تعمل المجهرية على صنع موجات في عالم العمليات الكيميائية والصناعية. بصفتي شخصًا من منظور مورد مفاعل ، أنا متحمس للغاية لتحطيم كيفية عمل هذه القوى الصغيرة.
إذن ، ما هو على الأرض هو microreactor؟ حسنًا ، إنها وعاء تفاعل كيميائي صغير. على عكس المفاعلات الكبيرة التي قد تراها في النباتات الصناعية الكبيرة ، تم تصميم المجهرية على نطاق أصغر بكثير ، وعادة ما يكون لها قنوات داخلية لها أبعاد في نطاق الميكرومتر إلى نطاق ملليمتر.
لنبدأ بأساسيات كيفية تدخل المواد في الميكرور. هناك عادة منافذ مدخل. هذه هي مثل الأبواب التي من خلالها تدخل المواد المتفاعلة إلى النظام. تصويرها مثل كشك الحصيلة حيث تصطف السيارات (المواد المتفاعلة في حالتنا) لدخول منطقة جديدة. يمكن إدخال أنواع مختلفة من المواد المتفاعلة بشكل منفصل أو في أشكال مختلطة مسبقًا من خلال هذه المداخل.
بمجرد أن تكون المواد المتفاعلة في الداخل ، فإنها تتدفق عبر تلك القنوات الصغيرة. وهنا تصبح الأمور رائعة حقًا. يمنح الحجم الصغير لهذه القنوات نسبة عالية من السطح. يبدو الأمر كما لو قمت بقطع كتلة كبيرة من الجبن في مجموعة كاملة من المكعبات الصغيرة. مساحة السطح الكلية لكل تلك المكعبات الصغيرة أكبر بكثير من مساحة الكتلة الكبيرة المنفردة. في Microreactor ، تتيح نسبة الحجم عالية السطح إلى الحجم نقل الحرارة والكتلة بشكل أفضل.
نقل الحرارة في المجهرية
نقل الحرارة أمر بالغ الأهمية في التفاعلات الكيميائية. بعض التفاعلات تطلق الحرارة (طاردة للحرارة) ، بينما تمتصها البعض الآخر (ماصة للحرارة). في Microreactor ، يعني نقل الحرارة الفعال بسبب ارتفاع السطح إلى - نسبة الحجم أنه يمكننا التحكم في درجة حرارة التفاعل جيدًا.
على سبيل المثال ، في رد فعل طارد للحرارة ، يمكن إزالة الحرارة بسرعة من خلال جدران القناة. فكر في الأمر مثل غرفة بئر التهوية. إذا بدأت مجموعة من الأشخاص في توليد الحرارة في غرفة صغيرة ذات تهوية جيدة ، فيمكن إزالة الحرارة الزائدة بسهولة. في microreactor ، يمكن للمبرد أن يتدفق حول القنوات ، ويسلب الحرارة الإضافية. من ناحية أخرى ، من أجل التفاعل الداخلي للحرارة ، يمكن توفير الحرارة بنفس الكفاءة.
هذا التحكم في درجة الحرارة الدقيق له مجموعة من الفوائد. يمكن أن تزيد من انتقائية التفاعل. الانتقائية تعني الحصول على المزيد من المنتجات التي نريدها وعدد أقل من المنتجات غير المرغوب فيها. من خلال التحكم في درجة الحرارة ، يمكننا توجيه التفاعل في الاتجاه الذي نرغب فيه.
خلط في microreactors
جانب آخر مهم هو الخلط. في المفاعلات التقليدية ، قد يكون تحقيق الخلط الجيد في بعض الأحيان تحديًا ، خاصة بالنسبة للسوائل اللزجة. ولكن في المجهرية ، يحدث الخلط بطريقة مختلفة وفعالة للغاية.
غالبًا ما يكون التدفق في قنوات Microreactor الصفحي. يشبه التدفق الصفحي عندما تصب العسل أو شراب القيقب. تتدفق طبقات السائل بسلاسة على بعضها البعض دون اضطراب كبير. ومع ذلك ، من خلال التصميم الذكي للقنوات ، يمكننا أن نحفز الخلط حتى في تدفق الصفحي.
هناك أنواع مختلفة من تصميمات Microreactor للخلط. يستخدم البعض آليات الانقسام - و - إعادة تجميع. يشبه أخذ تيار من السوائل ، وتقسيمه إلى تيارات أصغر ، ثم تجميعها معًا عدة مرات. هذا الانقسام المتكرر وإعادة التركيب يضمن أن المواد المتفاعلة مختلطة بشكل جيد. تستخدم التصميمات الأخرى التقدم الفوضوي ، مما يخلق حركة سائل معقدة لتعزيز الخلط.
بمجرد خلط المواد المتفاعلة بشكل جيد وظروف التفاعل صحيحة ، يحدث التفاعل الكيميائي. ثم تتدفق المنتجات خارج المجهرية من خلال منافذ منفذ.
