Mikroprocessteknik
Mikroprocessteknik är vetenskapen om att genomföra kemiska eller fysikaliska processer ( enhetsoperationer ) inuti små volumina, vanligtvis inuti kanaler med diametrar på mindre än 1 mm (mikrokanaler) eller andra strukturer med sub-millimeterdimensioner. Dessa processer utförs vanligtvis i kontinuerligt flödesläge, i motsats till batchproduktion , vilket tillåter en tillräckligt hög genomströmning för att göra mikroprocessteknik till ett verktyg för kemisk produktion. Mikroprocessteknik är därför inte att förväxla med mikrokemi, som handlar om mycket små totala mängder materia.
Underområdet för mikroprocessteknik som handlar om kemiska reaktioner, utförda i mikrostrukturerade reaktorer eller " mikroreaktorer ", är också känt som mikroreaktionsteknologi .
De unika fördelarna med mikrostrukturerade reaktorer eller mikroreaktorer är förbättrad värmeöverföring på grund av det stora förhållandet mellan ytarea och volym och förbättrad massöverföring . Till exempel är längdskalan för diffusionsprocesser jämförbar med den för mikrokanaler eller till och med kortare, och effektiv blandning av reaktanter kan uppnås under mycket korta tider (vanligtvis millisekunder). De goda värmeöverföringsegenskaperna möjliggör en exakt temperaturkontroll av reaktioner. Till exempel kan starkt exotermiska reaktioner utföras nästan isotermiskt när den mikrostrukturerade reaktorn innehåller en andra uppsättning mikrokanaler ("kylningspassage"), fluidiskt separerade från reaktionskanalerna ("reaktionspassage"), genom vilka ett flöde av kall vätska med tillräckligt hög värmekapacitet bibehålls. Det är också möjligt att ändra temperaturen på mikrostrukturerade reaktorer mycket snabbt för att avsiktligt uppnå ett icke-isotermiskt beteende.
Processintensivering
Även om dimensionerna för de individuella kanalerna är små, kan en mikroprocessteknisk anordning ("mikrostrukturerad reaktor") innehålla många tusen sådana kanaler, och den totala storleken på en mikrostrukturerad reaktor kan vara i meterskala. Syftet med mikroprocessteknik är inte i första hand att miniatyrisera produktionsanläggningar, utan att öka utbytet och selektiviteten för kemiska reaktioner, och därmed minska kostnaderna för kemisk produktion. Detta mål kan uppnås genom att antingen använda kemiska reaktioner som inte kan genomföras i större volym, eller genom att köra kemiska reaktioner vid parametrar (temperaturer, tryck, koncentrationer) som är otillgängliga i större volymer på grund av säkerhetsbegränsningar. Till exempel sprängs inte den stökiometriska blandningen av två volymenheter vätgas och en volymenhet syrgas i mikrokanaler med en tillräckligt liten diameter. Denna egenskap hänvisas till som " egensäkerheten " för mikrostrukturerade reaktorer. Förbättringen av utbyten och selektiviteter genom att använda nya reaktioner eller köra reaktioner vid mer extrema parametrar är känd som "processintensivering".
Historia
Historiskt har mikroprocessteknik sitt ursprung runt 1980-talet, när mekaniska mikrobearbetningsmetoder utvecklade för tillverkning av uranisotopseparationsmunstycken först tillämpades på tillverkningen av kompakta värmeväxlare vid Karlsruhe ( Nuclear) Research Center .