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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(jī)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(shí)現(xiàn)每小時(shí)上萬(wàn)升的流量。
微反應(yīng)器的微結(jié)構(gòu)大的缺點(diǎn)是固體物料無(wú)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(wú)法連續(xù)進(jìn)行。
目前這一問題主要是通過改進(jìn)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)來解決。例如拜耳-埃爾費(fèi)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(shì),在這種趨勢(shì)下,微通道反應(yīng)技術(shù)依靠其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為國(guó)內(nèi)外精細(xì)化工行業(yè)的研究熱點(diǎn)。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(jìn)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(dòng)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(shí)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(dá)到了毫米級(jí),得益于先進(jìn)的通道內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)高通量的同時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)良好的傳質(zhì)與傳熱性能。同時(shí)具有微量和連續(xù)流動(dòng)優(yōu)點(diǎn)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(xì)化工本質(zhì)安全水平及其經(jīng)濟(jì)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(jì),大約有30%的精細(xì)化工反應(yīng)可以在微反應(yīng)器中進(jìn)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(shì)集中體現(xiàn)在以下類型的反應(yīng)。
1、劇烈放熱的反應(yīng)
對(duì)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(huì)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)分解而降低產(chǎn)品收率。微反應(yīng)器系統(tǒng)是連續(xù)流動(dòng)體系,反應(yīng)的停留時(shí)間可以精準(zhǔn)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(píng)價(jià)一款微反應(yīng)器?主要從以下四個(gè)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(jì)、流速范圍、停留時(shí)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(qiáng)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(jì),實(shí)驗(yàn)室研發(fā)型微反應(yīng)器到工業(yè)化微反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)保持比較好的傳質(zhì)、傳熱、停留時(shí)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(dāng)與具體的工況相匹配。