대규모 화학 생산 모델의 맥락에서의 미세 화학 기술
현재 '빅 케미컬' 방식의 화학 생산은 거대한 장비, 높은 에너지 소비, 심한 오염, 자원 낭비, 낮은 효율성 등 많은 문제를 안고 있습니다. 이러한 문제를 효과적으로 해결하는 방법은 화학 산업이 직면해야 하는 과제가 되었습니다. 새로운 유형의 화학 기술인 마이크로 화학 시스템은 반응 공정을 강화하고 공정의 에너지 소비와 재료 소비를 줄이며 생산 효율과 안전성을 향상시킬 수 있어 널리 사용되고 있습니다.
컴퓨터로 대표되는 정보 기술의 발전과 미세전자기계 시스템(MEMS)의 발달로 '소형화'라는 개념이 인간의 삶과 업무의 모든 영역에 침투했습니다. 화학 생산은 전통적인 "단위 작업"과 "3 패스 및 1 역"이라는 두 가지 주요 개발 단계를 거쳤으며 고급 연구의 범위는 점차 마이크로 스케일 분야로 확대되고 있습니다.
실험 - 소규모 시험 - 중간 유형 - 화학 생산
미세화학 기술에는 미세 반응기, 미세 혼합기, 미세 분리기, 미세 열교환기 등이 포함되며, 이 과정에서 유체는 미세 유체입니다.
마이크로화학 시스템: 마이크로미터 또는 밀리미터 미만의 제한된 공간에서 마이크로 구조의 구성 요소를 핵심으로 하여 수행되는 화학 공정으로, 시스템의 분산 규모를 줄여 혼합 및 전달을 향상시키고 공정 제어 가능성과 효율성을 개선합니다. 마이크로리액터의 엔지니어링 스케일업은 기본적으로 원자로 규모의 확장(스케일업)이 아닌 유닛 수의 증가(넘버링 업), 즉 여러 개의 병렬 연결로 이루어집니다.
마이크로 리액터는 크기 때문에 작은 것이 아니라 좁은 유로, 높은 유속, 높은 혼합 강도, 향상된 질량 및 열 전달로 인해 작습니다.
기존의 화학 장비와 비교하여 마이크로 화학 장비는 높은 전송 속도, 직접 증폭 용이, 높은 안전성, 제어 용이 등의 장점이 있습니다. 화학 공정의 지속적이고 고도로 통합되고 분산되고 유연한 생산을 실현할 수 있습니다. 반응 과정에서 자원과 에너지의 이용 효율을 크게 향상시키고 화학 공정의 집중화, 소형화 및 녹색화를 실현할 수 있습니다.
낮은 위험
화학 산업의 많은 반응은 강력한 발열 공정이며 폭발의 위험이 있으며 미세 반응 기술을 사용하면 공정의 효율성을 개선하고 공정의 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 과산화수소 생산에서 수소화 및 산화 반응의 안전성은 공정의 안전성을 결정하는 가장 중요한 측면입니다.
높은 효율성과 신속성
톨루엔 공정에서 아미드화 반응의 수율은 82%에서 95% 이상으로 증가했으며, 벤젠 공정에서 베크만 재배열 반응에 사용되는 훈증 황산 소비량은 30% 감소했습니다.
산업 생산
연간 50,000톤/년의 나노 탄산칼슘 마이크로 리액터 생산 장치
특징: 낮은 투자, 낮은 에너지 소비; 작은 입자 크기, 좁은 분포 및 제품의 우수한 반복성; 생산 공정 제어가 용이합니다.
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다롄 화학 기술 연구소에서 개발한 킬로와트급 양성자 교환막 연료 전지에 사용되는 마이크로 수소 공급 시스템은 빠른 시동, 낮은 일산화탄소 함량, 높은 비전력 등의 장점을 가지고 있습니다. 연구소에서 액체-액체 혼합에 사용되는 10,000톤 규모의 마이크로 혼합 시스템은 마이크로 반응기의 고효율 열 및 질량 전달 능력을 활용하여 디니트로클로로벤젠의 합성 시간을 크게 단축했습니다.
칭화대학교 화학공학 국가핵심공동연구소는 막 유화 기술을 활용하여 10,000톤 규모의 막 분산 미세 구조 반응기로 단분산 탄산칼슘 나노 입자를 제조하는 산업용 장치를 성공적으로 개발했습니다.
마이크로 규모의 화학 시스템에서는 점성력, 탄성력, 표면 장력, 정전기력 등이 모두 시스템에 큰 영향을 미치며, 많은 거시적 법칙이 더 이상 적용되지 않을 수 있습니다. 따라서 마이크로 규모의 표면 및 계면 효과, 마이크로 공정의 측정, 분석 및 제어 및 기타 기초 연구가 특히 중요합니다. "세 번의 통과와 하나의 역"이라는 전통적인 이론을 수정, 보완 및 혁신해야하며 화학 생산의 현상 유지도 바뀔 것입니다!
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