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微通道反应器

产品详细介绍
产品特点
产品详细介绍

       微反应器技术是一项用于化学合成的新技术,尤其是用于制备化工、农药、医药等精细化学品以及微米和纳米材料,主要是通过过程强化来实现绿色合成。微反应器技术是90年代兴起的微化工技术,不是现有反应器的简单缩小,而是融合了材料技术、微细加工技术、传感器技术和控制技术等各种要素技术的新的综合系统之一。微反应器是指以微米级结构通道为核心的反应、混合、分离等设备,它是一种新型的、微型化的连续流动的管道式反应器。

       微通道反应器的“微”不是指微反应装置的外形尺寸小或产品产量小,而是表示流体通道在微米或毫米级别。微反应工艺是指通过这些设备构建的反应系统工艺,微反应系统也称之为微化工系统,是以化工过程为对象的微系统。微化工系统的设计开发本着在不降低设备处理能力的前提下将化工装备小型化的思路进行,通过强化系统内流动、混合、传递过程的速率和可控性,缩短反应和分离的完成时间,缩小物料在流程中的滞存量,减少副产品的形成,从而实现化工过程的绿色、安全和高效。微反应器技术在医药、农药、精细化工产品以及中间体合成等领域中得到越来越广泛的应用,成为化工过程强化领域的重要发展方向之一。

       微反应器是利用特征尺寸在10-300μm的微通道化工设备实现化工过程“三传一反”的一种新型过程强化技术,外形尺寸微小、工艺流体的通道在微米级别、包含上千万个微通道保证高产量。

       目前为止,多用途的微反应器还局限于均相反应,且在一定程度上局限于气-液和液-液反应。据统计,大约有30%的精细化工反应可以在微反应器中进行,并且在收率、选择性或安全性等方面得到较大提高。微反应器的的优势集中体现在以下类型的反应:剧烈放热的反应、反应物或产物不稳定的反应、反应物配比要求很严的快速反应、危险化学反应以及高温高压反应。当然,也不是所有的反应都适合微反应器系统的,例如很慢的液-固反应、反应无放热和吸热现象;传统工艺的选择性和收率已经很高的反应。

       微反应器在国内发展10多年,精细化工反应体系很多。微反应器有静态板式反应器,静态管反,微填充反应器,动态高剪切反应器等。根据不同反应体系设计不同的反应器流道结构,微通道反应器让工艺与设备的完美匹配来强化化学反应三传一反。

产品特点

       微反应器也称为微通道反应器,是指以反应为主要目的,以一个或多个反应界面宽度为微米量级的微反应器为主,同时还可能包括有微换热、微分离、微萃取等。

       辅助装置以及微传感器和微执行器等关键组件的一种单元化学反应系统。微反应器主要是对质量和热量传递过程的强化及流体流动方式的改进,但基本不改变反应机理和反应动力学特性。微反应器及其他微通道设备中的微通道通过精密加工技术制造而成,特征尺寸一般在1到1000微米之间。微反应器设备具有与普通反应设备完全不同的几何特性:狭窄规整的微通道、非常小的反应空间和非常大的比表面积。微反应器通常是连续流反应器,与间歇式反应器相比,微反应器具有许多优势,包括在能效、反应速度和收率、安全性、可靠性、可扩展性、现场/按需生产以及更精细的过程控制方面的巨大改进。

       1、表面积大,传热效果好------由于微反应器内部的微观结构,其比表面积很大,可以是搅拌槽比表面积的数百倍甚至数千倍,因此具备良好的传热传质能力,热交换系数通常至少为25kWm−2K−1,可以实现物料的瞬时均匀混合和高效传热。微反应器可以进行更好的动力学研究,因为影响反应速率的局部温度梯度比任何分批容器中的温度梯度小得多,加热和冷却微反应器也要快得多,操作温度可以低到−100°C。

       2、传质效率高,反应速度快-------微通道反应器中可以包含众多的微型通道,气、液相流体在微通道的能够实现10-4~10-6m/s的高速流动,流体在微通道反应器中混合反应过程在很大程度上是基于扩散混合机制,其反应时间与限速距离的平方成正比,因此可以实现物料的瞬时均匀混合反应,让普通的化学反应的反应时间从几小时-几十小时缩短到几秒钟-几分钟并实现很高的产量。

       3、精确控制反应温度和时间,提高收率------微反应器出色的传热特性使得反应温度能精确控制在一定范围内,这对于精细化工中涉及中间产物和热不稳定产物的部分反应具有重大意义;反应物在微通道反应器中是连续流动的物料在反应条件下的停留时间可以精确控制,一旦达到最佳反应时间就立即传递到下一步或终止反应,可以有效消除因反应时间过长而产生的副产物提高收率。

       4、持液量少、连续化生产更安全环保------由于微反应器良好的传热,使得反应温度不会过度堆积,并精准控制在一定范围内,可以降低爆炸的潜在危险性,微反应器中反应物的量属于微量级别,并且通常是连续化生产,不稳定的反应中间体停留时间很短、不会产生衰变,即使反应中间体或最终产物为有毒有害物质,也因为单位时间产生的产物量很少、停留时间短,在相当程度上降低了安全事故的危害性。许多在常规反应器中无法实现的强放热反应可以在微反应器中实现,甚至硝化等关键反应也可以在高温下安全地进行。因此微反应系统有望使化工生产摆脱高危险的桎梏,实现系统本质的安全。

       5、增量放大,工业化进程快------微反应器结构往往采用分层结构,先以子单元形成单元,再以单元形成较大单元,便于微反应器以“增数放大”的方式调整生产规模,没有传统化工工业化、规模化实现过程中的“放大效应”,避免传统化工逐级放大后的工艺调整,可实现实验室新工艺研发到中等规模工业化生产的无缝对接,使研究成果迅速转化为生产力。

       6、市场应变能力强-----微化工技术还可以灵活根据市场变化情况,灵活增加或减少系统内微反应器模块的数量,做到按时按地按需生产。

       7、促进化工绿色智能发展------利用微加工技术可将微混合、微反应、微换热、微分离、微分析等单元操作和与之相匹配的微传感器、微阀门等器件集成到一个平台甚至一块控制芯片上,实现平台化或芯片化的多功能化操作,从而达到对微反应系统的实时监测和智能控制,提高反应速度,同时节省反应成本。

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