精细化工安全管理中微反应技术的应用
微反应器在精细化工领域氧化反应中的应用进展
微反应器在精细化工领域氧化反应中的应用进展
李绪根;王建芝;刘捷;林笑;张程;喻发全
【期刊名称】《化学与生物工程》
【年(卷),期】2022(39)8
【摘要】氧化反应在精细化学品合成过程中占比最大,超过了50%.然而,许多氧化反应中间体的过度氧化难以控制,导致选择性低,反应放热量大,易发生火灾、爆炸、泄漏等安全事故.微反应器具有独特的结构,可实现强化传质、传热,可精确控制反应温度和反应时间.将微反应器应用于氧化反应可提高氧化反应的转化率和选择性,特别是能有效提高生产安全性.对微反应器在精细化工领域氧化反应中的应用进展进行了综述,包括烷烃氧化、烯烃氧化、醇氧化、醛酮氧化、芳香族化合物氧化、胺氧化等,为微反应器的更广泛应用提供了帮助.
【总页数】9页(P1-9)
【作者】李绪根;王建芝;刘捷;林笑;张程;喻发全
【作者单位】武汉工程大学化工与制药学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ05
【相关文献】
1.浅谈精细化工中微反应器的应用
2.精细化工中微反应器的应用初探
3.微反应器技术在精细化工中的应用
4.微反应器技术在精细化工中的应用
5.微反应器技术在精细化工中的应用
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精密流体控制技术在化工行业的进展
精密流体控制技术在化工行业的进展精密流体控制技术在化工行业中扮演着至关重要的角色，它不仅影响着化学反应的效率与产物质量，还直接关联到生产过程的安全性与环境影响。
随着科技的进步和行业需求的不断提升，这一领域正经历着前所未有的革新。
以下是精密流体控制技术在化工行业进展的六个关键方面。
一、微流控技术的应用拓展微流控技术通过在微观尺度操控流体，实现了对化学反应的精确控制和高度集成化。
在化工领域，微流控芯片能创建微型反应器，使化学反应在极小体积内高效进行，显著提高了反应速度和产物纯度。
这种技术特别适用于高附加值化学品的合成，如药物中间体和精细化学品，同时减少了原料消耗和废物产生，体现了绿色化学的理念。
二、智能传感器与自动化控制系统的集成随着物联网（IoT）和（AI）技术的发展，化工厂中的精密流体控制系统越来越智能化。
智能传感器能够实时监测流体的压力、温度、流量和成分，这些数据被迅速传输至处理单元，通过复杂的算法分析，自动调整阀门开度、泵速等参数，确保流体流动维持在最优状态。
这种即时反馈和动态调整机制，大大提高了生产过程的稳定性和效率，同时减少了人为错误。
三、高精度计量泵与分配系统的创新计量泵是化工生产中实现精准流体添加的关键设备。
近年来，新型计量泵不仅提高了流体输送的准确度，还增强了耐腐蚀性和清洁能力，适用于更多种类的化学介质。
特别是无脉动设计和数字化控制技术的引入，使得泵送过程更加平滑，减少了混合不均和过量添加的风险。
在特殊化学品和高性能材料的制备中，这些进步尤为重要。
四、新型材料在流体控制组件上的应用材料科学的进步为精密流体控制技术带来了新的机遇。
例如，高性能聚合物和陶瓷材料的使用，不仅提高了流体接触部件的耐腐蚀性和耐磨性，还减轻了设备重量，降低了能耗。
此外，形状记忆合金和智能材料的开发，使得阀门等控制元件能够根据流体条件自动调节，进一步提升了系统的灵活性和响应速度。
五、可持续流体管理系统的发展面对日益严格的环保法规和可持续发展目标，化工行业正在转向闭环流体管理系统，这要求对流体的回收、再利用和排放进行精确控制。
微通道反应器的高效精细化工时代
微通道反应器的高效精细化工时代微通道连续流反应器技术基于独特的非金属耐腐材质和卓越的传热-传质性能设计，可有效强化合成反应条件，是对传统化工小试和中试生产装备的重大革新，它打开了新时代高效化学研发和生产的窗口。
让化学反应时间从几小时或几十小时缩短到几十秒到几分钟，同时解决强腐蚀、易爆、高能耗、高溶剂消耗和高污染排放等诸多难题，这正是微通道反应器独有的魅力。
微通道反应器技术已应用于医药、农药和染料中间体合成。
常见的应用领域包括选择性硝化、浆态加氢、重氮偶合、磺化、卤化和氧化等反应，以及在材料和催化剂制备中用于纳米材料合成、特种试剂制备如格氏试剂和过氧化试剂等。
微反应器技术，特别是液相微反应器技术最早于上世纪90年代后期在德国出现。
当时根据原子能技术民用化项目的要求，微型机械加工技术以及微通道结构热交换器被用于处理强放热和高危险化学品。
德国在1997年开发成功微米级高硼硅玻璃微通道反应器用于偶氮偶合反应。
微反应器技术很多年来一直徘徊在研发和科研应用阶段，停留在“微小”的流体通量水平上，主要用于实验室小剂量化学合成路线的研究和筛选。
将微反应器优良的传质和传热效能体现在大规模的产业化装置中，一直是该领域的瓶颈。
但现在已经成为具有生产成本优势的工业化利器。
据统计，在精细化工反应中，大约有20%的反应可以通过采用微流体化工技术，在收率、选择性或安全性等方面得到提高。
微化工技术可用于高效换热、高效混合、强放热反应过程，高附加值精细化学品、剧毒物质、超细/纳米颗粒以及高能炸药的生产过程。
微流体化工技术涉及物理、化学、化工、生物、材料、微电子以及微机械加工等诸多领域，学科交叉性强，其基本原理是通过特殊设计的微结构单元对流经的反应流体进行切割，实现反应流体见以微米时空尺寸，甚至更小进行混合和换热。
与传统化工技术相同，微化工技术也使用反应器、混合器、换热器等单元组件。
但同传统化工工艺相比，微化工工艺微反应工艺实现了对传质传热的真正强化，使化学过程更快的传质传热、更好的时空收率、更安全环保、更经济节能、占地面积小，大大降低投资成本及能耗。
什么是化工本质安全？本质安全详解
化工生产过程通常会涉及多种危险化学品，具有易燃易爆、有毒有害、高温高压、危险源集中等特点，一旦发生安全事故，将给人民生命健康、生态环境、社会稳定等带来严重损害。
当前，数字化变革正在重塑化学品生产、消费模式，工业互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与安全管理深度融合，“工业互联网+安全生产”成为有效提升行业安全治理水平的必然选择。
此外，我国作出“碳达峰、碳中和”的战略部署，未来能源结构将产生重大变革，以氢能、太阳能、风能等为代表的新能源形式将会逐步代替传统的化石能源。
因此，在相当长的时期内传统化石能源将与新能源共存发展，安全风险叠加。
化工生产过程在新时期、新发展阶段面临的安全问题需要通过科技创新、技术进步来解决，安全技术的进步是防范和化解安全生产风险的重要途径，过程强化、风险感知与监测预警、风险管控与处置等一系列技术手段能够有效降低和控制安全风险，实现化工生产过程的本质安全化。
本文将系统介绍化工生产过程本质安全技术的研究进展，并分析未来化工生产过程安全化技术的发展趋势，为化工过程安全生产技术开发提供指导。
一、化工过程本质安全化概述本质安全（i n h e r en t sa f e t y）概念最早由英国的T re vo r K l e tz 于1976年提出，其理念是从工艺源头上永久地消除风险，而不是单独靠控制系统、报警系统、联锁系统的使用来减小事故发生概率和减轻事故后果的严重性。
本质安全是绝对安全的理想状态，生产运行上很难达到，实际中需要通过本质安全化（i n h e r e n t l y s af e r）的一系列技术措施降低过程风险，使化工过程本质上更安全。
化工过程全生命周期的本质安全如图1所示，最小化、替代、缓和、简化这4个本质安全化策略适用于研发、设计、建设、操作、变更和维护等化工过程的整个生命周期。
工艺过程的本质安全化与被动型、主动型和程序型安全防护措施一起构成了化工过程的保护层，其中本质安全化工艺技术在所有保护层中处于最核心的部分，对安全风险控制起到决定性作用。
微反应器应用领域
微反应器，即“微通道反应器”的简称。
顾名思义，微反应器是一种反应物质在微小通道内连续流动、发生反应、同时实现换热的装备。
然而，随着精细化工行业对微反应器用于化学品一定规模工业化生产的需求，微反应器通道的不断优化与改进，微反应通道尺寸早已达到毫米级。
而我们可以使用它进行很多复杂且危险的实验了，并且成功解决了很多之前使用传统反应器所造成的弊端。
而在医药制造领域这个成效是非常显而易见的。
下面我们就为大家详细介绍一下。
一、在化工产品生产中的应用由于香精挥发性高、留香时间短影响终产品的品质，所以香精香料的缓释和控释技术是目前国内外研究的热点和难点。
