德国拜耳模块化微反应技术2014
德国拜耳模块化微反应技术2014
Nagaki, A.; Kawamura, K.; Suga, S.; Ando, T.; Sawamoto, M.;Yoshida, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14702. S. Suga, A. Nagaki and J. Yoshida, Chem. Commun., 2003, 354. Bayer Patents
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
微混合器和微换热器
梳式混合器
阀式混合器
层叠式混合器
盘片式换热器
电加热器
LH 2-薄层式混合器
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LH 25-薄层式混合器
LH 1000-薄层式混合器
同轴换热器
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
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拜耳微反应技术特点2： 易拆装，易清洗
4. 基于微反应器技术的连续工艺开发
5. 结论
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化工生产中的挑战
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微反应技术
优势：灵活，应用范围广 劣势：不能适应反应具体要 求, 反应效率低 反应时间分布宽 温度和浓度不均匀 反应温度控制困难 操作安全性差 优势：适应反应具体要求， 反应效率高
微反应技术 = 微型反应通道 + 连续流动
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微反应器对反应温度/时间的精确控制
避免平行副反应
温度对于一个化学反应非常重要： • 快反应需要降温否则容易失控甚至爆炸 • 慢反应需要加热以提高反应速率 • 许多反应对温度非常敏感（动力学Vs.热力学控制）
避免后续副反应
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无放大效应
We had a small problem with the scale-up out of the laboratory....
拜耳法的原理和基本流程
溶出后液苛性比（α） 1.50～1.65
一水铝石溶出反应方程式：
AlOOH NaOH H2O 200C 2NaAl(OH) 4
• 一水软铝石的主要溶出条件：
溶出温度 溶出压力 溶出碱浓度 溶出后液苛性比（α）
200～240℃ 12～34kg/cm2 140～240g/L 1.5～1.75
• 对于一水铝石和一水硬铝石型铝土矿： 其溶出条件主要取决于一水硬铝石的含量，当以一水硬铝石
3.2 铝土矿溶出过程的化学反应
3.2.1 氧化铝水合物在溶出过程中的行为、
溶剂：循环母液中的主要成分有：NaOH、NaAlO2、 Na2CO3、 Na2SO4等。
Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq)
• 溶出的目的 在于将其矿石中的氧化铝充分溶解成为铝酸钠溶液
形态存在的三氧化二铝含量在5%以上时，实际上上必须采取适 宜于一水硬石溶出的条件，这样才能保证得到满意的三氧化二 铝溶出率。
• 一水硬铝石的主要溶出反应方程式：
AlOOH NaOH CaOH H2O 240C NaAl(OH) 4 Ca (OH )2
• 反应式中的石灰的加入量，一般为铝土矿石总重量的3～7 %。
• 3．矿石磨细的程度
• 4．石灰添加量 • 5. 搅拌强度
3.3 赤泥的分离与洗涤
• 3.3.1 铝酸钠浆液的稀释 • 从自蒸发器出来的浆液，其Na2O浓度常在200～25
0g／L之间，用赤泥洗液将其稀释的作用为： 1.低铝酸钠溶出液的浓度，便于晶种分解， 2.铝酸钠溶液进一步脱硅， 3.便于赤泥分离， 4.有利于沉降槽的操作。
铝土矿中氧化铝的理论溶出率：
n = [w(Al2O3) – w(SiO2)]/ w(Al2O3)×100%
微化工技术
（Microreaction TechnoIogy）为主题的国际会议；2003
年 4 月将召开第一届“微通道和微小型通道”国际
会 议 （ InternationaI Conference on MicrochanneIs and
MinichanneIs），并 限 定 通 道 的 特 征 尺 度 在 10 !!m ~ 3.0! mm 范围内 . 此外，微全分析系统（micro
428
20 世纪 50 年代末，著名的物理学家 Richard Feynman 曾预言微型化是未来科学技术发展方向 . 半个 多世纪以来，计算机的更新换代已将微型化所带来 的方便引入了人类生活和工作的各个领域，并对人 类文明进程产生了重大的影响 .
