¿Cómo se ve el futuro para la fabricación de productos químicos microfluídicos?

Answer 1

si lo hace y aquí es por qué

1. costo de inicio ultrabajo
2. Control muy fácil en comparación con las plantas a escala piloto.
3. la producción en masa de mems es posible, por lo que no tenemos que perder tiempo reparando una unidad caída. simplemente tíralo e instala uno nuevo.
4. Más flexibilidad en términos de diseño.
5. Probablemente un mejor control de calidad, pero podría aumentar el costo de monitoreo. por lo que debe ser un compromiso.
6. La forma más fácil de estudiar los mecanismos de flujo masivo. Confíe en mí, para una tarea determinada, puede visualizar las propiedades de flujo y phemenon más rápidamente en comparación con la simulación. Por supuesto, no siempre es posible y hay ciertas limitaciones.
7. El proceso de diseño es muy diferente en comparación con el diseño tradicional del reactor. porque, bajo número de Reynold, más resistencia, trabajando con menos o sin partes móviles, menos cantidad de piezas (estacionarias o en movimiento).
8. posibilidad de realizar reacciones incluso si su materia prima es rara. Especialmente cuando se trata de cosas relacionadas con la biología que no tengo idea. He escuchado que también se pueden usar mucho más barato para diagnósticos.
9. El material construido es muy barato dadas las posibilidades. Leí en un artículo donde imprimieron un diseño con una impresora de inyección de tinta con la mayor calidad posible en una hoja de transparencias. y usé esa impresión como negativa para desarrollar un dispositivo MEMS basado en PDMS con una altura de canal de pocos micrones. Ahora vence eso. costo de la impresora de inyección de tinta: 100 usd como máximo, PDMS = 200usd por Kg. Peso de cada dispositivo = 2-10g. y que puedes hacer con eso Literalmente casi todo lo que puedas soñar. Para mí, cuando comencé a usarlo por primera vez, lo odiaba porque se curaba y todo lleva tiempo … pero cuando empiezas a comprender el potencial, empiezas a pensar en ello como magia Jennie en lugar de MEMS.
10. aunque es bueno para muchas cosas, pero ciertamente no lo usaré para producir químicos producidos en masa como ácidos, bases y químicos comunes. Porque, para la producción en masa, cuanto más grande mejor.

Answer 2

Para algunos procesos, ya lo son. Es mucho más fácil lograr condiciones “bien mezcladas” e “isotérmicas” en escalas de longitud más corta. Al mantener las diferencias de concentración o temperatura en distancias más cortas, los gradientes se vuelven enormes y la transferencia de calor y masa se vuelve mucho más rápida.

Esto tiene enormes implicaciones para las reacciones altamente exotérmicas: mientras que algunas reacciones son controladas cinéticamente y otras son controladas por difusión, un número menos conocido de reacciones está limitado por las restricciones de transferencia de calor. Específicamente, a altas temperaturas, el producto deseado se degrada, las reacciones secundarias ocurren con mayor frecuencia, o alguna otra causa resulta en un rendimiento más bajo. La solución tradicional para tales reacciones es la producción de semiparches con la adición lenta de un reactivo, como la adición lenta de un reactivo de Grignard en la reducción de cetonas. Incluso durante el proceso de mezcla, se observa un gran aumento de temperatura: ¡35 grados centígrados para un tiempo de residencia de menos de un segundo! Los microrreactores pueden incorporar intercambiadores de calor en el propio reactor del tamaño de la palma de la mano, y los componentes modulares con “bucles de retardo” pueden controlar los tiempos de residencia específicos para una transferencia de calor suficiente. El proceso microfluídico no solo logra un mayor rendimiento (> 90% en comparación con el 70% con los enfoques tradicionales de semi-partidas), sino que es continuo y se puede escalar con bastante facilidad.

La escala de dispositivos de microfluidos es una simple cuestión de agregar o eliminar unidades individuales. Una ventaja que tienen sobre los procesos tradicionales es la capacidad de distribuir unidades individuales a un mayor número de ubicaciones (cada una con menos unidades). Esto reduce los costos de transporte: en lugar de producir todo el producto en un solo lugar y enviarlo por todas partes, se puede producir localmente una cantidad suficiente de producto en cada uno de los centros de producción más ampliamente distribuidos. Los costos de almacenamiento también disminuyen: en lugar de producir un exceso y tener que pagar extra para almacenar el producto, una solución simple es reducir la escala eliminando los módulos en exceso y produciendo menos. La modularidad de los microfluidos compensa parte de los altos costos de mecanizado en este sentido.

Solo como una nota al margen variada e interesante, se ha observado que las incrustaciones rara vez son un problema en condiciones equivalentes a las de los reactores tradicionales a pesar de la pequeña escala. Esto se debe a la uniformidad de las concentraciones locales debido a la excelente mezcla mencionada anteriormente. Cuando se produce el ensuciamiento, un compromiso es un “mini-reactor”, que es básicamente un poco más grande que uno “micro”.

Esto fue todo de un pequeño proyecto que completé recientemente en microrreactores. Para obtener más información, sugiero leer Microreactors by Ehrfeld (aparentemente Ehrfeld es un nombre importante en ese departamento), así como la entrada de la enciclopedia en Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.

Su pregunta original fue sobre microfluidos de mesa, y me doy cuenta de que mi respuesta se refiere principalmente a los microrreactores industriales. No estoy muy seguro de que las microfluídicas de mesa sean comparables a las plantas a gran escala. Por un lado, los microfluidos de sobremesa a menudo pueden producir reacciones que no se pueden replicar a escalas más grandes, o que nadie querría a escalas inmensas (por ejemplo, biológicas). Por otro lado, ¡producir volúmenes equivalentes a la producción a gran escala utilizando solo reactores de mesa de trabajo tomaría una tonelada de mesas de trabajo! 😉