化工进展-微反应器综述
微反应器研究进展与应用
龙立 S１４11010５9
摘要：微反应器作为微化工系统的核心设备，是实现化工过程强化的重要技术基础，近年来逐渐成为国际化工技术领域研究的热点。本文介绍了微反应器的原理及其研究进展，阐明了微反应器技术的特点,列举微反应器的应用范围与实例，说明了微反应器的发展前景。
关键词：微反应器,微反应系统。
1绪论
微化工技术是20世纪9０年代初顺应可持续发展与高技术发展的需要而兴起的多学科交叉的科技前沿领域。它是集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体并移植集成电路和微传感器制造技术的一种高新技术,涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种工程技术和学科。主要研究对象为特征尺度在微米到数百微米间的微化工系统，常贵尺度的化工过程通常依靠大型化来达到降低产品成本的目的,而微化工过程则注重于高效、快速、灵活、轻便、易装卸、易控制、易直接放大及高度集成等方面[1]。
将部分核心化工装备小型化、微型化的方法是促进化工过程强化的有效手段，它是实现化工过程安全、高效和绿色的重要方法之一[2］。化工设备的微小型化是现代化工技术发展的一种新理念，它以微尺度流动、分散和传递的基本原理为核心,能够有效强化反应和分离过程，提升生产效率并且大幅缩小设备的体积,有利于化工新过程的快速开发和产业转化。微型化工器件已成为微型设备的重要组成部分，主要包括微混合器、微型反应器、微型换热器、微化学分析、微型萃取器、微型泵和微型阀门等。
作为微化工技术核心部件的微反应器，其内部通道特征尺度在微尺度范围（10-500μm）,远小于传统反应器的特征尺寸,但对分子水平而言已然非常大,故利用微反应器并不能改变反应机理和本征动力学特性，而是通过改变流体的传热、传质及流动特性来强化化工工程的。
２微反应器
微结构反应器（简称微反应器)是重要的微化工设备之一,是实现化工过程微小型化的核心装备。在微化工过程中微反应器担负起了完成反应过程、提高
反应收率、控制产物形貌以及提升过程安分离回收难度和成本、减少过程污染等具有重要的意义。针对不同过程特点开发出的微反应器不仅形式多样,其配套的工艺技术也与传统化工过程存在一定区别，利用集成化的微反应系统可以实现过程的耦合，因此微反应技术的发展也同时带动了化工工艺的进步。
微反应器起源于2０世纪90年代,21世纪初叶是微尺度反应技术的快速发展期。在基础研究方面,随着对微尺度多相流动、分散、聚并研究的不断深入,微反应器内多相流型，分散尺度调控机制以及微分散体系的大批量制备规律等问题逐渐被人们深入理解。基于微反应器内微小的流体分散尺度、极大的相间接触面积等特点可以有效强化相间传质和混合过程,从而为反应过程的强化奠定基础。
研究结果表明,利用微反应器能够有效强化受传递或混合控制的化学反应过程,而这类过程在传统的反应装置内往往难以精确控制，极易产生局部热点、浓度分布不均、短路流和流动死区等问题，微反应器具有的高效混合和快速传递性能是解决这些问题的重要手段。
微反应器的分类。对于不同相态的反应过程,微反应器可以分为气固催化微反应器、液液催化微反应器、气液微反应器和气液固三相催化微反应器等。根据输入能量的不同，可分为非动力式微反应器和动力式微反应器。按照微结构的不同可分为: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[４]。
2.1微反应器的微混合机理
微反应器具有与大反应器完全不同的几何特性:狭窄规整的微通道、非常小的反应空间和非常大的比表面积[3]。微反应器及其他微通道设备的通道特征尺寸（当量直径)数量级是微米级。传统混合过程依赖于层流混合和湍流混合。微化工系统中,由于通道特征尺度在微米级，雷诺数远＜２０00,流动多呈层流,因此微流体混合过程在很大程度上是主要基于扩散混合机制，而不借助于湍流。这个过程通常是在很薄的流体层之间进行，其基本混合机理如下。
(1）层流剪切在微混合器内引入2次流，使流动截面上不同流线之间产生相对运动,引起流体微元变形、拉伸继而折叠，增大待混合流体间的界面面积、减少流层厚度。
(2)延伸流动由于流动通道几何形状的改变或者由于流动被加速,产生延伸效
应,使的流层厚度进一步减小，改进混合质量。
(3)分布混合在微混合器内集成静态混合元件，通过流体的分割重排再结合效应,减小流层厚度，并增大流体间的界面。
（4)分子扩散分子水平均匀混合的必经之路。在常规尺度混合器中,只有当剪切、延伸和分布混合使流层厚度降至足够低的水平时,分子水平的混合才有意义。而在微混合器中,由于微通道当量直径可低至几个微米，依据Fick定律：
式中:Ｄ——扩散系数；
L——扩散特征尺度；
Ｔ——混合时间。
当混合流体处于同一微通道内时，分子扩散路径大大缩短,因此仅依靠分子扩散就可在极短的时间内(毫秒至微秒级)实现均匀混合。
2.２微反应器的特点
微反应器的特性决定了它在特定化学和化工领域的应用，有着大反应器无法比拟的优越性,主要表现在以下几个方面。
(1)面积体积比的增大和体积的减小．在微反应设备内，由于减小了流体厚度,相应的面积体积比得到了显著的提高。通常微通道设备的比表面积可以达到1０00０-50 00０m2/m3,而常规实验室或工业设备的比表面积不会超过l ００
0m2/m3或１00 m2/m3。因此,比表面积的增加除了可以强化传热外,也可以强化反应过程，例如,高效率的气相催化微反应器就可以采用在微通道内表面涂敷催化剂的结构。目前已有的界面积最大的微反应器为降膜式微反应器，其界面积可以达到2５０00 m2/m3,而传统鼓泡塔的界面积只能达到100m2/m3,即使采用喷射式
对撞流的气液接触式反应器的比表面积也只能达到2 000m２/ｍ３左右。若在微型鼓泡塔中采用环流流动，理论上其比表面积可以达到50 000 m２/m3以上。
（2)小试工艺不需中试可以直接放大:精细化工行业多数使用间歇式反应器。小试工艺放大到大的反应釜，由于传热传质效率的不同,工艺条件一般都要通过实验来修改以适应大的反应器。一般的流程都是:小试"中试＂大生产。而利用微反应器技术进行生产时，工艺放大不是通过增大微通道的特征尺寸,而是通
