仿生反应器概念与应用-上海
新型化学反应器的研究与应用
新型化学反应器的研究与应用随着科技的不断进步，化学反应器的研究也在不断发展。
新型化学反应器作为一种新兴技术，在化学领域中具有非常广阔的应用前景。
本文将探讨新型化学反应器的研究与应用。
一、新型化学反应器的分类新型化学反应器可以分为多种不同的类型，例如：1. 微反应器（Microreactor）微反应器是一种小型化的反应器，它可以容纳极小的反应物量，提高反应的速率和效率。
微反应器具有良好的传质性能、温度控制能力和反应条件可控性等优点，在化学的合成过程中得到广泛应用。
2. 脉冲管反应器（Pulse Delivery Reactor）脉冲管反应器以脉冲的方式供应反应物，可实现连续的反应过程。
该反应器适用于一些需要在极短时间内完成反应的情况，例如高热、高压等条件下的化学反应。
3. 板式反应器（Flat Plate Reactor）板式反应器是一种采用平板结构的反应器，它具有高效传质和快速纯化的优点。
板式反应器的应用范围很广，例如生物制药、化工、食品加工等领域。
二、新型化学反应器的研究方向现今，新型化学反应器的研究方向主要集中在以下几个方面：1. 反应器的微观尺度化微观尺度的反应器比传统反应器具有更高的效率和控制能力，因此其研究也受到了广泛的关注。
目前，研究人员正在探索使用微机电系统（MEMS）等技术实现反应器的微观尺度化，以加快化学反应的速率和提高反应品的纯度。
2. 反应器的可控性和智能化新型化学反应器应具有更高的反应条件可控性和智能化。
例如，反应器应该能够实现反应条件的实时监测和自动调节，以保证反应过程的稳定性和效率。
为了实现这一目标，研究人员正在研究反应器的自学习能力与预测算法。
3. 反应器的多相流动态模拟虽然多相流动态模拟已经在石油化工和生物制药领域内得到广泛应用，但在化学领域内，其应用范围还较为有限。
因此，将多相流动态模拟技术引入到新型化学反应器的研究中是一个很有前途的方向。
三、新型化学反应器的应用新型化学反应器在许多领域中都有广泛的应用，例如：1. 生物制药新型化学反应器在生物制药领域中有着广泛的应用，例如用于蛋白质分离、多肽合成等。
反应器工程的发展与应用
反应器工程的发展与应用反应器工程是化学工程的重要分支，它主要研究化学反应在反应器内进行的过程及其控制。
随着科学技术的不断进步，反应器工程在各个领域的应用越来越广泛，成为了当今社会发展和工业生产的重要支撑之一。
一、反应器工程的发展历程人类早在几千年前就开始利用各种资源进行化学反应，但是真正将化学反应工程化、系统化的过程却是相当漫长的。
直到19世纪末20世纪初，反应器工程才逐渐形成了较为完整的理论体系和优化方法。
20世纪20年代初，美国化学家路易·帕斯卡尔（Lewis P. Bryton）在研究气体在管中传热的过程中，采用了一种简单的反应器模型，从而开创了反应器工程的研究方法。
随后，美国化工巨头Du Pont公司与美国化学工程师大会（AIChE）联合成立了反应器研究委员会，推动了反应器工程研究的发展。
20世纪50年代，俄罗斯科学家M.G.刘宾卡（M.G. Levich）提出了以“果壳层、赋形层和液膜层”为基础的三相反应器模型，为反应器工程研究提供了新的思路。
而到了20世纪70年代，反应器工程的研究已经逐步深入到了多相多组分化学反应的研究，并且已经发展出了适用于不同反应体系下的数值模拟和过程优化方法。
二、反应器工程在工业生产中的应用反应器工程的应用可以涵盖多个领域，比如化工、医药、生物、环保等，以下是其中几个重点方向的简单介绍：1. 化工领域在化工领域，反应器工程研究主要集中在反应工艺的优化、反应机理的解析以及反应机制的模拟等方面。
而在传统的石油化工生产、有机合成等行业中，反应器就是化工生产中贯穿始终的重要装置。
以石化行业为例，炼油、煤化工、化肥、合成树脂、精细化工等工艺都需要反应器作为关键的生产装置。
因此，对反应器工程技术的提高、应用等方面的研究会带来显著的经济和社会效益。
2. 医药领域在医药领域，反应器工程的研究主要是针对制药合成过程的控制和优化。
