过程强化技术结业论文论文题目：微反应器技术及其在有机反应中的应用姓名：姜炜学号：10110494学院：化工学院班级：循环110摘要近年来，微反应器技术已逐渐成为国际化工技术领域的研究热点。

该文介绍了微反应技术的研究进展；阐明了微反应器的特殊优势；分析了微反应器适合的化学反应；列举了大量微反应器在有机化学中应用的成功案例。

关键词：微反应器，有机氧化，有机合成AbstractAs an emerging technology,micro-reaction technology is becoming an increasing hot spot in the global chemical industry.The advances of this technology are introduced. This paper demonstrates the superior advantage of micro-reactor,types of chemical reactions that could benefit from the micro-reactor are discussed.In the major part of this paper,many successful applications of micro-reaction technology are presented.Keywords: micro-reactor,oxidation of organic,organic synthesis目录1 微反应器的分类............................. 错误！未定义书签。

1.1 气固相催化反应器 (2)1.2 液液相微反应器................................... 错误！未定义书签。

1.3 气液相微反应器................................... 错误！未定义书签。

1.4 气液固三相微反应器 (3)1.5 电化学和光化学微反应器 (3)2 微反应器的反应特征 (4)2.1 反应温度能够精确控制 (4)2.2 物料能够精确比例................................. 错误！未定义书签。

2.3 反应时间的精确控制 (4)2.4 小试工艺能力可以直接放大 (4)2.5 有着良好的操作性 (4)2.6 结构安全性 (5)3 微反应器适合的反应类型 (6)3.1 放热剧烈的反应 (6)3.2 反应物或产物不稳定的反应 (6)3.3 对反应物配比要求很严的快速反应 (6)3.4 危险化学反应以及高温高压反应 (6)3.5 纳米材料及需要产物均匀分布的颗粒形成反应或聚合反应 (7)4 反应器的优点总结 (8)4.1 温度控制 (8)4.2 反应器体积 (8)4.3 转化率和收率 (8)4.4 安全性能 (8)4.5 放大问题 (9)5 微反应器在有机氧化反应中的应用 (10)5.1 低温Swern氧化反应 (10)5.2 高温硝化反应 (11)6 微反应器在有机合成方面的应用 (14)7 结语 (18)8 参考文献 (19)1微反应器的分类20世纪50年代末，物理学家Richard Feynman提出[1]，未来科学发展的方向是微型化。

纵观半个多世纪的科学技术发展概况，我们可以看出微型化的确是科学技术发展的一个重要趋势，尤其是信息技术和微机电系统这两种技术，这两种技术已经应用到各个领域，对社会的发展产生了很大的影响。

20世纪80年代初，Tuckerman和Pease提出了“微通道散热器”概念，这一概念成功解决了大规模化和超大规模化集成电路散热困难问题。

1993年，DuPont公司应用微电子技术制造了首个芯片反应器，这反应器能够用来生产氰氢酸、异氰酸甲酯(MIC)等有毒物质。

微反应器是一个比较广泛的概念[2]，且有很多种形式，既包括传统的微量反应器(积分反应器)，也包括反相胶束微反应器、聚合物微反应器、固体模板微反应器、微条纹反应器和微聚合反应器等。

这些微反应器都有一个根本特点，那就是把化学反应控制在尽量微小的空间内，化学反应空间的尺寸数量级一般为微米甚至纳米。

而本文所指的微反应器具有上述反应器的共同特点，但又有所区别，主要是指用微加工技术制造的用于进行化学反应的三维结构元件或包括换热、混合、分离、分析和控制等各种加热和冷却功能的高度集成的微反应系统，通常含有当量直径数量介于微米和毫米之间的流体流动通道，化学反应发生在这些通道中，因此微反应器又称作微通道(microchannel)反应器[3]。

严格来讲微反应器不同于微混合器、微换热器和微分离器等其它微通道设备，但由于它们的结构类似，在微混合器、微换热器和微分离器等微通道设各中可以进行非催化反应，且当把催化剂固定在微通道壁时，微混合器、微换热器和微分离器等微通道设备就成为微反应器，因而国外有的学者将这一类型的微通道设备统称为微反应器。

微反应器还应与微全分析设备相区别，虽然它们的结构可以相同，但它们的功能和目的完全不同。

微反应器有着十分理想的混合效率与换热效率，可以很好的控制反应物料与反应温度的精确配比，从而提升了生产的安全性与选择性。

由于微反应器的研究正在深入发展中，现在对微反应器进行分类难免有失偏颇。

借鉴传统反应器的分类标准，对微反应器进行分类归纳。

按照不同的分类方法，微反应器有多种类型。

首先按微反应器的操作模式可分为连续微反应器、半连续微反应器和间歇微反应器。

一般的微反应器均为连续微反应器，间歇微反应器的报道较少，而半连续微反应器几乎未见有报道。

其次按微反应器的用途又可分为生产用微反应器和实验用微反应器两大类，其中实验用微反应器的用途主要有药物筛选、催化剂性能测试及工艺开发和优化等。

再若从化学反应工程的角度看，微反应器的类型与反应过程密不可分，不同相态的反应过程对微反应器结构的要求不同，因此对应于不同相态的反应过程，微反应器又可分为气固相催化微反应器、液液相微反应器、气液相微反应器和气液固三相催化微反应器等。