过增加微通道的数量来实现的。所以小试最佳反应条件不需要做任何改变就可以直接进入生产。因此不存在常规反应器的放大难题。从而大幅度缩短了产品由实验室到市场的时间。这一点对于精细化工行业,尤其是惜时如金的制药行业，意义极其重大[5]。
(３)对反应温度的精确控制:极大的比表面积决定了微反应器有极大的换热效率，即是反应中瞬间释放出大量热量，也可以及时移出,维持反应温度不超过设定值。而对于强放热反应,常规反应器中由于混合速率及换热效率不够高,常常会出现局部过热现象,导致副产物生成,收率和选择性下降。在精细化工生产中，如果不能及时导出剧烈反应产生的大量热量，就会发生冲料事故甚至爆炸。
(4）对反应时间的精确控制:常规的单锅反应,往往采用逐渐滴加反应物,以防止反应过于剧烈，这就造成一部分先加入的反应物停留时间过长。对于很多反应，反应物、产物或中间过渡态产物在反应条件下停留时间一长就会导致副产物的产生。而微反应器技术采取的是微管道中的连续流动反应,可以精确控制物料在反应条件下的停留时间。一旦达到最佳反应时间就立即传递到下一步或终止反应，这样就能有效消除因反应时间长而产生的副产物。
(5)物料以精确配比瞬间混合:对于那些对反应物料配比要求很精确的快速
反应，如果搅拌不好,就会在局部出现配比过量，产生副产物,在常规反应器中几乎无法避免,而微反应器的反应通道一般只有数十微米,可以精确按配比混合，避免副产物生成。
（６)结构保证安全性：由于换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被吸收，从而保证反应温度在设定范围内,最大程度地减少了发生安全事故和质量事故的可能性。而且微反应器采用连续动反应，在反应器中停留的化学品量很少,即使万一失控,危害程度也非常有限。
(７）良好的可操作性：微反应器是密闭的微管式反应器，在高效微换热器的配合下实现精确的温度控制，它的制作材料可以是各种高强度耐腐蚀材料，因此可以轻松实现高温、低温、高压反应。另外，由于是连续流动反应，虽然反应器体积很小,产量却完全可以达到常规反应器的水平。
当然, 微反应器技术也有自身的局限性, 并不是所有的化学反应都适合在微反应器中进行。首先, 微反应器的通道尺寸很小, 很容易被固体颗粒堵塞;其
次微反应器内的体积很小, 反应物在其中的停留时间通常很短。如果一个反应具有以下特点，那么微反应器将不是合适的选择: 很慢的液-固反应,反应无放热或吸热现象，传统工艺的选择性和收率已经很高的反应[6]。
2.3微反应器适合的反应类型及其应用
放热剧烈的反应
对放热剧烈的反应,常规反应器一般采用逐渐滴加的方式，即使这样,在滴加的瞬时局部也会过热而产生一定量的副产物。微反应器由于能够及时导出热量,反应温度可实现精确控制，因此消除了局部过热,显著提高反应的收率和选择性[7]。
反应物或产物不稳定的反应
某些反应物或生成的产物很不稳定，在反应器中停留时间一长就会分解而降低收率。微反应器系统是连续流动体系,而且反应物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。
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。
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很快导出，而且又是连续流动反应，在线的化学品量很少，因此从安全性的角度考虑,微反应器非常适合此类反应。
纳米材料和需要产物颗粒均匀分布的固体生成反应
由于微反应器能实现瞬时混合,对于形成沉淀的反应，颗粒形成、晶体生长的时间基本一致,因此得到的颗粒粒径具有窄分布的特点。对于某些聚合反应，有可能得到聚合度窄分布的产品。
由于微反应器技术所表现出来的优势,近年来它在工业生产上也得到越来越多的应用。据统计,目前已有20多家工厂在使用微反应器技术。很多欧洲公司和研究机构, 尤其是大型的化工和医药公司都在致力于开发和应用基于微反应器
的新生产工艺。
2．４微反应器发展存在的问题
微反应器研究已经成为世界范围内化工传质传热科研热点，目前还存在以下两个问题:
(1)工业化实现复杂:首先，微设备数增放大，虽然降低了放大成本，但其处理能力还较小，一般只适合生物制药、精细化工等处理量相对较小的领域。对于大处理量要求的化工生产还有待于研究新型的微混合设备。其次，微反应器的放大看起来简单,但要实现却是一个巨大的挑战。当微反应器的数量大大增加时，微反应器监测和控制的复杂程度大大增加了闭，对于实际生产来说成本相对高。
(2)微通道易堵塞，难清理:新材料是目前国际上高技术发展的重点领域和学科前沿。其中,发展最快的是纳米材料。纳米材料在制备过程中需要产物均匀分布的颗粒形成反应或聚合反应。由于微反应器能实现瞬间混合,对于形成沉淀的反应,颗粒形成、晶体生长的时间是基本一致的，因此得到的颗粒的粒径有窄分布特点。但是微反应器微米级的线尺寸,加之反应器内部复杂通道结构，使得制备颗粒材料时造成反应器通道极易堵塞,很难清理等问题。这已成为微反应器制备中的一大困扰。因此发展具有高清洁性能和可处理含固体体系的微混合反应设备十分必要［8]。
３结论与展望
最近几年来,国外学术界对微反应器进行了深入的研究，对微反应器的原理和应用有了比较透彻的认识,在微反应器的设计、制造、集成和放大等关键问题上已经取得了突破性进展。尤其是在微反应器的设计和制造上，达到了相当高的水平，已经用适当的工艺和材料制造出了微反应泵、微混合器、微反应室、微换热器、微分离器和具有控制单元的完全耦合微反应系统。
但微反应器要取代传统反应器应用于实际生产，还需要解决一系列难题,如微通道易堵塞、催化剂设计、传感器和控制器的集成及微反应器的放大等。微反应器的放大看起来简单,但要实现却是一个巨大的挑战。当微反应器的数量大大增加时，微反应器监测和控制的复杂程度大大增加了。
展望未来微反应器研究,预计将在以下几个领域取得进展。
(1）设计新的微反应器模型,对微反应器进行耦合、集成和“放大”。
(２)在微反应器中研究反应原理,对微反应器的设计进行模拟、优化。
