مفاعل دقيق أو مفاعل هيكلي صغير أو مفاعل قناة متناهية الصغر

تعليمات موجزة عن تكنولوجيا المفاعلات الدقيقة

تقنية المفاعل الدقيق هي تقنية جديدة بشكل أساسي من خلال تكثيف العملية لتحقيق تخليق كيميائي صديق للبيئة ، خاصة لإعداد المواد الكيميائية الدقيقة مثل المواد الكيميائية ومبيدات الآفات والأدوية والمواد الدقيقة والمواد النانوية. تقنية المفاعلات الدقيقة هي تقنية كيميائية دقيقة ظهرت في التسعينيات. إنه ليس اختزالًا بسيطًا للمفاعل الحالي ، ولكنه أحد الأنظمة الشاملة الجديدة التي تدمج عناصر مختلفة مثل تكنولوجيا المواد وتكنولوجيا التصنيع الدقيق وتكنولوجيا الاستشعار وتكنولوجيا التحكم. المفاعل الدقيق هو نوع جديد من مفاعلات خطوط الأنابيب المصغرة ذات التدفق المستمر مع قنوات هيكلية بمقياس ميكرون كقلب لتحقيق التفاعل والخلط والفصل والوظائف الأخرى. لا يشير "الجزئي" لمفاعل القناة الدقيقة إلى الحجم الصغير لجهاز المفاعل الدقيق أو العائد الصغير للمنتج ، ولكنه يعني بالأحرى أن القنوات السائلة على مقياس ميكرومتر أو مليمتر. تشير عملية التفاعل الدقيق إلى عملية نظام التفاعل التي أنشأتها هذه الأجهزة. يُطلق على نظام التفاعل الدقيق أيضًا اسم النظام الكيميائي الدقيق ، وهو نظام دقيق للعملية الكيميائية. يعتمد تصميم وتطوير النظام الكيميائي الدقيق على فكرة تصغير المعدات الكيميائية دون تقليل قدرة المعالجة للمعدات ، من خلال تعزيز معدل التدفق والتحكم فيه وعمليات الخلط والنقل في النظام ، ووقت الانتهاء من يتم تقصير التفاعل والفصل ، وتقليل ركود المواد في العملية ، وتقليل تكوين المنتجات الثانوية ، لتحقيق عملية كيميائية خضراء وآمنة وفعالة. أصبحت تقنية المفاعلات الدقيقة أحد اتجاهات التطوير المهمة في مجال تكثيف العمليات الكيميائية المستخدمة على نطاق واسع في مجالات الطب ومبيدات الآفات والمنتجات الكيميائية الدقيقة والتوليف الوسيط.

المفاعل الدقيق أو المفاعل المجهرية أو مفاعل القناة الدقيقة هو جهاز تحدث فيه التفاعلات الكيميائية في حبس بأبعاد جانبية نموذجية أقل من 1 مم ؛ الشكل الأكثر شيوعًا لمثل هذا الحبس هو القنوات الصغيرة. تتم دراسة المفاعلات الدقيقة في مجال هندسة العمليات الدقيقة ، جنبًا إلى جنب مع الأجهزة الأخرى (مثل المبادلات الحرارية الدقيقة) التي تحدث فيها العمليات الفيزيائية. تشتمل المفاعلات الدقيقة على هياكل متناهية الصغر للسماح بإجراء كيمياء التدفق على نطاق ميكرون. عادة ما يكون المفاعل الدقيق عبارة عن مفاعل تدفق مستمر (على النقيض من / مع مفاعل دفعي). تقدم المفاعلات الدقيقة العديد من المزايا على المفاعلات التقليدية ، بما في ذلك التحسينات الهائلة في كفاءة الطاقة ، وسرعة التفاعل والعائد ، والسلامة ، والموثوقية ، وقابلية التوسع ، والإنتاج في الموقع / عند الطلب ، ودرجة أكثر دقة من التحكم في العملية.