下面对上述几种类型的微反应器予以简略地的介绍。

1.1气固相催化微反应器[4]由于微反应器的特点适合于气固相催化反应，迄今为止微反应器的研究主要集中于气固相催化反应，因而气固相催化微反应器的种类最多。

最简单的气固相催化微反应器莫过于壁面固定有催化剂的微通道。

复杂的气固相催化微反应器一般都耦合了混合、换热、传感和分离等某一功能或多项功能。

具代表性的气相微反应器是麻省理工学院Ravi Srinivason等人设计制作的T型薄壁微反应器。

该反应器用于氨的氧化反应，氨气和氧气分别从T型反应器的两侧通道进入，各自经过流量传感器，在正下方通道进口处混合，正下方通道壁外侧装有温度传感器和加热器，而T型反应器的薄壁本身就是一个换热器，通过变化薄壁的制作材料改变热导率和调整壁厚度，可以控制反应热量的移出，从而适合放热量不同的各种化学反应。

1.2液液相微反应器到目前为止，与气固相催化微反应器相比较，液相微反应器的种类非常少。

液液相反应的一个关键影响因素是充分混合，因而液液相微反应器或者与微混合器耦合在一起，或者本身就是一个微混合器。

专为液液相反应而设计的与微混合器等其它功能单元耦合在一起的微反应器案例为数不多。

主要有BASF设计的维生素前体合成微反应器和麻省理工学院设计的用于完成Dushman化学反应的微反应器。

两者分别代表了两种典型的液相混合方式，前者采用静态混合方式，即将流体反复分割合并以缩短扩散路径，而后者采用流体动力学集中方法，即多个进料微通道呈扇形分布，集中汇入一个狭窄的微通道，通过液体的扩散作用迅速混合。

1.3气液相微反应器所报道的气液相微反应器按照气液接触方式可以分为两类。

一类是气液分别从两根微通道汇流至一个微通道，整个结构呈T字形。

由于在气液两相中，流体的流动状态与泡罩塔类似，随着气体和液体的流速变化出现了气泡流、节涌流、环状流和喷射流等典型的流型，这一类气液相微反应器被称作微泡罩塔。

另一类是沉降模式微反应器，液相自上而下成膜状流动，气液两相在膜表面充分接触。

气液反映的速率和转化率往往取决于气液两相的接触面积。

这两类的气液反应器气液相接触面积都非常大，其内表面积都接近20000m2/m3，比传统的气液相反应器大一个数量级。

1.4气液固三相微反应气液固三相反应在化学反应中也比较常见，种类较多，在大多数情况下固体为催化剂，气体和液体为反应物或产物，美国麻省理工发明了一种气液固三相催化反应的微填充床反应器，其结构类似于固定床反应器，在微通道中填充催化剂固体颗粒，气相和液相被分成若干流股，再经管汇到反应室中混合进行催化反应。

麻省理工还将该微反应器“放大”，将十个微填充床反应器并连在一起，在维持产量不变的情况下，大大减小了微填充床反应器的压力降。

1.5电化学和光化学微反应器电化学微反应器属于液相微反应器，而光化学微反应器其反应物既有液相也有气相的，由于它们都有其特殊性，故不能简单的划为气相微反应器和液相微反应器，应单独类为一类。

德国美因茨学院率先研制了一种用于从对甲氧基苯甲烷合成对甲氧基苯甲醛的电化学微反应器。

2微反应器的反应特征分析2.1反应温度能够精确控制微反应器有着良好的换热效率，能够在反应过程中迅速释放出热量，与能够维持反应的温度，在强放热反应中，常规反应器换热效率与混合速率并不理想，在各种因素的影响下，常会发生局部过热现象。

在精细化生产工作中，若剧烈反应的热量未及时排除，就会引起冲料事故，情况严重时甚至会发生爆炸。

2.2物料能够精确比例，实现瞬时混合对于那些对反应物料配比要求很精确的快速反应，如果搅拌不好，就会在局部出现配比过量，产生副产物，在常规反应器中几乎无法避免，而微反应器的反应通道一般只有数十微米，可以精确按配比混合，避免副产物生成。

2.3对反应时间的精确控制[5]常规的单锅反应，往往采用逐渐滴加反应物，以防止反应过于剧烈，这就造成一部分先加入的反应物停留时间过长。

对于很多反应，反应物、产物或中间过渡态产物在反应条件下停留时间一长就会导致副产物的产生。

而微反应器技术采取的是微管道中的连续流动反应，可以精确控制物料在反应条件下的停留时间。

一旦达到最佳反应时间就立即传递到下一步或终止反应，这样就能有效消除因反应时间长而产生的副产物。

2.4小试工艺能力可以直接放大小试工艺放大到大反应釜，由于传热传质效率的不同，工艺条件一般都要通过实验来修改以适应大的反应器。

一般的流程都是：小试～中试～大生产。

而利用微反应器技术进行生产时，工艺放大不是通过增大微通道的特征尺寸，而是通过增加微通道的数量来实现的。