Sử dụng thiết bị phản ứng vi mô trong sản xuất hóa chất
Nguồn: vinachem.com.vn
Các nhà nghiên cứu cho biết việc áp dụng thiết bị phản ứng vi mô (TBPƯVM)
mở ra con đường mới có hiệu quả hơn để sản xuất hóa chất tinh khiết và các hóa
chất trung gian.
Một công ty hóa chất của Trung Quốc hợp tác với một viện nghiên cứu của Đức
đang sản xuất nitroglyxerin dùng cho y tế với mức 10kg/ ngày. Nitroglyxerin là
hóa chất độc và rất dễ nổ. Quá trình sản xuất tỏa nhiệt và phải dùng tới các chất
phản ứng có độ axit rất cao; tuy nhiên nó vẫn được đảm bảo an toàn và có hiệu
quả cao nhờ việc áp dụng TBPƯVM.
Mấu chốt của quá trình sản xuất nói trên là công nghệ TBPƯVM, trong đó sử
dụng các thiết bị phản ứng, máy trộn, thiết bị trao đổi nhiệt và các thành phần khác
với cấu trúc bên trong có kích thước vi mô (từ 10 đến 50 mm). Quá trình phản ứng
xảy ra liên tục, thành dòng là một ưu điểm lớn khi áp dụng TBPƯVM. Các thiết bị
trong quá trình kể trên có các kênh dẫn với kích thước nhỏ và tỉ lệ diện tích bề
mặt/ thể tích khá cao; nhờ vậy việc truyền nhiệt và chuyển khối có hiệu quả hơn so
với khi dùng thiết bị phản ứng chạy theo từng mẻ lớn. Việc truyền nhiệt và chuyển
khối tốt hơn cho phép cải thiện quá trình chuyển hóa; tính chọn lọc, hiệu suất thu
sản phẩm, độ an toàn và chất lượng sản phẩm cũng được cải thiện rõ rệt. Việc
truyền nhiệt tốt tạo điều kiện cho phản ứng thực hiện được ở nhiệt độ trong phòng
mà không cần phải làm lạnh (đối với phản ứng tỏa nhiệt).
Trong sản xuất thuốc nhuộm azo, khi áp dụng TBPƯVM người ta thu được sản
phẩm có chất lượng được cải thiện với kích thước hạt mịn hơn và sự phân bố kích
thước hạt gần nhau hơn so với khi áp dụng các công nghệ thông thường. Trong sản
xuất axit phenylboronic dùng thiết bị phản ứng theo từng mẻ lớn, người ta phải
tiến hành phản ứng ở nhiệt độ -40 đến -50oC mà hiệu suất thu sản phẩm chỉ đạt
65%. Thế nhưng, khi áp dụng các thiết bị phản ứng, máy trộn cỡ vi mô thì phản
ứng lại thực hiện được ở nhiệt độ 20oC và hiệu suất thu sản phẩm đã đạt tới mức
89%. Trong tổng hợp hữu cơ pha lỏng sử dụng xúc tác rắn mà dùng TBPƯVM,
các hạt chất xúc tác được phủ và giữ lại ở thành của thiết bị phản ứng hoặc gắn
vào các cấu trúc vi mô, các kênh hay các mao quản. Khác với thiết bị phản ứng
chạy theo từng mẻ, ở TBPƯVM chất xúc tác luôn luôn dư đối với các chất phản
ứng, nhờ vậy hiệu suất thu sản phẩm sẽ cao. Vì xúc tác được gắn cố định nên
người ta không phải tách xúc tác ra khỏi hỗn hợp phản ứng và khi quá trình phản
ứng kết thúc, chỉ cần thu lấy dung dịch là được sản phẩm sạch.
Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng TBPƯVM cũng có một số hạn chế: Không
phải mọi phản ứng đều có thể thực hiện được trong một TBPƯVM đa tác dụng
nếu ở đó có mặt một chất rắn hay sản phẩm hoặc sản phẩm phụ ở dạng kết tủa.
Hiện nay chưa có cách nào giải quyết được hiện tượng tắc nghẽn có thể xảy ra ở
một số phản ứng.
Chống ăn mòn là một vấn đề lớn đối với TBPƯVM, bởi vì với kích thước quá
nhỏ, dù chỉ bị ăn mòn với mức 1mm/ năm thì toàn bộ thiết bị sẽ bị hỏng hoàn toàn.
Chính vì vậy, việc lựa chọn nguyên vật liệu cho thích hợp (thép không gỉ, thủy
tinh, sứ, polyme, silic...) để chế tạo TBPƯVM là điều rất quan trọng.