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            微通道反應器目前已有的局限性你知道幾點

             發布時間:2021-11-19 點擊量:51
              微反應器設備根據其主要用途或功能可以細分為微混合器,微換熱器和微反應器。由于其內部的微結構使得微反應器設備具有極大的比表面積,可達攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。微反應器有著很好的傳熱和傳質能力,可以實現物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱,因此許多在常規反應器中無法實現的反應都可以微反應器中實現。
              從結構特點上來說,目前微通道反應器應用與局限性如下
              1. 反應本身速度很快,但受制于傳遞過程的,整體反應速度偏低的反應
              這類反應主要為液液多相反應,也包括液液萃取等物理過程。這種過程的特點就在于:反應本身速度快,但是由于底物要在液相間擴散導致反應整體速率偏低。在傳統的反應釜內部一般采用攪拌器進行反應,效率較低,無法充分實現兩個液相間的混合,因此反應效率低下。而在微通道反應器內由于通道尺寸小帶來的擴散尺度減小,導致這類反應可以快速進行。
              2.反應本身速度快,但反應劇烈,強放熱,產物容易破壞的反應
              這類反應主要有硝化,重氮化以及部分水解與烷基化反應。硝化以及重氮化反應本身是非??焖俣鴦×业?,但是實際工廠操作的時候往往反應時間是以小時計的。這是因為反應釜傳熱能力有限,為了防止體系內溫度過高不可控制,需要一點一點的滴加試劑??梢哉f反應速度完全由移熱能力確定。如果使用移熱能力強的微通道反應器就可以快速通入試劑并維持反應平穩進行??梢哉f這一類反應最具有工業化前景,是應當優先考慮的過程。
              3.需要嚴格控制反應器內部流型的反應。
              這種反應主要為納米顆粒的合成等,這類過程在之前已經介紹過了,主要利用微通道內部的流動規律性制備顆粒分布窄的材料,提高產品附加值。這類反應一般產品產量低,附加值很大,有的時候幾塊實驗裝置結合就能成為生產裝置,應用前景也較為廣闊。
              4.部分氣液反應從機理上可以采用微通道反應器,但是目前尚未出現好的氣液反應器結構
              明顯的就是加氫,加氫當然有很多種類,部分加氫反應反應速率高,但受到氫氣向液相擴散的限制,導致整體反應速率較低。在這種狀況下,當然可以利用微通道的反應器的混合特性進行反應,類似于第一類反應,不過這里加強的是氣液傳質過程。但是氣液過程有其特殊性,主要是在流體分配與控制方面,這導致適宜放大的氣液微通道反應器還不存在。因此這方面實驗研究非?;钴S,工業應用上除非產量小可以直接使用實驗裝置否則沒有可行性。
              5. 顆粒尺度達到微通道特征尺度的10%以上,固含量超過5%的含有固體的反應不使用微通道反應器。
              由于微通道反應器容易堵塞,大部分含有非均相催化劑的反應器都不適宜使用微通道反應器。此外就是容易生成較大顆粒的反應體系也不適應采用微通道反應器。由于大部分反應都是催化反應,這給微反應器的應用帶來非常大的限制。對于非均相體系,催化劑被局限在Pd/C等少數幾個品種。目前在科學研究上的趨勢就在于如何將催化劑固定在反應器中。方案很多,但是實現起來問題更多。短期內無法進行工業應用,因此對于非均相催化體系,使用微通道反應器需要特別謹慎。
              6.研發中的放大效應。
              理論上微通道反應器是采用數量放大的,并不會出現放大效應。但是實際操作過程中并非如此,由于單純采用數量放大會導致非常高的設備成本與控制成本。這導致實際的放大過程中,可能需要對通道尺寸,反應器的組合方式進行調整,而這些調整極度有可能導致微通道反應器的比表面積,傳遞特征長度,停留時間分布發生改變,導致實際生產過程與小試實驗存在偏差。
              7.工藝流程的適配性問題。
              微反應器由于通量的問題,在選泵與其他后續工段的銜接上都會有問題。比如說如果微通道反應器通量小,有可能會導致后續的過程,比如說精餾根本選不出合適的設備。這樣不得不把后續過程變成間歇過程或者需要在兩個流程之間加入緩沖單元。
              8.微通道反應器的腐蝕問題不能忽視,耐腐蝕性要求要高于常規反應器。
              微通道反應器本身通道尺寸就非常小。常規容器中的腐蝕標準對于微通道反應器來說要求還是太低的。比如說我們常規容器內腐蝕余量可以取0.1mm/a這樣比較大的數值。只要保證結構強度就可以正常使用。但微通道反應器內部一樣,通道本來就小,腐蝕再強烈的話通道特征尺寸就會改變,甚至發生內漏。因此微通道反應器對于腐蝕的要求要更加嚴格,尤其是對于金屬反應器,在投產前一定要考慮腐蝕試驗的問題。但目前來看,在工藝開發上,很多單位依然在微反應器上照搬傳統反應器的腐蝕控制標準,這是不夠的?,F有的微通道反應器裝置運行時間都不長,腐蝕問題還沒有集中出現。但如果在反應器選材上存在問題,未來幾年內部分工業化裝置可能出現問題。
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