Microreactor 또는 Micro Structured Reactor 또는 Microchannel Reactor

마이크로리액터 기술에 대한 간략한 설명

Microreactor 기술은 특히 화학 물질, 살충제, 의약품, 미세 물질 및 나노 물질과 같은 정밀 화학 물질의 제조를 위해 주로 공정 강화를 통해 녹색 화학 합성을 달성하는 새로운 기술입니다. 마이크로리액터 기술은 1990년대 등장한 마이크로 화학 기술이다. 기존 리액터의 단순한 축소가 아니라 소재 기술, 미세 가공 기술, 센서 기술, 제어 기술 등 다양한 요소를 통합한 새로운 종합 시스템 중 하나다. Microreactor는 반응, 혼합, 분리 및 기타 기능을 구현하기 위한 코어로 미크론 규모의 구조 채널을 갖춘 새로운 유형의 소형 연속 흐름 파이프라인 반응기입니다. 마이크로채널 반응기의 "마이크로"는 마이크로반응기 장치의 작은 크기 또는 작은 제품 수율을 의미하는 것이 아니라 유체 채널이 마이크로미터 또는 밀리미터 규모임을 의미합니다. 미세 반응 공정은 이러한 장치에 의해 구성된 반응 시스템 공정을 말합니다. 미세 반응 시스템은 화학 공정을 위한 미세 시스템인 미세 화학 시스템이라고도 합니다. 마이크로 화학 시스템의 설계 및 개발은 장비의 처리 용량을 줄이지 않고 화학 장비를 소형화한다는 아이디어를 기반으로 시스템의 흐름, 혼합 및 이송 프로세스의 속도 및 제어 가능성을 강화하여 완료 시간을 반응 및 분리가 단축되고 공정에서 재료의 정체를 줄이고 부산물 형성을 줄여 친환경적이고 안전하며 효율적인 화학 공정을 실현합니다. Microreactor 기술은 의약, 살충제, 정밀 화학 제품 및 중간 합성 분야에서 널리 사용되는 화학 공정 강화 분야에서 중요한 개발 방향 중 하나가 되었습니다.

마이크로 반응기 또는 미세 구조 반응기 또는 마이크로 채널 반응기는 화학 반응이 전형적인 측면 치수가 1mm 미만인 한정된 공간에서 발생하는 장치입니다. 이러한 제한의 가장 일반적인 형태는 마이크로채널입니다. 마이크로 반응기는 물리적 프로세스가 발생하는 다른 장치(예: 마이크로 열 교환기)와 함께 마이크로 프로세스 엔지니어링 분야에서 연구됩니다. 마이크로 반응기는 유동 화학이 미크론 규모로 수행될 수 있도록 미세 가공된 구조를 포함합니다. 마이크로 반응기는 일반적으로 연속 흐름 반응기입니다(배치 반응기와 대조됨). Microreactor는 에너지 효율성, 반응 속도 및 수율, 안전성, 신뢰성, 확장성, 현장/주문형 생산, 공정 제어의 훨씬 더 미세한 정도의 대폭적인 개선을 포함하여 기존 규모의 반응기에 비해 많은 이점을 제공합니다.

Microreactor의 기술적 특성

• 큰 비표면적 및 우수한 열 전달------마이크로 반응기 내부의 미세 구조로 인해 비표면적이 매우 커서 교반 용기의 비표면적의 수백 또는 수천 배가 될 수 있습니다.따라서 , 열 및 물질 전달 능력이 우수합니다. 열 교환 계수는 일반적으로 최소 25kW m - 2K - 1이며 순간적으로 균일한 혼합과 재료의 효율적인 열 전달을 실현할 수 있습니다.
• 높은 물질 전달 효율 및 빠른 반응 속도-------마이크로채널 반응기는 많은 마이크로채널을 포함할 수 있으며 마이크로채널의 기체 및 액체 유체는 10-4 ~ 10-6m/s의 흐름을 전달할 수 있습니다. 유체의 혼합 반응 공정은 재료의 순간적이고 균일한 혼합 반응을 실현할 수 있으며 일반적인 화학 반응의 반응을 만들 수 있습니다. 시간은 몇 시간 - 수십 시간에서 몇 초 - 몇 분으로 단축되고 높은 처리량이 달성됩니다.
• 반응 온도 및 시간을 정확하게 제어하여 수율 향상-------마이크로 반응기의 우수한 열 전달 특성으로 인해 반응 온도를 특정 범위 내에서 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이는 중간 생성물과 열적으로 불안정한 일부 반응에 매우 중요합니다. 정밀 화학 제품. 반응물은 마이크로채널 반응기에서 연속적으로 흐릅니다. 반응 조건에서 원료의 체류 시간을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 최적의 반응 시간에 도달하면 즉시 다음 단계로 넘기거나 반응을 종료하므로 긴 반응 시간으로 인해 발생하는 부산물을 효과적으로 제거하고 수율을 향상시킬 수 있습니다.
• 연속 생산을 위해 유체 보유 용량이 적고 더 안전하고 환경 친화적입니다.-------마이크로 반응기의 우수한 열 전달로 인해 반응 온도가 과도하게 축적되지 않고 특정 범위 내에서 정확하게 제어되어 잠재적인 위험을 줄일 수 있습니다. 폭발의. 마이크로리액터는 일반적으로 연속적으로 작동하며 마이크로리액터의 반응물의 양은 매우 적습니다. 이를 통해 불안정한 중간체의 후속 처리가 가능하고 일반적인 배치 워크업 지연을 피할 수 있습니다. 불안정한 반응 매질의 체류 시간은 매우 짧고 반응 중간 생성물이나 최종 생성물이 유독하고 유해한 물질이더라도 분해되지 않으며, 또한 단위 시간당 생성되는 생성물의 양이 적고 체류 시간이 짧기 때문에 유해성이 있습니다. 안전사고가 상당히 줄어듭니다. 회분식 공정에서는 실현할 수 없지만 마이크로 반응기에서는 실현할 수 있는 많은 격렬한 발열 반응, 심지어 질산화와 같은 주요 반응도 고온에서 안전하게 수행할 수 있습니다.
• 마이크로 반응기는 화학 물질을 소량으로만 합성할 수 있지만 산업 규모로 확장하는 것은 단순히 마이크로 반응기의 수를 늘리는 과정입니다. 대조적으로 배치 프로세스는 실험실에서는 잘 수행되지만 배치 파일럿 플랜트 수준에서는 실패하는 경우가 너무 많습니다.
• 마이크로리액터 기술은 또한 시장 변화에 따라 시스템의 마이크로리액터 모듈 수를 유연하게 늘리거나 줄여 정시, 현장 및 맞춤형 생산을 실현할 수 있습니다.
• 마이크로 프로세싱 기술은 마이크로 혼합, 마이크로 반응, 마이크로 열 교환, 마이크로 분리, 마이크로 분석 및 기타 단위 작업과 마이크로 센서, 마이크로 밸브 및 기타 장치를 플랫폼 또는 심지어 일치시키는 데 통합하는 데 사용할 수 있습니다. 플랫폼화 또는 칩 기반 다기능 작동을 실현하기 위한 제어 칩으로 미세 반응 시스템의 실시간 모니터링 및 지능 제어를 달성하고 반응 속도를 개선하며 동시에 반응 비용을 절감합니다.