الخصائص التقنية للمفاعل الدقيق

• مساحة سطح محددة كبيرة ونقل جيد للحرارة ------ نظرًا للبنية المجهرية داخل المفاعل الدقيق ، فإن مساحة سطحه المحددة كبيرة جدًا ، والتي يمكن أن تصل إلى مئات أو حتى آلاف المرات من مساحة السطح المحددة للوعاء المحرض. ، لديها قدرة جيدة على نقل الحرارة والكتلة. عادة ما يكون معامل التبادل الحراري 25kW m - 2K - 1 على الأقل ، والذي يمكن أن يحقق الخلط المنتظم الفوري ونقل الحرارة الفعال للمواد.
• كفاءة نقل الكتلة العالية وسرعة التفاعل السريعة ------- يمكن أن يحتوي مفاعل القناة الصغيرة على العديد من القنوات الدقيقة ، ويمكن أن يتدفق الغاز والسوائل السائلة في القنوات الدقيقة بمعدل 10-4 إلى 10-6 م / ث ، يمكن لعملية تفاعل خلط السوائل أن تدرك تفاعل خلط فوري وموحد للمواد ، وتجعل تفاعل التفاعلات الكيميائية العادية يتم تقليل الوقت من ساعات - عشرات الساعات إلى ثوان - دقائق ويتم تحقيق إنتاجية عالية.
• التحكم الدقيق في درجة حرارة التفاعل والوقت اللازم لتحسين المحصول ------- تسمح خصائص نقل الحرارة الممتازة للمفاعل الدقيق بالتحكم الدقيق في درجة حرارة التفاعل ضمن نطاق معين ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لبعض التفاعلات التي تتضمن نواتج وسيطة وغير مستقرة حرارياً منتجات كيماوية دقيقة. تتدفق المواد المتفاعلة بشكل مستمر في مفاعل القناة الدقيقة. يمكن التحكم بدقة في زمن بقاء المواد الخام تحت ظروف التفاعل. بمجرد الوصول إلى وقت التفاعل الأمثل ، يتم تمريره على الفور إلى الخطوة التالية أو إنهاء التفاعل ، مما يمكن أن يقضي بشكل فعال على المنتجات الثانوية المتولدة بسبب وقت التفاعل الطويل وتحسين المحصول.
• قدرة أقل على الاحتفاظ بالسوائل وأكثر أمانًا وصديقة للبيئة للإنتاج المستمر ------- نظرًا لنقل الحرارة الجيد للمفاعل الدقيق ، لن تتراكم درجة حرارة التفاعل بشكل مفرط ويتم التحكم فيها بدقة ضمن نطاق معين ، مما قد يقلل من المخاطر المحتملة من الانفجار. عادة ما يتم تشغيل المفاعلات الدقيقة بشكل مستمر ، وكمية المواد المتفاعلة في المفاعل الدقيق صغيرة جدًا. وهذا يسمح بالمعالجة اللاحقة للوسائط غير المستقرة ويتجنب التأخيرات النموذجية في عمل الدُفعات. زمن بقاء وسط التفاعل غير المستقر قصير جدًا ولن يتحلل ، حتى لو كان التفاعل الوسيط أو المنتج النهائي سامًا ومواد ضارة ، أيضًا لأن كمية المنتجات المنتجة لكل وحدة زمنية صغيرة ووقت المكوث قصير ، فإن الضرر يتم تقليل حوادث السلامة إلى حد كبير. العديد من التفاعلات الطاردة للحرارة القوية التي لا يمكن تحقيقها في عملية دفعية ولكن يمكن تحقيقها في المفاعلات الدقيقة ، حتى التفاعلات الرئيسية مثل النترجة يمكن إجراؤها بأمان عند درجة حرارة عالية.
• على الرغم من أن المفاعل الدقيق لا يمكنه تصنيع المواد الكيميائية إلا بكميات صغيرة ، إلا أن توسيع نطاق الأحجام الصناعية هو ببساطة عملية مضاعفة عدد المفاعلات الدقيقة. في المقابل ، غالبًا ما تؤدي عمليات الدُفعات أداءً جيدًا في المختبر ولكنها تفشل على مستوى المصنع التجريبي للدفعة.
• يمكن لتقنية المفاعل الدقيق أيضًا زيادة أو تقليل عدد وحدات المفاعلات الدقيقة في النظام بمرونة وفقًا لتغيرات السوق ، وذلك لتحقيق الإنتاج في الوقت المحدد وفي الموقع والمخصص.
• يمكن استخدام تقنية المعالجة الدقيقة لدمج الخلط الدقيق والتفاعل الجزئي والتبادل الحراري الدقيق والفصل الدقيق والتحليل الدقيق وعمليات الوحدة الأخرى ومطابقة المستشعرات الدقيقة والصمامات الدقيقة والأجهزة الأخرى في النظام الأساسي أو حتى شريحة تحكم لتحقيق المنصة أو عملية متعددة الوظائف قائمة على الرقاقة ، وذلك لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي والتحكم الذكي في نظام التفاعل الجزئي ، وتحسين سرعة التفاعل ، وحفظ تكلفة التفاعل في نفس الوقت.

نوع التفاعلات المناسبة للمفاعلات الدقيقة

حتى الآن ، لا يزال المفاعل الدقيق متعدد الأغراض مقصورًا على التفاعل المتجانس ، وإلى حد ما ، يقتصر على الطور الغازي السائل وتفاعل الطور السائل-السائل. وفقًا للإحصاءات ، يمكن إجراء حوالي 30 بالمائة من التفاعلات الكيميائية الدقيقة في المفاعلات الدقيقة لتحسين المحصول أو الانتقائية أو السلامة. تنعكس مزايا المفاعل الدقيق بشكل أساسي في الأنواع التالية من التفاعلات:

