Mikroreaktor ili mikrostrukturirani reaktor ili mikrokanalni reaktor

Kratko uputstvo o tehnologiji mikroreaktora

Tehnologija mikroreaktora je nova tehnologija uglavnom kroz intenziviranje procesa za postizanje zelene hemijske sinteze, posebno za pripremu finih hemikalija kao što su hemikalije, pesticidi, lekovi, mikro-materijali i nanomaterijali. Tehnologija mikroreaktora je mikrohemijska tehnologija koja se pojavila 1990-ih. To nije jednostavna redukcija postojećeg reaktora, već jedan od novih sveobuhvatnih sistema koji integriše različite elemente kao što su tehnologija materijala, tehnologija mikro-proizvodnje, tehnologija senzora i tehnologija upravljanja. Mikroreaktor je novi tip minijaturiziranog reaktora s kontinuiranim protokom cjevovoda sa strukturnim kanalima mikronske skale 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 fluidni kanali na mikrometarskoj ili milimetarskoj skali. Mikroreakcioni proces se odnosi na proces reakcionog sistema koji konstruišu ovi uređaji. Mikroreakcioni sistem se još naziva i mikrohemijski sistem, koji je mikrosistem za hemijski proces. Dizajn i razvoj mikrohemijskog sistema zasniva se na ideji minijaturizacije hemijske opreme bez smanjenja kapaciteta obrade opreme, jačanjem brzine i kontrole toka, procesa mešanja i transfera u sistemu, vremena završetka skraćuje se reakcija i separacija, smanjuje stagnacija materijala u procesu, smanjuje se stvaranje nusproizvoda, za realizaciju zelenog, sigurnog i efikasnog hemijskog procesa. Tehnologija mikroreaktora postala je jedan od važnih razvojnih pravaca u oblasti intenziviranja hemijskih procesa koji se široko koristi u oblasti medicine, pesticida, finih hemijskih 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 oblasti mikroprocesnog inženjerstva, zajedno sa drugim uređajima (kao što su mikro izmjenjivači topline) u kojima se odvijaju fizički procesi. Mikroreaktori uključuju mikrofabrikovane strukture kako bi se omogućilo izvođenje hemije protoka na mikronskoj skali. Mikroreaktor je obično reaktor s kontinuiranim protokom (za razliku od/sa šaržnim reaktorom). Mikroreaktori nude mnoge prednosti u odnosu na konvencionalne reaktore, uključujući ogromna poboljšanja energetske efikasnosti, brzine reakcije i prinosa, sigurnosti, pouzdanosti, skalabilnosti, proizvodnje na licu mjesta/na zahtjev i mnogo bolji stepen kontrole procesa.

Tehničke karakteristike mikroreaktora

• Velika specifična površina i dobar prijenos topline------Zbog mikrostrukture unutar mikro reaktora, njegova specifična površina je vrlo velika, koja može biti stotine ili čak hiljade puta veća od specifične površine posude za miješanje. , ima dobar kapacitet prijenosa topline i mase. Koeficijent razmene toplote je obično najmanje 25kW m − 2K − 1, čime se može ostvariti trenutno ravnomerno mešanje i efikasan prenos toplote materijala.
• Visoka efikasnost prijenosa mase i velika brzina reakcije-------Mikrokanalni reaktor može sadržavati mnogo mikrokanala, a plinovi i tekući fluidi u mikrokanalima mogu proći protok sa 10-4 do 10-6m/s, Reakcioni proces miješanja fluida može ostvariti trenutnu i ujednačenu reakciju miješanja materijala, te izvršiti reakciju običnih kemijskih reakcija Vrijeme se smanjuje sa sati - desetina sati na sekunde - minuta i postiže se visoka propusnost.
• Precizna kontrola temperature i vremena reakcije radi poboljšanja prinosa-------Odlične karakteristike prijenosa topline mikroreaktora omogućavaju preciznu kontrolu temperature reakcije unutar određenog raspona, što je od velikog značaja za neke reakcije koje uključuju intermedijarne proizvode i termički nestabilne proizvodi u finim hemikalijama. Reaktanti kontinuirano teku u mikrokanalnom reaktoru. Vrijeme zadržavanja sirovina u reakcionim uslovima može se precizno kontrolisati. Kada se postigne optimalno vrijeme reakcije, ono se odmah prelazi na sljedeći korak ili se reakcija prekida, što može efikasno 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 se neće prekomjerno akumulirati i precizno se kontrolira unutar određenog raspona, što može smanjiti potencijalni rizik od eksplozije. Mikroreaktori normalno rade kontinuirano, količina reaktanata u mikroreaktoru je vrlo mala. Ovo omogućava naknadnu obradu nestabilnih međuproizvoda i izbjegava tipična kašnjenja u obradi serije. Vrijeme zadržavanja nestabilnog reakcionog medija je vrlo kratko i neće se raspasti, čak i ako je međuprodukt reakcije ili finalni proizvod otrovne i štetne tvari, također zbog toga što je količina proizvoda proizvedenih po jedinici vremena mala, a vrijeme zadržavanja kratko, štetnost sigurnosnih nesreća je u znatnoj mjeri smanjeno. Mnoge snažne egzotermne reakcije koje se ne mogu realizovati u šaržnom procesu, ali se mogu realizovati u mikroreaktorima, čak i ključne reakcije kao što je nitrifikacija mogu se bezbedno izvesti na visokoj temperaturi.
• Iako mikroreaktor može sintetizirati kemikalije samo u malim količinama, povećanje do industrijskih količina je jednostavno proces množenja broja mikroreaktora. Nasuprot tome, serijski procesi prečesto rade dobro u laboratoriji, ali ne uspijevaju na nivou pilot postrojenja.
• Tehnologija mikroreaktora takođe može fleksibilno povećati ili smanjiti broj mikroreaktorskih modula u sistemu u skladu sa promenama na tržištu, kako bi se realizovala proizvodnja na vreme, na licu mesta i po meri.
• Tehnologija mikro-procesiranja može se koristiti za integraciju mikro-miješanja, mikro-reakcije, mikro-izmjene topline, mikro-separacije, mikro-analize i drugih operacija jedinica i usklađivanja mikro-senzora, mikro-ventila i drugih uređaja u platformu ili čak kontrolni čip za realizaciju platformizacije Ili multifunkcionalni rad zasnovan na čipu, kako bi se postiglo praćenje u realnom vremenu i inteligentna kontrola mikroreakcionog sistema, poboljšala brzina reakcije i istovremeno uštedela cena reakcije.

