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微反應器的應用研究發(fā)展4個階段
1階段,上世紀在90年代,大家開始設(shè)計和制造微反應器的一些器件,并用它去嘗試一些常規(guī)的化學反應;
第2階段,微反應器已經(jīng)相對成熟,商業(yè)化反應器,開始投放市場,反應和工藝的研究比較火熱;
第3階段,開始做反應器系統(tǒng)化的集成,包括前端、后端、在線的處理等;
第4階段,人工智能化。當然,走到第四階段離不開一階段的工作,離不開第二階段的研究,更離不開第三階段的經(jīng)驗和教訓。
利用微通道反應器技術(shù)進行生產(chǎn)時,工藝放大不是通過增大微通道的特征尺寸,而是通過增加微通道的數(shù)量來實現(xiàn)的,所以小試反應條件不需做任何改變就可直接用于生產(chǎn),不存在常規(guī)批次反應器的放大難題,從而大幅縮短了產(chǎn)品由實驗室到市場的時間。
微通道反應器采用連續(xù)流動反應,因此在反應器中停留的化學品數(shù)量總是很少的,即使萬一失控,危害程度也非常有限。而且,由于微反應器換熱效率很高,即使反應突然釋放大量熱量,也可以被迅速導出,從而保證反應溫度的穩(wěn)定,減少了發(fā)生安全事故和質(zhì)量事故的可能性。因此微反應器可以輕松應對苛刻的工藝要求,實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
連續(xù)流化學提高了化學反應的效率
連續(xù)流動化學系統(tǒng)是一種微通道高通量且易于放大生產(chǎn)規(guī)模的反應器,由于傳統(tǒng)釜式反應技術(shù)要求化學反應的許多條件適應于現(xiàn)有的釜式反應設(shè)備,而此項技術(shù)能取代傳統(tǒng)的低效間隙化的反應釜生產(chǎn)操作,實現(xiàn)有效節(jié)能、安全、低碳和環(huán)保的連續(xù)化合成生產(chǎn),能夠為單個反應或大范圍的反應組合提供更具成本效率的解決方案。
此外,反應器提高了化學反應的效率、生產(chǎn)規(guī)模放大可行性以及化工過程質(zhì)量,并可以根據(jù)客戶的需求滿足日產(chǎn)5mL試劑消耗量的化學品篩選,在降低成本的同時,也降低了對環(huán)境的影響,以及所生產(chǎn)的產(chǎn)品性能的不穩(wěn)定性,使得操作昂貴化學藥品進行前期優(yōu)化條件時降低成本。
微反應器的主要特征
1、大比表面積:強化了傳質(zhì)、傳熱;縮短了擴散時間,實現(xiàn)流體間的快速均勻混合以及等溫操作;通道內(nèi)作用力主要為:界面張
力,粘性應力以及毛細管力。
2、特別的流動行為:流體流動通常屬于層流;具有很強的方向性、對稱性和高度有序性;具有窄的停留時間分布和均勻的傳質(zhì)過
程;便于對過程進行準確的理論描述和模擬。
3、催化劑的高通量篩選:催化劑用量少,操作連續(xù),安全;適用于含有毒物質(zhì)、易暴危險的反應。
4.無放大效應:通過集成眾多的反應器可以處理大批量的原料;節(jié)省從實驗室研發(fā)到工業(yè)過程的時間和成本。