微化工氧化_微化工技术研究进展

  本文关键词：微化工技术研究进展，，由笔耕文化传播整理发布。

Oct.2007#8#现代化工

ModernChemicalIndustry第27卷第10期2007年10月

微化工技术研究进展

陈光文

(中国科学院大连化学物理研究所,辽宁大连116023)

摘要:微化学工程与技术着重研究微时空尺度内的微型设备和并行系统中的过程特征和规律。由于特征尺度的微型化,表(界)面作用增强,传递作用较常规尺度的设备中提高了2~3个数量级。开展微化工技术研究旨在增强化工过程安全性、促进过程强化和化工系统小型化,提高能源、资源利用效率,达到节能降耗之目的;其成功开发与应用将对化学化工领域产生重大影响。本文将讨论微化学工程与技术的最新研究进展。

关键词:微化工技术;微型化;微反应器;微混合器;微换热器;过程强化中图分类号:TQ016;TQ-9

文献标识码:C

文章编号:0253-4320(2007)10-0008-06

Advanceandprospectofmicrochemicalengineeringandtechnology

CHENGuang-wen

(DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian116023,China)

Abstract:Microchemicaltechnologyisanewdirectionoriginatingintheearly1990s.Thistechnologyfocusesonthestudyofthechemicalengineeringprocesspropertiesandprinciplesofthemicrochemicaldevicesandmicrochemicalsystems.Becauseofthesmalldimensionofthemicrodevices,thespecificsurfaceareaincreases,thesurfaceeffectisenhanced,andtheeffectoftransportation(flow,heattransferandmasstransfer)leadtoaremarkableincreaseoftransferrates,whichexceedthoseofconventiona-lsizeddevicesby2-3ordersofmagnitude.Theapplicationofmicrochemicaltechnologycanimprovegreatlytheefficiencyofsystemsanddiminishtheirvolumesandweights.TheapplicationofmicrochemicaltechnologywillmakeagreateffectonthewholefieldofchemicalEngineering.Therecentadvanceonmicrochemicalengineeringandtechnologywillbediscussedinthispaper.

Keywords:microchemicaltechnology;miniaturization;microreactor;micromixer;microheater;processintensification

微反应器是指流体流动通道特征尺度在数百微米范围的反应器。微通道内,流体以微米级厚的薄层相互接触,可实现快速微观混合;同时流体与反应器壁间有很大的接触面积,可显著提高换热效率。对由混合、传递控制的反应过程,混合和传质、传热的高度强化能够显著提高反应速率,同时提高反应选择性。通道特征尺度小于火焰传播的临界尺度以及微反应器内的小反应物持有量,因而微反应器具有内在安全性,将其应用于强放热及易燃易爆的反应过程,能显著提高反应过程的安全性,并实现连续生产。由于微反应器结构的模块化,可实现直接放大,推进实验室成果的实用化进程。

微化工技术是20世纪90年代初兴起的多学科交叉的科技前沿领域,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

收稿日期:2007-09-29

科。微化学工程着重研究时空特征尺度在数百微米和数百毫秒以内的化工微型设备和并行分布系统的设计、模拟、生产和应用等过程的基本特征和规律。

由于微反应技术具有强的传热和传质能力,可大幅度提高反应过程中的资源和能量的利用效率,减小过程系统的体积或提高单位体积的生产能力,实现化工过程强化、微型化和绿色化。微化工技术的发展将会对化学化工领域产生相当的影响[1-5]。

1 过程强化原理

微化工技术思想源自于常规尺度的传热机理。对于圆管内层流流动,管壁温度维持恒定时,由公式(1)可见,传热系数h与管径d成反比,即管径越小,传热系数越大;对于圆管内层流流动,组分A在管壁处的浓度维持恒定时,传质系数kc与管径成反比(公式(2)),即管径越小,传质系数越大。由于微通道内流动多属层流流动,主要依靠分子扩散实现

基金项目:国家自然科学基金(20490208,20676129)、863计划(2006AA05Z233)和北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金

(KFJJ06-1)共同资助

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