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微化工报告之心得 未来化学工程领域的新宠微化工今天有幸听取了清华大学知名教授杨基础老师的科技前沿讲座微化工系统及其进展。 精彩的报告开阔了我们的视野，增长了我们的知识。 随着科技的发展和进步，人们越来越注重生产对社会的影响，因此提出绿色、安全、高效的生产要求。 作为化工人竭尽全力地发现符合这些要求的生产设备和工艺，开发出更多地应用方向，造福社会。 而微化工的出现恰恰顺应的发展的需要，它在化学工程领域里开辟了新的道路。 微化工不仅具有体积微小的特点，其内部还有微米级的通道、筛孔和沟槽等微小结构。 它的典型代表有微反应器、微混合器、微换热器等微设备及其工艺流程。 杨老师说在这些微结构的作用下，物料可以在被动或主动的情况下实现快速混合和高效传热，提高表观反应速率，缩短反应时间，使反应器在高速下操作，节省开车时间，提高反应的安全性，并减少设备的固定投资，节约成本。 从目前的发展来看，得到广泛应用的多项微化工系统设备主要有T型错流剪切设备、水立方聚焦设备、同轴环管设备和分枝破碎设备4种。 T型错流剪切是一种利用连续相流体通过剪切垂直进入设备的分散相流体，实现分散相的破碎，从而得到柱状和（泡）滴状两种分散流型。 水立方聚焦是通过狭缝结构，急剧的流速产生界面不稳定型，从而产生微小尺寸的液滴和气泡分散流型。 同轴环管是一种在微小的同心圆管结构中分散液滴的方法，在其内部不仅可以形成稳定的分散结构，也可以形成稳定的层流结构。 分枝破碎是一种利用分叉通道结构实现液滴的再破碎，还可以获得丰富的破碎流型。 以上四种设备的分散方式虽然不同，但是在微化工系统中流体的分散过程是有普遍规律的，在微尺寸下粘性力和界面力是实现液滴和气泡的主要作用力，分散相流体的分散尺度主要与两相流体的流量比、粘度比和毛细管准数有关。 不同流型的产生主要受系统中流量、粘度、速度和界面张力的影响。 微反应器的常规应用准则如下对于反应速度非常快的反应（A类化学反应），只单独使用微结构反应元件即可如微混合器（通常内部或相连接部分都设计有热交换器），不需要连接管。 对于快速化学反应（B类化学反应），可将微反应器和常规的流动式反应器组合使用如微混合器加连接管的反应器；对于反应速度较慢的化学反应（C类化学反应），使用常规的流动式反应器如管式反应器，反应器的管径最好是阶梯式增加，以减少压降；实现生产规模产量的放大原理（从100吨/年到几千吨每年，或者更多）在研发过程中,对中试规模的放大可进行简单放大；将几个装置单元数量叠加或等比例放大结构化的流体量；通过多尺寸结构实现放大-若干小流量单元与更大尺寸的内部结构连通实现连续流动，在放大同时减少压降；设备升级将高通量的微装置与已有的工艺设备进行连接使用，如在很大通量的生产工艺中连接一个支路；通过厚度和长度没有尺寸限制的盘式结构实现放大；通过改变过程方法代替结构设计来实现与“微效应”功能相同的放大。 由于微化工设备的微尺度、大比表面积、小体积及独特的流动性为，这就赋予它具有以下优点传质速率大大增加、反应速率大大升高、反应高度集成、快速直接放大、节省工程投资、过程生产安全、分散就地进行柔性生产和开车快捷。 杨教授还给大家介绍了一些实例应用，从此可以看出，这项技术是我们化学工程领域里的新宠，它给化工生产和发展的前途带来一片光明！杨老师的精彩讲解，不仅让我们学到前沿的科学知识，还让我们领略到大师的风范博学多识、幽默风趣，真是收获良多。 因此我个人也产生了一些想法可能存在的缺点由于微化工反应设备的反应速度很快，所以微反应器的使用频率加大，污染可能也会加大，给清理带来不便；微反应的设备尺寸很小，在封装时可能会有裂缝，使密封性不好，设备容易坏。 内部结构，如换热器体积更小，不易维修。 可能适合的应用方向它可以应用到我们的周围生活，粮食安全是国家安全的基础，要高产就要提高化肥和农药的利用效率，农村里的孩子应该知道，玉米和小麦在生长过程中，要施两次肥，拔节期和灌浆期，以满足生长和结果实的需要。 如果只施一次肥还能保证更大的收获，岂不是更好，不但节省人力、物力和财力，还可以有很好的丰收。 如果在生产化肥造粒时，利用微反应技术，使化肥颗粒分成三层，根据不同时期的需要，化肥颗粒可以根据其内部结构，动的释放营养成分供作物吸收。 我的设想是这样的利用微反应，把后期灌浆时需要的营养成分用均相成核方式形成微小的核心。 在上述形成核的表面包裹一层稍厚的分解慢的灰层（无害、无污染的填充物，用来缓解核里面化肥成分的释放时间）。 最外层再用异相成核方式包裹在最外面。 即在拔节期肥料撒下去以后，外层可以保证直接吸收，提供营养，随着作物前期的生长，外层肥料先被慢慢吸收完全。 然后里面的灰层正好能够保证在进入灌浆期的时候被分解掉，核内的化肥在需要的时期被分解吸收。 对陆空运输行业说，轮胎起到举足轻重的作用，但是橡胶轮胎存在老化和严重磨损的现象，如果能对橡胶进行增强作用，那么运输业的前景将会更加的光明。 我们知道，目前常用的橡胶增强方法是炭黑填充，达到分子水平的增强，但是目前的这种效果不太好，如果利用微化工技术，我们可以把炭黑颗粒做的更细，可以使在橡胶分子的节点处，加入更加细小的炭黑粒子，使增强效果达到比分子更小的单元体积的水平增强效果，从而大大提高使用性能。 医药是健康安全的保证，医疗事业的进步离不开药物和手术设备的发展，比如有机药物合成和一些高难度手术使用精准器具。 药物合成中间体在药物合成中的作用很关键而且不易得到，如果能利用微化工技术，就可以在合成时可以得到更多的有效成分。 或者制造纳米或微米级的机器人，使其带上药物和具有识别功能的蛋白质，注射到人体，就可以单一的去杀死癌细胞，起到治疗癌症的效果。 一些高危险的手术，如开颅和神经手术，会需要精确度特别高的器械，微化工可以满足尺寸上的精良。 材料的进步是人类文明进步的显著标志，它与我们的日常生活有着密切的联系，比航天、和陶瓷。 飞机的螺旋桨叶和轴承，需要高度的机械耐磨性能，利用微化工在材料里面加入具有高强度结构的粒子，制造出满足条件的复合材料，会大大提高安全系数。 或者制造飞机的材料，加工成可以吸收可见光的材料（可见光波长和物体内粒子见得间隙相近），就可以制造另外一种类型的隐形机，来帮助指挥军事作战。 陶瓷可以加入柔韧性的高分子，使之具有高度硬性和韧性，提高观赏和使用价值。 总之，在杨老师的讲解