微化工技术

　　《微化工技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。 微化工技术是指微米或亚微米尺度进行化学反应和化工分离过程的技术，被认为是21世纪化工产业的革命性技术。微化工设备具有多相流动有序可控、比表面积大、传递距离短、混合速度快、传递性能好、反应条件均一、反应过程安全性高等特点。这就为化工过程的高效率、低能耗、可控和安全奠定了基础。 本书系统介绍微化工的技术原理、结构特点，传热、传质、反应过程中的优点，微混合器、微换热器、微分离器、微反应器、微分析器等结构和应用，研究成果和工业放大方法、产业化应用实例等。全书共分为9章，内容包括绪论，微尺度单相流动与混合，微尺度多相流动与分散，微尺度传递性能，微尺度反应性能，基于微设备的分离过程强化技术，基于微设备的反应过程强化技术，基于微化工过程的微纳材料可控制备，微化工设备的放大和工业应用等。 《微化工技术》可供化工、化学、能源、电子、材料、环境、医药等专业领域的科研与工程技术人员阅读，也可供高等学校相关专业师生参考。

　　骆广生，清华大学化工系教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者特聘教授，化学工程联合国家重点实验室主任。1988年和1993年先后在清华大学获学士和博士学位。1993年留校从事教学和科研工作，1995年在法国进行博士后研究工作，2001年赴美国MIT化工系进行高访研究。入选英国皇家化学会会士（FRSC）、国际溶剂萃取委员会委会、国际微反应会议学术委员会成员、国际标准化组织微气泡分委员会成员，兼任中国化工学会和中国颗粒学会常务理事、中国化工学会化工过程强化专业委员会副主任委员，担任“CJChE”、“IECR”、《中国科学－化学》、“Reaction chemistry and engineering”、“Separation and Purification”等多个杂志的执行主编或编委。先后负责和参与国家自然科学基金项目、973项目、863重点项目、教育部博士点基金、北京市科技项目以及中国石化集团和中国石油集团等企业横向合作项目。发表SCI 论文300余篇，参加完成论著2部、译著1部和萃取手册1部，获授权发明专利80余件。获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖和二等奖及中国石化协会科技进步一等奖和技术发明一等奖等国家和省部级科技奖励。主要从事微化工技术、分离科学与技术、粉体材料制备等方面的研究工作。

第一章　绪论 / 1
第一节　微化工技术发展历程 1
第二节　微化工技术基本原理和特点 6
第三节　微化工设备分类 13
第四节　微化工技术发展趋势和应用展望 14
参考文献 18

第二章　微尺度单相流动与混合 / 26
第一节　概述 26
第二节　微混合器 27
第三节　微尺度混合性能表征方法 29
一、可视化表征方法 30
二、化学分子探针的表征方法 33
第四节　微尺度混合性能及其强化 34
一、微混合器混合性能 34
二、高黏、大流量比体系微尺度混合性能强化 42
参考文献 54

第三章　微尺度多相流动与分散 / 59
第一节　微尺度下作用力和无量纲特征数 60
一、微尺度下气/液作用力分析和无量纲特征数 61
二、微尺度下液/液作用力分析和无量纲特征数 63
第二节　微通道设备和微分散方法及流型 64
一、微通道设备 64
二、微分散方法和分散机理 65
三、微通道内气/液、液/液两相流型 71
第三节　气/液微分散基本规律和数学模型 77
一、T形微通道内错流剪切气/液微分散规律 77
二、T形微通道内垂直流剪切气/液微分散规律 81
三、十字形微通道内垂直流剪切气/液微分散规律 85
四、相间传质对于气/液微分散的影响规律 86
五、微筛孔通道内微气泡的分散规律 90
第四节　液/液微分散基本规律和数学模型 94
一、微通道表面性质影响和微液滴的单分散性 94
二、微筛孔分散基本规律和模型 97
三、T形微通道内液/液分散规律 102
四、T形微通道内喷射流分散规律 109
第五节　气/液/液、液/液/液等多相微分散过程 115
一、液/液/液等多相微分散过程 115
二、气/液/液等多相微分散过程 116
参考文献 121

