Mikroreaktor yoki mikro tuzilmali reaktor yoki mikrokanal reaktor

Mikroreaktor texnologiyasi bo'yicha qisqacha ko'rsatma

Mikroreaktor texnologiyasi asosan kimyoviy moddalar, pestitsidlar, dori-darmonlar, mikro-materiallar va nano-materiallar kabi nozik kimyoviy moddalarni tayyorlash uchun yashil kimyoviy sintezga erishish uchun jarayonni kuchaytirish orqali yangi texnologiyadir. Mikroreaktor texnologiyasi 1990-yillarda paydo bo'lgan mikro-kimyoviy texnologiyadir. Bu mavjud reaktorni oddiy qisqartirish emas, balki material texnologiyasi, mikro-fabrika texnologiyasi, sensor texnologiyasi va boshqaruv texnologiyasi kabi turli elementlarni birlashtirgan yangi keng qamrovli tizimlardan biridir. Mikroreaktor - bu reaktsiya, aralashtirish, ajratish va boshqa funktsiyalarni amalga oshirish uchun yadro sifatida mikron o'lchovli tizimli kanallarga ega bo'lgan yangi turdagi miniatyuralashtirilgan uzluksiz oqim quvur liniyasi reaktoridir. Mikrokanalli reaktorning "mikro"si mikroreaktor qurilmasining kichik o'lchamini yoki kichik mahsulot rentabelligini emas, balki suyuqlik kanallarining mikrometr yoki millimetr shkalasida ekanligini anglatadi. Mikroreaktsiya jarayoni bu qurilmalar tomonidan qurilgan reaktsiya tizimi jarayoniga ishora qiladi. Mikroreaktsiya tizimi kimyoviy jarayon uchun mikro tizim bo'lgan mikrokimyoviy tizim deb ham ataladi. Mikrokimyoviy tizimni loyihalash va ishlab chiqish kimyoviy asbob-uskunalarni qayta ishlash quvvatini kamaytirmasdan, oqim tezligini va nazorat qilinishini kuchaytirish, tizimdagi aralashtirish va uzatish jarayonlarini, tugatish vaqtini kuchaytirish g'oyasiga asoslanadi. Yashil, xavfsiz va samarali kimyoviy jarayonni amalga oshirish uchun reaktsiya va ajralish qisqaradi, jarayonda materiallarning turg'unligini kamaytiradi, yon mahsulotlarning shakllanishini kamaytiradi. Mikroreaktor texnologiyasi tibbiyot, pestitsidlar, nozik kimyoviy mahsulotlar va oraliq sintez sohalarida keng qo'llaniladigan kimyoviy jarayonlarni intensivlashtirish sohasidagi muhim rivojlanish yo'nalishlaridan biriga aylandi.

Mikroreaktor yoki mikrostrukturali reaktor yoki mikrokanalli reaktor - bu odatda lateral o'lchamlari 1 mm dan past bo'lgan kamerada kimyoviy reaktsiyalar sodir bo'ladigan qurilma; bunday qamoqqa olishning eng tipik shakli mikrokanallardir. Mikroreaktorlar fizik jarayonlar sodir bo'ladigan boshqa qurilmalar (masalan, mikro issiqlik almashinuvchilari) bilan birga mikro jarayonlar muhandisligi sohasida o'rganiladi. Mikroreaktorlar mikron miqyosda oqim kimyosini amalga oshirishga imkon beradigan mikrofabrikali tuzilmalarni o'z ichiga oladi. Mikroreaktor odatda uzluksiz oqim reaktoridir (partiyali reaktordan farq qiladi). Mikroreaktorlar an'anaviy masshtabli reaktorlarga nisbatan juda ko'p afzalliklarga ega, jumladan energiya samaradorligi, reaksiya tezligi va rentabelligi, xavfsizligi, ishonchliligi, masshtabliligi, joyida/talab bo'yicha ishlab chiqarish va jarayonni boshqarishning ancha nozik darajasi.

