微反应工艺开发介绍
微反应器技术及其应用
中圈分类号：Ｔ ０ ２ ｏ５
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Ｍ ｉ ｒ － ｅ ｃ ｏ ｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｉｓＡｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｃ ｏ ｒ ａ ｔ ｒ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｎ ｐｌｃ ｔｏ ｔ
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展燃 料 电池 氢源 系 统微 型化 研 究 ， 反应 器 主体 结构 是
一
个 错 流式 微通 道 换热 器 ，与传 统相 比，相 同的 处理
能 力 ，反应 器体 积 可减 小 ｌ 个 数 量级 。郑 亚峰 Ｌ在 ～２ ３ 】 毛细 管 微反 应器 中进 行 乙烯 环氧 化 反应 ， 不添 加 任 在 何催 化 剂和 抑制 剂 的情 况下 ，乙烯 的转 化率 为５ ％ ， ７ 环氧 乙烷 的选择 性 高达 ８ ％，均 高于 工业 水平 。微 反 ２ 应器 在传 质 、传 热 、恒温 等 方面 表现 出的 巨大优 势 ，
１微反应器技 术的特点
由于微 反应 器在 几 何 、传 递 、宏观 流动 等方 面 的
・１ ・ ０
特 性就 决定 了其 有 化
２ １ 年第 ６ ００ 期
的 时间 ，但是 处理 能力还 是 比较 弱 ；其次 ，微 反应器 数量 大大增 加 时， 反应 器 的检 测和 控制 的复杂程 度 微 大 大增 加 ，实 际生产成 本太 高 ；再 次，并 不是所有 的 化 学 反应都 适合在 微 反应器 中进行 【 ４ ｌ，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 ，不适 合选择 微反应 器 。最后 ， 微 反应器 的通 道尺 寸很 小 ，很 容 易被 固体 颗粒 堵塞 ，
常州大学环境与安全工程学院院长张跃微反应开启化工高效精细化新时代
l\\<>\ATI\(-TAU'.N'I'I倉：1新达人常州大学环境与安全工程学院院长张跃：微反应开启化工高效精细化新时代■文/杜浩钧李伟宁微通道反应器是新型的反应器，其高效的传热传质接近理论值。
近年来，微通道反应器已经在多家化工行业应用，打破了国外公司的技术垄断，标志着化工界技术上取得了重大突破。
在该项目国产化研究的过程中，常州大学环境与安全工程学院院长张跃功不可没。
他带领团队勇于向新事物发起挑战，并以自主研发的技术为企业带来了丰厚的经济效益，获得了业内专业人士的肯定和认可。
张跃主持的项目《新型微通道反应器系统关键技术开发及产业化应用》获得了2019年中国化工学会技术奖二等奖。
敢闯天下先的技术团队微反应技术起源于20世纪90年代初的欧洲，美国康宁公司在2008年将微反应器技术推广到工业化应用阶段。
对传统化工装备而言，微通道反应器是一项革命性的创新技术，为化工产业开启了崭新的高效精细化时代，为行业转型升级、提升创新能力、实现绿色发展提供了有效的技术手段。
但在当时，无论是理论研究还是实际应用，国内还是一片空白。
张跃在采访中说，不可否认，近年来，微通道反应器在国内快速推广，美国康宁公司起到了一定的促进作用。
10年前，常州大学与该公司成立了联合实验室，但后来康宁公司因故撤走。
是继续做？还是放弃？摆在张跃及其同事面前的是一个前途未卜的选择。
但后来的事实证明，张跃答对了这道题，但解题的过程却是异常艰辛。
张跃向记者介绍说，微通道（连续流）反应器是一种依靠微加工技术，在特定的固体基质上蚀刻出固定形态的通道，并具有一定化学反应适用性的化工设备。
与常规釜式反应器相比，其内部通道直径非常细小，通常为10-500Pm,却拥有极大的比表面积，比釜式反应器的比表面积要大上几百倍张跃发表获奖感言甚至上千倍，因而有效地提升了换热效率和传质效率，并且能够精确控制反应温度，确保反应物料瞬间混合，有助于提高化学反应收率、选择性、安全性和产品质量。
微反应器在化工工艺中的应用研究
微反应器在化工工艺中的应用研究摘要：随着微纳技术的不断发展和进步，微反应器的设计和制备也在不断创新和改进。
