微反应器发展概况.pdf

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1、第39卷第3期当代化工Vo1．39．No．32010年6月ContemporaryChemic~IndustryJune，2010微反应器发展概况刘冠颖，方玉诚，郭辉进，顾临，况春江(安泰科技股份有限公司，北京100081)摘要：微反应器和微混合器作为实现高效混合的最重要的手段之一被越来越多的科技工作者和商业领域青睐。介绍了微反应器的概念、特点和种类；从其几何特征出发阐述了微反应器内微混合机理。简略介绍了微反应器具有的独特优越性。总结了近年来国内外微反应器的研究发展情况和存在的问题。关键词：微反应器；微混合；微混

2、合机理中图分类号：TQ050文献标识码：A文章编号：1671—0460(2Ol0)03—0315一O4自2O世纪80年代“微通道散热器”的概念首式混合则要通过外场，如电场、温度场、磁场和超声次被提出以来，微设备就开始以一种高速发展的姿波等强化作用实现。fT型微混合器态进入到化学化工领域，以微反应系统为核心的微l多交互薄式微混合器J被动式微混合器{静态微混合器化工技术以其简单高效、快速灵活、易直接放大和Il混沌微合器I【其它类型可持续性等优势受到广大科技工作者和商业领域微混合器的青睐。20多年来，基于不同的方法和目

3、的，各种各样的微反应器被设计开发出来并尝试应用到各种主+动式微混合器f{警蓄撵楗莲疆餐灌；星暮冀霾领域。【其它类型图1微混合器的分类嗍1微反应器的概念及分类Fig．1Classificationofmicroreactors术语“微反应器(microreactor)”最初是指一种2微反应器的微混合机理用于催化剂评价的动力学研究的小型管式反应器，微反应器具有与大反应器完全不同的几何特其直径约为10mm。随着本来用于电路集成的微制性[5]：狭窄规整的微通道、非常小的反应空间和非常造技术逐渐发展和推广于各种化学领域，前

4、缀“micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造大的比表面积。微反应器及其他微通道设备的通道特征尺寸(当量直径)数量级是微米级。的化学系统，此时的“微反应器”是一种借助于特殊传统混合过程依赖于层流混合和湍流混合。微微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反化工系统中，由于通道特征尺度在微米级，Reynolds应的三维结构元件【“。微反应器内流体的微通道尺数远<2000，流动多呈层流，因此微流体混合过程寸在亚微米到亚毫米量级，所要求的化学反应在这在很大程度上是主要基于扩散混合机制，而不借助些通道中进行。因此，

5、微反应器又叫“微结构”或“微于湍流。这个过程通常是在很薄的流体层之间进通道”反应器[2]。行，其基本混合机理如下[6]。微反应器有多种分类方式[31，按操作模式可分为间歇式微反应器和连续微反应器，按反应物的相态(1)层流剪切在微混合器内引入2次流，使流动截面上不同流线之间产生相对运动，引起流体可分为液液微反应器、气液微反应器和气液固三相微反应器等。从混合的方式来看，按照有无外界动微元变形、拉伸继而折叠，增大待混合流体间的界力源可分为主动式混合器和被动式混合器2类[4]，面面积、减少流层厚度。(2)延伸流动由于流动

6、通道几何形状的改变如图1[4]所示。其中，被动式混合不需要外部能量的或者由于流动被加速，产生延伸效应，使的流层厚加入，混合过程完全通过扩散或对流完成；而主动基金项目：本文受国家高技术发展计划(863计划)“新型套管武微孔膜反应器设计及应用”(20O7AA0302O7)项目资助。收稿日期：2010—04—09作者简介：刘冠颖(1987一)，女，山西人，硕士研究生，主要从事粉末冶金多孔材料方面研究。电话：58742836。邮箱：liuguanying@atmcn．corn。指导教师：方玉诚(1962一)，男，钢铁研究

7、总院教授，博士生导师，从事粉末冶金制品制备与应用技术的研发工作。3l6当代化工第39卷第3期度进一步减小，改进混合质量。性对流子域中，涡旋受到与粘性有关的层流应力的(3)分布混合在微混合器内集成静态混合元作用。通过粘性变形其尺度进一步减小，与此同时，件，通过流体的分割重排再结合效应，减小流层厚分子扩散逐渐产生了作用。当层流应力与分子扩散度，并增大流体间的界面。相当时，粘性扩散开始作用，对于更小的涡旋，分子(4)分子扩散分子水平均匀混合的必经之扩散很快的使浓度达到均一。当涡旋的尺度露小于路。在常规尺度混合器中，只有

8、当剪切、延伸和分布Kolmogorov尺度时，湍动动能的光谱密度可以混合使流层厚度降至足够低的水平时，分子水平的忽略，因此分子扩散只受粘性变形的影响。Batchelor混合才有意义。而在微混合器中，由于微通道当量【1指出，在直角坐标系下，流体微元在一个方向延直径可低至几个微米，依据Fick定律：长，在另一个方向上快速变形，在第三个方向上适当增长，从而形成细而长的薄片，在其