微反應器的主要特征及其優(yōu)缺點
微反應器,即微通道反應器,利用精密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(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應器中可以包含成百萬上千萬的微型通道,因此也實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。
微反應器的主要特征
1、大比表面積:強化了傳質(zhì)、傳熱;縮短了擴散時間,實現(xiàn)流體間的快速均勻混合以及等溫操作;通道內(nèi)作用力主要為:界面張力,粘性應力以及毛細管力。
2、獨特的流動行為:流體流動通常屬于層流;具有很強的方向性、對稱性和高度有序性;具有窄的停留時間分布和均勻的傳質(zhì)過程;便于對過程進行精確的理論描述和模擬。
3、催化劑的高通量篩選:催化劑用量少,操作連續(xù),安全;適用于含有毒物質(zhì)、易爆、危險的反應。
4、無放大效應:通過集成眾多的反應器可以處理大批量的原料;節(jié)省從實驗室研發(fā)到工業(yè)過程的時間和成本。
微反應器的優(yōu)點
1、傳質(zhì)、傳熱效率高,傳質(zhì)速度快,轉化率和收率高;
2、比表面積大。具有很大的熱交換效率;
3、在降低能耗的同時提高產(chǎn)物選擇性,保持環(huán)境清潔,減少化工生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響;
4、快速有效的混合,精確控制停留時間與反應溫度是得到更高的轉化率和選擇性,避免副反應發(fā)生;
5、微反應器采用連續(xù)流動反應,在反應器中停留的化學品很少,易于控制反應過程,大大提高了反應過程的安全性;
6、溫度可控,時間可控;
7、可以實現(xiàn)實驗室到工業(yè)過程的直接放大;
微反應器的缺點
1、微反應器的微結構最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(chǎn)生,微通道極易堵塞,導致生產(chǎn)無法連續(xù)進行;
2、雖然能夠放大,但現(xiàn)在的技術,生產(chǎn)能力還是比較弱;
3、微反應器的數(shù)量大大增加時,微反應器的檢測和控制的復雜程度大大增加,成本也相應增加;
4、不是所有的反應都適合微反應器。如很慢的液-固反應,反應無放熱或吸熱現(xiàn)象;傳統(tǒng)工藝的選擇性和收率已經(jīng)很高的反應。
展望未來微反應器研究,預計將在以下幾個領域取得進展
(1)、設計新的微反應器模型,對微反應器進行耦合、集成和“放大”;
(2)、在微反應器中研究反應原理,對微反應器的設計進行模擬、優(yōu)化;
(3)、在微反應器中探索新的反應途徑和使化工生產(chǎn)更加經(jīng)濟更加環(huán)保的方法,并應用于實際生產(chǎn),這是研究微反應器的真正價值所在。
標簽:   微反應器