微胶囊香精技术是香精香料的缓释和控释技术中非常重要的一种，主要是指制造固体香精的技术。
它是指选择某些特殊材料以物理结合或化学结合与香精分子之间形成一定的包覆关系，从而减缓或控制香精香料在应用中的挥发性，延长香精香料的留香时间。
目前商品化的微胶囊香精基本上由三聚氰胺-甲醛的界面聚合反应制得，但是该工艺中存在不少问题——使用了大型反应器、反应时间长、以环境不友好的化合物为原料，而且微胶囊强度不理想导致其储存稳定性不高。
二、微反应技术在化工安全中的应用特别地，在精细化工领域，微反应技术所具有的优势能极大地提高精细化工过程的本质安全性: 极大的传热系数，能让反应接近等温条件下进行，没有热点的聚集，对于放热量巨大的快速化学反应，控制过程失控具有重大意义; 通过控制通道尺寸小于易燃易爆物质的临界直径，能有效地阻断自由基的链式反应，从而使爆炸无从发生; 多反应单元线性组合可以保证即使有毒有害物质发生泄漏，泄漏量也非常小，对周围环境和人体健康造成的危害有限，且能在其他单元继续生产的同时予以更换。
有研究统计，现阶段微反应技术可应用在20% ～30%的精细化工反应中，提升反应安全性，由于精细化工面宽量多，这已经是一个相当大的应用规模。
另外随着基础研究和设备制造的进步，该应用比例还会进一步提高。
浅析微化工技术在化学反应中的应用进展
技术应用与研究Chenmical Intermediate当代化工研究2016·0233浅析微化工技术在化学反应中的应用进展ＯＯ彭ＯＯＯ川(四川晨光工程设计院ＯＯ四川成都ＯＯ610041）摘要：微化工技术是现代化学项目范围的研究前沿和热点。
由于特点尺度的微型化,增强表面作用,传递功能相对常规尺度的设备提升了2～3个数量级。
展开微化工技术研究旨在加强化工过程安全性、推动过程加强与化工体系小型化,提升能源、资源运用效率,达到节能降耗之目的；其顺利开发和运用将对化学化工区域形成重大影响。
关键词：微化工技术；微反应器；微通道中图分类号：T 文献标识码：ABrief Analysis on the Application Development of Microchemical Technologyin Chemical ReactionPeng chuan（Szechwan Morning Engineering Design Institute, Sichuan Cheng d u 610041）Abstract ：Microchemical technology is the research front and hotspot in modern chemistry. As for the micromation of chararacter andscale,increasing surface function and transmission function have increased by 2-3 levels comparing to the conventional scale. The aim of taking microchemical technology research is to increase chemical process safety,promote the process and chemical system miniaturization,increase energy and resources operation efficiency and achieve the aim of energy-saving and cost-reducing. This technology’s success exploitation and application will bring great good influence on chemistry area.Key words: microchemical technology ；microreactor ；microchannels一、微反应器和常规釜式反应器1.常规釜式反应器在传统化工工业中，很多在间歇或半间歇釜式反应器内实施制药、精细化学品与化工中间体的合成，具备灵活操作、容易适应不一样的条件操作，一般适用于批量小、类别多的产品，在精细化学品和生物工程产品的生产中有较强的优势。
常州大学环境与安全工程学院院长张跃微反应开启化工高效精细化新时代
l\\<>\ATI\(-TAU'.N'I'I倉：1新达人常州大学环境与安全工程学院院长张跃：微反应开启化工高效精细化新时代■文/杜浩钧李伟宁微通道反应器是新型的反应器，其高效的传热传质接近理论值。
近年来，微通道反应器已经在多家化工行业应用，打破了国外公司的技术垄断，标志着化工界技术上取得了重大突破。
在该项目国产化研究的过程中，常州大学环境与安全工程学院院长张跃功不可没。
他带领团队勇于向新事物发起挑战，并以自主研发的技术为企业带来了丰厚的经济效益，获得了业内专业人士的肯定和认可。
张跃主持的项目《新型微通道反应器系统关键技术开发及产业化应用》获得了2019年中国化工学会技术奖二等奖。
敢闯天下先的技术团队微反应技术起源于20世纪90年代初的欧洲，美国康宁公司在2008年将微反应器技术推广到工业化应用阶段。
对传统化工装备而言，微通道反应器是一项革命性的创新技术，为化工产业开启了崭新的高效精细化时代，为行业转型升级、提升创新能力、实现绿色发展提供了有效的技术手段。
但在当时，无论是理论研究还是实际应用，国内还是一片空白。
张跃在采访中说，不可否认，近年来，微通道反应器在国内快速推广，美国康宁公司起到了一定的促进作用。
10年前，常州大学与该公司成立了联合实验室，但后来康宁公司因故撤走。
是继续做？还是放弃？摆在张跃及其同事面前的是一个前途未卜的选择。
但后来的事实证明，张跃答对了这道题，但解题的过程却是异常艰辛。
张跃向记者介绍说，微通道（连续流）反应器是一种依靠微加工技术，在特定的固体基质上蚀刻出固定形态的通道，并具有一定化学反应适用性的化工设备。
与常规釜式反应器相比，其内部通道直径非常细小，通常为10-500Pm,却拥有极大的比表面积，比釜式反应器的比表面积要大上几百倍张跃发表获奖感言甚至上千倍，因而有效地提升了换热效率和传质效率，并且能够精确控制反应温度，确保反应物料瞬间混合，有助于提高化学反应收率、选择性、安全性和产品质量。
绿色化工技术在精细化工中的应用研究
绿色化工技术在精细化工中的应用研究随着人们对环境保护意识的不断增强以及资源的有限性，绿色化工技术在工业生产中的应用越来越受到重视。
精细化工作为化工产业中的一个重要分支，其产品具有高附加值、高技术含量和高新技术密集度的特点，在现代化工企业中占据着重要的地位。
强调绿色化工技术在精细化工中的应用研究显得尤为重要。
一、绿色化工技术的概念和意义绿色化工技术是指在化工生产过程中，尽可能减少对环境的污染，减少能源消耗，提高资源利用率，遵循可持续发展的原则，从而实现对环境友好和经济效益的双重目标。
与传统的化工技术相比，绿色化工技术更加注重环保和可持续性，体现了人与自然和谐相处的理念。
绿色化工技术在精细化工中的应用意义重大。
精细化工产品通常是高附加值的产品，其生产所需要的设备、原料和能源成本相对较高。
采用绿色化工技术可以有效减少生产成本，提高企业的竞争力。
精细化工产品多用于制药、精细化工、化妆品等高端领域，对产品纯度、质量和环境要求较高。
采用绿色化工技术可以确保产品质量，避免环境污染和安全事故。
精细化工产品通常具有较高的技术含量，对工艺和设备要求较高，采用绿色化工技术可以提高生产效率，降低生产事故和质量问题发生的概率。
1. 微反应技术微反应技术是一种在微型反应器中进行化学反应的技术，其具有反应速度快、热量传递效率高、产品分离纯度高等优点。
在精细化工生产中，微反应技术可以有效减少原料、溶剂和能耗，减少废弃物排放，提高产品收率和纯度。
在制药行业中，采用微反应技术可以缩短反应时间，减少不必要的中间体和副产物的产生，提高产品的纯度和产率，降低生产成本。
2. 超临界流体技术超临界流体是介于气体和液体之间的态势，具有密度小、黏度小、扩散系数大等特点。
在精细化工生产中，超临界流体可以作为溶剂用于反应物的溶解和分离，其反应速度快、溶解度高、无毒害和无残留等特点使其成为一种绿色溶剂。
超临界二氧化碳可以取代传统的有机溶剂用于天然产物的提取和精制，在提高产品纯度的同时降低了生产成本和环境污染。
连续流反应器是什么
微反应器已经被大量应用于精细化学品、生物医药和纳米材料制备并实现了工业应用。
其在几十微米到几千微米尺度上控制流动、传递和反应过程，具有极高的混合、传热、传质效率。
