Microreactor o reactor microestructurat o reactor de microcanal

Breu instrucció de tecnologia de microreactors

La tecnologia de microreactors és una nova tecnologia principalment mitjançant la intensificació del procés per aconseguir la síntesi química verda, especialment per a la preparació de productes químics fins com ara productes químics, pesticides, medicaments, micromaterials i nanomaterials. La tecnologia dels microreactors és una tecnologia microquímica que va sorgir a la dècada de 1990. No es tracta d'una simple reducció del reactor existent, sinó d'un dels nous sistemes integrals que integra diversos elements com ara tecnologia de materials, tecnologia de microfabricació, tecnologia de sensors i tecnologia de control. El microreactor és un nou tipus de reactor de canonada de flux continu miniaturitzat amb canals estructurals a escala de micres com a nucli per realitzar la reacció, la barreja, la separació i altres funcions. El "micro" d'un reactor de microcanal no es refereix a la petita mida del dispositiu del microreactor o al petit rendiment del producte, sinó que vol dir que els canals fluídics es troben a escala micròmetre o mil·límetre. El procés de microreacció fa referència al procés del sistema de reacció construït per aquests dispositius. El sistema de microreaccions també s'anomena sistema microquímic, que és un microsistema per al procés químic. El disseny i desenvolupament del sistema microquímic es basa en la idea de miniaturitzar equips químics sense reduir la capacitat de processament de l'equip, reforçant la velocitat i controlabilitat dels processos de flux, mescla i transferència en el sistema, el temps de finalització de La reacció i la separació s'escurça, redueix l'estancament dels materials en el procés, redueix la formació de subproductes, per aconseguir el procés químic verd, segur i eficient. La tecnologia dels microreactors s'ha convertit en una de les direccions de desenvolupament importants en el camp de la intensificació de processos químics àmpliament utilitzada en els camps de la medicina, pesticides, productes de química fina i síntesi intermèdia.

Un microreactor o reactor microestructurat o reactor de microcanal és un dispositiu en el qual les reaccions químiques tenen lloc en un confinament amb dimensions laterals típiques inferiors a 1 mm; la forma més típica d'aquest confinament són els microcanals. Els microreactors s'estudien en el camp de l'enginyeria de microprocessos, juntament amb altres dispositius (com ara microintercanviadors de calor) en els quals es produeixen processos físics. Els microreactors impliquen estructures microfabricades per permetre que la química de flux es realitzi a escala de micres. El microreactor sol ser un reactor de flux continu (contrast amb/a un reactor discontinu). Els microreactors ofereixen molts avantatges sobre els reactors a escala convencionals, incloses grans millores en l'eficiència energètica, la velocitat i el rendiment de la reacció, la seguretat, la fiabilitat, l'escalabilitat, la producció in situ / sota demanda i un grau molt més fi de control del procés.

Característiques tècniques del microreactor

• Gran superfície específica i bona transferència de calor------A causa de la microestructura dins del microreactor, la seva superfície específica és molt gran, que pot ser centenars o fins i tot milers de vegades la superfície específica del recipient d'agitació. Per tant , té una bona capacitat de transferència de calor i massa. El coeficient d'intercanvi de calor sol ser d'almenys 25kW m - 2K - 1, cosa que pot realitzar la mescla uniforme instantània i la transferència de calor eficient dels materials.
• Alta eficiència de transferència de massa i velocitat de reacció ràpida-------El reactor de microcanals pot contenir molts microcanals, i els fluids gasosos i líquids dels microcanals poden passar un flux de 10-4 a 10-6m/s, el El procés de reacció de barreja de fluids pot realitzar la reacció de barreja instantània i uniforme dels materials i fer que la reacció de les reaccions químiques ordinàries es redueix el temps d'hores - desenes d'hores a segons - minuts i s'aconsegueix un alt rendiment.
• Control precís de la temperatura i el temps de reacció per millorar el rendiment-------Les excel·lents característiques de transferència de calor del microreactor permeten controlar amb precisió la temperatura de reacció dins d'un interval determinat, la qual cosa és de gran importància per a algunes reaccions que impliquen productes intermedis i tèrmicament inestables. productes en química fina. Els reactius flueixen contínuament al reactor de microcanal El temps de residència de les matèries primeres en les condicions de reacció es pot controlar amb precisió. Un cop arribat al temps de reacció òptim, es passa immediatament al següent pas o s'acaba la reacció, la qual cosa pot eliminar eficaçment els subproductes generats a causa del llarg temps de reacció i millorar el rendiment.
• Menys capacitat de retenció de fluids, més segur i més respectuós amb el medi ambient per a la producció contínua-------A causa de la bona transferència de calor del microreactor, la temperatura de reacció no s'acumularà excessivament i es controla amb precisió dins d'un determinat rang, la qual cosa pot reduir el risc potencial d'explosió. Els microreactors funcionen normalment contínuament, la quantitat de reactius al microreactor és molt petita. Això permet el processament posterior de productes intermedis inestables i evita els retards típics de processament per lots. El temps de residència del medi de reacció inestable és molt curt i no decaurà, fins i tot si el producte intermedi o final de la reacció és substàncies tòxiques i nocives, també perquè la quantitat de productes produïts per unitat de temps és petita i el temps de residència és curt, la nocivitat d'accidents de seguretat es redueix considerablement. Moltes reaccions exotèrmiques vigoroses que no es poden realitzar en un procés discontinu, però que es poden realitzar en microreactors, fins i tot reaccions clau com la nitrificació es poden dur a terme de manera segura a alta temperatura.
• Tot i que un microreactor només pot sintetitzar productes químics en petites quantitats, l'augment de volums industrials és simplement un procés de multiplicar el nombre de microreactors. En canvi, els processos per lots sovint funcionen bé al laboratori, però fracassen a nivell de planta pilot per lots.
• La tecnologia de microreactors també pot augmentar o disminuir de manera flexible el nombre de mòduls de microreactors del sistema segons els canvis del mercat, per tal d'aconseguir una producció puntual, in situ i a mida.
• La tecnologia de microprocessament es pot utilitzar per integrar la micromescla, la microreacció, l'intercanvi de microcalor, la microseparació, la microanàlisi i altres operacions d'unitat i combinar microsensors, microvàlvules i altres dispositius en una plataforma o fins i tot. un xip de control per realitzar la plataforma o operació multifuncional basada en xips, per tal d'aconseguir un control en temps real i un control intel·ligent del sistema de microreacció, millorar la velocitat de reacció i estalviar el cost de la reacció alhora.

