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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HCN181

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