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微化知識

微反應器技術的研究方向分析,三個主要研究思路

  • 作者:科芯微流
  • 發布時間:2022-07-07
  • 點擊:1634

近年,我國的化工安全事故頻發,國家對化工行業的安全監管也日趨嚴格,很多傳統化工企業都面臨著技改升級這一問題,由傳統釜式工藝改用微化工技術已經成為必然趨勢,但是因為我國這方面的研究時間比較短,還停留在對國外設備的簡單仿制和反應工藝的經驗化開發階段。所以還有非常多的問題有待解決,下面就微反應器技術的主要研究方向做簡單分析。

1. 研究微流道的結構特征和其對反應的影響機制

微反應器是一種以三維微結構為核心的精密反應設備,這種三維微結構的主要作用是在微米級尺度上分散反應流體,提高反應物和催化劑混合效率,加大傳質和換熱面積。而決定微反應器的性能好壞的主要因素就是其中的微流道結構,好的微流道結構不僅要能提供高效的混合和傳遞性能,還要能形成均勻的流場和溫度場,這樣才能強化傳熱傳質,保證反應的安全和穩定,所以說探索微流道結構特征及其對于反應的影響機制必定是研究微反應器的重要方向。

2. 探索微反應器的混合-反應-換熱協同強化機制

在微反應器中,不僅是發生化學反應,還要包扣流動、傳質、傳熱等物理過程,整個反應過程互相緊密耦合。其中流場對傳質和傳熱的影響就非常大,而傳質和傳熱的過程又決定了局部的溫度分布和組分濃度,組分分布決定著化學反應是反應控制還是傳質控制過程;溫度會對組分擴散系數和化學反應速率有影響。對于吸熱反應,如果外部的熱量不能有效的傳輸到反應段,反應很有可能就不能啟動或者停止;對于放熱反應,反應放出的熱量如果不能及時有效地移出,可能會導致局部的飛溫現象,致使化學反應的選擇性變差。化學反應在消耗反應物生成產物的同時,會出現放熱或吸熱,反過來又影響傳質和傳熱的過程。所以探索微反應器的混合-反應-換熱協同強化機制也具有十分重要的科學應用價值。

3. 弄清微反應器放大增益規律

在日趨嚴格的安全監管下,高危工藝的安全化生產已經成為化工企業關注的重點,而微反應器的產業化則能很好解決這個問題。雖然微反應器的放大效應比釜式反應器小很多,但還是存在的,尤其是在放大過程中,如何加強熱交換和降低體系壓降,是企業使用微反應器進行技改升級必須要面對的兩個問題。因此,弄清楚微反應器放大增益的規律,實現微反應器產業化也是關鍵所在。

雖然微反應器相對于傳統的釜式反應器有非常多的優勢,其在化工領域有著很廣的應用潛能,但是就目前的情況來看,還有非常多的問題有待解決,尤其是微反應器的通道系統設計、放大增益規律,以及搞清傳熱傳質機制,將會成為當下最為重要的三個研究方法。

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