利用反应器工程的理论和方法，可以针对不同药物引起的问题进行合理分析和解决。
微型反应器的应用前景
微型反应器的应用前景微型反应器是一种新型的化学反应器，它以微细的体积、高效的反应、可控的反应条件、安全可靠和环保等诸多优点，在化学制造、药物开发、生物工程以及材料科学等各个领域得到了广泛的应用。
本文将探讨微型反应器的应用前景，从三个方面进行讨论。
一、微型反应器在化学制造领域的应用前景化学制造是传统的应用领域，微型反应器在化学制造中的应用可以提高反应效率，降低废料产生，提高产品的质量和安全性。
由于微型反应器具有小尺寸、可定量控制反应毒性和温度等诸多特点，因此被广泛应用于化学催化、聚合、氢化加氢、脱羧、酯化、酰胺化、酰基化和氧化等反应。
例如，微型反应器在化学催化中应用广泛，可以有效解决传统液相催化反应中分离副反应产物和清洗催化剂等问题，从而提高反应产物的纯度和产量。
此外，微型反应器还可以用于制造无机、有机、金属和半导体等领域的新材料。
二、微型反应器在药物开发领域的应用前景微型反应器在药物开发中的应用越来越受到关注。
首先，微型反应器可以精细调节反应条件和反应速率，从而获得更加稳定和高质量的药物分子。
其次，微型反应器由于其小尺寸和授权设计，可以通过数据分析和仿真技术准确预测和控制不同药物的反应特性，提高药物研发效率和降低研发成本。
此外，微型反应器还可以用于药物质量控制、动物试验、临床前研究以及药物生产等领域。
三、微型反应器在生物工程领域的应用前景生物工程是应用生物学原理和工程技术解决人类社会问题的科学，微型反应器在生物工程领域具有很高的应用前景。
首先，微型反应器可以加速生物学反应过程，减少生物产物的流失和丢失，并实现精细调节反应条件，提高生物产物的质量和效率。
其次，微型反应器具有可靠性和安全性，可以保护生物体系中不稳定的生物样品，使生物反应更加稳定和可持续。
此外，微型反应器还可以用于生物学研究、基因工程、合成生物学以及环境监测等领域。
总的来说，微型反应器作为一种快速、有效、精细和可控的化学反应器，在化学制造、药物开发和生物工程等领域拥有广阔的应用前景。
生物反应器的建造与使用
生物反应器的建造与使用生物反应器是指用于支持和控制微生物活动的设备。
它能提供合适的物理和化学条件，使微生物处于良好的生长状态，从而实现高效地利用微生物生产经济化物质的目的。
如今，生物反应器被广泛应用于制药、食品、化工、环保等各个领域。
本文将介绍生物反应器的建造与使用，为读者打开生物工艺学的新思路和发展方向。
一、生物反应器的构造生物反应器主要由以下几部分组成：容器、搅拌器、温度控制器、pH测定器、氧气控制器以及进料和出料管道。
下面我们一一讲解。
1.容器：容器是生物反应器的主体部分。
它可以根据需要选择不同的材质，如玻璃、塑料、金属等。
常见的种类有：罐式反应器、柱式反应器、膜式反应器等。
容器的体积和形状取决于反应器的用途和制造条件。
2.搅拌器：搅拌器用于让反应物和微生物充分混合。
为了避免过度的搅拌以及压缩等影响微生物生长的因素，搅拌器的结构和转速需要特别设计。
常用的搅拌器有拨片式搅拌器、推进桨式搅拌器、螺旋桨式搅拌器等。
3.温度控制器：温度控制器可以对反应器的温度进行实时监测和调节，以维持适宜的生长环境。
常用的温度控制器有水浴锅、加热板、电热丝、制冷装置等。
4.pH测定器：pH测定器用于检测反应器内的酸碱度，并根据需要控制酸碱值。
过高或过低的酸碱度都会影响微生物的生长繁殖，因此，对于不同的微生物菌株，合适的酸碱度是不同的。
5.氧气控制器：氧气控制器能够调节反应器内氧气浓度，以满足微生物所需的氧气量。
微生物的呼吸和代谢过程需要消耗氧气，因此，微生物菌株对氧气的需求不同。
对于需要大量氧气的微生物，必须提供适宜的氧气控制条件。
6.进料和出料管道：进料和出料管道是生物反应器进行反应的入口和出口。
进料管道的设计应该考虑到每个反应物的配比和流量控制等因素。
出料管道则需要随时排出不必要的废弃物和生产物。
二、生物反应器的使用生物反应器的使用需要根据具体的需求来选择反应器类型和菌株。
