本文關鍵詞：微化工技術研究進展，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

Oct.2007#8#現(xiàn)代化工

ModernChemicalIndustry第27卷第10期2007年10月

微化工技術研究進展

陳光文

(中國科學院大連化學物理研究所,遼寧大連116023)

摘要:微化學工程與技術著重研究微時空尺度內(nèi)的微型設備和并行系統(tǒng)中的過程特征和規(guī)律。由于特征尺度的微型化,表(界)面作用增強,傳遞作用較常規(guī)尺度的設備中提高了2~3個數(shù)量級。開展微化工技術研究旨在增強化工過程安全性、促進過程強化和化工系統(tǒng)小型化,提高能源、資源利用效率,達到節(jié)能降耗之目的;其成功開發(fā)與應用將對化學化工領域產(chǎn)生重大影響。本文將討論微化學工程與技術的最新研究進展。

關鍵詞:微化工技術;微型化;微反應器;微混合器;微換熱器;過程強化中圖分類號:TQ016;TQ-9

文獻標識碼:C

文章編號: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

微反應器是指流體流動通道特征尺度在數(shù)百微米范圍的反應器。微通道內(nèi),流體以微米級厚的薄層相互接觸,可實現(xiàn)快速微觀混合;同時流體與反應器壁間有很大的接觸面積,可顯著提高換熱效率。對由混合、傳遞控制的反應過程,混合和傳質(zhì)、傳熱的高度強化能夠顯著提高反應速率,同時提高反應選擇性。通道特征尺度小于火焰?zhèn)鞑サ呐R界尺度以及微反應器內(nèi)的小反應物持有量,因而微反應器具有內(nèi)在安全性,將其應用于強放熱及易燃易爆的反應過程,能顯著提高反應過程的安全性,并實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。由于微反應器結(jié)構的模塊化,可實現(xiàn)直接放大,推進實驗室成果的實用化進程。

微化工技術是20世紀90年代初興起的多學科交叉的科技前沿領域,是集微機電系統(tǒng)設計思想和化學化工基本原理于一體,并移植集成電路和微傳感器制造技術的一種高新技術,涉及化學、材料、物理、化工、機械、電子、控制學等各種工程技術和學

收稿日期:2007-09-29

科。微化學工程著重研究時空特征尺度在數(shù)百微米和數(shù)百毫秒以內(nèi)的化工微型設備和并行分布系統(tǒng)的設計、模擬、生產(chǎn)和應用等過程的基本特征和規(guī)律。

由于微反應技術具有強的傳熱和傳質(zhì)能力,可大幅度提高反應過程中的資源和能量的利用效率,減小過程系統(tǒng)的體積或提高單位體積的生產(chǎn)能力,實現(xiàn)化工過程強化、微型化和綠色化。微化工技術的發(fā)展將會對化學化工領域產(chǎn)生相當?shù)挠绊慬1-5]。

1 過程強化原理

微化工技術思想源自于常規(guī)尺度的傳熱機理。對于圓管內(nèi)層流流動,管壁溫度維持恒定時,由公式(1)可見,傳熱系數(shù)h與管徑d成反比,即管徑越小,傳熱系數(shù)越大;對于圓管內(nèi)層流流動,組分A在管壁處的濃度維持恒定時,傳質(zhì)系數(shù)kc與管徑成反比(公式(2)),即管徑越小,傳質(zhì)系數(shù)越大。由于微通道內(nèi)流動多屬層流流動,主要依靠分子擴散實現(xiàn)

基金項目:國家自然科學基金(20490208,20676129)、863計劃(2006AA05Z233)和北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室開放基金

(KFJJ06-1)共同資助

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