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝是一种新型的生产氧化铝的化学工艺，已经被普遍应用于金属表面处理行业。
其基本原理是通过将氧化铝直接转化为氢氧化碳来生产氢氧化铝，从而实现氧化铝生产。
从化学反应上看，拜耳法生产氧化铝的原理是通过电解反应，其中电极反应式为：
正极：2OH--+2H+ = H2O +2H2
2H2 + O2 = 2H2O
也就是说，在电解过程中，在正极上发生的反应使氧化钠产生氢氧化氢，而反应过程中负极上发生的反应使氢氧化铝产生氢氧化铝，最终氢氧化铝释放出来便会析出氧化铝沉淀。
拜耳法所使用的气体一般为氢、氮、氧、二氧化碳，氢气能够提供电解，从而起到氧化铝的溶解作用，氮气则对氧化铝的沉淀有较好的稳定作用，而氧气则有利于捕获沉淀的氧化铝，二氧化碳有利于调节接触能量，从而实现氧化铝的高质量的生产。
拜耳法生产氧化铝的优点是电解过程中水的反应产物为H2O，极少有有毒有害的物质排放，因此有利于环境保护；使用氢氮氧气体可以控制和优化比表面积和比容量，有利于生产现场的操作及控制。
微反应器技术及其在化工生产中的应用
纳米材料 生产 、有机 合成 、乳液 制备等 领域 ，取得 了非 常 显著 的经济效益 和社会效益 。
本文 以微反应器技术 在几种 化工产 品生 产 中的应用 为 例 ，介绍微反应器技术 的优势 ，并分 析如何 根据 化学反应 特点 ，设计基本工艺路 线 以及选 择关键 微反应 设备 ，从 而 实现工艺 的优化 。
应设 备 ，从 而 实现 ；有机合成 ；乳 液；放 大生产
中 图 分 类 号 ：ＴＱ ５ ，ＴＱ ５ ０１ ０２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
外 ，需要为 随后 的晶核 生长 过程 提供 稳定 、均匀 的环 境 。
器快速降 至成核 温度 以下 ，此后 只发 生 晶核 的生 长过 程 。 生产过程 中对温度 的精确控制能够将成核和生长过程分开 ， 从而 为合成尺寸均一 的纳米颗粒创造 了条件 。 基于模块化微反应器 技术 ，拜耳公 司先 后开发 出多种 纳 米 粉 体 的 合 成 工 艺 ，包 括 无 机 荧 光 纳 米 粉 （ 如 ＬＰ ａ Ｏ４： ｕ ｅ Ｏ Ｅ 、Ｃ Ｐ ４：Ｔ ｂ等） 、量 子 点 （ Ｃ Ｓ 、Ｃ Ｓ 如 Ａ ｅ ｄ、
一
般 而言 ，溶液 的过饱 和度 与反应 物的混合 程度 以及 反应
微反应器从本质上讲是一种管式连续反应器＿ ］ １ ，但是其 体 系的温度密切相 关 ，因此 ，快速 均匀 的混合 、快 速的升 ０ 通道特征尺寸仅为 １ 一１０ ，远远小于常规 的管式反应 温和降温 、以及精确 的反应 时间控制对 产 品的质量 至关重 ０ ００ 器 。—个微反应器的内部结构由很多微通道并联而成 ，可获得
Ｃ 、Ｔ ｅ ｂ阳离子 前驱体 溶 液和 Ｈ。 Ｏ Ｐ ，阴离 子前 驱体溶 液 ； 其次 ，两股物料 在微 混合 器 内按 预设 比例快 速均 匀混 合 ， 混合后 的溶液流经微换 热器快 速升温 至成核温 度 ；然后 反 应溶液流人带有混合 和换热装 置的微反应 器 中进 行纳米 晶 核的生长 。为 了实现成 核与生长 过程 的分离 ，通 常晶体 的 生长温度需等 于或低 于成核温 度 ；最后溶液 流经 微换热 器 快速 降温使反应淬灭 ，得到含有 Ｃ Ｐ ４ ｅ Ｏ ：Ｔｂ 纳米颗粒 的溶 液。整个过程 中，通过调 节反应参 数如 反应 温度 、停 留时 间、浓度等可 以得到 形貌 和尺 寸可 控 的单 分散 纳米 颗粒 。 与传 统批次合成 工艺相 比，该 工艺具有 以下 优点 ：获得 的 产品质量 高 （ 颗粒尺寸在 ２ ｌ Ｏｎｎ以下 、颗粒 尺寸分 布窄） ， 可重复性好 ，设备 体积小 ，安 全性 好 、能耗 低 ，可 以实 现
连续化微通道反应器在染料颜料合成中的应用
２ ２ 偶合 反应 ．
偶 合反 应 中重氮 盐 容 易 分 解 。 尤其 是 偶 合 组 分
单描 述 。微反 应 器从 本 质 上讲 是 一 种 连 续 流 动 的管 是 酚类 化 合 物 时 ， 往 需 要 在 强 碱 性 条 件 下 偶 合 。 往 重 道式 反 应 器 ， 括 化 工 单 元 所 需 要 的混 和 器 、 热 在 这 种条 件 下 ， 氮盐 分 子 如 果 不 能 在 极 短 时 间 内 包 换
