微化工技术给现有化工技术和设备制造带来惊喜

化学工业中的许多反应过程属强放热反应过程，普遍存在着爆炸的危险，对人类生命和自然环境等危害极大。我国化学工业由于技术和装备落后，特别是在设备放大和过程调控方面存在许多问题，化工生产的安全性较差。如近期发生的吉林石化分公司双苯厂'11·13'爆炸及其所引发的松花江重大水污染就是一起沉痛的悲剧事件。而采用微反应技术实现反应过程强化与微型化，可大大提高过程效率和安全性，将化工生产的危害降到最小。

微化工技术是一个多学科交叉的现代化工学科前沿，目前的微化工设备主要包括微混合器、微换热器和微反应器等，由于设备特征尺度的微细化，与传统化工设备相比，微化工设备具有高传递速率、易于直接放大、设备安全性高、易于控制、适应面广等优点，可实现过程连续和高度集成、分散与柔性生产。由于微反应技术具有强的传热和传质能力，可大幅度提高反应过程中的资源和能量的利用效率，减小过程系统的体积或提高单位体积的生产能力，实现化工过程强化、微型化和绿色化。

微化工技术引起世界关注

20世纪90年代初，微反应器首次面世，就迅速引起发达国家的研究机构和大公司的浓厚兴趣和广泛关注。目前主要研究单位有麻省理工学院、德国美茵兹微技术研究所、巴斯夫和杜邦公司等。

杜邦公司的中心研究室于1993年利用微电子加工技术制造了首个芯片反应器，用于生产甲基异氰酸甲酯和氰氢酸等有毒物质，预计该微反应器可年产18吨MIC。德国政府也通过一系列计划的制订在加速推进微反应技术的实用化进程。日本政府在2000年制定的国家产业技术战略中已把微反应器技术列为新的化工技术之一优先加以资助，同时成立国家级的研究中心。美国则更多的关注于微反应技术在传统化学工业和石油化学工业以及国家安全领域的应用，如微能源和微动力系统、微型化学激光器、星载化工厂等。目前，德国的多家从事微化工技术研究和开发的单位纷纷来中国推广该技术，其目的是瞄准并抢占中国巨大的潜在市场。

有待产业界介入

上世纪90年代以来，中国科学院大连化学物理研究所相继开展了微型仪器以及芯片实验室的研究，并于2000年率先在国内开展微化工技术的研究，筹资500多万元组建了微加工技术平台。目前一些高校也积极开展相关研究，如华南理工大学。经过多年努力，我国微化工相关各学科都已取得可喜成绩。大连化物所研制成功了20W~5000W质子交换膜燃料电池用的微型氢源系统，集成了甲醇氧化重整、CO选择氧化、氢气催化燃烧、原料汽化、微换热等过程，目前正集中力量开展微反应器内的精细化学品合成过程，如芳烃硝化、直接氟化、氯化、硝化、重氮化、加氢、氧化等以及乙醇催化脱水制乙烯过程，纳米粒子合成等课题的研究。同时开展了微通道反应器的设计、制造与封装，微通道内催化剂工程设计以及微尺度系统内的流动、传递现象、反应规律以及系统放大与集成规律等应用基础的研究。

由于微化工技术的研究初期主要在高校和科研机构的实验室研究，产业界虽有关注但介入不多，因此对微化工系统的放大和集成技术的研究机会少，大大减缓了微反应技术的实用化进程。经过10多年的研发与宣传推广工作，目前微化工技术已处于应用前夜。国内开展微化工技术的研究时间短，若能在研究初期就与产业界合作，可以加速微化工技术的产业化进程，在过程放大和系统集成方面积累经验，形成具有自主知识产权的专利技术。

将在多领域应用

预计未来5~15年，微化工技术将会在高效传热传质设备、精细高值化学品、基于微反应技术的新过程、危险品就地生产和分散资源就地转化以及国家安全所涉及的化学化工系统等领域得到广泛应用。

21世纪的化学工业，面临着前所未有的机遇和挑战。微化工技术的成功开发与应用将会改变现有化工设备的性能、体积、能耗和物耗，并会极大地拓宽它的应用面，将是现有化工技术和设备制造的一项重大突破，也将会对整个化学化工领域产生重大影响。图为北京化工大学开发的利用废弃油脂生产生物柴油的装置。