การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีโฟลว์ต่อเนื่องและไมโครรีแอคเตอร์ในอุตสาหกรรมวัสดุใหม่

I. ข้อได้เปรียบด้านเทคโนโลยีและการสร้างมูลค่าทางอุตสาหกรรม

เทคโนโลยีโฟลว์ต่อเนื่องและไมโครรีแอคเตอร์ ซึ่งเป็นนวัตกรรมปฏิวัติในสาขาเคมีวิศวกรรม กำลังเปลี่ยนแปลงแบบจำลองการวิจัยและพัฒนา (R&D) และการผลิตของอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ด้วยประสิทธิภาพสูงในการถ่ายโอนมวลและพลังงาน การควบคุมกระบวนการอย่างแม่นยำ และความปลอดภัยในตัวเอง การออกแบบช่องทางขนาดไมโครเมตรของ YHChem YMC ไมโครรีแอคเตอร์ ให้พื้นที่ผิวเฉพาะเจาะจงสูงกว่าตัวทำปฏิกิริยาแบบแบทช์ดั้งเดิม 10-100 เท่า ซึ่งช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาและความเลือกเฉพาะได้อย่างมาก เช่น ในกระบวนการสังเคราะห์วัสดุจากชีวภาพ ไมโครรีแอคเตอร์สามารถเพิ่มผลผลิตของ FDCA (2,5-furandicarboxylic acid) ให้เกิน 90% ผ่านการผสมแบบกวนแรงและปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาแบบไม่เป็นเฟสเดียวกัน พร้อมลดการใช้ตัวทำละลายลง 50% นอกจากนี้ เทคโนโลยีการไหลต่อเนื่องยังช่วยให้ขยายขนาดจากขั้นทดลองในห้องแล็บไปสู่การผลิตเชิงอุตสาหกรรม (มากกว่า 10,000 ตัน/ปี) โดยการออกแบบแบบโมดูลาร์และการตรวจสอบออนไลน์ ซึ่งลดระยะเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ลงอย่างมาก

II. สถานการณ์การใช้งานหลักและกรณีศึกษา

• การสังเคราะห์วัสดุจากชีวภาพ
  ด้วยการควบคุมสภาพแวดล้อมของปฏิกิริยาระหว่างก๊าซ-ของเหลว-ของแข็งอย่างแม่นยำ ไมโครรีแอคเตอร์ของ YHChem สามารถแก้ปัญหา เช่น การสูญเสียประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาและการเกิดผลิตภัณฑ์ข้างเคียงในกระบวนการแบบเดิมได้ ซึ่งช่วยให้สามารถผลิต FDCA และ PEF (โพลีเอทิลีน 2,5-ฟูแรนไดคาร์บอกซิเลต) ในระดับอุตสาหกรรม โดยมีความบริสุทธิ์มากกว่า 99.5% และนำไปใช้ในพลาสติกวิศวกรรมเฉพาะทางและบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ ระบบการไหลต่อเนื่องของมหาวิทยาลัย Purdue ยังปรับปรุงปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลง Hofmann ผ่านไมโครรีแอคเตอร์แสงเคมี ลดปริมาณสารปนเปื้อนจาก 5% เหลือเพียง 0.5% และช่วยพัฒนาการผลิตวัสดุไวต่อแสง
• การพัฒนาโพลิเมอร์สมรรถนะสูง
  เรซินไวนิลยืดหยุ่นที่แข็งตัวด้วยรังสี UV ที่สังเคราะห์ในไมโครรีแอคเตอร์สามารถหลีกเลี่ยงการเกิดเจลได้ผ่านการควบคุมความแตกต่างของอุณหภูมิ (±1°C แปรผัน) โดยบรรลุค่าการส่งผ่านแสงถึง 98% เหมาะสำหรับโค้ทติ้งระดับสูงและวัสดุสำหรับการพิมพ์ 3D ในกระบวนการสังเคราะห์โมโนเมอร์ PI (โพลีอิมายด์) เทคโนโลยีการไหลต่อเนื่องช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเตรียมวัสดุขึ้น 40% และลดต้นทุนลง 30% ผ่านการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเตียงคงที่และการกำจัดสารละลายอย่างต่อเนื่อง
• นาโนวัสดุและเคมีภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์
  ไมโครฟลูอิดิกส์แบบหยดน้ำในไมโครรีแอคเตอร์ช่วยให้สามารถสังเคราะห์นาโนแคตาไลส์ได้อย่างแม่นยำ แคตาไลส์ที่ได้รับการสนับสนุนจากบริษัท มีค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของขนาดอนุภาค <2 นาโนเมตร และอายุการใช้งาน 300 ชั่วโมง ใช้งานในของเหลวสำหรับกร่อนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบริสุทธิ์สูง ในกระบวนการสังเคราะห์สารตั้งต้นเส้นใยคาร์บอน การไหลต่อเนื่องช่วยควบคุมการกระจายมวลโมเลกุลได้อย่างแม่นยำผ่านไมโครมิกเซอร์หลายขั้นตอน เพิ่มความแข็งแรงในการดึงขึ้น 25%
• วัสดุพลังงานสีเขียว
  ทีมจากมหาวิทยาลัยชิงหัวพัฒนาวัสดุอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยใช้เทคโนโลยีโฟโตแคตาไลติกแบบไหลต่อเนื่องของ YHChem โดยการควบคุมขนาดอนุภาคนาโน (50±5 นิวตรอน) ผ่านการตกตะกอนอย่างสม่ำเสมอในไมโครแชแนล ส่งผลให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานเกินกว่า 2,000 รอบ นอกจากนี้ไมโครรีแอคเตอร์ยังลดปริมาณแพลเลเดียมในตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนลงเหลือ 0.1 มก./ซม² ผ่านเทคโนโลยีของเหลวซูเปอร์คริติคอล ซึ่งช่วยลดต้นทุนเหลือ 1/5 เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม

III. ความท้าทายของอุตสาหกรรมและการแก้ปัญหาของ YHChem

แม้ว่าเทคโนโลยีการไหลต่อเนื่องจะมีข้อได้เปรียบหลายประการ แต่การนำมาใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ยังเผชิญกับอุปสรรค เช่น ต้นทุนอุปกรณ์สูงและความเสี่ยงของการอุดตันในระบบของแข็ง-ของเหลว ไมโครรีแอคเตอร์การไหลต่อเนื่องของ YHChem สามารถตอบโจทย์ความท้าทายนี้ได้ด้วย:

• การรวมเข้าด้วยกันอย่างชาญฉลาด : การควบคุมกระบวนการอย่างแม่นยำด้วยระบบ PID การตรวจสอบหลายโมดูลแบบเรียลไทม์ และการควบคุมระดับหลายชั้น เพื่อปรับเวลาการพักอาศัยให้เหมาะสมและคงสภาพแวดล้อมในการทำปฏิกิริยาให้มั่นคง
• ช่องทางการไหลแบบแผ่นดิสก์ : ไมโครรีแอคเตอร์จานไดนามิก YHChem มีการออกแบบเส้นทางการไหลภายในที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งสร้างการไหลแบบตัดที่ความเร็วสูง ช่วยให้เกิดการถ่ายโอนมวล/ความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่จัดการปฏิกิริยาของก๊าซ-ของเหลว-ของแข็งที่มีสารแขวนตัวในปริมาณต่ำ
• การออกแบบแบบโมดูลาร์และระบบสกิดอุตสาหกรรม : อุปกรณ์ระดับห้องปฏิบัติการมีโมดูลที่สามารถปรับแต่งได้ ในขณะที่ระบบสกิดอุตสาหกรรมแบบติดตั้งบนฐานอัตโนมัติทำงานตามกระบวนการทั้งหมด ลดพื้นที่ใช้งานลง 90% เมื่อเทียบกับรีแอคเตอร์แบบแบทช์ดั้งเดิม

iv. สรุป

เทคโนโลยีการไหลต่อเนื่องและไมโครรีแอคเตอร์กำลังผลักดันอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ไปสู่ความมีประสิทธิภาพ สอดคล้องกับหลักการยั่งยืน และรองรับการปรับแต่ง ตั้งแต่การผลิตวัสดุชีวภาพต้นทุนต่ำจนถึงการสังเคราะห์นาโนคาตาไลซ์ที่แม่นยำสูง การประยุกต์ใช้งานครอบคลุมสาขาสำคัญ เช่น อิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ด้วยการพัฒนาทางเทคโนโลยีและการร่วมมือในภาคอุตสาหกรรม เทคโนโลยีการไหลต่อเนื่องคาดว่าจะครอบครองมากกว่า 50% ของกระบวนการวัสดุใหม่แกนกลางภายในปี 2030