(3)在微反应器中探索新的反应途径和使化工生产更加经济更加环保的方法,并应用于实际生产,这是研究微反应器的真正价值所在。
参考文献
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氯分子的解离能：242kJ·mol-1；钡的升华热：193kJ·mol-1； 钡的第一电离能：503kJ·mol-1；钡的第二电离能：965kJ·mol-1； 氯的电子亲和能：349kJ·mol-1；氯化钡的晶格能：2027kJ·mol-1； 解：根据化学热力学理论，物质的生成焓是指：在标准态下，由稳定单质生成1mol纯化合 物的热效应。对于BaCl 2的Δ f H m 0对于的反应为： Ba（s）＋ Cl 2（g）＝BaCl 2 （s） 根据离子键理论，晶格能的定义为：在标准状态下，将1mol离子晶体拆散为气态阳离子和气态阳离子所需要的能量.对于BaCl 2 为： BaCl 2 （s）＝Ba2＋（g）＋ 2Cl－（g） 根据化学热力学由原理设计如下伯恩－哈伯循环。 f H0 = -U + (S + D + I + 2E) = -2027 +[193+242+503+965+2×(-)349] = -822.00 kJ· mol-1； 答：由伯恩－哈伯循环计算BaCl 2的Δ f H m 0为-822.00 kJ·mol-1； 7-8.简述价层电子对互斥理论的主要内容,试用价层电子对互斥理论判断下列分子或离子的空间构型。 BeCl2；BCl3；NH4+；H2O；ClF3；PCl5；I3-；ICl4－； ClO2－；PO43-；CO2；SO2；NOCl；POCl3； 解：价层电子对互斥理论的主要内容有：对于ABm型分子，分子的几何构型与中心原子A 的价层电子对构型有关。其中，中心原子的价层电子对数、电子对的性质（成键电子、孤对电子）、电子对之间的夹角等决定其几何构型。分子的稳定构型是价层电子对构型中斥力最小的构型。 根据价层电子对互斥理论，题设分子或离子的空间构型为： (1)对于BeCl2分子； 中心Be的价层电子对数＝（2＋2×1）/2＝2， 其中成键电子对数＝2；故孤对电子对数＝2－2＝0 所以分子的空间构型为直线型。 （2）对于BCl3分子； 中心B的价层电子对数＝（3＋3×1）/2＝3， 其中成键电子对数＝3；故孤对电＝0 所以分子的空间构型为平面正三角形； （3）对于NH4+分子；
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塑料空气换热设备的性能研究 清华大学工程力学系工程热物理研究所,北京,100084 陈林 李震 摘要：小型空调机组中的蒸发器、冷凝器通常为金属材料的肋片管式换热器，这些换热器在使用中存在积灰、结垢和腐蚀等问题。利用导热塑料材料制作的换热器，可以在保证传热性能的前提下有效解决这些问题。本文分析比较了铜和导热塑料的肋片管换热器的性能差别，结果表明：传热的主要热阻是空气侧的对流换热热阻，当材料热导率超过一定的阈值后，热导率对换热的影响很小，导热塑料换热器可实现与铜换热器相近的换热性能。之后，就塑料换热器本身分析了结构参数对换热性能的影响，为塑料换热器尺寸优化提供依据。考虑到塑料换热器重量轻、易加工成型、清洗方便等优点，塑料换热器在暖通空调领域有较好的应用前景。 关键词：空调 塑料 换热器 热导率 1 前言 户式空调等小型空调机组中，蒸发器和冷凝器通常为铜管铝片的金属肋片管换热器[1] 。室内的蒸发器 容易集聚灰尘、污垢和细菌[2] ，室外的冷凝器铝翅片表面由于接触环境大气，易于积油腻、尘垢、水垢、 烟垢，形成较大热阻，同时铝翅片表面上的污垢会促使垢下腐蚀[3] 。污垢和腐蚀，使得设备性能恶化、甚 至失效，造成很大的损失[4] 。因此，要及时清除金属肋片管表面的污垢，但是这不仅需要专业的清洁人员， 还需要专业的清洗溶剂，否则不仅效果不好，还会留下腐蚀的隐患[5] 。 塑料材料具有良好的耐腐蚀性能，表面光滑不吸附污垢、抗污塞性能好[6～7] ，在化工、船舶、近海的换热设备中由较多实际应用。利用塑料材料可以有效解决上述金属肋片管换热器中的问题。但是，肋片管换热器空气侧传热系数较低、热阻较大，如果再加上由于塑料材料热导率低引起的热阻，换热器的性能会很差，这正是空气换热领域很少有人研究、使用塑料换热器的原因。如今商业化的高导热塑料已达到 20W/(m K)?[8] ，本文计算分析了材料导热能力对换热器性能的影响，对比了铜和导热塑料制作的肋片管换热器的性能。之后，就塑料换热器本身进行了参数分析，为尺寸优化和性价比分析提供了一定参考。 2 肋片管换热器传热性能计算方法 肋片管换热器中的传热量，可以通过传热方程和能量守恒方程计算，即 ,,i i m w p w w a p a a K A t m c t m c t Φ=???=???=??? (1) 总传热系数i K 的倒数是总热阻 R ∑ [9]， 12345 1111 (ln ) 211 ln 2i o o i i i i i i o o o i o o i i i o r d r R A K h A A L d A h A d d r r R R R R R h d h πληηλβηβη ==++++=++++=++++∑ (2) 总热阻由5部分热阻构成，分别是管内对流换热热阻1R 、管内污垢热阻2R 、管壁导热热阻3R 、管外 污垢热阻4R 和管外对流换热热阻5R 。各热阻计算方法见文献[9～11]，其中污垢形成的机理较为复杂，其数值通过查表获得。 3 塑料换热器与金属换热器的性能比较 为比较由于换热器材料热导率不同而引起的性能差异，在下面的分析过程中，假设金属换热器和塑料换热器具有相同的几何尺寸，其中的流体及入口条件也相同。 3.1 计算条件的设定 （1）几何尺寸及入口条件