下面我们介绍几种生物反应器的应用领域。
仿生智能的理论与应用
仿生智能的理论与应用近年来，关于人工智能的研究和应用已经越来越普及。
在人工智能的众多分支中，仿生智能是一种独特的领域，它通过从自然界获取灵感来构建和优化智能系统。
仿生智能有着广泛的应用，从生物学到航空航天，从医学到城市规划，这种科技正在带来丰硕的成果。
1、什么是仿生智能？仿生智能的概念源于生物学。
它是从高度复杂的生物体中获取灵感来设计和优化人工系统。
比如，仿生智能可以模拟鸟类的飞行、昆虫的运动、植物的感知、动物的学习能力等等。
在仿生智能中，研究者从自然界中挑选能够提供设计的元素，把它们转化为人工智能中可以应用的形式。
这些元素可以是自然界中事物的结构、动作、过程、感知和认知等等。
仿生智能的研究方法是一种融合的、跨学科的方案，包含了物理学、生物学、化学、计算机科学和工程学等诸多学科领域。
2、仿生智能的应用领域仿生智能广泛应用于众多领域，包括生物技术、信息技术、能源技术、物理学和制造业。
以下是一些例子：2.1 生物技术仿生学在生物技术中的一些研究应用包括使用仿生智能算法设计药物、化学生物学和生物反应器设计。
而且，仿生学还提供了一种设计和开发高性能的仿生酶、仿生纳米材料、仿生器官的方法。
2.2 信息技术在人工智能和机器人技术领域，仿生智能受到了广泛应用。
例如，在无人机技术中，仿生学用来manipulate机械翼的设计，以及仿造鸟类和昆虫的知觉和飞行模式的算法。
此外，仿生智能在图像处理、自动控制和最优化等领域中也得到了广泛应用。
2.3 能源技术仿生学在能源技术领域的一些主要研究包括太阳能和风能的捕集，以及用来绿化城市的生物固碳技术。
在这些技术设计中，仿生学用来改进能源采集和交换、环境监测和控制等方面。
2.4 物理学仿生学在物理学建模和仿真方面也有着重要的应用。
例如，建立仿生模型可以模拟太阳能电池板、太阳海、灰熊的振动信号处理、水母垃圾清理机器人等等。
2.5 制造业仿生智能在制造业中的应用是优化生产流程和性能。
生物反应器工程的进展及应用前景
生物反应器工程的进展及应用前景随着生物技术和生物工程技术的发展，生物反应器工程也越来越受到人们的关注。
生物反应器是一种将微生物、细胞或酶等生物体系与物理化学体系联系起来，实现生物过程的转换和放大的设备。
它广泛应用于制药、食品、化工等领域，可用于生产药品、饮料、乳制品、酒精、食品添加剂等多种产品。
本文将探讨生物反应器工程的进展及应用前景。
一、生物反应器工程的发展历程生物反应器工程作为一门交叉学科，源于20世纪50年代初期的微生物发酵工程。
20世纪60年代末至70年代初，在生物工程和生物技术的推动下，生物反应器工程开始成为一个研究领域，逐渐形成了自己的研究体系和学科体系。
随着生物技术的飞速发展和工业化需求的增加，生物反应器工程逐渐成为一门独立的学科，成为生物化学、化工、环保工程等领域的重要组成部分。
二、生物反应器工程的进展1. 设备结构创新随着现代计算机技术和传感器技术的发展，生物反应器的结构不断被改进。
计算机模拟、分析和模型控制大大提高了反应器的性能和效率，从而提高了生产效率和质量。
同时，反应器的形式也得到了广泛的改进，如批量、连续、半连续和离散反应器等。
2. 微观反应器的发展微观生物反应器是新型反应器的研究方向之一。
微小的反应器可以为微生物的生长和代谢提供一种环境，从而提高反应器的效率和转化率。
同时，微观反应器可以为不同的微生物提供不同的温度、pH值、氧气和营养物质，从而优化微生物的生长和代谢。
微观反应器在微生物代谢的研究、新型药物结构的发现和制造、缩短生物反应器的反应时间等方面具有广泛的应用前景。
三、生物反应器的应用前景1. 药物开发及制造生物反应器在制药领域的应用越来越广泛。
通过生物反应器工程可以生产出诸如生物药物、口服药物、治疗癌症的药物等等。
这些药物在生产过程中，可以通过生物反应器工程的手段来控制它们的制造，以便使可得到更具品质管理的产品。
生物反应器工程的重要性对于制药领域的质量安全以及新型药物的研发十分重要。
微型反应器的设计和应用
