Microreactor of microgestructureerde reactor of microkanaalreactor

Korte instructie van microreactortechnologie

Microreactortechnologie is een nieuwe technologie die voornamelijk door middel van procesintensificatie tot groene chemische synthese komt, met name voor de bereiding van fijnchemicaliën zoals chemicaliën, pesticiden, medicijnen, micromaterialen en nanomaterialen. Microreactortechnologie is een microchemische technologie die in de jaren negentig opkwam. Het is niet een simpele verkleining van de bestaande reactor, maar een van de nieuwe totaalsystemen die verschillende elementen zoals materiaaltechnologie, microfabricagetechnologie, sensortechnologie en besturingstechnologie integreert. Microreactor is een nieuw type geminiaturiseerde pijplijnreactor met continue stroom met structurele kanalen op micronschaal als kern om reactie, menging, scheiding en andere functies te realiseren. De "micro" van een microkanaalreactor verwijst niet naar de kleine omvang van het microreactorapparaat of de kleine productopbrengst, maar betekent eerder dat de vloeistofkanalen zich op micrometer- of millimeterschaal bevinden. Het microreactieproces verwijst naar het reactiesysteemproces dat door deze apparaten is opgebouwd. Het microreactiesysteem wordt ook wel het microchemische systeem genoemd, wat een microsysteem is voor het chemische proces. Het ontwerp en de ontwikkeling van het microchemische systeem is gebaseerd op het idee om chemische apparatuur te miniaturiseren zonder de verwerkingscapaciteit van de apparatuur te verminderen, door de snelheid en controleerbaarheid van de stroom-, meng- en overdrachtsprocessen in het systeem te versterken, de voltooiingstijd van reactie en scheiding worden verkort, verminderen de stagnatie van materialen in het proces, verminderen de vorming van bijproducten, om het groene, veilige en efficiënte chemische proces te realiseren. Microreactortechnologie is een van de belangrijke ontwikkelingsrichtingen geworden op het gebied van chemische procesintensificatie die veel wordt gebruikt op het gebied van medicijnen, pesticiden, fijne chemische producten en tussenliggende synthese.

Een microreactor of microgestructureerde reactor of microkanaalreactor is een apparaat waarin chemische reacties plaatsvinden in een opsluiting met typische laterale afmetingen van minder dan 1 mm; de meest typische vorm van een dergelijke opsluiting zijn microkanalen. Microreactoren worden bestudeerd op het gebied van microprocestechniek, samen met andere apparaten (zoals microwarmtewisselaars) waarin fysische processen plaatsvinden. Microreactoren omvatten microgefabriceerde structuren om stroomchemie op micronschaal mogelijk te maken. De microreactor is meestal een doorstroomreactor (in tegenstelling tot/tegen een batchreactor). Microreactoren bieden veel voordelen ten opzichte van reactoren op conventionele schaal, waaronder enorme verbeteringen in energie-efficiëntie, reactiesnelheid en opbrengst, veiligheid, betrouwbaarheid, schaalbaarheid, on-site/on-demand productie en een veel fijnere mate van procescontrole.

