može se značajno poboljšati prinos proizvoda i selektivnost.
• Reakcija s nestabilnim reaktantima ili produktima------Neki reaktanti ili proizvodi vrlo su nestabilni te će se razgraditi i smanjiti prinos proizvoda nakon vremena zadržavanja. Sustav mikroreaktora je sustav kontinuiranog protoka, a vrijeme zadržavanja reakcije može se točno kontrolirati. Stoga se može izbjeći razgradnja zbog nestabilnosti reaktanata ili proizvoda u konvencionalnom reaktoru.
• Brza reakcija sa strogim zahtjevima u pogledu omjera reaktanata------Neke reakcije imaju stroge zahtjeve u pogledu omjera reaktanata, a višak jednog od reaktanata izazvat će nusreakcije, kao što su reakcije koje zahtijevaju monosupstituciju, bit će nastaju dvosupstituirani i trisupstituirani produkti. Sustav mikroreaktora može trenutno postići homogeno miješanje, čime se izbjegava problem lokalnog viška svakog reaktanta i minimiziraju nusprodukti.
• Opasne kemijske reakcije i reakcije visoke temperature i visokog tlaka------Neke kemijske reakcije koje lako izmaknu kontroli, nakon što izmaknu kontroli, uzrokovat će naglo povećanje temperature i tlaka reakcije, a reaktanti će izazvati čak i eksploziju. Budući da se reakcijska toplina može brzo izvesti, a mikroreaktor je reakcija kontinuiranog toka, količina online kemikalija je vrlo mala, tako da je sigurnost reakcije zajamčena u mikroreaktorima.

Naravno, nisu sve reakcije prikladne za mikroreaktorske sustave, kao što su vrlo spore reakcije tekućina-krutina, reakcije bez egzotermnih i endotermnih pojava i tradicionalni procesi već imaju visoku selektivnost i reakcije prinosa.

Zamke primjene mikroreaktora

• Iako postoje reaktori napravljeni za rukovanje česticama, mikroreaktori općenito ne podnose dobro čestice, često se začepljuju. Brojni su istraživači identificirali začepljenje kao najveću prepreku mikroreaktorima [8] koji su široko prihvaćeni kao korisna alternativa šaržnim reaktorima.
• Mehaničko pumpanje može generirati pulsirajući protok što može biti nepovoljno. Mnogo je rada posvećeno razvoju pumpi s niskim pulsiranjem. Rješenje kontinuiranog protoka je elektroosmotski protok (EOF).
• Korozija predstavlja veći problem u mikroreaktorima jer je omjer površine i volumena visok. Degradacija od nekoliko µm može proći nezapaženo u konvencionalnim posudama. Kako su tipične unutarnje dimenzije kanala istog reda veličine, karakteristike se mogu značajno promijeniti.
• Iako se mikroreaktorski sustav može proširiti na industrijske količine množenjem broja mikroreaktora i može smanjiti troškove, kapacitet obrade mikroreakcijskog sustava također je uvelike ograničen. Dok se broj mikroreaktora uvelike povećava, složenost sustava za praćenje i kontrolu mikroreakcija također se uvelike povećava, a investicijski i operativni troškovi za stvarnu proizvodnju također se uvelike povećavaju.

Prijave

Pitanja

 

Popularni tagovi: mikroreaktor ili mikro strukturirani reaktor ili mikrokanalni reaktor, dobavljači, proizvođači, tvornica, veleprodaja, kupiti