目前微反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用,商业化生产中的应用正日益增多。其主要应用领域包括有机合成过程,微米和纳米材料的制备和日用化学品的生产。在化工生产中,新的Miprowa技术已经可以实现每小时上万升的流量。
微反应器的微结构大的缺点是固体物料无法通过微通道,如果反应中有大量固体产生,微通道极易堵塞,导致生产无法连续进行。
目前这一问题主要是通过改进反应器的设计来解决。例如拜耳-埃尔费尔德微技术公司开发的阀式混合器(反应器)可以用于快速沉淀反应,基于这一技术,拜耳公司成功开发了商业化生产工艺,用于生产高的性能的微米材料和纳米材料。
微化工技术和微反应器
微反应器内部流体的流动或分散尺度在1μm到1 mm之间,称为微流体。微流体相对于常规尺度的流体在传递特性、安全性以及可控性等方面都有很大优势。
微反应器的类型
1、微反应器有很多种类型:按照反应相态不同,分为气固相微反应器、气液相微反应器、 液液相微反应器和气液固相微反应器;
2、按照操作方式不同,分为连续微反应器、半连续微反应器和间歇微反应器;
3、按照分析应用不同,分为化学和生物中应用的微反应器以及化学工程和化学中应用的微反应器;
4、按照用途不同,分为生产用微反应器和实验用微反应器。
微反应器连续合成化及应用
不适合的反应类型
a、本征动力学上的慢反应。
b、反应过程中有大量固体或气体产生。
c、平衡反应,过程中需要不断移除某物质。
d、气相反应。
3、如何开发微反应连续合成工艺
设备:a、设计微反应器
b、提升反应器的混合性能和传递性能
c、解决工程放大效应
d、构建完整的反应器系统
工艺:a、动力学及反应机理研究
b、工艺条件设计
c、流程模拟
d、安全评价
微通道反应器是如何控制反应温度和时间的
1 对反应温度的控制:微反应设备极大的比表面积决定了微通道反应器有极大的换热效率,即使是反应瞬间释放出大量热量,微通道反应器也可及时将其导出,维持反应温度稳定。而在常规反应器中的强放热反应,由于换热效率不够高,常常会出现局部过热现象。而局部过热往往导致副产物生成,这就导致收率和选择性下降。而且,在生产中剧烈反应产生的大量热量如果不能及时导出,会导致冲料事故甚至发生boom。
2 对反应时间的控制:常规的批次反应,往往采用将反应物逐渐滴加的方式来防止反应过于剧烈。这就使一部分物料的停留时间过长。而在很多反应中,反应物、产物、或中间过渡态产物在反应条件下停留时间一长就会导致副产物的产生,使反应收率降低。而微通道反应器采取的是微管道中的连续流动反应,可以控制物料在反应条件下的停留时间。一旦达到反应时间就立即将物料传递到下一步反应,或终止反应,这样就有效避免了因反应时间长而导致的副产物。
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