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微化工技术在精细化工领域具有很大的开发潜力和广泛的应用前景
发布时间：
2020-04-20 15:49
来源：
一、微化工技术和微反应器
微化工技术于上个世纪九十年代初兴起，该技术利用微米级的通道式反应器进行反应，能促进过程强化和化工系统小型化，提高资源利用率，节能降耗，从根本上解决传统工艺反应不彻底及易爆等技术难题，实现化工生产的本质安全微化工技术的核心是微反应器（也叫微通道反应器），它是一种通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备，其流体通道或者分散尺度在微米量级叫而其处理量则是从每分钟数微升到每年数万吨的规模。微反应器内部流体的流动或分散尺度在1μm到1 mm之间，称为微流体。微流体相对于常规尺度的流体在传递特性、安全性以及可控性等方面都有很大优势。
二、微反应器的类型
1、微反应器有很多种类型：按照反应相态不同，分为气固相微反应器、气液相微反应器、 液液相微反应器和气液固相微反应器;
2、按照操作方式不同，分为连续微反应器、半连续微反应器和间歇微反应器;
3、按照分析应用不同，分为化学和生物中应用的微反应器以及化学工程和化学中应用的微反应器；
4、按照用途不同，分为生产用微反应器和实验用微反应器。
三、微反应器的特点
4.1微反应器的优点
微反应器主要是对质量和热量传递过程的强化及流体流动方式的改进，但基本不改变反应机理和反应动力学特性。相比传统釜式反应器，其优点主要有五个方面。
（1）精确控制反应温度
对于强放热反应，传统釜式反应器由于受体积影响，混合及换热效率不高，容易出现局部过热现象，产品收率和选择性都会下降副产物较多。而在微通道反应器内，比表面积可以达到10 000-50 000，液相传热系数可以达到10 000 W/（m2 K ，出色的传热特性使得反应温度能精确控制在一定范围内，这对于精细化工中涉及中间产物和热不稳定产物的部分反应具有重大意义。
（2）精确控制反应时间
在传统的间歇釜式反应器中，为防止反应过于剧烈，往往采用逐渐滴加或分批加入反应物的方式，来促进反应平衡向产物移动，但这也造成了部分反应物停留时间过长，产生较多的副产物。而反应物在微通道反应器中是连续流动的物料在反应条件下的停留时间可以精确控制，一旦达到最佳反应时间就立即传递到下一步或终止反应，可以有效消除因反应时间过长而产生的副产物。
（3）无缝对接研发和生产
传统化工生产是通过反应器体积的增大来实现产能的扩大，但随之带来的是明显的放大效应，流动、 传质和传热的“三传”问题很突出；而微化工技术是通过并行增加微反应器的数量进行放大。即所谓数增放大，所以小试最佳反应条件无须放大即可直接作为生产条件，既减少了操作费用，又节省了空间，完美实现研发到生产的无缝对接。同时，微化工技术还可以灵活根据市场变化情况，灵活增加或减少微反应器的数量，做到按时按地按需生产。
（4）可以实现生产的本质安全
微反应器控温能力好，制冷能力往往也很高，能量的减少可以降低爆炸的潜在危险性,有效保证系统的安全而且，微反应器中反应物的量属于微量级别，即使产物为有毒有害物质，也因为单位时间产生的产物量很少，在相当程度上降低了安全事故的危害性。因此微反应系统有望使化工生产摆脱高危险的桎梏，实现本质安全。
（5）可以实现按需生产
微反应系统是模块化的分布系统，可根据市场情况增减通道数和更换模块来调节生产，具有很高的操作弹性的同时也可在产品使用地分散加工并就地供应，从而克服运输和储存大批有害物质的安全难题，另外废弃物的处理系统也可以模块化、微型化，并同生产模块集成在一起同,真正实现化工厂的小型化和 便携化，并能按时按地按需进行生产。
（6）促进化工绿色智能发展
利用微加工技术可将微混合、微反应、微换热、微 分离、微分析等单元操作和与之相匹配的微传感器、微 阀门等器件集成到一块控制芯片上，实现单一反应芯片的多功能化操作，从而达到对微反应系统的实时监测和智能控制,提高反应速度，同时节省反应成本。例如可以将混合和停留时间功能与换热在同一区域进行集成从而产生额外的反应性能。
四、微反应器适合的反应类型
据统计，大约有30%的精细化工反应可以在微反应器中进行，并且在收率、选择性或安全性等方面得到较大提高。微反应器的优势集中体现在以下类型的反应。
1、剧烈放热的反应
对剧烈放热的反应,常规反应器一般采用逐渐滴加或分批加入的方式，即便如此，也依然会存在过热 而产生一定量的副产物。微反应器由于良好的传热特 性，反应温度可实现精确控制，消除局部过热，显著提高产品的收率和选择性。
2、反应物或产物不稳定的反应
某些反应物或产物很不稳定，停留时间一长就会分解而降低产品收率。微反应器系统是连续流动体系，反应的停留时间可以精确控制，因此可避免常规反应器中出现的由于反应物或产物不稳定而分解的情况。
3、反应物配比要求很严的快速反应
某些反应对反应物配比要求很严格，其中某一反应物过量就会引起副反应，如要求单取代的反应，会有二取代和三取代产物生成。微反应器系统可以瞬时达到均匀混合，这就避免了局部过量的问题，使副产物减少到最低。
4、危险化学反应以及高温高压反应
某些易失控的化学反应，一旦失控，就会造成反应温度急剧升高，压力急剧增加，引起冲料，甚至引发爆炸。微反应器由于反应热可以快速导出，而且又是 连续流动反应，在线的化学品量很少，因此保证了反应的安全性。
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