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微化工技术小世界裏洧汏乾坤

2019/05/15 来源:河池信息港

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微化工技术:小世界里有大乾坤目前,我国化学工业存在着设备庞大、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

微化工技术:小世界里有大乾坤

目前,我国化学工业存在着设备庞大、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,已成为化学化工研究和生产者必须直面的一大挑战。国内化学工程领域的着名专家、中国工程院院士袁权认为,微化工技术的成功开发与应用,将会改变现有化工设备的性能、体积、能耗和物耗,对化学化工领域的发展产生重大影响。化学工业中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。 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,并成为科学技术发展的重要方向。袁权院士指出,经历了“单元操作”和“三传一反”两大发展阶段,化学工程科学的研究范围正逐渐向微尺度领域拓展。 据介绍,微化学工程与技术集MEMS设计思想和化学化工基本原理于一体,着重研究时空特征尺度在数百微米和数百微秒以下时,化工微型设备的设计、模拟、生产和应用等过程的基本特征和规律。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。微反应技术具有强传热和传质能力,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。 由于特征尺度的微型化,微化工技术的发展不仅在技术领域构成了重大挑战,也为科学领域带来了许多全新的问题。在微尺度的化工系统中,传统的“三传一反”理论需要修正、补充和创新;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。目前,微反应系统的研究工作主要集中在生产过程、能源与环境、化学研究工具、药物开发和生物技术、分析应用等领域。 事实上,自20世纪90年代初开始,微反应技术就引起了美国、德国、法国、日本、英国等发达国家的广泛关注,各国政府都相继制订研究计划,以推进“微反应技术”的实用化进程。中科院大连化物所以袁权院士为代表的科研团队,于2000年在我国率先开始了微化工技术的研究,至今已形成集微加工技术平台、微化学工程与技术的基础研究及应用开发于一体的研发体系。 据悉,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,为我国氢能及燃料电池的多元化发展奠定了技术基础。该所开发的用于液-液混合的万吨级微混合系统,成功地进行了工业侧线实验。他们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。 作为我国微化工技术开发的另一阵地,清华大学化学工程联合国家重点实验室也不甘示弱。他们借鉴膜乳化技术,于2005年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。 袁权院士预计,未来5~10年内,微反应技术将会在实验室、现有设备改造、微反应器件与传统过程设备集成、微型氢源系统、个人产品等方面实现突破并成功应用;尤其在适应市场需求的中等规模产能降低设备费用以及实现过程安全等方面,以及在诸如高附加值精细化学品的精密化工生产领域,将有望率先得到应用。

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