Was ist ein Mikroreaktor?
Ein Mikroreaktor ist ein sehr kleines Gerät, bei dem chemische Reaktionen stattfinden können. Typischerweise misst es weniger als 2,54 cm Länge und Breite und möglicherweise weniger als ein Sechzehntel 1,56 mm in der Dicke, obwohl die Abmessungen variieren. Es wird normalerweise Eingangs- und Ausgangsrohre mit winzigen Kanälen oder Kammern im Inneren haben, in denen die Reaktionen stattfinden. Normalerweise sind die Reaktanten und das Produkt Flüssigkeiten-Flüssigkeiten oder Gase-, die mit winzigen Pumpen oder Elektro-Osmose eingeführt werden können. Ab 2011 werden Mikroreaktoren nur für experimentelle und Prototyping -Zwecke verwendet. Es besteht jedoch die wirkliche Aussicht, sie in großer Zahl für die Massenproduktion nützlicher Chemikalien einzustellen. Sie können aus Siliziumwafern, Glas, Metall oder Keramikmaterial hergestellt werden. Die Kanäle können nicht breiter sein als ein menschliches Haar. Das Ätzen mAY durch Laser, elektrische Entladung oder chemische Mittel durchgeführt werden. Oft besteht der Mikroreaktor aus zwei zusammengeätzten Platten zusammen.
Mikroreaktoren bieten einige erhebliche Vorteile gegenüber traditionelleren, größeren Mittel zur Durchführung chemischer Reaktionen. Das Verhältnis mit hohem Oberflächenbereich zu Volumen ermöglicht es den Reaktionen, schneller und häufig bei einer niedrigeren Temperatur zu verlaufen, als bei größeren Skalen möglich ist. Hoche exotherme Reaktionen, die normalerweise potenziell gefährlich oder schädlich für Geräte sind, können sicher durchgeführt werden. Jede erzeugte Wärme löst sich aufgrund der viel kleineren Volumina von Reaktanten schnell ab. Ein Versagen eines Teils einer traditionellen Chemieanlage könnte zur Freisetzung großer Mengen gefährlicher Chemikalien oder zur vollständigen Einstellung der Produktion führen. Im Gegensatz dazu würde eine Pflanze, die aus einer großen Reihe von Mikroreaktoren bestehtein Teil.
Normalerweise arbeiten Mikroreaktoren mit einem kontinuierlichen Fluss von Reaktanten. Obwohl die Ausgangsrate eines einzelnen Mikroreaktors offensichtlich sehr klein ist, kann sie dennoch als winzige Fabrik angesehen werden. Es besteht das Potenzial, eine sehr große Anzahl von Massenproduzenten miteinander zu verwenden, um Produkte in wirtschaftlich lebensfähigem Maßstab bereitzustellen, und es werden eine Reihe von Möglichkeiten untersucht.
Die Verwendung von Mikroreaktoren in der organischen Synthese ist ein vielversprechender Bereich. Sie bieten eine schnelle Mischung von Reaktanten, schnelle Reaktionszeiten, erhöhte Erträge und sicheres Umgang mit toxischen und explosiven Verbindungen. Die Skalierung vom Labor zu industrieller Produktion beinhaltet keine Änderungen zu den Verfahren, um optimale Ausbeuten zu erzielen. Es wäre einfach eine Frage der Hinzufügung mehr Mikroreaktoreinheiten.
Ein weiterer potenzieller kommerzieller Nutzung ist die Produktion von Biodiesel, eine Alternative zu fossilen Brennstoffen. Aktuelle Produktionsmethoden erfordern das HauptRohstoffe, Pflanzenöl und Methanol, die mit einem Katalysator gemischt werden und mehrere Stunden lang gelassen werden, um die Reaktion abzuschließen. In einem Biodieselmikroreaktor ist die Reaktion nahezu unmittelbar, und die Skalierung des Prozesses, um nützliche Mengen zu erzeugen, würde einfach eine große Anzahl von Mikroreaktoren kombinieren.
Es gibt jedoch eine Reihe von Problemen, die überwunden werden müssen, um die wirtschaftliche Produktion von Chemikalien unter Verwendung von Mikroreaktoren zu erzielen. Einer davon ist der Wandeffekt: Reaktanten und Produkte neigen dazu, an den Wänden der Reaktionskammer festzuhalten. Dies ist im Allgemeinen unbedeutend für die traditionelle chemische Herstellung mit großen Reaktionsgefäßen, aber im Mikromaßstab kann ein erheblicher Anteil der potenziellen Ausbeute verloren gehen. Ein weiteres Problem ist, dass es schwierig ist, Reaktionen mit Festkörpern, entweder als Reaktanten oder als Produkte, in einem Mikroreaktor durchzuführen, wenn sie dazu neigen, die Kanäle zu verstopfen.