微反应器内传热／传质系数较传统化工设备大１～３个数量级，特别适合于快速反应、高放热反应等。
通过微设备的串并联组合，还可以实现不同反应或分离功能的模块化集成。
微反应器技术在学术界和工业界都引起了极大的关注。
我们知道微反应器从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器；反应器中的微通道利用精密加工工艺制造而成!特征尺寸通常在微米级别。
由于微反应器内工艺流体的通道尺寸非常小相对于常规管式反应器而言其比表面积体积比非常大。
因此微反应器具有极高的混合效率，（毫秒级范围实现径向完全混合）、极强的换热能力（传热系数可达25000W/m2.K）传热和极窄的停留时间分布（基本接近平推流）其实,对于微反应技术相对于常规反应器的优势在文献中已有不少详尽的描述。
具体到香料合成方面的应用，具有完全不同于常规反应器结构特征的微反应技术有以下几个突出的优势：1、微反应器技术可以实现反应物料的瞬间的混合和对反应工艺参数（如温度压力和反应时间等）的精确控制，可以提高反应的收率和选择性；2、实现过程的连续化和自动化控制。
从而提升工艺稳定性并确保产品质量；3、在线反应体积小保证了化学反应的安全性。
此外微反应技术消除了过程放大效应，小试工艺的最佳反应条件可以直接用于工业生产，大大缩短了工艺研发时间。
连续流反应器有着高速混合、高速传热以及反应物停留时间的窄分布、重复性好、系统响应迅速便于操作、原料使用少的特点。
据统计，在精细化工反应中有大约20%的反应可以通过微反应技术在收率、选择性或安全性方面得到提升。
微反应技术在全世界范围内香料工业研发和生产上的应用正日益增多，在可以预见的未来，这一技术必将得到广泛应用。
上海惠和化德生物科技有限公司，是一家专注于微反应器连续工艺开发及工业化的创新性高科技公司。
微流体化工的优势和应用
微通道反应器得到学术界和产业界的广泛关注。
微通道的原理就是利用精密加工制造技术把特征在10-300微米（或者1000微米）之间的微型反应器，而它的微主要指的就是内部成百万上千万的微米级别通道，可以进行微流体实验。
化工行业中多采用微流体实验让实验变得更加快捷和安全。
一、微流体化工的优势聚合反应对反应器的传热和混合有很高的要求，传统的釜式反应器在这方面的缺陷成为获得高性能聚合产物的瓶颈之一。
使用微流体技术的微通道反应器可实现可控的多相微尺度流动，能够强化聚合反应中的混合、传质和传热过程，严格控制反应时间，实现反应单元的模块化组合。
与传统搅拌反应器相比，这些特点使得微通道反应器在控制聚合物分子量分布，简化反应环境，提高反应选择性，调节聚合物分子结构和宏观形貌等方面展现出了一定优势。
微通道反应器独特的结构赋予其一系列的性能，故被应用于许多领域。
例如，氨基甲酸酯的多步化学合成可以通过连续性工艺来实现，其中包括分步反应工序和反应步骤间的两步分离工序。
通过使用一系列串联的由三个微通道反应器和两个相分离器组成的反应装置，可以在一个紧凑型芯片基的工艺系统中实现溶剂转换、危险中间产物原位生产和消耗、高能量化学品的安全处理以及化学品的小批量生产。
因此，可以用于快速及放热反应、精密颗粒制备、工业环境拓展等方面。
另外，微通道反应器还可用于某些有毒害物质的现场生产，进行强放热反应的本征动力学研究及组合化学（催化剂、材料、药物等）的高通量筛选。
其在商业领域中的主要应用包括有机合成过程、微米和纳米材料的制备以及日用化学品的生产。
能够通过微通道反应器实现的化学反应类型很多，目前已成功反应的类型有：硝化反应（芳环硝化、硝酸酯制备）；低温反应；溴化和氯化反应（lv气氯化、lv气光催化氯化）；氟化反应；重氮化反应（重氮化还原、重氮化取代、重氮化偶联等）等。
微流体化工化学工程学科的热点方向，逐渐成为聚合物合成的新装备、新工艺与新产品开发的重要平台，得到学术界和产业界的广泛关注。
微反应技术概述
微反应技术微反应技术概述概述概述“微反应器“也被称为“微通道”反应器（Microreactor, Micro-channel reactor）， 是微反应器、微混合器、微换热器、微控制器等微通道化工设备的通称。
自20世纪90年代中期微反应技术兴起以来，由于其独特的特色和优势得以迅速发展并成为科研院校和企业界共同的研究热点；不但取得了很多令人瞩目的研究成果，而且在医药、农药、特种材料以及精细化工产品及中间体的合成中得到了越来越多的应用（参见图1，微反应器技术领域历年来的专利申请情况）。
尤其进入本世纪以后，各大跨国公司也开始关注这一新兴技术，纷纷成立专门的微反应技术部门开展在其相关工业领域的应用研究；同时开发微反应技术的公司之间也强强联合，以期进一步拓展微反应技术在工业生产中的应用。
美国化学会权威杂志 Chem & Engineering News 于2010年3月1日刚刚报道了瑞士Lonza公司和德国拜耳Ehrfeld Mikrotechnik BTS （EMB）公司相互合作的进展。
在可以预见的未来，这一技术必将得到广泛应用（参考文献：Chemical Reviews 2007, 107, 2300-2318.）。
图1 微反应器技术领域历年来的专利申请情况1．连续化微通道反应器的特征及其优势连续化微通道反应器的特征及其优势“微反应器“从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器；反应器中的微通道利用精密加工工艺制造而成，特征尺寸通常在10－1000微米之间。
由于微反应器内工艺流体的通道尺寸非常小，相对于常规管式反应器而言其比表面积体积比非常大（可达10,000－50,000 m2/m3，见图2），因此微反应器具有极高的混合效率（毫秒级范围实现径向完全混合）、极强的换热能力（传热系数可达25,000 W/(m2•K))和极窄的停留时间分布（几乎无返混，基本接近平推流）。
“微反应器”的两大特征--- 比表面积大以及连续操作方式，使得我们对反应工艺的精确控制成为可能。
微反应器在化学化工领域中的应用
微反应器在化学化工领域中的应用作者：李尚锐来源：《科教导刊·电子版》2018年第26期摘要微反应器是微型化学反应的发生装置，可以具有隔热和进行快速传输的作用，能够严格控制化学反应的方式和反应的时间，可以快速的对化学反应进行放大，因此具备很强的安全性特征，微反应器具有安全性能高的特点，与传统的化学反应装置相比，可以大大缩短化学反应的处理时间，提高化学反应的效率，提升产品的生产效率。
但是微反应器也容易出现堵塞的问题，在催化剂的装载和化学反应通道的设计方面具备较高难度。
关键词微反应器反应通道化学化工微反应器又被称作为微通道反应器，是集合了微反应器、换热器、微萃取器等化学分析容器的微型化学设备，微反应器产生于微流控致技术，由于微尺度的衡量标准不同，微反应器与传统的化学反应器具相比具有较大优势，提高了化学反应的技术含量，提升了化学反应的持续时间，受到了相关研究领域的关注。
1微反应器的技术优点1.1可以精确的控制反应的时间微反应器可以对反应的时间进行精确的控制，通过改变反应器的反应通道控制化学反应的流速，控制化学反应可能产生的中间物质，在化学反应产生之前将物质转换到另一个反应区间，因此该技术的产生不会对化学反应的稳定性产生影响，如果遇到多相体系，也能通过控制流速而改变物质产生反应的时间，通过改变流体的类型，可以对整体反映效果达到控制的目的。
如果应用微反应器，通过控制反应停留的时间，会取得更加明显的效果，控制恒定的流速是保证化学反应的关键。
1.2集成化程度较高我国目前的微加工技术已经比较进步，可以实现微反应以及微分离等操作步骤，一些微反应单元的操作可以集成到固定的反应芯片之中，从而实现对微反应进行实时监控的目标，这样的反应效果可以提升反应的效率，节省产品生产的成本，如果材料混合之后反应还有停留时间，则需要及时更换反应的速度，将反应安排在同一个区域。
通过多种形式的反应控制模式，可以实现化学反应的重复性，对平行试验方式的实现较为有利。
“新工科”背景下的微反应器技术与化工原理教学改革
