Application of microfluidics technology in chemical engineering for enhanced safety

Abstract

The unique virtues of microfluidic technology have earned it an important place in a variety of chemical engineering applications. Among advantages including improved selectivity or yield, one crucial yet often neglected one is enhanced safety. Herein, we have critically reviewed latest progress in the study of using microreactors to reduce associated risk when performing experiments. Related research results have been carefully selected and categorized based on the major consideration to employ microfluidic technology, for example, fast heat/mass transfer, tolerance to high pressure, and confinement of toxic materials. Frontiers and remaining challenge of the field have been addressed at the end of this review as well.

Modeling the Excess Velocity of Low-Viscous Taylor Droplets in Square Microchannels

“…This enables high mass and heat transfer rates [1,2] for several applications ranging from extraction [3] and multiphase catalyst reactions [4] to improved unit operations like mixing tasks [5]. The distinct features allow performing reactions at new process windows with fewer hazards or higher selectivity [6]. The specific flow conditions can furthermore serve for cell isolation [7], genetic analysis [8] and reaction screening in a droplet chain [9].…”

Organocatalyzed Beckmann rearrangement of cyclohexanone oxime in a microreactor: Kinetic model and product inhibition

“…Second, higher pressure is easily operated and then the reaction can be proceeded at higher temperature, decreasing the evaporation of TFA. Finally, the small volume usage and easy use of anticorrosive materials in the microreaction system improve the process safety . As a result, the microreactor is quite suitable for the kinetics study of this process because of the better control of reaction conditions and inherent safety characteristics.…”

Síntese Em Sistemas Microfluídicos De Nanopartículas De Cdte E De Ag Para Estudo Qualitativo De Interação Em Fluxo E Preparação De Filmes Finos Desses Nanomateriais

“…O sistema pode ser integrado a componentes, tais como, trocadores de calor com controladores de temperatura, misturadores, bombas de injeção e sensores (HARTMAN e JENSEN, 2009;ILLG et al, 2016;SUN et al, 2016).…”

“…(ZHANG et al, 2016). Diversas áreas do conhecimento são abrangidas por essa tecnologia, tais como a Física, Química Analítica e Sintética, Biologia, Biomedicina, Nanotecnologia, entre outras (SUN et al, 2016;ZHANG et al, 2016 O uso de TMR associada ao sistema de fluxo contínuo gera inúmeras vantagens, dentre elas destacam-se: (i) maior eficiência no controle de parâmetros de reação e na mistura dos reagentes; (ii) menor custo na otimização das condições de reação; (iii) menor número de etapas do processo; (iv) eficiência na mistura;(v) menor número de operações no isolamento do produto, e (vi) tempos curtos para análise (DEMELLO, 2006;JANASEK et al, 2006;ELVIRA et al, 2013; …”

“…Na equação de Reynolds, ⍴ é a densidade do fluido, é a velocidade de escoamento, ℎ é diâmetro hidráulico da tubulação e é a viscosidade do fluído (SQUIRES e QUAKE, 2005;ÖZBEY et al, 2016;SUN et al, 2016 (DITTRICH, 2005;WHITESIDES, 2006;COLTRO et al, 2007). Um dos grandes desafios da microfabricação é conseguir projetar um reator microfluídico com geometria adequada para otimizar a eficiência de mistura e a transferência de massa e calor com base nas características de uma reação especifica.…”