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(1)微通道连续反应技术现状:微反应技术是20世纪80年代发展起来的化工学科,着重研究微时空尺度下的“三传一反”特征与规律,实现过程安全、高效、可控的现代化工技术。微反应系统以微反应器为核心,配备控制系统、热交换系统、供料系统、吸收器、萃取器等辅助系统,组成成套微通道反应装置。
微通道反应器是一种建立在连续流动基础上的微管道式反应器,用以替代传统反应器,如常用的反应釜等传统间歇反应器。微反应器的通道尺寸一般在1毫米以内,以实现分子间扩散距离足够短、传质效率高,和比表面积大、换热效率高这样的特性。在微反应器中有大量的以精密加工技术制作的微型反应通道,它可以提供极大的比表面积,传质传热效率极高。另外,微反应器以连续流动代替间歇操作,使准确控制反应物的停留时间成为可能。这些特点使有机合成反应在微观尺度上得到精确控制,为提高反应选择性和操作安全性提供了可能。微通道技术的优点主要有:
1)精确控制反应温度:在常规反应器中的强放热反应,由于换热效率不够高,会出现局部过热现象,进而导致副产物生成,最终导致收率和选择性下降。而且,如果剧烈反应产生的大量热量不能及时导出,也会导致冲料及安全事故。微反应器的比表面积优势可大幅提高换热效率,即使反应物瞬间释放出大量热量,微反应器也可及时将其导出,维持反应温度稳定。
中金企信国际咨询公布的《微通道反应器市场发展战略及投资前景预测咨询报告(2024版)》
2)精确控制反应时间:常规的批次反应,会采用滴加物料的方式来防止反应过于剧烈,但也造成物料的停留时间过长。而在很多反应中,反应物、产物、或中间过渡态产物在反应条件下停留时间过长就会产生副产物,影响产品收率。而微反应技术采取的是微管道中的连续流动反应,可以精确控制物料在反应条件下的停留时间,一旦达到最佳反应时间就立即将物料传递到下一步反应,或终止反应,从而有效避免了因反应时间长而产生过多的副产物。
3)实现物料以精确比例瞬间均匀混和:在对反应物料配比有严格要求的快速反应中,如果混合比例控制不当,出现局部配比过量,将导致副产物产生。该情形在批次反应器中比较常见,而微反应器的反应通道一般可以达到数十微米级,从而实现物料精确快速均匀混和,有效降低了副产物的产生。
4)本质安全保证:微反应器采用连续流动反应,因此在反应器中停留的化学品数量较少,安全可控性强,而且,由于微反应器换热效率极高,从而保证反应温度的稳定,降低了发生安全事故和质量事故的风险。因此微反应器可以满足苛刻的工艺要求,实现安全高效生产。
5)避免放大效应:精细化工生产多使用釜式反应器。由于生产设备与实验设备传热传质效率的不同,小试工艺放大时,需要进行多次调整、改进、验证才能实现中试和工业化生产。而微反应器进行从小试完成到实现生产,工艺放大不是通过增大微通道的特征尺寸,而是通过增加微通道的数量来实现的,所以小试最佳反应条件不需做任何改变就可直接用于生产,不存在常规批次反应器的放大难题,从而大幅缩短了产品由实验室到工业生产的时间。
基于微通道反应技术的上述优点,2021年6月1日,工信部办公厅印发了《工业和信息化部办公厅关于印发石化化工行业鼓励推广应用的技术和产品目录(第一批)的通知》,将“新型微通道反应器装备及连续流工艺技术”列为行业鼓励推广应用的技以提升石化行业智能制造、安全环保水平。
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