Mikroreaktorning texnik xususiyatlari

• Katta o'ziga xos sirt maydoni va yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi------Mikroreaktor ichidagi mikro tuzilma tufayli uning o'ziga xos sirt maydoni juda katta, bu aralashtiruvchi idishning o'ziga xos sirt maydonidan yuzlab va hatto minglab marta bo'lishi mumkin.Shuning uchun , u yaxshi issiqlik va massa uzatish qobiliyatiga ega. Issiqlik almashinuvi koeffitsienti odatda kamida 25 kVt m - 2K - 1 ni tashkil qiladi, bu bir zumda bir xil aralashtirish va materiallarning samarali issiqlik o'tkazuvchanligini amalga oshirishi mumkin.
• Yuqori massa uzatish samaradorligi va tez reaksiya tezligi-------Mikrokanalli reaktor koʻplab mikrokanallarni oʻz ichiga olishi mumkin va mikrokanallardagi gaz va suyuq suyuqliklar oqimni 10-4 dan 10-6 m/s gacha, suyuqliklarni aralashtirish reaktsiyasi jarayoni materiallarning bir lahzali va bir xil aralashtirish reaktsiyasini amalga oshirishi va oddiy kimyoviy reaktsiyalar reaktsiyasini amalga oshirishi mumkin. Vaqt soatlardan o'nlab soatlardan soniyalarga qisqaradi va yuqori o'tkazuvchanlikka erishiladi.
• Hosildorlikni oshirish uchun reaksiya harorati va vaqtini aniq nazorat qilish-------Mikroreaktorning mukammal issiqlik o‘tkazuvchanligi reaksiya haroratini ma’lum diapazonda aniq nazorat qilish imkonini beradi, bu esa oraliq mahsulotlar ishtirokidagi ayrim reaksiyalar uchun katta ahamiyatga ega va termal jihatdan beqaror. nozik kimyoviy moddalardagi mahsulotlar. Mikrokanalli reaktorda reaktivlar uzluksiz oqadi Reaksiya sharoitida xomashyoning qolish muddatini aniq nazorat qilish mumkin. Optimal reaktsiya vaqtiga erishilgandan so'ng, u darhol keyingi bosqichga o'tkaziladi yoki reaktsiya to'xtatiladi, bu uzoq reaktsiya vaqti tufayli hosil bo'lgan qo'shimcha mahsulotlarni samarali ravishda yo'q qilishi va hosilni yaxshilashi mumkin.
• Suyuqlikni ushlab turish sig‘imi kamroq, uzluksiz ishlab chiqarish uchun xavfsizroq va ekologik toza-------Mikroreaktor yaxshi issiqlik o‘tkazuvchanligi tufayli reaksiya harorati haddan tashqari to‘planmaydi va ma’lum diapazonda aniq nazorat qilinadi, bu esa potentsial xavfni kamaytirishi mumkin. portlashdan. Mikroreaktorlar odatda uzluksiz ishlaydi, mikroreaktordagi reaktivlar miqdori juda kichik. Bu barqaror bo'lmagan oraliq mahsulotlarni keyinchalik qayta ishlashga imkon beradi va odatdagi partiyani ishlash kechikishlaridan qochadi. Turg'un bo'lmagan reaksiya muhitining yashash muddati juda qisqa va oraliq yoki yakuniy mahsulot zaharli va zararli moddalar bo'lsa ham, parchalanmaydi, shuningdek, vaqt birligida ishlab chiqarilgan mahsulot miqdori kichik va yashash muddati qisqa bo'lganligi sababli, zararli xavfsizlik baxtsiz hodisalari sezilarli darajada kamaydi. Partiya jarayonida amalga oshirilmaydigan, ammo mikroreaktorlarda amalga oshirilishi mumkin bo'lgan ko'plab kuchli ekzotermik reaktsiyalar, hatto nitrifikatsiya kabi asosiy reaktsiyalar ham yuqori haroratda xavfsiz tarzda amalga oshirilishi mumkin.
• Mikroreaktor kimyoviy moddalarni faqat oz miqdorda sintez qilishi mumkin bo'lsa-da, sanoat hajmiga ko'paytirish mikroreaktorlar sonini ko'paytirish jarayonidir. Bundan farqli o'laroq, partiyaviy jarayonlar ko'pincha laboratoriyada yaxshi ishlaydi, lekin partiyaviy pilot zavod darajasida muvaffaqiyatsiz bo'ladi.
• Mikroreaktor texnologiyasi, shuningdek, o'z vaqtida, joyida va buyurtma asosida ishlab chiqarishni amalga oshirish uchun bozor o'zgarishlariga qarab tizimdagi mikro-reaktor modullari sonini moslashuvchan ravishda oshirishi yoki kamaytirishi mumkin.
• Mikro-qayta ishlash texnologiyasi mikro-aralashtirish, mikro-reaktsiya, mikro-issiqlik almashinuvi, mikro-ajratish, mikro-tahlil va boshqa birlik operatsiyalarini va mos keladigan mikro-sensorlarni, mikro-klapanlarni va boshqa qurilmalarni platformaga yoki hattoki birlashtirish uchun ishlatilishi mumkin. real vaqt rejimida monitoring va mikro-reaktsiya tizimini aqlli boshqarishga erishish, reaktsiya tezligini yaxshilash va bir vaqtning o'zida reaktsiya narxini tejash uchun platformalashtirish yoki chipga asoslangan ko'p funktsiyali operatsiyani amalga oshirish uchun boshqaruv chipi.

Mikroreaktorlar uchun mos reaksiyalar turi

Hozirgacha ko'p maqsadli mikroreaktor hali ham bir jinsli reaktsiya bilan cheklangan va ma'lum darajada gaz-suyuqlik fazasi va suyuqlik-suyuqlik fazasi reaktsiyasi bilan cheklangan. Statistik ma'lumotlarga ko'ra, nozik kimyoviy reaktsiyalarning taxminan 30 foizi hosilni, selektivlikni yoki xavfsizligini yaxshilash uchun mikroreaktorlarda amalga oshirilishi mumkin. Mikroreaktorning afzalliklari asosan quyidagi reaktsiya turlarida namoyon bo'ladi:

• Kuchli ekzotermik reaksiyalar-------Zo'r ekzotermik reaktsiyalar uchun an'anaviy reaktor jarayoni odatda asta-sekin tomchilab qo'shish yoki to'plam qo'shish usulini qo'llaydi. Shunday bo'lsa ham, mahalliy ortiqcha qizib ketish davom etadi va ma'lum miqdorda qo'shimcha mahsulotlar ishlab chiqariladi. Mikroreaktorning yaxshi issiqlik uzatish xususiyatlari tufayli reaktsiya harorati aniq nazorat qilinishi mumkin, mahalliy qizib ketishni bartaraf etish va mahsulot rentabelligi va selektivligini sezilarli darajada yaxshilash mumkin.
• Beqaror reaktivlar yoki mahsulotlar bilan reaksiya------Ba'zi reaktivlar yoki mahsulotlar juda beqaror bo'lib, ular yashash vaqtidan keyin parchalanadi va mahsulot unumdorligini kamaytiradi. Mikroreaktor tizimi uzluksiz oqim tizimi bo'lib, reaktsiyaning turish vaqti aniq nazorat qilinishi mumkin. Shuning uchun an'anaviy reaktorda reaktivlar yoki mahsulotlarning beqarorligi tufayli parchalanishning oldini olish mumkin.
• Reaktivlar nisbati boʻyicha qatʼiy talablar bilan tezkor reaksiya------Baʼzi reaksiyalarda reaktivlar nisbati boʻyicha qatʼiy talablar qoʻyiladi va reaksiyaga kirishuvchi moddalardan birining ortiqligi yon reaksiyalarni keltirib chiqaradi, masalan, mono-almashtirishni talab qiladigan reaksiyalar, ikki va uch o'rnini bosuvchi mahsulotlar hosil bo'ladi. Mikroreaktor tizimi bir zumda bir hil aralashtirishga erishishi mumkin, bu har bir reaktivning mahalliy ortiqcha bo'lishi muammosini oldini oladi va qo'shimcha mahsulotlarni kamaytiradi.
• Xavfli kimyoviy reaktsiyalar va yuqori harorat va yuqori bosim reaktsiyalari------Osonlik bilan nazoratdan chiqib ketadigan ba'zi kimyoviy reaksiyalar, nazoratdan chiqib ketganda, reaksiya harorati va bosimining keskin oshishiga olib keladi, reaktivlar hatto portlashni ham teshadi. Reaktsiya issiqligi tezda eksport qilinishi mumkinligi va mikroreaktor doimiy oqim reaktsiyasi bo'lganligi sababli, onlayn kimyoviy moddalar miqdori juda kichik, shuning uchun mikroreaktorlarda reaktsiyaning xavfsizligi kafolatlanadi.

Albatta, barcha reaksiyalar mikroreaktor tizimlari uchun mos emas, masalan, juda sekin suyuqlik-qattiq reaktsiyalar, ekzotermik va endotermik hodisalarsiz reaktsiyalar va an'anaviy jarayonlar allaqachon yuqori selektivlik va rentabellik reaktsiyalariga ega.

Mikroreaktorlarni qo'llash tuzoqlari

• Garchi zarrachalarni qayta ishlash uchun reaktorlar ishlab chiqarilgan bo'lsa-da, mikroreaktorlar odatda zarrachalarga yaxshi toqat qilmaydilar, ko'pincha tiqilib qoladilar. Bir qator tadqiqotchilar tiqilib qolish mikroreaktorlar[8] uchun partiyali reaktorlarga foydali muqobil sifatida keng e'tirof etilgan eng katta to'siq sifatida aniqlangan.
• Mexanik nasos pulsatsiyalanuvchi oqim hosil qilishi mumkin, bu esa noqulay bo'lishi mumkin. Ko'p ishlar past pulsatsiyali nasoslarni ishlab chiqishga bag'ishlangan. Uzluksiz oqim eritmasi elektroosmotik oqimdir (EOF).
• Mikroreaktorlarda korroziya kattaroq muammo tug'diradi, chunki maydon va hajm nisbati yuqori. Bir necha mikron degradatsiyasi an'anaviy idishlarda sezilmasligi mumkin. Kanallarning odatdagi ichki o'lchamlari bir xil darajada bo'lganligi sababli, xarakteristikalar sezilarli darajada o'zgarishi mumkin.
• Mikroreaktorlar tizimi mikroreaktorlar sonini ko'paytirish orqali sanoat hajmiga ko'payishi va xarajatlarni kamaytirishi mumkin bo'lsa-da, mikroreaktsiya tizimining qayta ishlash quvvati ham juda cheklangan. Mikroreaktorlar soni sezilarli darajada oshadi, mikroreaktsiyani monitoring qilish va nazorat qilish tizimining murakkabligi ham sezilarli darajada oshadi va haqiqiy ishlab chiqarish uchun investitsiyalar va foydalanish xarajatlari ham sezilarli darajada oshadi.

Ilovalar

TSS

 

Issiq teglar: mikroreaktor yoki mikro tuzilmali reaktor yoki mikrokanal reaktor, etkazib beruvchilar, ishlab chiqaruvchilar, zavod, ulgurji, sotib olish