公 司 已经 开 始关 注 这一 新 技 术 。瑞 士 克 莱 恩 公 司 甚 至成 立 了 微 反 应 器 技 术 研 发 中心 （ ｌ ｉｎ ｏ ｅ Ｃａ ａｔＣ ｍｐ — ｒ
ｔ ｃ ｅ ｔ ｏ ｃｏｅｃｏ ｅｈ ｏｏｙ （ ３ Ｒ ） ｅ ｅＣ ｎｒ ｆｒｍｉ ｒａｔ ｔ ｎ ｌ ｎ ｅ ｒ ｒ ｃ ｇ Ｃ Ｔ） ， Ｍ
维普资讯
第４ ３卷 第 ３期
２０ ０ ６年 ６月
染料 与 染色
ＤＹＥＳＴＵＦＦＳ ＡＮＤ Ｃ０Ｌ ０ＲＡＴ１ ０Ｎ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ３ １４ ．
Ｊ ｎ ２ ０ ｕｅ ０６
研 究 论 文
连 续 化 微 通 道 反 应 器 在 染 料 颜 料 合 成 中 的应 用
使 用 连 续 化微 通 道 反应 器 进 行 化学 合 成 反 应 ， 微 通道 的 尺 寸 只 有 数 十 微 米 到数 百微 米 ， 反应 物 料
简称微 反 应 技 术 。作 为 一 项 新 兴 的 反 应 技 术 ， 过 能 够得 到快 速和 均匀 的混 和 。 在
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。
微通道反应器 -刘辉
北京化工大学研究生课程论文课程名称：化学反应器理论课程代号：ChE540任课教师：***完成日期：2014 年 3 月24 日专业：化学工程技术学号：**********姓名：mongmong成绩：微通道反应器发展及应用摘要微化工技术作为化学工程学科中一个新的发展方向是实现化工过程绿色、安全、高效的重要方法,微反应器作为微化工系统的核心已经成为科学研究的热点之一。
近年来,随着微尺度下“三传一反”研究的进展,微尺度流体的性能得到了深入揭示,微反应器技术也被广泛应用于科学研究和工业生产领域。
本文综合概括了微通道反应器的基本概念及主要优点，讲述了微通道反应器的发展及演变历程，详细介绍了微通道反应器的分类及结构，重点讲述微通道反应器的流体力学和混合特性，接着介绍了微通道反应器所适用的反应体系和目前微通道反应器的工业应用实例，最后又针对微通道反应器的一系列问题的研究现状进行了总结和概括，并对它的应用前景进行了展望。
AbstactAs a new chemical process development direction, The micro chemical engineering system is an important technology to make the chemical engineering process green, safe and highly efficient . Microchannel Reactor-the core of micro-chemical systems has become a hot topic of scientific research. During recent years, many kinds of microreactors have been designed and the transport performance of fluid at a microscale has been widely investigated. Furthermore , the microreactor has been widely used in the research and industrial process. This paper summarizes the basic concepts of microchannel reactor and it’s main advantages ,talks about the development of microchannel reactor and evolution process. it introduces the classification and structure of Microchannel Reactor in deatails, which forcusing on its hydrodynamics performance and