微反應(yīng)器的工藝過程及優(yōu)勢

微反應(yīng)器采用微加工制造技術(shù)，設(shè)計通道尺度在１０μｍ～３ｍｍ范圍的流動化學(xué)反應(yīng)器。由于微反應(yīng)器較小的通道尺寸，較短的傳質(zhì)距離和較高的比表面積等優(yōu)點，微反應(yīng)器可以提供更快速的混合效果、更優(yōu)異的換熱性能、更精準(zhǔn)的溫度控制、從而提高反應(yīng)選擇性和反應(yīng)物產(chǎn)率，減少局部熱點產(chǎn)生，提高化工反應(yīng)過程安全。
工藝過程：
（1）預(yù)處理：
原料液經(jīng)除油脫脂后進入高壓釜加熱升溫到100°C左右進行預(yù)處理并除去原料中的懸浮固體雜質(zhì)，然后進入高壓罐內(nèi)加壓冷卻到70～80°C左右備用。（壓力一般為20MPa以上）壓力罐內(nèi)的溫度可根據(jù)物料的不同而設(shè)定不同的溫度范圍。（例如：30～60°c。）
（2）加溫
根據(jù)不同物料的要求加入適量的高溫溶劑（如苯類溶劑），加熱溶解后送入高壓釜中進行加熱升溫。（溫度一般在150～200°C之間）。
溶解過程中要不斷攪拌以防焦化現(xiàn)象發(fā)生.同時要注意控制好溶液的溫度以便于調(diào)節(jié)進料速度以達到最佳的溶解效果。（一般要求控制在50～80°c之間）。
（3）加壓：
當(dāng)物料達到一定濃度后由泵送系統(tǒng)送入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪中加速分散均勻后再通過管道輸送至計量缸內(nèi)計量并注入儲料倉內(nèi)貯存待用（也可直接裝入密封桶內(nèi)儲存待用）。
微反應(yīng)器可強化傳熱傳質(zhì)
微反應(yīng)器是一種新興的，可以將微結(jié)構(gòu)的內(nèi)在優(yōu)勢應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)過程的反應(yīng)設(shè)備，通常包括混合單元、換熱模塊、微反應(yīng)通道等部分。
微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點使其具有傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。
通道尺寸小，混合效果好
微反應(yīng)器相較于傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器在傳質(zhì)效率方面具有明顯優(yōu)勢，這主要歸功于其微小的尺寸特征。２００３年召開的第一屆“微通道和微小型通道”國際會議將微通道的特征尺寸定義在１０μｍ～３．０ｍｍ之間。雖然微小的特征尺寸縮短了傳質(zhì)距離，但是微通道中流體的雷諾數(shù)較?。ǎ遥澹剑保啊保埃玻黧w運動主要受粘性力影響，流動狀態(tài)一般為層流，傳質(zhì)主要由分子擴散主導(dǎo)而非流體對流，因此不利于混合。微反應(yīng)器通常需要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計或者外部能量輸入強化傳質(zhì)，實現(xiàn)分子層面的高效混合。
比表面積大，換熱效率高
同樣得益于微反應(yīng)器微小的尺寸特征，微反應(yīng)器具有較大的比表面積，一般在１００００～５００００ｍ２／ｍ３范圍，而傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器一般只有１００～１０００ｍ２／ｍ３。較大的比表面積使微反應(yīng)器通道內(nèi)的反應(yīng)物可以與冷卻介質(zhì)充分接觸，使其換熱效率遠超傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器。因此，在微反應(yīng)器中生成的熱量可以迅速地傳遞至外界，避免了局部熱點的產(chǎn)生，即使是反應(yīng)速率較快、反應(yīng)晗較大的化學(xué)反應(yīng)也可以在微反應(yīng)器中安全連續(xù)地進行。此外，由于傳熱速率的提升，反應(yīng)物在很短的時間內(nèi)就能達到溫度均勻的狀態(tài)，避免了精細化工中一些熱不穩(wěn)定中間產(chǎn)物的分解，減少了反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生量，提高了選擇性與產(chǎn)率。
反應(yīng)參數(shù)控制精準(zhǔn)
微反應(yīng)器的另一個核心優(yōu)勢是其可以對關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)進行精準(zhǔn)調(diào)控，其中包括溫度、停留時間、壓力、ｐＨ等。高效的傳熱性能使微反應(yīng)器的溫度響應(yīng)較快。當(dāng)采用多臺微反應(yīng)器串聯(lián)操作時，可以簡單地通過改變各臺微反應(yīng)器的溫度實現(xiàn)不同反應(yīng)階段的溫度控制，還可以簡單地通過改變各臺微反應(yīng)器的通道長度實現(xiàn)不同反應(yīng)階段的停留時間控制。
在實際生產(chǎn)過程中，微反應(yīng)器的工藝放大并不采用傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器的體積放大策略，而是通過平行放大增加微反應(yīng)器和微通道數(shù)量來實現(xiàn)，因此實驗室小試得到的反應(yīng)工藝優(yōu)化條件可以直接應(yīng)用于放大生產(chǎn)工藝中，一般不會出現(xiàn)較大變化。此外，微反應(yīng)器較小的體積使其容易進行模塊化設(shè)計。
連續(xù)流操作，生產(chǎn)效率高
使用傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器生產(chǎn)涉及強放熱反應(yīng)的化學(xué)品時，一般采用間歇式的滴加操作模式，即先將部分初始反應(yīng)物加入反應(yīng)釜中，然后緩慢滴加其他初始反應(yīng)物。這種操作方式會導(dǎo)致反應(yīng)階段部分初始反應(yīng)物過量，從而造成產(chǎn)物的選擇性降低。微反應(yīng)器優(yōu)秀的換熱性能使其可以采用連續(xù)流操作模式生產(chǎn)各種化學(xué)品，即將不同初始反應(yīng)物按最優(yōu)比例，同時連續(xù)泵入微反應(yīng)器中充分混合進行反應(yīng)。在這種操作模式下，不同初始反應(yīng)物在極短的時間內(nèi)就可以達到最優(yōu)配比，結(jié)合反應(yīng)溫度和停留時間的精準(zhǔn)控制，從而減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。
因此，微反應(yīng)器在化學(xué)工業(yè)展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，尤其在強放熱反應(yīng)、連續(xù)流反應(yīng)等領(lǐng)域，通過精確的流動控制和精準(zhǔn)的反應(yīng)條件優(yōu)化，可以實現(xiàn)高效、安全、可持續(xù)化的化學(xué)反應(yīng)過程。
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審核編輯 黃宇