فوائد صناعات مختلفة
تقدم MicroTeactors الكثير من المزايا في مختلف الصناعات. في صناعة الأدوية ، يمكن استخدامها لتوليف الأدوية الجديدة. يسمح التحكم الدقيق في ظروف التفاعل بإنتاج الأدوية عالية الجودة مع عدد أقل من الشوائب. ولأنها صغيرة ، فمن الأسهل توسيع نطاق الإنتاج بطريقة أكثر فعالية.
صناعة البتروكيماويات هي أيضا ستكسب. يمكن استخدام المجهرية لتكسير الهيدروكربونات وعمليات التكرير الأخرى. القدرة على التحكم في نقل الحرارة والكتلة تعني تفاعلات أكثر كفاءة وربما استهلاك الطاقة المنخفضة.
إذا كنت تبحث عن مفاعلات عالية الجودة ، فلدي بعض الخيارات الرائعة للمشاركة. تحقق من لدينامفاعل عالي الضغط من الفولاذ المقاوم للصدأ. إنه مصمم من الصعب التعامل مع تفاعلات الضغط العالية. أيضا ، لدينامفاعل الصلبيوفر المتانة والأداء الممتازين ، ومفاعل SS316مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ عالية الدرجة ، وهو مقاوم للتآكل.
التحجيم والتكامل
قد يبدو توسيع نطاق تقنية Microreactor أمرًا صعبًا للوهلة الأولى. بعد كل شيء ، إنها مصممة لتكون صغيرة. ولكن هناك طريقتان رئيسيتان: ترقيم وتغيير حجمه.
الترقيم يعني استخدام أجهزة ميكروغرام متعددة بالتوازي. إنه مثل وجود مجموعة من العمال الصغار يقومون بنفس الوظيفة في نفس الوقت. يعمل كل microreactor بشكل مستقل ، ويمنحك الناتج المشترك قدرة إنتاج إجمالية أكبر. تتمتع هذه الطريقة بميزة كونها سهلة التنفيذ نسبيًا ، كما أنها تتيح تحكمًا أفضل ومرونة.
من ناحية أخرى ، يتضمن التحجيم زيادة حجم قنوات Microreactor مع الحفاظ على مبادئ التشغيل الجزئي. هذا يتطلب تصميمًا دقيقًا للتأكد من الحفاظ على خصائص نقل الحرارة والكتلة.
من حيث التكامل ، يمكن دمج المجهرية مع مكونات أخرى مثل وحدات الفصل والأجهزة التحليلية. على سبيل المثال ، بعد رد فعل في Microreactor ، يمكن إرسال المنتجات مباشرة إلى وحدة فصل صغيرة لفصل المنتج المطلوب عن المنتجات بواسطة. هذا النوع من النظام المتكامل يجعل العملية برمتها أكثر كفاءة وسلاسة.
التكلفة - الفعالية
واحدة من السحوبات الكبيرة من المجهرية هي تكلفتها - فعاليتها. بادئ ذي بدء ، فإنها تتطلب مواد أقل للبناء مقارنة بالمفاعلات التقليدية الكبيرة الحجم. نظرًا لأنها أصغر ، يتم تقليل كمية المواد الخام اللازمة للبناء.
ثانياً ، غالبًا ما يكون استهلاك الطاقة أقل. بفضل انتقال الحرارة الفعال ، لا نحتاج إلى استخدام أكبر قدر من الطاقة لتسخين أو تبريد التفاعل. وبسبب انتقائية أفضل ، فإننا نضيع أقل تفاعلًا على إنتاج منتجات غير مرغوب فيها ، مما يوفر أيضًا المال على المدى الطويل.
خاتمة
لذلك ، يوجد لديك - ممر لكيفية عمل الموروثات الدقيقة ولماذا هم مثل هذه اللعبة - تغيير في العديد من الصناعات. إن قدرتهم على توفير التحكم الدقيق في ردود الفعل ، إلى جانب التكلفة - فعاليتها وقابلية التوسع ، تجعلها خيارًا جذابًا لمجموعة واسعة من التطبيقات.
إذا كنت في السوق من أجل مفاعل وترغب في مناقشة كيفية تفاعل microreactor أو أي من الآخرمفاعل عالي الضغط من الفولاذ المقاوم للصدأومفاعل الصلب، أومفاعل SS316يمكن أن تناسب الخيارات احتياجاتك ، أحب التحدث. تواصل لبدء محادثة حول متطلباتك المحددة ودعنا نجد حل المفاعل المثالي معًا.
مراجع
- Ehrfeld ، W. ، Hessel ، V. ، & Löwe ، H. (2000). Microreactors: التكنولوجيا الجديدة للكيمياء الحديثة. وايلي - vch.
- Hessel ، V. ، Hardt ، S. ، & Löwe ، H. (2004). هندسة العمليات الدقيقة الكيميائية: الأساسيات والنمذجة والتفاعلات. وايلي - vch.