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微反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)
(1)無縫對(duì)接研發(fā)和生產(chǎn)
傳統(tǒng)化工生產(chǎn)是通過反應(yīng)器體積的增大來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的擴(kuò)大,但隨之帶來的是明顯的放大效應(yīng),流動(dòng)、 傳質(zhì)和傳熱的“三傳”問題很突出;而微化工技術(shù)是通過并行增加微反應(yīng)器的數(shù)量進(jìn)行放大。即所謂數(shù)增放大,所以小試良好反應(yīng)條件無須放大即可直接作為生產(chǎn)條件,既減少了操作費(fèi)用,又節(jié)省了空間,完好實(shí)現(xiàn)研發(fā)到生產(chǎn)的無縫對(duì)接。同時(shí),微化工技術(shù)還可以靈活根據(jù)市場變化情況,靈活增加或減少微反應(yīng)器的數(shù)量,做到按時(shí)按地按需生產(chǎn)。
(2)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的本質(zhì)安全
微反應(yīng)器控溫能力好,制冷能力往往也很高,能量的減少可以降低boom的潛在危險(xiǎn)性,有效保證系統(tǒng)的安全而且,微反應(yīng)器中反應(yīng)物的量屬于微量級(jí)別,即使產(chǎn)物為有毒有害物質(zhì),也因?yàn)閱挝粫r(shí)間產(chǎn)生的產(chǎn)物量很少,在相當(dāng)程度上降低了安全事故的危害性。因此微反應(yīng)系統(tǒng)有望使化工生產(chǎn)擺脫高危險(xiǎn)的桎梏,實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。
怎么判斷微反應(yīng)器的適用性呢?
一,反應(yīng)本身是不是受傳質(zhì)控制。一般來講,液-液非均相反應(yīng)、氣-液非均相反應(yīng)、氣-液-固三相催化反應(yīng)、需要?jiǎng)×覕嚢杌蛘叽嬖诜糯笮?yīng)的體系受傳質(zhì)控制,這些體系往往比較適合用微反應(yīng)器;
第二,反應(yīng)體系是否受傳熱的限制。如果反應(yīng)體系的溫度很低、反應(yīng)過程需要滴加、放熱劇烈反應(yīng)、稀釋反應(yīng)體系,由于傳統(tǒng)反應(yīng)釜傳熱面積的限制往往存在傳熱限制,這類反應(yīng)在微反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)的可能性會(huì)比較大。
微通道反應(yīng)器是如何控制反應(yīng)溫度和時(shí)間的
1 對(duì)反應(yīng)溫度的控制:微反應(yīng)設(shè)備極大的比表面積決定了微通道反應(yīng)器有極大的換熱效率,即使是反應(yīng)瞬間釋放出大量熱量,微通道反應(yīng)器也可及時(shí)將其導(dǎo)出,維持反應(yīng)溫度穩(wěn)定。而在常規(guī)反應(yīng)器中的強(qiáng)放熱反應(yīng),由于換熱效率不夠高,常常會(huì)出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。而局部過熱往往導(dǎo)致副產(chǎn)物生成,這就導(dǎo)致收率和選擇性下降。而且,在生產(chǎn)中劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱量如果不能及時(shí)導(dǎo)出,會(huì)導(dǎo)致沖料事故甚至發(fā)生boom。
2 對(duì)反應(yīng)時(shí)間的控制:常規(guī)的批次反應(yīng),往往采用將反應(yīng)物逐漸滴加的方式來防止反應(yīng)過于劇烈。這就使一部分物料的停留時(shí)間過長。而在很多反應(yīng)中,反應(yīng)物、產(chǎn)物、或中間過渡態(tài)產(chǎn)物在反應(yīng)條件下停留時(shí)間一長就會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物的產(chǎn)生,使反應(yīng)收率降低。而微通道反應(yīng)器采取的是微管道中的連續(xù)流動(dòng)反應(yīng),可以控制物料在反應(yīng)條件下的停留時(shí)間。一旦達(dá)到反應(yīng)時(shí)間就立即將物料傳遞到下一步反應(yīng),或終止反應(yīng),這樣就有效避免了因反應(yīng)時(shí)間長而導(dǎo)致的副產(chǎn)物。
連續(xù)流化學(xué)提高了化學(xué)反應(yīng)的效率
連續(xù)流化學(xué)的生產(chǎn)手段正在制藥研發(fā)中受到重視,考慮到其以下優(yōu)勢:更好的工藝過程,安全性更優(yōu)的質(zhì)量空間,節(jié)省更高的產(chǎn)能,以其簡單的形式,連續(xù)流動(dòng)化學(xué)始于兩種以上的物料,比如起始反應(yīng)物,這些物料流以設(shè)定流速用泵打入反應(yīng)艙室、反應(yīng)管,流進(jìn)反應(yīng)艙室的不同反應(yīng)物料在此進(jìn)行混合和反應(yīng)。
根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和物料流速,需要保證反應(yīng)物料在微型反應(yīng)器中達(dá)到某一特定的停留時(shí)間,從而獲得預(yù)期的反應(yīng)轉(zhuǎn)換率,相繼,從微型反應(yīng)器出口流出的物料用燒瓶或其它適當(dāng)?shù)娜萜魇占饋怼?