微分散液滴的光纤检测研究

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生成频率和长度的在线检测,满足0.21 mm以上直径液滴的检测,检测频率上限为500 Hz,当液滴通过光纤时间超过15 ms时,还可检测液滴长度。研究结果表明光纤直径和光纤传感器响应时间是影响该方法检测性能的主要因素,与相似平台对比,以较低的成本实现了较高检测性能。

基于人工智能的微分散基础研究

微分散是微化工技术的重要组成部分,其装备和过程的复杂性使得相关研究受到诸多限制,传统思想指导下微分散基础研究以“设计-实验-模型”为思路,进展缓慢。近年来,人工智能方法因其强大的识别和回归能力在化工领域备受关注,人工智能辅助的微分散基础研究有利于形成微化工过程认识的新范式,促进微化工技术发展。本文介绍了人工智能方法的一般思路及其针对微分散研究的适用性,综述了人工智能技术在显微图像识别、液滴和气泡分散尺寸预测以及微分散过程控制和优化中的研究进展,对未来基于人工智能的微化工研究进行了展望。

非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚中的研究进展

环氧化物与环状酸酐的开环共聚是一种新型的脂肪族聚酯合成技术,其技术核心之一是催化剂的选择与应用。与金属催化剂相比,非金属催化剂在简易性、低毒性、单体适应性、经济性等方面表现出潜在优势,得到迅速发展。针对非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚领域的研究进展进行了综述,总结并评述了近年来有机碱、Lewis酸碱对以及其他非金属催化剂在开环共聚反应中的工作机制认识和催化实施效果,对其发展方向和工业化应用潜力进行了展望。

阶梯式T型微通道内有序气泡群的形成和流动特性研究

微流控技术制备微气泡因其过程可控、操作范围宽等特性而备受关注。选择阶梯式T型微通道作为微气泡生成的设备,利用高速摄像机研究了高气相含量下气泡群的自组装行为和流动特性,探索了液相体积流量、液相黏度、气相输入压力和通道宽度等因素对气泡群的影响规律。结果表明,只有当通道内的气相含量大于液相含量时才能形成有序的气泡群(气泡群晶体),且气泡群晶体在受限空间内能够沿着通道宽度或深度方向自组装成不同行数的结构。此外,系统研究了不同操作参数对气泡群晶体运动速度的影响规律。气泡群晶体运动速度随着液相体积流量变化的规律与气液两相的总体积流量变化规律一致。最后,提出了提升气液体系流动理想性的策略,并构建了预测气泡群晶体流动理想性的无量纲数学模型。

氯化溴的微反应连续合成与应用

氯化溴是工业上重要的卤化试剂,其合成过程具有放热量大、生产效率低、存在安全隐患重等问题,生产装备的连续化和小型化是氯化溴合成技术的重要发展方向。本文针对通过溴素的二氯甲烷溶液吸收氯气制备氯化溴的微反应技术开发,考察了康宁G1反应器、金德C1反应器和自制的微混合器+微填充床反应器的传质性能,实现了氯化溴的连续稳定制备,反应器的时空收率达到2.25g/(min·mL)。利用微反应器所制得的氯化溴实施聚苯乙烯的溴化反应,取得了溴质量分数>66%和5%热失重温度>370℃的溴化聚苯乙烯产品。

利用膜分散微反应器高效溶解D-7-ACA的研究

合成头孢呋辛的关键中间体3-去氨甲酰基头孢呋辛(DCC)由3-去乙酰基-7-氨基头孢烷酸(D-7-ACA)溶液与酰氯试剂缩合得到,其中利用高浓度NaOH溶液将D-7-ACA溶解在水和甲醇中是第一步。而D-7-ACA中的β-内酰胺环在强碱性条件下容易发生开环反应,造成收率不高。传统反应釜不能精确控制体系的pH、混合效果差,因此溶解得到的D-7-ACA溶解浓度低。采用一种膜分散微反应器,实现了高效溶解D-7-ACA,并研究了D-7-ACA在不同初始浓度、不同温度和pH条件下的降解动力学。接着详细探讨了pH、温度和循环流速等因素对膜分散微反应器溶解D-7-ACA的影响。结果显示,利用膜分散微反应器在最优条件下得到的D-7-ACA溶解浓度为76.50 mg/ml,DCC收率为91.90%,相比传统搅拌法分别提高了5.91%和5.61%。