收稿日期:20201024基金项目:山东省自然科学基金面上项目(Z R 2020M B 106)(Z R 2020M B 013);齐鲁师范学院校级教材建设项目(jc 202012)㊂作者简介:张旭雪(1989),女,山东德州人,讲师,博士㊂第23卷第2期2021年 4月沈阳大学学报(社会科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (S o c i a l S c i e n c e )V o l .23,N o .2A pr .2021文章编号:2095-5464(2021)02-0229-06新工科 背景下的微反应器技术与化工原理教学改革张旭雪(齐鲁师范学院化学与化工学院,山东济南 250200)摘 要:介绍了 新工科 背景下微反应器技术对化工行业创新型㊁应用型专业人才培养的必要性㊂通过分析现阶段化工原理课程在化工与制药类专业学生培养中的重要性及化工原理在教学中面临的问题,论述微反应器技术与化工原理教学改革相结合的必要性和优势㊂在此基础上,提出微反应器技术与化工原理教学改革的4个结合点㊂关 键 词: 新工科 ;微反应器技术;化工原理;教学改革中图分类号:G 642.0 文献标志码:AD i s c u s s i o no nt h eC o m b i n a t i o no f M i c r o R e a c t o rT e c h n o l o g ya n dT e a c h i n g R e f o r mo f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g P r i n c i p l e s u n d e r t h eB a c k g r o u n d o fN e wE n g i n e e r i n g P r o gr a m Z HA N GX u x u e(C o l l e g e o fC h e m i s t r y a n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,Q i l uN o r m a lU n i v e r s i t y,J i n a n250200,C h i n a )A b s t r a c t :T h e n e w e n g i n e e r i n g p r o g r a m e m p h a s i z e s t h e c o m p r e h e n s i v e t r a i n i n g of e ng i n e e r i n g t a l e n t s .I n thi s p a p e r ,t h e n e c e s s i t y o f m i c r o r e a c t o r t e c h n o l o g y t o t h e c u l t i v a t i o no f i n n o v a t i v ea n da p p l i e dt a l e n t s i nc h e m i c a l i n d u s t r y u n d e rt h eb a c k gr o u n do f n e w e n g i n e e r i n g p r o g r a m i s i n t r o d u c e d .B y a n a l y z i n g t h e i m po r t a n c e o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g P r i n c i p l e s i nt h ec u l t i v a t i o no f s t u d e n t sm a j o r i n g i nC h e m i c a lE n g i n e e r i n g an d P h a r m a c y a n d t h e p r o b l e m s i nC h e m i c a lE n g i n e e r i n g P r i n c i p l e s t e a c h i n g ,t h en e c e s s i t y an d a d v a n t a g e so fc o m b i n i n g m i c r or e a c t o rt e c h n o l o g y w i t ht h et e a c h i n g re f o r m o fC h e m i c a l E n g i n e e r i n g P r i n c i pl ea r ed i s c u s s e d .O nt h eb a s e so f t h ea b o v e ,f o u r p o i n t sb a s e do nt h e c o m b i n a t i o n o f m i c r o r e a c t o rt e c h n o l o g y a n dt e a c h i n g r e f o r m o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g P r i n c i p l e s a r e p r o po s e d .K e y w o r d s :n e w e n g i n e e r i n g p r o g r a m ;m i c r or e a c t o rt e c h n o l o g y ;C h e m i c a l E n g i n e e r i n g P r i n c i p l e s ;r e f o r m s o f t e a c h i n g教育是关乎国家和民族发展的大事㊂大学教育对于多元化㊁创新型㊁应用型人才的培养尤为重要㊂当前,世界各国都非常重视教育的发展与变革,纷纷出台了一系列教育改革的政策和措施,以加快推进本国教育改革的步伐,应对日趋激烈的国际竞争㊂我国的教学改革正以20世纪80年代以来取得的显著成效为基础,在一个更高㊁更深㊁更全面的层次上展开㊂自2017年教育部启动新工科研究与实践项目 以来,地方高校齐头并进,拉开了 新工科 高教战略改革的帷幕㊂ 新工科项目以立德树人为引领,着力于培养多元化㊁创新型㊁应用型的优秀工程人才[1]㊂随着我国经济的高速发展,作为国民经济的支柱产业之一,化学工业的发展突飞猛进,各种新型的化工设备㊁全新的化工技术㊁绿色环保的化工工艺不断出现㊂微化工技术自20世纪90年代兴起后,迅速发展成为化学工程学科的前沿和研究热点,我国 十二五 规划将其列为化学工业可持续发展的关键技术之一㊂由此可见,21世纪的化学工业面临着前所未有的机遇和挑战,微化工技术将对整个化学化工领域产生重大影响㊂微化工技术着重研究化工微型设备微反应器,其并行系统中 三传一反 (动量传递㊁热量传递㊁质量传递㊁化学反应)的特征和规律与化工原理中单元操作的理论基础是一致的㊂因此,在化工与制药类专业学生的培养中,将微反应器技术引入化工原理课程,可以适应新形势下新技术㊁新设备的发展,有助于 新工科 理念下创新型㊁应用型专业人才的培养㊂同时,也可以为微化工行业未来的发展提供一定的人才保障㊂一、化工原理课程分析1.化工原理课程的重要性化工原理是化工与制药类专业的重要基础课程,以高等数学㊁有机化学㊁物理化学等课程为理论基础,研究化工单元操作的基本原理㊁典型化工设备的选型设计及工艺尺寸的计算等㊂在学习知识的同时,借助单元操作的分类引导学生通过现象看本质,把握基本规律㊂在分析过程中,通过学习物料衡算(物)㊁能量衡算(能)㊁平衡关系(平)㊁传递速率(速)㊁经济核算(经)在不同单元操作过程中的应用,得到解决不同单元操作工程问题的规律和方程,从而把握分析问题㊁处理问题的方法;借助实验操作及数据的处理和分析,实现理论与实践的统一㊂本课程的学习,使学生初步具备从单元操作的角度分析新工艺,利用 物㊁能㊁平㊁速㊁经 解决新问题,借助实验数据分析确定新方程的能力㊂该课程由 理 及 工 ㊁由基础到专业,强调理论与实际的结合,承担着 工程科学 和 工程技术 的双重使命㊂此外,该课程为后续的化学工程相关课程,如化学反应工程㊁化工设计㊁化学分离工程等奠定了基础㊂因此,做好化工原理的教学及其改革工作,对于多元化㊁创新型㊁应用型化工人才的培养,以及化工类学科的发展都极为重要㊂2.