微化工技术在清洁能源领域的应用传统化石能源大范围的应用于各行各业和日常生活中,具有热值高、稳定性高和用途广泛等优点。

  传统反应器在液体燃料生产的基本工艺过程中存在停滞时间长、设备体积非常庞大、能量供给损失严重、综合生产所带来的成本昂贵等一系列问题。微反应器由于在几何结构、流动、传质和传热等方面的独特特性,可以在温和条件下进行反应,同时也能缩短停滞时间并提高选择性,因此也更具经济效益。由于微反应器的优势慢慢的被人们所认识,近年来其在生物柴油和费托合成油等液体燃料的生产中得到慢慢的变多的应用。

  微化工技术在生物柴油生产中的应用：生物柴油由长链脂肪酸单烷基酯类化合物组成,其中长链脂肪酸主要来自于动物脂肪和植物油酯等原料,其在可生物降解性、环保性能、来源广泛性和可再生性等方面展现出独特的优势。与普通柴油相比,生物柴油不含硫,氧含量偏高,并且其大部分物理性能符合ASTM D6751和EN 14214的国际标准。但鉴于传统的生物柴油技术存在能耗大、三废高、反应时间长、下游加工工序繁琐等问题,其大规模生产的全部过程困难诸多。

  过程强化技术能克服这些缺点,凭借其微尺度的特性很好地改善传质与传热过程,有实际效果的减少反应时间,缩减加工成本等。在生物柴油生产的全部过程中,管式微反应器、多通道微反应器以及填充床微反应器是最常见的微反应器类型等[1]。

  今天主要为大家介绍管式微反应器在生物柴油生产中的应用，请关注我们不难发现更多反应器类型及应用案例。

  管式微反应器是最早应用于生物柴油的微反应器。Sun等[2]探索了KOH催化体系中微毛细管反应器内径尺寸的影响。他们以未精制的菜籽油和棉籽油为原料,在甲醇/油质量比为6：1、反应温度60℃的条件下,采用两种不同的微反应器结构考察最终的反应效果:一种是不锈钢管式微反应器,内径分别为0.25mm和2mm,长度为30m;另一种是石英微反应器,内径分别为0.25mm和0.53mm,长度为30m。实验根据结果得出:这两种微反应器甲酯收率均可达95%以上,且停滞时间小于10min;同时,内径较小的微通道由于具有更大的传质面积,因此停滞时间更短,甲酯收率更高。

  同样地,Azam等[3]也开展了类似的工作,他们利用装有KOH催化剂的微管反应器(见图1),以棕榈油为原料进行酯交换反应生产生物柴油,主要对不同内径的微管反应器与微通道反应器(内径尺寸分别为0.58 mm和1.6 mm)进行了对比。结果显示,在停滞时间为180 s的情况下,微管反应器中的转化率可达95%,表明在极短反应时间内,微管反应器能轻松的获得较高的生物柴油产量。

  López-Guajardo等[4]对比了传统间歇反应器和管式微反应器的性能差异。他们以NaOH为催化剂,葵花籽油为原料,不锈钢微反应器的内径0.71 mm、长度5 m。结果显示,微反应器在4 min内就能获得较高的生物柴油产率(99%),而传统的间歇式反应器需要60min产率才可以做到99%;在微反应器的小尺寸微通道结构中,反应物界面之间形成独特的团流形式(图2),增大了相间接触面积,有效提升了传质效果,使得微反应器的性能表现优异。

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