Mikroreaktör veya Mikro Yapılı Reaktör veya Mikrokanal Reaktörü

Mikroreaktör Teknolojisinin Kısa Eğitimi

Mikroreaktör teknolojisi, özellikle kimyasallar, pestisitler, ilaçlar, mikro malzemeler ve nano malzemeler gibi ince kimyasalların hazırlanması için yeşil kimyasal sentez elde etmek için esas olarak proses yoğunlaştırma yoluyla yeni bir teknolojidir. Mikroreaktör teknolojisi, 1990'lı yıllarda ortaya çıkmış bir mikro-kimyasal teknolojidir. Mevcut reaktörün basit bir küçültülmesi değil, malzeme teknolojisi, mikro fabrikasyon teknolojisi, sensör teknolojisi ve kontrol teknolojisi gibi çeşitli unsurları birleştiren yeni kapsamlı sistemlerden biridir. Mikroreaktör, reaksiyon, karıştırma, ayırma ve diğer işlevleri gerçekleştirmek için çekirdek olarak mikron ölçekli yapısal kanallara sahip yeni bir minyatür sürekli akış boru hattı reaktörüdür. Bir mikro kanal reaktörünün "mikro" terimi, mikro reaktör cihazının küçük boyutuna veya küçük ürün verimine atıfta bulunmaz, bunun yerine akışkan kanalların mikrometre veya milimetre ölçeğinde olduğu anlamına gelir. Mikro reaksiyon süreci, bu cihazlar tarafından oluşturulan reaksiyon sistemi sürecini ifade eder. Mikro reaksiyon sistemi, kimyasal işlem için bir mikro sistem olan mikro kimyasal sistem olarak da adlandırılır. Mikrokimyasal sistemin tasarımı ve geliştirilmesi, sistemdeki akış, karıştırma ve transfer işlemlerinin hız ve kontrol edilebilirliğini, tamamlanma süresini güçlendirerek, ekipmanın işleme kapasitesini düşürmeden kimyasal ekipmanın minyatürleştirilmesi fikrine dayanmaktadır. yeşil, güvenli ve verimli kimyasal süreci gerçekleştirmek için reaksiyon ve ayrılma kısaltılır, süreçteki malzemelerin durgunluğunu azaltır, yan ürün oluşumunu azaltır. Mikroreaktör teknolojisi, tıp, pestisitler, ince kimyasal ürünler ve ara sentez alanlarında yaygın olarak kullanılan kimyasal proses yoğunlaştırma alanında önemli gelişme yönlerinden biri haline gelmiştir.

Bir mikro reaktör veya mikro yapılı reaktör veya mikro kanal reaktörü, kimyasal reaksiyonların tipik yanal boyutları 1 mm'nin altında olan bir kapalı alanda gerçekleştiği bir cihazdır; bu tür hapsetmelerin en tipik biçimi mikrokanallardır. Mikroreaktörler, fiziksel süreçlerin meydana geldiği diğer cihazlarla (mikro ısı eşanjörleri gibi) birlikte mikro proses mühendisliği alanında incelenir. Mikroreaktörler, akış kimyasının mikron ölçeğinde gerçekleştirilmesine izin vermek için mikrofabrike yapılar içerir. Mikro reaktör genellikle sürekli akışlı bir reaktördür (kesikli reaktörün aksine). Mikro reaktörler, geleneksel ölçekli reaktörlere göre, enerji verimliliği, reaksiyon hızı ve verimi, güvenlik, güvenilirlik, ölçeklenebilirlik, yerinde/talep üzerine üretim ve çok daha hassas bir proses kontrolü derecesi dahil olmak üzere birçok avantaj sunar.