微型反应器的设计和应用随着科技的不断进步，化学反应器的规模不止缩小，从宏观到微观的跨越也是关键。
从宏观到微观的低噪声，微型反应器也成为科学研究和工业生产中必不可少的一环。
一、微型反应器的发展微型反应器的基本概念是指在微米、毫米甚至亚毫米的空间范围内设置反应器，整个反应在一个微小空间里完成，与常见的宏观反应器不同，常见的反应器一般达到好几十甚至几百立方米。
微型反应器的优点在于反应物与催化剂接触的接触时间更短，反应物能够更均匀地通过反应器，生成的产物也能够更快的与体系分离，从而大大提高反应效率。
微型反应器本质上是一种新型的化学反应装置，可以被认为是化学反应器领域中的一项前沿技术。
大约二十年前，微型反应器在实验室当中出现，之后，微型反应器越来越普遍地用于在微观尺度处合成和分析化合物。
在学术界，微型反应器已经被用于合成材料、药物、纳米材料以及异质催化剂。
据统计，微型反应器的研究和应用领域日益广泛，包括有催化剂合成、金属催化型碳氢键活化、等离子提纯、荧光标记、纳米颗粒合成和小分子分析等。
尽管微型反应器的工作原理与宏观反应器类似，但基于尺寸的影响，它们的性质却与宏观反应器截然不同。
二、微型反应器的特点1. 反应器小型化由于微型反应器是在微观距离上完成反应的，这种特殊的设计使得整个反应器非常小巧，大小通常在微米到毫米之间。
这种小型化的设计对于反应速度和反应效果都有很大的帮助，因为反应物相互作用的距离变得非常近，这可以加速反应速度并提高反应效率。
2. 操作简便由于微型反应器的小巧和灵活性，操作也变得更加容易和简单。
添加反应物和调整反应条件都变得更加实际和容易，因此这使得微型反应器广泛应用于学术和工业研究。
3. 高效正是因为微型反应器的设计，微型反应器能够提供更快的反应速度和更高的反应效率，这是由于反应物在微米到毫米的空间中，可以更均匀地和催化剂接触。
4. 量身定制微型反应器的设计和生产具有高度的灵活性。
科学家们可以根据不同的反应需要定制不同的微型反应器，包括反应器的形状、大小、材料、通道设计等。
膜生物反应器及其耦合工艺的应用研究进展
膜生物反应器及其耦合工艺的应用研究进展1. 引言1.1 膜生物反应器的概念膜生物反应器是一种将膜技术与生物反应器相结合的新型反应器，通过在反应系统中引入膜分离技术，实现废水处理、生物降解、生物制药和食品工业等领域的高效能和高纯度生产。
膜生物反应器的主要原理是利用膜的特殊结构和分离性能，通过膜的筛选作用和传质调控，实现废水中有害物质的去除和有用物质的保留，从而达到对废水进行高效处理的目的。
膜生物反应器具有反应效率高、操作简单、占地面积小、能源消耗低、运行成本低、操作稳定等优点，在废水处理、生物降解、生物制药和食品工业等领域有着广泛的应用前景。
随着膜技术和生物技术的不断发展，膜生物反应器在应用中展现出了更大的潜力和优势，成为了当前研究和应用的热点领域之一。
通过不断深入研究和实践应用，膜生物反应器将为实现环境保护、资源高效利用和永续发展提供重要技术支持和解决方案。
1.2 耦合工艺的意义耦合工艺的意义在膜生物反应器的应用中起着至关重要的作用。
耦合工艺是指将不同的生物或化学过程结合在一起，以达到更高效的处理效果。
通过耦合工艺，可以实现不同反应器之间的协同作用，提高废水处理的效率和质量。
耦合工艺还可以实现资源的综合利用，减少能源消耗和废物排放，达到可持续发展的目标。
在膜生物反应器的应用中，耦合工艺可以将不同类型的膜反应器结合在一起，形成多级处理系统，使废水在不同环境下经过多次处理，达到更高的处理效果。
耦合工艺还可以将膜生物反应器与其他生物降解技术结合起来，充分利用各自的优势，提高废水处理的效率和水质的净化程度。
耦合工艺在膜生物反应器的应用中扮演着重要的角色，可以提高废水处理的效率和质量，减少资源的浪费，为环境保护和可持续发展做出贡献。
研究耦合工艺的意义和优势对于推动膜生物反应器及其应用的发展具有重要意义。
2. 正文2.1 膜生物反应器在废水处理中的应用膜生物反应器在废水处理中的应用是一种高效的水处理技术，其主要优势包括高降解效率、节约空间、操作简便等。