Technische kenmerken van microreactor

• Groot specifiek oppervlak en goede warmteoverdracht------Vanwege de microstructuur in de microreactor is het specifieke oppervlak erg groot, dat honderden of zelfs duizenden keren groter kan zijn dan het specifieke oppervlak van het roervat. Daarom , het heeft een goede warmte- en massaoverdrachtscapaciteit. De warmtewisselingscoëfficiënt is meestal minimaal 25kW m − 2K − 1, wat de onmiddellijke uniforme menging en efficiënte warmteoverdracht van materialen kan realiseren.
• Hoge massaoverdrachtsefficiëntie en snelle reactiesnelheid-------De microkanaalreactor kan veel microkanalen bevatten en de gas- en vloeistofvloeistoffen in de microkanalen kunnen een stroom doorgeven met 10-4 tot 10-6m/s. het mengreactieproces van vloeistoffen kan de onmiddellijke en uniforme mengreactie van materialen realiseren en de reactie van gewone chemische reacties maken. De tijd wordt verkort van uren - tientallen uren tot seconden - minuten en een hoge doorvoer wordt bereikt.
• Nauwkeurige regeling van de reactietemperatuur en -tijd om de opbrengst te verbeteren-------Dankzij de uitstekende warmteoverdrachtseigenschappen van de microreactor kan de reactietemperatuur nauwkeurig worden geregeld binnen een bepaald bereik, wat van groot belang is voor sommige reacties met tussenproducten en thermisch onstabiele producten in fijnchemie. De reactanten stromen continu in de microkanaalreactor. De verblijftijd van de grondstoffen onder de reactieomstandigheden kan nauwkeurig worden geregeld. Zodra de optimale reactietijd is bereikt, wordt deze onmiddellijk doorgegeven aan de volgende stap of wordt de reactie beëindigd, waardoor de gegenereerde bijproducten als gevolg van de lange reactietijd effectief kunnen worden geëlimineerd en de opbrengst kan worden verbeterd.
• Minder vloeistofopslagcapaciteit, veiliger en milieuvriendelijker voor continue productie-------Dankzij de goede warmteoverdracht van de microreactor zal de reactietemperatuur zich niet buitensporig ophopen en wordt deze nauwkeurig geregeld binnen een bepaald bereik, wat het potentiële risico kan verminderen van explosie. Microreactoren worden normaal continu bedreven, de hoeveelheid reactanten in de microreactor is erg klein. Dit maakt de daaropvolgende verwerking van onstabiele tussenproducten mogelijk en vermijdt typische batchverwerkingsvertragingen. De verblijftijd van onstabiel reactiemedium is erg kort en zal niet vervallen, zelfs als het reactietussenproduct of eindproduct giftige en schadelijke stoffen zijn. Ook omdat de hoeveelheid geproduceerde producten per tijdseenheid klein is en de verblijftijd kort is, is de schadelijkheid van veiligheidsongevallen aanzienlijk verminderd. Veel krachtige exotherme reacties die niet in een batchproces kunnen worden gerealiseerd, maar wel in microreactoren, zelfs sleutelreacties zoals nitrificatie kunnen veilig bij hoge temperatuur worden uitgevoerd.
• Hoewel een microreactor slechts in kleine hoeveelheden chemicaliën kan synthetiseren, is opschaling naar industriële volumes simpelweg een vermenigvuldiging van het aantal microreactoren. Batchprocessen presteren daarentegen te vaak goed in het laboratorium, maar mislukken op het niveau van de batchpilot.
• Microreactortechnologie kan ook flexibel het aantal microreactormodules in het systeem vergroten of verkleinen, afhankelijk van marktveranderingen, om op tijd, ter plaatse en op maat gemaakte productie te realiseren.
• Microverwerkingstechnologie kan worden gebruikt om micromenging, microreactie, microwarmtewisseling, microscheiding, microanalyse en andere eenheidsbewerkingen en bijpassende microsensoren, microkleppen en andere apparaten te integreren in een platform of zelfs een besturingschip om platformisering te realiseren Of op een chip gebaseerde multifunctionele werking, om real-time monitoring en intelligente besturing van het microreactiesysteem te bereiken, de reactiesnelheid te verbeteren en tegelijkertijd de reactiekosten te besparen.

