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微通道反應(yīng)器總體構(gòu)造可分為兩種

 更新時間:2022-12-16 點擊量:2116
  微通道反應(yīng)器本質(zhì)上講是一種連續(xù)流動的管道式反應(yīng)器。它包括化工單元所需要的混合器、換熱器、反應(yīng)器控制器等。目前,微通道反應(yīng)器總體構(gòu)造可分為兩種:一種是整體結(jié)構(gòu),這種方式以錯流或逆流熱交換器的形式體現(xiàn),可在單位體積中進行高通量操作。在整體結(jié)構(gòu)中只能同時進行一種操作步驟,最后由這些相應(yīng)的裝置連接起來構(gòu)成復雜的系統(tǒng)。另一種是層狀結(jié)構(gòu),這類體系由一疊不同功能的模塊構(gòu)成,在一層模塊中進行一種操作,而在另一層模塊中進行另一種操作。流體在各層模塊中的流動可由智能分流裝置控制對于更高的通量,某些微通道反應(yīng)器或體系通常以并聯(lián)方式進行操作。
  微通道反應(yīng)器主要是指以表面科學與微制造技術(shù)為核心,經(jīng)過微加工和精密技術(shù)制造的一種多通道微結(jié)構(gòu)小型反應(yīng)器,而微反應(yīng)器的通道尺寸僅有亞微米和亞毫米級別。除此以外因為微反應(yīng)器有優(yōu)于傳統(tǒng)化工設(shè)備1-3個數(shù)量級的傳熱/傳質(zhì)特性,所以特別適合做高放熱和快速反應(yīng)的實驗。而微反應(yīng)器原理想必很多人都想了解一下.
  微化工技術(shù)思想源自于常規(guī)尺度的傳熱機理。對于圓管內(nèi)層流流動,管壁溫度維持恒定時,由公式(1)可見,傳熱系數(shù)h與管徑d成反比,即管徑越小,傳熱系數(shù)越大;對于圓管內(nèi)層流流動,組分A在管壁處的濃度維持恒定時,傳質(zhì)系數(shù)kc與管徑成反比(公式(2)),即管徑越小,傳質(zhì)系數(shù)越大。由于微通道內(nèi)流動多屬層流流動,主要依靠分子擴散實現(xiàn)流體間混合,由公式(3)可知,混合時間t與通道尺度平方成正比。通道特征尺寸減小不僅能大大提高比表面積,而且能大大強化過程的傳遞特性。
  Nu=hd/k=3.66(1)
  Sh=kc/DAB=3.66(2)
  t=d 2/DAB(3)
  其中Nu為努塞爾數(shù)、Sh為謝伍德數(shù)、D為擴散系數(shù)?;み^程中進行的化學反應(yīng)受傳遞速率或本征反應(yīng)動力學控制或兩者共同控制。就瞬時和快速反應(yīng)而論,在傳統(tǒng)尺度反應(yīng)設(shè)備內(nèi)進行時,受傳遞速辛控制,而微尺度反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)由干傳遞速率呈數(shù)量級提高,因此這類反應(yīng)過程速率將會大幅度提高;如氧碘化學激光器中的激發(fā)態(tài)氧發(fā)生器(氯氣用雙氧水堿溶液反應(yīng))、烴類直接氟化。慢反應(yīng)主要受本征反應(yīng)動力學控制,其實現(xiàn)過程強化的關(guān)鍵手段之一在于如何提高本征反應(yīng)速率,通??刹捎锰岣叻磻?yīng)溫度、改變工藝操作條件等措施;而中速反應(yīng)則由傳遞和反應(yīng)速率共同作用,也可采取與慢反應(yīng)過程類似的措施。目前工業(yè)應(yīng)用的烴類硝化反應(yīng)大多屬于中慢速反應(yīng)過程,反應(yīng)時間在數(shù)十分鐘至數(shù)小時,在微反應(yīng)器內(nèi)可采用絕熱硝化并同時改變工藝條件可使反應(yīng)時間縮短至數(shù)秒。因此,從理論上分析幾乎所有反應(yīng)現(xiàn)狀過程皆可實現(xiàn)過程強化。
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