第1章 微反应技术的发展现状 1
1.1 定义 1
1.1.1 以微反应器为核心的微系统 1
1.1.2 微反应器的结构层次 1
目录 1
1.1.3 按功能分类的微反应器 3
1.2.1 小型分析系统的主要优点 4
1.2.2 纳尺度反应器的主要优点 4
1.2 微反应器的主要优点 4
1.1.4 分析和反应系统的区别 4
1.2.3 物理尺寸的减小为微反应器带来的优势 5
1.2.4 单元数的增加为微反应器带来的优势 6
1.3 微反应器在应用中的潜在优势 8
参考文献 10
第2章 微反应器的现代微制造技术 14
2.1 可用于制造微反应器的微加工技术 14
2.2 技术的适用性评价 14
2.3 硅材料的各向异性湿法蚀刻 16
2.4 硅的干法蚀刻 17
2.5 LIGA过程 18
2.6 注模技术 19
2.7 玻璃湿法化学蚀刻 20
2.8 先进机械加工技术 20
2.8.1 钻石工具的表面切割 21
2.8.2 碾磨、翻转及钻孔 21
2.8.3 冲压 21
2.8.4 压花 22
2.9 金属薄片的各向同性湿法化学蚀刻技术 22
2.10 导电材料的电子放电机械加工 23
2.10.1 钢丝钳腐蚀及开模 24
2.10.2 μ-EDM钻孔 25
2.11 激光微型机械加工 25
2.12 连接技术 26
2.12.1 金属薄片的微型叠片技术 26
2.13 功能涂层 28
2.13.1 抗腐蚀的功能涂层 29
2.13.2 防止污垢形成的功能涂层 29
参考文献 30
第3章 微混合器 36
3.1 混合规则和宏观混合设备的分类 36
3.2 混合规则和小型混合器分类 38
3.3 微型混合设备的潜在优势 40
3.4 T形混合结构中两股支流的接触 43
3.4.1 T形混合结构 43
3.4.2 双T形混合结构 44
3.5 通过高能支流的碰撞实现喷射和雾化作用 46
3.5.1 微型喷射反应器中三股支流的碰撞 46
3.6 一种组分的多股支流注入另一组分的主流体中 46
3.6.1 多股微型喷射流的注入 46
3.7 两组分两种流体层多次分叉及重新汇合 48
3.7.1 由流道形变产生的流体多次分割和重新组合 48
3.7.2 叉形元件实现流体多次分叉及重新汇合 50
3.7.3 采用分离板实现流体多次分割及重组 52
3.7.4 采用坡形通道实现流体的多次分割及重组 53
3.8 两组分的多股支流注入实现混合 55
3.8.1 交叉型通道结构中流体层的多次分层 55
3.8.2 采用V形喷嘴阵列实现流体层的多次垂直分层 63
3.8.3 采用微结构堆叠平板实现分层混合 65
3.8.4 采用含星形开孔的堆叠平板实现多次分层 68
3.9 通过提高流速缩短垂直于流动方向的扩散路径 69
3.9.1 通过水力学聚焦减小流体层厚 69
3.10.1 采用磁性球进行动态混合 71
3.10 通过搅拌、超声波、电能及热能等外部手段强化传质 71
参考文献 72
第4章 微型换热器 75
4.1 带宽而扁平通道的微型换热器 77
4.1.1 堆叠平板设备中的错流热交换 77
4.1.2 基于错流混合的错流式换热器 79
4.1.3 堆叠板式逆流换热器 81
4.1.4 电加热堆叠式板型设备 83
4.2.1 含单侧通道结构的换热器 85
4.2.2 含双面通道结构的换热器 85
4.2 带有窄而深通道的微型换热器 85
4.3 含穿透通道的微型换热器 87
4.4 轴向热传导 88
4.4.1 材料选择对传热效率影响的数值计算 89
4.4.2 热模块结构的应用 90
4.5 采用翅片不断形成入口流 91
4.6 利用正弦波形微通道产生周期性流动分布 91
4.7 基于微型技术的化学热泵 92
4.8 微型换热器的性能测定 93
4.8.1 利用红外相机测量微型换热器中的温度分布 93
参考文献 95
5.1 微萃取器 98
5.1.1 通道部分重叠 98
