Principper og anvendelsesområde for mikrokanal

Mikrokanaler, også kendt som mikrokanalvarmevekslere, er varmevekslere med kanalækvivalente diametre fra 10-1000μm.Disse varmevekslere har snesevis af fine strømningskanaler inde i et fladt rør, forbundet til cirkulære manifolds i begge ender af det flade rør.Baffler er installeret i manifoldene for at adskille varmevekslerkanalerne i flere processer.Sammenlignet med traditionel kemisk produktion har mikrokanaler et betydeligt potentiale for udvikling og omfattende anvendelsesmuligheder inden for finkemiteknik.Så lad os dykke ned i mikrokanaler fra forskellige aspekter sammen.

I. Forståelse af mikrokanalreaktorer

Introduktion til mikrokanalreaktorer

I det væsentlige er en mikrokanalreaktor en type rørformet reaktor med kontinuerlig strømning.Det omfatter blandere, varmevekslere, reaktorregulatorer og andre krav til kemiske enheder.I øjeblikket kan den overordnede struktur af mikrokanalreaktorer opdeles i to typer: den ene er en integreret struktur, som manifesteres i form af modstrøms- eller modstrømsvarmevekslere, hvilket muliggør operationer med høj gennemstrømning i et enhedsvolumen.I en integreret struktur kan kun ét operationstrin udføres samtidigt, og disse tilsvarende enheder forbindes i sidste ende for at danne et komplekst system.Den anden type er en lagdelt struktur, bestående af en stak af moduler med forskellige funktioner, hvor en operation udføres i et lag og en anden operation i et andet lag.Væskestrømmen i de forskellige lagmoduler kan styres af intelligente afledningsenheder for at opnå højere gennemløb.Nogle mikrokanalreaktorer eller -systemer drives typisk parallelt for større gennemløb.

II.Principper for mikrokanalreaktorer

Mikroreaktorer refererer hovedsageligt til små flerkanalsreaktorer med kanalstørrelser i submikron- og submillimeterområdet, fremstillet ved hjælp af overfladevidenskab og mikrofabrikationsteknologier.Kanalstørrelsen af ​​mikroreaktorer er kun på submikron- og submillimeterniveauer.Mikroreaktorer har overlegne varme- og masseoverførselsegenskaber sammenlignet med traditionelt kemisk udstyr, hvilket gør dem særligt velegnede til eksperimenter med høj varmeafgivelse og hurtige reaktioner.At forstå principperne for mikroreaktorer er interessant for mange.

Begrebet mikrokemisk teknologi stammer fra varmeoverførselsmekanismer i konventionel skala.For laminær strømning inde i et cirkulært rør, når vægtemperaturen er konstant, er varmeoverførselskoefficienten h omvendt proportional med rørdiameteren d, som det ses af formel (1).Tilsvarende for laminær strømning inde i et cirkulært rør, når koncentrationen af ​​komponent A ved rørvæggen forbliver konstant, er masseoverførselskoefficienten kc omvendt proportional med rørdiameteren (formel (2)).Da strømning inde i mikrokanaler for det meste involverer laminær strømning, hovedsageligt afhængig af molekylær diffusion for at opnå væskeblanding, som vist i formel (3), er blandingstiden t proportional med kvadratet af kanalskalaen.Reduktion af den karakteristiske størrelse af kanalen øger ikke kun det specifikke overfladeareal markant, men forbedrer også i høj grad processens overførselskarakteristika.

Nu=hd/k=3,66(1)

Sh=kc/DAB=3,66(2)

t=d 2/DAB(3)

Her er Nu Nusselt-tallet, Sh er Sherwood-tallet, og D er diffusionskoefficienten.Kemiske reaktioner udført i kemiske processer styres af overførselshastigheden eller den indre reaktionskinetik eller begge dele.For øjeblikkelige og hurtige reaktioner, når de udføres i traditionelt reaktionsudstyr, styres de af overførselshastigheden.I reaktionssystemer i mikroskala, på grund af den betydelige stigning i overførselshastigheden, vil reaktionshastighederne af sådanne processer blive stærkt forbedret.Med hensyn til langsomme reaktioner, som hovedsageligt styres af iboende reaktionskinetik, er et af de vigtigste midler til at intensivere processen at øge den iboende reaktionshastighed, normalt opnået ved at øge reaktionstemperaturen eller ændre procesdriftsbetingelserne.På nuværende tidspunkt hører de fleste industrielle anvendelser af carbonhydridnitreringsreaktioner til kategorien af ​​middel-langsomme reaktionsprocesser, med reaktionstider, der spænder fra snesevis af minutter til timer.I mikroreaktorer kan der anvendes adiabatisk nitrering, og samtidig ændring af procesbetingelserne kan forkorte reaktionstiden til sekunder.Teoretisk set kan næsten alle reaktionsprocesser således intensiveres.