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一种新的思路——仿生构型
如果将催化剂颗粒考虑为动物的细胞，床层比拟为
组织，通道比拟为血管，将反应器作为一个具有内部 结构组织的功能性器官来考虑，就可以得到大自然的 许多启发。 在通道设计方面，将一头进、一头出的模式改为分 布式进料、分布式出料构型，这是一种新的格局。
逆流蓄热催化燃烧器原
理示意图
Left Right
Monolith
问题——
体积大，空间利用率低，难 以移动；不定常操作，切换 频繁。
Monolith
Monolith
Monolith
Monolith
Monolith
Catalyst
Catalyst
Forward Flow
Reverse Flow
仿生反应器的一大优点：温度均匀
多管蜂窝式仿生反应器
壁面可渗透
成型方法：整体成型烧结，3D打印
插管式固定床仿生反应器
动脉插管
静脉插管
多层径向流仿生反应器
动脉狭缝通道
催化剂填装层
静脉狭缝通道
加工方法：双层多孔网板分隔催化剂填充颗粒
适用过程——快速放热/吸热反应
• 甲烷水蒸气重整制氢 • 甲醇合成 • 氨的合成 • 乙苯脱氢制苯乙烯 • 甲苯歧化与异构化 • 汽油催化重整 • CO水汽变换 • 低浓有机尾气蓄热燃烧 • MTP与MTA • 合成气制乙二醇
叠合裂化： 5 6 7
213.92
2866.7 221.22 75.701
55.256
45.337 14.091 4.5054
8
9
33.426
30.826 29.251 0.8333
119.46
3.03 167.18 38.92
氢转移：
10 11
12
13
54.207
0.5340
0.101
91.73
14
0.95
1.10
1.25
1.40
R(mm)
单段床层计算
0.85
Selectivity of C3H6
丙烯选择性随床高有一最 大值，由C5生成与裂解引 起。床层过厚选择性下降， 烷烃副反应增加。
0.80
0.75
0.70
结论—— MTP过程强化方向 • 催化剂小颗粒 • 反应器薄床层
（短接触时间）
0.65
新型瓦斯催化燃烧器结构示意图
气体进口 动脉通道 气体出口 尾气换热器 催化剂 装填层 静脉通道
燃 烧 尾 气
小结
所谓仿生反应器，就是采用分布式的进料与出料通道 网络来将一个大尺度的固定床分隔为许多小尺度的独立单 元，这种分隔有两大优点：一是降低流动阻力，便于采用 小颗粒催化剂；二是温度与负荷相对均匀。仿生反应器适 用于快速放热催化反应过程的强化。
催化燃烧采用仿生反应器的原理：减小尺度，促进温度均匀，
降低气体起燃温度。
•床层分割示例
催化剂：堇青石负载钯 固定床厚度：0.4米 甲烷浓度：1% 接触时间：0.5秒
Catalyst
催化剂床 厚度m
0.4 0.3 0.2 催化剂厚度m
冷端温 热端 度℃ 温度 360 582
408 539 0.5 0.4 584 605 0.3
仿生反应器通过动/静脉通道网络将反应物均匀送达床层每一
个局部，通过床层的距离短，有利于温度均匀化。 影响固定床传热特性的两个相互制约因素：冷量随气体从进口 端流入，吹冷固体；而热量从出口高温端向进口低温端传导， 加热气体。 仿生反应器通过通道网络将固定床分割为大量独立单元，床层 尺度越小，气速越低，温度梯度越大，对流与传导两种因素随 尺度减小而此消彼长，在一定的条件下达到平衡。
温差 222 176 66 0.2 0.1
Catalyst
Catalyst
最低进口气体 396 347 277 252 230 温度℃
Catalyst
Catalyst
Catalyst
Catalyst
仿生催化燃烧器设计要点
多层平板型分布式进气/出气，堇青石负载钯催化剂薄板。 低的气体起燃温度使得尾气逆流换热成为可能，从而改蓄 热式燃烧为换热式燃烧。 反应器紧凑，可移动，定常稳态操作。
当前工作——
合成气制乙二醇仿生反应器概念设计（与BASF合作） 过氧化氢催化分解仿生反应器设计 3D打印制备微型仿生反应器技术
Thank you !