Mikroreaktörün Teknik Özellikleri

• Geniş özgül yüzey alanı ve iyi ısı transferi------Mikro reaktörün içindeki mikro yapı nedeniyle, özgül yüzey alanı çok geniştir ve bu, çalkalama kabının özgül yüzey alanının yüzlerce hatta binlerce katı olabilir. Bu nedenle , iyi ısı ve kütle transfer kapasitesine sahiptir. Isı değişim katsayısı genellikle en az 25kW m - 2K - 1'dir, bu da malzemelerin anında tekdüze karışımını ve verimli ısı transferini gerçekleştirebilir.
• Yüksek kütle aktarım verimliliği ve hızlı reaksiyon hızı-------Mikrokanal reaktörü birçok mikrokanal içerebilir ve mikrokanallardaki gaz ve sıvı akışkanlar 10-4 ila 10-6m/s arasında akış geçirebilir. sıvıların karıştırma reaksiyon süreci, malzemelerin anlık ve tek tip karıştırma reaksiyonunu gerçekleştirebilir ve sıradan kimyasal reaksiyonların reaksiyonunu yapabilir. Süre, saatlerden - onlarca saatten saniyelere - dakikalara düşürülür ve yüksek verim elde edilir.
• Verimi artırmak için reaksiyon sıcaklığının ve süresinin doğru kontrolü-------Mikro reaktörün mükemmel ısı transfer özellikleri, reaksiyon sıcaklığının belirli bir aralıkta hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar; bu, ara ürünler ve termal olarak kararsız bazı reaksiyonlar için büyük önem taşır. ince kimyasal ürünler. Tepkenler mikrokanal reaktöründe sürekli olarak akar. Hammaddelerin reaksiyon koşulları altında kalma süresi hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Optimum reaksiyon süresine ulaşıldığında, hemen bir sonraki adıma geçilir veya reaksiyon sonlandırılır; bu, uzun reaksiyon süresi nedeniyle oluşan yan ürünleri etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir ve verimi artırabilir.
• Daha az sıvı tutma kapasitesi, sürekli üretim için daha güvenli ve daha çevre dostu-------Mikro reaktörün iyi ısı transferi sayesinde, reaksiyon sıcaklığı aşırı derecede birikmez ve belirli bir aralıkta doğru bir şekilde kontrol edilerek potansiyel riski azaltabilir patlama. Mikroreaktörler normalde sürekli olarak çalıştırılır, mikroreaktördeki reaktanların miktarı çok azdır. Bu, kararsız ara ürünlerin müteakip işlenmesine izin verir ve tipik toplu çalışma gecikmelerini önler. Kararsız reaksiyon ortamının kalma süresi çok kısadır ve reaksiyon ara ürünü veya nihai ürün toksik ve zararlı maddeler olsa bile bozulmaz. güvenlik kazaları önemli ölçüde azalır. Kesikli proseste gerçekleştirilemeyen ancak mikro reaktörlerde gerçekleştirilebilen birçok kuvvetli ekzotermik reaksiyon, nitrifikasyon gibi önemli reaksiyonlar bile yüksek sıcaklıkta güvenle gerçekleştirilebilir.
• Bir mikro reaktör kimyasalları yalnızca küçük miktarlarda sentezleyebilse de, ölçeği endüstriyel hacimlere büyütmek, basitçe mikro reaktör sayısını çoğaltma işlemidir. Buna karşılık, toplu süreçler genellikle laboratuvarda iyi performans gösterir, ancak toplu pilot fabrika düzeyinde başarısız olur.
• Mikro reaktör teknolojisi, zamanında, yerinde ve ısmarlama üretimi gerçekleştirmek için sistemdeki mikro reaktör modüllerinin sayısını pazar değişikliklerine göre esnek bir şekilde artırabilir veya azaltabilir.
• Mikro işleme teknolojisi, mikro karıştırma, mikro reaksiyon, mikro ısı değişimi, mikro ayırma, mikro analiz ve diğer birim işlemleri ve eşleşen mikro sensörleri, mikro valfleri ve diğer cihazları bir platforma entegre etmek için kullanılabilir. mikro reaksiyon sisteminin gerçek zamanlı izlenmesini ve akıllı kontrolünü sağlamak, reaksiyon hızını artırmak ve aynı zamanda reaksiyon maliyetinden tasarruf etmek için platformlaştırma veya çip tabanlı çok işlevli işlemi gerçekleştirmek için bir kontrol çipi.

Mikroreaktörler İçin Uygun Reaksiyon Tipleri

Şimdiye kadar, çok amaçlı mikroreaktör hala homojen reaksiyonla sınırlıdır ve bir dereceye kadar gaz-sıvı faz ve sıvı-sıvı faz reaksiyonu ile sınırlıdır. İstatistiklere göre, verimi, seçiciliği veya güvenliği artırmak için ince kimyasal reaksiyonların yaklaşık yüzde 30'u mikro reaktörlerde gerçekleştirilebilir. Mikroreaktörün avantajları esas olarak aşağıdaki reaksiyon türlerine yansır:

