工廠製程方法議題| Chapter 1: 什麼是微流道反應器

作者Editor

日期2019-08-07

分類

從R&D放大到製程噸級量產，您不用修改實驗條件的反應器

利泓科技技術支援廖婉淨

你的批次式量產是否遇到以下問題?

以工廠製造技術來說，最常使用批次式反應(batch reactor)，也就是將反應物、催化劑於容器中進行實驗。隨著反應量變大，就必須考慮反應中的熱傳、質傳問題、尋找合適的溫控系統、重新設計反應條件。

我們遇過一個實際案例，對方的材料對溫度非常敏感，在62度才能進行反應，溫度達到64度則會造成物料損壞。當放大到製程量產時，發現夾套反應器控溫不易，因此常常遇到產能不佳、副產物等問題。

顧名思義，是一種微小的連續式反應器。通常是藉由特殊的微小通道(直徑低於500 µm)作為其反應空間，當反應物流進通道就進行反應，流出即終止反應。藉由反應器的通道設計，使物質混合效率非常高，並且比表面積較大，可快速帶走熱。

批次式量產

擋板設計不能避免熱不均勻的問題，熱區問題容易造成thermal runaway。

微流道反應器

藉由微小的反應槽與製冷片設計，即使在放熱反應，也能快速移熱。

批次式量產

攪拌的效能會受到物料特性、容器體積、反應器的設計等影響。當攪拌條件不佳時，物料很可能會附著於反應器底部，使得無法完整的反應所有原料。

微流道反應器

微流道的混合機制：物料進入微流道後，會以擴散的方式互相混合。由公式，我們可以得知: 隨著管徑越小，其混合速度越快。

(ex) 以實際反應來說，使用300um的微流道，約10秒即完成反應。

最典型的微流道設計：T-mixer式

有些廠商甚至設計出如同batch reactor的混合擋板於微流道中，讓混合效果更快速。

如同一開始所討論的，批次式量產當體積放大時，會因為攪拌、放熱等狀況不同，而需要重新找合適的反應條件。

然而，實驗型的微流道反應器，在微量測試時，主要調控的參數為：流速、反應溫度。其比熱面積大，所以在製程放大時，不會像Batch reactor受到太多質傳與熱傳的影響。

下一個章節，我們將和大家討論”什麼反應，適合微流道反應器”

Tags