Microreactor에 적합한 반응 유형

지금까지 다목적 마이크로리액터는 여전히 균질 반응에 한정되어 있으며, 어느 정도까지는 기액상 반응과 액체-액상 반응에 한정되어 있다. 통계에 따르면 미세 화학 반응의 약 30%가 마이크로 반응기에서 수행되어 수율, 선택성 또는 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 마이크로리액터의 장점은 주로 다음 유형의 반응에 반영됩니다.

• 격렬한 발열 반응-------격렬한 발열 반응의 경우 기존의 반응기 공정은 일반적으로 점진적 적가 또는 배치 추가 방법을 채택합니다. 그렇더라도 여전히 국지적 과열이 있을 것이고 일정량의 부산물이 생성될 것입니다. 마이크로 반응기의 우수한 열 전달 특성으로 인해 반응 온도를 정밀하게 제어할 수 있고 국부 과열을 제거할 수 있으며 제품 수율 및 선택성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 불안정한 반응물 또는 생성물과의 반응------일부 반응물 또는 생성물은 매우 불안정하여 체류 시간이 지나면 분해되어 생성물의 수율을 감소시킵니다. 마이크로 반응기 시스템은 연속 흐름 시스템이며 반응의 체류 시간을 정확하게 제어할 수 있습니다. 따라서, 종래의 반응기에서 반응물 또는 생성물의 불안정성으로 인한 분해를 피할 수 있다.
• 반응물 비율에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 빠른 반응------일부 반응은 반응물 비율에 대한 엄격한 요구 사항이 있으며, 반응물 중 하나가 초과되면 단일 치환이 필요한 반응과 같은 부반응이 발생합니다. 2치환 및 3치환 생성물이 형성된다. 마이크로 반응기 시스템은 순간적으로 균질한 혼합을 달성할 수 있으므로 각 반응물의 국지적 과잉 문제를 피하고 부산물을 최소화합니다.
• 위험한 화학 반응 및 고온 및 고압 반응------일부 통제 불능의 일부 화학 반응은 일단 통제 불능 상태가 되면 반응 온도와 압력이 급격히 증가하고 반응물이 폭발할 수도 있습니다. 반응 열을 빠르게 내보낼 수 있고 마이크로 반응기가 연속 흐름 반응이기 때문에 온라인 화학 물질의 양이 매우 적기 때문에 마이크로 반응기에서 반응의 안전성이 보장됩니다.

물론 매우 느린 액체-고체 반응, 발열 및 흡열 현상이 없는 반응과 같은 모든 반응이 마이크로 반응기 시스템에 적합한 것은 아니며 전통적인 공정은 이미 높은 선택성과 수율 반응을 가지고 있습니다.

Microreactor의 적용 함정

• 입자를 처리하기 위해 만들어진 반응기가 있었지만 마이크로 반응기는 일반적으로 미립자를 잘 견디지 못하고 종종 막히는 경우가 많습니다. 막힘은 많은 연구자들에 의해 마이크로 반응기가 회분식 반응기의 유익한 대안으로 널리 받아들여지는 데 있어 가장 큰 장애물로 확인되었습니다.
• 기계적 펌핑은 불리할 수 있는 맥동 흐름을 생성할 수 있습니다. 맥동이 낮은 펌프 개발에 많은 노력을 기울였습니다. 연속 흐름 솔루션은 전기 삼투 흐름(EOF)입니다.
• 부식은 면적 대 부피 비율이 높기 때문에 마이크로 반응기에서 더 큰 문제를 부과합니다. 기존 용기에서는 몇 µm의 저하가 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 채널의 일반적인 내부 치수는 크기가 같기 때문에 특성이 크게 변경될 수 있습니다.
• 미세 반응기 시스템은 미세 반응기의 수를 배가함으로써 산업 규모로 확장할 수 있고 비용을 줄일 수 있지만 미세 반응 시스템의 처리 용량도 크게 제한됩니다. 미세 반응기의 수가 크게 증가하는 동안 미세 반응 모니터링 및 제어 시스템의 복잡성도 크게 증가하고 실제 생산을 위한 투자 및 운영 비용도 크게 증가합니다.

애플리케이션

자주하는 질문

 

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