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目前微反應器在化工工藝過程的研究與開發(fā)中已經得到廣泛的應用,商業(yè)化生產中的應用正日益增多。其主要應用領域包括有機合成過程,微米和納米材料的制備和日用化學品的生產。在化工生產中,新的Miprowa技術已經可以實現(xiàn)每小時上萬升的流量。
微反應器的微結構大的缺點是固體物料無法通過微通道,如果反應中有大量固體產生,微通道極易堵塞,導致生產無法連續(xù)進行。
目前這一問題主要是通過改進反應器的設計來解決。例如拜耳-埃爾費爾德微技術公司開發(fā)的閥式混合器(反應器)可以用于快速沉淀反應,基于這一技術,拜耳公司成功開發(fā)了商業(yè)化生產工藝,用于生產高的性能的微米材料和納米材料。
迄今為止國內外學術界對微反應器已進行了廣泛的研究,對它的原理和特性有了較好的認識,且在微反應器的設計、制造、集成和放大等方面都取得了可喜的成績。但是對它的研究還不夠成熟,傳統(tǒng)的“三傳一反”理論必須進行修正、補充和創(chuàng)新,反應的一些原理還沒有探討清楚,還需要大量的工作。另外在它的制造、催化劑的壁載和系統(tǒng)的自動控制方面還存在許多技術難點,有必要進行微反應系統(tǒng)中表面和界面現(xiàn)象、傳遞規(guī)律、反應特性和放大集成的深人研究。
21世紀由于環(huán)境惡化以及能源枯竭等一系列問題,使化學工業(yè)面臨前面沒有的機遇和挑戰(zhàn),由于微反應器表現(xiàn)出的諸多優(yōu)點,科學界致力于探索新的反應途徑使化工生產更加經濟和環(huán)保。所以我們有必要相信微反應器將在化學工業(yè)中發(fā)揮出巨大的作用。
千萬別小看了微通道反應器
微通道反應器,利用precise加工技術制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之間的微型反應器,微反應器的“微”表示工藝流體的通道在微米級別,而不是指微反應設備的外形尺寸小或產品的產量小。微反應器中可以包含有成百萬上千萬的微型通道,因此也實現(xiàn)很高的產量。
微通道反應器特別的結構給它帶來了一系列的性能,故它被應用到許多領域中。例如對于小規(guī)模的光化學過程,采用透明的微反應器可有利于薄流體層靠近輻射源。德國美因茲微技術研究所開發(fā)了一種平行盤片結構的電化學微反應器。
微通道反應器是如何控制反應溫度和時間的
1 物料以比例瞬間均勻混和:在那些對反應物料配比要求很嚴格的快速反應中,如果混合不夠好,就會出現(xiàn)局部配比過量,導致產生副產物,這一現(xiàn)象在批次反應器中很難避免,而微通道反應器的反應通道一般只有數(shù)十微米,物料可以按配比快速均勻混和,從而避免了副產物的形成。
2 結構保證安全:與間歇式反應釜不同,微通道反應器采用連續(xù)流動反應,因此在反應器中停留的化學品數(shù)量總是很少的,即使萬一失控,危害程度也非常有限。而且,由于微通道反應器換熱效率極高,即使反應突然釋放大量熱量,也可以被迅速導出,從而保證反應溫度的穩(wěn)定,減少了發(fā)生安全事故和質量事故的可能性。