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微反应系统的构成模块有哪些,你需要了解!

 发布时间:2022-06-23 点击量:581

以微型设备为核心构建的系统称为微反应系统(微化工系统)。微反应系统(微化工系统)主要由物料输送设备、微型功能设备、流体管道、温度传感器、流量传感器、压力传感器和在线分析设备组成。


 

系统设备组成:


01

物料输送设备
02

微型功能设备
03

流体管道
04

温度传感器
05

流量传感器
06

压力传感器
07

在线分析设备

 

微型功能设备是其核心的组成部件,其他设备都可以使用已有的传统设备。

 

 

功能分类

 

微型功能设备按其功能分类,可分为微换热器、微混合器、微分散器、微反应器和微型检测器等。

 

微换热器是在两种流体间进行热量传递的微型设备,根据换热方式可分为直接微换热器和间接微换热器。常用的是间接微换热器,按其通道结构不同分为带有宽而扁平流道、窄而深流道和穿透流道的微换热器。

 

微混合器的作用是在短时间内对两种或多种不同流体进行混合的微型设备,通常分为气相微混合器和液相微混合器。按混合过程中是否需要提供外部动力来分类,可分为主动微混合器和被动微混合器。

 


主动微混合器主要是依靠分子扩散实现快速混合;


被动微混合器靠外部提供产生湍流的方法,如电动搅拌、超声波等,实现物质间的快速接触,再依靠分子扩散实现快速混合。对于高浓度或高黏体系,常常使用被动微混合器。

 

 

微分散器是指用于实现非均相体系微分散的设备,即形成微小液滴和微小气泡的微型设备,它的作用是实现不互溶介质的快速接触和增大非均相液体的接触面积,按混合前物质的相态可分为气/液微分散器、液/液微分散器和液/液/液乳化微分散器。

 

微反应器:两种以上的物质在微混合器或微分散器上实现混合或分散的过程中,如果物质间可以发生化学反应,则该微混合器或微分散器可以叫微反应器,按照反应物相态主要分为均相微反应器和非均相微反应器。

 


由于微反应器的孔道尺寸很小,在微反应器内流体流型主要为层流,因此微反应器是基于扩散而不是湍流实现快速混合。要达到快速扩散的目的,必须让流体形成很薄的流体层或小尺寸颗粒来减小扩散距离,这是微反应器的主要设计原理。


不同微反应器最本质的区别在于如何让流体形成很薄的流体层或小尺寸颗粒,按照其实现方式的不同,可以将微反应器分为如下几种:在T形结构中实现两股支流接触、两股高能流体相互碰撞、让一股流体形成多股支流注入另一股主流体中、让两股流体都形成多股支流再相互注入、提高流速降低垂直于流动方向的扩散长度、两股流体形成薄层后再经多次分叉和重新组合与一股薄层流体的周期性注入。实际应用中,根据体系的需求,通常结合多种方式进行设计。

 

 


微型检测器是指用于检测微化工过程中温度、浓度、压力等实时变化的小型化设备。

 

 

 

结构分类

 

微型设备按结构分类,可分为单通道设备、多通道设备,其中单通道设备又可分为T形、Y形、十字形、水力学聚焦型、同轴型以及几何结构破碎型等。

 

按分散介质分类,可分为微通道型、毛细管型、微筛孔型、微筛孔阵列型、微滤膜分散型、微槽分散型等。

 

欧世盛科技核心目标是研发新型过程强化设备(图1),建立小型化、模块化、连续化和智能化的新型化工厂,实现更安全、更环保、更高效和更经济的生产方式,加强国家在化学工业技术的核心位置。

图片

图1:微反应系统设备

 

400余家涵盖医药、化学中间体和聚合物领域头部企业项目的应用欧世盛解决方案,表明微反应系统不仅可以成功应用在实际工业生产中,而且与传统反应设备相比,在产率、生产能力、时空产率、设备投入、运营成本和环境影响等多方面都具有明显优势。

 

参考资料:

骆广生,吕阳成,王凯,张吉松等,《微化工技术》化学工业出版社。