第5章 微分离系统和特殊分析模块 98
5.1.2 楔形流接触器 101
5.1.3 由微机械膜分开的微通道接触器 103
5.1.4 微通道由筛板状隔板分开的微接触器 107
5.1.5 微混合-澄清系统 107
5.2 微过滤器 110
5.2.1 等筛孔微过滤器 110
5.3 气体纯化微系统 111
5.2.2 错流微过滤器 111
5.4 气体分离微设备 113
5.5 微反应器特殊分析模块 114
5.5.1 原位红外光谱分析模块 114
5.5.2 快速GC分析模块 114
参考文献 118
第6章 液相反应微系统 121
6.1 液相微反应器的种类 122
6.2 复合式微设备内维生素中间体的液液合成 122
6.3 微反应器内丙烯酸酯聚合反应 127
6.4 Grignard试剂酮还原反应 130
6.5 微混合器／管式反应器内的小规模有机合成 134
6.6 用水力学聚焦的混合器和高纵横比的换热器实现Dushman反应 136
6.7 连续分段流管式反应器内的微晶合成 138
6.8 电化学微反应器 139
6.8.1 板式电极微反应器内合成4-甲氧基苯甲醛 139
6.8.2 封闭式微电池系统 142
参考文献 143
第7章 气相反应微系统 146
7.1 微反应器的催化剂 146
7.2 气相微反应器的类型 149
7.3 微通道催化结构 150
7.3.1 微通道催化反应器中的流动分布 150
7.3.2 丙烯部分氧化制丙烯醛 150
7.3.3 环三烯选择性部分加氢 151
7.3.4 H2/O2反应 155
7.3.5 苯的选择性部分加氢 157
7.3.6 丁烯选择性氧化制马来酸酐 157
7.3.7 乙烯选择性氧化制环氧乙烯 158
7.3.8 周期操作的影响 158
7.4.1 乙醇氧化脱氢 162
7.4 集成催化剂结构层和换热器的微系统 162
7.4.2 异氰酸甲酯和多种其他危险气体的合成 165
7.4.3 H2/O2体系在爆炸浓度范围内的反应 168
7.5 集成催化结构层和混合器的微系统 171
7.5.1 环氧乙烷的合成 171
7.6 集成催化剂结构层、换热器和传感器的微系统 175
7.6.1 氨气氧化 175
7.6.2 H2/O2反应 180
7.7 集成混合器、热交换器、催化剂结构层和传感器的微系统 181
7.7.1 通过Andrussov过程合成HCN 181
参考文献 187
第8章 气／液微反应器 193
8.1 气／液接触原理和微型化接触装置的类型 193
8.2 T形混合构件内气／液相的接触 195
8.2.1 单股气体和液体支流的注入混合 195
8.2.2 多个气体和液体支流注入一个共同通道 197
8.2.3 多个气体和液体支流注入一个填充通道 198
8.2.4 多股气体支流注入含催化剂壁面的液体通道 200
8.2.5 多种气体和液体支流注入多通道 201
8.3 降膜微反应器内薄膜的生成 206
参考文献 215
9.1 液态燃料气化微器件 218
第9章 能源制造微系统 218
9.2 气化燃料部分氧化制合成气的微设备 221
9.2.1 部分氧化制氢气 221
9.2.2 叠片式微系统内甲烷的部分氧化 221
9.2.3 微通道反应器内甲烷部分氧化 223
9.3 蒸汽重整制备合成气的微器件 225
9.3.1 微结构板式器件内甲醇的蒸汽重整 225
参考文献 227
10.1 在微通道反应器内非均相催化剂的平行筛选 229
第10章 催化剂和材料筛选微系统 229
10.2 传统小尺度反应器用于平行筛选非均相催化剂 232
参考文献 233
第11章 分散式生产方法 235
11.1 迷你工厂概念 235
11.1.1 生产HCN的迷你工厂概念 236
11.1.2 可丢弃的间歇式迷你工厂 237
11.2 大型化设计向迷你设计的观念变化 238
参考文献 240
索引 242