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论文题目三号黑体 进展与述评 作者姓名1，作者姓名2五号仿宋体 （1作者单位，城市邮编；2作者单位，城市邮编）小五号宋体 摘要小五号黑体：□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□小五号楷体 关键词小五号黑体：□□□□；□□□□；□□□□；□□□□小五号楷体 中图分类号小五号黑体：□□□□□□文献标识码小五号黑体：A 文章编号小五号黑体：1000-6613（2006）00-0000-00 英文题目四号粗Times New Roman 作者英文姓名1，作者英文姓名2五号斜Times New Roman （1作者单位，城市邮编；2作者单位，城市邮编）小五号Times New Roman Abstract粗：□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□五号Times New Roman Keywords粗：□□□□；□□□□；□□□□五号Times New Roman （以下为正文部分） □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□正文五号宋体（英文用五号Times New Roman） 1 一级标题四号仿宋体 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 2 一级标题 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 2.1 二级标题五号黑体 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 2.1.1 三级标题五号宋体 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ □□□□□□□□□□公式用小五号宋体或Times New Roman体举重排，标出序号 2.1.2 三级标题 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
现代化学化工进展
化学化工进展燃料电池 化学化工与材料学院2008级化学实验班 邓晓然 （20080168）
现代化学化工进展 燃料电池 化学化工与材料学院2008级化学实验班邓晓然（20080168） 引言 21世纪，是能源开发、资源利用与环境保护互相协调发展的时代。能源的优化利用与清洁能源的开发，是能源、资源与环境可持续发展战略的重要组成部分。在21世纪，化石能源（如煤炭、石油、天然气）逐渐被消耗殆尽，传统的能源利用方式的弊病日益显现——一是储存于燃料中的化学能必须首先转变成热能后才能被转变成机械能或电能，受卡诺循环及现代材料的限制，在极端所获得的效率只有33%~35%，一半以上的能量都白白地损失掉了；二是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水、废气、废渣、废热和噪声的污染。这些都迫使人类一直在找寻既有高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式。氢能源及再生能源进入了人类视野，其必将会逐步取代化石能源而成为人类使用的主体能源，而这种能源的变迁也将迫使发电与供电方式发生重大变革。燃料电池(Fuel Cell，FC)作为一种新兴的化学电源，最大限度的解决了传统能源利用方式的弊病，因此，燃料电池的开发及研究也成为了热点话题。 历史沿革 1839 年,英国科学家Grove 首先介绍了燃料电池的原理性实验，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦演讲厅的照明灯。1889年Mood和Langer首先采用了燃料电池这一名称，并获得200mA/m2电流密度。 由于发电机和电极过程动力学的研究未能跟上研究步伐，直到约100 年后,英国剑桥的Bacon 采用多孔气体扩散电极制备了培根型碱性燃料电池（AFC）。 20 世纪60 年代，燃料电池首次应用在美国航空航天管理局（NASA）的阿波罗登月飞船上作为辅助电源，为人类登月球做出了积极贡献,燃料电池的研究进入了快速发展阶段. 后来称这一时期为燃料电池开发的空间时代（space era）。 1973 年，在全球能源危机的刺激下，为了提高能源利用率，研究重点从航天转向地面发电装置，磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐电池（MCFC）以及直接采用天然气、煤气和碳氢化合物作燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）作为电
浅析我国生物反应器行业发展现状与对策
浅析我国生物反应器行业发展现状与对策 发表时间：2018-09-18T11:57:05.223Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：张国良 [导读] 摘要：生物反应器技术是上世纪90年代初出现的一种利用微生物、动植物细胞为单位进行大规模生产药用，农用蛋白的生物高技术。 身份证号：44010619881029xxxX 510530 摘要：生物反应器技术是上世纪90年代初出现的一种利用微生物、动植物细胞为单位进行大规模生产药用，农用蛋白的生物高技术。21世纪是“生物”的世纪，随着世界经济的发展和细胞培养工艺的提高，我国生物反应器行业面临着挑战和机遇。为了在“生物”世纪潮流下生存与发展，我国生物反应器行业需不断事实更新管理模式，不断提高自主创新能力，不断提高生物反应器的品质。本文对我国生物反应器行业发展现状、存在问题及发展机遇进行综合分析，为新旧生物反应器企业发展提供参考，给生物反应器企业带来机遇。 关键词：生物反应器；发展；对策 1.我国生物反应器行业发展面临的主要问题 1.1我国生物反应器行业部分企业沿用粗放型的管理模式 我国生物反应器行业的发展正随着国家对生物医药的重视和大力扶持而稳步前行。早期的生物技术政策“蓝皮书”、“863”、“973”高技术计划拉开了生物反应器快速发展的序幕，2011年，《医药工业“十二?五”规划》中更是将占领生物制药制高点作为两大主题之一。这使我国生物反应器行业飞速发展。但是，部分生物反应器企业发展却有着其不合理性。①国内大部分生物反应器企业管理层前身为某些生物反应器外企的销售人员，本身没有成本意识，报价是结合以往外企经验和国内廉价劳动力进行的估价，导致报价利润较低，且容易产生“降低品质竞争”的现象。