mixing features, then introduces the industrial application examples and the reaction system applied currently. and finally, A range of issues for the research status of microchannel reactors were summarized and described, and its application was prospected too.Keywords：Microchannel Reactor; microscale ; micro chemical engineering前言20世纪微电子技术和数字技术的高速发展，计算机的更新换代已将微型化的理念引入工作和生活的各个领域。
MBBR技术大总结
MBBR技术大总结移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor）MBBR由挪威Kaldnes MiljϕTeknolgi公司（KMT）、挪威科技大学（NTNU）及挪威工业与技术研究基金会（SINTEF）在20世纪80年代合作开发的新工艺，通过在普通活性污泥池中投加特定的悬浮填料，提高污水处理容积负荷率和出水指标，强化系统对高盐度、有毒有害化合物的耐受性。
MBBR结合传统的活性污泥法和生物接触氧化法的优点，而又超越了活性污泥法及生物膜法的缺点及限制，反应器中悬浮填料因搅拌在水中自由运动，污水连续经过装有移动填料的反应器时，在填料上生长形成生物膜，通过系统悬浮活性污泥和载体生物膜的吸附、生物氧化等作用，净化水质。
1 MBBR工艺的优点1.填料多为聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫体等制成的，比重接近于水，以圆柱状和球状为主，易于挂膜，不结团、不堵塞、脱膜容易。
2.因填料、水都是运动的，故气、水、固相之间的传质较好，填料上生物膜的活性较高，提高了系统的有机负荷和效率，出水水质稳定。
3. MBBR的应用比较灵活，反应器形状多种多样，结构紧凑，占地面积小，在相同负荷条件下只需普通氧化池20%的容积。
4.水头损失小，能耗低，运行简单，操作管理方便。
5.微生物附着在载体上随水流流动所以不需要污泥回流或循环反冲洗。
6.生物膜自然脱落，不会引起堵塞。
2 MBBR在市政污水处理中的优势:1.占地面积小：在填料填充率为15%和相同的污染负荷的条件下，移动床生物膜反应器约占常规生物反应器（缺氧、厌氧及好氧）20-40%的池容。
2.适合于市政污水处理厂的扩容：鉴于大多数污水处理厂的预留面积较少，当实际进水水质及水量发生变化时，在保证原设计池容不变的情况下满足原设计出水标准。
3.适合于现有污水处理厂的升级改造：移动床生物膜工艺设计及运行灵活简单，适应不同类型的池型，而且与其它工艺的兼容性很强，可以与已建污水处理厂的大部分工艺如A2O、AO、SBR、CASS及氧化沟法等相组合。
帝人与拜耳公司联手开拓PC市场
帝人与拜耳公司联手开拓PC市场
闻芝
【期刊名称】《工程塑料应用》
【年(卷),期】2005(33)2
【摘要】最近，日本帝人化学品有限公司和德国拜耳材料科技股份有限公司签署
了一项在聚碳酸酯(PC)方面合作的意向书，旨在按地区相互供应特定级别的PC。
据介绍，该协议将有助于改善双方公司的工作效率，使其在品种上可相互补充并提高生产率及缩短供货时间。
根据项目进度情况，两公司的合作范围还将进一步拓展。
业内人士认为这一合作将有助于提升PC在全球市场上的普及率。
【总页数】1页(P7)
【作者】闻芝
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ323.41
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1.拜耳材料科技集团与帝人化学品公司签定相互供应聚碳酸脂树脂意向书 [J],
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5.拜耳微反应技术瞄准中国市场——专访拜耳技术服务公司化工工艺负责人Mleczko博士 [J], 杨瑞影