• التفاعلات الطاردة للحرارة بعنف ------- بالنسبة للتفاعلات الطاردة للحرارة بعنف ، تعتمد عملية المفاعل التقليدي عمومًا طريقة الإضافة التدريجية أو الإضافة الدفعية. ومع ذلك ، سيظل هناك ارتفاع في درجة الحرارة المحلية وسيتم إنتاج كمية معينة من المنتجات الثانوية. نظرًا لخصائص نقل الحرارة الجيدة للمفاعل الدقيق ، يمكن التحكم في درجة حرارة التفاعل بدقة ، ويمكن التخلص من الحرارة الزائدة المحلية ، ويمكن تحسين إنتاجية المنتج وانتقائيته بشكل كبير.
• التفاعل مع المواد المتفاعلة أو المنتجات غير المستقرة ------ بعض المواد المتفاعلة أو المنتجات غير مستقرة للغاية وتتحلل وتقلل من إنتاجية المنتجات بعد فترة مكوثها. نظام المفاعل الدقيق هو نظام تدفق مستمر ، ويمكن التحكم بدقة في زمن بقاء التفاعل. لذلك ، يمكن تجنب التحلل الناتج عن عدم استقرار المواد المتفاعلة أو المنتجات في المفاعل التقليدي.
• تفاعل سريع مع متطلبات صارمة على نسبة المواد المتفاعلة ------ بعض التفاعلات لها متطلبات صارمة بشأن نسبة المتفاعلات ، وسيؤدي زيادة أحد المتفاعلات إلى تفاعلات جانبية ، مثل التفاعلات التي تتطلب استبدالًا أحاديًا ، سيكون هناك يتم تشكيل منتجات ثنائية الاستبدال وثلاثي الاستبدال. يمكن لنظام المفاعل الدقيق أن يحقق خلطًا متجانسًا على الفور ، مما يتجنب مشكلة الزيادة الموضعية لكل مادة متفاعلة ويقلل من المنتجات الثانوية.
• التفاعلات الكيميائية الخطيرة وتفاعلات درجات الحرارة المرتفعة والضغط المرتفع ------ ستؤدي بعض التفاعلات الكيميائية التي تخرج عن نطاق السيطرة بسهولة ، بمجرد خروجها عن السيطرة ، إلى زيادة درجة حرارة التفاعل والضغط بشكل حاد ، وستؤدي المواد المتفاعلة إلى إحداث انفجار متساوي. نظرًا لأنه يمكن تصدير حرارة التفاعل بسرعة ، والمفاعل الدقيق عبارة عن تفاعل تدفق مستمر ، فإن كمية المواد الكيميائية عبر الإنترنت صغيرة جدًا ، لذا فإن سلامة التفاعل مضمونة في المفاعلات الدقيقة.

بالطبع ، ليست كل التفاعلات مناسبة لأنظمة المفاعلات الدقيقة ، مثل التفاعلات السائلة والصلبة البطيئة للغاية ، والتفاعلات بدون الظواهر الطاردة للحرارة والممتصة للحرارة والعمليات التقليدية لها بالفعل انتقائية عالية وتفاعلات ناتجة.

مطبات تطبيق المفاعلات الدقيقة

• على الرغم من وجود مفاعلات مصنوعة للتعامل مع الجسيمات ، إلا أن المفاعلات الدقيقة بشكل عام لا تتسامح مع الجسيمات بشكل جيد ، وغالبًا ما تكون مسدودة. وقد حدد عدد من الباحثين التشبع باعتباره أكبر عقبة أمام المفاعلات الدقيقة [8] التي يتم قبولها على نطاق واسع كبديل مفيد للمفاعلات الدفعية.
• قد ينتج عن الضخ الميكانيكي تدفق نابض قد يكون غير مواتٍ. تم تكريس الكثير من العمل لتطوير المضخات ذات النبضات المنخفضة. حل التدفق المستمر هو التدفق الكهربي (EOF).
• يفرض التآكل مشكلة أكبر في المفاعلات الدقيقة لأن نسبة المساحة إلى الحجم عالية. قد يمر تدهور قليل من ميكرومتر دون أن يلاحظه أحد في الأوعية التقليدية. نظرًا لأن الأبعاد الداخلية النموذجية للقنوات هي بنفس الترتيب من حيث الحجم ، فقد تتغير الخصائص بشكل كبير.
• على الرغم من أن نظام المفاعلات الدقيقة يمكن أن يرتقي إلى الأحجام الصناعية عن طريق مضاعفة عدد المفاعلات الدقيقة ويمكن أن يقلل التكلفة ، إلا أن قدرة المعالجة لنظام التفاعل الدقيق محدودة للغاية أيضًا. أثناء زيادة عدد المفاعلات الدقيقة بشكل كبير ، يتم أيضًا زيادة تعقيد نظام المراقبة والتحكم في الإجراءات الدقيقة بشكل كبير ، كما يتم زيادة تكلفة الاستثمار والتشغيل للإنتاج الفعلي بشكل كبير.

التطبيقات

التعليمات

الوسم : مفاعل دقيق أو مفاعل منظم دقيق أو مفاعل متناهي الصغر ، موردون ، مصنعون ، مصنع ، بيع بالجملة ، شراء