微化学工程基础研究进展课件

1、微化学工程基础研究进展微化学工程基础研究进展班级：成员:目录 一、微反应器简介一、微反应器简介 二、微反应器的分类二、微反应器的分类 三、微反应器的特点三、微反应器的特点 四、微反应器内的多相传递规律四、微反应器内的多相传递规律 五、微反应器的放大与集成五、微反应器的放大与集成 六、微反应类型六、微反应类型 七、微反应催化剂制备七、微反应催化剂制备 八、微反应制备高孔容二氧化硅八、微反应制备高孔容二氧化硅 九、研究现状及前景九、研究现状及前景 十、参考文献十、参考文献一、微反应器简介一、微反应器简介 微反应器即微通道反应器，利用精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之

2、间的微型反应器，微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别，而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，因此也实现很高的产量。 微反应技术是20世纪90年代初的多学科交叉的科技前沿领域，移植集成电路和微传感器制造技术的高新技术，涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种学科和工程技术；着重研究时空特征尺度在数百微米和数百毫秒以内的化工微型设备和并行分布系统的设计、模拟、生产和应用。 二、微反应器的分类二、微反应器的分类 微反应器是具有特定微结构的反应设备，微结构是微反应器的核心。微反应器设备根据其主要用途可分:微混合器、微换热器、微反应

3、器。 几种典型的微反应器有：微通道反应器、毛细管微反应器、降膜式微反应器、多股并流式微反应器、微孔阵列和膜分散式微反应器以及外场强化式微反应器等 。微微 通通 道道 电电 镜镜 图图典型尺寸是10-300um集成反应器和换热器的微反应器典型的微反应器装置典型的微反应器装置降膜反应器降膜反应器混合器混合器三、微反应器的特点三、微反应器的特点 通道内流动为层流； 比表面积大，传热能力强，控温容易； 分子扩散距离短，传质快； 可实现“数增放大”，无放大效应； 适用于： 1. 强放热反应； 2. 快反应； 3. 易燃易爆反应 四、微反应器内的多相传递规律四、微反应器内的多相传递规律 研究结果表明，微反

4、应器内相间体积传质系数可以达到传统设备的10l000倍，相间体积传热系数也可以达到传统设备的1050倍 。在微混合器内，由于流体流层薄，相间接触面积增加，扩散路径变短，混合时间可以达到毫秒级，从而强化了传质过程，实现两相间的均匀、超快速混合。 相对于传统化工系统，微化工系统内流体的流动和分散尺度要小12个数量级，这使得微化工系统内的传递过程可以得到有效的强化。 五、微反应器的放大与集成五、微反应器的放大与集成 微反应器可实现“数增放大”，即一个通道代表一个反应器，其放大仅为数量的叠加，避免传统放大过程的放大效应。 微反应器的放大装置既具有连续反应的稳定性，又可以灵活地调节产量，实现按需生产。

5、微反应器的推广可以实现“手提型的化工厂”。 六、微反应类型六、微反应类型4.1 有机合成反应 有机合成反应在精细化学品的生产中占有重要的地位，由于有机反应过程复杂，大多伴有副反应的发生，因此一些有机合成过程往往存在产物收率低的问题，微反应器通过强化反应过程的混合和传递过程可以有效提升反应产物的收率。4.2 气相反应 气固相由于气-固催化反应通常是一复杂反应过程，因而热量、质量传递的性能将会影响转化率和目的产物的选择性. 气相反应研究较多的主要有氧化反应 、加氢反应 的合成等。4.3 气-液反应 由于微反应器的良好传递性能，且主体体积小，具有内在安全性，因此，可以实现强放热（吸热）反应、受传质控

6、制的反应、易爆和有毒物质的现场生产等过程的连续操作. 目前所开展的反应主要有芳环化合物的直接氟化、液相加氢、硝化、气-液吸收等反应。 七、微反应催化剂制备七、微反应催化剂制备 微反应器比表面积大,但比颗粒催化剂仍小3个数量级,而且其主体体积小,在构型和尺度方面与传统的反应器有明显差异,因此如何在微反应器内制备高效催化剂是微反应技术能否成功应用的关键技术之一 。 常用的方法: 溶胶- 凝胶、悬浮液、喷涂、浸渍、电泳沉积、电化学沉积和非电解镀层、化学气相沉积和物理气相沉积(阴极喷射、电子束蒸发、激光脉冲沉积) 等,也可采用原位接枝或原位聚合将活性组分固定于微通道表面。 八、微反应制备高孔容二氧化硅

7、八、微反应制备高孔容二氧化硅 实验装置如图3-1所示，分散流体H2S04水溶液在平流泵的压力下通过分散膜被压入混合室与连续流体Na2Si03发生混合反应，混合室由一个尺寸为12mmx4 mm x l mm钢板雕刻而成，实验中所用的分散膜为平均孔径为lm的不锈钢微孔膜生成物被快速转移到存储瓶中并进行机械搅拌，在通过微反应器后的生成物经老化、抽滤、干燥和气流粉碎，得到最终的Si02颗粒。 九、研究现状及前景九、研究现状及前景 微化工技术的光明前景已引起各国研究机构的高度重视，各国政府都相继制订研究计划。但是也遇到困难一些高难度问题尚未得到圆满解决，比如微反应器的加工及材质选择，以及多个微反应器串并

8、联导致的成本增加，因此仍需要不断深化微化工技术的相关基础研究。同时，由于微化工技术研究初期主要集中在高校和科研机构的实验室，产业界虽有关注但介入不多，因此对微化工系统的放大和集成技术的研究机会少，大大减缓了微化工技术的实用化进程。不过，可以预见，微化工技术的成功开发与应用将会对整个化学化工领域产生重大影响。【1】骆广生，微尺度流动、传递和反应性能的研究，第五届全国化学工程与生 物化工年会，2013年8月28日【2】骆广生、王凯、吕阳成、王玉军、徐建鸿，微尺度下非均相反应的研究进 展，化工学报，2013年1月，第64卷，第一期，166页169页【3】骆广生、王凯、吕阳成、徐建鸿、邵华伟，微反应器

9、研究最新进展，现代 化工，2009年5月，第29卷，第五期，27页29页【4】陈光文、袁权，微化工技术，化工学报，2003,54（4），433页435页【5】陈光文，微化工技术研究进展，现代化工，2007年10月，第27卷，第10期 第8页10页【6】赵玉潮、张好翠、沈佳妮、陈光文、袁权，微化工技术在化学反应中的应用进展，中国科技论文在线，2008年3月，第3卷，第3期,第157页158页【7】骆广生、王凯、徐建鸿、吕阳成、王玉军，微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展，化工学报，2010年7月，第61卷，第7期，第1621页 1624页【8】姜宝林，微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展探析，科技论坛，第76页【9】Prof.H.Behrens,Prof.John.W.Judd,Microchemistry,London:Macmillan and Co,June 1894,122【10】E.J.Vaughan,Developments in Micro Chemical Analysis,Nature, November 13,1943,No