微化學工程技術發展淺談

摘 要：興起于上世紀90年代初期的微化學工程技術，是一門多學科交叉的前沿科學，該技術將微機電系統設計思想與化學化工基本原理有機的結合在一起，而移植成電路和微傳感器制造技術。微化學工程技術所涉獵的學科非常廣泛，如化學、材料、化工、機械等，文章將對該技術的主要應用做簡單論述。

關鍵詞：微化工；技術；發展

1 微化工技術的概述

微化工技術的應用，實現了反應時間的大幅度縮短，從幾小時甚至幾十小時縮短至幾十秒，乃至幾秒，而且反應容器的體積也得以縮小成為以升或毫升為單位的容器。微化工技術自形成以來，到如今僅僅經過了20多年的發展階段，已經憑借其特有的魅力讓我們對化工生產的前景充滿了希望。如利用可直接放大而且具有較高安全性，能夠比較容易控制反應過程的技術，改變化學工業污染重、能耗高的傳統發展模式，實現綠色化工生產，提高化工生產的資源與能源利用的效率?；み^程中進行的化學反應往往會受到來自于傳遞速率或本征反應動力學的控制或者處于兩者的共同控制下。

2 微化工系統的特點及優越性

2.1 有利于化學反應的精確控制

微反應技術的實現原理是對微管道中的連續流動反應的運用，從而準確控制物料在反應條件下的停留時間，而且這一方法的運用，明顯減少了反應物的所需用量，因此反應時間大幅度縮短，而且顯著提高了精度，從而能夠將因在過程的反應時間內所產生的副產品清除掉。檢測時間因微組合化學合成與分析系統的應用，將原來的2-3個小時縮短至不足一分鐘，而精度卻提高到仄摩爾（10-21mol）。

2.2 安全可靠

特征尺寸與火焰傳播臨界直徑相比，相對要小一些，而且微通道具有很強的傳熱能力，從而為鏈式反應的順利進行提供了條件。同時，也有效地抑制自由基爆炸反應。由于微化工系統的換熱效率極高，再加上系統內存有能夠滯留的物料，即使發生了自由基爆炸的情況，所造成的后果也屬于可控范圍內，從而促使在過去于常規設備內完成的具有較大危險的化學反應而不敢或不能進行的試驗，得以實現。

2.3 小試工藝不需中試可以直接放大

將微反應技術應用于生產時，工藝放大的實現可以運用增加微通道數量的方式，而不能選擇增加微通道特征尺寸。這樣就有效減少了中間的試驗放大階段，提高了效率。由此可以看出小試工藝的突出優勢在于最佳反應條件可以直接進入生產而不需要提前對其作出任何改變，有效解決了過去需要將常規反應器放大的難題。

3 微反應器的研究與應用

3.1 微反應器的設計

微反應器作為一個微系統，其復雜性可見一斑，而且設計當中覆蓋了多個領域的知識，對知識的綜合運用提出了較高的要求。由此可以看出，微反應器的各部件與微通道的制作都必須以精密的設計與研究作為基礎和前提。微通道對于熱交換和傳遞都有著重大的影響，因此存在著復雜的關系。微通道的直徑數量級單位為微米，所以流體所在的容器為微米量級寬度的管道，一般情況下雷諾準數在幾十到幾百之間，粘滯力比慣性力大，流體為層流狀態。

3.2 微反應器適合的類型

根據相關研究表明，微反應器只能運用于30%的精細化領域的有機反應當中，實現收率、選擇性以及安全性等方面的提高。由此可以判斷出，微反應并不是能夠應用于所有類型的化學反應，其所具有的優勢可以在以下化學反應中得以體現。

3.2.1 放熱劇烈的反應。對于這類反應，運用常規反應器時，進料方式會選擇逐漸滴加。而即使采用逐漸滴加，也仍然會出現局部瞬間過熱的現象，產生一定量的副產物。而微反應器的應用，則能夠及時將熱量導出，從而精確控制反應溫度。

3.2.2 反應物或產物不穩定的反應。某些反應物或生成物具有很強的不穩定性，即使在反應器中做短暫的停留，也會分解而降低收率。而微反應器的原理是連續流動，從而對反應物的停留時間加以精確控制，從而防止出現類似于常規反應器中的由于反應物或生成物不穩定而分解的情況。

3.3 微反應器技術的應用

微反應器技術在發展的過程當中，主要的應用范圍是小試研究，應用的目的有改善工藝條件，實現催化劑篩選和反應動力學測定等。由于微反應器技術具有許多突出的優勢，而被越來越多的化工生產作為第一選擇對象。大量的歐洲公司和研究機構，特別是發展規模較大的化工和醫藥公司都在微反應器新生產工藝的開發與應用方面投入了大量的人力、物力和財力，而在我國該項技術還處于理論階段，還沒有關于工業應用的報道。

4 結束語

微化工技術發展至今，已經引起了國內外化工廠家或實驗室的廣泛關注，各國政府都先后制定了研究計劃。然而，在實際的化工生產過程中，其應用案例還為數不多，業界還處于觀望階段。因此，對微化工技術相關基礎的研究還需要不斷深化，以提高其利用率。

參考文獻

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