面向硝基化学品安全生产的绝热连续微反应技术发展及思考

硝化反应是典型的快速强放热反应,是生产含能化学品的重要反应,但也是安全事故频发的反应,因此“谈硝色变”是含能化学品生产面临的重大挑战。本文指出:与国外比,我国硝化工艺和装备都存在明显差距,连续硝化是卡脖子技术。文中总结了清华大学微化工团队提出绝热微反应连续硝化思路,提出其在芳香化合物绝热微反应硝化研究中取得的进展,指出该技术创新主要涉及微反应工艺安全系统评价方法、硝化动力学、绝热反应工艺、微化工系统构建和硝化全流程工艺再造。

微化工系统的原理和应用

介绍了微化工系统是以微米尺度微结构化工装备为核心的化工系统,是实现化工过程绿色、安全、高效的重要途径之一。阐述了微化工系统基于微尺度下流动可控以及混合传递高效的特点,可以有效地提高反应和分离过程的表观速率,大幅度缩小装备尺寸,提高过程的安全性。指出了近年来微化工系统在材料可控制备、新型测试技术和反应分离强化等方面发展迅速,与传统化工系统相比,微化工系统在诸多领域中显现出了优势。

微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展

微化工系统是化学工程学科的研究热点之一,鉴于其良好的传递和反应特性,在多相反应和分离过程中受到了广泛的关注。目前关于微化工系统的研究主要集中在新型微分散技术、微介观尺度混合、多相传递性能以及反应过程调控等方面,近年来取得了显著的进展。本文主要针对微化工系统研究中的关键科学问题进行综述,探讨微化工系统的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。

微反应器研究最新进展

微化工系统是实现化工过程绿色、安全、高效的重要方法，微反应器作为微化工系统的核心已经成为科学研究的热点之一。近年来，随着微尺度下“三传一反”研究的进展，微尺度流体的性能得到了深入揭示，微反应器技术也被广泛应用于科学研究和工业生产领域。本文以液相微反应器性能和应用为中心，重点讨论微反应器研究的最新进展。

磷酸的溶剂萃取法净化

在全面调研国内外现有的湿法磷酸净化技术的基础上，实验比较了不同萃取剂(正丁醇、TBP、异丁醇和异戊醇)对于磷酸萃取的效果，结果表明，正丁醇对磷酸的萃取效果最好，温度的提高会使磷酸在两相的分配系数略有下降. 溶剂萃取磷酸主要以分子形式进行，因此无机强酸的加入有利于提高磷酸在两相的分配. 比较了正丁醇萃取纯磷酸和粗磷酸的差别，分析了其原因. 正丁醇对金属离子几乎没有萃取效果，因此，溶剂法可以作为一种有效的净化磷酸的方法.

微结构设备内液-液两相流行为研究及其进展

系统介绍和分析了在微结构设备内液-液两相流的不同流型,以及在不同流型条件下两相流动特性和混合性能,并在此基础上对微结构设备在液-液两相反应和分离过程的发展前景进行了展望,指出了该领域今后的主要研究方向。

微混合设备及其性能研究进展

对近年来微混合设备的加工方法、微混合方式及其在反应、分离及传热方面的应用研究进行了全面综述。分析了微混合设备具有混合效率高 ,停留时间短 ,能耗低 ,操作条件易于控制 ,设备简单 ,内在安全性能好等特点。指出微混合过程在物质的均匀混合、快速转化、物质和能量的快速传递等方面的优势明显 ,但也存在加工成本高、处理量小、同时只适用于干净体系等不足。据此 ,指明了在微混合设备和过程中要着力发展微设备的加工技术 ,开发具有高清洁能力。

