[2017年整理]微化學(xué)工程基礎(chǔ)研究進(jìn)展

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1、微化學(xué)工程基礎(chǔ)研究進(jìn)展陳遠(yuǎn)芝郝旭輝時樂滕傳昊侯方磊龍正權(quán)謝金龍張成進(jìn)紀(jì)文根（合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工與工藝11-01班）摘要：微化工技術(shù)是20世紀(jì)90年代初的多學(xué)科交叉的科技前沿領(lǐng)域，移植集成電路和微傳感器制造技術(shù)的高新技術(shù)，涉及化學(xué)、材料、物理、化工、機(jī)械、電子、控制學(xué)等各種學(xué)科和工程技術(shù)；著重研究時空特征尺度在數(shù)百微米和數(shù)百毫秒以內(nèi)的化工微型設(shè)備和并行分布系統(tǒng)的設(shè)計、模擬、生產(chǎn)和應(yīng)用。本文圍繞微反應(yīng)器，微反應(yīng)及其傳遞、放大規(guī)律，簡單介紹其研究進(jìn)展情況。關(guān)鍵詞：微反應(yīng)器微反應(yīng)微化工系統(tǒng)Ab

2、stract：Microchemicaltechnologyisintheearly1990sthemultidisciplinaryintersectingfrontierscienceandtechnology,transplantationofintegratedcircuitandmicrosensormanufacturingtechnologyofhighandnewtechnology,involvingchemical,materials,physical,chemical,mac

3、hinery,electronics,controlandavarietyofdisciplinessuchasengineeringtechnology;Thispaperstudiescharacteristicsoftimeandspacescaleswithinseveralhundredmicronsandhundredsofmillisecondschemicalmicrodevicesandparalleldistributionsystemdesign,simulation,pro

4、ductionandapplication.Thispaperaroundthemicroreactor,microreactionandthelawoftransmission,amplification,introducesitsresearchprogress.Keywords:microreactor；micro-reaction；microchemicalreactionsystem前言新興與20世紀(jì)90年代的微化工，為新世紀(jì)的綠色，安全，環(huán)保的化工發(fā)展提供了一個新的發(fā)展方向。微化工技術(shù)

5、讓反應(yīng)時間從幾小時~幾十小時縮短到幾十秒，甚至幾秒，讓體積龐大的傳統(tǒng)反應(yīng)容器瘦身至以升、毫升為單位的微反應(yīng)器。在這樣的誘惑下，問世僅20余年的微化工技術(shù)以它獨(dú)特的魅力讓我們改變的對化學(xué)工業(yè)污染重、耗能高和安全性差的傳統(tǒng)形象。21世紀(jì)初的10年，是微化工系統(tǒng)的快速發(fā)展期【11】，這段時間里國際上發(fā)展了多種形式的微化工系統(tǒng)，并對其內(nèi)部的基本流動、傳遞和反應(yīng)規(guī)律展開了研究。在這種情勢下，我國也開展了相關(guān)工作。目前，微化工系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、生物等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究中，也有少部分工業(yè)生產(chǎn)過程利用微化

6、工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了過程的強(qiáng)化，體現(xiàn)出了良好的發(fā)展前景【7】。德國默克公司曾通過微化工技術(shù)將格利雅試劑酮還原反應(yīng)時間從數(shù)小時降至幾秒鐘。在我國，中石化公司催化劑長嶺分公司工業(yè)運(yùn)行2年的磷酸二氫銨生產(chǎn)微化工系統(tǒng)產(chǎn)能可達(dá)8萬噸，但系統(tǒng)中各設(shè)備的體積均不足6升。微化工技術(shù)的光明前景引起了國內(nèi)外的高度重視，基于此，本文就微化工系統(tǒng)的研究進(jìn)展做簡單的介紹。1微反應(yīng)器微反應(yīng)器，即微通道反應(yīng)器，利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之間的微型反應(yīng)器，微反應(yīng)器的“微”表示工藝流體的通道在微米

7、級別，而不是指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可以包含有成百萬上千萬的微型通道，因此也實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。1.1形式作為一類新型的反應(yīng)設(shè)備，微反應(yīng)器的形式近年來得到了不斷發(fā)展。微反應(yīng)器是具有特定微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)設(shè)備，微結(jié)構(gòu)是微反應(yīng)器的核心。微反應(yīng)器設(shè)備根據(jù)其主要用途或功能可以細(xì)分為微混合器，微換熱器和微反應(yīng)器。幾種典型的微反應(yīng)器有：微通道反應(yīng)器、毛細(xì)管微反應(yīng)器、降膜式微反應(yīng)器、多股并流式微反應(yīng)器、微孔陣列和膜分散式微反應(yīng)器以及外場強(qiáng)化式微反應(yīng)器等【3】。從微結(jié)構(gòu)的設(shè)計上來看，目前得到廣泛應(yīng)

8、用的多相微化工系統(tǒng)設(shè)備主要有：T型錯流剪切設(shè)備，水力學(xué)聚焦設(shè)備，引、同軸環(huán)管設(shè)備和分枝破碎設(shè)備4種【8】。目前有名的設(shè)備供應(yīng)商有拜耳-埃爾費(fèi)爾德微技術(shù)公司，簡稱EMB。其開發(fā)的Miprowa系列微反應(yīng)器已經(jīng)被世界各大化工公司應(yīng)用于工藝開發(fā)與生產(chǎn)中。1.2性能與常規(guī)尺度的反應(yīng)器相比，特征尺度的微細(xì)化為微反應(yīng)系統(tǒng)帶來了一系列的優(yōu)點(diǎn)：大比表面積，大比相界面積，體積小，直接并行放大，過程連續(xù)，高度集成，混合時間短，能耗低，工藝綠色化【6】。此外，微化工系統(tǒng)具有高效、低能耗、可控、內(nèi)在安全、