Tipus de reaccions adequades per a microreactors

Fins ara, el microreactor polivalent encara es limita a una reacció homogènia i, fins a cert punt, es limita a la fase gas-líquid i a la fase líquid-líquid. Segons les estadístiques, al voltant del 30 per cent de les reaccions químiques fines es poden dur a terme en microreactors per millorar el rendiment, la selectivitat o la seguretat. Els avantatges del microreactor es reflecteixen principalment en els següents tipus de reaccions:

• Reaccions violentament exotèrmiques-------Per a reaccions violentament exotèrmiques, el procés convencional del reactor generalment adopta el mètode d'addició gradual gota a gota o addició per lots. Tot i així, encara hi haurà un sobreescalfament local i es produirà una certa quantitat de subproductes. A causa de les bones característiques de transferència de calor del microreactor, la temperatura de reacció es pot controlar amb precisió, es pot eliminar el sobreescalfament local i es pot millorar significativament el rendiment i la selectivitat del producte.
• Reacció amb reactius o productes inestables------Alguns reactius o productes són molt inestables i es descompondran i reduiran el rendiment dels productes després d'un temps de residència. El sistema de microreactors és un sistema de flux continu i el temps de residència de la reacció es pot controlar amb precisió. Per tant, es pot evitar la descomposició deguda a la inestabilitat de reactius o productes en el reactor convencional.
• Reacció ràpida amb requisits estrictes sobre la proporció de reactius------Algunes reaccions tenen requisits estrictes sobre la proporció de reactius, i un excés d'un dels reactius provocarà reaccions secundaries, com ara reaccions que requereixen monosubstitució, hi haurà es formen productes bisubstituïts i trisubstituïts. El sistema de microreactors pot aconseguir una mescla homogènia de forma instantània, la qual cosa evita el problema de l'excés local de cada reactiu i minimitza els subproductes.
• Reaccions químiques perilloses i reaccions d'alta temperatura i d'alta pressió------Algunes reaccions químiques que es descontrolen fàcilment, un cop fora de control, faran que la temperatura i la pressió de la reacció augmentin bruscament, els reactius provocaran fins i tot una explosió. Com que la calor de reacció es pot exportar ràpidament i el microreactor és una reacció de flux continu, la quantitat de productes químics en línia és molt petita, de manera que la seguretat de la reacció està garantida als microreactors.

Per descomptat, no totes les reaccions són adequades per a sistemes de microreactors, com ara reaccions líquid-sòlid molt lentes, reaccions sense fenòmens exotèrmics i endotèrmics i els processos tradicionals ja tenen reaccions de selectivitat i rendiment elevats.

Errors d'aplicació dels microreactors

• Encara que hi ha hagut reactors fets per manipular partícules, els microreactors generalment no toleren bé les partícules, sovint l'obstrucció. Diversos investigadors han identificat l'obstrucció com el major obstacle perquè els microreactors[8] siguin àmpliament acceptats com una alternativa beneficiosa als reactors discontinus.
• El bombeig mecànic pot generar un flux pulsante que pot ser desavantatge. S'ha dedicat molt treball al desenvolupament de bombes amb baixa pulsació. Una solució de flux continu és el flux electroosmòtic (EOF).
• La corrosió imposa un problema més gran als microreactors perquè la relació àrea a volum és alta. La degradació de pocs µm pot passar desapercebuda en els vasos convencionals. Com que les dimensions interiors típiques dels canals estan en el mateix ordre de magnitud, les característiques es poden alterar significativament.
• Tot i que el sistema de microreactors pot augmentar a volums industrials multiplicant el nombre de microreactors i pot reduir el cost, però la capacitat de processament del sistema de microreaccions també és molt limitada. Durant el nombre de microreactors augmenta molt, la complexitat del sistema de control i monitorització de microreaccions també augmenta molt, i també s'incrementa molt el cost d'inversió i operació per a la producció real.

Aplicacions

PMF

 

Etiquetes populars: microreactor o reactor microestructurat o reactor de microcanal, proveïdors, fabricants, fàbrica, venda a l'engròs, compra