微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展

DOI：10.11949/0438-1157.20201114

引用本文：李光晓, 刘塞尔, 苏远海. 微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展[J]. 化工学报, 2021, 72(1): 452-467

化工青年学者研究前沿专刊

微尺度内液-液传质及反应过程强化的研究进展

李光晓，刘塞尔，苏远海

（上海交通大学化学化工学院化工系，教育部变革性分子前沿科学中心，上海 200240）

文章亮点

化学工业是我国的国民经济支柱产业之一，但其因为“高污染、高能耗、高物耗”等问题仍面临着发展与污染的矛盾。化工过程强化技术以节能、环保、低能耗、集约化为目标，是解决这一矛盾的强有力手段。与传统化工技术相比，微化工技术通过强化反应器的传递性能，提高反应（过程）效率和产品质量，保证化工过程的安全性，具有广阔的应用前景。

很多重要的化工过程涉及液-液互不溶两相体系，对反应器的两相分散及传递性能有较高的要求。微反应器容易获得分散尺度在1微米~1毫米之间的液-液两相体系，比表面积可高达104 m2/m3，热质传递速率获得明显提高，可有效避免局部温升，获得较高的反应选择性。与常规尺度反应器受重力、惯性力主导不同，通道表面湿润性、界面张力、黏性力等表/界面性质是微反应器内流动及传质性能的决定性因素。如何高效地强化微尺度内液-液两相传质过程并有效评价传质强化效率，从而强化反应，提高原料、能源的综合利用效率，对微化工技术的实际应用及可持续发展具有重要意义。本文主要综述了微尺度内液-液两相流动与传质过程基本特征、强化传质过程的微结构反应器、评价标准以及微反应器内化学合成与材料制备过程强化的研究进展，并对其未来的发展方向进行了展望，以推动微反应器技术在过程强化领域的研究和应用。

作者介绍

第一作者：李光晓

通讯作者：苏远海

通讯作者：苏远海，上海交通大学特别研究员、博士生导师，德国洪堡学者及欧盟玛丽·居里学者。2011年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获化学工程博士学位。2012年至2016年分别在德国帕德博恩大学和荷兰埃因霍温理工大学从事博士后研究工作。主要从事化工过程强化、微反应技术和流动化学技术等方向的科研及化工学科相关的教学工作。目前主持国家自然科学基金项目、上海科委创新行动计划及多项企业合作项目。近5年来，在AIChE J., Nat. Protoc., Chem. Eng. Sci., Chem. Eng. J., Chem. Euro. J., ACS Appl. Mater. Interf.等国际知名期刊发表SCI论文40余篇(大部分以第一/通讯作者身份发表，2篇入选ESI高被引论文)，H因子为22，所发表的论文SCI总引用为1690余次，总他引1480余次，申请中国专利16件（含5件授权）。获侯德榜化工科技青年奖、国际期刊React. Chem. Eng.及J. Flow Chem.的年度新锐科学家、中国科学院优秀博士论文等荣誉。担任J. Flow Chem.顾问编委、《高校化学工程学报》编委、中国化工学会过程强化专委会青年委员。

团队介绍

研究团队“连续流反应技术研究组”于2016年建立，围绕高端化学品的高效连续制备及过程放大，针对系列重要化工过程如液相聚合、氧化、硝化、磺化、光催化、离子液体合成及应用等，发展基于内/外场调控的微反应过程强化技术，获得快速强放热多相反应体系、光辐射外场作用下的微反应过程、复杂流体体系的传递及反应共性规律，为化工和制药行业提供重要解决方案。课题组多名研究生获得国家奖学金、上海交大优秀毕业生、唐敖庆化学奖学金、全国离子液体与绿色过程新秀奖等荣誉和奖励。

来源：化工学报

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解决方案 设备构成 反应类型 加料系统

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N-、O-去苄基化反应

反应单元

脱卤反应

压力控制

单元

羰基化反应

氢气气源

单元

腈类化合物还原反应

样品采集

单元

吡啶芳香环衍生物还原反应

流动化学

管理系统

H-Flow管理软件

亚胺还原反应

微反应器能解决哪些问题

液液均相反应器

反应类型

硝化反应、磺化反应、锂化反应、格式反应、取代反应、高温关环反应……

液液非均相反应器

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中和反应、氧化反应……

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拓展功能

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