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大化工“生产模式下的微化工生产!

目前,“大化工”模式下的化工生产存在设备庞大、能耗高、污染重、资源浪费、效率低等诸多问题,如何有效地解决这些难题,已成为化工人必须直面的挑战。而微化工系统作为新型的化工技术,能够强化反应过程,降低过程的能耗、物耗,提高生产效率和安全性,应用十分广泛。

大化工“生产模式下的微化工生产!

以计算机为代表的信息技术的更新换代和微机电系统(MEMS)的发展,使得“微型化”观念渗透到人类生活和工作的各个领域。化工生产经历了传统的“单元操作”和“三传一反”两大发展阶段,先进的研究范围正逐渐向微尺度领域拓展。

实验-小试-中式-化工生产

实验-小试-中式-化工生产

微化工技术涉及微反应器microreactor)、微混合器(micromixer)、微分离器、微换热器等,期间流体属于微流体(microfluid)。

微化工系统

微化工系统:以微结构元件为核心,在微米或亚毫米受限空间内进行的化工过程,它通过减小体系的分散尺度强化混合与传递,提高过程可控性和效率。微反应器的工程放大,基本上都是单元数量增加(numbering up),即多个并联,而不是反应器尺度上的放大(Scale up)。

微反应器不是因为其体积小,而是因为其流道窄小,流速高,混合强度大,传质和传热得到强化。

与传统化工设备相比,微化工设备具有

与传统化工设备相比,微化工设备具有:高传递速率、易于直接放大、安全性高、易于控制等优点,可实现化工过程的连续和高度集成、分散与柔性生产。可大幅度提高反应过程中资源和能量的利用效率,实现化工过程的强化、微型化和绿色化。

低风险性

化工业的许多反应属强放热过程,存在爆炸危险,采用微反应技术能够提高过程的效率,改善过程的安全性。例如在双氧水生产过程中加氢和氧化反应的安全性是决定过程,安全的最重要环节。

微化工系统制备过氧化氢

高效快速性

甲苯法工艺中酰胺化反应的收率从82%提高到95%以上,苯法工艺中贝克曼重排反应的发烟硫酸消耗量降低30%

微反应器

工业生产

 5万吨/年纳米碳酸钙微反应器生产装置

5万吨/年纳米碳酸钙微反应器生产装置

特点:投资少、能耗低;产品粒径小、分布窄和重复性好;生产过程易控。

大连化物所开发的千瓦级质子交换膜燃料电池所用的微型氢源系统,具有启动快、一氧化碳含量低、比功率高等优点,该所用于液-液混合的万吨级微混合系统,利用微反应器具有的高效传热、传质能力,使二硝基氯苯的合成时间明显缩短。

清华大学化学工程联合国家重点实验室,借鉴膜乳化技术,成功开发了以万吨级膜分散微结构反应器制备单分散纳米碳酸钙的工业装置。

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在微尺度的化工系统中,粘性力、弹性力、表面张力、静电力等这时候都会对系统产生重大影响,许多宏观的规律可能不再适用。因此,微尺度下的表面和界面效应,微过程的测量、分析、控制等基础研究尤为重要。传统的“三传一反”理论需要修正、补充和创新,化工生产的现状也将改变!

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