化工原理教学中面临的问题化工原理是化工与制药类专业学生接触到的第一门工程类课程,与其他理论课程的学习存在很大的不同,学生在学习过程中遇到很多困难,学生毕业后择业时也会对化工行业抱着敬而远之的态度㊂笔者在教学过程中不断与学生沟通,并积极总结㊁反思,总结出3个问题㊂(1)化工原理课程学习难度较大㊂化工原理主要研究化工生产过程中各种单元操作原理㊂由于各单元操作均遵循自身的规律和原理,并在相应的设备中进行,因此,单元操作原理包括过程原理和设备原理两部分内容㊂一方面,在传统教学中,过程原理部分通过理论教学完成,单元操作分类较多㊁内容复杂㊁计算繁琐,学生在学习的过程中容易产生怯学㊁厌学情绪㊂此外,该课程涉及到的公式比较多,许多公式是基于实验推导的半经验公式,而学生在未建立实验参数拟合概念的情况下,对半经验公式的理解很有限,这又加大了学习的难度㊂另一方面,鉴于化工设备的特殊性,设备部分只能依赖图片㊁动画㊁实验装置进行介绍,学生缺少与实际化工设备的近距离接触,导致学生对单元操作过程和原理的理解不够深入㊂(2)教学过程中理论与实践脱节㊂化工原理课程的工程性和实践性很强,若能将教学与实际工业应用结合起来,将会对学生的工程思想㊁工程设计和创新能力的培养产生事半功倍的效果㊂但是,大部分学生对化工生产的概念较为模糊,几乎未曾接触过化工设备㊂目前国内大部分高校开设的化工原理实验中,大部分实验设备是基于对原理的验证性实验而设计的,与实际生产中的化工设备差距较大,不能反映出实际化工生产中存在的一些问题㊂此外,部分高校将化工原理和化工原理实验作为两门课程开设,存在理论知识与实验操作不同步的现象㊂由此,学生在对理论知识理解不深入的基础上进行实验操作,必然会影响教学效果㊂(3)教学内容未能与时俱进㊂近年来,化工原理在教学改革及教材更新上取得了很大进展,但是与先进的化工生产设备之间还存在着很大的差距㊂将工业生产中全新的化工技术㊁新型的化工设备引入教学,结合原理加以讲解,对学生毕业后尽快适应岗位需求㊁推动化工专业的科研,以及对化工行业未来的发展,都会起到很好的促进作用㊂针对上述问题(1)(2),笔者所在的教学团队已经开展了部分教改工作㊂团队将化工原理与化工原理实验两门课程同时开设,将化工原理理论知识㊁实验操作㊁数据处理有机结合㊂理论部分采032沈阳大学学报(社会科学版)第23卷用线上线下混合式教学,学生可以随时线上学习理论知识;在实验设计中,以现代连续工艺流程的定态过程为主线,选择最典型的流体流动㊁流体输送机械㊁传热㊁吸收㊁精馏单元操作进行讲解,与学生探讨分析定态过程各种单元操作的特点和规律,其他单元操作让学生自主学习㊁主动探究㊁合作交流㊂经过一个学期的学习,学生的理论考试成绩及操作技能普遍提高㊂针对问题(3),考虑到实际化工设备成本高㊁体积庞大㊁操作危险性高的特点,笔者认为,将微反应器技术引入化工原理教学中,应该可以解决这一问题㊂二、微反应器技术与化工原理教改结合的必要性1.适应 新工科 建设的需要2017年,教育部启动 新工科 建设计划,并积极推进 新工科 建设,先后发布了‘教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知“和‘教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知“,并形成了以 复旦共识 天大行动 和 北京指南 为主旋律的 新工科 建设 三部曲 ㊂2018年,教育部发布‘教育部办公厅关于公布首批 新工科 研究与实践项目的通知“和‘高等学校人工智能创新行动计划“,将 新工科 建设推向了高潮㊂2020年5月,为推进 新工科 建设再深化㊁再拓展㊁再突破㊁再出发,推动高校加快体制机制创新,做好未来科技创新领军人才的前瞻性和战略性培养,抢占未来科技发展先机,教育部决定在高等学校培育建设一批 未来技术学院 ㊂教育部的一系列举措引起工程教育界的广泛关注,在世界高等教育面临新机遇㊁新挑战的特殊时期,我国高校要加快建设和发展 新工科 ㊂ 新工科 教育以立德树人为引领,以应对变化㊁塑造未来为理念,以继承与创新㊁交叉与融合㊁协调与共享为主要途径,致力于培养多元化㊁创新型㊁应用型卓越工程人才㊂李培根院士认为, 新工科 之 新 在工程教育角度具体可以体现为3个方面:①新素养㊂要培养能够适应,甚至引领未来工程需求的人才㊂②新结构㊂要从专业结构㊁课程及知识体系方面进行革新㊂③新方法㊂即教育㊁教学的新方法[2]㊂由此可见, 新工科 为工程类课程的教学改革提出了新的标准和方向㊂在 新工科 理念下,化工原理作为化工与制药类专业的重要基础课程及化工行业的理论基础,应将先进的生产技术和生产设备与教学结合,打造新型特色课程和品牌课程,以适应新形势下多元化㊁创新型㊁应用型专业人才的培养模式,形势严峻,任重道远㊂2.微反应器替代传统反应器是必然趋势微化工技术是集微机电系统设计思想和化学㊁化工基本原理于一体,结合集成电路和微反应器制造技术的一种高新技术㊂这一技术旨在研究微尺度条件下的化工过程特征和反应规律,实现化工过程的安全性㊁高效性㊁可控性㊂现阶段,这项技术已经成为全球化工过程本质安全领域的研究前沿㊂微反应器技术作为微化工技术的核心技术之一,是目前化工技术的研究重点和热点㊂微反应器是一种具有微结构的管道式反应器,内部通道直径一般为几微米到几百微米㊂微反应器具有较强的传热和传质能力,可以替代传统的实验室间歇反应器皿,如烧瓶㊁试管等,从而大幅度提高反应过程中的资源及能量的利用效率,减小过程系统的体积或提高单位体积的生产能力㊂此外,在微反应器内,化学反应以平推流的方式进行推进,反应物混合均匀㊁接触完全,不会在反应器内有过多的滞流量,即便是高活性的反应物也能够较快地消耗掉,这就确保了实验的安全性㊂因此,微反应器可将实验室的小试条件以 数增放大 的方式进行工业化放大,达到每年数万立方米的生产规模,实现化工过程的强化㊁微型化和绿色化㊂由此可见,利用微反应器技术,可以有效避免传统化工工艺中小试㊁中试及工业化放大中的放大效应,缩短工艺研发周期㊂此外,特殊化学反应,如强放热反应㊁高毒性反应均可通过微反应器顺利完成㊂因此,微反应器为化工过程的经济性和本质安全研究开辟了新的发展方向㊂鉴于微反应器技术的强大优势,世界各国的很多化工专业人才都致力于该领域的科技研发与工业转化㊂自20世纪80年代以来,以美国和欧洲为代表的石化㊁医药企业如V e l o c y s㊁C o r n i n g㊁S h e l l㊁B A S F㊁B a y e r㊁M e r c k等巨头公司就已积极投入微化工技术的研发与应用中,并已在精细化工㊁生物制药等领域取得了一系列工业进展㊂欧美公司非常重视新技术的研发与保护,针对微化工技术的研发成果申请了大量的核心专利保护,并非常重视全球市场的专利布局㊂国内对于微反应器技术的研究主要集中在中国科学院大连化学物理研究所㊁清华大学㊁南京工业大学等科研院所,以及以中国石油化工集团公司㊁山东豪迈化工技术有限公司和杭州沈氏节能科技股份有限公司132第2期张旭雪: 新工科 背景下的微反应器技术与化工原理教学改革为代表的公司,虽然专利数目较多,但均以本国申请为主,缺少国际竞争力[3]㊂因此,微反应器替代传统反应器是未来工业化生产的必然趋势㊂在 新工科 背景下,微反应器技术必将是未来的化工人才必须掌握的一门技术㊂中国微反应器技术的发展充满希望和挑战,未来的化工人才任重道远㊂将微反应器技术与化工原理教改进行有机结合,在学生学习化工基础理论知识的初期就进行微反应器技术的渗透,有助于创新型㊁应用型化工人才的培养及中国微化工行业的发展㊂三㊁微反应器技术与化工原理教改结合的优势现阶段,微反应器是国内外高校和企业实验室内新产品和新过程研发的重要平台㊂微反应器在微时空尺度下 三传一反 的特征和规律与化工原理中单元操作的理论基础是一致的㊂因此,将微反应器技术与化工原理课程教学结合的可行性比较高㊂本文分析认为将二者进行有机结合具有3个方面的优势㊂1.有助于提升教学效果化工原理主要研究化工生产过程中各种单元操作㊂各单元操作按照基本规律可归结为动量传递㊁热量传递㊁质量传递,与微反应器 三传一反 的特征和规律是一致的,因此㊂将二者结合进行教学,有助于学生对单元操作基础理论的理解㊂2.有助于学生对微反应器技术的了解化工单元操作包括过程原理和设备两部分㊂传统教学中,设备部分的学习只能依赖图片㊁动画及实验装置,学生不能与实际化工设备近距离接触㊂在教学中引入微反应器模型,引导学生思考其工作原理及模式,有助于学生尽早了解化工方面的前沿技术,对于他们后期的学习㊁工作及科研定位都起着十分重要的作用㊂3.有利于微反应器技术的长远发展现阶段的微反应器技术在应用过程中还有很多技术难点,例如堵塞问题㊁腐蚀问题㊁成本问题㊁集成问题㊁特殊反应受限问题等㊂这些问题的解决依赖于未来的化工人才,而微反应器技术与化工原理教学的结合恰恰有助于这种优秀工程人才的培养㊂综上所述,将微反应器技术与化工原理教改进行结合,既能在一定程度上解决化工原理教学现存的部分问题,又能推动人才的培养和微化工行业的发展㊂四㊁微反应器技术与化工原理教改的结合点由于微反应器着重研究微时空尺度下 三传一反 的特征和规律,而化工原理所有的单元操作几乎都可以归类为动量传递㊁热量传递和质量传递㊂因此,在教学中二者可以很好地结合㊂1.