微反应器的设计与应用

微反应器是反应工程的研究前沿和热点方向之一，是实现生产过程安全、高效、绿色的重要途径。本书以微反应器中化学反应与流动、传热、传质等传递过程的相互影响为主线，阐述了微反应器设计的基本方法，并结合典型应用案例介绍了微反应器设计与操作的基本流程。全书共分7章，第1章以“三传一反”为特征介绍微流体的移动现象；第2章介绍了微混合器的设计方法和两种典型微混合器的设计步骤，同时结合微流控芯片技术介绍了微混合器的应用领域；第3章～第6章分别讲述了液液均相反应、液液异相反应、微粒制备和催化微反应器中传热、传质对反应速率和选择性的影响，以及各类微反应器结构和尺寸设计对反应进程的影响，进而归纳出各类微反应器设计的一般原则和设计流程；第7章介绍了微反应器系统的设计方法，对设计过程中检测元件选择和确定控制系统结构作了详细描述。本书可供从事工业反应工程设计、开发、运行的工程技术人员参考，也可作为入门参考书供从事化学工程、生物医学工程或相关领域的科研人员使用。

王林  编著

第1章微流体的移动现象1.1基础知识0021.1.1无量纲数及相似准则0021.1.2量纲分析方法0031.1.3尺度效应0041.2微流体的流动0051.2.1微通道内流体的速度分布0051.2.2微通道的压损0061.2.3微通道特有的流动现象0071.3微流体的传热0081.3.1微通道内流体的温度分布0081.3.2微通道内热交换过程0091.3.3微通道内增强传热效果的方法0111.4微流体的传质0121.4.1通量和费克定理0121.4.2扩散方程式0131.4.3气液、液液界面之间的传质过程013参考文献014第2章微流体的混合2.1宏观混合与微观混合0162.1.1微观混合对化学反应的影响0182.1.2预混合对化学反应的影响0192.2混合操作0212.2.1搅拌操作0212.2.2微混合0232.2.3微混合器的分类0232.3基于微团尺度的微混合器设计0272.3.1微团尺度0272.3.2微混合器的设计过程0282.4T形微混合器的设计0302.4.1T形微混合器的简化模型0302.4.2T形微混合器的优化设计0332.4.3设计案例分析0332.5Y形微混合器的设计0352.5.1混合性能评价方法0362.5.2Y形微混合器结构参数设计0362.5.3Y形微混合器混合效果的强化设计0392.6微混合器的应用与实践0402.6.1基于微流控芯片的免疫凝集检测技术的应用0412.6.2气动微阀在DNA杂交反应中的应用043参考文献045第3章微反应器的设计与应用3.1微反应器的特点0483.1.1层流特性0483.1.2比表面积特性0493.1.3微反应器适合反应类型的特征0503.1.4微反应器的利用局限0513.2常规反应器的设计0513.2.1反应器设计基础0513.2.2反应器设计的基本衡算式0533.2.3管道式平推流反应器的设计0543.3微反应器的设计0553.3.1微反应器的混合性能0553.3.2微反应器的设计思想0553.3.3微反应器的设计方法0563.4非等温微反应器的设计0633.5微反应器的应用0663.5.1微反应器中常用的流体驱动技术0663.5.2适合微反应器的均相化学反应068参考文献070第4章微通道中的液液异相系操作4.1乳化液滴的制备0724.1.1液滴直径分布的支配因素分析0754.1.2微通道设计0774.1.3微液滴的应用0804.2微萃取0824.2.1微萃取系统的结构和评价指标0834.2.2萃取通道内微结构的设计0844.3相转移反应0854.3.1微反应器通道宽度和流速对流型的影响0874.3.2微反应器通道结构的优化设计0884.4基于弹状流分析的微反应器设计0894.4.1混合前反应物配置方式对混合速率的影响0914.4.2弹状流截面形状对混合速率的影响0914.4.3弹状流直径和长度对混合速率的影响0934.4.4混合速率与无量纲数Peclet数的关系093参考文献096第5章微反应器在微粒制备中的应用5.1微粒的形成机理0995.1.1超溶解度曲线与成核过程0995.1.2微粒生长过程1005.1.3LaMer图1015.2扩散混合型微反应器的设计(Ⅰ)1035.2.1成核区域的计算1045.2.2影响成核区域的要素分析1075.3扩散混合型微反应器的设计(Ⅱ)1085.3.1微反应器的结构和特征1095.3.2微粒生成的机理分析1105.3.3微反应器操作条件对微粒直径和分布的影响1115.3.4微反应器结构参数对微粒直径和分布的影响1145.4微反应器在纳米颗粒制备中的应用1175.4.1实验设计及相关理论1175.4.2实验结果分析及实验改进1185.4.3微波辐射在纳米颗粒制备中的应用119参考文献120第6章催化反应在微反应器中的设计与实现6.1催化反应的机理1226.2液固相催化反应在微反应器中的应用——反应器设计1256.2.1微反应器中催化剂的放置1256.2.2微反应器类型对催化反应进程的影响1276.2.3微反应器尺寸对催化反应结果的影响1306.3液固相催化反应在微反应器中的应用——优化操作1326.3.1流段配置方式对不可逆平行反应的影响1346.3.2流段配置方式对可逆平行反应的影响1356.3.3流段配置方式对串联平行反应的影响1356.4 气固相催化反应在微反应器中的应用——催化剂1376.4.1微型反应器中催化剂非均匀分布对制氢过程的影响1386.4.2催化涂层种类分布对制氢过程的影响1436.5气固相催化反应在微反应器中的应用1456.5.1基于无量纲参数的微反应器设计1466.5.2费托合成催化微反应器的应用151参考文献156第7章微反应器系统的设计7.1系统设计的基本流程1587.2微反应器的形状优化设计1617.2.1最优压损条件下的微反应器形状设计1617.2.2流量一致性条件下的微反应器形状设计1627.2.3考虑温度分布的微反应器形状设计1657.3微反应器系统的控制1677.3.1全流量控制和差压控制1687.3.2差压控制的不同模式1697.4一个典型微反应器系统的设计1727.4.1Andrussov过程合成HCN的工艺开发试验1737.4.2Andrussov过程的开发研究1747.4.3Andrussov过程的概念设计1757.5微反应器系统的产业化177参考文献181