研究者们致力于开发新型的微结构、材料和制备方法，以满足不同化工工艺的需求。
同时，结合计算模拟和实验验证，深入研究微反应器在不同反应体系中的应用效果，推动了微反应器技术的发展和应用。
本文将结合相关理论研究微反应器在化工工艺中的应用。
关键词：微反应器；化工工艺；设计和制备一、引言微反应器是一种相对较小的反应器，其尺寸通常介于微米和毫米之间。
相比传统的宏观反应器，微反应器具有独特的优势，因此在化工工艺中得到越来越广泛的应用和研究。
微反应器在化工工艺中的应用研究具有重要的意义。
通过精确控制反应条件、提高反应速率和选择性，以及提升反应过程的安全性，微反应器为化工领域的创新和可持续发展提供了新的途径。
因此，对微反应器在化工工艺中的应用进行深入研究具有重要的理论和实践价值。
二、微反应器的概念和原理（一）微反应器的概念微反应器是一种小型化的反应器，其尺寸通常在微米至毫米之间。
与传统的宏观反应器相比，微反应器具有更小的体积和更大的表面积与体积比，以及更高的传热和传质效率。
微反应器通过在微通道内进行反应，利用微观尺度上的流体动力学效应和界面效应，实现对反应过程的精确控制和优化。
微反应器借助微流控技术，将反应物通过微通道引入，并在微通道中与催化剂或其他反应物发生反应[1]。
微通道的设计可以根据需要调整，包括通道形状、尺寸、流动模式等，以满足特定反映的需求。
微反应器的微通道可采用不同材料制成，例如玻璃、金属或聚合物等。
微反应器具有许多独特的特点和优势。
首先，由于微反应器体积小且具有高比表面积与体积比，从而实现了高效的传热和传质。
这使得微反应器能够快速均匀地加热或冷却反应物，并促进反应物之间的混合，提高反应速率和选择性。
其次，微反应器的小尺寸有助于实现反应条件的精确控制。
由于微通道的尺寸小，反映物在通道内的停留时间短，可以更好地控制温度、压力和浓度等反映参数。
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。
微反应器系统设计
微反应器系统设计
系统组成与功能
系统组成与功能
微反应器系统概述
1.微反应器是一种用于化学反应的微型化设备，具有高度集成、高效传质和传热等优点。 2.微反应器系统由反应器、混合器、控制器等多个部分组成，各部分协同工作实现化学反应的高效 进行。 3.微反应器系统在设计上需要考虑化学反应的特性、流体的流动性和传热传质等因素。
▪ 微尺度效应
1.微尺度效应是指微反应器中由于尺度缩小而带来的流体行为 的变化。 2.微尺度下，流体的惯性力减小，粘性力占主导地位，导致流 体的流动行为发生变化。 3.微尺度效应对反应流体的混合、传质和传热等行为都有重要 影响。
反应流体动力学
▪ 流动行为
1.微反应器中的流动行为包括层流和湍流，流动行为对反应效率和产物质量有重要影响。 2.层流流动有利于反应的均匀混合和传热，提高反应效率。 3.湍流流动可以增强传质和传热，但也可能导致反应的不均匀性和副产物的生成。
控制系统与优化
控制系统软件设计
1.控制系统软件需要实现与硬件的通讯和数据交互。 2.软件设计需要考虑反应过程的特性和需求，以实现最佳的控制效果。
先进控制算法应用
1.引入先进控制算法，如神经网络、模糊控制等，可以优化控制系统的性能。 2.这些算法能够更好地处理非线性、时变等复杂反应过程，提高控制精度和鲁棒性。
控制系统与优化
▪ 优化目标与评估指标
1.控制系统的优化目标可能包括提高产率、降低能耗、提高产 品质量等。 2.评估控制系统性能的主要指标包括稳态误差、响应速度、抗 干扰能力等。
微反应技术概述
微反应技术微反应技术概述概述概述“微反应器“也被称为“微通道”反应器（Microreactor, Micro-channel reactor）， 是微反应器、微混合器、微换热器、微控制器等微通道化工设备的通称。
自20世纪90年代中期微反应技术兴起以来，由于其独特的特色和优势得以迅速发展并成为科研院校和企业界共同的研究热点；不但取得了很多令人瞩目的研究成果，而且在医药、农药、特种材料以及精细化工产品及中间体的合成中得到了越来越多的应用（参见图1，微反应器技术领域历年来的专利申请情况）。