微流控技术制备功能材料的研究进展

针对采用微流控技术制备功能材料这一新兴领域,将制备过程分为微设备中的液液微分散与后续的固化两方面,分别对这两方面的内容进行了综述。特别针对错流剪切型、水力学聚焦型和同轴环管型3种微通道结构和不同的功能材料,系统介绍了近年来利用微流控技术取得的研究进展。对微流控技术制备功能材料这一新兴领域进行了展望,指出了今后研究的发展方向。

微尺度下非均相反应的研究进展

微结构反应器(微反应器)是微化工系统的核心装备之一,是实现化工过程强化的重要技术基础。从微尺度非均相反应过程的基本原理出发,系统综述了近十年来微尺度下多相流动、分散和传递等方面的相关报道,系统地介绍了一些典型微尺度非均相反应过程,分析总结了微尺度反应技术的优势和特点,并对未来微尺度反应技术的发展方向提出了展望。

微滤膜破乳技术的研究

基于膜法破乳技术的研究进展 ,选择了水 +正丁醇、水 +煤油以及水 +煤油 + 30 %TBP(磷酸三丁酯 )多种体系 ,研究了影响破乳效果的重要参数透过压、体系性质和膜孔径等对透过液通量和透过液水相含油量的影响 .实验结果表明 ,膜法破乳是一种很有效的破乳技术 ,对于不同体系的乳液均有较好的通用性 .膜法破乳过程受透过压和膜孔的影响较大 ,随着透过压的增加 ,透过液通量增加 ,透过液中水相的油含量也随之增加 .膜孔径的增大有利于透过液通量的提高 ,当然在相同的透过压作用下透过液水相的含油量也会随之增加 ,但控制较低的透过压时 。

微反应器内聚合物合成研究进展

微反应器作为化学工程学科的前沿和热点方向,逐渐成为聚合物合成的新装备、新工艺与新产品开发的重要平台,得到学术界和产业界的广泛关注。微反应器可实现可控的多相微尺度流动,能够强化聚合反应中的混合、传质和传热过程,严格控制反应时间,实现反应单元的模块化组合。与传统搅拌反应器相比,这些特点使得微反应器在控制聚合物分子量分布,简化反应环境,提高反应选择性,调节聚合物分子结构和宏观形貌等方面展现出了一定优势。本文全面综述了聚合物合成微反应器理论和技术的研究进展,并在新过程和新产品开发、反应动力学测量、微尺度基础研究和反应器放大等方面进行了展望。

微混合技术——颗粒材料制备的关键之一

分散混合是化工生产过程中的一个重要单元,特别是在液相法制备固体颗粒材料方面。针对混合技术的最新发展———微混合技术进行讨论,描述了微通道和膜分散两种微混合方式的基本原理,结合已有工作对微混合技术在固体颗粒材料制备方面的优势进行了分析,并指出了微混合技术的研究方向及其发展前景。

陶瓷微滤膜制备水包油型乳液的研究

乳液制备一直是化工领域中一个重要的研究课题，本文选择水-正丁醇实验体系，以十二烷基磺酸钠为乳化剂，分别采用0.2(m和0.8(m的陶瓷膜为分散介质制备水包油型乳液。实验研究了压力、连续相流量等因素对乳液粒径大小、分布和分散相通量的影响。结果表明，用微滤膜可以制得分布均匀的乳状液。微滤膜的孔径较小时，连续相流量和膜两侧压差对于乳液粒径和粒径分布没有明显的影响；当膜孔径增大后，乳液滴的直径分布变宽，且液滴直径增大，分散相通量随压差的增大而明显增大，但连续相流速对分散相通量影响不大。

萃取-电泳萃取复合过程用于回收染料

基于染料不同的油溶性 ,将染料分为油溶性较好和油溶性较差两种 ,针对染料不同的亲油性质 ,选用几种有代表性的染料 ,以正丁醇为萃取剂实验研究了萃取 -电泳萃取方法进行染料分离的可行性。实验结果表明 ,对于水溶性好的染料可用电泳萃取从稀溶液中萃取染料 ,然后用萃取方法进行溶剂再生 ,并使染料浓缩 ;对于油溶性好的染料 ,则可用萃取进行染料的回收 ,而用电泳萃取方法进行溶剂再生。