Mikrokanavareaktiota

Mikrokanavareaktiota kuvaa kemiallisten reaktioiden toteuttaminen mikroskooppisissa kanavissa jatkuvassa flow-prosessissa. Mikrokanavien tilavuudet ovat pienet, useita nanolitroista mikrolitreihin, mikä mahdollistaa suuren pinta-ala-tiheyden, nopean lämmönsiirron ja tarkan residence time -hallinnan. Perusperiaatteet: reaktiot etenevät laminaarissa virtauksessa matalilla Reynolds-luvuilla, ja sekoittuminen tapahtuu kanavien geometrialla sekä mikrosekoittimien avulla. Lämmönhallinta on tehokasta, mikä mahdollistaa eksotermisten reaktioiden turvallisen ja tehokkaan toteuttamisen sekä intensiivisen lämpötilan hallinnan.

Suunnittelu ja materiaalit: mikrokanavareaktoreita valmistetaan useista materiaaleista, kuten lasista, ruostumattomasta teräksestä ja polymeeristä (esim. PDMS). Kanavaverkot voivat olla serpentiinisiä, hybridirakenteisia tai täyssisäisiä. Seosten sekoittamiseen käytetään erilaisia mikroskooppisia sekoittimia, kuten T- tai interdigital-miksekoittimia sekä muita rakenteita, jotka mahdollistavat tehokkaan mikroskooppisen sekoittumisen.

Edut: mikrokanavareaktioiden avulla voidaan parantaa turvallisuutta eksotermisissa ja vaarallisissa reaktioissa, saavuttaa parempi kontrolli ja valinta, lyhyemmät reaktioaikataulut sekä pienemmät tilavuudet ja materiaalikulut. Jatkuva prosessi mahdollistaa helpomman integraation erottelun ja analytiikan kanssa. Skaalaus toteutetaan usein numbering-up -periaatteella, jossa useita mikrokanavia käytetään rinnakkain.

Sovellukset: käytetään laajasti lääke- ja hienokaumatuotannossa, fotoreaktioissa, kaasun- ja nesteen vuorovaikutusten hallinnassa sekä biokatalyyttien käytössä jatkuvissa tuotantoprosesseissa sekä inline-analyyttisissä mittauksissa.

Haasteet: tukkeutuminen ja likaantuminen, viskositeetin vaikutus sekoittuvuuteen, valmistus- ja ylläpitökustannukset sekä järjestelmän lämpötilan ja paineen hallinta. Rajoitteet voivat vaikuttaa suureen, monimutkaiseen reaktioon, ja ne vaativat huolellista suunnittelua.