Microreactor คืออะไร?

microreactor เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กมากที่สามารถเกิดปฏิกิริยาเคมี โดยทั่วไปแล้วจะวัดความยาวและความกว้างน้อยกว่านิ้ว (2.54 ซม.) และอาจน้อยกว่าหนึ่งในสิบหกของนิ้ว (1.56 มม.) ที่มีความหนาแม้ว่าขนาดจะแตกต่างกันไป โดยปกติจะมีหลอดอินพุตและเอาต์พุตพร้อมช่องเล็ก ๆ หรือช่องภายในซึ่งเกิดปฏิกิริยา โดยปกติแล้วสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นของเหลว - ของเหลวหรือก๊าซ - ซึ่งอาจใช้ปั๊มขนาดเล็กหรืออิเล็กโทรออสโมซิส ในปี 2554 มีการใช้ microreactors เพื่อการทดลองและการสร้างต้นแบบเท่านั้น แต่มีความเป็นไปได้ที่จะจ้างพวกมันเป็นจำนวนมากเพื่อผลิตสารเคมีที่มีประโยชน์

โดยปกติอุปกรณ์จะถูกสร้างขึ้นโดยการแกะสลักช่องขนาดเล็กลงบนวัสดุที่เหมาะสมในลักษณะที่คล้ายคลึงกับการผลิตวงจรรวม พวกเขาสามารถทำจากเวเฟอร์ซิลิกอนแก้วโลหะหรือวัสดุเซรามิก ช่องทางอาจไม่กว้างกว่าเส้นผมของมนุษย์ การแกะสลักอาจทำได้โดยเลเซอร์การปล่อยไฟฟ้าหรือด้วยวิธีทางเคมี บ่อยครั้งที่ microreactor ทำจากแผ่นสลักสองแผ่นประกบกัน

Microreactors นำเสนอข้อได้เปรียบที่สำคัญบางอย่างมากกว่าวิธีที่มีขนาดใหญ่กว่าเดิมในการทำปฏิกิริยาเคมี อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงช่วยให้ปฏิกิริยาตอบสนองได้เร็วขึ้นและบ่อยครั้งที่อุณหภูมิต่ำกว่าที่เป็นไปได้ในระดับที่ใหญ่ขึ้น ปฏิกิริยาคายความร้อนสูงซึ่งปกติอาจเป็นอันตรายหรือทำให้อุปกรณ์เสียหายได้อย่างปลอดภัย ความร้อนใด ๆ ที่เกิดขึ้นจะหายไปอย่างรวดเร็วเนื่องจากปริมาณของสารตั้งต้นที่น้อยมาก ความล้มเหลวในบางส่วนของโรงงานเคมีแบบดั้งเดิมอาจส่งผลให้มีการปล่อยสารเคมีอันตรายจำนวนมากหรือหยุดการผลิตอย่างสมบูรณ์ ในทางตรงกันข้ามพืชที่มีส่วนประกอบของ microreactors ขนาดใหญ่จะไม่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากความล้มเหลวของส่วนหนึ่ง

โดยปกติ microreactors ทำงานกับการไหลของสารตั้งต้นอย่างต่อเนื่อง แม้ว่าอัตราการส่งออกจาก microreactor แต่ละตัวมีขนาดเล็กมากอย่างชัดเจน แต่ก็สามารถถือได้ว่าเป็นโรงงานขนาดเล็ก มีความเป็นไปได้ที่จะจ้าง microreactors ที่ผลิตเป็นจำนวนมากมารวมกันเพื่อนำเสนอผลิตภัณฑ์ในระดับที่มีศักยภาพทางเศรษฐกิจและความเป็นไปได้หลายอย่างอยู่ระหว่างการตรวจสอบ

การใช้ microreactors ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์เป็นสิ่งที่น่าสนใจมาก พวกเขามีการผสมสารตั้งต้นอย่างรวดเร็วเวลาตอบสนองที่รวดเร็วผลผลิตเพิ่มขึ้นและการจัดการสารพิษและวัตถุระเบิดอย่างปลอดภัย การเพิ่มขนาดจากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงขั้นตอนการผลิตเพื่อให้ได้ผลผลิตที่เหมาะสม - มันจะเป็นเพียงเรื่องของการเพิ่มหน่วย microreactor มากขึ้นเท่านั้น

การใช้ในเชิงพาณิชย์ที่มีศักยภาพอีกอย่างหนึ่งคือการผลิตไบโอดีเซลซึ่งเป็นทางเลือกแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล วิธีการผลิตในปัจจุบันต้องใช้วัตถุดิบหลักน้ำมันพืชและเมทานอลผสมกับตัวเร่งปฏิกิริยาและทิ้งไว้หลายชั่วโมงเพื่อให้ปฏิกิริยาเสร็จสมบูรณ์ ใน microreactor ไบโอดีเซลปฏิกิริยาเกือบจะทันทีและอีกครั้งการขยายกระบวนการเพื่อผลิตปริมาณที่มีประโยชน์จะเกี่ยวข้องกับการรวม microreactors จำนวนมาก

อย่างไรก็ตามมีปัญหาหลายประการที่ต้องเอาชนะเพื่อให้ได้การผลิตสารเคมีขนาดใหญ่ที่ประหยัดโดยใช้ไมโครคอนแทคเตอร์ หนึ่งในนั้นคือเอฟเฟกต์ผนัง: สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มักจะเกาะติดกับผนังของห้องทำปฏิกิริยา โดยทั่วไปจะไม่สำคัญสำหรับการผลิตสารเคมีแบบดั้งเดิมโดยใช้ภาชนะปฏิกิริยาขนาดใหญ่ แต่ในระดับจุลภาคอาจทำให้สูญเสียผลผลิตที่มีนัยสำคัญได้ ปัญหาอีกอย่างก็คือมันเป็นเรื่องยากที่จะทำปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับของแข็งไม่ว่าจะเป็นสารตั้งต้นหรือเป็นผลิตภัณฑ์ใน microreactor ในขณะที่พวกเขามักจะอุดตันช่องทาง