Selekcja mikroreaktorów

Ciągły mikroreaktor membranowy jest urządzeniem do reakcji ciągłych, które osiąga wysoką wydajność wymiany masy i ciepła oraz zapewnia bezpieczeństwo procesu dzięki projektowi z wąskimi kanałami przepływowymi. Dzięki technologicznym aktualizacjom i rozwojowi w ostatnich latach oraz wsparciu państwa stało się ono bardzo oczekiwaną technologią na całym świecie. Wysoka skuteczność wymiany masy i ciepła w mikroreaktorach umożliwia zastąpienie około 30% reaktorów obecnie używanych w produkcji, znacznie skraca czas reakcji i zwiększa jej wydajność. Reakcje takie jak nitrowanie czy diazotyzacja, które w tradycyjnych reaktorach trwają długo i wiążą się z dużym ryzykiem, pilnie wymagają przejścia na mikroreaktory. Specjalny projekt kanałów przepływowych na poziomie mikrometrowym nie tylko gwarantuje efektywną wymianę masy i ciepła, ale także zapewnia bezpieczeństwo procesu przy pojemności cieczy ograniczonej do kilku litrów w jednym reaktorze. Jak więc w praktycznej produkcji wybrać model dostosowany do własnych potrzeb? YHChem pokaże, jak wygląda proces indywidualizacji systemu mikroreaktorowego.

Pierwszym etapem jest faza badawcza. W tym etapie YHChem będzie komunikować się z klientem w sprawie informacji i technologii, aby wykonać test wykonalności. Następnie następuje etap rozwojowy. Na podstawie testu wykonalności proces jest optymalizowany, a także projektowany reaktor. W trakcie procesu projektowania informacje takie jak typ reakcji, substraty i produkty są kluczowe dla wyboru mikroreaktora. Ostatnim etapem jest faza produkcji. Po uruchomieniu próbnym wszystkie dane spełniają normy. YHChem dostarczy projekt klucza-zamka do klienta oraz zrealizuje odpowiednie szkolenia i obsługę posprzedażną.

Najważniejszym etapem spośród wymienionych jest etap rozwojowy. W tym etapie zespół techniczny YHChem dokona doboru i zaprojektuje mikroreaktor na podstawie różnych warunków procesowych:

1. Materiał aparatu:

• Odporność na korozję: Stopy Hastelloy są preferowane w przypadku silnych reakcji kwasowo-zasadowych. W systemach z rozpuszczalnikami organicznymi można stosować stal nierdzewną 316L.
• Przepuszczalność świetlna: Reakcje fotochemiczne wymagają szkła optycznego (kwarcowego) lub fluoropolimerów (takich jak PFA);

Przewodnictwo cieplne: Materiały metalowe są odpowiednie do silnie egzoenergetycznych reakcji, natomiast materiały niemetalowe (takie jak węglik krzemu) stosuje się w zastosowaniach izolacyjnych.

2. Wielkość kanału:

• Poziom mikronowy (10 do 100 μm): Posiada dużą powierzchnię właściwą, wysoką wydajność wymiany masy i ciepła, nadaje się do szybkich reakcji takich jak synteza nanoproszków. Jednak opór przepływu jest wysoki, a ryzyko zapychania duże.
• Poziom submilimetrowy (100-500 μm): Równoważy wydajność i strumień, nadaje się do homogenicznych/heterogenicznych reakcji ciecz-ciecz (takich jak częściowe nitrowanie, sulfonowanie itp.), a wielkość cząstek należy kontrolować tak, aby była mniejsza niż jedna trzecia średnicy wewnętrznego kanału.
• Poziom milimetrowy (>500 μm): Ma niską oporność przepływu i nadaje się do systemów zawierających ciała stałe (takich jak katalityczne uwodornienie itp.), jednak wydajność transferu masy maleje i konieczne jest dodanie kompensacji w postaci struktury mieszającej statycznej.

3. Kształt kanału:

• Kanały o przekroju sercowym: W trakcie przepływu materiał jest wielokrotnie dzielony i reorganizowany, co umożliwia skuteczny transport dyfuzyjny w warstwie laminarnej i jest bardziej odpowiedni do szybkich reakcji takich jak nitrowanie, sulfonowanie i polimeryzacja.
• Kanał rombowy: Może zwiększać intensywność turbulencji płynu i nadaje się do materiałów o wysokiej lepkości.
• Kanał typu T/Y: Nadaje się do reakcji syntezy nanoproszków, w których powstają osady.

4. Sposób uszczelnienia:

• Uszczelnienia: Dostępne są różne materiały, takie jak guma fluorowana, perfluoroeter oraz kompozyty grafitowe. Wybór należy dokonać starannie, biorąc pod uwagę warunki korozji środowiskowej, temperaturę, ciśnienie itp.

Całkowite uszczelnienie: Spiekanie bezciśnieniowe, formowanie w jednym kawałku, odpowiednie do reakcji wysokociśnieniowych, silnie korozyjnych lub o wysokiej czystości.

Powyżej przedstawiono kilka ważnych etapów procesu wyboru mikroreaktorów. Mamy nadzieję, że nasze doświadczenia będą dla Państwa przydatne. W razie dodatkowych pytań dotyczących doboru prosimy o kontakt z zespołem technicznym firmy YHChem. Udzielimy najbardziej zaangażowanej pomocy.