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目前微反應(yīng)器在化工工藝過程的研究與開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用,商業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用正日益增多。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括有機合成過程,微米和納米材料的制備和日用化學(xué)品的生產(chǎn)。在化工生產(chǎn)中,新的Miprowa技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)每小時上萬升的流量。
微反應(yīng)器的微結(jié)構(gòu)大的缺點是固體物料無法通過微通道,如果反應(yīng)中有大量固體產(chǎn)生,微通道極易堵塞,導(dǎo)致生產(chǎn)無法連續(xù)進行。
目前這一問題主要是通過改進反應(yīng)器的設(shè)計來解決。例如拜耳-埃爾費爾德微技術(shù)公司開發(fā)的閥式混合器(反應(yīng)器)可以用于快速沉淀反應(yīng),基于這一技術(shù),拜耳公司成功開發(fā)了商業(yè)化生產(chǎn)工藝,用于生產(chǎn)高的性能的微米材料和納米材料。
安全與綠色發(fā)展已成為世界化工行業(yè)發(fā)展的新趨勢,在這種趨勢下,微通道反應(yīng)技術(shù)依靠其獨特的優(yōu)勢成為國內(nèi)外精細化工行業(yè)的研究熱點。典型微通道反應(yīng)技術(shù)的特征是在幾十到幾百微米的通道內(nèi)進行化學(xué)反應(yīng)。特征尺度的微型化為其從微尺度上理解“三傳一反”的(動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞、化學(xué)反應(yīng)過程)規(guī)律提供了指導(dǎo)。然而,為了實現(xiàn)微通道反應(yīng)技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用,其通道尺寸早已達到了毫米級,得益于先進的通道內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計,在實現(xiàn)高通量的同時仍能實現(xiàn)良好的傳質(zhì)與傳熱性能。同時具有微量和連續(xù)流動優(yōu)點的微通道反應(yīng)技術(shù)不僅將產(chǎn)能和設(shè)備體積脫鉤,而且將產(chǎn)能與生產(chǎn)效率有效結(jié)合,為精細化工本質(zhì)安全水平及其經(jīng)濟性的提高開辟了新道路。
微反應(yīng)器適合的反應(yīng)類型
據(jù)統(tǒng)計,大約有30%的精細化工反應(yīng)可以在微反應(yīng)器中進行,并且在收率、選擇性或安全性等方面得到較大提高。微反應(yīng)器的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下類型的反應(yīng)。
1、劇烈放熱的反應(yīng)
對劇烈放熱的反應(yīng),常規(guī)反應(yīng)器一般采用逐漸滴加或分批加入的方式,即便如此,也依然會存在過熱 而產(chǎn)生一定量的副產(chǎn)物。微反應(yīng)器由于良好的傳熱特 性,反應(yīng)溫度可實現(xiàn)精準控制,消除局部過熱,顯著提高產(chǎn)品的收率和選擇性。
2、反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定的反應(yīng)
某些反應(yīng)物或產(chǎn)物很不穩(wěn)定,停留時間一長就會分解而降低產(chǎn)品收率。微反應(yīng)器系統(tǒng)是連續(xù)流動體系,反應(yīng)的停留時間可以精準控制,因此可避免常規(guī)反應(yīng)器中出現(xiàn)的由于反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定而分解的情況。
怎么樣去評價一款微反應(yīng)器?主要從以下四個方面:
1)傳質(zhì)性能。傳質(zhì)性能受到通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計、流速范圍、停留時間分布、壓力降等等因素影響。
2)傳熱性能。微反應(yīng)器是一種換熱能力很強的技術(shù)裝備,其換熱能力受流速、溫差、材質(zhì)、換熱介質(zhì)等因素影響。
3)放大的設(shè)計,實驗室研發(fā)型微反應(yīng)器到工業(yè)化微反應(yīng)器應(yīng)當保持比較好的傳質(zhì)、傳熱、停留時間一致性。
4)材質(zhì)和加工,設(shè)備的耐腐蝕性、密封性、耐壓性、死體積應(yīng)當與具體的工況相匹配。