マイクロリアクターとは？

マイクロリアクターは、化学反応が起こる非常に小規模なデバイスです。 通常、寸法は異なりますが、長さおよび幅はインチ（2.54 cm）未満、厚さは16分の1インチ（1.56 mm）未満です。 通常、反応が行われる内部に小さなチャンネルまたはチャンバーを備えた入力および出力チューブがあります。 通常、反応物と生成物は液体です-液体または気体-それは小さなポンプまたは電気浸透を使用して導入することができます。 2011年現在、マイクロリアクターは実験およびプロトタイピングの目的でのみ使用されていますが、有用な化学物質の大量生産にマイクロリアクターを大量に使用する可能性があります。

デバイスは、通常、集積回路の製造と同様の方法で、適切な材料に小さなチャネルをエッチングすることにより構築されます。 それらは、シリコンウェーハ、ガラス、金属、またはセラミック材料から作ることができます。 チャンネルは人間の髪の毛ほど広くないかもしれません。 エッチングは、レーザー、放電、または化学的手段によって実行されてもよい。 多くの場合、マイクロリアクターは、2つのエッチングされたプレートが互いに挟まれて作られています。

マイクロリアクターは、化学反応を実行する従来の大規模な手段に比べていくつかの重要な利点を提供します。 表面積と体積の比率が高いため、反応はより大規模な場合よりも低い温度でより迅速に、多くの場合進行します。 通常、潜在的に危険または機器に損傷を与える可能性のある高発熱反応は、安全に実行できます。 反応物の量がはるかに少ないため、発生した熱はすぐに放散されます。 従来の化学プラントの一部の故障により、大量の危険な化学物質が放出されたり、生産が完全に停止したりする可能性があります。 対照的に、マイクロリアクターの大規模な配列で構成されるプラントは、1つの部品の故障による大きな影響を受けません。

通常、マイクロリアクターは反応物の連続的な流れで動作します。 個々のマイクロリアクターからの出力速度は明らかに非常に小さいですが、それでも小さな工場と見なすことができます。 経済的に実行可能な規模で製品を提供するために、非常に多数の大量生産されたマイクロリアクターを積み重ねて使用する可能性があり、多くの可能性が調査中です。

有機合成におけるマイクロリアクターの使用は、非常に有望な分野の1つです。 反応物の迅速な混合、反応時間の短縮、収率の向上、毒性および爆発性化合物の安全な取り扱いを実現します。 実験室レベルから工業レベルの生産へのスケールアップは、最適な収率を達成するための手順の変更を必要としません-それは単により多くのマイクロリアクターユニットを追加することの問題でしょう。

別の潜在的な商業用途は、化石燃料の代替品であるバイオディーゼルの生産です。 現在の生産方法では、主原料である植物油とメタノールを触媒と混合し、数時間放置して反応を完了させる必要があります。 バイオディーゼルマイクロリアクターでは、反応はほぼ即座に行われ、繰り返しますが、プロセスをスケールアップして有用な量を生成するには、単に多数のマイクロリアクターを組み合わせる必要があります。

しかし、マイクロリアクターを使用した化学物質の経済的な大規模生産を達成するには、克服しなければならない多くの問題があります。 これらの1つは壁効果です。反応物と生成物は、反応室の壁にしがみつく傾向があります。 これは一般に、大きな反応容器を使用する従来の化学製品の製造では重要ではありませんが、マイクロスケールでは、潜在的な収率のかなりの部分が失われる可能性があります。 別の問題は、反応器または生成物として、固体を含む反応をマイクロリアクターで実行するのが難しいことです。