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反应设备微反应器PPT课件
日用化学品 和聚合物
德国西门子（Siemens）公司
美国UOP公司
药物合成(Ciprofloxazin) 里特(Ritter)反应 硝化甘油 颜料 复配(Formulations) 催化剂 环氧丙烷 聚丙烯酸酯 过氧化氢
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16
8.3 微反应器
8.3.3 微反应器的特点及应用
三、应用情况
板片采用扩散焊实现连接密封。
8
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8.3 微反应器 8.3.2 微反应器的结构及制造工艺
三、微反应器的封装技术
右图是路易斯安那理工大学设计 的把环己胺脱氢为苯的微反应器 设计图，尺寸为20×14×3 mm。 由三部分组成,上部是用聚二甲基 硅氧烷制作的端盖,中间是用钯 (Pd)制成的折叠式隔膜,下部则是 用硅制成的反应室,三者之间用聚 酰亚氨粘接,该反应器能在250℃ 以下稳定工作。
微反应系统的层次结构
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2
8.3 微反应器
8.3.2 微反应器的结构及制造工艺
二、微反应器的加工技术
微反应器材料的选择取决于介质的腐蚀性能、操作温度、操作压力、加工方 法等。常用的材料有：
硅：硅的密度小(2.3 g/cm3)；熔点高（1400℃）,约为铝的两倍；热膨胀系 数小，只有铝的十分之一；单晶硅的屈服强度比不锈钢大三倍；硅具有各向 异性,便于进行选择性刻蚀。
塑料和聚合物等材料：易于光刻电镀和压模成型加工。
第2页/共18页
3
8.3 微反应器
8.3.2 微反应器的结构及制造工艺
二、微反应器的加工技术
微反应器常用加工技术可分为三类: 一是由IC(集成电路)平面制作工艺延伸而来的硅体微加工技术： 包括湿法刻蚀（各向同性刻蚀和各向异性刻蚀)、干法刻蚀（溅射刻蚀、 等离子刻蚀） 二是超精密加工技术：微细放电加工(micro-EDM）、激光束加工、电子束 加工和离子束加工。 三是LIAG工艺：包括光刻、电镀和压模三步的组合技术,由德国喀尔斯鲁 厄核研究中心发明。
201411基于流动化学的连续工艺技术及微反应器技术介绍
LH 2-薄层式混合器 LH 2-Slit-plate type mixer
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LH 25-薄层式混合器 LH25-Slit-plate type mixer
LH 1000-薄层式混合器 LH1000-Slit-plate type mixe层式混合器用于乳化
Packed-bed reactor
固定床气/液反应器
Fixed-bed G-L reactor
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低温反应器
Cryoreactor
Miprowa反应器
Miprowa Reactor
内部带混合的夹层反应器
Sandwich Reactor with internal mixing
阀式反应器用于羟基磷灰石的合成
Process Intensification Process in continuous Intensification
and modular processing 模块化连续工艺 中的过程强化
Ecologic benefits生态优势
Inherent safety in small plants小车间的固有安全性 Higher resource efficiency高的资源效率 Less consumables and by-products更少的消耗和副产品
高效但不灵活 High efficiency but low flexibility
灵活但不高效 High flexibility but low efficiency
有何方式能将两种生产方式的优点结合起来？
Is there a way to combine the best of the two conventional production modes?
