Микротехнология

Микротехнология — это наука о проведении химических или физических процессов ( единичных операций ) внутри небольшого объема, обычно внутри каналов диаметром менее 1 мм. (микроканалы) или другие структуры субмиллиметровых размеров. Эти процессы обычно выполняются в режиме непрерывного потока, в отличие от серийного производства , что обеспечивает достаточно высокую производительность, чтобы сделать микротехнологию инструментом химического производства. Поэтому микротехнологию не следует путать с микрохимией , которая имеет дело с очень небольшими общими количествами вещества.

Подобласть микротехнологий, занимающаяся химическими процессами. реакции, проводимые в микроструктурированных реакторах или « Микрореакторы » также известны как технология микрореакций .

Уникальными преимуществами микроструктурированных реакторов или микрореакторов являются улучшенная теплопередача благодаря большому соотношению площади поверхности к объему и улучшенный массоперенос . Например, масштаб диффузионных процессов сравним с масштабом микроканалов или даже меньше, а эффективное смешивание реагентов может быть достигнуто за очень короткое время (обычно миллисекунды). Хорошие свойства теплопередачи позволяют точно контролировать температуру реакций. Например, весьма экзотермические реакции могут проводиться почти изотермически, если микроструктурированный реактор содержит второй набор микроканалов («охлаждающий канал»), жидкостно отделенных от реакционных каналов («реакция проход»), через который проходит поток холодной жидкости с достаточно высокой теплоемкость сохраняется. Также возможно очень быстро изменять температуру микроструктурированных реакторов, чтобы намеренно добиться неизотермического поведения.

Интенсификация процесса

Хотя размеры отдельных каналов невелики, микротехнологическое устройство («микроструктурный реактор») может содержать многие тысячи таких каналов, а общий размер микроструктурированного реактора может достигать нескольких метров. Целью микротехнологической инженерии является не миниатюризация производственных предприятий, а повышение выхода и селективности химических реакций, тем самым снижая стоимость химического производства. Эта цель может быть достигнута либо путем использования химических реакций, которые невозможно провести в большем объеме, либо путем проведения химических реакций при параметрах (температурах, давлениях, концентрациях), которые недоступны в большем объеме из-за ограничениям безопасности. Например, детонация стехиометрической смеси двух объемных единиц газообразного водорода и одна единица объема газообразного кислорода не распространяется по микроканалам достаточно малого диаметра. Это свойство называется « Искробезопасность » микроструктурированных реакторов. Улучшение выхода и селективности за счет использования новых реакций или проведения реакций при более экстремальных параметрах известно как «интенсификация процесса».

История

Исторически микротехнология зародилась примерно в 1980-х годах, когда методы механической микрообработки, разработанные для изготовления урана, сопел для разделения изотопов были впервые применены при производстве компактных теплообменников в Центре ядерных исследований Карлсруэ .

См. также