②没有项目管理经验，合同执行能力不足，导致大项目及时交货率低。 1.2我国生物反应器行业自主创新能力低下 我国生物反应器发展机缘：因我国改革开放，在国家良好政策推动下，国内生物反应器需求增大，而国外的生物反应器货期长，价格贵，售后服务能力差。在此供需不平衡的因素促进，部分有生物反应器外企经验的工作人员进行自主创业。但因该主要创业人员前身为销售工程师，缺乏工艺基础，自主创新能力低下。这是导致我国生物反应器行业自主创新能力低下的根源所在。 1.3我国生物反应器产品“量”大于“质” 就目前现状，我国生物反应器行业主要是仿造国外Sartorius等企业的标准产品，所提供的反应器主要为：A、发酵罐，B、细胞罐。从改革开放“大生产”政策指导，大部分企业选择生产具有“工艺简单，产能大，回本快”的发酵罐。但因发酵罐制作与培养工艺简单，对反应器“大生产”品质要求低，入行门槛低，导致国内很多反应器企业至今仍靠着不断降低发酵罐产品质量来获得经济效益。但时代在发展，生物培养行业的产品不断更新，对工艺和品质越来越注重。靠着仿造和粗制滥造的“发酵罐”逐步跟不上时代的步伐。 2.我国生物反应器行业的未来发展前景 2.1我国生物反应器行业的生产管理方式将转向PMP管理 在政府的政策支持和客观利润的促进下，越来越多的具有各自特点的生物反应器企业不断涌现。在竞争对手越来越多的背景下，以往“粗放型”管理模式的企业竞争力越来低，逼迫他们进行转型。PMP等新型管理模式在此背景下诞生。①要求企业以项目为单位制作生物反应器；②PMP要求企业注重成本管理，要求企业在保证生物反应器质量的前提下，降低人员成本，材料成本等，超成本需要经过分析与批准后才能往下走流程并留下文本信息以作后面项目参考；③PMP要求企业注重时间管理。制作反应器前需制作进度管理计划，与各相关部门定下关键项目结点，例：图纸出具节点，材料计划出具节点，施工开始和预计结束节点，项目验证节点等。进度计划出具后，各部门均需按照项目节点安排工作；④PMP要求企业进行品质管理，唯有高品质产品的保证下，企业才能长久生存。 2.2我国生物反应器行业需不断进行自主创新 在改革开放三十多年以来，政府不断号召行业进行“科技创新”。在同行技术不断增强与客户要求增多的背景下，单靠低成本，低品质生物反应器企业被迫向高技术企业转型。另外，在政府推进工业4.0的政策指导和GMP要求计算机验证下，越来越多企业将系统往wincc方面研发，增大企业“含金量”。 2.3我国生物反应器行业需投入更多资源进行提供不同等级的产品和服务的研发 在国产生物反应器发展的开始阶段，低价格的反应器设备往往更能占领市场份额，是企业在市场竞争中胜利的主要因素。但随着国内外客户需求不断增长以及同行竞争力不断变大的背景下，“低品质，低价格，无服务”的生物反应器无法满足不同客户的个性化需求。在未来，拥有“高品质，合理价格，个性化服务”的企业将占有越来愈多市场份额。何为“高品质，合理价格，个性化服务”？“高品质”，指的是生物反应器在生产过程中严格按照GMP进行制作，经过GMP验证，且系统稳定，不同批次的产品质量稳定。“合理价格”，指的是在保证品质和服务的前提下，将成本降低，以获得更好的利润回报。“个性化服务”，指的是针对不同等级的客户提供不一样的售前售后服务。例，针对某些培养工艺不成熟的客户，生物反应器企业需要提供培养工艺方面的指导，帮助客户走通工艺。 2.4环保是我国生物反应器行业需要考虑的发展因素 无论是现在还是未来，节能环保都是客户企业运行成本的重要考虑因素。生物反应器系统如拥有节能环保设计，将会帮客户大大的降低运营成本。例如：传统的生物反应器，蒸汽用量与维持成本占用了很大运营成本，其实生物反应器除了灭菌时需要用到大量的蒸汽外，工艺培养时，用量较低。在此因素下，某些客户用“电加热器”代替蒸汽，大大的降低了客户维持蒸汽的用量的成本。 3.我国生物反应器行业的发展对策 3.1我国生物反应器行业管理者需加强专业化学习和技能深造 我国生物反应器行业中的企业管理者大部分前身为外企销售经理，缺乏工艺技术。在未来，技术和创新决定企业能否在21世纪生产与发展。企业管理层应该勇做“领头羊”，加强专业学习和工艺研发，从上而下，带动中层管理层，带领一线员工进行学习，并定期举办“创新竞技”大赛和表彰。养成“活到老，学到老”的企业文化，提升企业的向心力和凝聚力。 3.2我国生物反应器行业应该建立和完善企业管理制度 一套完善的企业管理制度是企业能否生存和发展的重要因素。目前我国生物反应器企业的管理制度多数为粗放型管理，或者是领导层的“一锤定音”，导致中层管理层没有真正的参与到公司管理，不能锻炼管理技能，不利于公司长久发展。公司想有效的发展，管理层需学会
微反应器介绍及其研究进展
化工学术讲座课程论文 题目微反应器介绍及其研究进展 学号 姓名 成绩 老师签名 定稿日期：2015 年12 月20 日
微反应器介绍及其研究进展 摘要：近年来，随着微尺度下“三传一反”研究的进展，微尺度流体的性能得到了深入揭示，微反应器技术也被广泛应用于科学研究和工业生产领域。本文系统介绍了微反应器的结构特点、性能优势、研究进展，进而分析了微反应器的发展方向。 关键字：微反应器；微反应技术 1 引言 进入21世纪，化工过程向着更为绿色、安全、高效的方向发展，而新工艺、新设备、新技术的开发对于化工过程的进步是十分重要的。在这样的背景下，微化工系统的出现吸引了研究者和生产者的极大关注。微化工系统并非简单的微小型化工系统，而是指带有微反应或微分离单元的新型化工系统。在微化工系统中，微反应器是重要的核心之一。 “微反应器(microreactor)” 最初是指一种用于催化剂评价和动力学研究的小型管式反应器，其尺寸约为10 mm。随着本来发展用于电路集成的微制造技术逐渐推广应用于各种化学领域，前缀“micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造的化学系统。此时的“微反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器，但由小型化到微型化并不仅仅是尺寸上的变化，更重要的是它具有一系列新特性，随着微加工技术在化学领域的推广应用而发展并为人所重视。 现在所说的微反应器一般是指通过微加工技术制造的带有微结构的反应设备，微反应器内的流体通道或者分散尺度在微米量级[1]，而微反应器的处理量则依据其应用目的的不同达到从数微升/分钟到数万立方米/年的规模。近年来与微反应器相关的流动、混合、反应等方向的研究工作发展十分迅速，带动了微反应器技术的快速发展。 微反应器内流体的存在状态不同于传统的反应器，其内部流体的流动或分散尺度在1μm到1mm之间，这种流体被称为微流体。微流体相对于常规尺度的流体具有一定的特殊性, 主要体现在流体力学规律的变化、传递过程的强化、固有的安全性以及良好的可控性等。目前，微反应器已经被广泛应用于化学、化工、