拜耳工业服务公司欢迎华谊等中国企业到德国落户
拜耳工业服务公司欢迎华谊等中国企业到德国落户
张松涛
【期刊名称】《上海化工》
【年(卷),期】2005(30)9
【摘要】8月31日，德国拜耳工业服务公司市场营销部经理罗塔尔·迈尔博士拜访了上海华谊（集团）公司。
【总页数】1页(P11-11)
【关键词】德国拜耳工业服务公司;中国;上海华谊集团公司;生产基地;销售中心;化工企业;研发中心
【作者】张松涛
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】F451.667;F426.7
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简述拜耳法生产氧化铝的分解工艺
简述拜耳法生产氧化铝的分解工艺摘要拜耳法分解工艺是指氧化铝生产过程中的种子分解，这是拜耳法的一个重要生产单元，能够直接对氧化铝产品的质量造成影响，现阶段，我国在使用拜耳法进行氧化铝生产时，分解工艺共分为两个阶段。
文章对我国砂状氧化铝的分解工艺进行了具体的分析，并对比了两个阶段分解工艺的经济可行性，以便拜耳法在我国氧化铝生产中得到更充分的运用。
关键词拜耳法；氧化铝；分解工艺作为电解炼铝的重要生产原料，氧化铝在我国电解工业的发展中有着广泛的应用，电解工业生产过程中对氧化铝的质量有着较高的要求，首先要保障流动性，其次要具有耐磨性，并能够在电解质中实现完全溶解，最后要具备粒度粗、表面积大的特点。
而且近年来随着我国电解工艺的快速发展，要求在生產过程中使用的氧化铝最好为砂状氧化铝产品，为此，需要对拜耳法的分解工艺进行深入的探讨，保障能够生产出满足我国电解工业生产需要的高质量砂状氧化铝。
1 拜耳法生产氧化铝种子分解工艺分析1.1 分解工艺原理分析所谓的分解工艺是指在分解过程中，通过种子分解将氢氧化铝结晶从铝酸钠溶液中析出，得到固体的氢氧化铝物质，然后蒸浓种分母液，调配出构成拜耳法闭路循环的碱液。
分解过程的化学反应方程式为：NaAI（OH）4→AI（OH）3+NaOH这种反应为可逆反应，从左开始反应，则是溶出氢氧化铝的过程，从右进行反应则是氢氧化铝沉淀的析出过程。
拜耳法分解工艺包括两个阶段，第一个阶段分解氢氧化铝的晶核，第二个阶段析出结晶颗粒，这两个阶段可以同时存在一次分解中，能够加快析出的速度，所以在我国使用拜耳法生产氧化铝时，经常在分解过程中加入氢氧化铝种子，通过搅拌即可破坏掉铝酸钠溶液本身的稳定性，从而提高了生产效率[1]。
1.2 一段分解工艺分析一段分解过程中，主要是实现氢氧化铝结晶成核，并不断生长，分解过程大概在45小时—50小时范围内，分解中铝酸钠精液的温度应控制在≥100℃，首槽温度应控制在55℃-63℃。
微通道反应器
微流控反应器制备纳米磷酸铁锂相关研究进展微流控反应器是利用精密加工技术制造的、特征尺寸在10~1000微米之间的微型反应器。
微反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热，因此许多在常规反应器中无法实现的反应都可以微反应器中实现。
但是微反应器最大的缺点是固体物料无法通过微通道，如果反应中有大量固体产生，微通道极易堵塞，导致生产无法连续进行。
目前这一问题主要是通过改进反应器的设计来解决。
例如拜耳-埃尔费尔德微技术公司开发的阀式混合器（反应器）可以用于快速沉淀反应，基于这一技术，拜耳公司成功开发了商业化生产工艺，用于生产高性能的纳米材料。
纳米材料在能源领域也有着广阔的应用，但是在纳米材料产业化过程中，能够大规模生产并且可控的手段并不多，而微反应器能够同时满足以上两个条件，未来将在能源领域有巨大的应用前景。
南京工业大学材料学院杨晖老师课题组首次利用微反应器在能源领域开展了大量的研究，相关研究成果发表在Chemical Communication (2013)49:5396-5398；Journal of Materials Chemistry A(2013)1:10429-10435；Rsc Advances(2014)4:25625 -25632。
在Chem. Commun.报导中，课题组利用微反应器合成了纳米FePO4，再通过后期Li源的加入，得到了纳米级的LiFePO4/C正极材料，并且表现出了优异的电化学性能。
在0.5C的放电倍率下，首次放电容量达到了167 mAh·g-1（理论容量170 mAh·g-1），即使在10C和40C的放电倍率下，放电容量也分别达到了150 mAh·g-1和127 mAh·g-1。
此外，在10C的倍率下循环100次以后，容量损失只有1.7%，表现出了优异的倍率性能和循环稳定性。
微反应器工作示意图LiFePO4/C在不同倍率下的首次放电容量。
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50/50 µm
1 mm
25/25 µm
50 µm
85/25 µm
50 µm 25 µm
Page 20
拜耳微反应技术特点3： 无管化连接，组装简单灵活
侧视图
夹紧模块 密封垫片
Page 21
拜耳微反应技术特点3：无管化连接，组装简 单灵活
俯视图
Page 22
Miprowa®通用配置
反应类型 反应方程式 温度/压力 收率/时间 备注
羟醛缩合 A
0.5 mmol （10％ TBAF）Wiles, C.; Watts, P.; Haswell, S. J.; Pombo-Villar, E. Lab Chip 2001, 1, 100.
