Qu'est-ce qu'un microréacteur?
Un microréacteur est un dispositif à très petite échelle dans lequel les réactions chimiques peuvent avoir lieu. En règle générale, il mesure moins de pouce (2,54 cm) de longueur et de largeur et peut-être moins d'un seizième de pouce (1,56 mm) d'épaisseur, bien que les dimensions varient. Il aura normalement des tubes d'entrée et de sortie, avec de minuscules canaux ou chambres à l'intérieur, dans lesquels les réactions ont lieu. Habituellement, les réactifs et le produit sont des fluides - liquides ou gaz - qui peuvent être introduits à l'aide de minuscules pompes ou électro-osmose. En 2011, les microréacteurs sont utilisés uniquement à des fins expérimentales et de prototypage, mais il existe une réelle perspective de les utiliser en grand nombre pour la production de masse de produits chimiques utiles.
Le dispositif est normalement construit en gravant de minuscules canaux sur un matériau approprié d'une manière similaire à la fabrication de circuits intégrés. Ils peuvent être fabriqués à partir de tranches de silicium, de verre, de métal ou de céramique. Les canaux peuvent ne pas être plus larges qu'un cheveux humains. La gravure mAY être effectué par laser, décharge électrique ou par des moyens chimiques. Souvent, le microréacteur est fabriqué à partir de deux plaques gravées en sandwich.
Les microréacteurs offrent des avantages significatifs par rapport aux moyens plus traditionnels et à plus grande échelle de réactions chimiques. Le rapport surface-surface / volume élevé permet aux réactions de procéder plus rapidement et souvent à une température plus basse que ce qui est possible à plus grande échelle. Des réactions hautement exothermiques qui seraient normalement potentiellement dangereuses ou dommageables pour l'équipement peuvent être effectuées en toute sécurité; Toute chaleur générée se dissipe rapidement en raison des volumes beaucoup plus petits de réactifs. Une défaillance dans une partie d'une usine chimique traditionnelle pourrait entraîner la libération de grandes quantités de produits chimiques dangereux ou arrêter complètement la production. En revanche, une plante composée d'un large éventail de microréacteurs ne serait pas significativement affectée par la défaillance deune partie.
Habituellement, les microréacteurs fonctionnent avec un flux continu de réactifs. Bien que le taux de sortie d'un microréactor individuel soit évidemment très petit, il peut néanmoins être considéré comme une petite usine. Il est possible d'employer un très grand nombre de microréacteurs produits en masse empilés pour fournir des produits à une échelle économiquement viable, et un certain nombre de possibilités sont à l'étude.
L'utilisation de microréacteurs dans la synthèse organique est une zone très prometteuse. Ils offrent un mélange rapide des réactifs, des temps de réaction rapides, des rendements accrus et une manipulation sûre des composés toxiques et explosifs. La mise à l'échelle de la production de laboratoire au niveau industriel n'implique aucune modification des procédures pour obtenir des rendements optimaux - il serait simplement une question d'ajouter plus d'unités de microréacteur.
Une autre utilisation commerciale potentielle réside dans la production de biodiesel, une alternative aux combustibles fossiles. Les méthodes de production actuelles nécessitent le principalLes matières premières, l'huile végétale et le méthanol, pour être mélangées avec un catalyseur et sont partis pendant plusieurs heures pour terminer la réaction. Dans un microréacteur biodiesel, la réaction est presque immédiate et, encore une fois, la mise à l'échelle du processus pour produire des quantités utiles impliquerait simplement de combiner un grand nombre de microréacteurs.
Il existe cependant un certain nombre de problèmes qui doivent être surmontés pour réaliser une production économique à grande échelle de produits chimiques à l'aide de microréacteurs. L'un d'eux est l'effet de paroi: les réactifs et les produits ont tendance à s'accrocher aux parois de la chambre de réaction. Ceci est généralement insignifiant pour la fabrication chimique traditionnelle à l'aide de grands vaisseaux de réaction, mais sur la micro-échelle, une proportion significative du rendement potentiel peut être perdu. Un autre problème est qu'il est difficile d'effectuer des réactions impliquant des solides, soit en tant que réactifs, soit en tant que produits, dans un microréacteur car ils ont tendance à obstruer les canaux.