Type reacties Geschikt voor microreactoren

Tot nu toe is de multifunctionele microreactor nog steeds beperkt tot een homogene reactie, en tot op zekere hoogte is deze beperkt tot gas-vloeistoffase en vloeistof-vloeistoffasereactie. Volgens statistieken kan ongeveer 30 procent van de fijnchemische reacties worden uitgevoerd in microreactoren om de opbrengst, selectiviteit of veiligheid te verbeteren. De voordelen van microreactor komen vooral tot uiting in de volgende soorten reacties:

• Heftig exotherme reacties-------Voor hevig exotherme reacties past het conventionele reactorproces over het algemeen de methode toe van geleidelijke druppelsgewijze toevoeging of batchgewijze toevoeging. Toch zal er lokaal nog steeds oververhitting zijn en zal er een bepaalde hoeveelheid bijproducten worden geproduceerd. Door de goede warmteoverdrachtseigenschappen van de microreactor kan de reactietemperatuur nauwkeurig worden geregeld, kan lokale oververhitting worden geëlimineerd en kan de productopbrengst en selectiviteit aanzienlijk worden verbeterd.
• Reactie met onstabiele reactanten of producten------Sommige reactanten of producten zijn zeer onstabiel en zullen ontleden en de opbrengst van producten verminderen na een verblijftijd. Het microreactorsysteem is een continu stroomsysteem en de verblijftijd van de reactie kan nauwkeurig worden geregeld. Daarom kan de ontleding als gevolg van de instabiliteit van reactanten of producten in de conventionele reactor worden vermeden.
• Snelle reactie met strikte eisen aan de verhouding van de reactanten------Sommige reacties stellen strikte eisen aan de verhouding van de reactanten, en een overmaat van een van de reactanten zal nevenreacties veroorzaken, zoals reacties die monosubstitutie vereisen. twee-gesubstitueerde en tri-gesubstitueerde producten worden gevormd. Het microreactorsysteem kan onmiddellijk een homogene menging bereiken, waardoor het probleem van lokale overmaat van elke reactant wordt vermeden en bijproducten worden geminimaliseerd.
• Gevaarlijke chemische reacties en reacties bij hoge temperatuur en hoge druk------Sommige chemische reacties die gemakkelijk uit de hand lopen, zullen ervoor zorgen dat de temperatuur en druk van de reactie sterk stijgen, de reactanten zullen zelfs exploderen. Omdat de reactiewarmte snel kan worden geëxporteerd en de microreactor een continue stroomreactie is, is de hoeveelheid online chemicaliën erg klein, dus de veiligheid van de reactie is gegarandeerd in microreactoren.

Natuurlijk zijn niet alle reacties geschikt voor microreactorsystemen, zoals zeer langzame vloeistof-vast-reacties, reacties zonder exotherme en endotherme verschijnselen en traditionele processen hebben al een hoge selectiviteit en opbrengstreacties.

Toepassingsvalkuilen van microreactoren

• Hoewel er reactoren zijn gemaakt voor het hanteren van deeltjes, verdragen microreactoren deeltjes over het algemeen niet goed, vaak verstopping.
• Mechanisch pompen kan een pulserende stroming genereren die nadelig kan zijn. Er is veel werk besteed aan de ontwikkeling van pompen met een lage pulsatie. Een oplossing voor continue stroming is elektro-osmotische stroming (EOF).
• Corrosie vormt een groter probleem in microreactoren omdat de verhouding tussen oppervlakte en volume hoog is. Degradatie van enkele µm kan onopgemerkt blijven in conventionele vaten. Aangezien de typische binnenafmetingen van kanalen in dezelfde orde van grootte liggen, kunnen de karakteristieken aanzienlijk worden gewijzigd.
• Hoewel het microreactorsysteem kan worden opgeschaald naar industriële volumes door het aantal microreactoren te vermenigvuldigen en de kosten kan verlagen, is de verwerkingscapaciteit van het microreactiesysteem ook sterk beperkt. Tijdens het aantal microreactoren is sterk toegenomen, de complexiteit van het microreactiebewakings- en controlesysteem is ook aanzienlijk toegenomen en de investerings- en bedrijfskosten voor daadwerkelijke productie zijn ook aanzienlijk toegenomen.

toepassingen

FAQ

 

Populaire tags: microreactor of microgestructureerde reactor of microkanaalreactor, leveranciers, fabrikanten, fabriek, groothandel, kopen