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连续流反应器

  微化工技术于上个世纪九十年代初兴起,该技术利用微米级的通道式反应器进行反应,能促进过程强化和化工系统小型化,提高资源利用率,节能降耗,从根本上解决传统工艺反应不彻底及易爆等技术难题,实现化工生产的本质安全微化工技术的核心是连续流反应器(也叫连续流反应器),它是一种通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备,其流体通道或者分散尺度在微米量级叫而其处理量则是从每分钟数微升到每年数万吨的规模。连续流反应器内部流体的流动或分散尺度在1μm到1 mm之间,称为微流体。微流体相对于常规尺度的流体在传递特性、安全性以及可控性等方面都有很大优势。

连续流反应器

  连续流反应器的定义:


  连续流反应器是反应特征尺度在微米级别的通道型反应器,是一种高效过程强化技术。连续流反应器的本征优势是比表面积的数量级提升。它的热量传递迅速,温度分布均匀,不易产生热点。突破釜式中传质速率限制,明显提升非均相反应速率。过程控制精准性高,调控反应选择性,易于集成自动化。


  连续流反应器的类型:


  连续流反应器有很多种类型。按照反应相态不同,分为气固相连续流反应器、气液相连续流反应器、液液相连续流反应器和气液固相连续流反应器;按照操作方式不同,分为连续连续流反应器、半连续连续流反应器和间歇连续流反应器;按照分析应用不同,分为化学和生物中应用的连续流反应器以及化学工程和化学中应用的连续流反应器,按照用途不同,分为生产用连续流反应器和实验用连续流反应器。


  微反应应用的优势:


  1.产品质量高。传质传热效率高,扩散距离小,混合效果好,适用于快反应,比表面积大,散热效果好,适用于强放热反应。


  2.产品质量稳定。连续操作时效高,停留时间固定,返混少,有利于控制产品质量,解决批次不同问题。


  3.过程本质安全。实时在线量小,设备微型化(数千吨/年通量反应器仅为数十升),绿色安全,可控性强,适用于高危反应。


  4.生产效率高。有效抑制副反应,反应条件精确控制,近当量反应,提高选择性,减少三废,易于集成化、自动化运行。


  5.放大周期短。装置匹配工艺,数量放大工艺不变,通过流场构型优化保持传质传热效率,公斤级到吨级规格的无缝放大。


  连续流反应器适合的反应类型:


  据统计,大约有30%的精细化工反应可以在连续流反应器中进行,并且在收率、选择性或安全性等方面得到较大提高。连续流反应器的的优势集中体现在以下类型的反应。


  1.剧烈放热的反应


  对剧烈放热的反应,常规反应器一般采用逐渐滴加或分批加入的方式,即便如此,也依然会存在过热而产生一定量的副产物。连续流反应器由于良好的传热特性,反应温度可实现精确控制,消除局部过热,显著提高产品的收率和选择性。


  2.反应物或产物不稳定的反应


  某些反应物或产物很不稳定,停留时间一长就会分解而降低产品收率。连续流反应器系统是连续流动体系,反应的停留时间可以精确控制,因此可避免常规反应器中出现的由于反应物或产物不稳定而分解的情况。


  3.反应物配比要求很严的快速反应


  某些反应对反应物配比要求很严格,其中某一反应物过量就会引起副反应,如要求单取代的反应,会有二取代和三取代产物生成。连续流反应器系统可以瞬时达到均匀混合,这就避免了局部过量的问题,使副产物减少到最低。


  4.危险化学反应以及高温高压反应


  某些易失控的化学反应,一旦失控,就会造成反应温度急剧升高,压力急剧增加,引起冲料,甚至引发爆炸。连续流反应器由于反应热可以快速导出,而且又是连续流动反应,在线的化学品量很少,因此保证了反应的安全性。


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