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微反应器:挑战传统生产方式

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微反应器:挑战传统生产方式

发布日期:2017-04-01 作者: 点击:

微反应器技术被誉为21世纪能给化工生产方式带来革命性变革的一项技术,是解决化工生产面临的低效率、高能耗、产品质量不稳定、资源浪费等难题最有效的技术途径之一,特别是在节能降耗、提高反应本质安全等方面,具有传统反应器所无法比拟的优势。

 微反应器技术的推广应用,需要学术界与产业界的共同努力,在现有研究基础?#24076;?#20225;业在产业化方面的?#23548;?#19982;经验积累显得尤为重要。在微反应器技术落地的过程?#24615;?#24179;台、互联网、物联网等新技术与新的运营模式也将发挥重要作用。 
  占地体积只有微波炉大小的一组微反应器,这个看起来不起眼的“小?#19968;鎩保?#22312;一些领域已经实实在在地取代了“傻大黑粗”的传统反应器。由于微反应器的诞生,未来的一个塔器高耸、管道纵横的大型化工?#23548;?#23601;有可能被浓缩在一辆面包车大小的空间中,其安全性、?#32321;?#24615;都会随之有本质提高。 采用微反应器,反应速率可以是传统反应器的100倍以?#24076;?#25442;热速率是传统设备1000倍。一个剧烈的放热反应,如果在传统反应釜中进行,就要非常缓慢地滴加物?#24076;?#21453;应有可能?#20013;?#20960;个甚至十几个小?#20445;?#32780;采用微反应器,反应时间可?#36816;?#30701;到几分?#30001;?#33267;几秒钟。在精细化工反应中,大约有20%的反应可以通过微反应器技术来实现。 

 基于微反应器的微化工技术早在上世纪90年代就引起了世界各国化学家的关注,特别是德国、美国、法国、日本等化工发达国家。?#35775;?#36824;专门为微反应器技术设立了一个旨在建立“未来、柔性和快速”化工厂的计划,日本也设立了微纳空间反应计划,一些大型跨国公司?#37096;?#21457;了相关设备和技术。 

 位于世界前列的我国自主开发的微反应器技术,包括湿法磷酸萃取微型设备、纳米碳酸钙微反应技术、微反应器制备磷酸二氢铵技术等。此外,该技术还成功应用在了氯苯硝化工艺?#24076;?#27233;胶防老剂、促进剂方面也已开始进行试验。 
  “微反应器技术将会给化工产业带来重大变革,首先是生产效率可以得到明显提高,其次生产过程的安全性会不断提高,再有就是提高产品质量的稳定性。总结起来就是让化工生产更高效、更安全、更?#32321;!?#26356;具成本优势,这正是化学工业孜?#25105;?#27714;的可?#20013;?#21457;展的目标。”
  

 微反应器技术给化工行业带来的变革不仅仅是技术水平的提升,更重要的是生产方式的转变。顾名?#23478;澹?#23545;“微反应器”最直接的理解应该是“微小”和“精细?#20445;?#21453;应器和配套装备的微型化、小型化,工艺技术和管理水平的精细化,都要求生产企业从根本?#32454;?#21464;传统化工生产中惯用的?#22336;?#30340;生产模式,以全新的理念布局、设计、规划、实施一个新项目。这一点才是微反应器技术带给化工行业最大的挑战,也是微反应器在一些企业用的不理想的重要原因所在。 从大釜生产到微反应器是一种生产方式的转变,由于改变了原来的物料输送方式,与微反应器配套的工程设计也要做出相应的改变,这是一个非常复杂、艰辛的过程,要有非常强的工程能力才可以实现,一般的化工企业还不具备这方面能力。 

 化工企?#30340;?#21069;的生产大多是?#22336;?#24335;的,现在正在朝着精细化方向努力,微反应器技术中的设备、管道、流量控制等都必须是精细化的,目前企业短时间内要接受精细化的生产方式还比较困难,需要一个过程,从管理人员到工程技术人员再到现场操作工在理念上都要有所转变才行。”为了应对微反应器技术带来的挑战,一?#20013;?#22411;的技术服务也在悄然兴起,将成为化工行业‘中国制造2025’的重要组成部分。” 

 

微反应器介绍

 微反应器又称微通道反应器,是微混合器、微换热器、微控制器、微萃取器、微化学分析等一系列微型化工设备的统称,是利用精密加工技术制造的特征尺寸在10~1000微米之间的三维结构元件,工艺流体通道在微?#20934;?#21035;,可用于进行的化学反应包括换热、混合、分离、分析和控制等,在化学化工、精细化工、制药工业、生物化学等领域应用广泛。

 微反应器技术的研究工作主要集?#24615;?#19977;方面:一是传统化工技术的更新换代,主要集?#24615;?#30707;油化工、医药、农药、染料、火炸药等领域,主要包括磺化、硝化、直接氟化、氧化、过氧化、酰胺化、重氮化等各类强放热和易?#23478;?#29190;的气—液和液—液反应过程。二是国家安全领域的研究工作,主要涉及化学激光器微型化、核燃料高效处理、特种材料的安全生产等。三是纳米材料合成等领域,特别是可以将精细化工、医药化工等间歇式、效?#24335;?#20302;的合成工艺变为像石油化工那样可控的连续工艺,让反应时间从几小时缩短到几十秒。

 微反应器有多种类型,按照操作模式可分为连续微反应器、半连续微反应器?#22270;?#27463;微反应器?#35805;?#29031;反应相态可分为气固相催化微反应器、气液相微反应器、液液相微反应器?#25512;?#28082;固相微反应器。微反应器有多种几何结构,最简单的是管式结构,还有板式结构、微通道结构以及集成?#32422;?#27880;射、混合、换热、溶剂?#25442;弧?#30456;分离等多种功能为一体的复合式结构。微反应器制作材料种类繁多,包括玻璃、硅、陶瓷、金属?#36884;?#21512;物等,要针对化学反应的温?#21462;?#21387;力、腐蚀性、比热容等特性选择合适的制作材料。


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