尤其进入本世纪以后，各大跨国公司也开始关注这一新兴技术，纷纷成立专门的微反应技术部门开展在其相关工业领域的应用研究；同时开发微反应技术的公司之间也强强联合，以期进一步拓展微反应技术在工业生产中的应用。
美国化学会权威杂志 Chem & Engineering News 于2010年3月1日刚刚报道了瑞士Lonza公司和德国拜耳Ehrfeld Mikrotechnik BTS （EMB）公司相互合作的进展。
在可以预见的未来，这一技术必将得到广泛应用（参考文献：Chemical Reviews 2007, 107, 2300-2318.）。
图1 微反应器技术领域历年来的专利申请情况1．连续化微通道反应器的特征及其优势连续化微通道反应器的特征及其优势“微反应器“从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器；反应器中的微通道利用精密加工工艺制造而成，特征尺寸通常在10－1000微米之间。
由于微反应器内工艺流体的通道尺寸非常小，相对于常规管式反应器而言其比表面积体积比非常大（可达10,000－50,000 m2/m3，见图2），因此微反应器具有极高的混合效率（毫秒级范围实现径向完全混合）、极强的换热能力（传热系数可达25,000 W/(m2•K))和极窄的停留时间分布（几乎无返混，基本接近平推流）。
“微反应器”的两大特征--- 比表面积大以及连续操作方式，使得我们对反应工艺的精确控制成为可能。
微通道反应技术和装备的开发与应用方案(一)
微通道反应技术和装备的开发与应用方案一、实施背景随着全球经济的持续发展和产业结构的不断升级，传统的大规模、高能耗、高污染的生产方式已经无法满足现代社会的需求。
产业结构改革成为了推动经济发展的重要手段，其中微通道反应技术和装备的开发与应用成为了改革的重点之一。
微通道反应技术是一种新型的化学反应技术，具有高效、环保、节能等优点，可以广泛应用于化工、制药、能源等领域。
目前，我国微通道反应技术和装备的研究与应用还处于起步阶段，具有广阔的发展前景。
二、工作原理微通道反应技术是一种在微小通道内进行化学反应的技术。
通过在通道内施加一定的压力和温度，使反应物在通道内快速混合、反应，生成所需的产物。
微通道反应技术具有以下优点：1. 高效性：由于通道尺寸小，传质和传热效率高，反应速度快，产物收率高。
2. 环保性：微通道反应技术可以实现连续化生产，减少中间产物的产生和排放，降低环境污染。
3. 节能性：微通道反应技术可以减少反应时间和能源消耗，降低生产成本。
三、实施计划步骤1. 调研市场需求：了解微通道反应技术和装备在化工、制药、能源等领域的应用情况，明确市场需求和发展趋势。
2. 技术研发：开展微通道反应技术的研究，探索高效、环保、节能的反应条件和技术路线，开发出适用于不同领域的微通道反应器。
3. 装备制造：根据技术研发成果，设计出适用于工业化生产的微通道反应器装备，并进行生产制造。
4. 应用推广：将研发出的微通道反应器装备应用于化工、制药、能源等领域的企业生产中，并进行技术推广和市场开拓。
5. 技术更新：根据市场反馈和生产实践，不断优化微通道反应技术和装备的性能和效率，提高产品质量和竞争力。
四、适用范围微通道反应技术和装备可以广泛应用于化工、制药、能源等领域。
在化工领域，可以用于合成氨、合成甲醇、合成醋酸等大规模化工产品的生产；在制药领域，可以用于药物合成、药物制剂等生产环节；在能源领域，可以用于燃料合成、太阳能利用等方面。
微型反应器的开发和应用
微型反应器的开发和应用微型反应器是一种运用微纳米技术制作的小型化的反应器，通常体积小、重量轻、反应速度快、效率高，而且使用起来非常方便。
随着微型反应器技术的不断进步和发展，它们在许多领域中都有了广泛的应用，比如合成化学、生物医学、环境保护、能源开发等方面。
一、微型反应器的开发微型反应器的开发首先需要制备出微型反应器芯片。
目前，主要有两种制备方法，一种是利用微机械加工技术和光刻技术制作微型反应器芯片，另一种是利用软印刷技术。
利用微机械加工技术制备微型反应器芯片需要耗费大量时间和精力。
而利用软印刷技术则可以快速、简单地制备微型反应器芯片。
软印刷技术一般采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为反应器芯片的材料，通过利用模板在PDMS表面沉积金属催化剂，加上适当的催化剂，便可以制备出微型反应器芯片。
