微通道反應(yīng)器可以被看作是一個微型版本的連續(xù)反應(yīng)器。由于其占地面積小,產(chǎn)量卻大,因此在時空產(chǎn)出方面具備天然優(yōu)勢。
與傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)過程相比,連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù)的優(yōu)點可以歸納如下:
①反應(yīng)設(shè)備體積小,快速混合物料,傳質(zhì)傳熱效果好,便于實現(xiàn)工藝強化;
2. 停留時間分布狹窄,系統(tǒng)反應(yīng)迅速,工藝重復(fù)性佳,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
3. 參數(shù)精確控制(如濃度、溫度、壓力等分布),便于實現(xiàn)自動控制;
幾乎沒有增益效應(yīng),可以迅速擴大;
在線材料數(shù)量有限,適用于非傳統(tǒng)反應(yīng)條件(例如高溫高壓),工藝安全性高;
持續(xù)操作可以提高時間和空間效率,減少勞動量。數(shù)據(jù)顯示,采用連續(xù)流微反應(yīng)技術(shù),可以優(yōu)化化學藥物合成反應(yīng)中約18.5%的反應(yīng)選擇性、收率、安全性和經(jīng)濟性。[1]
目前常見的微通道反應(yīng)器中,板式反應(yīng)器比較常見。
板式反應(yīng)器的設(shè)計靈感源自微通道換熱器。板式微通道反應(yīng)器具備高效換熱和傳質(zhì)效率等優(yōu)點。此類型反應(yīng)器在需要劇烈放熱、反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定、對反應(yīng)物比例要求嚴格、危險化學反應(yīng)、高溫高壓反應(yīng)等方面展現(xiàn)出優(yōu)異表現(xiàn)。其最大特點在于雙面換熱:反應(yīng)板兩側(cè)各有一個專門設(shè)計和加工的換熱板,其中布有換熱通道。這些通道的比表面積較大,換熱介質(zhì)的流動方向與反應(yīng)介質(zhì)相反,從而實現(xiàn)高效換熱。
不同設(shè)備換熱能力對比
設(shè)備 | 比表面積m2/m3 | 換熱系數(shù)W/(m2.K) | 體積換熱系數(shù)kW/(m3.K) |
夾套換熱 | 2.5 | 400 | 1 |
內(nèi)盤管換熱 | 10 | 1000 | 10 |
列管換熱器 | 400 | 500 | 200 |
板式換熱器 | 800 | 2000 | 1600 |
板式微通道反應(yīng)器 | 2500 | 2000 | 5000 |
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