在流体流动的相关知识点中引入微反应器(1)连续性方程㊂连续性方程是化工原理中流体流动单元操作的重要方程,很多流体流动问题的解决都要以连续性方程为基础进行相关计算㊂在微反应器分离的三维结构中,内部通道直径一般为几微米至几百微米,单一液相流体在通道内的流动规律满足连续介质假定,因此,连续性方程仍然适用㊂(2)流体流型分析㊂在化工原理中,流体的流型分为两种,分别是层流和湍流,其判断依据为雷诺数R e的大小㊂一般情况下较粗的管路中心容易形成湍流,而在较细的管路中,层流内层的厚度较大,流体整体为层流状态的可能性较高㊂大部分微反应器采用连续操作的方式,对于均相体系,小通量的微通道内流体的R e较小,流型以层流为主,少量大通量的微反应器可以在较高的流速下达到湍流㊂(3)管路设计与流体混合㊂管路设计的原则严谨而复杂,不同的管路设计对流体混合方式产生直接的影响㊂在传统的混合设备中,一般为湍流式混合,由于尺度限制,该混合方式在微通道反应器内难以实现㊂根据化工原理中流体流动相关知识,可以依靠层流混合和局部二次流混合技术来实现湍流[4]㊂层流混合依靠分子扩散进行,因此,通道尺寸越小越有利于提高混合效率㊂微反应器主要是通过在微通道中设计分支结构,使流体发生一次或多次分层,导致物料微团间的距离成倍减小,从而缩短混合时间,实现快速高效混合㊂局部二次流混合主要依赖结构设计,在通道中形成局部的涡流或混沌对流,使物料分散㊁变形,从而增大接触面积,以实现强化混合,例如工业化前景较好的T型撞击流微混合器㊂2.在传热教学中引入微反应器很多化工事故的发生源于热失控,因此,热量控制是化工反应的重中之重㊂由于微反应器结构的特殊性,内部流体的比表面积高达104~106 m2/m3,流体与壁面之间能够高效地进行热交换㊂对于圆管内的层流流动,管壁温度维持恒定时,由232沈阳大学学报(社会科学版)第23卷公式N u=h d/k=3.66可知,传热系数h与管径d为反比关系,管径越小,越有利于传热[5]㊂另有研究表明,微反应器的相间体积传热系数为传统设备的10~50倍[6]㊂因此,利用微反应器开展化学反应可以有效控制传热㊂3.在传质教学中引入微反应器微反应器的相间体积传质系数可以达到传统设备的10~1000倍[6]㊂一方面,微反应器内部的通道直径一般为几微米到几百微米,内部液滴和气泡的分散尺度也限制在这一范围内,这就保证了纳米级的混合尺度;另一方面,通道的多样性有利于内循环,促进反应物料的快速混合,进而保证反应器内物料分布的均匀性和反应过程的一致性㊂对于圆管内层流流动,由公式S h=k c d/D A B =3.66可知,当组分A在管壁处的浓度维持恒定时,传质系数k c与管径d成反比,管径越小,越有利于传质㊂由于微通道内流动多属层流流动,主要依靠分子扩散实现流体间混合,由公式t= d2/D A B可知,混合时间t与通道直径的平方d2成正比,与之前的结论一致,管径越小,越有利于传质[5]㊂由此可见,通道直径d的减小能大大强化传质过程㊂4.在传统反应器的学习中引入微反应器与传统反应器相比,微反应器占据很大的优势,随着微反应器技术的快速发展,微反应器必将替代传统反应器,实现化工生产的一场大变革㊂因此,在化工生产装置,尤其是反应器的学习中,对比传统反应器介绍微反应器及其优势,有助于学生对这一新技术的掌握㊂微反应器的优势主要表现在4个方面[7]㊂(1)安全性高㊂反应体积小是微反应器最突出的特点,即使是大通量的微反应器,其内部通道直径最多可达到几毫米,高活性的反应物在微反应器内存留量少而且快速地被消耗,所以微反应器非常适合完成剧烈的化学反应过程㊂同时,微反应器中反应原料的量为微量级别,即使用到毒性较大的原料,也能将反应过程控制在安全范围之内,进一步降低了出现危险的可能性㊂(2)可控性好㊂主要表现在3个方面㊂①对反应温度的控制㊂微反应器较大的比表面积可以实现高效换热,避免了强放热反应中由于散热不及时导致的局部过热现象㊂②对反应时间的控制㊂微反应器对其微管中的物料采取连续平推流的操作方式,故物料的停留时间可以通过微管的长度来调控,从而避免了因反应时间过长而产生副产物㊂③对物料配比的控制㊂传统反应器中由于混合不均匀,容易导致某一反应物局部过量,而微反应器的反应通道在微米级,物料可以按配比快速地均匀混合,从而避免由于物料局部过量而产生副产物㊂(3)无放大效应㊂传统的工艺放大采用的是放大反应器尺寸的方法,容易导致反应器内物料的流动㊁混合尺度分布变宽,故工艺参数需要在小试的基础上进行多次调整㊂而用微反应器进行工艺放大时采用 数增放大 ,即增加微通道数量的方法,故小试条件可以直接用于工业化生产,不存在放大效应,从而缩短了产品从研发到上市的周期㊂(4)环保经济性较好㊂传统化工技术在生产上依赖于大型反应设备,存在放大效应,导致原料和能源消耗大㊁产物收率低㊂微反应器在小试反应条件下,以 数增放大 的方式进行放大生产,可有效提高产出率,并减少副产物和其他有害物质的排放,实现绿色可持续发展㊂五、结语新工科 为新时代工程人才的培养提出了新的标准和要求,同时也对工程类课程的教学提出了挑战㊂化工原理是化工与制药类专业学生的第一门工程类专业基础课,强调理论与实践的结合,为后续的化学工程相关课程如化学反应工程㊁化工设计㊁化学分离工程等奠定基础㊂但是,目前国内大部分高校对于化工原理及化工原理实验的教学安排存在一定的问题,其中教学内容不能与时俱进最为凸出㊂因此,如何在教学改革中有效地将化工前沿新技术引入化工原理教学,以适应 新工科 概念下高素质人才的培养,是时代赋予高校与教师的使命㊂微反应器是现代化工新型设备的研究热点,具有换热和传质效率高㊁控制性好㊁安全性能高㊁易于放大等特点,顺应了高技术含量和可持续发展的要求㊂微反应器 三传一反 的特征和规律与化工原理中单元操作的理论基础是一致的㊂因此,将微反应器技术引入化工原理教学具有很高的可行性,有助于学生对于化工前沿技术的了解,促进化工行业创新型㊁应用型专业人才的培养㊂此外,随着对微反应器技术研究的深入,其优异的性能也越来越被大家认知,但是作为一个新兴的技术和领域,人们对微尺度下多相流行为,微流体间传热㊁传质规律的认识还不够深入和完善,现有的微反应器还存在很多缺陷,新型的微反应设备有待开发,培养具有微反应理念的创新型㊁应用型化工人才是时代所需㊂(下转第239页)332第2期张旭雪: 新工科 背景下的微反应器技术与化工原理教学改革。
微化工技术的应用
微化工技术的应用微化工技术是一种将传统化工过程进行微型化、精细化和集成化的技术，它在各个领域都有广泛的应用。
本文将从化工生产、环境保护和新材料开发三个方面来探讨微化工技术的应用。
一、在化工生产领域，微化工技术可以实现化工过程的微型化和高效化。
传统的化工生产通常需要大量的设备和耗能，而微化工技术通过微型反应器、微流控技术等手段，可以将化工反应过程集成到微小的空间中，大大减少了设备体积和能源消耗。
同时，微化工技术还可以实现反应过程的快速混合和高效传质，提高了反应速率和产物纯度。
例如，在制药工业中，微化工技术可以实现药物的快速合成和分离纯化，提高了药物的生产效率和质量。
二、在环境保护方面，微化工技术可以实现废水处理、废气处理和固体废物处理的微型化和高效化。
传统的环境污染治理通常需要大量的化学药剂和庞大的设备，而微化工技术可以利用微型反应器和微流控技术，将废水中的有害物质进行高效分解和去除。
同时，微化工技术还可以将废气中的有害成分进行快速转化和去除，有效减少了对大气环境的污染。
此外，微化工技术还可以实现固体废物的微型化处理和资源化利用，减少了对土地和水资源的占用。
三、在新材料开发方面，微化工技术可以实现材料的微型化和功能化。
传统的材料制备通常需要大量的试验和高温高压条件，而微化工技术可以通过微型反应器和微流控技术，实现材料的快速合成和特定结构的控制。
例如，在纳米材料的制备中，微化工技术可以实现纳米颗粒的精确控制和均匀分散，提高了纳米材料的性能和应用效果。
此外，微化工技术还可以实现材料的功能化，例如通过微型反应器中的表面修饰和功能分子的引入，实现材料的特定功能，如抗菌、光催化等。
微化工技术在化工生产、环境保护和新材料开发等领域都有广泛的应用。
它通过实现化工过程的微型化和高效化，提高了生产效率和产品质量；通过微型化处理和资源化利用，减少了对环境的污染；通过微型化合成和功能化控制，实现了材料的特定性能和应用。
微化工技术在石油化工领域的应用分析
微化工技术在石油化工领域的应用分析许广华（中国石油四川石化公司，四川彭州611930）摘要：微化工技术是在微米或亚微米设备内进行化学反应和化工分离过程的技术，核心是微设备，其小尺寸、大比表面积、流动有序等特征赋予了微化工反应工程高效传质传热、窄温度分布和停留时间控制、本质安全地进行化学反应、低成本和易于检修维护和工业化放大等优点，但在石油化工领域应用案例较少。