• Şiddetli ekzotermik reaksiyonlar-------Şiddetli ekzotermik reaksiyonlar için, geleneksel reaktör işlemi genellikle kademeli damla damla ekleme veya toplu ekleme yöntemini benimser. Buna rağmen, yine de yerel aşırı ısınma olacak ve belirli miktarda yan ürün üretilecektir. Mikroreaktörün iyi ısı transfer özelliklerine bağlı olarak, reaksiyon sıcaklığı tam olarak kontrol edilebilir, yerel aşırı ısınma ortadan kaldırılabilir ve ürün verimi ve seçiciliği önemli ölçüde geliştirilebilir.
• Kararsız tepkenler veya ürünlerle reaksiyon------Bazı tepkenler veya ürünler çok kararsızdır ve bir kalma süresinden sonra ayrışarak ürünlerin verimini düşürür. Mikroreaktör sistemi sürekli bir akış sistemidir ve reaksiyonun kalma süresi doğru bir şekilde kontrol edilebilir. Bu nedenle, geleneksel reaktörde reaktanların veya ürünlerin kararsızlığından kaynaklanan ayrışma önlenebilir.
• Tepkenlerin oranıyla ilgili katı gerekliliklerle hızlı reaksiyon------Bazı reaksiyonların, reaktanların oranıyla ilgili katı gereksinimleri vardır ve reaktanlardan birinin fazlalığı yan reaksiyonlara neden olur, örneğin mono-ikame gerektiren reaksiyonlar, iki ikameli ve üç ikameli ürünler oluşur. Mikroreaktör sistemi, her bir reaktanın yerel olarak fazla olması sorununu ortadan kaldıran ve yan ürünleri en aza indiren homojen karışımı anında sağlayabilir.
• Tehlikeli kimyasal reaksiyonlar ve yüksek sıcaklık ve yüksek basınç reaksiyonları------Kolayca kontrolden çıkan bazı kimyasal reaksiyonlar, kontrolden çıktıktan sonra reaksiyon sıcaklığının ve basıncının keskin bir şekilde artmasına neden olur, reaktanlar patlamaya bile neden olur. Reaksiyon ısısı hızlı bir şekilde dışarı aktarılabildiğinden ve mikro reaktör sürekli akış reaksiyonu olduğundan, çevrim içi kimyasalların miktarı çok azdır, bu nedenle mikro reaktörlerde reaksiyonun güvenliği garanti edilir.

Tabii ki, çok yavaş sıvı-katı reaksiyonları, ekzotermik ve endotermik olayları olmayan reaksiyonlar ve geleneksel prosesler zaten yüksek seçiciliğe ve verim reaksiyonlarına sahip olduğu için tüm reaksiyonlar mikroreaktör sistemleri için uygun değildir.

Mikroreaktörlerin Uygulama Tuzakları

• Partikülleri işlemek için yapılmış reaktörler olmasına rağmen, mikro reaktörler genellikle partikülleri iyi tolere etmezler ve genellikle tıkanırlar. Tıkanma, bir dizi araştırmacı tarafından mikro reaktörlerin[8] kesikli reaktörlere faydalı bir alternatif olarak kabul edilmesinin önündeki en büyük engel olarak tanımlanmıştır.
• Mekanik pompalama, dezavantajlı olabilen atımlı bir akış oluşturabilir. Düşük titreşimli pompaların geliştirilmesi için çok çalışma yapılmıştır. Sürekli akış çözümü elektroozmotik akıştır (EOF).
• Korozyon, mikro reaktörlerde daha büyük bir sorun oluşturur çünkü alan/hacim oranı yüksektir. Geleneksel kaplarda birkaç µm'lik bozunma fark edilmeyebilir. Kanalların tipik iç boyutları aynı büyüklük sırasında olduğundan, özellikler önemli ölçüde değişebilir.
• Mikroreaktör sistemi, mikroreaktör sayısını çoğaltarak endüstriyel hacimlere ölçeklenebilmesine ve maliyeti azaltabilmesine rağmen, mikroreaksiyon sisteminin işleme kapasitesi de büyük ölçüde sınırlıdır. Mikroreaktörlerin sayısı büyük ölçüde artarken, mikroreaksiyon izleme ve kontrol sisteminin karmaşıklığı da büyük ölçüde artar ve gerçek üretim için yatırım ve işletme maliyeti de büyük ölçüde artar.

Uygulamalar

SSS

 

Popüler Etiketler: mikro reaktör veya mikro yapılı reaktör veya mikro kanallı reaktör, tedarikçiler, üreticiler, fabrika, toptan satış, satın al