Ingeniería de microprocesos

La ingeniería de microprocesos es la ciencia de llevar a cabo procesos químicos o físicos ( operaciones unitarias ) en volúmenes pequeños, generalmente dentro de canales con diámetros inferiores a 1  mm (microcanales) u otras estructuras con dimensiones submilimétricas. Estos procesos se realizan habitualmente en flujo continuo, a diferencia de la producción por lotes , lo que permite un rendimiento suficientemente alto como para convertir la ingeniería de microprocesos en una herramienta para la producción química. Por lo tanto, la ingeniería de microprocesos no debe confundirse con la microquímica , que se ocupa de cantidades de materia muy pequeñas.

El subcampo de la ingeniería de microprocesos que se ocupa de las reacciones químicas llevadas a cabo en reactores microestructurados o " microrreactores " también se conoce como tecnología de microrreacción .

Las ventajas únicas de los reactores microestructurados o microrreactores radican en la transferencia de calor mejorada gracias a su gran relación superficie-volumen y en la transferencia de masa optimizada . Por ejemplo, la escala de longitud de los procesos de difusión es comparable a la de los microcanales, o incluso menor, y se puede lograr una mezcla eficiente de los reactivos en tiempos muy cortos (típicamente milisegundos). Las buenas propiedades de transferencia de calor permiten un control preciso de la temperatura de las reacciones. Por ejemplo, las reacciones altamente exotérmicas pueden llevarse a cabo casi isotérmicamente cuando el reactor microestructurado contiene un segundo conjunto de microcanales ("pasaje de enfriamiento"), separados fluidicamente de los canales de reacción ("pasaje de reacción"), a través del cual se mantiene un flujo de fluido frío con una capacidad calorífica suficientemente alta . También es posible modificar la temperatura de los reactores microestructurados muy rápidamente para lograr intencionadamente un comportamiento no isotérmico.

Si bien las dimensiones de los canales individuales son pequeñas, un dispositivo de ingeniería de microprocesos ("microrreactor") puede contener miles de estos canales, y su tamaño total puede ser del orden de metros. El objetivo principal de la ingeniería de microprocesos no es miniaturizar las plantas de producción, sino aumentar el rendimiento y la selectividad de las reacciones químicas, reduciendo así el costo de la producción química. Este objetivo se puede lograr utilizando reacciones químicas que no se pueden llevar a cabo en volúmenes mayores, o bien realizando reacciones químicas con parámetros (temperaturas, presiones, concentraciones) inaccesibles en volúmenes mayores debido a limitaciones de seguridad. Por ejemplo, la detonación de la mezcla estequiométrica de dos unidades de volumen de hidrógeno gaseoso y una unidad de volumen de oxígeno gaseoso no se propaga en microcanales con un diámetro suficientemente pequeño. Esta propiedad se conoce como la " seguridad intrínseca " de los microrreactores. La mejora del rendimiento y la selectividad mediante el uso de reacciones novedosas o la realización de reacciones con parámetros más extremos se conoce como "intensificación de procesos".

Históricamente, la ingeniería de microprocesos tuvo su origen alrededor de la década de 1980, cuando los métodos de micromecanizado mecánico desarrollados para la fabricación de boquillas de separación de isótopos de uranio se aplicaron por primera vez a la fabricación de intercambiadores de calor compactos en el Centro de Investigación (Nuclear) de Karlsruhe .

• Química de flujo
• Microrreactor