微反應(yīng)器技術(shù)ppt下載

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上傳時(shí)間：: 2018-09-08

素材編號(hào)：: 210710

素材類(lèi)別：: 課件PPT

素材預(yù)覽

這是微反應(yīng)器技術(shù)ppt，包括了定義，基本結(jié)構(gòu)，常用材料，常用材料，用途，微反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，微反應(yīng)器的缺點(diǎn)，微反應(yīng)器可能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程等內(nèi)容，歡迎點(diǎn)擊下載。

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微反應(yīng)器FNw紅軟基地

定義

微反應(yīng)器，即微通道反應(yīng)器，利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之間的微型反應(yīng)器，微反應(yīng)器的“微”表示工藝流體的通道在微米級(jí)別，而不是指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含有成百萬(wàn)上千萬(wàn)的微型通道，因此也實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

基本結(jié)構(gòu)

微反應(yīng)器在結(jié)構(gòu)上常采用一種層次結(jié)構(gòu)方式，它先以亞單元形成單元，再以單元來(lái)形成更大的單元，以此類(lèi)推。這種特點(diǎn)與傳統(tǒng)化工設(shè)備有所不同，它便于微反應(yīng)器以‘數(shù)增放大’的方式(而不是傳統(tǒng)的尺度放大方式)，來(lái)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行方便的擴(kuò)大和靈活的調(diào)節(jié)。

微反應(yīng)器的制作就是在工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核以后，選擇適宜的材料和加工方法，制備出微結(jié)構(gòu)和微部件，然后再選擇合適的連接方式，將其組裝成微單元和微裝置，最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證其效果，如不能滿(mǎn)足預(yù)期要求，則須重來(lái)。

常用材料

材料的選擇取決于介質(zhì)和工況等因素，如介質(zhì)的腐蝕性能、操作溫度、操作壓力等，且影響著加工方法的選取，因?yàn)閷?duì)于不同材料而言其加工方法也不同。另一方面，加工方法又反過(guò)來(lái)影響材料的選擇，比如因?yàn)榫然虬踩蠖仨毑捎媚骋环N加工方法時(shí)，就須采用與此加工方法相適宜的材料。

硅是微反應(yīng)器中使用較多的一種材料。這首先在于硅的一些優(yōu)良機(jī)械和物理性能，它的彈性模量和鋼的幾乎相同，這可使硅更好地保持載荷與變形的線(xiàn)性關(guān)系;硅的熱膨脹系數(shù)很�。还杈哂懈飨虍愋�，便于進(jìn)行選擇性刻蝕。另一方面，硅是半導(dǎo)體器件制造中最常使用的材料，加工成型成熟。

常用材料

不銹鋼、玻璃、陶瓷也是微反應(yīng)器中的常用材料。不銹鋼多用在一些強(qiáng)放熱的多相催化微反應(yīng)器中，對(duì)一些尺寸稍大的反應(yīng)室也可用不銹鋼制作，這樣加工方便，成本低廉，且易與外部連接。另外不銹鋼具有良好的延展性，因而成為反應(yīng)器或換熱器薄片制作的常用材料。

玻璃因?yàn)榛瘜W(xué)性能穩(wěn)定，且具有良好的生物兼容性，用它制作的微反應(yīng)器還有利于觀察內(nèi)部反應(yīng)，所以玻璃在微反應(yīng)器中常被廣泛用做基片材料。

陶瓷因化學(xué)性能穩(wěn)定，抗腐蝕能力強(qiáng)，熔點(diǎn)高，在高溫下仍能保持尺寸的穩(wěn)定，因而在微反應(yīng)器中常用于高溫和強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。其缺點(diǎn)是耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格昂貴。

其它如塑料和聚合物等材料在光刻電鍍和壓模成型加工出現(xiàn)以后，也在微反應(yīng)器中越來(lái)越廣泛應(yīng)用。

用途

微反應(yīng)器設(shè)備根據(jù)其主要用途或功能可以細(xì)分為微混合器，微換熱器和微反應(yīng)器。由于其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)使得微反應(yīng)器設(shè)備具有極大的比表面積，可達(dá)攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。微反應(yīng)器有著極好的傳熱和傳質(zhì)能力，可以實(shí)現(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱，因此許多在常規(guī)反應(yīng)器中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)都可以微反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)。

目前微反應(yīng)器在化工工藝過(guò)程的研究與開(kāi)發(fā)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，商業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用正日益增多。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括有機(jī)合成過(guò)程，微米和納米材料的制備和日用化學(xué)品的生產(chǎn)。在化工生產(chǎn)中，最新的Miprowa技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)每小時(shí)上萬(wàn)升的流量

微反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

傳質(zhì)、傳熱效率高，傳質(zhì)速度快，轉(zhuǎn)化率和收率高。

比表面積大，具有很大的熱交換效率

在降低能耗的同時(shí)提高產(chǎn)物選擇性，保持環(huán)境清潔，減少化工生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響。