文中主要从乙烯氧化制环氧乙烷、高纯环氧乙烷气相冷凝、碱水洗、吸收/解吸系统等石油化工行业工艺过程控制存在问题入手，对微化工技术解决方案的可行性展开分析，并探讨了微化工技术未来发展方向及待解决问题。
关键词：微化工；特点；石油化工；应用；可行性；发展中图分类号：TQ02文献标识码：B文章编号：1671-4962（2023）02-0001-04 Application analysis of microchemical engineering andtechnology inpetrochemical fieldXu Guanghua（PetroChina Sichuan Petrochemical CompanyPengzhou611930，China）Abstract:micro chemicalengineering and technology is a kind of technology for chemical reaction and chemical separation process in micron or sub-micron equipment.The core is micro-equipment.Its characteristics such as small size,large specific surface area and orderly flow gave micro chemical reaction engineering advantages such as high efficient mass and heat transfer,narrow temperature distribution and retention time control,inherently safe chemical reaction,low cost and easy maintenance and industrial amplification.However,there were few application cases in the field of petrochemical industry.This paper discussed the problems existed in process control in petrochemical industry,such as ethylene oxidation to ethylene oxide,gas condensation of high purity ethylene oxide,alkaline water washing,absorption/desorption system,analyzed the feasibility of micro chemicalengineering and technology solutions,and discussedthe future development direction of micro chemical technology and the problems to be solved. Keywords:micro chemical industry;characteristic;petrochemical industry;application;feasibility;development微化工技术是指在微米或亚微米设备内进行化学反应和化工分离过程的技术，其中微设备是微化工技术的核心，按其功能主要包括微反应器、微混合器、微换热器、微分散器和微型检测器［1］。
绿色化学化工技术
绿色化学化工技术一、引言随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，化学化工技术在人类生活中发挥着越来越重要的作用。
然而，传统的化学化工技术在生产过程中会产生大量的废气、废水和固废，对环境造成严重的污染。
为了解决这一问题，绿色化学化工技术应运而生。
本文将对绿色化学化工技术的核心概念、应用领域和发展前景进行深入探讨。
二、绿色化学化工技术的核心概念绿色化学化工技术是一种基于绿色化学原理的化工技术，旨在实现化学品和能源的生产、使用和废弃过程中对人类和环境无害化。
其核心概念包括以下几个方面：原子经济性：绿色化学追求在化学反应中充分利用原料中的每一个原子，以减少废物和副产品的产生。
环境友好性：绿色化学化工技术力求在整个生产过程中最小化对环境的负面影响，实现零排放。
可再生资源：绿色化学化工技术优先使用可再生资源，以替代有限的化石资源。
高选择性：绿色化学化工技术通过高效的催化剂和反应条件，提高化学反应的选择性和产率。
节能减排：绿色化学化工技术注重节能和减排，降低能耗和资源消耗，提高生产效率。
三、绿色化学化工技术的应用领域清洁生产技术：绿色化学化工技术在生产过程中采用无毒或低毒的原料、溶剂和催化剂，通过改进生产工艺、优化反应条件等方式，实现清洁生产和零排放。
生物化工：生物化工是利用生物催化剂（酶）替代传统的化学催化剂，实现高效、环保的化学品生产。
生物化工在制药、食品、环保等领域具有广泛的应用前景。
微反应器技术：微反应器是一种新型的反应技术，通过精细的流体力学控制和高效的传热传质，实现高选择性、高安全性的化学反应。
微反应器在药物合成、精细化学品合成等领域具有广泛的应用。
绿色溶剂：传统溶剂在生产和应用过程中会产生大量的废水和废气，对环境造成严重污染。
绿色溶剂如离子液体、水基溶剂等具有环境友好、可再生等优点，在许多领域替代传统溶剂。
可持续能源开发：绿色化学化工技术在可持续能源开发方面发挥着重要作用，如太阳能电池、燃料电池、生物质能等的开发和利用。
化工工程工艺中的绿色化工关键技术
化工工程工艺中的绿色化工关键技术摘要：绿色化工是指在化工生产中，通过使用环境友好型的原材料、工艺和产品，尽可能地减少对环境的污染和危害，同时实现经济效益和社会效益的可持续发展。
关键技术包括催化剂技术、微反应技术、新型溶剂技术、生物技术、智能化控制技术、循环经济技术和绿色能源技术。
绿色化工是当前化工行业的发展趋势，需要不断推进绿色化工技术的研究和应用，以实现经济效益和环境友好性的双赢。
关键词：化工工程；绿色化工；技术引言：化工工艺的发展已经成为推动工业发展和社会经济发展的重要力量。
但是，化工生产中也面临着环境污染、资源消耗等问题，严重影响了可持续发展。
因此，绿色化工的出现和发展成为了解决这些问题的关键之一。
绿色化工以环境友好型的原材料、工艺和产品为核心，尽可能地减少对环境的污染和危害，实现经济效益和社会效益的可持续发展。
本文将重点介绍化工工程中绿色化工的关键技术，旨在探讨绿色化工在化工行业中的应用和前景。
一、绿色化工的概念和意义随着全球化进程的加快，环境污染、资源短缺等问题已经成为制约经济社会发展的重要因素。
作为化工生产的重要组成部分，绿色化工的出现和发展具有重要的意义。
绿色化工是指在化工生产中，通过使用环境友好型的原材料、工艺和产品，尽可能地减少对环境的污染和危害，同时实现经济效益和社会效益的可持续发展。
具体来说，绿色化工的意义包括：（一）保护环境绿色化工通过使用环境友好型的原材料、工艺和产品，尽可能地减少对环境的污染和危害，可以有效地保护环境，减轻环境压力，降低生态风险。
（二）节约资源绿色化工强调了化工工艺的循环利用和资源化，通过减少废弃物和排放物，提高原材料的利用率，实现了资源的节约和利用的最大化。
（三）提高经济效益绿色化工强调经济效益和社会效益的协调发展，通过提高生产效率，降低生产成本，创造新的市场机会，为企业带来更多的利润和机会。
二、绿色化工在化工工程中的应用绿色化工是一种以保护环境、提高资源利用率为目的的化工技术，具有广泛的应用前景。
数字化 智能化 微反应器技术
数字化智能化微反应器技术
数字化、智能化和微反应器技术是当今化工领域的热门话题，它们在提高生产效率、降低能耗、优化产品质量等方面发挥着重要作用。
首先，数字化技术在化工生产中扮演着关键角色。
通过数字化技术，生产过程中的各种数据可以被实时采集、监控和分析，从而帮助企业实现精细化管理和智能化决策。
数字化技术还可以实现生产过程的远程监控和控制，提高生产效率和安全性。
其次，智能化技术的应用也为化工生产带来了革命性的变化。
智能化技术可以实现设备的自动化控制和优化，提高生产过程的稳定性和可靠性。
同时，人工智能和大数据分析的应用也为化工企业提供了更加精准的生产计划和质量控制手段。
