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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,微通道反應技術依靠其特別的優(yōu)勢成為國內(nèi)外精細化工行業(yè)的研究熱點。典型微通道反應技術的特征是在幾十到幾百微米的通道內(nèi)進行化學反應。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、化學反應過程)規(guī)律提供了指導。然而,為了實現(xiàn)微通道反應技術的工業(yè)化應用,其通道尺寸早已達到了毫米級,得益于先進的通道內(nèi)結構設計,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)點的微通道反應技術不僅將產(chǎn)能和設備體積脫鉤,而且將產(chǎn)能與生產(chǎn)效率有效結合,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。
微反應器的優(yōu)點
(1)可以實現(xiàn)按需生產(chǎn)
微反應系統(tǒng)是模塊化的分布系統(tǒng),可根據(jù)市場情況增減通道數(shù)和更換模塊來調(diào)節(jié)生產(chǎn),具有很高的操作彈性的同時也可在產(chǎn)品使用地分散加工并就地供應,從而克服運輸和儲存大批有害物質(zhì)的安全難題,另外廢棄物的處理系統(tǒng)也可以模塊化、微型化,并同生產(chǎn)模塊集成在一起同,真正實現(xiàn)化工廠的小型化和 便攜化,并能按時按地按需進行生產(chǎn)。
(2)促進化工綠色智能發(fā)展
利用微加工技術可將微混合、微反應、微換熱、微 分離、微分析等單元操作和與之相匹配的微傳感器、微 閥門等器件集成到一塊控制芯片上,實現(xiàn)單一反應芯片的多功能化操作,從而達到對微反應系統(tǒng)的實時監(jiān)測和智能控制,提高反應速度,同時節(jié)省反應成本。例如可以將混合和停留時間功能與換熱在同一區(qū)域進行集成從而產(chǎn)生額外的反應性能。
微反應器技術的硬件設備配備
硬件部分包括微反應器設備和配套設備。微反應器設備從材質(zhì)的角度可分為金屬材質(zhì)和非金屬材質(zhì)、碳化硅材質(zhì),從通道設計的角度可分為簡單通道和復雜通道。怎么樣去評價一款微反應器?
① 傳質(zhì)性能。傳質(zhì)性能受到通道結構的設計、流速范圍、停留時間分布、壓力降等因素影響。
② 傳熱性能。微反應器是一種換熱能力很強的技術裝備,其換熱能力受流速、溫差、材質(zhì)、換熱介質(zhì)等因素影響。
③ 放大的設計,實驗室研發(fā)型微反應器到工業(yè)化微反應器應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,設備的耐腐蝕性、密封性、耐壓性、死體積應當與具體的工況相匹配。
配套設備對于要實現(xiàn)工業(yè)化用途來講同樣重要。微反應器配套包括進料泵、傳感器、閥門、在線監(jiān)測裝置、控制系統(tǒng)及管件閥門等。其中,動部件的壽命、耐腐蝕性、管道的設計等都需要認真考量。
怎么判斷微反應器的適用性呢?
一,物料的流動性。不能說反應體系有固體或者黏度比較大的體系一定不適合微反應器,但是一定要小心謹慎;
第二,快速反應和中速反應在微反應器中有可能性,但是,動力學比較慢的反應可能不是特別適合微反應器。研究表明,微反應器適用于精細化工行業(yè)里面的20%的反應,這20%對于解決18類重點監(jiān)管的危險工藝來說比例相當高。這就是微反應器的意義。