二、微型反应器的应用1. 合成化学微型反应器是一种快速、高效的反应器，它们在合成化学中有着广泛的应用，尤其是在药物化学领域。
微型反应器不仅可以控制反应条件，还可以加快反应速度，提高反应效率。
2. 生物医学微型反应器在生物医学领域的应用也越来越广泛。
它们可以用于药物传递系统、化学传感器和细胞培养等方面。
其中，最具有代表性的就是利用微型反应器进行药物传递。
微型反应器可以将药物包裹在微小的颗粒中，通过靶向送药，提高治疗效果。
3. 环境保护微型反应器还可以用于环境保护领域。
比如，利用微型反应器可以快速检测污染物浓度，处理污水和大气污染物等。
微型反应器在环境保护领域的应用，有望大大降低污染控制的成本，提高治理效率。
4. 能源开发微型反应器在能源开发领域也有着广泛的应用前景。
利用微型反应器可以生产高效的新型燃料电池、太阳能电池等新型能源。
微型反应器还可以被应用于黄油，在能源转化、节约能源、提高能源利用效率等方面，都有着潜在的应用。
三、结语总之，微型反应器技术是一种非常有前途和应用前景的技术，在各个领域都具有广泛的应用前景。
它们不仅可以提高反应速度和效率，而且在环保和能源开发方面都有着独特的优势。
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微反应技术是目前化工过程实现强化的主要方式之一，它帮助化工企业实现高效、安全、环保生产的新兴技术。
它也是未来化工技术发展的方向，而微反应器是企业化工研究和生产所依赖的主要手段。
本文主要对微反应工艺中的重氮化反应工艺开发进行详细介绍.
一、实验方法
称定量的红色基ＫＤ、水及盐酸在烧杯中，搅拌，打浆成均匀乳状液；称取定量的亚硝酸钠配成水溶液；调整两者体积达到一定比例；利用计量泵将ＫＤ乳液与亚硝酸钠溶液以摩尔化学反应量准确注入到微通道反应器中反应。
记录入口温度、出口温度、流速、出口物料状态。
二、实验装置
将微通道反应器做成微预混器和微混合器两个部件，将进、出料系统与微通反应器相连，建立连续重氮化反应装置。
（下图）
三、结果和讨论
影响重氮化反应的因素包括温度、酸用量、流速、停留时间、微通道尺寸、加料方式等，经过反应装置和合成工艺条件的优化，对各种不同的芳胺进行重氮化反应，实验结果见表1所示。
微通道反应器可实现溶液、乳化液、悬浮液等状态芳胺的连续重氮化反应。
大多数的重氮化反应温度一般在０～５℃进行，温度稍高就会产生很多杂质，影响重氮液的品质和偶合反应的收率。
但是表
1中温度条件下的实验结果说明，在微通道反应器中大部分氨基物的重氮化反应温度可在１０～２０℃或更高的室温下进行，这样可大大减少冰的使用，节能效果明显。
所得重氮盐溶液外观清澈透明、无分解物，可直接进入下一步，与对应的化合物进行偶合反应，以重氮盐计偶合收率可达９８％～１００％。
与传统釜式方法生产的产品相比，采用微通道反应器合成有机颜料，产品收率较传统方法均有所提高；色光、近似，着色力略高。
颜料产品的透明度可根据要求通过改变设备参数进行调整，且更适合生产透明性颜料。
另外，从所得粗品的粒径分布看，微通道反应装置合成的颜料化合物，其粒径分布更集中，总体粒径更小。
采用微通道反应器连续化合成分散染料，产品收率较传统方法均有所提高；产品纯度略有提高，着色力等与传统釜式方法生产的产品近似或略优；部分产品因纯度提高造成色光有微差；发现部分分散染料的分散研磨普遍得到改善，扩散性及分散性均优于现有产品。
上海惠和化德生物科技有限公司，是一家专注于微反应器连续工艺开发及工业化的创新性高科技公司。
公司于2015年6月在中国（上海）自由贸易试验区内成立，随着业务的发展，公司于2019年10月整体搬迁至上海化学工业园内。
公司上海本部实验室配备十余套微反应器，并与梅特勒托利多共建化学过程联合实验室、与沈阳化工研究院和上海化工研究院共建过程安全联合体、与南大淮安高新技术研究院共建特殊反应实验室等。
公司主要服务于国内外精细化工企业，帮助客户进行微反应器连续流工艺咨询与评估、工艺开发、工业化项
目投资和管理等。
公司立足于客户具体项目，以“以终为始”的项目开发思路为指导，着眼于“双赢”和共同发展。
目前，公司已经完成了多个项目的工业化，有丰富的工程化经验。
完善的设施，丰富的经验覆盖工艺开发到工业化的各个阶段。
惠和化德是您理想的合作伙伴！。