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微-分反应技术

      欢迎来到东庚公司微-分反应系统D-AMERT技术智能制造世界。为迎接未来科学发展的大趋势:高效,节能,环保,资源节约型发展的科技发展理念,越来越要求在化学反应世界里,提高对原料的综合利用率,要求高转化率和产品收率,低副产物率以及解决副产物带来的高投资和环保压力,设备微型化(由康宁公司提出的冰箱工厂概念和移动工厂概念)、过程集成化(自动控制)、微化学工程成为发展的方向。自二十世纪70年代开始研究,90年代兴起的微反应技术逐渐开始在高通量合成、非均相反应、催化反应、高活性强放热及低温反应、危险条件合成反应等领域得到广泛的应用。

      这种微反应技术是一种单元反应界面宽度为微米量级的微型化微通道的化学反应系统,限定微通道特征尺度在10μm~3.00mm内,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。

      东庚公司基于2010年开始的静态混合反应+降膜快中速反应系统在氰化物体系、酸碱中和体系、尾气回收体系的工程应用,开始了为期3年的微-分反应系统研究和开发,以大学研究所作为基础理论和实验平台,借鉴国外微反应系统技术、装备水平,结合多个装置工程应用经验,旨在开发出反应物反应界面均化尺寸为微米量级至分子级别,而微通道尺寸又能达到微米至厘米级别的微型化微通道反应器中实现从实验室开发平台级到十万吨级/年规模化装置,集反应、热交换、自动控制化学反应的微-分反应系统。

微反应单元

微反应系统模块

微-分反应技术原理

微-分均化尺寸:

      反应物反应界面均化尺寸为微米量级至分子级别,使化学反应工程设计接近于理论设计状态,即按照化学反应动力学最佳反应条件进行设计,对微-分反应器进行微混合器、微通道反应器、集成微换热器、自动控制一体化的系统结构设计,创造最佳化学反应动力学条件。


连续流反应:

      通过微混合分散、微通道反应的精确控制和接近理想条件的化学反应动力学条件下,对反应浓度、温度的精确控制,安全、高效地实现连续流反应。在微通道中完成瞬时反应,快中速反应和部分慢反应控制机理的化学反应。

传质效率非常高,可以在湍流或层流条件下实现高传质系数,

传热效率高,高达8000~20000 W/(m2.K),使得热效应非常大的化学反应也能在近乎恒温的条件下进行。


微-分反应技术特点和优势
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),VCSTR>VPFR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, 可精确控制反应时间,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;
灵活连续化:灵活的连续化生产工艺 ;
无放大效应:并行放大,简单可靠的放大过程;
装置微型化:“冰箱-移动式工厂”理念,高度自动化控制和产品质量调整。
使得微反应技术极具商业价值,低投入、高收益、生产管理成本低、环境友好、操作灵活,具有广泛的市场应用前景。

微-分反应技术系统构成
东庚公司微-分反应系统D-AMERT技术包括输送计量系统、温度控制系统、微-分反应系统、在线质量分析控制系统。
输送计量系统:采用国际一流泵阀技术和设备;
温度控制系统:采用东庚公司自有温控系统技术;

微-分反应系统:
微混合分散进料系统:原料进料由东庚公司独创线性分布器技术+超精密雾化技术,使液相(均相或非均相)进料在进入微-分反应器的瞬间,实现微米量级至分子级别的尺寸混合或分散,以达到毫秒级快速反应;
微-分反应器:特定最佳微通道结构,东庚公司力求简洁的创新风格,开创简单高效微通道结构和内件技术,使反应在层流状态或湍流状态下均能达到最佳的传质系数和传热系数;
微换热器:结合国际高效板壳式换热器和降膜换热器设计经验,设计独有的微换热器,与微-分反应器结合成集成系统,使传热系数高达20000 W/(m2.K),使得热效应非常大的化学反应也能在近乎恒温的条件下进行。
整体结构高效可拆式结构设计。
在线质量分析控制系统:采用全球领先科技公司METLER TOLEDO实时在线反应分析系统,跟进反应进程,跟踪所有关键反应组分、产物的浓度变化,对反应进程进行实时的分析和反馈,灵活及时地调整优化工艺参数和条件,形成反应终点的最佳工艺条件和控制参数。

微-分反应技术应用

适合微-分反应器的工艺技术特征:

      精细化学品和功能材料合成中涉及到的常见化学反应类型有氧化反应(硝化反应等)、还原反应(氢化反应等)、Michael加成反应、活泼有机金属化合物参与的反应 (格氏反应等)、偶联反应、光化学反应、裂解反应、酯化反应、重排反应以及羟醛缩合反应等。此外,不少功能材料制备时也涉及到许多混合、乳化或其它物理过程。上述的物理、化学工艺过程基本上都具有一个或几个适合用微反应器技术进行工艺改进的特征,如:

快速的强放热反应;

要求快速均匀混和的反应;

要求精确控制反应工艺参数(如温度、压力、反应物配比和停留时间等)的反应;

涉及不稳定中间产物或有后续副反应的反应;

涉及危险化学品或高温高压的反应;

要求工艺稳定性高、可重复性好的反应。

在东庚公司的理念中:两套独立并行反应体系

化工快中速反应模块:在反应系统要求不太高(温度和浓度)的大流量体系下,我们会推荐客户使用降膜反应+混合管式反应器。

      精细化工+医药中间体反应模块:在反应系统要求较高(强放热体系或者反应时间有严格要求)的体系下,我们会推荐客户使用微通道反应器。