25°C
25°C 25°C
100% conv./ 24 h
5. 结论
Page 28
微反应技术可用于 …
Page 29
拜耳微反应技术用户举例*
Hochschule Anhalt
* 仅部分授权可使用其Logo的客户
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适合微反应技术的工艺特征
精细化学品和功能材料合成中涉及到的常见化学反应类型有氧化反应（硝化反 应等）、还原反应（氢化反应等）、Michael加成反应、活泼有机金属化合物 参与的反应 （格氏反应等）、偶联反应、光化学反应、裂解反应、酯化反应、 重排反应以及羟醛缩合反应等。此外，不少功能材料制备时也涉及到许多混合、 乳化或其它物理过程。上述的物理、化学工艺过程基本上都具有一个或几个适 合用微反应器技术进行工艺改进的特征，如： 快速的强放热反应； 要求快速均匀混和的反应； 要求精确控制反应工艺参数（如温度、压力、反应物配比和停留时间等）的 反应； 涉及不稳定中间产物或有后续副反应的反应； 涉及危险化学品或高温高压的反应；
100% conv./ 20 min E/Z = ~3/ 20 min
常温常 压
Wittig反应 B,D
Skelton, V.; Greenway, G. M.; Haswell, S. J.; Styring, P.; Morgan, D. O.; Warrington, B. H.; Wong, S. Y. F. Analyst 2001, 126, 11. Pennemann, H., Hessel, V., Lowe, H., Forster, S. and Kinkel, J. (2005) Organic Process Research & Development, 9, 188.
Nagaki, A.; Kawamura, K.; Suga, S.; Ando, T.; Sawamoto, M.;Yoshida, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14702. S. Suga, A. Nagaki and J. Yoshida, Chem. Commun., 2003, 354. Bayer Patents
4. 基于微反应器技术的连续工艺开发
5. 结论
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化工生产中的挑战
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微反应技术
优势：灵活，应用范围广 劣势：不能适应反应具体要 求, 反应效率低 反应时间分布宽 温度和浓度不均匀 反应温度控制困难 操作安全性差 优势：适应反应具体要求， 反应效率高
微反应技术 = 微型反应通道 + 连续流动
与传统工艺的差别 Difference from the traditional: • 微通道混合，强化传质 Micro mixing to enhance mass transfer • 精确控制钙磷摩尔比 Precise control of Ca-P ratio • 严格控制各过程的温度和时间 Precise control of temperature
25°C
25°C 25°C
E/Z = 0.5~5
PSD bimodal PSD monomodal; +73% glossiness; +66% transparency 98% conv./ 3 days 98% conv./ 3.5 h (3.0 g) 75% yield/ 2 h + 8 h 73% yield/ 35 min 80~85% yield, 12~27 h 98% yield, 3~10 min
heat transfer A ~ heat generation V
• 动力学淬灭
wall impact kT 1 A volume impact 2 2 2 p V
wall impact A ~ volume impact V
危险物质的滞留量小 微通道固有的阻燃性能 微结构改进了装置防爆性能
4. 基于微反应器技术的连续工艺开发
5. 结论
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拜耳微反应技术特点1：可选择模块多，适用 范围广
微反应器
乳化与沉淀反应器
光催化反应器
层叠式反应器
曲径式固定床 催化反应器
固定床气/液反应器
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低温反应器
Miprowa反应器
内部带混合的夹层反应器
阀式反应器用于羟基磷灰石的合成
微反应工艺MRT process
微型反应通道 极大的比表面积 流体A 流体B
快速均匀的混合
出色的换热能力
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连续的流动
反应时间 =
微通道体积 流速
连续流动 可精确控制反应时间 停留时间分布窄, 几乎无返混！
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安全性高
