微反應器,即微通道反應器,利用精密加工技術(shù)制造的通道當量直徑在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(shè)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有成百萬上千萬的微型通道,因此也實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。
折疊用
途
微反應器設(shè)備根據(jù)其主要用途或功能可以細分為微混合器,微換熱器和微反應器。由于其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)使得微反應器設(shè)備具有極大的比表面積,可達攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。微反應器有著極好的傳熱和傳質(zhì)能力,可以實現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱,因此許多在常規(guī)反應器中無法實現(xiàn)的反應都可以微反應器中實現(xiàn)。
目前微反應器在化工工藝過程的研究與開發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應用,商業(yè)化生產(chǎn)中的應用正日益增多。其主要應用領(lǐng)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(chǎn)。在化工生產(chǎn)中,更新的Miprowa技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)每小時上萬升的流量。
折疊缺
點
微反應器的微結(jié)構(gòu)更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。
目前這一問題主要是通過改進反應器的設(shè)計來解決。例如拜耳-埃爾費爾德微技術(shù)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(shù),拜耳公司成功開發(fā)了商業(yè)化生產(chǎn)工藝,用于生產(chǎn)高性能的微米材料和納米材料。
折疊設(shè)備供應
商
拜耳-埃爾費爾德微技術(shù)公司(Ehrfeld Mikrotechnik BTS,簡稱EMB)是全球領(lǐng)先的微反應器技術(shù)的供應商。在化工和精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域,EMB開發(fā)的Miprowa系列微反應器已經(jīng)被世界各大化工公司應用于工藝開發(fā)與生產(chǎn)中;在藥物生產(chǎn)領(lǐng)域,2010年EMB與龍沙公司(Lonza)合作向市場推出了符合GMP認證要求的Flowplate系列微反應器。
折疊中國相
關(guān)
在國內(nèi),微反應技術(shù)處于研究與開發(fā)階段。雖然有很多高校從事微反應技術(shù)研究,尚沒有成熟的國產(chǎn)設(shè)備面世。
折疊應
用
微反應器獨特的結(jié)構(gòu)給它帶來了一系列優(yōu)質(zhì)的性能,故它被應用到許多領(lǐng)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(shù)研究所開發(fā)了一種平行盤片結(jié)構(gòu)的電化學微反應器。使用這個裝置,提高了由4一甲氧基甲苯合成對甲氧基苯甲醛反應的選擇性。
由于微反應器高的傳熱效率,使反應床層幾近恒溫,有利于各種化學反應的進行。Wan等在微反應器中將苯胺氧化成氧化偶氮苯,DelSman等在微系統(tǒng)中研究了一氧化碳的選擇氧化,同時微反應器也被應用到加氫反應、氨的氧化、甲醇氧化制甲醛、水煤氣變換以及光催化等一系列反應。另外,微反應器還可用于某些有毒害物質(zhì)的現(xiàn)場生產(chǎn),進行強放熱反應的本征動力學研究以及組合化學如催化劑、材料、藥物等的高通量篩選。
折疊前景與展
望
迄今為止國內(nèi)外學術(shù)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(shè)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(shù)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)面臨前所未有的機遇和挑戰(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(chǎn)更加經(jīng)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。