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。
微反应器技术的硬件设备配备
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、碳化硅材质,从通道设计的角度可分为简单通道和复杂通道。怎么样去评价一款微反应器?
① 传质性能。传质性能受到通道结构的设计、流速范围、停留时间分布、压力降等因素影响。
② 传热性能。微反应器是一种换热能力很强的技术装备,其换热能力受流速、温差、材质、换热介质等因素影响。
③ 放大的设计,实验室研发型微反应器到工业化微反应器应当保持比较好的传质、传热、停留时间一致性。
④ 材质和加工,设备的耐腐蚀性、密封性、耐压性、死体积应当与具体的工况相匹配。
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、管道的设计等都需要认真考量。
与传统化工技术相比,微化工技术有哪些优点?
微通道反应器是微化工技术的,微反应器一般指带有微结构的反应设备,其内部流体通道和分散尺度在微米量级如10-3000微米,由于反应器特征尺度的微型化,通道内的流体以微米级薄层进行撞击流化学反应,连续流微反应器,可实现快速混合、传质、传热,反应非常完全,其效率可比常规尺度设备提高2~3个数量级。
让化学反应时间从几小时~几十小时缩短到几十秒~几分钟,数千倍地提升反应速度,成功解决了传统装备反应不完全、污染等技术难题,促进过程强化和化工装备小型化、提高能源、资源利用效率、节能降耗,是实现清洁安全生产的重大新技术,可将生产过程中低效、间歇的合成工艺,改变为可控连续工艺,其“数量放大”与常规工艺不同,在实验室完成达标后只需要平行复i制,不需要小试、中试、工业放大的逐级过程,缩短了工业放大的时间。
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