絮凝剂分类及新型絮凝剂在废水处理中的应用
新型絮凝剂在废水处理中的应用 【摘要】目前，随着工业化进程的加快，生产过程产生的废水量迅速增加，废水处理问题已经引起了国家的重视，随着“水十条”的颁布，企业在生产过程中不得不面临污水处理的问题。混凝技术是水处理中一种常用技术，该方法操作方便，可以快速、高效的处理各种废水。其中絮凝剂的选择是水处理效果的关键技术，本文针对无机、有机和复合絮凝剂在水处理中的应用进行探讨，同时，针对一种新型的有机、无机混合的国外絮凝剂进行简单介绍。 【关键词】絮凝剂；水处理；聚丙烯酰胺；环保 1、概述 絮凝剂是水处理中常用的化学药剂，其性能的好坏，关系到水处理后水质的状况。其絮凝原理是通过絮凝剂中的化学物质与废水中不容易沉淀的胶体颗粒、金属离子等杂质进行结合，形成较大的颗粒，从而除去水中的杂质。该过程通常由静电力、化学力和机械力三者共同作用的结果。絮凝剂作用过程通常包括四个阶段：（1）絮凝剂均匀分散到水中；（2）絮凝剂在废水中扩散；（3）絮凝剂与悬浮颗粒充分接粗；（4）絮凝剂和废水中悬浮颗粒共同沉降。沉降后的废水可以采取沉降法、过滤法、离心法将沉降物与水分离，从而去除废水中的杂质，使工业废水能够达到国家排放要求，进行直接排放。 常见的具有絮凝效果的化学物质有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。下面我们将主要从这前两方面进行简单总结。
2、无机絮凝剂 无机絮凝剂主要是可以水解成胶体状化合物的无机盐，按照其发展过程，可以分为三类：无机低分子絮凝剂、无机高分子絮凝剂、多核复合絮凝剂。 表一：各种常见絮凝剂 常见的絮凝剂中，无机低分子絮凝剂的优点是比较经济、用法简单，也是现在工厂里最常用的污水絮凝方法，但是其用量大，絮凝效果不好，而且成本高，对金属等具有较强的腐蚀性能，因此，限制了其使用前景。在其基础上，人们合成了很多无机的聚合物絮凝剂，该类絮凝剂比常见的无机低分子絮凝剂效果好，主要在于它们可以提供大量的络合离子，而且能够强烈的吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联，使胶体聚集、沉降。在絮凝剂的研究基础上有了很大的进步。 多核复合絮凝剂是在无机单核高分子絮凝剂的基础上发展起来的一类絮凝剂，由于其含有多核或者多配位基团，兼有多种无机单核高分子絮凝剂的优良性能，也受到越来越多人的关注。 2.1 聚合氯化硫酸铁（PFCS） 吴宇峰等人【1】以FeSO4为原料，首选将其部分氧化，然后在氯气条件下，进行氧化、水解、聚合，合成了PFCS，该絮凝剂在相同条件下，具有比PFS和
生物反应器项目规划方案
生物反应器项目规划方案 投资分析/实施方案
报告说明— 该生物反应器项目计划总投资11052.87万元，其中：固定资产投资7881.50万元，占项目总投资的71.31%；流动资金3171.37万元，占项目总投资的28.69%。 达产年营业收入24035.00万元，总成本费用18993.65万元，税金及附加191.28万元，利润总额5041.35万元，利税总额5927.99万元，税后净利润3781.01万元，达产年纳税总额2146.98万元；达产年投资利润率45.61%，投资利税率53.63%，投资回报率34.21%，全部投资回收期4.42年，提供就业职位433个。 生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统。一次性生物反应器作为更替可清洗以及可重复使用系统的替代品，自使用起即能发现他们的显著差异及影响。一次性组件能够提高生产灵活性、增强无菌保证、降低前期资本投入以及加速新设施启动。全球生物反应器产业市场规模将从2020年的18亿美元增长到2025年的42亿美元，在预测期内的复合年增长率为18.5%。小型企业和初创企业越来越多地采用SUBs降低了自动化的复杂性，减轻了海洋生物的种植，降低了能源和水的消耗，生物制剂市场不断增长，SUBs的技术进步以及生物制药研发的不断增长等因素推动生物反应器市场的增长。
第一章概况 一、项目概况 （一）项目名称及背景 生物反应器项目 （二）项目选址 某某工业园 对各种设施用地进行统筹安排，提高土地综合利用效率，同时，采用 先进的工艺技术和设备，达到“节约能源、节约土地资源”的目的。节约 土地资源，充分利用空闲地、非耕地或荒地，尽可能不占良田或少占耕地；应充分利用天然地形，选择土地综合利用率高、征地费用少的场址。 （三）项目用地规模 项目总用地面积26960.14平方米（折合约40.42亩）。 （四）项目用地控制指标 该工程规划建筑系数78.46%，建筑容积率1.11，建设区域绿化覆盖率6.51%，固定资产投资强度194.99万元/亩。 （五）土建工程指标
化工进展微反应器综述