进料
进料
出料
单段反应器计算比较
普通固定床反应器
占地面积(m2) 床层厚度(m) 进口温度 进口压力
仿生反应器 0.253 1
1 0.253 743K 1.3atm
经过催化剂床气速(m/s)
处理量(m3/s) 催化剂当量直径(mm) 催化剂层厚度(m) 压降(Pa) 丙烯选择性 催化剂有效系数（丙烯为 基准）
案例1——甲醇制丙烯（MTP）
3 CH3OH → C3H6 + 3H2O
催化剂： ZSM-5 涉及的反应—— 1. 甲基化
2. 催化裂化
3. 加氢/脱氢
MTP 动力学
速率常数
甲基化： 1 71.31 116.1
活化能kJ/mol 动力学表达式
2
3
338.7
260.55
222.67
92.326
4
0.879
0.879 2.8 0.253 1204.5 0.7173 0.274
0.737
1.553 1.4 0.12 1121.5 0.7710 0.484
案例2——低浓度瓦斯气催化燃烧
• 甲烷的温室效应是CO2的25倍，煤矿瓦斯气浓度低（1%以 下），量大，分离难，宜燃烧后再排放。
• 低浓度甲烷燃点高（900℃以上），高温燃烧预热难， NOx生成多。催化燃烧是当前的选择。 • 催化燃烧的难点是气体的预热，要求达到起燃温度400 ℃以上，多采用逆流蓄热燃烧（Reverse Flow Combustion), 以陶瓷/金属填料或蜂窝陶瓷为蓄热体。
现有的技术措施
径向床
卧式床
整体催化剂 异型化催化剂 ——典型案例： 轻烃蒸汽转化
甲醇与二甲醚合成
乙苯脱氢 加氢重整与异构化 径向流动固定床（甲醇合成）
林达卧式床（1992）
——甲醇合成
形形色色的异 型化催化剂
——甲烷蒸汽转 化
蜂窝式规整反应器（monolith reactor)
单通道式反应器，压降低、成本低
15 16
0.7214
0.8840 1.3552
79.96
57.30 0.1672
150
单颗粒模拟
Rate(mol/m /s)
100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 0.0
rmeth rc4h8 rc6h12 rc2h4
rc3h6 rc5h10 rc7h14
反应速率沿粒径分布——反应区在 颗粒外表皮层
0.60
0.55 0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0
L(m)
丙烯选择性沿固定床厚度的变化
固定床MTP反应器的新设计
现有的Lurgi固定床采用多段扁 平式催化剂床构型，颗粒大(当 量直径2.8mm);床层厚；气体均 布难；空间利用率低。
MTP适合采用多层多段仿生反应 器构型
人体或动物体内部的流体循环体系是一种最佳的流 动分配与热、质交换系统，具有最低的压降，降低压 降的要点是采用了分布式动脉输送系统与分布式静脉 出料系统。
固定床仿生构型——从动物循环系统得到的启发与联想
Aorta Artery
Organism (catalyst) Capillary Brance vein Cardinal vein
新观点讨论
仿生反应器的概念及其应用
Bionic Reactor—— Concept & Application
浙江大学化学工程系 李 希 2013.12.23
固定床反应器的主要缺陷
• 压降大——流程长 • 温差大——传热差 • 颗粒大—— 快反应有效系数低
• 床内负荷不均匀
——固定床难以适合快速反应， 强放热反应
催化剂涂覆通道表面，负载量少 ——通道式反应器不能替代填充型反应器
汽车尾气净化用规整反应器
一种新的思路——仿生构型
压降与粒径的矛盾是现有固定床反应器的瓶颈。
产生上述瓶颈的原因是固定床的设计长期无法突破 单一通道进料、单一通道出料的构型设计思维定势 （one way in, one way out)，只考虑颗粒结构的局部 细化而不着眼于床层整体构型的改变。
3
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
R(mm)
1.0
颗粒有效系数与粒径关系——内扩 散控制
Internal Effectiveness Factor
0.8
METH C3H6 C4H8 C5H10 C6H12
0.6
0.4
结论—— MTP属于快速放热反应
0.2
0.0 0.35
0.50
0.65
0.80
Learn from nature, learn from God！
多层芯片式仿生反应器
Product
芯片式整体催化剂+微换热器
A’ Porous catalyst Main channel
Feed
A
Branch channel
Exchanger chip Reaction chip
A
A’
成型方法：压模烧结