Vrsta reakcija Pogodna za mikroreaktore

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

• Nasilne egzotermne reakcije-------Za nasilne egzotermne reakcije, konvencionalni reaktorski proces općenito usvaja metodu postepenog dodavanja kap po kap ili serijskog dodavanja. Uprkos tome, i dalje će doći do lokalnog pregrijavanja i proizvesti će se određena količina nusproizvoda. Zbog dobrih karakteristika prijenosa topline mikroreaktora, temperatura reakcije se može precizno kontrolirati, lokalno pregrijavanje se može eliminirati, a može se značajno poboljšati prinos i selektivnost proizvoda.
• Reakcija s nestabilnim reaktantima ili proizvodima------Neki reaktanti ili proizvodi su vrlo nestabilni i razlagat će se i smanjiti prinos proizvoda nakon vremena zadržavanja. Mikroreaktorski sistem je sistem kontinuiranog protoka, a vrijeme zadržavanja reakcije može se precizno kontrolisati. Stoga se može izbjeći raspadanje zbog nestabilnosti reaktanata ili proizvoda u konvencionalnom reaktoru.
• Brza reakcija sa strogim zahtjevima za omjer reaktanata------Neke reakcije imaju stroge zahtjeve za omjer reaktanata, a višak jednog od reaktanata će uzrokovati nuspojave, kao što su reakcije koje zahtijevaju mono-supstituciju, bit će nastaju dvosupstituirani i trosupstituirani proizvodi. Sistem mikroreaktora može postići homogeno miješanje trenutno, čime se izbjegava problem lokalnog viška svakog reaktanta i minimizira nusproizvode.
• Opasne hemijske reakcije i reakcije na visokim temperaturama i visokim pritiskom------Neke hemijske reakcije koje se lako izmaknu kontroli, jednom izmaknu kontroli, uzrokovaće naglo povećanje temperature i pritiska reakcije, a reaktanti će probiti čak i eksploziju. Budući da se toplota reakcije može brzo izvoziti, a mikroreaktor je reakcija kontinuiranog protoka, količina hemikalija na mreži je vrlo mala, tako da je sigurnost reakcije zajamčena u mikroreaktorima.

Naravno, nisu sve reakcije prikladne za mikroreaktorske sisteme, kao što su vrlo spore reakcije tečnost-čvrsta materija, reakcije bez egzotermnih i endotermnih pojava i tradicionalni procesi već imaju visoku selektivnost i reakcije prinosa.

Zamke u primjeni mikroreaktora

• Iako su napravljeni reaktori za rukovanje česticama, mikroreaktori uglavnom ne podnose dobro čestice, često začepljenje. Brojni istraživači su identificirali začepljenje kao najveću prepreku za mikroreaktore[8] koji su široko prihvaćeni kao korisna alternativa šaržnim reaktorima.
• Mehaničko pumpanje može stvoriti pulsirajući protok što može biti štetno. Mnogo rada je posvećeno razvoju pumpi sa niskim pulsiranjem. Rešenje za kontinuirani protok je elektroosmotski protok (EOF).
• Korozija predstavlja veći problem u mikroreaktorima jer je odnos površine i zapremine visok. Degradacija od nekoliko µm može proći nezapaženo u konvencionalnim posudama. Kako su tipične unutrašnje dimenzije kanala istog reda veličine, karakteristike se mogu značajno promijeniti.
• Iako se mikroreaktorski sistem može povećati na industrijske zapremine množenjem broja mikroreaktora i može smanjiti troškove, ali kapacitet obrade mikroreakcionog sistema je također jako ograničen. Tokom značajnog povećanja broja mikroreaktora, značajno je povećana i složenost sistema za praćenje i kontrolu mikroreakcija, a značajno su povećani i investicioni i operativni troškovi za stvarnu proizvodnju.

Prijave

FAQ

 

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