微反应器研究进展与应用 龙立 S141101059 摘要：微反应器作为微化工系统的核心设备，是实现化工过程强化的重要技术基础，近年来逐渐成为国际化工技术领域研究的热点。本文介绍了微反应器的原理及其研究进展，阐明了微反应器技术的特点，列举微反应器的应用范围与实例，说明了微反应器的发展前景。 关键词：微反应器，微反应系统。 1绪论 微化工技术是20世纪90年代初顺应可持续发展与高技术发展的需要而兴起的多学科交叉的科技前沿领域。它是集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体并移植集成电路和微传感器制造技术的一种高新技术，涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种工程技术和学科。主要研究对象为特征尺度在微米到数百微米间的微化工系统，常贵尺度的化工过程通常依靠大型化来达到降低产品成本的目的，而微化工过程则注重于高效、快速、灵活、轻便、易装卸、易控制、易直接放大及高度集成等方面[1]。 将部分核心化工装备小型化、微型化的方法是促进化工过程强化的有效手段，它是实现化工过程安全、高效和绿色的重要方法之一[2]。化工设备的微小型化是现代化工技术发展的一种新理念，它以微尺度流动、分散和传递的基本原理为核心，能够有效强化反应和分离过程，提升生产效率并且大幅缩小设备的体积，有利于化工新过程的快速开发和产业转化。微型化工器件已成为微型设备的重要组成部分，主要包括微混合器、微型反应器、微型换热器、微化学分析、微型萃取器、微型泵和微型阀门等。 作为微化工技术核心部件的微反应器，其内部通道特征尺度在微尺度范围（10-500μm），远小于传统反应器的特征尺寸，但对分子水平而言已然非常大，故利用微反应器并不能改变反应机理和本征动力学特性，而是通过改变流体的传热、传质及流动特性来强化化工工程的。 2微反应器 微结构反应器（简称微反应器）是重要的微化工设备之一，是实现化工过程微小型化的核心装备。在微化工过程中微反应器担负起了完成反应过程、提
现代化学化工进展
高性能混凝土技术的研究与展望 (重庆大学化学化工学院，重庆400044） 摘要：高性能混凝土( High Performance Concrete，HPC)由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在高铁客运专线桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内的研究和应用，并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料。 关键词:高性能混凝土；耐久性；高体积稳定性 Abstract:High-performance concrete(High Performance Concrete, HPC)has many excellent characteristics of high durability, high workability,high strength and high dimensional stability,is considered to be the world's most comprehensive performance concrete has many important project, especially in the high-speed railway,bridges, high-rise buildings,harbor construction and other projects.This paper describes the historical background of the development of high-performance concrete and the present situation at home and abroad,to clarify the characteristics of high-performance concrete, citing the research and application of high-performance concrete in domestic outlook,and its development trend.With the building to the top of the large-scale development of the modern HPC will become the new century,important construction materials. Keywords：High performance concrete；High durability；High dimensional stability 高性能混凝土(HPC)的概念最初由美国国家标准与技术研究院(NIST）与美国混凝土协会(ACI)于1990年5月提出,他们认为高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土,必须采用严格的施工工艺,采用优质的材料配制,具有不离析、力学性能稳定、早期强度高、便于浇捣、韧性和体积稳定性好等性能,且耐久性好,特别适用于高层建筑、桥梁及暴露在严酷环境中的建筑结构[1] 。ACI于1998年对高性能混凝土给出了正式定义:高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土,如果采用传统的原材料组分和通常的拌和、浇筑与养护方法,未必总能大量地生产出这种混凝土。当混凝土的某些特性是为了某一特定的用途和环境而制定时,这就是高性能混凝土。 1 高性能混凝土的特点 1.1 高耐久性 高性能混凝土的重要特点是具有高耐久性，而耐久性则取决于抗渗性；抗渗性又与混凝土中的水泥石密实度和界面结构有关。由于高性能混凝土掺加了高效减水剂，其水胶比很低(≤0138)，水泥全部水化后，混凝土没有多余的毛细水，孔隙细化，最可几孔径很小，总孔隙率低；再者高性能混凝土中掺加矿物质超细粉后，混凝土中骨料与水泥石之间的界面过渡区孔隙能得到明显的降低，而且矿物质超细粉的掺加还能改善水泥石的孔结构，使其≥100μm 的孔含量得到明显减少，矿物质超细粉的掺加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高[2]。以上这些措施对于混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱—集料反应、抗硫酸盐
化工进展-微反应器综述