快速有效的混合，精確控制停留時(shí)間與反應(yīng)溫度是得到更高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，避免副反應(yīng)發(fā)生。

微反應(yīng)器采用連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)，在反應(yīng)器中停留的化學(xué)品量很少，易于控制反應(yīng)過(guò)程，大大提高了反應(yīng)過(guò)程的安全性。

溫度可控，時(shí)間可控。

可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)過(guò)程的直接放大

微反應(yīng)器的缺點(diǎn)

微反應(yīng)器的微結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是固體物料無(wú)法通過(guò)微通道，如果反應(yīng)中有大量固體產(chǎn)生，微通道極易堵塞，導(dǎo)致生產(chǎn)無(wú)法連續(xù)進(jìn)行。

雖然能夠放大，但現(xiàn)在的技術(shù)，生產(chǎn)能力還是比較弱。

微反應(yīng)器的數(shù)量大大增加時(shí)，微反應(yīng)器的檢測(cè)和控制的復(fù)雜程度大大增加，成本也相應(yīng)增加。

不是所有的反應(yīng)都適合微反應(yīng)。如很慢的液-固反應(yīng)，反應(yīng)無(wú)放熱或吸熱現(xiàn)象；傳統(tǒng)工藝的選擇性和收率已經(jīng)很高的反應(yīng)。

微反應(yīng)器的特性

傳熱特性

由于微反應(yīng)器通道狹窄，使溫度梯度增加了，且微反應(yīng)器的比表面積非常大，大大增大了微反應(yīng)器的導(dǎo)熱能力。在微換熱器中，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)到25000W/(m2·K)以上，相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器而言，導(dǎo)熱系數(shù)值至少要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

傳質(zhì)特性

狹窄的微通道還使微反應(yīng)器質(zhì)量傳遞的時(shí)間和距離大大縮短了。對(duì)于微混合反應(yīng)器，傳遞時(shí)間和距離可以運(yùn)用下式：tmin∝I2/D，式中tmin表示達(dá)到混合完全時(shí)所需要的時(shí)間，I為傳遞距離，D為擴(kuò)散系數(shù)。因此，混合時(shí)間與傳遞距離之間有一個(gè)二次方的比例關(guān)系，通道尺寸減小將使擴(kuò)散時(shí)間縮短。所以微混合器通常在毫秒級(jí)范圍即可達(dá)到反應(yīng)物的完全混合，在這個(gè)時(shí)間范圍，混合距離為微米范圍。很顯然，微反應(yīng)技術(shù)對(duì)于那些強(qiáng)放熱的反應(yīng)以及受傳質(zhì)控制的反應(yīng)具有很大的應(yīng)用前景。

微反應(yīng)器的特性

宏觀流動(dòng)特性

由于微通道內(nèi)的流體為層流流型，這將會(huì)導(dǎo)致流體在徑向上速度分布不均勻。所以在微通道內(nèi)軸向上流體微元存在返混現(xiàn)象，但是對(duì)于單個(gè)微通道來(lái)說(shuō)，微反應(yīng)器的微通道非常狹窄，其軸徑比一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于100，所以宏觀上可以將其看作平推流模型，可以忽略流體流動(dòng)的返混現(xiàn)象

動(dòng)量傳遞特性

在工業(yè)生產(chǎn)中，管道內(nèi)流體邊界層厚度的數(shù)量級(jí)一般為10-3m，而微反應(yīng)器微通道當(dāng)量直徑的數(shù)量級(jí)一般為微米(10-6m)。在流速相同的情況下，當(dāng)流體分別流經(jīng)當(dāng)量直徑為50mm的管道和直徑為50μm的通道時(shí)，微通道內(nèi)的流體流動(dòng)的雷諾數(shù)非常小，通常在幾十到幾百之間，甚至可能更小，相比慣性力而言黏滯力較大。所以微通道內(nèi)的流體為層流流型，只有通過(guò)擴(kuò)散來(lái)完成反應(yīng)物的混合。

微反應(yīng)器可能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程

用傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器，反應(yīng)放出的熱量不能及時(shí)的釋放，反應(yīng)溫度不能精確控制。因此反應(yīng)速度常常被人為的加以限制，否則可能會(huì)發(fā)生爆炸。

利用微反應(yīng)器能克服釜式反應(yīng)器的缺點(diǎn)。如果關(guān)于微反應(yīng)器的這個(gè)預(yù)言是正確的，那么這將是對(duì)化工工藝的一次徹底的改革。這種新化工工藝必然會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。許多學(xué)術(shù)報(bào)道都做了傳統(tǒng)反應(yīng)器與微反應(yīng)器的比較，并發(fā)現(xiàn)應(yīng)用微反應(yīng)器比傳統(tǒng)反應(yīng)器更能強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程。

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