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            判斷微通道反應器的適用性從這四個方面入手

          2. 發布日期:2022-10-25      瀏覽次數:378
            •     微通道反應器是一種反應物質在微小通道內連續流動、發生反應、同時實現換熱的裝備。狹義上,微反應器的通道尺寸一般在500微米以內,以實現分子間擴散距離足夠短、傳質效率高,和比表面積大、換熱效率高這樣的特性。然而,隨著精細化工行業對微反應器用于化學品一定規模工業化生產的需求,和微反應器通道的不斷優化與改進,微反應通道尺寸早已達到毫米級。因此,廣義上,微反應器是指能夠實現高效換熱、高效傳質的連續式平推流反應器。
                微反應器的制造可以由金屬和非金屬等多種材質經過精密微通道加工與密封實現。通常使用的材質包括有:玻璃、碳化硅、不銹鋼、特種合金等等,反應器的溫度范圍(通常為-50oC–200oC)和壓力范圍(可達50公斤以上)也足夠寬,可以滿足多種化學反應對工藝條件的需求。
                微反應器是一種“工藝強化”利器,可以讓反應在受控的時間和空間內以更高的溫度、更高的濃度、和更快的混合來快速完成。通過工藝強化,化學反應通??梢栽诜昼娂?、甚至秒級實現轉化,同時能夠較好地控制副反應與雜質的生成,從而達到提高收率、提升安全性、提高合成效率的綜合效果。
                然而,微反應器并不是萬能的技術,對微反應器適用性的準備判斷是應用微反應器進行技術開發的重要一步??梢詮乃膫€方面判斷其在具體化學反應上的適用性:
                一、反應體系流動性是否良好:
                即,是否存在影響體系流動性的因素。通常,液液相反應、氣液相反應、甚至氣液固三相催化類反應(如催化加氫),均可以在微反應器內實現穩定流動。然而,若反應原料、中間態、或者反應產物存在固體,則需要考慮固體含量、形態等,以不堵塞反應通道為前提。另外,對于某些高粘度體系,同樣存在流動性障礙,其實用性需要仔細考察。
                二、反應體系是否受傳質控制:
                從反應物到產物的反應轉化速率受到傳質速率和本征反應速率的影響。相對較慢的一個速率通常決定了整個反應轉化速率。對于液液非均相反應、氣液非均相反應、氣液固催化反應等,反應轉化速率往往受到傳質速率的影響比較顯著。其中一個表現就是,如果攪拌速度加快,則反應轉化速率加快。然而,對于工業化反應設備,無法大幅度提升攪拌速度。因此,通過微反應器的應用可以強化傳質速率,從而提升整體反應速率。
                三、反應體系是否存在換熱限制:
                反應器的有效換熱面積和整體換熱系數是反應“撤熱”的重要指標。換熱效率不夠,輕則反應雜質增加,重則發生反應失控。對于常規存在換熱局限的反應設備,如攪拌式反應釜,通常采用長時間緩慢滴加、大量溶劑稀釋反應、大幅度降低反應溫度等操作以減緩反應速度,適應反應器的換熱能力。此類反應往往可以利用微反應器的高換熱能力的特點得到本質改善。
                四、反應本征動力學速度:
                反應本征動力學速度與反應的活化能、反應物濃度、反應溫度、和催化劑等因素密切相關。微反應器擅長處理本征動力學速度為快速和中速的反應。本征反應速率過慢的反應仍然無法通過微反應器工藝強化實現秒級或者分鐘級反應。雖然很多反應并沒有本征反應速率的研究數據,但是實踐中常見硝化反應、重氮化反應、氯化反應、氧化過氧化反應等等,反應速率較快。而需要高溫長時間加熱的反應,往往本征反應速率較慢。

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