第四章　微尺度传递性能 / 126
第一节　微尺度传热性能 127
一、概述 127
二、微分散体系内的液/液相间换热 128
第二节　微尺度气/液传质性能 132
一、概述 132
二、气/液传质系数在线测定方法 134
三、气泡运动阶段传质规律 139
四、气泡生成阶段传质规律 141
五、气泡流传质系数预测模型 144
六、气柱流传质性能 146
七、气柱流传质系数预测模型 148
八、微气泡群气/液传质性能 149
第三节　微尺度液/液传质性能 152
一、概述 152
二、基于原位相分离的液/液传质研究方法 154
三、液滴运动阶段传质行为 157
四、液滴生成阶段传质行为 159
五、液滴生成阶段传质模型 162
六、微分散液滴群传质性能 167
七、极端相比下的液/液传质性能 171
八、气相强化液/液传质过程 172
参考文献 174

第五章　微尺度反应性能 / 179
第一节　均相微反应 180
一、重氮乙酸乙酯合成反应 180
二、二氯丙醇环化反应 188
三、丙烯酸聚合反应 190
第二节　气/液非均相微反应 198
一、CO2吸收反应 199
二、蒽醌加氢反应 211
第三节　液/液非均相微反应 215
一、发烟硫酸与六氢苯甲酸的反应 216
二、硫酸烷基化反应 227
第四节　气/液/固多相微反应 231
一、纳米碳酸钙制备反应 231
二、聚乙烯醇缩丁醛制备反应 237
参考文献 245

第六章　基于微设备的分离过程强化技术 / 252
第一节　微设备内分离过程强化的理论基础 252
一、微分散体系的传质行为 252
二、微分散体系传质过程的模型化 255
第二节　基于微设备的吸收工艺和过程强化 263
第三节　基于微设备的萃取分离工艺和过程强化 267
第四节　基于微设备的反应萃取工艺和过程强化 273
一、反应萃取过程的模型化 275
二、反应萃取过程的动力学特性 277
三、反应萃取过程的选择性 280
四、基于微设备的磷酸二氢钾萃取法生产工艺 283
参考文献 284

第七章　基于微设备的反应过程强化技术 / 286
第一节　反应过程强化原理 286
一、混合速度快 286
二、优异的传热传质性能 287
三、停留时间和温度高度可控 288
第二节　均相反应过程强化 290
第三节　气/液非均相反应过程强化 295
一、氢蒽醌的氧化反应 295
二、模拟空气氧化THEAQH2的反应性能 297
三、氧气氧化THEAQH2的反应性能 300
四、反应过程分析及模型建立 302
第四节　液/液非均相反应过程强化 306
一、重排反应中的液/液微分散性能和传质性能 308
二、液/液微分散体系中重排反应动力学 311
三、微化工系统内贝克曼重排反应性能研究 314
四、基于微化工系统的重排新工艺 317
五、气体扰动强化液/液微分散体系重排反应过程 318
第五节　液/固非均相反应过程强化 322
一、微反应器内的液滴群分散尺寸和传质性能 322
二、微尺度下液/液/固非均相氨肟化反应的可行性分析 324
三、微化工系统中液/液/固非均相氨肟化反应性能 325
四、微化工系统中反应性能与现有工艺的对比 328
参考文献 329

第八章　基于微化工过程的纳微材料可控制备 / 334
第一节　材料制备过程强化的基本原理 335
一、纳米材料的可控制备 335
二、微米材料的可控制备 340
第二节　纳米材料可控制备技术 344
一、混合性能与纳米材料成核-生长的理论基础 344
二、均相流体系合成纳米材料 347
三、非均相体系合成纳米材料 353
第三节　纳微米纤维材料的制备 366
一、纳米纤维材料的可控制备 367
二、多相微流控技术制备微米纤维材料 373
第四节　微球及含特殊结构的微颗粒材料制备技术 380
一、微球颗粒制备 381
二、无机纳米颗粒/聚合物微球复合材料 384
三、Janus型液滴及材料 386
四、核/壳结构微米颗粒材料 389
五、多核心结构微球 394
参考文献 397

第九章　微化工设备的放大和工业应用 / 401
第一节　微化工设备的放大 401
第二节　膜分散微混合器的研究和应用 403
一、混合器的模型与结构设计 403
二、混合性能 406
三、相间传质性能 408
四、微设备内的流场 411
五、膜分散微混合器在不同萃取体系中的应用 413
六、膜分散微混合器的放大及其工程应用 418
第三节　微筛孔设备的研究和应用 420
一、反应器的模型与结构设计 420
二、微筛孔阵列微设备的工程应用 421
第四节　微槽反应器的研究和应用 423
一、微槽通道的模型与结构设计 423
二、微槽通道的流动性能 424
三、微槽通道的传质性能 429
四、微槽通道与商用微通道的对比 433
参考文献 435

索引 / 438