Введение
Микропроцессная инженерия – это наука о проведении химических или физических процессов (единичных операций) внутри небольших объемов, как правило, внутри каналов диаметром менее 1 мм (микроканалов) или других структур с субмиллиметровыми размерами. Эти процессы обычно осуществляются в режиме непрерывного потока, в отличие от периодического производства, что обеспечивает достаточную производительность для использования микропроцессной инженерии в качестве инструмента химического производства. Микропроцессную инженерию, следовательно, не следует путать с микрохимией, которая имеет дело с очень малыми общими количествами вещества. Подраздел микропроцессной инженерии, занимающийся химическими реакциями, проводимыми в микроструктурированных реакторах или "микрореакторах", также известен как микрореакционная технология. Уникальные преимущества микроструктурированных реакторов или микрореакторов заключаются в усиленной теплопередаче благодаря большому отношению площади поверхности к объему и усиленной массопередаче. Например, характерный масштаб диффузионных процессов сопоставим с размерами микроканалов или даже меньше, и эффективное смешивание реагентов может быть достигнуто за очень короткое время (обычно миллисекунды). Хорошие теплофизические свойства позволяют точно контролировать температуру реакций. Например, высокоэкзотермические реакции можно проводить почти изотермически, если микроструктурированный реактор содержит второй набор микроканалов ("охлаждающий канал"), флюидно отделенный от реакционных каналов ("реакционный канал"), через который поддерживается поток холодной жидкости с достаточно высокой теплоемкостью. Также возможно очень быстро изменять температуру микроструктурированных реакторов для намеренного достижения неизотермического поведения.
typically inside channels with diameters of less than 1 mm
(microchannels) or other structures with sub millimeter dimensions. These processes are usually carried out in continuous flow mode, as opposed to batch production, allowing a throughput high enough to make micro process engineering a tool for chemical production. Micro process engineering is therefore not to be confused with microchemistry, which deals with very small overall quantities of matter. The subfield of micro process engineering that deals with chemical
reactions, carried out in microstructured reactors or
"microreactors", is also known as microreaction technology. The unique advantages of microstructured reactors or microreactors are enhanced heat transfer due to the large surface area to volume ratio, and enhanced mass transfer. For example, the length scale of diffusion processes is comparable to that of microchannels or even shorter, and efficient mixing of reactants can be achieved during very short times (typically milliseconds). The good heat transfer properties allow a precise temperature control of reactions. For example, highly
exothermic reactions can be conducted almost isothermally when the microstructured reactor contains a second set of microchannels ("cooling passage"), fluidically separated from the reaction channels ("reaction
passage"), through which a flow of cold fluid with sufficiently high
heat capacity is maintained. It is also possible to change the temperature of microstructured reactors very rapidly to intentionally achieve a non isothermal behaviour.
История
Исторически микропроцессная инженерия зародилась примерно в 1980-х годах, когда механические методы микрообработки, разработанные для изготовления сопел для разделения изотопов урана, впервые были применены к производству компактных теплообменников в Исследовательском центре Карлсруэ (ядерном).