微反應器技術(shù)是一項用于化學合成,尤其是用于制備農(nóng)藥、醫(yī)藥等精細化學品的新技術(shù),主要是通過過程強化來實現(xiàn)綠色合成。微反應器是指以微米級結(jié)構(gòu)部件為核心的反應、混合、分離等設(shè)備,它是一種新型的、微型化的連續(xù)流動的管道式反應器。
反應器中的微通道通過精密加工技術(shù)制造而成,特征尺寸一般在10到1000微米之間。微通道反應器的“微”不是指微反應裝置的外形尺寸小或產(chǎn)品產(chǎn)量小,而是表示流體通道在微米或毫米級別。微通道反應器中可以包含眾多的微型通道,流體能夠以特定的物理狀態(tài)在反應器中進行組合流動,因此可以實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。
微反應工藝是指通過這些設(shè)備構(gòu)建的反應系統(tǒng)工藝,微反應系統(tǒng)也稱之為微化工系統(tǒng),是以化工過程為對象的微系統(tǒng)。微化工系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)本著在不降低設(shè)備處理能力的前提下將化工裝備小型化的思路進行, 通過強化系統(tǒng)內(nèi)流動、混合、傳遞過程的速率和可控性, 縮短反應和分離的完成時間, 縮小物料在流程中的滯存量, 減少副產(chǎn)品的形成。自20世紀90年代中期微反應技術(shù)興起以來,微通道反應器的研究和應用受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注,在醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細化工產(chǎn)品以及中間體合成等領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應用,成為化工過程強化領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。
微反應器具有與大反應器完全不同的幾何特性:狹窄規(guī)整的微通道、非常小的反應空間和非常大的比表面積。微反應器及其他微通道設(shè)備的通道特征尺寸(當量直徑)數(shù)量級是微米級。傳統(tǒng)混合過程依賴于層流混合和湍流混合。微化工系統(tǒng)中,由于通道特征尺度在微米級,雷諾數(shù)遠小于2000,流動多呈層流,因此微流體混合過程在很大程度上是基于擴散混合機制,而不借助于湍流。傳輸現(xiàn)象主要由擴散決定,對于擴散限制的反應,其反應時間與限速距離的平方成正比。因此如果將一個在直徑10cm燒瓶中的反應改在直徑100微反應器中進行的話,其反應耗時可以減少至百萬分之一。
非常規(guī)條件下的微通道反應器系統(tǒng)可根據(jù)需要進行反應器的自由裝配,微通道反應器滿足從微米尺度到毫米尺度的高性能化學品綠色連續(xù)制造工藝開發(fā),實現(xiàn)實驗室新工藝到中等規(guī)模生產(chǎn)的一站式工作轉(zhuǎn)換,微通道反應器要求在微米尺度上開發(fā)的綠色新方法與路線可直接在噸級反應系統(tǒng)上放大生產(chǎn)。
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