微反应器的定义
微反应器,即微通道反应器,利用精细加工技术制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之间的微型反应器,微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别,而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道,因此也实现很高的产量。
美国PNNL(Pacific Northwest National Lbaoratory)主要开展燃料电池氢源系统微型化研究,反应器主体结构是一个错流式微通道换热器,与传统相比,相同的处理能力,反应器体积可减小l~2个数量级。微反应器在传质、传热、恒温等方面表现出的巨大优势,自面世以来迅速引起相关领域人士的浓厚兴趣和关注。
怎么判断微反应器的适用性呢?
一,反应本身是不是受传质控制。一般来讲,液-液非均相反应、气-液非均相反应、气-液-固三相催化反应、需要剧烈搅拌或者存在放大效应的体系受传质控制,这些体系往往比较适合用微反应器;
第二,反应体系是否受传热的限制。如果反应体系的温度很低、反应过程需要滴加、放热剧烈反应、稀释反应体系,由于传统反应釜传热面积的限制往往存在传热限制,这类反应在微反应器上实现的可能性会比较大。
微反应器连续合成化及应用
加氢反应占所有制药反应类型的约14%。普遍采用的加氢釜很***,而采用均相加氢,废物处理又比较难,目前开发的微填充床技术将会解决这个问题。把催化剂填充到相应的管道固定中,跟微反应器结合,料液和氢气通过微反应器和微填充床即可完成反应。当然难点也很大。气液固反应是很难的,气液在微反应器中的流动,传质和反应行为非常复杂。但催化剂只要不失活可以一直用,失活后需要开发再生工艺。前期的催化剂筛选和工艺开发过程也较为复杂,但是考虑到医i药行业的特点,对成本要求比较低,可以做的较快。
微反应器技术的硬件设备
硬件部分包括微反应器设备和配套设备。微反应器设备从材质的角度可分为金属材质和非金属材质,从通道设计的角度可分为简单通道和复杂通道。
配套设备对于要实现工业化用途来讲同样重要。微反应器配套包括进料泵、传感器、阀门、在线监测装置、控制系统及管件阀门等。其中,动部件的寿命、耐腐蚀性、管道的设计等等都需要认真考量。
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