微反应器PPT课件.pptVIP

微反应器 1. 目录1、简介2、分类 2.1 液液相反应器 2.2 气液相反应器 2.3 气液固三相反应器 2.4 气固相反应器3、应用 3.1 纳米微粒的制备 3.2 精细化工过程4、展望5、结语2. 1、简介未来科学技术发展方向设备微型化过程集成化微化学工程3. 1.1 微化工技术的主要特点独特的流动行为微化工技术的主要特点体积减小大比表面积快速放大弹性生产4. 1.2 微反应器的简介微反应器是一种单元反应界面宽度为微米量级的微型化的化学反应系统, 是90年代兴起的微化工技术；不是现有反应器的简单缩小,而是融合了材料技术、微细加工技术、传感器技术和控制技术等各种要素技术的新的综合系统之一 03,4 第一届“微通道和微小型通道国际会议”限定微通道特征尺度在10μm～3.00mm内微化工技术着重研究时空特征尺度在数百毫秒和数百微米范围内的微型设备和并行分布系统中的过程特征和规律微反应器是指以反应为主要目的, 以一个或多个微反应器为主,同时还可能包括有微混合、微换热、微分离、微萃取等辅助装置以及微传感器和微执行器等关键组件的一个微反应系统 5. 6. 7. 1.3 微反应器的主要特征1.大比表面积强化了传质、传热缩短了扩散时间，实现流体间的快速均匀混合以及等温操作通道内作用力主要为：界面张力，粘性应力以及毛细管力2.独特的流动行为流体流动通常属于层流具有很强的方向性、对称性和高度有序性具有窄的停留时间分布和均匀的传质过程便于对过程进行精确的理论描述和模拟3.催化剂的高通量筛选催化剂用量少，操作连续、安全适用于含有毒物质、易爆、危险的反应4.无放大效应通过集成众多的反应器可以处理大批量的原料节省从实验室研发到工业过程的时间和成本8. 1.4 通道设计复杂的微系统A－微通道截面积；△p－微通道压降；CR－微通道几何系数；η－流体粘度；L－微通道长度U—微管道湿润周长，P0—泊肃数圆形的几何系数最小，但存在刻蚀困难的问题，所以微通道通常是矩形或梯形的；常采用宽高比为1:10的矩形截面结构通道长度只需满足管道中流体的相互混合即可，一般不小于1mm；为忽略流体的入口效应，入口通道长度一般大于300μm9. 1.5 微反应器内的反应过程适用于微反应器内的反应过程有三种：第一类：瞬间反应，反应半衰期小于1s，这类反应主要受微观混合效果控制。第二类：快反应，反应半衰期介于1s~10min之间，处于传质过程和本征动力学共同控制区域。第三类：慢反应，反应半衰期大于10 min，处于本征动力学控制区域。10. 1.6 微反应器的优点几何特性传递特性宏观流动特性温度控制：极好的传热性质和非常短的反应时间，有利于反应器的控制，对于反应器内的温度分布变化可以瞬时响应，对于涉及中间产物和热稳定产物的部分反应具有重大意义反应器体积：非零级反应(自催化除外，F，X0，XF相同),VCSTRVPFR微通道几乎完全符合PFR,使得反应物能在毫秒级范围内完全混合,大大加速了传质控制反应的速率,在维持产量不变的情况下使反应器总体积大大减小提高转化率和收率：缩短部分氧化反应中反应物停留时间，减少深度氧化副产物最佳停留时间获得最高收率的反应, 精确控制反应时间及时移走热量，减少强放热反应的副反应，提高选择性安全性能：反应体积小，传质传热快，避免“飞温”现象通道尺寸数量级在微米级范围内，有效阻断链式反应，使其能在爆炸极限范围内稳定进行11. 1.7 微反应器的缺点微反应器的微结构最大的缺点是固体物料无法通过微通道，如果反应中有大量固体产生，微通道极易堵塞，导致生产无法连续进行。虽然能够放大，但现在的技术，生产能力还是比较弱。微反应器的数量大大增加时，微反应器的检测和控制的复杂程度大大增加，成本也相应增加。不是所有的反应都适合微反应。如很慢的液-固反应，反应无放热或吸热现象；传统工艺的选择性和收率已经很高的反应。12. 1.8 微反应器制造技术硅的异性湿法蚀刻玻璃湿法化学蚀刻微制造技术技术适用性评价硅的干法蚀刻LIGA过程注模技术其它13. 微反应器制造技术微反应系统的层次结构 14. 混合器降膜反应器微反应器制造技术15. 1.9 微反应器制造技术的适用性评价生产成本精确度选材加工耗时可靠性可实现性各种制造技术精确度差异的比较以及它们的适用性16. 2、分类操作模式半连续间歇连续17. 微反应器不同相态的反应过程液液反应气液反应气液固反应气固相催化反应18. 2.1 液液相反应器反应液体呈层流状态流动.扩散是传质主要途径 为了增大液体的接触面积和减少扩散距离 异相液体接触主要有两种基本方式：纵向和横向 1.由泵输送的两种液体分别进入各自的输送通道，然后在平行的纵向接触面上混合、扩散到发生化学反应 液液相