試論微化工過程中的傳遞現象

楊景峰(天津大沽化工股份有限公司, 天津 300455)

20世紀對化工行業來說意義非凡，化工技術這一時期經歷了一場強壯期，“單元操作”“三傳一反”兩大發展階段，化工過程在慢慢地向多個領域伸出了橄欖枝。

1 多相流動與構架調控

(1)微尺度多相流動 液體的流動形式與外界力、自身重力、吸引力等各種力的互相作用有關，在微化工設備大小固定的情況下，外界力就代替了原本占主導地位的重力和吸引力，這樣就使在微尺度條件下多相流動過程里可以發展成有規律而且固定的氣液或者液液界面，進而展示出形態不一的流動狀態，如果我們依照界面構架對這種流動狀態進行歸類，就可以將其分為封閉界面和非封閉界面這兩種類別。

(2)微尺度平行層流 兩種相互可以融合對方的液體，在一定數值下，總是會有很大可能向平行層流發展，在流動的過程之中還往往是一者向另一者慢慢靠攏，對于不能夠互相融合的因為外界力的作用，就會容易發生破裂，所以若是想要發展為不會容易發生破裂相對平穩的狀態，就要嚴格限制操作條件與體系。我們知道，平行流的固定性跟通道面的形態密切相關，除此之外，我們通過對通道墻壁的濕潤度的增加來改進它本身的特性這一方式也對保持相對平穩的狀態很有幫助，例如，我們通過將Chen等和Hu等的壁道兩側進行改變，將他們的性質改變為適于水中和疏于水中，進而使他們保持在平行的狀態，對于這種通過改變壁面來將本性改變的方法，在相關文章中均有說明，這樣通過微尺度平行層流的方式使得人們成功的對玻璃等材質進行改變性質。

2 微尺度混合與多相傳遞

(1)微尺度混合 微化工過程是從人們對微混合與微換熱器的探究開始的，微尺度混合在微化工過程里是顯而易見的重要特點，因為它形態嬌小不但可以縮短傳遞的距離，對時間上來說也能起到一定的節省作用，除此之外，最大的優勢在于不會出現溫度分布不均勻的現象，但是任何事物都是有兩面性的，它的劣勢就在于大部分微尺度的流動數值都在2000以下，且為層流，沒有渦流，相對而言對混合的迅速完成是不利的。所以目前我們的研究方向應該是新的混合設備的研發和微尺度混合規律的研究。

(2)微尺度氣液傳質 對微尺度的氣液之間的相互傳質這一性能進行探究一直是化工過程中的重要階段，研究發現，在微尺度的作用下傳質有濃度高，比表面積大的特性，所以，在原傳統過程中的液互相傳質在微尺度作用下可演變為氣互相傳質的阻力控制。根據這一特點，微篩孔、膜等微小設備就變成了高效率的單級吸收設備，這些設備可以完全適合粘性，吸收的過程，這在化學的吸收和物理的單級吸收里具有顯著的優點。

(3)微尺度液液傳質 同樣，液液體系在微化工過程中一樣占著重要地位，加強液液傳質過程，對于提高效率和能源資源的利用率都有很大的幫助，而且還能更大程度上的達到可持續發展戰略和節能減排的實現。我們在微通道中放置一顆小顆粒，在流場作用下，不但能夠加快液液傳質過程，還能看到Marangoni效應類似這樣的現象，在化學反應過程中，我們通過有惰性的物質來內取熱是液液分散的另一個應用環節。

3 微化工系統的放大技術

并行放大技術。微化工系統中最明顯的特征就是方便并行放大，也被叫做數量放大，并行放大主要分為兩種：一個是內部放大，一個是外部放大。內部放大主要包括含多通道和多個尺度構架的單元芯片，由單元芯片結合成的單元器件；外部放大主要包括單元器件，再有這單元器件結合成為化工系統，因為微化工系統里含有多尺度結構。所以并行放大就要對每個控制量的不平衡分布進行研究，重點探究因為并行放大而對整體的行為產生的影響，從而建立起微化工系統并行放大這一基礎理論。

4 微化工技術的發展前景

關于微化工技術的各項探究我們一直是在科研機構和各大重點高校中進行的，關注度還不是那么高，所以我們對于其放大與集成的技術層面的研究機會就相對較少，減慢了微化工系統的實用化。近10年來的不斷探究與推廣，使得目前微化工技術已經走在時代的前沿，我國針對這一行業進行具體的專研時間還不是很長，如果從現在開始跟產業界開始結合，能夠更加有效的提高化工技術的進度，在放大與集成方面更好的為積累經驗做準備，慢慢的開發成為一項專利。

5 結語

在今天，作為一項化工產業而言，微化工系統前方既有機遇，也有挑戰。微化工技術的研發與運用不但會改變現在的設備性質，也會改變所需的能源的損耗度，物資的損耗度，而且會更加全方位的開拓它的實用層面，這將是現代化工技術的一項重大改良，而且也會對整個的化工領域有著深遠影響。

[1]喬聰震,陳蔚萍,張順利.化工傳遞過程中的類似性[J].化學研究,2000，(04).

[2]余武斌.微通道反應器內精細有機合成反應及混合規律研究[D].浙江工業大學,2013.

[3]陳光文.微化工技術研究進展[J].現代化工,2007，(10).