Co to jest mikroreaktor?

Mikroreaktor jest bardzo małą skalą urządzeniem, w którym mogą mieć miejsce reakcje chemiczne. Zazwyczaj ma mniej niż cal (2,54 cm) długości i szerokości i być może mniej niż jedną szesnastą cala (1,56 mm) grubości, chociaż wymiary różnią się. Zwykle będzie miał rurki wejściowe i wyjściowe, z małymi kanałami lub komorami w środku, w których zachodzą reakcje. Zwykle reagenty i produktem są płyny-ciecze lub gazy-które można wprowadzić przy użyciu małych pomp lub elektroosmozy. Od 2011 r. Mikroaktory są używane wyłącznie do celów eksperymentalnych i prototypowych, ale istnieje prawdziwa perspektywa zastosowania ich w dużej liczbie do masowej produkcji przydatnych chemikaliów.

Urządzenie jest zwykle konstruowane przez trawienie maleńkich kanałów na odpowiedni materiał w podobny sposób, jak wytwarzanie zintegrowanych obwodów. Można je wykonać z płytek krzemowych, szkła, metalu lub materiałów ceramicznych. Kanały mogą nie być szersze niż ludzkie włosy. Trawienie may być wykonywane za pomocą lasera, wyładowania elektrycznego lub środków chemicznych. Często mikroreaktor jest wykonany z dwóch wytrawionych płytek w kanapkach.

Mikroreaktory oferują pewne znaczące zalety w stosunku do bardziej tradycyjnych, na większą skalę sposobów wykonywania reakcji chemicznych. Wysoki stosunek powierzchni do objętości umożliwia reakcje szybsze i często w niższej temperaturze niż jest to możliwe w większych skalach. Można bezpiecznie przeprowadzić wysoce egzotermiczne reakcje, które zwykle byłyby potencjalnie niebezpieczne lub szkodliwe dla sprzętu; Wszelkie wytwarzane ciepło szybko rozprasza się ze względu na znacznie mniejsze objętości reagentów. Niepowodzenie w niektórych części tradycyjnej rośliny chemicznej może spowodować uwolnienie dużych ilości niebezpiecznych chemikaliów lub całkowicie zamknięta produkcja. Natomiast roślina składająca się z dużej gamy mikroaktorów nie miałaby znacząco wpływujedna część.

Zwykle mikroreaktory działają z ciągłym przepływem reagentów. Chociaż szybkość wyjścia z poszczególnych mikroreaktorów jest oczywiście bardzo mała, można go jednak uznać za niewielką fabrykę. Istnieje potencjał do wykorzystania bardzo dużej liczby masowo produkowanych mikoreaktorów ułożonych razem, aby zapewnić produkty w ekonomicznie opłacalną skalę, a szereg możliwości jest badanych.

Zastosowanie mikroreaktorów w syntezie organicznej jest jednym z bardzo obiecującego obszaru. Oferują szybkie mieszanie reagentów, szybkie czasy reakcji, zwiększone plony i bezpieczne obchodzenie się z toksycznymi i wybuchowymi związkami. Produkcja na poziomie laboratoryjnym na poziom laboratoryjna nie wymaga żadnych zmian w procedurach w celu osiągnięcia optymalnych plonów - po prostu byłoby to kwestia dodania większej liczby jednostek mikroreaktorów.

Kolejnym potencjalnym zastosowaniem komercyjnym jest produkcja biodiesla, alternatywa dla paliw kopalnych. Obecne metody produkcji wymagają głównegoSurowce, olej roślinny i metanol, które mają być zmieszane z katalizatorem i pozostawione na kilka godzin, aby zakończyć reakcję. W mikroreaktorze biodiesla reakcja jest prawie natychmiastowa i ponownie skalowanie procesu w celu uzyskania przydatnych ilości po prostu wymagałoby połączenia dużej liczby mikoreaktorów.

Istnieje jednak szereg problemów, które należy pokonać, aby osiągnąć ekonomiczną produkcję chemikaliów na dużą skalę za pomocą mikroreaktorów. Jednym z nich jest efekt ściany: reagenty i produkty mają tendencję do przylegania do ścian komory reakcyjnej. Jest to ogólnie nieznaczne w przypadku tradycyjnej produkcji chemicznej przy użyciu dużych naczyń reakcyjnych, ale na mikro-skali można utracić znaczną część potencjalnej wydajności. Innym problemem jest to, że trudno jest wykonywać reakcje obejmujące ciśnienie ciał, jako reagenty lub jako produkty, w mikroreaktorze, ponieważ mają tendencję do zatykania kanałów.