• 热淬灭效应
(T T ) A heat transfer 1 Ea / RT W n heat generation H r k0e [X ] V
模块化，灵活
精确控制反应条件 安全性高
辅助操作时间长
……
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微型反应通道
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微型反应通道
1000 100 10
1
0.1
d [mm]
比表面积 (m2 / m3)
微反应器 4,000 – 20,000
小反应器/整装反应器 列管式反应器 搅拌反应釜
1,500 – 4,000 100 - 400 4 - 40
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无放大效应
途径: -几何尺寸放大
LH 1000 LH 25
300 个通道, 宽度 50 µm: 流量 ~ 25 l/h 20 000 个通道, 宽度 50 µm: 流量 ~ 1000 l/h
100 mm
-并联叠加放大
-通道数量增加
LH 2
20 个通道, 宽度 50 µm : 流量 ~ 2 l/h
常温常 压
偶氮颜料 B,D
常温
催化氢化反应 A,C
Franckevicius, V.; Knudsen, K. R.; Ladlow, M.; Longbottom, D. A.; Ley, S. V. Synlett 2006, 889.
80°C, 1 bar 80°C, 1 bar
常（高） 温高压
原料1 原料2
无管化连接使反应装置的组装简单、 灵活、方便。 பைடு நூலகம்物
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高度集成的微反应工厂
一步均相反应装置
多步均相反应装置
一步或多步非均相反应装置
高温或低温反应装置
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自动控制系统
硬件
软件
Chart recorder with different scales
temperatur e T2 T4 T5
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微反应器对反应温度/时间的精确控制
避免平行副反应
温度对于一个化学反应非常重要： • 快反应需要降温否则容易失控甚至爆炸 • 慢反应需要加热以提高反应速率 • 许多反应对温度非常敏感（动力学Vs.热力学控制）
避免后续副反应
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无放大效应
We had a small problem with the scale-up out of the laboratory....
要求工艺稳定性高、可重复性好的反应。
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微反应器在有机反应中的优势举例 （1/2）
反应类型 Grignard 试剂 加成反应 A, B 自由基聚合反 应 B,C 反应方程式 Taghavi-Moghadam, S.; Kleemann, A.; Golbig, K. G. Org. Process Res. DeV. 2001, 5, 652. 温度/压力 收率/时间 49% yield, (A:B = 65:35 )# 78% yield, (A:B = 95:5 )* 备注 低温
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
微混合器和微换热器
梳式混合器
阀式混合器
层叠式混合器
盘片式换热器
电加热器
LH 2-薄层式混合器
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LH 25-薄层式混合器
LH 1000-薄层式混合器
同轴换热器
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
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拜耳微反应技术特点2： 易拆装，易清洗
硝化反应 A,B
Panke, G.; Schwalbe, T.; Stirner, W.; Taghavi-Moghadam, S.; Wille, G. Synthesis 2003, 2827.
90°C 90°C 140~150°C 220~260 °C
高温
Claisen重排反 应 A,B,C
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Org Pro Res & Dev, 2001, 5: 636 - 645.
高温
# 代表常规反应器工艺结果；*兰色代表微反应器工艺结果。微反应技术在有机反应中的优势： A 提高反应速率和收率；B 提高反应选择性：C 安全操作 和快速放大；D 高通量快速工艺优化平台；E 多步及多元工艺开发。