最后，微反应器技术作为一种新型的化工生产技术，具有体积小、传质效果好、反应速度快等优点。
微反应器技术可以实现对反应条件的精确控制，提高反应的选择性和收率，同时还可以减少废弃物的产生，降低能耗和原料消耗。
综上所述，数字化、智能化和微反应器技术在化工生产中发挥着重要作用，它们的应用不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以降低能耗和环境污染，是化工行业转型升级的重要方向。
微反应器技术的应用
过程强化技术结业论文论文题目：微反应器技术及其在有机反应中的应用姓名：姜炜学号：10110494学院：化工学院班级：循环110摘要近年来，微反应器技术已逐渐成为国际化工技术领域的研究热点。
该文介绍了微反应技术的研究进展；阐明了微反应器的特殊优势；分析了微反应器适合的化学反应；列举了大量微反应器在有机化学中应用的成功案例。
关键词：微反应器，有机氧化，有机合成AbstractAs an emerging technology,micro-reaction technology is becoming an increasing hot spot in the global chemical industry.The advances of this technology are introduced. This paper demonstrates the superior advantage of micro-reactor,types of chemical reactions that could benefit from the micro-reactor are discussed.In the major part of this paper,many successful applications of micro-reaction technology are presented.Keywords: micro-reactor,oxidation of organic,organic synthesis目录1 微反应器的分类............................. 错误！未定义书签。
1.1 气固相催化反应器 (2)1.2 液液相微反应器................................... 错误！未定义书签。
1.3 气液相微反应器................................... 错误！未定义书签。
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精细化工安全管理中微反应技术的应用
摘要:阐述了微反应技术的应用特点。
根据精细化工领域中常用的危害反应类型,选取有代表性的研究资料和案例,阐述了微反应技术在提高精细化工安全领域中的广泛应用情况,并说明在产业化中使用微反应技术时所遇到的困难与创新方法。
关键词:微反应技术;微反应器;精细化工;危险;安全
引言
从目前来看,中国精细化工产业还面临着多方面的问题,相关政府部门也必须投入巨大人力和物资才能更好地解决以上的各种问题。
起火和爆炸的发生,是精细化工中最普遍的二个发生类别。
而这种类别是指精细化学品和特种材料。
二是在化学反应中能量的传递,微反应技术开展得特别早,始于十九世纪初,现如今,化学科学工作者已经开始重点研究上述所提出的二个问题。
而未来在制药和精细化工等产业中,这种技术的发展有着相当大的增长空间。
一、微反应技术的特点
微反应技术的使用范围非常广泛,它的基础是微反应器,唯有改善微反应器的特性才能确保微反应技术得以起到更高的效果,而微反应技术的优势得以无穷扩大,它通过增加微反应单元以进行更大规模的制造流程,其特性所带来的优越性尤为突出,它通过增加或移除部分微反应单体,以便于更好的满足整个制造过程的需要,因此必须要及时改善生产管道的连通方式。
二、微反应技术对精细化工安全性的提升
在微观化学中，微观反应技术可以显著提高在室温下进行的微观化学过程的安全性，而不会产生热量。
控制通道的不同大小使得在发生化学反应时能够自发地阻断自由基连锁反应，从而使危险事件不会发生。
这是为了防止那些即使是少量的也会损害身体各个器官的有害物质泄漏出来，对周围环境造成损害，不仅如
此，还为了确保生产根据任何时候的情况顺利进行。
这项研究的结果清楚地表明，微反应技术可以应用于各个行业，各种情况下都涉及到精密化学，基础设备的研
究已经在进行中，未来还需要很多实验来逐步增加其应用，提高其在各个行业的
安全性。
1.硝化反应
三角内的交叉趾柱型单管道化学反应器,通常是在低温度(25℃)条件下完成,
但是如果不加入惰性介质或者含有氮化合物的稳定剂。
化学反应的停滞持续时间
就能够大大提高,而且,在常规化学反应器的1/210的区域,王水异氰酸酯的产量
也相当高,甚至能够做到100%以上。
实验结果显示,想要降低能量的耗费,并且改
善副产物的产生效率,就必须进一步提高化学反应的稳定性。
有实验表明,在T型
微化学反应器中的硝化作用影响很大,反应速度主要是受其内在动力学的影响而
确定。
此外,如果没有探测到副产物也能够很有效的影响整个反应过程。
从2000
年起,一直到现在,人们已经探索了微型反应器中的连续硝化过程。
由于科学技术
的不断发展,微型反应器内的环境温度变化日益显著,明显可以超过的湿度,由于
反应时间的不断减少,最小可降到零点五s以内,上述一系列的数字足以说明微型
化学反应工艺正在不断的变化。
2.氧化及过氧化反应
生产中经过大量应用了过氧化氢,我们已开始采用各种技术加以研究,将氧与
氢融合到-.起,转变为过氧化氢。
在过去的十几年中,外国专家已进行了深入研究,微反应器也已能够进行合成过氧化氢,而霍尼韦尔等人现已刚刚开始进行研发,并
已提出了大量的产品方案。
吴巍等人正在研发石英毛细管的微反应器,也正在研
发的进程中,-.通常可以选择在60~80℃进行。
从产品的安全性角度加以考量,也
为过氧乙酸的工业生产提出了必需的理论依据。
郑亚峰研究表明,在载体的表面
上涂覆a-AI203,并负载银催化剂后。
在毛细管微反应器中,就可以进行乙烯氧化
反应速度,而环氧乙醇的收率也可以到达60%以上,持续时间可以达到5000h-1,化
学反应可以在比较安全的环境条件中完成。
而余锡孟等人研究了由乙酰丙嗪、环
已烷等在微反应器中进行的液象学氧化反应,在整个化学反应的过程中,都可以随
时检测工艺的操作情况,不仅如此,麻省理工学院的Slingivasan研究了一个集成
加热器,这是一个集电流与温度控制于一身的综合传感器。
但国外对这方面的研究工作并没有什么开展,主要问题就在于氧化反应中加入了很多可能性,很多氧化反应要求金属催化剂,而且还充分考虑了微反应器的体积大小和金属催化剂的回收率。
3.其他危险反应
克拉里安特有限公司能够在微反映器中开展大量的化学实验,在实验的整个过程中,必须要科学合理地调节工艺技术参数,包括时间和温度,以确保它们都能够在合适地范围内,并且还能够获得优质的偶氮着色剂。
在一般情况下,只需要约0.5s的时候,就能够在微反映器中能够完成不同的生化反应速度,当然,这样也能够缩短了毒堇留在反映器中的持续时间,从而降低了毒堇产生泄漏的可能性。
美国杜邦公司就利用多晶体银颗粒微反映器中开展-.系列实验,在生化实验的整个过程中,对与氧化物反映所产生的异氰酸甲酯开展了深入研究,微反映器中能够抑制危害产物的制备。
而日本旭硝子公司也已研制出了能够投入工业生产的氟化设备,该设备能够减少潜在的危险性。
经过大量科学研究证实,微反应技术的广泛使用很可能增加了在微化工领域的安全性。
结束语
由上面的研究结论可以得知,在目前看来,如果想要进一步提升我国的精细化工领域的总体技术水平,仍然需要发展完善的关键工艺,当然,微反应技术也还是有待大力推广与探索的。
不过,当前的微反应技术还存在着二种极端。
一些人甚至夸大了其在化工领域中的重要意义。
个人甚至觉得如果不能同时在实验室开展这二项技术研究。
真正的产业化也是不可能的。
第一,并不能够有效改善精细化工领域的稳定性,原因主要在于精细化工领域反应速度快,离子辐射大,操作简单,且材料本身很容易自燃与爆炸。
如毒药反应。
因此虽然采用了微反应技术,但是由于这种反应并没有办法从根本上解决风险,所以还是有需要加强人们对反应风险的充分认识与管控。
其次,可以确定的是,微反应技术为应用程序的发展提供了很大的机遇。
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