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三段式工艺逻辑

“三传一反”也即传质传动传热和反应动力学是化工的本质,釜式反应过程和微化工反应过程都遵循这一逻辑,但二者又有表现形式的不同。釜式反应器内完成的化学反应过程,从混合开始,随着时间的推移,反应持续进行直到完成。如果将釜内从0%到100%的化学反应过程的任何一点做可展示“切片”来理解,釜式反应器内全部反应过程“切片”的展示需要时间的延续来完成。而微通道反应器是将化学反应的过程在微通道内连续流动来完成,也即我们常说的“物料进,产物出”,化学反应过程的0%到100%的任何一点的“切片”可在连续流微通道中同时展示出来。根据上述分析,釜式反应器和微通道反应器内发生的化学反应过程,需要用不同的“时空观”去理解,对于后者,那央微化称之为“微化工反应过程时空观”。因而,我们提出基于连续流微通道反应器的“微化工三段式工艺逻辑”,即预混微分散过程、强化微反应过程和延时熟化三个阶段,该理论有助于我们理解微化工的工艺过程,同时可指导我们开展微化工装置的开发和制造。

按照微化工三段式工艺逻辑,微反应器设备可分为物料预混微分散微反应器、过程强化微反应器、延时熟化微反应器。

1) 物料预混微分散微反应器,其功能是将不同组分反应物按照体积比(或摩尔比)进行预混微分散,该过程是在百微米级微观尺寸(尺寸范围大约介于0.1-0.5mm)实现不同组分反应物的初步混合,可控性强,分散性好,混合均匀且快速高效。

2) 过程强化微反应器,其功能是将预混好的不同组分反应物,在设定的压力、温度等条件下,使其从百微米级微观混合状态推进到微观分子级混合状态,混合的过程即开始进行化学反应。微反应器微通道内的微结构具有高比表面、高效涡流引发能力等特点,使得反应体系具有高效传质能力,消除了传统釜式反应装置的传质壁垒,从而提高了反应效率、产物纯度和产物收率。较大的传热系数同时保证了反应体系热量的快速传输和供给能力,使得微反应器高效反应的同时具备安全生产保障。

3) 延时熟化微反应器,其功能是替代釜式反应器中的熟化过程,让反应体系在流动过程完成产物合成。对于不同的反应体系,是选择用延时熟化微反应器还是釜式反应器来完成生产,要具体问题具体分析,从而得出最优选择。



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