化工进展-微反应器综述 微反应器研究进展与应用 龙立S141101059 摘要：微反应器作为微化工系统的核心设备，是实现化工过程强化的重要技术基础，近年来逐渐成为国际化工技术领域研究的热点。本文介绍了微反应器的原理及其研究进展，阐明了微反应器技术的特点，列举微反应器的应用范围与实例，说明了微反应器的发展前景。 关键词：微反应器，微反应系统。 1绪论 微化工技术是20世纪90年代初顺应可持续发展与高技术发展的需要而兴起的多学科交叉的科技前沿领域。它是集微机电系统设计思想和化学化工基本原理于一体并移植集成电路和微传感器制造技术的一种高新技术，涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种工程技术和学科。主要研究对象为特征尺度在微米到数百微米间的微化工系统，常贵尺度的化工过程通常依靠大型化来达到降低产品成本的目的，而微化工过程则注重于高效、快速、灵活、轻便、易装卸、易控制、易直接放大及咼度集成等方面⑴。 将部分核心化工装备小型化、微型化的方法是促进化工过程强化的有效手段，它是实现化工过程安全、高效和绿色的重要方法之一[2]。化工设备的微小型化是现代化工技术发展的一种新理念，它以微尺度流动、分散和传递的基本原理为核心，能够有效强化反应和分离过程，提升生产效率并且大幅缩小设备的体积，有利于化
工新过程的快速开发和产业转化。微型化工器件已成为微型设备的重要组成部分，主要包括微混合器、微型反应器、微型换热器、微化学分析、微型萃取器、微型泵和微型阀门等。 作为微化工技术核心部件的微反应器，其内部通道特征尺度在微尺度范围 （10-500卩m），远小于传统反应器的特征尺寸，但对分子水平而言已然非常大， 故利用微反应器并不能改变反应机理和本征动力学特性，而是通过改变流体的传热、传质及流动特性来强化化工工程的。 2微反应器 微结构反应器（简称微反应器）是重要的微化工设备之一，是实现化工 过程微小型化的核心装备。在微化工过程中微反应器担负起了完成反应过程、提高反应收率、控制产物形貌以及提升过程安分离回收难度和成本、减少过程污染等具有重要的意义。针对不同过程特点开发出的微反应器不仅形式多样，其配套的工艺技术也与传统化工过程存在一定区别，利用集成化的微反应系统可以实现过程的耦合，因此微反应技术的发展也同时带动了化工工艺的进步。 微反应器起源于20世纪90年代，21世纪初叶是微尺度反应技术的快速发展 期。在基础研究方面，随着对微尺度多相流动、分散、聚并研究的不断深入，微反应器内多相流型，分散尺度调控机制以及微分散体系的大批量制备规律等问题逐渐被人们深入理解。基于微反应器内微小的流体分散尺度、极大的相间接触面积等特点可以有效强化相间传质和混合过程，从而为反应过程的强化奠定基础。 研究结果表明，利用微反应器能够有效强化受传递或混合控制的化学反应过程，而这类过程在传统的反应装置内往往难以精确控制，极易产生局部热点、浓度分布不均、短路流和流动死区等问题，微反应器具有的高效混合和快速传递性能是解决这些问题的重要手段。 微反应器的分类。对于不同相态的反应过程，微反应器可以分为气固催化微反应器、液液催化微反应器、气液微反应器和气液固三相催化微反应器等。根据输入能量的不同，可分为非动力式微反应器和动力式微反应器。按照微结构的不同可分为：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⑷。 2.1微反应器的微混合机理 微反应器具有与大反应器完全不同的几何特性：狭窄规整的微通道、非常小的
第五章 分析化学概述
第五章分析化学概述 第一节分析化学的任务和分类 一、分析化学的任务 分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门科学。它是化学领域的一个重要分支。分析化学的任务是鉴定物质的化学组成、测定有关组分的相对含量，以及确定物质的分子结构。 在医药卫生事业中，分析化学起着非常重要的作用。如药品检验、新药研究、病因调查、临床检验、环境分析及三废处理等，都需要应用分析化学的理论、知识和技术。随着药学科学事业的发展，我国的药品质量和药品标准工作也在不断的提高，分析化学对提高药品质量，保证人们用药安全起着十分重要的作用。 在药学教育中，分析化学是一门重要的专业基础课。许多专业课都要应用分析化学 的理论、方法及技术来解决各门学科中的某些问题。例如，药物化学中的原料、中间体及成品分析，以及药物的理化性质和结构关系的探索等；药物分析中的方法选择、药品标准制定、药物主要成分的含量分析及杂质检测等；药剂学中制剂稳定性、生物有效性的测定等；天然药物化学中天然药物有效成分的分离、定性鉴定和化学结构测定等；药理学中药物分子的理化性质和药理作用的关系及药物代谢动力学等，都与分析化学有着密切的 关系。 二、分析方法的分类 分析化学的内容十分丰富，从不同的角度可将其分为以下几类： 按照不同的分类方法，可将分析化学方法归属于不同的类别。现将根据分析化学任务、分析对象、分析原理、操作方法等分类方法简要说明如下： (一)定性、定量、结构分析 根据分析任务的不同分为： 1．定性分析其任务是鉴定物质是由哪些元素、离子或原子团所组成的。 2．定量分析其任务是测定试样中各组分的相对含量。 3．结构分析其任务是确定物质的分子结构。 在实际工作中，首先必须了解物质的组成，然后根据测定的要求，选择恰当的定量分析方法确定该组分的相对含量。对于新发现的化合物，还需要进行结构分析，确定物质的分子结构。在药物分析中，样品的组分是已知的，则不需要经过定性分析就可直接进行定量分析。 (二) 无机分析与有机分析 根据分析对象不同可分为无机分析与有机分析。无机分析的对象是无机物，由于组成无机物的元素多种多样，因此在无机分析中要求鉴定试样是由哪些元素、离子、原子团或化合物组成，以及各组分的相对含量。这些内容分属于无机定性分析和无机定量分析。 有机分析的对象是有机物，虽然组成有机物的元素并不多（主要为碳、氢、氧、氮、硫等），但化学结构却很复杂，不仅需要鉴定组成元素，更重要的是进行官能团、空间结构等的分析。 (三) 化学分析与仪器分析 根据分析原理不同可分为化学分析与仪器分析。 化学分析：以物质的化学反应为基础的分析方法，它历史悠久，是分析化学的基础，故