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三段式工藝邏輯

“三傳一反”也即傳質傳動傳熱和反應動力學是化工的本質,釜式反應過程和微化工反應過程都遵循這一邏輯,但二者又有表現形式的不同。釜式反應器內完成的化學反應過程,從混合開始,隨著時間的推移,反應持續進行直到完成。如果將釜內從0%到100%的化學反應過程的任何一點做可展示“切片”來理解,釜式反應器內全部反應過程“切片”的展示需要時間的延續來完成。而微通道反應器是將化學反應的過程在微通道內連續流動來完成,也即我們常說的“物料進,產物出”,化學反應過程的0%到100%的任何一點的“切片”可在連續流微通道中同時展示出來。根據上述分析,釜式反應器和微通道反應器內發生的化學反應過程,需要用不同的“時空觀”去理解,對于后者,那央微化稱之為“微化工反應過程時空觀”。因而,我們提出基于連續流微通道反應器的“微化工三段式工藝邏輯”,即預混微分散過程、強化微反應過程和延時熟化三個階段,該理論有助于我們理解微化工的工藝過程,同時可指導我們開展微化工裝置的開發和制造。

按照微化工三段式工藝邏輯,微反應器設備可分為物料預混微分散微反應器、過程強化微反應器、延時熟化微反應器。

1) 物料預混微分散微反應器,其功能是將不同組分反應物按照體積比(或摩爾比)進行預混微分散,該過程是在百微米級微觀尺寸(尺寸范圍大約介于0.1-0.5mm)實現不同組分反應物的初步混合,可控性強,分散性好,混合均勻且快速高效。

2) 過程強化微反應器,其功能是將預混好的不同組分反應物,在設定的壓力、溫度等條件下,使其從百微米級微觀混合狀態推進到微觀分子級混合狀態,混合的過程即開始進行化學反應。微反應器微通道內的微結構具有高比表面、高效渦流引發能力等特點,使得反應體系具有高效傳質能力,消除了傳統釜式反應裝置的傳質壁壘,從而提高了反應效率、產物純度和產物收率。較大的傳熱系數同時保證了反應體系熱量的快速傳輸和供給能力,使得微反應器高效反應的同時具備安全生產保障。

3) 延時熟化微反應器,其功能是替代釜式反應器中的熟化過程,讓反應體系在流動過程完成產物合成。對于不同的反應體系,是選擇用延時熟化微反應器還是釜式反應器來完成生產,要具體問題具體分析,從而得出最優選擇。



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